KR102624411B1 - 다중-연료 레일 장치 - Google Patents

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KR102624411B1
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마이클 씨. 윅스톤
알랭 엠.제이. 터체트
랜들 티. 마크
코리 엘. 첼러
제레미 가르니에
마크 그레이엄
메흐메트 도인메즈
퀴네이트 알티놀
브라윈 마이클 디
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웨스트포트 퓨얼 시스템즈 캐나다 인크.
앱티브 인터내셔널 오퍼레이션즈 룩셈부르크 에스.에이 알.엘.
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Abstract

내연 엔진용 다중-연료 레일 장치는 제1 연료 소스 및 제2 연료 소스로부터 연료를 복수의 연료 분사기에 전달한다. 각 연료 분사기는 상기 다중-연료 레일 장치로부터 연료를 각 연료를 위한 분기 연결부를 통해 수용한다. 상기 다중-연료 레일 장치는 제2 길이방향 보어로부터 이격된 제1 길이방향 보어, 및 제1 및 제2 연료를 상기 제1 및 제2 길이방향 보어 내로 각각 유체적으로 연통하기 위한 제1 및 제2 연료 입구를 포함하는 제1 세장형 부재를 구비한다. 상기 제1 및 제2 길이방향 보어를 각 연료 분사기로부터의 각 분기 연결부에 유체적으로 연결하기 위해 상기 제1 세장형 부재를 따라 각 연료 분사기를 위한 분기 연결 구조부가 존재한다.

Description

다중-연료 레일 장치
본 출원은 내연 엔진용 다중-연료 레일 장치에 관한 것이다.
직접 분사되는 둘 이상의 연료로 작동하는 내연 엔진의 경우, 연료는 하나 이상의 연료 분사기로 전달될 필요가 있다. 연료 분사기들은, 흡기 밸브가 닫히기 전에 또는 후에 연료를 연소 챔버로 직접 도입하기 위해 실린더 헤드의 상부 또는 측면에 구성되고, 외부 환경으로부터 엔진 블록의 상부를 차폐하고 격리시키는 밸브 덮개(valve cover) 아래에 위치된다. 직접 분사되는 연료는 통상적으로 직접 연료 분사기들에 근접해서 연료를 전달하기 위해 밸브 덮개 아래에서 연장되는 원통형 튜브(소위 제조된 또는 조립된 레일) 형태의 연료 레일로 공급된다. 각 직접 연료 분사기의 경우, 분기 연결부(branch connection)의 연료 라인은 실린더 헤드의 상부 또는 측면에서 연료 레일과 분사기 사이에 직접 연장된다. 대안적으로, 연료 라인은 실린더 헤드를 통해 연료 분사기 쪽으로 가는 보어(bore)를 포함할 수 있으며, 여기서 연료 갤러리가 통상적으로 반경 방향 밀봉부로 밀봉된 연료 분사기 주위로 연장된다. 그러나 연료들 중 하나의 연료가 고압에서 장시간 침지(soak-in)되는 기체 연료인 경우, 예를 들어 엔진이 셧다운(shut-down)되는 경우 동안 또는 엔진 작동 조건이 변할 때 기체 연료 압력이 급격히 떨어짐에 따라 갤러리 밀봉부가 손상될 수 있다. 둘 이상의 연료가 직접 분사되는 경우 각 연료에 대해 적어도 하나의 연료 레일이 있을 필요가 있다. 밸브 덮개 아래의 공간상 제약으로 인해 연료 구획을 수정함이 없이 연료 레일들을 그 공간 내에 패키징하는 것이 곤란할 수 있다. 이 문제에 대한 하나의 해결책은 연료 분사기의 근방에서 실린더 헤드를 통해 하나 또는 두 개의 연료를 전달하는 하나 이상의 내부 레일을 제공하여 분기 연결부가 연료 레일과 각 연료 분사기 사이에서 연장될 수 있도록 하는 것이다. 그러나 여러 이유로 내부 연료 레일들을 사용하는 것이 항상 가능한 것은 아니다. 내부 연료 레일은 실린더 헤드의 열역학적 성질을 변화시킬 수 있으나 이는 신뢰성 및/또는 내구성 문제를 일으킬 수 있고, 연료를 가열하여 점화의 이익을 제공할 수는 있으나 이는 또한 연료 분사기 노즐에 및 그 주변에 침착물이 형성되는 것을 증가시킬 수 있다.
금속 대 금속 밀봉 구조부를 사용하는 특별히 적응된 결합부(coupling)는 연료 라인들을 원통형 튜브 연료 레일에 연결할 수 있다. 연료 라인 상의 단부-형태부(end-form)는 연료 레일의 외부 표면에 내측으로 테이퍼진 구획(inwardly tapering section)과 상호 결합되는 원추형 또는 구형 형상을 포함한다. 내측으로 테이퍼진 구획은 연료 레일에 용접될 수 있는 고정구에 의해 둘러싸이거나, 이 고정구는 연료 레일을 따라 제 위치로 미끄러져서 연료 레일에 고정되는 환형 고정구일 수 있다. 너트(nut)는 고정구에 나사산으로 맞물려 단부-형태부를 제 위치에 고정하여 단부-형태부와 내측으로 테이퍼진 구획 사이에 유체적으로 밀봉된 연결부를 생성한다. 연료 라인 상의 단부-형태부와 연료 레일의 벽의 내측으로 테이퍼진 구획 사이의 압축력은 밀봉될 수 있는 최대 연료 압력 및/또는 벽의 최소 두께에 제약을 가한다. 특별히 적응된 결합부는 과도하게 클 수 있으며, 연료 라인들 및 특별히 적응된 결합부과 원통형 튜브 연료 레일을 조립하는 것은 복잡하고 노동 집약적이며 시간 소모적일 수 있다.
