액체로켓엔진 개발에서 엔진 짐벌링 시 산화제라인의 벨로우즈 극저온 단열 방법을 연구하였다. 극저온 산화제의 열단열과 엔진구성품의 고온으로부터의 열차폐는 엔진 추진성능과 효율에 중요하다. 엔진 짐벌링중 고압배관과 재순환라인(예냉라인)이 단열부위로 기존의 극저온 단열과는 차별화된 디자인과 소재가 필요하다. 엔진 짐벌링중에 벨로우즈의 극저온 단열재가 열단열과 열복사를 고려하여 새로운 디자인으로 마찰력과 작동반경을 고려하여 PTFE소재의 단열재가 적용된다. 향후 엔진 시험을 통하여(짐벌링과 TVC) 새로운 벨로우즈 단열재가 향상되고 디자인 변경이 요구된다.
현재 자동차엔진유를 비롯한 각종윤활유에 마찰마모방지제 및 산화방지제로 사용되고 있는 유용성 몰리부덴계 화합물은 윤활제의 첨가제로서 주목받고 있다. 이와 같은 유용성 몰리부덴계 화합물은 윤활제의 첨가제로서 마찰부분의 고온에 의해 열분해함으 2 유화몰리부덴($MoS_2$)을 생성하기 위해서 합성한 것이다. $MoS_2$는 마찰마모 감소제로서 잘 알려져 있지만 고체이기 때문에 마찰면에 COATING 하거나 윤활유에 분산시켜 사용하고 있다. 그러나 윤활유에 분산시키는 것과 마찰면에 흡착시키는 것과는 계면화학적 반대현상이므로 문제가 발생하게 된다. 그러므로 윤활유중에 안정한 분산계를 만들어 사용시에는 비교적 안정한 COLLOID 계가 파손되지 않아야 한다. 그러나 열가학적으로 불안정한 COLLOID 계를 유지하기는 어려운 문제이다. 그러므로 유용성인 몰리부덴계 화합물을 윤활유에 용해시켜 열적 혹은 TRIBOCHEMICAL 적으로 분해해 줌으로서 마찰표면에 $MoS_2$의 생성이 필요하다. 이와같은 목적으로 개발된 유용성 몰리부덴화합물은 마찰마모감소작용 및 산화방지작용의 메카니즘에 관해서는 불투명한 점이 많다. 본 논문은 유용성 몰리부덴계 화합물중 Molybdenum dialkyl dithiocarbamate (이후 MoDTC로 명함)를 윤활유 첨가제로 사용해 마찰실험을 통하여 마찰감소작용의 메카니즘을 해명하고, 특히 마찰표면에 생성될 $MoS_2$막의 효과에 관해 중점을 두고 분위기의 효과로 부터 MoDTC의 마찰감소작용의 인자에 대한 고찰을 행하였다.
마찰 마모에 대한 트라이볼로지 특성은 표면 재질에 대하여 중대한 영향을 끼친다. 더욱이 자동차의 가혹한 운전조건하에서의 엔진오일의 경우 내스커핑성과 시져는 트라이볼로지 특성에 상당히 중요하다. 본 연구에서는 펠렉스 마찰 마모시험기를 이용 첨가제들을 자동차 엔진오일에 널리 쓰이는 윤활기유에 첨가하여 트라이볼로지 특성을 연구하였다. 연구결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 엔진오일에 표면거칠기의 특성을 가진 인산염(Phosphate)을 첨가하면 낮은 온도에서 우수하고, ZnDTP와 Ca-phenate를 첨가했을 때 높은 하중에서 내마모성, 극압성이 월등히 뛰어나며, ZnDTP와 P를 첨가했을 때는 높은 온도에서도 안정적으로 온도특성 또한 우수하였다.
