본 연구에서는 소형선박용 중·고속 디젤엔진에 적용하여 연구 중인 SCR+DPF 기술을 저속엔진이 설치된 선박에 탑재하여 해상 실증 시험을 수행하였다. 대상 선박(총 톤수 2,881 톤, 정격출력 1,470kW@240rpm ×1)은 국내 연해를 운항하는 일반화물선으로 배출저감설 비의 선박 탑재를 위해 도면 개발, 승인 및 선박 임시검사를 수행하였다. 저감성능 확인을 위해서 가스상물질 측정장비는 NOx technical code 및 ISO-8178의 분석방법을 준용하는 장비를 사용하였으며, 입자상물질 측정장비는 국제해사기구(IMO)에서 논의하고 있는 블랙카본 측정 방법 중 하나인 스모크미터를 사용하였다. 시험은 황 함유량 따라 MGO(0.043%), LSFO(0.42%) 2종의 연료를 사용하였으며 실제 운항 하는 엔진회전수(130, 160 및 180 rpm)를 고려하여 시험 조건을 설정하였다. 시험 조건에 따라 배출저감설비의 전·후단에서 가스상 및 입 자상(매연) 물질을 측정하여 배출저감설비의 저감효율을 확인하였으며 모든 시험 조건에서 NOx의 경우 90% 이상, 입자상물질(매연)의 경우 95% 이상의 저감효율을 확인하였고 엔진 성능의 영향을 줄 수 있는 배기가스 압력은 허용배압 기준인 50mbar 이하를 만족하였다. 본 연구를 통해 해상실증 연구의 중요성과 중소형 저속엔진 선박의 질소산화물 및 입자상물질의 동시 저감을 위한 대응 기술로 SCR+DPF 설비 적용 가능성을 확인할 수 있었다.

In this study, we compared of control characteristics at two-stroke marine diesel engine by MAN B&W. It was found that MC and ME type of engine largely divide fuel injection & exhaust valve actuator by cam-shaft controlled and electro-hydraulic controlled. Computer based type of engine ME-B type is only operated exhaust valve by driving camshaft, the fuel injection system is fuel oil booster and ELFI valve by Electro-hydraulic. ME-C type is composed of a multi-way valve or FIVA valve. Therefore fuel injection system and exhaust valve system is operated by Electro-hydraulic. ME type engine was shown that the optimization of the combustion process can be achieved for any load on the engine by Electro-hydraulic control system according to the computer based.

본 연구에서는 IMO의 향후 예상 규제 물질 중 하나인 수트를 선박용 엔진을 대상으로는 최초로 배기 수트와 엔진 수트로 구분 하여 구조적 특성의 비교 분석을 시도하였다. 그리고 최근 발표되고 있는 배기 수트 재활용 연구의 연장선상에서 엔진 수트의 재활용 가 능성 여부를 확인하기 위하여 2,000℃로 열처리를 시행하였고, 열처리 전·후의 수트를 고분해능 전자현미경과 라만분광법을 통해 분석하 였다. 전자 현미경을 통한 분석 결과, 배기 수트와 엔진 수트는 유사한 형태의 나노 구조를 가지고 있으나, 배기 수트는 구형의 1차 입자 가 체인형 결합구조를 가지고 있었고, 엔진 수트는 배기 수트에 비해 무정형한 구조가 확인되었다. 라만분광법 분석 결과, 배기 수트와 엔 진 수트 모두 D peak(1,350 cm-1)와 G peak(1,580 ~ 1,600 cm-1)가 확인되었다. 다만, G/D ratio는 엔진 수트에 비해 배기 수트가 상대적으로 높게 나타나며, 이는 배기 수트가 더 흑연화 된 구조를 나타냄을 의미한다. 열처리 후의 분석 결과, 엔진 수트도 배기 수트와 유사하게 흑연화 가 문제없이 진행됨을 확인하였고, 이를 통해 선박용 디젤엔진에서 발생하는 배기 수트와 엔진 수트 모두 흑연재료로 재활용이 가능함을 확인하였다.