종래 기술은 하나 이상의 연료 분사기에 대해 각 연소 챔버에 둘 이상의 연료를 전달하는 기술이 없다. 본 장치 및 방법은 내연 엔진에서 직접 연료 분사기로 2 이상의 연료를 전달하는 것을 개선하는 기술을 제공한다.
내연 엔진용의 개선된 다중-연료 레일 장치는 제1 연료 소스 및 제2 연료 소스(fuel source)로부터의 연료를 복수의 연료 분사기에 전달한다. 각 연료 분사기는 각 연료를 위한 분기 연결부를 통해 상기 다중-연료 레일 장치로부터 연료를 수용한다. 상기 다중-연료 레일 장치는 제2 길이방향 보어로부터 이격된 제1 길이방향 보어, 및 제1 및 제2 연료를 상기 제1 및 제2 길이방향 보어 내로 각각 유체적으로 전달하기 위한 제1 및 제2 연료 입구를 포함하는 제1 세장형 부재(elongate member)를 갖는다. 상기 제1 및 제2 길이방향 보어를 각 연료 분사기로부터의 각 분기 연결부에 유체적으로 연결하기 위해 상기 제1 세장형 부재를 따라 각 연료 분사기를 위한 분기 연결 구조부가 존재한다. 예시적인 실시예에서, 상기 제1 세장형 부재는 제1 세장형 단조 부재(elongate forged member)이다. 상기 제1 연료는 기체 연료일 수 있고, 상기 제2 연료는 액체 연료일 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 각 분기 연결 구조부는 상기 제1 세장형 부재의 외부 표면으로부터 연장되는 제1 보스(boss) 및 제2 보스를 포함한다. 상기 제1 보스는 제1 내측으로 테이퍼진 구획, 및 상기 제1 내측으로 테이퍼진 구획과 상기 제1 길이방향 보어 사이에서 연장되는 제1 측방향 보어를 갖는다. 상기 제2 보스는 제2 내측으로 테이퍼진 구획, 및 상기 제2 내측으로 테이퍼진 구획과 상기 제2 길이방향 보어 사이에서 연장되는 제2 측방향 보어를 갖는다. 상기 제1 및 제2 내측으로 테이퍼진 구획은 각 분기 연결부와 유체적으로 밀봉 결합되기 위한 것이다.
상기 제1 보스는 암형 나사산들을 갖는 암형 커넥터일 수 있고, 상기 제2 보스는 수형 나사산들을 갖는 수형 커넥터일 수 있다. 상기 제1 보스가 암형 커넥터인 경우, 상기 제1 보스는 상기 제1 내측으로 테이퍼진 구획으로부터 외측으로 연장되는 환형 칼라(annular collar)를 포함할 수 있고, 상기 환형 칼라의 내부 표면은 상기 제1 길이방향 보어와 유체 연통하는 분기 연결부와 상호 결합되기 위한 나사산 형성된 연결부들을 가질 수 있다. 상기 제2 보스가 수형 커넥터인 경우, 상기 제2 보스는 상기 제1 내측으로 테이퍼진 구획으로부터 내측으로 연장되는 환형 칼라를 포함할 수 있고, 상기 환형 칼라의 외부 표면은 상기 제2 길이방향 보어와 유체 연통하는 분기 연결부와 상호 결합되기 위한 나사산 형성된 연결부들을 가질 수 있다. 상기 제1 연료는 기체 연료이고 상기 제1 보스가 분기 연결부와 상호 결합되어 고정될 때, 상기 제1 내측으로 테이퍼진 구획은 상기 분기 연결부와 함께 기체 유체 밀봉을 형성한다. 상기 제1 및 제2 보스 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 내측으로 테이퍼진 구획으로부터 하류에 배수 라인(weep line)을 각각 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 배수 라인은 상기 분기 연결부들에서 너트를 통한 축방향 배수 라인일 수 있다. 상기 분기 연결부들 중 적어도 하나는 상기 분기 연결 구조부와 나사산으로 결합되는 너트를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 너트는 상기 내연 엔진의 밸브 덮개를 통해 상기 분기 연결 구조부로부터 연장된다.
상기 제1 길이방향 보어는 상기 제1 연료를 위한 제1 레일이고, 상기 제2 길이방향 보어는 상기 제2 연료를 위한 제2 레일이다. 상기 제1 길이방향 보어의 직경은 상기 제2 길이방향 보어의 직경보다 더 크거나 더 작거나 같을 수 있다. 상기 제1 및 제2 길이방향 보어는 예시적인 실시예에서 블라인드 보어(blind bore)일 수 있고, 상기 제1 길이방향 보어는 상기 제1 세장형 부재의 일 단부로부터 연장될 수 있고, 상기 제2 길이방향 보어는 상기 제1 세장형 부재의 상기 일 단부와 반대쪽 단부로부터 연장될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 상기 다중-연료 레일 장치는 상기 제1 세장형 부재와 같은 제2 세장형 부재를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 세장형 부재는 각각 제1 및 제2 세장형 단조 부재일 수 있다. 상기 제2 세장형 단조 부재는 상기 제1 세장형 단조 부재와 동일할 수 있으나 변형 가공될 수 있다. 적어도 상기 제1 세장형 부재의 상기 제1 및 제2 길이방향 보어는 각각 제1 및 제2 연료 출구를 더 포함한다. 상기 제1 세장형 부재와 상기 제2 세장형 부재 사이에서 상기 제1 연료 출구를 상기 제1 연료 입구에 각각 유체적으로 연결하는 제1 도관이 있을 수 있고; 상기 제1 세장형 부재와 상기 제2 세장형 부재 사이에서 상기 제2 연료 출구를 상기 제2 연료 입구에 각각 유체적으로 연결하는 제2 도관이 있을 수 있다. 상기 제2 세장형 부재의 상기 제1 및 제2 연료 출구는 종단부(termination)로 유체적으로 밀봉되게 폐쇄(shut)될 수 있다. 상기 제1 세장형 부재의 상기 제1 연료 출구의 길이방향 축과 상기 제2 세장형 부재의 상기 제1 연료 입구의 길이방향 축 사이의 각도는 적어도 실질적으로 90도일 수 있고, 상기 제1 세장형 부재의 상기 제2 연료 출구의 길이방향 축과 상기 제2 세장형 부재의 상기 제2 연료 입구의 길이방향 축 사이의 각도는 적어도 실질적으로 90도일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 제1 연료 출구는 적어도 상기 제1 세장형 부재의 일 단부 근처에 있고, 상기 제2 연료 출구는 상기 일 단부와 반대쪽 단부 근처에 있다.