엔진유는 엔진내에서 사용됨에 다라 마모방지제의 소모, 브로바이 가스의 혼입, 열화생성물과 첨가제간의 반응등의 영향을 받아 서서히 열화되기 시작하며, 아울러 마모방지성능 또한 변화되어간다. 열화생성물 중의 어떤 극성산화물이나 고분자생성물은 엔진마모의 감소에 기여하나, 일부 산성생성물은 부식마모를 일으킬 수도 있으며, 엔진내에서 발생되는 마모분중에는 어브레시브 마모를 발생시키는 것도 있다. 또한, 브로바이 생성물중에는 마찰면을 직접 부식시키는 성분도 있으며, 그외 부식성이 약한 브로바이 성분들도 첨가제와의 반응을 통하여 간접적으로 엔진유의 마모방지성능에 영향을 미친다. 필자는 최근의 연구에서 엔진유의 마모방지성능은 엔진에서의 열화정도에 달 현격히 변화하며, 또한 사용유의 전산가증가치와 마모량간에는 명확한 상관관계가 있다는 것을 보고한 바 있다. 본보고에서도 사용유에 함유되어 있는 성분중 마모방지성능에 크게 영향을 미치는 하이드로퍼옥사이드를 선택하여, 그 함유유인 모델열화유로 윤활하는 마모시험을 수행하여 얻은 결과에 관하여 검토하고자 한다.
여러 가지 필수적인 윤활유 성상과 함께 요즘 개발된 엔진에서 요구되는 중요한 특성 중 하나가 윤활유 내의 공기 혼입(aeration) 문제이다. 만일 윤활유 내에 공기가 일정 한도 이상 혼입되면 윤활유가 수행하는 일반 기능 중 하중을 분산시키는 압력 분산 작용과 윤활 작용 및 마찰열을 식혀 주는 냉각 작용이 제대로 되지 않아 엔진 수명과 내구성에 심각한 문제를 초래한다. 특히 현재 밸브 소음 저감 및 정비성 향상을 위해 대부분의 엔진에서 채용하고 있는 hydraulic valve lash adjuster(HLA)에 미치는 영향이 가장 심각하다. HLA는 그 작동 특성이 엔진 오일의 비 압축성을 이용하고 있기 때문에 만일 HLA 내부의 고압실에 공기가 오일에 섞여 들어간다변 밸브 시스템 강성이 떨어지게 되어 오히려 HLA 사용 목적에 반해 밸크 이상 거동에 의한 소음이 유발될 뿐만 아니라 심하면 밸브가 파단되는 심각한 현상이 초래되기도 한다. 상기한 바와 같이 aeration 현상은 경우에 따라 매우 심각한 문제를 유발하기도 하며 엔진이 고속 고출력화 하면서 그 특성은 더욱 관심사가 되어 왔다. 따라서 엔진 각 부분의 올바른 기능과 신뢰성 확보를 위해 aeration의 특징 발생 원인 및 대책을 살펴보고 특히 oil aeration이 HLA와 엔진 베어링에 미치는 영향에 대해 분석 고찰해 봄으로써 그 특성을 이해하고자 한다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제39권4호
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pp.399-404
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2015
최근 국제 원유가의 폭등으로 선박의 연료비 부담이 상대적으로 가중되고 있으며, 또한 연료의 연소과정에서 발생하는 온실가스에 대한 국제적 규제 움직임도 가속되고 있다. 이에 따라 에너지 효율 개선을 위해서 선체의 설계변경, 마찰저항을 줄이기 위한 도료개발, 엔진의 열효율을 개선하기 위한 첨가제 개발, 연료를 절감하기 위하여 저속운전 등 다양한 방법들이 적용되고 있다. 따라서 최근 고유가 시대에 선박의 고속화와 대형화 및 에너지 절감형 선형의 개발이 필수요건이 되고 있다. 또한 선체 표면의 국부 영역에서 저항 값들의 정성 및 정량적인 변화와 보다 세밀한 분석은 불가피하다고 판단되어진다. 따라서 본 연구는 에너지 효율 개선을 위한 기초연구로서 현재 운항중인 선박의 선체에서 자생하는 해양생물로 인한 마찰저항을 확인하기 위하여 도크 전 후의 엔진성능을 분석하고 그 결과를 도크와 도크사이 2.5년의 데이터와 비교함으로서 주기관의 성능, 마찰저항과 부하변화 및 연료소비량과 선속에 미치는 연구 결과 등을 보고한다.
