USING A HIGH-PRESSURE EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM TO ENSURE THE ENVIRONMENTAL PERFORMANCE OF MARINE DIESEL ENGINES

Keywords: environmental indicators, high-pressure exhaust gas recirculation system, marine diesel engine, maritime transport, nitrogen oxide emissions, temperature load

Abstract

Introduction. The movement of sea and inland waterway vessels is impossible without the use of internal combustion engines, which are currently the main generator of mechanical energy. The use of alternative energy sources (solar, wind, as well as energy from various types of batteries) is limited to vessels that make long autonomous navigational crossings. The main type of fuel used in marine diesel engines and subsequently contributes to obtaining effective power is liquid fuel of petroleum origin. The circular operating cycle of a marine diesel engine is impossible without the formation of exhaust gases, which include dangerous toxic components. Marine diesel engines in operation require a constant search for effective ways to reduce the toxicity of exhaust gases, primarily nitrogen oxide emissions. The relevance of this task is confirmed by the requirements of international and national conventions that regulate the content of nitrogen oxides in exhaust gases depending on the type of diesel engine and the year of construction of the vessel. Ensuring the requirements of these conventions is possible by using various methods, one of which is exhaust gas recirculation. The purpose of the study is to determine the impact of the high-pressure exhaust gas recirculation system on the environmental performance of a low-speed marine diesel engine. Results. To consider the issue of ensuring the environmental performance of marine diesel engines by using high-pressure exhaust gas recirculation systems. The features of high-pressure exhaust gas recirculation systems installed on high-power low-speed marine diesel engines are highlighted. The results of research carried out on the 8G60ME MAN Diesel low-speed marine diesel engine equipped with a high-pressure exhaust gas recirculation system are presented. The design feature of these systems is the return of a certain amount of exhaust gases past the gas turbocharger to the diesel cylinder. This contributes to the deterioration of the composition of the fuel-air mixture in the cylinder and, therefore, reduces the combustion temperature. It is this phenomenon that interrupts the chain reaction of the formation of nitrogen oxides and reduces the level of their emissions. Conclusions. It has been experimentally established that changing the degree of exhaust gas recirculation in the range of 5–20 % provides a decrease in the concentration of nitrogen oxides in exhaust gases by 5.7–38.5 %, respectively, depending on the load of the diesel engine. A negative factor in using a high-pressure exhaust gas recirculation system is the increase in temperature loads on the cylinder group and the gas exhaust system of a marine diesel engine.

Downloads

Download data is not yet available.

References

1. Sagin, S., Kuropyatnyk, O., Tkachenko, I. Ensuring the environmental friendliness of marine diesel engines of specialized ships. Суднові енергетичні установки : науково-технічний збірник. 2022. Вип. 45. С. 5–16. doi: 10.31653/smf45.2022.5-16.

2. Varbanets, R., Fomin, O., Píštěk, V., Klymenko, V., Minchev, D., Khrulev, A., Zalozh, V., Kučera, P. Acoustic Method for Estimation of Marine Low-Speed Engine Turbocharger Parameters. Journal of Marine Science and Engineering. 2021. Vol. 9. № 3. P. 321. http://dx.doi.org/10.3390/jmse9030321.

3. Сагін, С.В., Мадей, В.В., Сагін, С.С., Чимшир, В.І., Разінкін, Р.О. Аналіз екологічної стійкості та енергетичної ефективності використання скруберного очищення випускних газів дизелів суден морського транспорту. Суднові енергетичні установки : науково-технічний збірник. 2023. Вип. 47. С. 157–171.

4. Sagin, A.S., Zablotskyi, Yu.V. Reliability maintenance of fuel equipment on marine and inland navigation vessels. Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. Scientific journal. 2021. № 7–8. Р. 14–17. https://doi.org/10.29013/AJT-21-7.8-14-17.