대안적으로, 제1 도관은 상기 제1 세장형 부재와 상기 제2 세장형 부재 사이에서 상기 제1 연료 출구를 상기 제1 연료 입구에 각각 유체적으로 연결시킬 수 있고; 제2 도관은 상기 제2 세장형 부재와 상기 제1 세장형 부재 사이에서 상기 제2 연료 출구를 상기 제2 연료 입구에 각각 유체적으로 연결시킬 수 있다. 상기 제2 및 제1 세장형 부재의 상기 제1 및 제2 연료 출구 각각은 종단부로 밀봉되어 폐쇄될 수 있다. 상기 제1 세장형 부재의 상기 제1 연료 출구의 길이방향 축과 상기 제2 세장형 부재의 상기 제1 연료 입구의 길이방향 축 사이의 각도는 적어도 실질적으로 90도일 수 있고, 상기 제2 세장형 부재의 상기 제2 연료 출구의 길이방향 축과 상기 제1 세장형 부재의 상기 제2 연료 입구의 길이방향 축 사이의 각도는 적어도 실질적으로 90도일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따라 복수의 연료 분사기로 가는 분기 연결부들을 갖는 다중-연료 레일 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분기 연결부 및 다중-연료 레일 장치의 제1 길이방향 보어와 유체 연통하는 분기 연결 구조부의 단면도이다.
도 3은 도 1의 분기 연결부 및 다중-연료 레일 장치의 제2 길이방향 보어와 유체 연통하는 분기 연결 구조부의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 연료 매니폴드 및 저장조로서 기능하는 제1 세장형 단조 부재(21) 및 제2 세장형 단조 부재(22)를 포함하는 다중-연료 레일 장치(10)가 도시되어 있다. 각 세장형 단조 부재는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 이들 연료의 공급원(도시 생략)으로부터 제1 및 제2 연료를 연료 분사기(31a, 31b, 31c 및 32a, 32b, 32c)로 각각 유체적으로 연통시킨다. 도시된 실시예에서는 2개의 세장형 단조 부재가 있지만, 다른 실시예에서는, 다중-연료 레일 장치는 단일 세장형 단조 부재를 포함하거나 또는 일반적으로 복수의 세장형 단조 부재를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 연료는 기체 연료이고 제2 연료는 액체 연료이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이 기체 연료는 본 출원의 문맥에서 20℃(섭씨) 및 1 기압(ATM)인 표준 온도 및 압력에서 기체 상태에 있는 임의의 연료이며, 액체 연료는 표준 온도 및 압력에서 액체 상태이다. 세장형 단조 부재(21, 22)는 유사하며, 이에 설명을 간단히 하기 위해 이들 부재의 특징들은 세장형 단조 부재(21)를 참조하여 설명될 것이다. 세장형 단조 부재들 사이의 유사한 특징들에는 동일한 참조 번호를 부여하되 부재(21)와 관련된 도면 부호는 '1'로 끝나고 부재(22)와 관련된 도면 부호는 '2'로 끝난다. 세장형 단조 부재들 사이의 동일한 특징들은 부재(21)에 대해서만 도시되었을 수 있으며, 부재(22)도 이러한 특징들을 갖는 것으로 이해된다. 도 2를 참조하면, 세장형 단조 부재(21)는 제1 및 제2 연료를 각각 유체적으로 연통시키기 위해 제2 길이방향 보어(51)로부터 이격된 제1 길이방향 보어(41)를 갖는다. 길이방향 보어(41)는 제1 연료 레일(또는 제1 연료 통로)이고, 길이방향 보어(51)는 레일 장치(10)의 제2 연료 레일(또는 제2 연료 통로)이다. 도시된 실시예에서, 제1 길이방향 보어(41)의 제1 직경은 제2 길이방향 보어(51)의 제2 직경을 초과하지만 이것은 필수 요건이 아니고, 다른 실시예에서 직경들은 동일할 수 있고 또는 제1 직경이 제2 직경보다 더 작을 수 있다. 보어들의 직경은 연료의 밀도, 보어를 통한 최대 요구 질량 흐름률, 및 내부에 있는 연료의 압력 및 온도를 포함하는 다양한 인자에 의존한다. 제1 및 제2 길이방향 보어(41, 51)는 도시된 실시예에서 블라인드 보어이지만, 이는 필수 사항이 아니고, 여기서 도 1을 참조하면, 제1 길이방향 보어는 단조 부재(21)의 단부(341)에서 연료 입구(61)를 갖고, 단부(351) 근처의 표면(191)을 따라 연료 출구(71)를 갖고, 제2 길이방향 보어는 단부(351)에서 연료 입구(81)를 갖고, 단부(341) 근처의 표면(191)을 따라 연료 출구(91)를 갖는다. 단조 부재(21)의 대향 단부들에 연료 입구(61 및 81)를 위치시킴으로써, 소스 연료 도관들을 이들 연료 입구에 고정하기 위한 공구 접근이 개선된다.