우리는 자동차 엔진을 지지하기 위한 고무에 대한 마찰특성을 연구하였다. 본 논문은 실험실에서 개발된 테스트 장비를 사용하여 여러 고무의 마찰 마모 특성을 실험적 연구에 의해 분석하였다. 마찰특성은 하중과 온도, 속도 등과 같은 여러 가지 조건 하에서의 마찰력과 수직하중으로부터 측정되었다. 따라서 자동차는 물론 각종 구조용으로 사용되어 지고 있는 고무는 여러 조건에 따라 마찰특성의 관계를 연구하였다.
가솔린엔진유를 통한 저연비화 기술, 문제점, 대응기술 등의 동향에 관하여 기술하였다. 저연비화 기술에는 저점도화 및 마찰저감제의 첨가에 의한 방법 등이 있으나, 실제 여타 성능을 향상시 키면서 저연비화한다는 것은 매우 어려운 일이다. 우선, 고점도지수, 저휘발성을 가지는 고정제 기유 및 합성유인 PAO 등의 사용을 검토해야 하며, 여타첨가제가 연비에 미치는 영향도 충분히 고려해야만 한다. 또한, 가장 중요한 Cost의 면을 포함하여 시장의 요구를 십분 반영한 전반적인 성능 검토가 필요하다고 하겠다.
엔진유및 각종 윤활유의 이용범위의 광대 및 재료의 등장으로 사용조건이 더욱 과산화됨에 따라 한 종류의 첨가제를 단독으로 첨가사용하기 보다는 몇 종류 이상의 첨가제가 첨가되는 경우가 대부분이다. 첨가제의 기능상 여러종류의 첨가는 첨가제 자신이 갖고 있는 특성을 충분히 발휘하기 위한 것이지만, 일반적으로 첨가제간의 상호방해작용으로 단독첨가 사용시 각각의 특성을 충분히 발달하기보다는 기등이하의 결과를 가져오는 경우가 많다. 최근, 유용성 몰르브덴계 화합물이 마찰, 마모 및 \ulcorner화방지제로써 잘 알려져 있으며 몰리부덴계 첨가제중 Molybdenium dialkyl dithiocarbamate (MoDTC)는 다기능성 첨가제로서 우수성이 부고되었다. 그러나 특히 타 첨가제와 공존시 MoDTC의 마찰특성의 변화에 대해서는 거의 보고된 바가 없다. 본 연구는 MoDTC와 타 첨가제 간의 마찰특성의 상호작용에 관한 검토로서, 유황계 화합물($S_8$), 인계 화합물(인산에스테르;TBP), 치오인산계 화합물(ZnDTP)과 같은 윤활유에 많이 첨가되고 있는 극압제를 사용해 이들 화합물이 공존시 MoDTC 마찰감소 작용에 미치는 영향을 검토하고 또한 분위기의 영향에 관해서도 검토하였다.
피스톤-실린더-링 틈새를 통해 일어나는 오일소모와 브로바이가스 증가는 최소화되어야 하며, 한편으로는 연료저감 및 성능증가 개선 측면에서 피스톤 링 팩의 마찰 손실도 줄일 필요가 있다. 이러한 두 가지 측면에서, 피스톤 링 팩의 최적 설계에 대한 연구가 수행되어야 한다. 따라서 오일소모 및 브로바이가스의 앙은 엔진개발과정 및 필드에서의 엔진운전 중에 엔진의 상태가 좋은지 나쁜지를 판단하는 중요한 요인이 된다. 본 연구의 목적은 연소실 내로의 오일 흐름 량과 피스톤 링 팩을 지나 아래로 내려가는 가스흐름을 계산하여 엔진오일 소모 및 브로바이가스를 예측하는 컴퓨터 프로그램을 개발하는 것이다. 향 후 본 프로그램을 이용하여 엔진의 상태를 미리 예측할 수 있을 것으로 본다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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