본 논문에서는 선박용 디젤엔진의 미세먼지저감 장치에 장착된 다공판 및 믹서의 형상과 배치에 따른 압력강하와 유동균일도 특성에 대한 연구를 진행하였다. 미세먼지저감 장치에 장착된 다공판 및 믹서는 미세먼지저감 장치 내의 배출가스 및 산화/환원제의 유동 균일도를 높여 배출가스 저감 성능을 높이는 긍정적인 효과와 함께 시스템의 배압을 상승시키는 부정적인 효과도 동시에 지니고 있다. 본 연구에서는 5개의 다공판, 1개의 믹서를 Case 별로 조합하여 6개의 사양에 대해서 유동해석을 통해 각각 유동균일도 및 압력 강하를 계산하였으며, 최적의 다공판 및 믹서의 형상과 배치를 선정하였다.

최근 지구의 기후변화는 온실가스가 원인으로 전 세계적 대기환경문제로 크게 부각되고 있다. 국내에서도 기후변화에 적극 대응하기 위한 기술개발이 꾸준히 진행되고 있다. 날씨의 이상고온으로 인한 환경에 미치는 영향과 갑작스런 집중호우가 환경에 미치는 영향을 대상으로 하였다. 우리생활 주변 대기온도가 상승하였을 때 온도변화에 의한 대기오염발생에 미치는 영향을 연구하고자 한다. 본 연구의 실험조건은 선박 디젤기관에서 회전수 1400 rpm, 1600 rpm 그리고 1800 rpm, 부하는 0 %에서 25 %씩 100 %까지 하였고, 흡기 온도변화 는 20℃에서 50℃까지 구분하여 연구하였다. 연구한 결과 흡기온도가 증가함에 따라 일산화탄소 및 탄화수소는 약간 감소하였으나 연료 소비율, 질소산화물, PM은 약간 증가하였다. 또한 연소온도는 큰 변화가 없었다.

In recent years, much interest has been devoted to bio-fuels because of their beneficial effects on environment, agriculture and economic development. Raw vegetable oil – a kind of bio-fuels, still exits many downsides, is potential renewable fuel replaced for ever-exhausted fossil fuel. In this report, vegetable oil which is available in the South of Vietnam such as raw coconut oil is studied by heating up different temperature with the aim at decreasing its high viscosity and density and meeting the fuel requirements. The experiments are conducted on heated coconut oil (HCO) and fossil diesel oil (DO) using an 80hp of small marine diesel engine. The results of engine performance as using DO and HCO included engine power (Ne), specific fuel consumption (SFC), thermal efficiency (TE), emission characteristics such as carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbon (HC), smoke, nitrogen oxides (NOx) at internal feature are measured. The experiment results show higher SFC, CO, HC and smoke emissions, and lower TE, and NOx emissions for HCO with respect to DO. In addition, this study also reveals that, 1000C of HCO is said to be the most suitable heating temperature as getting the engine performance equals to DO.

최근 지구 온난화는 세계 경제발전으로 화석연료 사용이 주범으로 인식하고 있다. 이러한 화석연료를 감소하기 위한 연구는 여러 대체에너지 산업으로 발전하고 있으며, 그 중 우리나라에서 생산할 수 있는 연료는 바이오연료이다. 바이오연료는 화석연료에 의해서 발생하는 환경오염 문제를 줄이면서 경제적인 이익을 주는 지속 가능한 연료이다. 그래서 바이오연료를 친환경에너지로 전환시키는 재생에너지 등에 많은 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 실험은 어선에서 사용했던 기관을 다시 리모델링하여 실험장치를 직접 제작 설치하였고, 여러 바이오연료를 사용하여 선박의 경제적이고 친환경적인 운항에 도움을 주고자 연구하였다. 유채유, 대두유, 폐유채유의 배기배출물특성에 미치는 영향을 종합적으로 분석한 결과는 연료의 물리적, 화학적 성분이 비슷하여 선박용 엔진에 사용이 가능하고, 연료소비율과 NOx는 약간 증가하였으나, 매연은 많이 감소하는 경향이 확인되었다.

본 연구에서는 건조 후 20여년 운항한 군산대학교 실습선 해림호의 발전기를 대상으로 직접 선박현장에서 실험하여 최적 연료분사시기를 규명해서 선박의 경제적이고 친환경적인 운항에 도움을 주고자 연구하였다. 실험은 기관회전속도 1,200 rpm으로 일정히 유지하고, 기관부하를 0 kW에서 90 kW까지 30 kW간격으로 변화시켰으며, 연료분사시기는 BTDC 19o에서 23o까지 2o 간격으로 변화시키면서 실험하였다. 실험결과 연료분사시기를 BTDC 21°에서 BTDC 23°로 앞당길 경우, 연료소비율은 1.37 % 감소하였고, 질소산화물은 11.59 % 증가하였으며, 매연은 23.5 % 감소하였고, 아황산가스는 2.8 % 감소하였다. 따라서 노후 발전기 엔진에 있어서 연료분사시기가 연소특성 및 배기배출물특성에 미치는 영향을 종합적으로 분석․고찰한 결과, 최적 연료분사시기는 원래의 분사시기보다 2° 앞당겨진 BTDC 23°로 확인되었다.