부재(21, 22)의 연료 입구 및 출구를 상호 연결하고 이 연료 입구 및 출구를 제1 및 제2 연료의 소스들에 상호 연결하는 다양한 방법이 있다. 도시된 실시예에서, 도관(100)은 연료 출구(72)를 연료 입구(61)에 유체적으로 연결하고, 도관(110)은 연료 출구(91)를 연료 입구(82)에 유체적으로 연결한다. 도관(100 및 110)은 교차 연결부(cross-over connection)라고도 언급된다. 연료 출구(71)는 종단부(120)로 폐쇄되고, 연료 출구(92)는 종단부(130)로 폐쇄된다. 종단부(120 및 130)는 연료 출구들에 삽입되는 플러그일 수 있다. 대안적으로, 단조 부재(21 및 22)를 제조하는 동안, 연료 출구들은 적절히 단조하는 것에 의해 영구적으로 폐쇄되게 만들어질 수 있으며, 이는 나중에 단조 금속을 통해 각 보어를 천공함으로써 개방될 수 있다. 연료 입구(62)가 제1 연료의 소스와 유체적으로 연결되고 연료 입구(81)가 제2 연료의 소스와 유체적으로 연결될 때 제1 및 제2 연료는 부재(21, 22)를 통해 분배될 수 있다.
다른 실시예에서, 부재(21, 22)의 연료 입구 및 출구는 대안적인 방식으로 서로 상호 연결될 수 있고 제1 및 제2 연료의 소스들과 상호 연결될 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 제1 및 제2 연료의 소스들은 부재(21)의 연료 입구(61, 81)와 유체적으로 연결될 수 있고, 연료 출구(71, 91)는 적절히 종단된 연료 출구(72, 92)를 갖는 부재(22)의 연료 입구(62, 82)와 유체적으로 연결될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 제1 연료의 소스는 연료 입구(61, 62)와 유체적으로 연결될 수 있고, 제2 연료의 소스는 연료 입구(81, 82)와 유체적으로 연결될 수 있고, 여기서 연료 출구(71, 72, 91, 92)는 적절히 종단된다. 대안적으로, 본 명세서에 기술된 연료 입구 및 출구는 각각 연료 출구 및 입구로서 작동할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 도관(100 및 110)은 다중-연료 레일 장치의 임의의 다른 부분을 분해할 필요 없이 다중-연료 레일 장치(10)로부터 분해될 수 있다. 장착 러그(mounting lug)(331)는 단조 부재(21)를 장착 아암(mounting arm)(도시되지 않음)을 통해 엔진, 바람직하게는 엔진의 실린더 헤드에 고정하는데 사용된다. 단 하나의 장착 러그(331)만이 도면에 도시되어 있지만, 통상적으로 복수의 장착 러그가 있다. 각 연료 입구 및 출구의 길이방향 축들 사이의 각도는 바람직하게는 실질적으로 90도 이상이며, 이에 의해 도관(100 및 110)은 단조 부재(21 및 22)를 분해 및 조립함이 없이 조립되고 분해될 수 있다. 즉, 다중-연료 레일 장치(10)가 완전히 조립되면, 도관(100 및 110)은 각 장착 러그로부터 단조 부재(21 및/또는 22)를 분해함이 없이 분해될 수 있다. 예를 들어, 연료 입구(61)의 길이방향 축(103)과 연료 출구(72)의 길이방향 축(105) 사이의 각도는 적어도 실질적으로 90도이며, 연료 입구(82)의 길이방향 축(107)과 연료 출구(91)의 길이방향 축(109) 사이의 각도는 실질적으로 90도 이상이다.
도시된 실시예에서, 세장형 단조 부재(21)는 제1 및 제2 연료를 연료 분사기(31a 내지 31c)에 각각 유체적으로 연통시키기 위해 각 분기 연결부(151a, 161a; 151b, 161b 및 151c, 161c)에 유체적으로 연결되는 3개의 분기 연결 구조부(141a, 141b, 141c)를 포함한다. 다른 실시예에서, 세장형 단조 부재들은 일반적으로 각각 하나 이상의 분기 연결 구조부를 포함할 수 있다. 각 분기 연결 구조부는 제1 연료 레일로부터의 연료 포트, 및 제2 연료 레일로부터의 연료 포트를 포함한다. 분기 연결 구조부(141b)는 이제 보다 상세히 설명되며, 다른 분기 연결 구조부(141a, 141c, 142a, 142b 및 142c)는 동일한 특징들을 갖는 유사한 것으로 이해된다. 분기 연결 구조부(141b)는 세장형 단조 부재(21)의 외부 표면(191)으로부터 연장되는 제1 보스(171b) 및 제2 보스(181b)를 포함한다. 제1 보스(171b)는 분기 연결부(151b)를 위한 암형 커넥터를 형성하고, 제2 보스(181b)는 분기 연결부(161b)를 위한 수형 커넥터를 형성한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 보스는 돌출 부분 또는 몸체이다.
