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DE102020203194B4 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE FOR OPERATION WITH GASEOUS FUEL, ESPECIALLY HYDROGEN, AND HIGH-PRESSURE VALVE FOR INTRODUCING GASEOUS FUEL INTO THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

INTERNAL COMBUSTION ENGINE FOR OPERATION WITH GASEOUS FUEL, ESPECIALLY HYDROGEN, AND HIGH-PRESSURE VALVE FOR INTRODUCING GASEOUS FUEL INTO THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE Download PDF

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DE102020203194B4
DE102020203194B4 DE102020203194.0A DE102020203194A DE102020203194B4 DE 102020203194 B4 DE102020203194 B4 DE 102020203194B4 DE 102020203194 A DE102020203194 A DE 102020203194A DE 102020203194 B4 DE102020203194 B4 DE 102020203194B4
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Abstract

Es wird eine Verbrennungskraftmaschine für den Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, bereitgestellt, welche ein Hochdruckventil (4) aufweist, das mit zylindrischen Flächen und Steuerkanten (5.1) oder mit kegelformaufweisenden Elementen (5.2) die Zufuhr von Wasserstoff zu einem Zylinder (3) mittels eines Steuerventilkolbens (5) realisiert. Der Steuerventilkolben (5) ist elektromagnetisch betätigt, realisiert kurze Steuerzeiten/hohe Schaltfrequenzen, ist im Gehäuse (6) mindestens zweistufig und elastomerfrei abgedichtet und verhindert oder zumindest vermeidet in starkem Maße ein Rückströmen von gasförmigem Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, sodass Rückzündungen vermieden werden, und ist in gewichtsreduzierter Leichtbauweise ausgebildet.An internal combustion engine for operation with gaseous fuel, in particular hydrogen, is provided, which has a high-pressure valve (4) which, with cylindrical surfaces and control edges (5.1) or with conical elements (5.2), implements the supply of hydrogen to a cylinder (3) by means of a control valve piston (5). The control valve piston (5) is electromagnetically actuated, implements short control times/high switching frequencies, is sealed in the housing (6) in at least two stages and without elastomers and prevents or at least avoids to a great extent a backflow of gaseous fuel, in particular hydrogen, so that backfiring is avoided, and is designed in a weight-reduced lightweight construction.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für Gasbetrieb, insbesondere Wasserstoffbetrieb, und ein Hochdruckventil zum Einbringen von gasförmigem Kraftstoff in eine solche Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to an internal combustion engine for gas operation, in particular hydrogen operation, and a high-pressure valve for introducing gaseous fuel into such an internal combustion engine.

Auf dem Gebiet des Betriebs von Verbrennungskraftmaschinen mit gasförmigem Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, ist aufgrund der vielen Jahre, in denen sich die Industrie und Verbände vor allem auch aus ökologischer Sicht mit dieser Thematik befasst haben, sehr viel Stand der Technik veröffentlicht wurden. Neben den häufigsten verwendeten flüssigen Kraftstoffen werden zunehmend auch gasförmige Kraftstoffe wie beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff zum Betrieb von Fahrzeugen eingesetzt. Die Einspritzdüsen, auch Injektoren genannt, für flüssige Kraftstoffe sind weitestgehend perfektioniert in ihrer Entwicklung, bei gasförmigen Kraftstoffen treten jedoch eine Reihe von bei flüssigen Kraftstoffen nicht auftretenden Problemen auf. Die bekannten Injektoren für flüssige Kraftstoffe sind daher nur bedingt geeignet.In the field of operating internal combustion engines with gaseous fuel, particularly hydrogen, a great deal of state-of-the-art technology has been published due to the many years in which industry and associations have dealt with this topic, particularly from an ecological perspective. In addition to the most commonly used liquid fuels, gaseous fuels such as natural gas or hydrogen are increasingly being used to operate vehicles. The injection nozzles, also known as injectors, for liquid fuels have been largely perfected in their development, but gaseous fuels have a number of problems that do not occur with liquid fuels. The known injectors for liquid fuels are therefore only suitable to a limited extent.

Gasförmige Kraftstoffe weisen von flüssigen Kraftstoffen abweichende andere Energiedichten und Volumina auf.Gaseous fuels have different energy densities and volumes than liquid fuels.

Ein Problem bei der Verwendung von Wasserstoff bzw. von gasförmigen Kraftstoffen besteht darin, dass einerseits in einer relativ kurzen Zeit eine relativ große Menge mit gegenüber flüssigen Kraftstoffen deutlich größerem Volumen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden muss, dass andererseits auch das Einbringen sehr zeitgenau und sehr genau hinsichtlich der Dosierung der in den Brennraum eingebrachten Kraftstoffmenge realisiert werden muss. Dies ist erforderlich, damit bei dem Betrieb von mit Erdgas oder Wasserstoff bzw. mit anderen gasförmigen Kraftstoffen verwendete Verbrennungskraftmaschinen kein übermäßiger Verbrauch und ein minimaler Schadstoffausstoß auftreten. Es ist dazu eben erforderlich, dass möglichst genau dosierte Gasmengen pro Einblasvorgang und zu einem definierten, auf eine optimierte Verbrennung im Zylinder abgestimmten Zeitpunkt des Einblasvorganges in den Zylinder eingebracht werden.One problem with the use of hydrogen or gaseous fuels is that, on the one hand, a relatively large amount of fuel - a significantly larger volume than liquid fuels - has to be introduced into the combustion chamber of an internal combustion engine in a relatively short space of time, and, on the other hand, the introduction has to be carried out very precisely and with very precise dosing of the amount of fuel introduced into the combustion chamber. This is necessary so that when internal combustion engines are operated with natural gas, hydrogen or other gaseous fuels, excessive consumption does not occur and pollutant emissions are kept to a minimum. This requires that the gas quantities metered as precisely as possible are introduced into the cylinder per injection process and at a defined time of the injection process that is coordinated with optimized combustion in the cylinder.

