소형 선박용 디젤엔진에서 엔진초기화 세팅을 통한 연소성능 및 배기배출물 개선에 관한 연구 = Improvement of combustion performance and exhaust emissions through engine initialization in small marine diesel engines

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Tugboats that sail along a coast may experience poor engine combustion performance due to frequent entry and departure and frequent change of the ship’s speed. Decrease in combustion performance may cause an increase in specific fuel consumption and an increase in harmful exhaust emissions. Consequently, the engine maintenance cycle may be shortened, and its maintenance cost may increase. An initialization method that returns a small marine diesel engine to the state of a new engine needs to be employed to improve the combustion performance and reduce exhaust emissions. This method involves adjusting the matching of the exhaust turbocharger initialization, fuel injection timing, and fuel injection amount. By using this method, it is possible to optimize the engine by considering its future load range. This study measured and diagnosed the combustion condition of a small ship (tugboat) equipped with a 4-stroke diesel engine, which is currently operated. The methods to improve combustion performance and reduce exhaust emissions were then suggested. When the engine performance was improved through engine initialization, the maximum compression pressure increased by 34.9%, maximum explosion pressure by 24.7%, indicated mean effective pressure by 10.9%, engine output by 20.0%, and specific fuel consumption by 4.2%.
Additionally, the exhaust gas temperature decreased by an average of 39.2 °C. The result of exhaust emission measurement revealed that particulate matter decreased by 55.8%, carbon dioxide known as greenhouse gas by 12.5%, carbon monoxide by 74.4%, and nitrogen oxide by 4.4%.

국문 초록 (Abstract)

연안을 항해하는 소형선박(Tug boat)은 잦은 입·출항과 잦은 선속 변경으로 엔진의 연소성능이 저하될 수 있다. 연소성능의 저하는 연료 소비율 증가 및 유해 배기배출물 증가의 원인이 될 수 있다. 또한 그러한 이유로 엔진정비 주기가 짧아질 수 있어 엔진정비 비용이 증가될 수 있다. 소형 선박용 디젤엔진의 연소성능 및 배기배출물을 개선하기 위하여 제시된 방안으로 엔진을 신조시의 상태로 돌려보내는 초기화 방법으로 배기 과급기 초기화 매칭, 연료분사시기 및연료분사량을 조정하는 것이며, 이 방법을 이용하여 향후 엔진의 사용부하영역을 고려한 최적화도 가능하다. 본 연구에서는 현재 운항되고 있는 4행정 디젤엔진이 탑재된 소형선박(Tug boat)의 연소상태를 계측하여 진단하였으며, 연소성능개선 및 배기배출물 저감 방안을 제시하였다. 엔진초기화를 통해 엔진성능이 개선된 후에 최고압축압력은 34.9%, 최고폭발압력은 24.7%, 도시평균유효압력은 10.9%, 엔진 출력은 20.0% 증가하였으며, 연료소비율도 4.2% 향상되었다. 또한, 배기가스 온도는 평균 39.2 ℃ 감소하는 결과를 얻을 수 있었다. 배기배출물의 계측결과, Dust(PM)는 엔진성능 개선 후에55.8% 감소하였으며 GHG(Green House Gas)로 알려진 이산화탄소는 12.5%, 일산화탄소는 74.4% 감소하였고 질소산화물도 4.4% 감소되는 결과를 얻었다.

참고문헌 (Reference)

1 정균식, "선체 해양생물의 선저오염이 엔진성능과 출력에 미치는 영향" 한국마린엔지니어링학회 39 (39): 399-404, 2015

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9 류영현, "2행정 대형 디젤엔진의 성능향상을 위한 연료첨가제의 실험적 연구" 한국마린엔지니어링학회 39 (39): 620-625, 2015