도 2를 참조하면, 보스(171b)는 제1 내측으로 테이퍼진 구획(201)과 길이방향 보어(41) 사이에서 연장되는 제1 측방향 보어(211)를 포함한다. 환형 칼라(221)는 내측으로 테이퍼진 구획(201)으로부터 외측으로 연장되고, 내부 표면(231)에 나사산을 갖게 형성되어, 이에 의해 환형 칼라는 분기 연결부(151b)의 너트(241)와 상호 결합되어, 연료 라인(261)의 단부 형태부(251)를 내측으로 테이퍼진 구획에 고정시켜, 분기 연결부와 길이방향 보어(41) 사이에 유체 기밀 밀봉을 형성할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 내측으로 테이퍼진 구획(201)의 표면 형상은 원뿔대형 표면, 구형 표면, 포물선형 표면 및 쌍곡선형 표면 중 하나일 수 있다. 보스(171b)의 길이방향 축(203)과 연료 분사기(31b) 상의 제1 연료를 위한 연료 입구의 길이방향 축(205) 사이의 각도는 적어도 실질적으로 90도이어서, 이에 의해 다중-연료 레일 장치(10)의 임의의 다른 부분을 분해함이 없이 연료 라인(261)이 분기 연결 구조부(141b)의 보스(171b)로부터 분해될 수 있다. 단부 형태부(251)와 너트(241) 사이의 접촉 구역(361)은 유체 밀봉을 형성하여, 이에 의해 연료가 단부 형태부와 내측으로 테이퍼진 구획(201) 사이의 밀봉부(1차 밀봉부)를 지나 누출되는 바람직하지 않은 경우에서, 접촉 구역에 형성된 밀봉부에 의해 챔버(401)에 연료가 포획될 수 있다. 이 포획된 연료는 너트(241)의 클램프 하중을 감소시킬 수 있으며 1차 밀봉부에서의 누설을 촉진(증가)시킬 수 있다. 배수 라인(371)은 제1 연료가 빠져 나가게 함으로써 제1 밀봉부와 접촉 구역(361) 사이에 연료 압력이 상승하는 것을 방지한다. 다중-연료 레일 장치(10)를 조립하는 동안, 제1 연료가 배수 라인(371)으로부터 빠져 나가는 것을 검출하여 연료가 1차 밀봉부를 지나 누설되는지 여부를 결정할 수 있다. 제1 연료가 기체 연료일 때, 배수 라인(371)의 출구에 액체를 도포되어 기포가 형성되는지를 관찰할 수 있다. 제1 연료가 액체일 때, 출구에서 액체가 떨어지는 것에 의해 1차 밀봉부가 누설되는 것을 나타내는 표시로서 사용될 수 있다. 너트를 느슨하게 하는데 밸브 덮개를 제거할 필요가 없도록 너트(241)는 밸브 덮개(도시되지 않음)를 통해 연장될 수 있다. 튜브(도시되지 않음)는 배수 라인(371)의 출구로부터 밸브 덮개의 외측으로 연장되어, 배수 라인으로부터 밸브 덮개 외측으로 연료를 연통시켜, 배수 라인으로부터 밸브 덮개 아래에 연료가 축적되는 것을 감소시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 보스(181b)는 제2 내측으로 테이퍼진 구획(271)과 길이방향 보어(51) 사이에서 연장되는 제2 측방향 보어(281)를 포함한다. 환형 칼라(222)는 내측으로 테이퍼진 구획(271)으로부터 내측으로 연장되고, 외부 표면(291)에 나사산을 갖게 형성되어, 이에 의해 환형 칼라는 분기 연결부(161b)의 너트(301)와 상호 결합되어, 연료 라인(321)의 단부 형태부(311)를 내측으로 테이퍼진 구획에 고정시켜 분기 연결부와 길이방향 보어(51) 사이에 유체 기밀 밀봉을 형성할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 내측으로 테이퍼진 구획(271)의 표면 형상은 원뿔대형 표면, 구형 표면, 포물선형 표면 및 쌍곡선형 표면 중 하나일 수 있다. 보스(181b)의 길이방향 축(207)과 연료 분사기(31b) 상의 제2 연료를 위한 연료 입구의 길이방향 축(209) 사이의 각도는 적어도 실질적으로 90도이어서, 이에 의해 다중-연료 레일 장치(10)의 임의의 다른 부분을 분해함이 없이 연료 라인(321)이 분기 연결 구조부(141b)의 보스(181b)로부터 분해될 수 있다. 단부 형태부(311)와 너트(301) 사이의 접촉 구역(381)은 유체 밀봉부를 형성하여, 이에 의해 연료가 단부 형태부와 내측으로 테이퍼진 구획(271) 사이의 밀봉부(1차 밀봉부)를 지나서 누출되는 바람직하지 않은 경우에서, 접촉 구역에 형성된 밀봉부에 의해 챔버(411)에 연료가 포획될 수 있다. 이러한 포획된 연료는 너트(301)의 클램프 하중을 감소시킬 수 있고 1차 밀봉부에서 누설을 촉진(증가)시킬 수 있다. 축방향 배수 라인(391)은 제2 연료가 빠져 나가게 함으로써 제1 밀봉부와 접촉 구역(381) 사이에 연료 압력이 상승하는 것을 방지한다. 다중-연료 레일 장치(10)를 조립하는 동안, 제2 연료가 배수 라인(391)으로부터 빠져 나가는 것을 검출하여 연료가 1차 밀봉부를 지나서 누출되는지 여부를 결정할 수 있다. 제2 연료가 기체 연료일 때, 배수 라인(391)의 출구에 액체를 도포하여 기포가 형성되는지를 관찰할 수 있다. 제2 연료가 액체일 때, 출구에서 액체가 떨어지는 것에 의해 1차 밀봉부가 누출되는 것을 나타내는 표시로서 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 배수 라인은 연료가 챔버(411)를 빠져 나갈 수 있도록 보스(181b)를 통해 교차 천공될 수 있다. 너트(301)는 밸브 덮개(도시되지 않음)를 통해 연장되어, 이에 의해 너트를 느슨하게 하는데 밸브 덮개를 제거할 필요가 없다. 튜브(도시되지 않음)는 (너트가 관통 연장되지 않을 때) 배수 라인(391)의 출구로부터 밸브 덮개의 외측으로 연장되어, 배수 라인으로부터 연료를 밸브 덮개 외측으로 연통시켜, 배수 라인으로부터 밸브 덮개 아래에 연료가 축적되는 것을 감소시킬 수 있다.