Prinzipiell sind zwei grundlegende Einblasverfahren für gasförmige Kraftstoffe, insbesondere Wasserstoff, bekannt. Eine Möglichkeit des Einbringens von gasförmigem Kraftstoff ist, dass dieser Kraftstoff im Endbereich der Einlassleitung, vorzugsweise unmittelbar vor dem Einlassbereich der Einlassleitung in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingeführt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass der gasförmige Kraftstoff mit den entsprechend entwickelten, für gasförmige Kraftstoffe geeigneten und optimierten Injektoren direkt in den Brennraum eingeblasen wird, wobei man dabei auch von „eingespritzt“ spricht. Das Einblasen bzw. Einspritzen von gasförmigen Brennstoffen wird dabei so realisiert, dass der gesamte für einen Verbrennungszyklus erforderliche Kraftstoff in einem Einblasvorgang oder auch in mehreren Einblasvorgängen pro Verbrennungszyklus eingebracht wird. Vorzugsweise muss neben der Notwendigkeit, eine bestimmte maximale Kraftstoffmenge in einer vorgegebenen Zeitdauer einspritzen zu können, es auch zusätzlich möglich sein, definierte Kleinmengen bzw. Kleinstmengen in genauer Dosierung in den Zylinder einzutragen. Eine weitere allgemeine Forderung für die Gasinjektoren oder Einblasventile besteht darin, dass diese gegenüber dem Brennraum, in welchen das Gas, vorzugsweise Wasserstoff, eingebracht wird, exakt und zuverlässig abgedichtet sein muss, damit eine Rückzündung im Bereich vor dem Brennraum vermieden wird.In principle, two basic injection methods for gaseous fuels, in particular hydrogen, are known. One way of introducing gaseous fuel is to introduce this fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine in the end area of the intake line, preferably immediately before the intake area of the intake line. Another possibility is to blow the gaseous fuel directly into the combustion chamber using the appropriately developed injectors that are suitable and optimized for gaseous fuels, which is also referred to as "injected". The injection of gaseous fuels is carried out in such a way that the entire fuel required for a combustion cycle is introduced in one injection process or in several injection processes per combustion cycle. In addition to the need to be able to inject a certain maximum amount of fuel in a given period of time, it must also be possible to introduce defined small amounts or very small amounts into the cylinder in precise dosages. Another general requirement for gas injectors or injection valves is that they must be precisely and reliably sealed against the combustion chamber into which the gas, preferably hydrogen, is introduced, in order to avoid backfiring in the area in front of the combustion chamber.

In Christian Spuller, Dieselbrennverfahren mit Wasserstoff für PKW-Anwendungen, Dissertation an der Technischen Universität Graz, 2011, ist aus durchgeführten Untersuchungen zusammengestellt, welche Spezifika und Besonderheiten beim Wasserstoffbetrieb von Verbrennungskraftmaschinen erforderlich sind. Sowohl der Ladungswechsel als auch die Verbrennung weichen vom herkömmlichen Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen mit flüssigen Kraftstoffen ab und bedürfen spezieller Technik für das Einbringen von Wasserstoff oder anderen gasförmigen Kraftstoffen in den Brennraum dieser Verbrennungskraftmaschinen.In Christian Spuller's Diesel combustion process with hydrogen for car applications, dissertation at the Technical University of Graz, 2011, the specifics and special features required for hydrogen operation of internal combustion engines are compiled from studies carried out. Both the charge exchange and the combustion differ from the conventional operation of internal combustion engines with liquid fuels and require special technology for introducing hydrogen or other gaseous fuels into the combustion chamber of these internal combustion engines.

Beispielhaft für Stand der Technik, bei welchem gasförmiger Kraftstoff in den Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine über ein entsprechendes Gasventil eingebracht wird, sind EP 3 225 827 A1 , gemäß welchem das Ventilelement des Gasventils zum Zuführen des gasförmigen Kraftstoffes mittels eines Magnetaktuators betätigt wird und bei welchem zwei Dichtbereiche vorgesehen sind, DE 10 2004 049 589 A1 , welcher einen Wasserstoffmotor mit optimierter Kraftstoffeinblasvorrichtung beschreibt, mittels welcher Wasserstoff über einen Wasserstoffkanal in den Einlasskanal mündet und von dort in den Brennraum des Wasserstoffmotors eingebracht wird, und DE 3904480 A1 , bei welchem gasförmiger Kraftstoff, beispielsweise Wasserstoff, in ein Saugrohr einer Verbrennungskraftmaschine intermittierend eingebracht wird, wobei das Ventilglied elektrisch betätigbar ist.Examples of the state of the art in which gaseous fuel is introduced into the intake tract of an internal combustion engine via a corresponding gas valve are EP 3 225 827 A1 , according to which the valve element of the gas valve for supplying the gaseous fuel is actuated by means of a magnetic actuator and in which two sealing areas are provided, DE 10 2004 049 589 A1 , which describes a hydrogen engine with an optimized fuel injection device, by means of which hydrogen flows into the inlet channel via a hydrogen channel and is introduced from there into the combustion chamber of the hydrogen engine, and DE 3904480 A1 in which gaseous fuel, for example hydrogen, is intermittently introduced into an intake manifold of an internal combustion engine, wherein the valve member is electrically actuable.