박용 디젤엔진 부품 크랭크샤프트의 기계적 성질에 미치는 화학 성분과 열처리 공정의 영향을 인장시험기, 경도시험기, 충격시험기와 광학현미경으로 조사연구하였다. 시행된 4가지 열처리공정중 다음의 열처리 공정인 노말라이징→TR단조→?칭→템퍼링이 최적의 기계적 성질을 나타냈다. 이때 기계적인 성질은 오스테나이트 결정입도 크기, 냉각 속도, 오스테나이트화 온도와 오스테나이트화 유지 시간에 의존하였다. 오스테나이트 결정입도는 TR단조 후의 초기 결정입도 크기에 의존하고, 냉각 속도는 C-곡선 Nose를 지나야 하고, 오스테나이트화 온도는 탄소 함량에 의존하고 그리고 오스테나이트화 유지 시간은 저어널지름에 의존하는 것으로 나타났다.

In 1980 s to 1990 s the marine propulsion diesel engines have been developed into lower speed and longer stroke for the enegy saving (small S.F.O.C). As these new trends the conventional mechanical-hydraulic governors were not adapted to the new requirements and the digital governors have been adopted in the marine use. The digital governors usually use the control algorithms such as the PID control, optimal control, adaptive control and etc. While the engine has delay time and parameter variations these control algorithms have difficulty in considering the stability and the robustness for the model uncertainty. In this study, the H∞ controller design method are applied in order to design the feedback controller K(s) to the speed control of the low speed marine diesel engine, and the two-degree-of-freedom control system is constituted with H∞controller. By comparison of responses of the two-degree-of-freedom control system under the delay time and parameter variations is confirmed.

In this study, we selected a DC servo motor as an actuator of the marine diesel engine governor and constructed the position control system of the DC servo motor using the algorithm proposed by authors. Next, we proposed an another method to construct an adaptive control system for marine diesel engine by regarding the controlled system including the DC servo motor as a second order controlled system and verified the validity of this method through the real time control responses. Finally, the results have shown a good response characteristic

2016년부터 배출통제지역(ECA : Emission Control Atea)을 운항하는 선박에 대하여 배출되는 NOx(질소산화물) 및 SOx(황산화 물)의 배기량 감소규제가 강화되었다. 상기의 규제 물질 중 NOx를 제거하는 탈질장비 중 선택적 촉매 환원(SCR : Selectivity Catalytic Reduction) 시스템은 효율이 높고 상업적으로 많이 활용되고 있으나, 높은 온도에서 요소수가 활성화되는 단점이 있다. 이에 초미세기포를 이 용하여 낮은 온도에서도 반응할 수 있는 요소수 및 요소수 활성화 기기를 개발하여 상기의 문제점들을 최소화 할 수 있도록 하였다. 또한 SCR 시스템의 효율성을 향상시키는 방안을 마련하기 위하여, ANSYS-CFX package를 이용한 전산유체역학(CFD : Computational fluid dynamics)기법을 사용하였다. Navier-Stokes 방정식을 해석의 지배방정식으로 적용하여 SCR 시스템의 점성유동해석 시뮬레이션을 수행하였 다. SCR 시스템의 형상은 CATIA V5를 사용하여 3D 모델링을 하였고, SCR 시스템의 효율성을 비교하기 위해 요소수 분사 노즐의 위치를 요소수 분사 노즐은 배기관의 입구로부터 1/3, 1/2, 2/3로 변경하며 확인하였다. 또한, 노즐의 분사구 수가 SCR 시스템의 효율에 미치는 영향 을 확인하기 위하여 분사구 수가 4, 6, 8개일 경우를 시뮬레이션 하여 비교․분석하였다. 시뮬레이션 결과 배기관 입구에 가까울수록, 분사구 수가 많을수록 효율이 향상됨을 확인하였다.