실린더 초기압이 선박디젤엔진의 연소특성에 미치는 영향 = Effect of Cylinder Initial Pressure on Marine Diesel Engine Combustion Characteristics

국문 초록 (Abstract)

디젤연료를 사용하여 높은 효율과 강력한 출력을 제공하는 디젤엔진은 현재 선박에서 가장 널리 사용되고 있는 핵심 동력원이다. 따라서 대양의 환경문제를 효과적으로 해결하기 위해서는 미래 신기술 개발뿐만 아니라 기존 선박에 대한 지속적인 기술 개선 또한 요구된다. 본 연구에서는 중유를 사용하는 2행정 선박디젤엔진의 성능향상을 위해 실린더 압축 초기압 변화가 연소과정에 미치는 영향을 분석하였다. 초기압을 0.1 MPa에서 0.2 MPa까지 총 5단계로 나누어, 연소실 압력변화, 연료 분포, 연소 중간생성물인 OH 라디칼과 일산화탄소 및 질소산화물의 생성과 소멸과정은 해석하였다. 초기압이 0.1 MPa로 낮은 경우 부족한 공기의 영향으로 연소속도가 느리고, 유해배출물이 증가하며, 연료의 6.7%가 미연소 상태로 배출된다. 반면 초기압이 0.15 MPa 이상일 경우 연소가 빠르게 진행되며 ATDC 90도에서 거의 완료되고, 잔류연료 및 일산화탄소 배출량이 현저히 감소한다. 일산화질소의 경우는 0.1 MPa에서 가장 낮은 값을 나타내고 초기압의 증가와 함께 증가된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Diesel engines, known for their high efficiency and powerful output, remain the primary power source in marine applications. However, addressing marine environmental challenges requires both the advancement of future technologies and the continuous optimization of existing ship systems. This study investigated the impact of cylinder compression initial pressure on the combustion characteristics of two-stroke marine diesel engines using heavy fuel oil. The initial pressure was divided into five levels, ranging from 0.1 MPa to 0.2 MPa, and the analysis focused on combustion chamber pressure, fuel distribution, and the formation and decomposition of combustion intermediates such as OH radicals, carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx). At 0.1 MPa, insufficient air led to slow combustion, increased harmful emissions, and 6.7% of the fuel remained unburned, negatively impacting efficiency. Conversely, at initial pressures of 0.15 MPa or higher, combustion was more rapid, nearly completing by ATDC 90 degrees, with significantly reduced residual fuel and CO emissions. However, nitrogen monoxide (NO) emissions, lowest at 0.1 MPa, increased as initial pressure rose due to higher combustion temperatures and reaction rates. These findings highlight the need for careful optimization of initial pressure to enhance performance while mitigating emissions and supporting cleaner and more efficient marine propulsion systems.