Beispiele im Stand der Technik für ein Einblasen von gasförmigem Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, sind erwähnt in DE 4308775 C1 , bei welchem das Ventil als Kolbenventil ausgebildet ist, im Öffnungsbereich die Form eines Tellerventils aufweist und über eine Steuerhydraulik mittels Flüssigkeit betätigt wird, US 7 117 849 B1 , in welchem ein Kraftstoffinjektor einen gasförmigen Kraftstoff mit hohem Druck über eine Kraftstoffleitung mittels der den Hauptteil des Kraftstoffinjektors bildenden Düse direkt in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine mittels einer bezüglich ihrer Bewegung gesteuerten Nadel eingebracht wird, DE 10 2009 012 688 B3 , gemäß welchem ein Ventil zum Einblasen von Gas in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit hohem Druck eingebracht wird, wobei ein Schließglied und ein Stellglied mittels einer Magnetspule angetrieben und beweglich im Gehäuse angeordnet sind, und EP 3 267 028 A1 , in welchem ein Einspritzventil zum Einspritzen von Hochdruckerdgas unter Verwendung einer gesteuerten Nadel in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden kann, wobei zwei Ventilsitze die entsprechende Dichtheit gewährleisten sollen.Prior art examples of injecting gaseous fuel, in particular hydrogen, into the combustion chamber of an internal combustion engine are mentioned in DE 4308775 C1 , at in which the valve is designed as a piston valve, has the shape of a poppet valve in the opening area and is actuated by means of a control hydraulic system using liquid, US 7 117 849 B1 in which a fuel injector introduces a gaseous fuel at high pressure via a fuel line by means of the nozzle forming the main part of the fuel injector directly into the combustion chamber of the internal combustion engine by means of a needle controlled with respect to its movement, DE 10 2009 012 688 B3 , according to which a valve for blowing gas into the combustion chamber of an internal combustion engine is introduced at high pressure, wherein a closing member and an actuator are driven by means of a magnetic coil and are movably arranged in the housing, and EP 3 267 028 A1 in which an injection valve for injecting high-pressure natural gas can be introduced into the combustion chamber of an internal combustion engine using a controlled needle, with two valve seats ensuring the appropriate tightness.

Des Weiteren sind in EP 3 153 701 A1 , DE 10 2017 218 267 A1 und DE 103 53 011 A1 ebenfalls ein Ventil zum Steuern eines in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine einzubringenden Gases beschreiben, wobei in diesen Dokumenten des Standes der Technik auf die Notwendigkeit einer zuverlässigen Dichtung hingewiesen wird. In EP 3 153 693 A1 , ist ein Hochdruckventil für gasförmigen Kraftstoff beschrieben, welches eine entsprechende Dichtigkeit mit jeweils angeordneten Balgeinrichtungen gewährleistet. In DE 10 2014 224 348 A1 , DE 10 2014 224 340 A1 , DE 10 2014 224 341 A1 und DE 10 2015 201 293 A1 sind Hochdruckventile beschrieben, welche sämtlich auf zwei oder mehrere Dichtsitze zur Sicherung der Dichtigkeit eines derartigen für Wasserstoff geeigneten Kraftstoffes verweisen, wobei in einigen Fällen Elastomerdichtungen empfohlen werden, welche zwar eine gute Dichtigkeit aufweisen, welche jedoch im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine bei Volllast und dabei mit hohen Temperaturen leicht Schaden nehmen können, weshalb offensichtlich in DE 10 2015 201 392 A1 ein thermisches Isolationselement an einem von zwei Dichtsitzen, wobei einer der beiden Dichtsitze aus einem Elastomerdichtelement besteht, vorgesehen ist, um die Temperaturbelastung des Elastomerdichtungselements in Grenzen zu halten. DE 10 2014 224 343 A1 beschreibt ein zuverlässiges Abdichten und Schützen eines Dichtsitzes mittels einer zusätzlichen thermischen Schutzeinrichtung, in DE 10 2014 224 339 A1 ist beschrieben, dass zur Reduzierung der Temperaturbelastung der Dichtbereiche mittels eines Abschirmelements und eines Kühlringes gearbeitet wird.Furthermore, EP 3 153 701 A1 , DE 10 2017 218 267 A1 and DE 103 53 011 A1 also describe a valve for controlling a gas to be introduced into the combustion chamber of an internal combustion engine, whereby these prior art documents point out the need for a reliable seal. In EP 3 153 693 A1 , a high-pressure valve for gaseous fuel is described, which ensures a corresponding tightness with bellows devices arranged in each case. In DE 10 2014 224 348 A1 , DE 10 2014 224 340 A1 , DE 10 2014 224 341 A1 and DE 10 2015 201 293 A1 High-pressure valves are described, all of which refer to two or more sealing seats to ensure the tightness of such a fuel suitable for hydrogen, whereby in some cases elastomer seals are recommended, which do have good tightness, but which can easily be damaged during operation of the internal combustion engine at full load and at high temperatures, which is why obviously in DE 10 2015 201 392 A1 a thermal insulation element is provided on one of two sealing seats, one of the two sealing seats consisting of an elastomer sealing element, in order to limit the temperature load on the elastomer sealing element. DE 10 2014 224 343 A1 describes a reliable sealing and protection of a sealing seat by means of an additional thermal protection device, in DE 10 2014 224 339 A1 It is described that a shielding element and a cooling ring are used to reduce the temperature load on the sealing areas.