측방향 보어(211, 281)의 직경은 연료 분사기를 통한 연료의 분사에 의해 야기된 압력 맥동을 감소시키기 위해 각 길이방향 보어(41, 51) 및 각 연료 압력에 따라 크기가 정해질 수 있다. 이와 관련하여, 측방향 보어는 제한된 오리피스(orifice)로서 작동하며, 연료 분사기 내의 분사 밸브 부근의 압력 변동이 길이방향 보어로 진행하는 것을 감소시킨다.
보스(171b)를 암형 커넥터로 만들고 보스(181b)를 수형 커넥터로 만듦으로써, 이들 보스는 분기 연결부들을 보스에 고정하기 위해 공구에 요구되는 간극을 여전히 제공하면서도, 보스들이 동일한 암형이거나 동일한 수형인 경우에 비해 서로 더 가깝게 위치될 수 있다. 추가적으로, 제1 및 제2 세장형 부재가 원재료 금속으로 단조되거나 가공될 때, 보스들이 고정구 상에서 미끄러지는 것을 이용하는 제조된 레일에 비해 서로 더 가깝게 배치될 수 있다. 보스들이 서로 더 가까이 있는 경우, 다중-연료 레일 장치(10)의 패키징 포락선이 개선되어, 장치를 밸브 덮개 아래에 위치시킬 수 있는 자유도가 더 커진다. 예시적인 실시예에서, 각 분기 연결부는 일 단부 상에 수형 연결부를 갖고 타 단부 상에 암형 연결부를 가져서, 이에 의해 제1 및 제2 연료 레일이 연료 분사기 상의 각 연료 입구와 잘못 연결되는 것을 방지한다.
밀봉 구조부를 생성하기 위해 원통형 튜브 및 (원통형 튜브에 용접되거나 또는 고정된) 고정구의 벽 두께에 의존하는 제조된 및 조립된 연료 레일들과 달리, 보스(171b, 181b)는 단조 공정 동안 단조 부재(21 및 22)에 통합되고, 이에 고압 직접 분사에 적합한 기체 연료 및 액체 연료의 압력에 대해 밀봉될 수 있는 유체 기밀 밀봉 구조부를 생성할 수 있을 만큼 충분한 재료를 보스에 추가할 수 있다. 예를 들어, 연료 및 유압 유체로서 액체 연료를 사용하는 이중 연료 분사기에서와 같이 기체 연료 압력이 액체 연료 압력의 소정의 마진(margin) 내에서 유지되는 실시예에서, 제1 길이방향 보어(41)(도 2에 도시) 내의 기체 연료 압력은 750바(bar) 정도일 수 있고(및 이보다 훨씬 더 높을 수 있고) 제2 길이방향 보어(51) 내의 액체 연료 압력은 동등하지만 약간 더 높은 압력일 수 있다. 기체 연료 압력이 액체 연료 압력의 소정의 마진 내에서 유지되지 않을 때, 액체 연료의 비압축성을 이용하여, 특성적으로 압축하는데 훨씬 더 많은 에너지가 드는 압축 가능한 유체인 기체 연료의 압력보다 훨씬 더 높은 압력으로 액체 연료 압력을 증가시킬 수 있다. 원통형 튜브 연료 레일들은, 특히 액체 연료보다 밀봉하기 더 어렵고 통상적으로 더 높은 밀봉 압력을 요구하는 기체 연료에 대해, 구조적으로 견고한 유체 기밀 밀봉을 생성하는데 벽 두께에 의지한 결과, 단조 부재(21)의 밀봉 구조부를 위한 재료가 단조 부재를 따라 모든 방향으로 가해지는 것이 아니라 분기 연결 구조부(141[a-c])에 집중되기 때문에, 제조된 연료 레일 조립체는 단조 부재(21)를 이용하는 단조 레일 조립체보다 본질적으로 더 무겁다. 단조 부재의 2개의 길이방향 보어(각 연료에 대해 하나씩)와 분기 연결부를 위한 보스를 갖는 분기 연결 구조부를 결합하면, 2개의 원통형 연료 레일 및 분기 연결부를 위한 관련된 고정구를 포함하는 제조된 연료 레일 조립체에 비해 패키징 포락선이 실질적으로 감소된다. 일부 응용에서는 엔진의 광범위한 재설계 없이 제조된 연료 레일 조립체를 밸브 덮개 아래에 통합할 공간이 없다. 더 작은 패키징을 하면 작은 연료 공급 경로들이 생성되어 바람직하지 않은 압력파의 상호 작용을 제한한다. 레일이 분할된 것에 의해 길이방향 보어를 건(gun)으로 보다 정확히 천공할 수 있다. 단조에 의해 각 연료 분사기를 위한 쌍을 이루는 보스들이 서로 가까이 배치될 수 있다. 하나의 부품을 단조하면 다양한 2차 가공 작업이 가능할 수 있다. 다중-연료 레일 장치(10)는 용접을 감소시키고 바람직하게는 제거하고 필요한 밀봉의 수를 감소시키기 때문에 제조된 레일 조립체에 비해 누출 경로를 감소시킨다.