5. Сагін, С.В., Куропятник, О.А. Використання системи рециркуляції випускних газів високого тиску для забезпечення екологічних показників суднових дизелів. Матеріали VI міжнародної морської науково-практичної конференції кафедри СЕУ і ТЕ ОНМУ «Marine Power Plants & Operation MPP&O-2025». 2025. https://2025.depas.od.ua.

6. Побережний, Р.В., Сагін, С.В. Забезпечення екологічних показників дизелів суден річкового та морського транспорту. Суднові енергетичні установки : науково-технічний збірник. 2020. Вип. 41. С. 5–9. DOI: 10.31653/smf340.2020.5-9.

7. Petrychenko, O. Levinskyi, M., Prytula, D., Vynohradova, A. Fuel options for the future: a comparative overview of properties and prospects. Transport Systems and Technologies. 2023. № 41. Р. 96–106.

8. Varbanets, R., Shumylo, O., Marchenko, A., Minchev, D., Kyrnats, V., Zalozh, V., Aleksandrovska, N., Brusnyk, R., Volovyk, K. Concept of vibroacoustic diagnostics of the fuel injection and electronic cylinder lubrication systems of marine diesel engines. Polish maritime research. 2022. № 29(4). P. 88–96. https://doi.org/10.2478/pomr-2022-0046.

9. Sagin, S.V., Kuropyatnyk, O.A. Using exhaust gas bypass for achieving the environmental performance of marine diesel engines. Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. 2021. № 7–8. Р. 36–43. https://doi.org/10.29013/AJT-21-7.8-36-43.

10. Sagin, S., Sagin, A. Development of method for managing risk factors for emergency situations when using low-sulfur content fuel in marine diesel engines. Technology Audit and Production Reserves. 2023. № 5 (1(73)). Р. 37–43. doi: https://doi.org/10.15587/2706-5448.2023.290198.

11. Sagin, S., Kuropyatnyk, O., Matieiko, O., Razinkin, R., Stoliaryk, T., Volkov, O. Ensuring Operational Performance and Environmental Sustainability of Marine Diesel Engines through the Use of Biodiesel Fuel. Journal of Marine Science and Engineering. 2024. № 12. 1440 р. https://doi.org/10.3390/jmse12081440.

12. Petrychenko, O., Levinskyi, M., Goolak, S., Lukoševiˇcius, V. Prospects of Solar Energy in the Context of Greening Maritime Transport. Sustainability. 2025. V. 17. P. 2141. https://doi.org/10.3390/su17052141.

13. Neumann, S., Varbanets, R., Minchev, D., Malchevsky, V., Zalozh, V. Vibrodiagnostics of marine diesel engines in IMES GmbH systems. Ships and Offshore Structures. 2022. № 18(11). P. 1535–1546. https://doi.org/10.1080/17445302.2022.2128558.

14. Заблоцький, Ю.В. Підвищення економічності роботи суднових дизелів. Суднові енергетичні установки : науково-технічний збірник. 2020. Вип. 40. С. 12–16. DOI: 10.31653/smf340.2020.12-16.

15. Petrychenko, O. Levinskyi, M. Trends and preconditions for widespread adoption of liquefied natural gas in maritime transport. Transport Systems and Technologies. 2024. № 43. Р. 21–36.

16. Сагін, С.С., Сагін, С.В. Використання штучного інтелекту в ситуаціях надмірного зближення суден. Водний транспорт : збірник наукових праць. 2024. Вип. 1(39). С. 215–225. doi.org/10.33298/2226-8553.2024.1.39.22.

17. Сагін, С.В. Зниження енергетичних втрат в прецизійних парах паливної апаратури суднових дизелів. Суднові енергетичні установки : науково-технічний збірник. 2018. Вип. 38. С. 132–142.

18. Сагін, С.В., Суворов, П.С., Бондар, С.А. Розробка методу оцінки ризиків виникнення аварійних подій під час експлуатації дизелів морських суден. Суднові енергетичні установки : науково-технічний збірник. 2023. Вип. 47. С. 122–130. doi: 10.31653/smf47.2023.122-130.