DE 10 2014 224 344 A1 beschreibt einen Gasinjektor zum direkten Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffes in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine zur besseren und gleichmäßigeren Verteilung des gasförmigen Kraftstoffes im Brennraum mit einem zusätzlichen Steuerelement, um den einzublasenden Gasstrahl entsprechend der Geometrie des Brennraumes für eine bessere Gemischbildung und Verbrennung zu formen. Und schließlich beschreibt DE 10 2014 205 454 A1 einen Gasinjektor zum Einblasen von gasförmigen Kraftstoffen, bei welchem eine Doppelventilnadel vorgesehen ist, wobei eine Außennadel als Hohlnadel ausgebildet und eine Innennadel in einem Hohlbereich der Außennadel angeordnet ist. DE 10 2014 224 344 A1 describes a gas injector for directly injecting a gaseous fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine for better and more even distribution of the gaseous fuel in the combustion chamber with an additional control element to shape the gas jet to be injected according to the geometry of the combustion chamber for better mixture formation and combustion. And finally describes DE 10 2014 205 454 A1 a gas injector for injecting gaseous fuels, in which a double valve needle is provided, wherein an outer needle is designed as a hollow needle and an inner needle is arranged in a hollow region of the outer needle.

DE 10 2016 212 075 A1 offenbart ein Ventil zum Eindüsen von gasförmigem Kraftstoff. Das Ventil weist einen ersten und einen zweiten Dichtsitz auf, wobei der zweite Dichtsitz axial versetzt bezüglich des ersten Dichtsitzes angeordnet ist. Beide Dichtsitze verschließen bzw. öffnen dabei jeweils einen Fluidpfad zwischen einem mit gasförmigem Kraftstoff befüllbaren Druckraum und Eindüsöffnungen, über die der Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungsmaschine gelangt. Zumindest ein Dichtsitz ist flexibel ausgebildet. DE 10 2016 212 075 A1 discloses a valve for injecting gaseous fuel. The valve has a first and a second sealing seat, the second sealing seat being arranged axially offset with respect to the first sealing seat. Both sealing seats close or open a fluid path between a pressure chamber that can be filled with gaseous fuel and injection openings through which the fuel enters the combustion chamber of an internal combustion engine. At least one sealing seat is designed to be flexible.

In DE 10 2014 200 756 A1 ist ein Gasinjektor gezeigt, der eine Ventilnadel mit kegelförmiger Spitze, die am Ventilsitz angeordnet ist, aufweist und gleichzeitig in einem Mantelflächenbereich der Ventilnadel Steuerkanten, die einen Gassteuerbereich bilden, aufweist. Bei einem Hub der Ventilnadel ist eine Änderung der ersten Querschnittsfläche am Ventilsitz unterschiedlich zu einer Änderung der zweiten Querschnittsfläche am Gassteuerbereich, wobei als Dichtelement ein Elastomer verwendet wird.In DE 10 2014 200 756 A1 a gas injector is shown which has a valve needle with a conical tip which is arranged on the valve seat and at the same time has control edges in a lateral surface area of the valve needle which form a gas control area. When the valve needle is lifted, a change in the first cross-sectional area on the valve seat is different from a change in the second cross-sectional area on the gas control area, with an elastomer being used as the sealing element.

DE 10 2008 001 111 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei der Flüssigkraftstoff über zumindest ein erstes Einspritzventil direkt in den Brennraum sowie über zumindest ein zweites Einspritzventil in ein Saugrohr einspritzbar ist. DE 10 2008 001 111 A1 describes a method and a device for operating an internal combustion engine, wherein the liquid fuel can be injected directly into the combustion chamber via at least one first injection valve and into an intake manifold via at least one second injection valve.

Aus DE 10 2014 212 549 A1 ist ein Gasinjektor zum Einblasen gasförmigen Kraftstoffs bekannt, der eine Gasdämpfungseinrichtung mit einem gasgefüllten Dämpfungsraum umfasst, welche durch ein bewegbares Injektorbauteil begrenzt ist und über einen ersten Verbindungspfad mit dem Injektorraum verbunden ist, sodass sich im Dämpfungsraum auch gasförmiger Kraftstoff befindet.Out of DE 10 2014 212 549 A1 A gas injector for injecting gaseous fuel is known, which comprises a gas damping device with a gas-filled damping chamber, which is delimited by a movable injector component and is connected to the injector chamber via a first connecting path, so that gaseous fuel is also present in the damping chamber.