본 발명의 특정 요소, 실시예 및 응용이 도시되고 기술되었지만, 특히 전술한 내용에 비추어 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정이 이루어질 수 있기 때문에 본 발명은 이 상세한 설명으로 한정되는 것은 아니라는 것을 이해해야 할 것이다. 예를 들어, 부재(21, 22)는 단조되는 것이 아니라 금속 원재료로부터 가공될 수 있다. 일부 응용에서, 보어(41, 51)는 예를 들어 천공하는 것에 의해 또는 건으로 천공하는 것에 의해 금속 원재료에서 형성될 수 있고, 분기 연결 구조부는 이를 따라 제 위치로 미끄러져 고정되는 고정구일 수 있다.

Claims (29)

  1. 제1 연료 소스 및 제2 연료 소스로부터 연료를 복수의 연료 분사기로 전달하는 내연 엔진용 다중-연료 레일 장치로서, 각 연료 분사기는 각 연료를 위한 분기 연결부를 통해 상기 다중-연료 레일 장치로부터 연료를 수용하고,
    상기 다중-연료 레일 장치는,
    제2 길이방향 보어로부터 이격된 제1 길이방향 보어, 및 제1 및 제2 연료를 상기 제1 및 제2 길이방향 보어 내로 각각 유체적으로 연통시키기 위한 제1 및 제2 연료 입구를 포함하는 제1 세장형 부재; 및
    상기 제1 및 제2 길이방향 보어를 각 연료 분사기로부터의 각 분기 연결부에 유체적으로 연결하기 위해 상기 제1 세장형 부재를 따라 각 연료 분사기를 위한 분기 연결 구조부를 포함하고,
    상기 분기 연결 구조부는 상기 제1 세장형 부재의 외부 표면으로부터 연장되는 제1 보스(boss) 및 제2 보스를 포함하고, 상기 제1 보스는 암형 커넥터이고, 상기 제2 보스는 수형 커넥터인, 다중-연료 레일 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 세장형 부재는 제1 세장형 단조 부재인, 다중-연료 레일 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 연료는 기체 연료이고, 상기 제2 연료는 액체 연료인, 다중-연료 레일 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 보스는 제1 내측으로 테이퍼진 구획, 및 상기 제1 내측으로 테이퍼진 구획과 상기 제1 길이방향 보어 사이에서 연장되는 제1 측방향 보어를 포함하고, 상기 제2 보스는 제2 내측으로 테이퍼진 구획, 및 상기 제2 내측으로 테이퍼진 구획과 상기 제2 길이방향 보어 사이에서 연장되는 제2 측방향 보어를 포함하고, 상기 제1 및 제2 내측으로 테이퍼진 구획은 각 분기 연결부와 유체적으로 밀봉 결합되기 위한 것인, 다중-연료 레일 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 보스는 상기 제1 내측으로 테이퍼진 구획으로부터 외측으로 연장되는 환형 칼라를 포함하고, 상기 환형 칼라는 내부 표면 상에 나사산을 포함하는, 다중-연료 레일 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제2 보스는 상기 제2 내측으로 테이퍼진 구획으로부터 내측으로 연장되는 환형 칼라를 포함하고, 상기 환형 칼라는 외부 표면 상에 나사산을 포함하는, 다중-연료 레일 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 환형 칼라의 내부 표면은 상기 제1 길이방향 보어와 유체적으로 연통하는 분기 연결부와 상호 결합되기 위한 나사산 형성된 연결부들을 포함하는, 다중-연료 레일 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 제2 보스의 외부 표면은 상기 제2 길이방향 보어와 유체적으로 연통하는 분기 연결부와 상호 결합되기 위한 나사산 형성된 연결부들을 포함하는, 다중-연료 레일 장치.
  9. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 내측으로 테이퍼링 구획의 표면 형상은 원뿔대형 표면, 구형 표면, 포물선형 표면 및 쌍곡선형 표면 중 하나인, 다중-연료 레일 장치.
  10. 제4항에 있어서, 상기 제1 보스가 분기 연결부와 상호 결합되어 고정될 때 상기 제1 내측으로 테이퍼진 구획은 상기 분기 연결부와 기체 유체 밀봉을 형성하는, 다중-연료 레일 장치.
  11. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 보스 중 적어도 하나의 보스는 상기 제1 및 제2 내측으로 테이퍼진 구획으로부터 하류에 배수 라인을 각각 포함하는, 다중-연료 레일 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 길이방향 보어는 블라인드 보어이고, 상기 제1 길이방향 보어는 상기 제1 세장형 부재의 일 단부로부터 연장되고, 상기 제2 길이방향 보어는 상기 제1 세장형 부재의 상기 일 단부와 반대쪽 단부로부터 연장되는, 다중-연료 레일 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 세장형 부재와 같은 제2 세장형 부재를 더 포함하고, 적어도 상기 제1 세장형 부재의 상기 제1 및 제2 길이방향 보어는 각각 제1 및 제2 연료 출구를 더 포함하는, 다중-연료 레일 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세장형 부재는 각각 제1 및 제2 세장형 단조 부재인, 다중-연료 레일 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제1 세장형 부재와 상기 제2 세장형 부재 사이에서 상기 제1 연료 출구를 상기 제1 연료 입구에 각각 유체적으로 연결하는 제1 도관; 및 상기 제1 세장형 부재와 상기 제2 세장형 부재 사이에서 상기 제2 연료 출구를 상기 제2 연료 입구에 각각 유체적으로 연결하는 제2 도관을 더 포함하는 다중-연료 레일 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제2 세장형 부재의 상기 제1 및 제2 연료 출구는 종단부로 각각 유체적으로 밀봉되어 폐쇄된, 다중-연료 레일 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 제1 세장형 부재의 상기 제1 연료 출구의 길이방향 축과 상기 제2 세장형 부재의 상기 제1 연료 입구의 길이방향 축 사이의 각도는 적어도 실질적으로 90도이고, 상기 제1 세장형 부재의 상기 제2 연료 출구의 길이방향 축과 상기 제2 세장형 부재의 상기 제2 연료 입구의 길이방향 축 사이의 각도는 적어도 실질적으로 90도인, 다중-연료 레일 장치.