19. Заблоцький, Ю.В. Підвищення паливної економічності суднових дизельних установок. Вісник Одеського національного морського університету. 2020. № 2(62). С. 106–119. DOI: 10.47049/2226-1893-2020-1-106-119.

20. Сагін, С.В., Столярик, Т.О. Динаміка суднових дизелів під час використанні моторних мастил з різними структурними характеристиками. Автоматизація суднових технічних засобів : збірник наукових праць. 2021. Вип. 27. С. 108–119.

21. Сагін, С.В., Мадей, В.В., Сагін, А.С. Робота суднового дизеля на біодизельному паливі. Автоматизація суднових технічних засобів : науково-технічний збірник. 2021. Вип. 27. С. 93–107. DOI: 10.31653/1819-3293-2021-1-27-93-107.

22. Сагін, С.В., Бондар, С.А. Метод попередження аварійних ситуацій під час експлуатації суднових дизелів за аналізом потоку відмов його основних вузлів. Суднові енергетичні установки : науково-технічний збірник. 2023. Вип. 46. С. 101–109. doi: 10.31653/smf46.2023.101-109.

23. Сагін, С.В., Сагін, А.С. Контроль та діагностування надійності та економічності дизелів морських та річкових засобів транспорту. Суднові енергетичні установки : науково-технічний збірник. 2023. Вип. 46. С. 118–131. doi: 10.31653/smf46.2023.118-131.

24. Сагін, С.В., Побережний, Р.В. Аналіз основних способів зниження емісії оксидів азоту дизелів суден морського та внутрішнього водного транспорту. Суднові енергетичні установки : науково-технічний збірник. 2022. Вип. 44. С. 132–141. doi: 10.31653/smf44.2022.132-141.

25. Руснак, Д.Ю., Сагін, С.В. Забезпечення екологічних вимог при ультразвуковій десульфурізації вуглеводних палив. Суднові енергетичні установки : науково-технічний збірник. 2020. Вип. 40. С. 49–54. DOI : 10.31653/smf340.2020.49-54.

26. Petrychenko, O., Levinskyi, M. Trends and preconditions for widespread adoption of liquefied natural gas in maritime transport. Transport Systems and Technologies. 2024. Vol. 43. P. 21–36. DOI: 10.32703/2617-9059-2024-43-2

27. Zablotskyi, Yu.V., Sagin, A.S. Applying of fuel additives in marine diesel engines. Суднові енергетичні установки науково-технічний збірник. 2021. Вип. 43. С. 5–17. doi: 10.31653/smf343.2021. 5-17.

28. Марченко, О.О., Сагін, С.В. Вдосконалення процесу очищення суднових важких палив. Суднові енергетичні установки : науково-технічний збірник. 2020. Вип. 41. С. 10–14. DOI: 10.31653/smf341.2020.10-14.

29. Звєрьков, Д.О., Сагін, С.В. Зниження механічних втрат у суднових дизелях. Суднові енергетичні установки : науково-технічний збірник. 2020. Вип. 41. С. 20–25. DOI: 10.31653/smf341.2020.20-25.

30. Sagin, S.V., Kuropyatnyk, O.A. Using exhaust gas bypass for achieving the environmental performance of marine diesel engines. Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. 2021. № 7–8. Р. 36–43. https://doi.org/10.29013/AJT-21-7.8-36-43.
Published
2025-06-25
How to Cite
Sagin, S., & Kuropyatnyk, O. (2025). USING A HIGH-PRESSURE EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM TO ENSURE THE ENVIRONMENTAL PERFORMANCE OF MARINE DIESEL ENGINES. Transport Development, (2(25), 86-98. https://doi.org/10.33082/td.2025.2-25.07
Section
MARITIME AND INLAND TRANSPORT