Die bekannten Injektoren bzw. Gas- oder Wasserstoffeinblasventile für Verbrennungskraftmaschinen sind auf verschiedene Betriebsbedingungen zwar angepasst worden, aber in der Regel immer nur bezogen auf jeweils einen oder maximal zwei definierte Betriebsbedingungen, welche mit der jeweiligen Konstruktion abgedeckt werden sollen.The known injectors or gas or hydrogen injection valves for internal combustion engines have been adapted to different operating conditions, but usually only in relation to one or a maximum of two defi specific operating conditions which should be covered by the respective design.

Hierbei ist für den Einsatz bei zwei unterschiedlichen Betriebsbedingungen es normalerweise immer erforderlich, dass für beide Betriebsbedingungen zwangsläufig bei der technischen Auslegung Kompromisse eingegangen werden mussten; d.h. eine optimale Auslegung war technisch nicht anvisiert.In this case, for use under two different operating conditions, it is usually always necessary to make compromises in the technical design for both operating conditions; i.e. an optimal design was not technically envisaged.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Hochdruckventil und ein Hochdruckventil für eine Verbrennungskraftmaschine für Gasbetrieb, vorzugsweise Wasserstoffbetrieb, bereitzustellen, welche verbesserte Betriebsbedingungen, einen optimalen Gasbetrieb, sehr kurze Schaltzyklen und eine Steuerung hinsichtlich optimierter Eigenschaften auch der Verbrennung realisiert.It is therefore the object of the present invention to provide an internal combustion engine with a high-pressure valve and a high-pressure valve for an internal combustion engine for gas operation, preferably hydrogen operation, which realizes improved operating conditions, optimal gas operation, very short switching cycles and control with regard to optimized properties also of the combustion.

Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine für Wasserstoffbetrieb mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein für diese Verbrennungskraftmaschine vorgesehenes Hochdruckventil für den Wasserstoffbetrieb gemäß Anspruch 9 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.This object is achieved by an internal combustion engine for hydrogen operation with the features according to claim 1 and by a high-pressure valve for hydrogen operation provided for this internal combustion engine according to claim 9. Appropriate further developments are defined in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße wasserstoffbetriebene Verbrennungskraftmaschine weist in an sich bekannter Weise einen Zylinder auf, in welchem ein Brennraum ausgebildet und ein Kolben darin geführt ist. Erfindungsgemäß weist die Verbrennungskraftmaschine ein Hochdruckventil auf, welches Steuerkanten oder einen eine Kegelform besitzenden, in einem Gehäuse geführten Steuerventilkolben aufweist. Mittels des Steuerventils wird Wasserstoff direkt in den Brennraum oder indirekt über eine Einlassleitung der Verbrennungskraftmaschine kurz vor einem Einlassventil in den Brennraum eingeblasen bzw. eingespritzt. Der Begriff „Einspritzen“ wird hier für das Einbringen von einem gasförmigen Kraftstoff in Form von Wasserstoff in den Zylinder gleichermaßen benutzt. Der Steuerventilkolben des ebenfalls gemäß der Erfindung ausgebildeten Hochdruckventils ist elektromagnetisch betätigt, realisiert unter anderem deswegen kurze Steuerzeiten und hohe Schaltfrequenzen, sodass die Einlassquerschnitte des Einblasorgans für den Wasserstoff in den Brennraum entsprechend einer optimierten Gemischbildung und Verbrennung im Brennraum rasch freigegeben werden. Der Steuerventilkolben weist in dem Gehäuse zwischen dem Brennraum und einem Dämpfungspolster einen ersten, schließenden und öffnenden elastomerfreien und einen zweiten, stets schließenden elastomerfreien Dichtungsbereich auf, welche derart ausgebildet sind, dass ein Rückströmen einer prinzipiell möglichen Kleinmenge des Verbrennungsgases, in Form von Wasserstoff bei Kontakt mit Sauerstoff, keine Rückzündung auftreten lässt. Das bedeutet, dass das Hochdruckventil im geschlossenen Zustand sowohl zum Brennraum als auch zum Dämpfungspolster eine hohe und zuverlässige Dichtwirkung aufweist. Damit kurze Steuerzeiten und hohe Schaltfrequenzen des Hochdruckventils realisiert werden können, ist dieses gewichtsreduziert in Leichtbauweise ausgebildet. Die Dichtung ist also derart ausgebildet, dass, wenn überhaupt, nur solche Kleinstmengen von Wasserstoff zurückströmen, dass bei entsprechendem Kontakt dieser Kleinstmengen von Wasserstoff mit Sauerstoff keine Rückzündungen auftreten, welche auch als Explosionen bezeichnet werden können.The hydrogen-powered internal combustion engine according to the invention has, in a manner known per se, a cylinder in which a combustion chamber is formed and a piston is guided therein. According to the invention, the internal combustion engine has a high-pressure valve which has control edges or a conical control valve piston guided in a housing. By means of the control valve, hydrogen is blown or injected directly into the combustion chamber or indirectly via an inlet line of the internal combustion engine into the combustion chamber shortly before an inlet valve. The term "injection" is used here equally for the introduction of a gaseous fuel in the form of hydrogen into the cylinder. The control valve piston of the high-pressure valve, which is also designed according to the invention, is electromagnetically actuated, which is one of the reasons for this and therefore achieves short control times and high switching frequencies, so that the inlet cross sections of the injection element for the hydrogen in the combustion chamber are quickly released in accordance with optimized mixture formation and combustion in the combustion chamber. The control valve piston has a first, closing and opening elastomer-free sealing area and a second, always closing elastomer-free sealing area in the housing between the combustion chamber and a damping pad, which are designed in such a way that a backflow of a fundamentally possible small amount of combustion gas in the form of hydrogen when it comes into contact with oxygen does not cause backfiring. This means that the high-pressure valve has a high and reliable sealing effect on both the combustion chamber and the damping pad when it is closed. In order to achieve short control times and high switching frequencies of the high-pressure valve, it is designed to be lightweight and reduced in weight. The seal is therefore designed in such a way that only such small amounts of hydrogen flow back, if at all, that when these small amounts of hydrogen come into contact with oxygen, no backfiring occurs, which can also be referred to as explosions.