  18. 제14항에 있어서, 상기 제1 세장형 부재와 상기 제2 세장형 부재 사이에서 상기 제1 연료 출구를 상기 제1 연료 입구에 각각 유체적으로 연결하는 제1 도관; 및 상기 제2 세장형 부재와 상기 제1 세장형 부재 사이에서 상기 제2 연료 출구를 상기 제2 연료 입구에 각각 유체적으로 연결하는 제2 도관을 더 포함하는 다중-연료 레일 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 세장형 부재의 상기 제1 연료 출구의 길이방향 축과 상기 제2 세장형 부재의 상기 제1 연료 입구의 길이방향 축 사이의 각도는 적어도 실질적으로 90도이고, 상기 제2 세장형 부재의 상기 제2 연료 출구의 길이방향 축과 상기 제1 세장형 부재의 상기 제2 연료 입구의 길이방향 축 사이의 각도는 적어도 실질적으로 90도인, 다중-연료 레일 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제2 및 제1 세장형 부재의 상기 제1 및 제2 연료 출구는 종단부로 각각 밀봉되어 폐쇄된, 다중-연료 레일 장치.
  21. 제13항에 있어서, 상기 제1 연료 출구는 적어도 상기 제1 세장형 부재의 일 단부 근처에 있고, 상기 제2 연료 출구는 상기 일 단부와 반대쪽 단부 근처에 있는, 다중-연료 레일 장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 제1 길이방향 보어의 제1 직경은 상기 제2 길이방향 보어의 제2 직경보다 더 큰, 다중-연료 레일 장치.
  23. 제1항에 있어서, 상기 분기 연결부들 중 적어도 하나는 너트를 포함하고, 상기 너트는 상기 너트를 관통하는 축방향 배수 라인을 포함하는, 다중-연료 레일 장치.
  24. 제1항에 있어서, 상기 분기 연결부들 중 적어도 하나는 상기 분기 연결 구조부와 나사산으로 결합되는 너트를 포함하고, 상기 너트는 상기 내연 엔진의 밸브 덮개를 통해 상기 분기 연결 구조부로부터 연장되는, 다중-연료 레일 장치.
  25. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 길이방향 보어를 이중 연료 분사기의 제1 및 제2 연료 입구에 각각 유체적으로 연결하는 제1 및 제2 분기 연결부를 더 포함하는 다중-연료 레일 장치.
  26. 제1 연료 소스 및 제2 연료 소스로부터 연료를 복수의 연료 분사기로 전달하는 내연 엔진용 다중-연료 레일 장치로서, 각 연료 분사기는 각 연료를 위한 분기 연결부를 통해 상기 다중-연료 레일 장치로부터 연료를 수용하고,
    상기 다중-연료 레일 장치는,
    제2 길이방향 보어로부터 이격된 제1 길이방향 보어, 및 제1 및 제2 연료를 상기 제1 및 제2 길이방향 보어 내로 각각 유체적으로 연통시키기 위한 제1 및 제2 연료 입구를 포함하는 제1 세장형 부재;
    상기 제1 및 제2 길이방향 보어를 각 연료 분사기로부터의 각 분기 연결부에 유체적으로 연결하기 위해 상기 제1 세장형 부재를 따라 각 연료 분사기를 위한 분기 연결 구조부;
    상기 제1 세장형 부재와 같은 제2 세장형 부재로서, 적어도 상기 제1 세장형 부재의 상기 제1 및 제2 길이방향 보어는 각각 제1 및 제2 연료 출구를 더 포함하는, 상기 제2 세장형 부재;
    상기 제1 세장형 부재와 상기 제2 세장형 부재 사이에서 상기 제1 연료 출구를 상기 제1 연료 입구에 각각 유체적으로 연결하는 제1 도관; 및
    상기 제1 세장형 부재와 상기 제2 세장형 부재 사이에서 상기 제2 연료 출구를 상기 제2 연료 입구에 각각 유체적으로 연결하는 제2 도관;을 포함하는, 다중-연료 레일 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 제2 세장형 부재의 상기 제1 및 제2 연료 출구는 종단부로 각각 유체적으로 밀봉되어 폐쇄된, 다중-연료 레일 장치.
  28. 제26항에 있어서, 상기 제1 세장형 부재의 상기 제1 연료 출구의 길이방향 축과 상기 제2 세장형 부재의 상기 제1 연료 입구의 길이방향 축 사이의 각도는 적어도 실질적으로 90도이고, 상기 제1 세장형 부재의 상기 제2 연료 출구의 길이방향 축과 상기 제2 세장형 부재의 상기 제2 연료 입구의 길이방향 축 사이의 각도는 적어도 실질적으로 90도인, 다중-연료 레일 장치.
  29. 제26항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세장형 부재는 단조 부재인, 다중-연료 레일 장치.
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