CATALYST FINE(CAT FINE)이 연료분사제어장치 내부 마모에 미치는 영향 연구 = A STUDY ON THE EFFECT OF CATALYST FINE(CAT FINE) ON INTERNAL WEAR OF FUEL INJECTION CONTROL SYSTEM

국문 초록 (Abstract)

현재 지구는 기후변화에 따른 심각성으로, 모든 사업군에 환경규제가 따르고 있고, 이는 선
박산업에도 마찬가지로 적용되고 있다. 단순히 선박의 빠른 속도와 비용 절감을 추구했던 과거
에서 현재는 IMO TEIR3를 통해 선박에서 나오는 CO2 및 NOx, SOx의 배출 상한선을 규제하고
있다. 본 논문과 연관이 있는 SOx의 배출규제에 대응하기 위해서 연료 자체에 황이 적게 들어
있는 저유황유를 많이 사용하고 있으며, 저유황유를 만들기 위해 촉매제를 사용한다. 유동접촉
분해 시, 촉매의 주성분은 Si와 Al이며, 이 성분이 CAT FINE이라고 하는 고강도의 원형 입자이
다. 여과기 및 필터를 통해 회수되어 다시 촉매제로 사용되지만, 미처 걸러지지 못한 소량의
CAT FINE은 여전히 연료유 속에 잔존하게 되고, 이는 선박 엔진에서 왕복운동을 하는 PISTON
등 엔진의 부품에 상당한 피해를 입힌다.
본 논문에서는 연료 속의 CAT FINE이 유량제어장치 및 연료분사제어장치 내부 마모에 미치
는 영향을 실험하였다. 실제 문제가 발생된 선박의 연료 성분 데이터를 받아서 연료 성분을 참
고하였으며, 연료 속에 CAT FINE의 농도(0ppm/15ppm/30ppm/45ppm/60ppm)를 5가지 조건으
로 나누어 실제 선박 엔진의 COMMON RAIL과 동일하게 제작된 TEST BED에서 1000bar의 압
력으로 연료를 주입하여 반복가동하였을 때 FLANGE 및 PISTON ROD 부위의 마모 관계를 확
인하였고, 추가로 마모를 일으킨 제품을 WIRE CUTTING하고 내부 마모분석 및 형상진원도를
측정하여 실험 결과를 도출하였다.
연료 속의 CAT FINE 농도에 따라 마모량이 서서히 증가하는 추세를 보이나, CAT FINE의 농
도가 일정 농도 이상(30ppm)이 넘어갈 때부터 마모량이 선형으로 증가하는게 아닌, 급격하게
지수함수 그래프와 같이 CLEARANCE가 증가하였다. 그리고 제품의 WIRE CUTTING을 통해, 연
료 속에 CAT FINE이 포함되어 있는 상태에서 선박이 운항을 지속하게 되면 제품 표면에 CAT
FINE이 박히거나 CAT FINE으로 인하여 표면흠집이 발생할 수 있다는 것을 본 실험을 통해 확
인되었다. 이러한 현상으로 인해, CAT FINE의 농도가 증가할수록 INJECTION QUANTITY 또한
SPEC OUT 됨을 알 수 있었다. FLANGE와 PISTON ROD의 형상진원도확인 결과, FLANGE와
PISTON ROD의 조립부 측에서 마모현상이 더 심하게 발현되었으며, 원통마모 대비 편마모가
더 크게 나타났고, PISTON ROD 마모에 비해 FLNAGE의 마모량이 더 큰 것을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 1 서론 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
• 1.1 연구 배경 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
• 1.2 연구 목적 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
• 2 이론적 배경 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
• 2.1 CAT FINE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
• 2.2 CLEARANCE 증가 마모 메커니즘. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
• 2.3 RT-Flex 엔진의 FLV & ICU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
• 2.4 FLV&ICU의 구조 및 작동원리 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
• 3 실험 장치 및 방법 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
• 3.1 실험 조건 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
• 3.2 TEST BED 실험 장치 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
• 3.3 실험 방법 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
• 4 실험 결과 및 분석 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
• 4.1 TEST BED 실험 결과 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
• 4.2 CAT FINE농도에 따른 마모상태 분석 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
• 4.2.1 FLANGE부 내부 마모 분석 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
• 4.2.2 FLANGE부 형상 진원도 분석 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
• 4.2.3 PISTON ROD부 내부 마모 분석 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
• 4.2.4 PISTON ROD부 형상 진원도 분석 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
• 5 결 론 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
• 참고문헌 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
• ABSTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43