Für den Wasserstoffbetrieb eines Motors wird der gasförmige Brennstoff in Form von Wasserstoff in befüllten Wasserstoffflaschen bei ca. 350 bar gespeichert. Dieser Druck der Bevorratung entspricht natürlich nicht dem Einspritzdruck bei flüssigen Kraftstoffen, wie er heutzutage beispielsweise mit Common Rail Systemen realisiert wird und wie er, insbesondere für die innere Gemischbildung, angewendet wird. Aus diesem Grunde muss vor dem Ventil bzw. der Einspritzdüse bzw. dem Einblasventil in den Zylinder der Zuführdruck mittels Sensoren abgefragt werden und auf Basis dieser Druckinformation bzw. in Abhängigkeit davon die Öffnungszeit bzw. der Öffnungsweg der Zuführung von gasförmigem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, geregelt werden. Es ist aber auch möglich, dass eine Druckminderung vor der Zuführung des gasförmigen Brennstoffes unter dem zuvor angegebenen hohen Druck realisiert ist, sodass die Öffnungszeit bzw. der Öffnungsweg der Zuführung im jeweils gleichen Betriebszustand im Wesentlichen konstant ist. Je nach Betriebsbedingung kann der Druckbereich für den gasförmigen Brennstoff zwischen 20 und 350 bar erfolgen.For the hydrogen operation of an engine, the gaseous fuel in the form of hydrogen is stored in filled hydrogen bottles at around 350 bar. This storage pressure does not, of course, correspond to the injection pressure for liquid fuels, as is achieved today with common rail systems, for example, and as is used, in particular, for the internal mixture formation. For this reason, the supply pressure must be queried by means of sensors upstream of the valve or injection nozzle or injection valve in the cylinder, and the opening time or opening path of the supply of gaseous fuel, in particular hydrogen, must be regulated on the basis of this pressure information or as a function of it. However, it is also possible that a pressure reduction is achieved before the gaseous fuel is supplied under the previously specified high pressure, so that the opening time or opening path of the supply is essentially constant in the same operating state. Depending on the operating conditions, the pressure range for the gaseous fuel can be between 20 and 350 bar.

Vorzugsweise weist die Verbrennungskraftmaschine zusätzlich zu dem Hochdruckventil einen Injektor zur Feindosierung von Verbrennungsgas bzw. Wasserstoff in den Brennraum auf. Bei einer derartigen vorzugsweisen Ausbildung der Verbrennungskraftmaschine sind also zwei Einbringorgane für Verbrennungsgas bzw. Wasserstoff in den Brennraum vorhanden. Das Hochdruckventil ist dabei vorrangig für das Einbringen größerer Mengen von gasförmigem Kraftstoff bzw. Wasserstoff in den Zylinder vorgesehen, wohingegen der Injektor die Feindosierung von kleineren Mengen von gasförmigem Kraftstoff bzw. Wasserstoff in den Brennraum zu definierten und durchaus kurzen Zeitpunkten bzw. Zeitintervallen ermöglicht.In addition to the high-pressure valve, the internal combustion engine preferably has an injector for the fine metering of combustion gas or hydrogen into the combustion chamber. With such a preferred design of the internal combustion engine, there are therefore two introduction elements for combustion gas or hydrogen into the combustion chamber. The high-pressure valve is primarily intended for the introduction of larger quantities of gaseous fuel or hydrogen into the cylinder, whereas the injector enables the fine metering of smaller quantities of gaseous fuel or hydrogen into the combustion chamber at defined and quite short points in time or time intervals.

Weiter vorzugsweise ist der Injektor so ausgebildet, dass eine intermittierende oder mehrstufige Zufuhr des Wasserstoffs direkt in den Brennraum ausführbar ist. Unter intermittierender Zufuhr soll verstanden werden, dass die Einbringung von Wasserstoff in nicht kontinuierlicher Weise, d.h. mit genau festgelegten und steuerbaren Intervallen möglich ist, sodass durch die Feindosierung eine direkte Verbesserung bzw. Optimierung der Verbrennung im Brennraum erzielbar ist.Furthermore, the injector is preferably designed in such a way that an intermittent or multi-stage supply of hydrogen can be carried out directly into the combustion chamber. Intermittent supply is to be understood as It should be noted that the introduction of hydrogen is not possible in a continuous manner, ie at precisely defined and controllable intervals, so that a direct improvement or optimization of the combustion in the combustion chamber can be achieved through fine dosing.

Vorzugsweise ist das Hochdruckeinlassventil zum Einblasen größerer Mengen von beispielsweise Wasserstoff als den zur Verbrennungsoptimierung kleineren Mengen von Wasserstoff in den Brennraum einbringende Injektor ausgebildet. Vorzugsweise bedeuten größere Mengen das Mehrfache der mit dem Injektor eingespritzten kleineren Mengen von gasförmigem Kraftstoff.Preferably, the high-pressure inlet valve is designed to inject larger quantities of, for example, hydrogen into the combustion chamber than the injector, which introduces smaller quantities of hydrogen into the combustion chamber to optimize combustion. Larger quantities preferably mean a multiple of the smaller quantities of gaseous fuel injected by the injector.

Vorzugsweise ist im Sinne der Leichtbauweise des Hochdruckventils insbesondere dessen Steuerventilkolben hohl ausgebildet, wobei Wandstärke und Form mit einer hohen Steifigkeit ausgebildet sind, sodass die Leichtbauweise durch eine Gewichtsreduzierung insbesondere des Steuerventilkolbens realisiert wird, ohne dass die erforderliche Festigkeit der Bauteile leidet.Preferably, in the interests of lightweight construction of the high-pressure valve, in particular its control valve piston is hollow, wherein the wall thickness and shape are designed with a high rigidity, so that the lightweight construction is realized by reducing the weight of the control valve piston in particular, without the required strength of the components suffering.

Anstelle einer Ausbildung von Hochdruckventil und Injektor aus Stahl kann deshalb vorzugsweise vorgesehen sein, dass das Hochdruckventil und/oder der Injektor aus Keramik oder aus keramikbeschichtetem Leichtmetall ausgebildet sind. Zusätzlich können die bewegten Teile im Hochdruckventil und im Injektor im Sinne einer Leichtbauweise hohl und keramikbeschichtet ausgebildet sein.Instead of making the high-pressure valve and injector out of steel, it can therefore preferably be provided that the high-pressure valve and/or the injector are made of ceramic or of ceramic-coated light metal. In addition, the moving parts in the high-pressure valve and injector can be hollow and ceramic-coated in the sense of a lightweight construction.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorzugsweise das Hochdruckventil andere Metall-Legierungen aufweisen. Damit wird erreicht, dass die im Hochdruckventil und im Injektor sich bewegenden Teile eine entsprechende Festigkeit und Steifigkeit besitzen, aber dennoch aufgrund der deutlich geringeren Dichte von Leichtmetall-Legierungen gegenüber einer Stahl-Legierung gewichtsreduziert und daher massereduziert ausgebildet sind.According to a further embodiment, the high-pressure valve can preferably comprise other metal alloys. This ensures that the moving parts in the high-pressure valve and in the injector have a corresponding strength and rigidity, but are nevertheless designed to be lighter in weight and therefore have a reduced mass due to the significantly lower density of light metal alloys compared to a steel alloy.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausbildung ist der Steuerventilkolben des Hochdruckventils in seinem Gehäuse mit einem Führungskolben versehen, an welchem die Steuerkanten ausgebildet sind, welche mit einer Wasserstoffzufuhrleitung interagieren. Die Steuerkanten geben die Zeitpunkte der Zufuhr von gasförmigem Kraftstoff, in Form von Wasserstoff und die Größe der Zufuhrquerschnitte und damit der Menge an gasförmigem Kraftstoff, welche in den Zylinder eingebracht wird, frei, schließen andererseits zu definierten Zeitpunkten aber auch die Zufuhrquerschnitte, nachdem die gewünschte Menge an gasförmigem Kraftstoff eingespritzt worden ist.According to a preferred embodiment, the control valve piston of the high-pressure valve is provided in its housing with a guide piston on which the control edges are formed, which interact with a hydrogen supply line. The control edges determine the times of supply of gaseous fuel in the form of hydrogen and the size of the supply cross-sections and thus the amount of gaseous fuel that is introduced into the cylinder, but on the other hand also close the supply cross-sections at defined times after the desired amount of gaseous fuel has been injected.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind an einer dem Brennraum zuweisenden Oberfläche des Hochdruckventils kranzförmig angeordnete Einblasbohrungen ausgebildet, welche im Hochdruckventil in axialer Richtung konzentrisch angeordnet sind. Das bedeutet, dass die im Wesentlichen ebene Kranzfläche des Hochdruckventils in dieser ringförmig ausgebildeten Kranzfläche auf einer gedachten Kreislinie angeordnete Einblas- oder Einspritzbohrungen aufweist. Diese Einblasbohrungen sind in dem äußeren Kranz des Hochdruckventils in axialer Richtung konzentrisch angeordnet. Die konzentrisch angeordneten Einblasbohrungen ermöglichen daher, eine relativ große gasförmige Menge an Kraftstoff in den Zylinder in kurzen Zeiteinheiten einzubringen.According to a further preferred embodiment, injection holes arranged in a ring shape are formed on a surface of the high-pressure valve facing the combustion chamber, which are arranged concentrically in the axial direction in the high-pressure valve. This means that the essentially flat ring surface of the high-pressure valve has injection or blow-in holes arranged on an imaginary circular line in this ring-shaped ring surface. These injection holes are arranged concentrically in the axial direction in the outer ring of the high-pressure valve. The concentrically arranged injection holes therefore make it possible to introduce a relatively large gaseous quantity of fuel into the cylinder in short units of time.

Das Hochdruckventil der Verbrennungskraftmaschine weist desweiteren vorzugsweise ein gasförmiges Dämpfungspolster auf, in welches der Steuerventilkolben in dem Gehäuse im Bereich seiner Endlagen zur Anschlagvermeidung bzw. zur Anschlagdämpfung eintaucht. Dadurch wird verhindert, dass der Steuerventilkolben in seiner Endlage mit seiner entsprechenden Kolbenfläche auf entsprechende Gegenflächen im Gehäuse aufschlägt. Bei der Dimensionierung der Steuerung des Steuerventilkolbens bzw. des Hochdruckventils insgesamt wird das vorhandene Dämpfungspolster entsprechend in das Steuerkonzept miteinbezogen, damit die in den Endlagen auftretende geringfügige Verzögerung der Bewegung der Steuerventilkolben keinen nachteiligen Einfluss auf das Einbringen von gasförmigem Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff in den Brennraum hat.The high-pressure valve of the internal combustion engine also preferably has a gaseous damping cushion into which the control valve piston in the housing is immersed in the area of its end positions to prevent impacts or to dampen impacts. This prevents the control valve piston from hitting corresponding counter surfaces in the housing with its corresponding piston surface in its end position. When dimensioning the control of the control valve piston or the high-pressure valve as a whole, the existing damping cushion is included in the control concept so that the slight delay in the movement of the control valve piston that occurs in the end positions does not have a detrimental effect on the introduction of gaseous fuel, in particular hydrogen, into the combustion chamber.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine für gasförmige Kraftstoffe, in Form von Wasserstoff ein bezüglich der axialen Ausrichtung des Brennraums vorzugsweise im Zylinderkopf stehend angeordnetes Hochdruckventil auf, wobei vom Steuerventilkolben mittels seiner Steuerkanten radial im Gehäuse das Hochdruckventils angeordnete Einblasleitungen für den Wasserstoff in Abhängigkeit von einer Kolbenstellung Einbringquerschnitte bzw. Einblasquerschnitte freigegeben oder verschlossen werden. Die stehende Anordnung des Hochdruckventils hat den Vorteil, dass der im Zylinderkopf ohnehin eingeschränkt vorhandene Platz zur Anordnung eines zusätzlichen, neben den ohnehin im Zylinderkopf angeordneten Einlass- und Auslassventilen Ventils platzmäßig untergebracht werden kann.According to a further embodiment, the internal combustion engine according to the invention for gaseous fuels in the form of hydrogen has a high-pressure valve that is preferably arranged vertically in the cylinder head with respect to the axial alignment of the combustion chamber, wherein the control valve piston uses its control edges to open or close injection lines for the hydrogen that are arranged radially in the housing of the high-pressure valve, depending on the piston position, introduction cross-sections or injection cross-sections. The vertical arrangement of the high-pressure valve has the advantage that the already limited space in the cylinder head can be used to arrange an additional valve in addition to the inlet and outlet valves that are already arranged in the cylinder head.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Hochdruckventil für eine Verbrennungskraftmaschine folgendes auf:

  1. a) ein Gehäuse;
  2. b) einen in dem Gehäuse geführten Steuerventilkolben mit zylindrischen Kolbenseitenflächen begrenzenden Steuerkanten, welche mit im Gehäuse ausgebildeten Führungsflächen zusammenwirken, oder mit einer mit einer kegelförmigen Sitzfläche im Gehäuse zusammenwirkenden Kegelform;
  3. c) mittels der Führungsflächen und der Steuerkanten oder der Kegelform und der kegelförmigen Sitzfläche bei entsprechender axialen Bewegung des Steuerventilkolbens freigebbare oder wiederverschließbare Ausströmquerschnitte;
  4. d) eine elektromagnetische Betätigung für den hohe Schaltfrequenzen realisierenden Steuerventilkolben;
  5. e) bei verschlossenen Ausströmquerschnitten zumindest zweistufig im Gehäuse zur Abdichtung des Steuerventilkolbens im Gehäuse vorgesehene elastomerfrei ausgebildete erste und zweite Dichtbereiche;
  6. f) eine derart dichtend vorgesehene Ausbildung der Dichtbereiche, dass allenfalls nur solche Kleinstmengen an Wasserstoff-Rückströmung durchgelassen werden, dass keine Rückzündungen auftreten; und
  7. g) den in gewichtsreduzierender Leichtbauweise ausgebildeter, ein bewegliches Element des Hochdruckventils darstellender Steuerkolben.
According to a further aspect of the invention, a high-pressure valve for an internal combustion engine comprises:
  1. (a) a housing;
  2. b) a control valve piston guided in the housing with control edges defining cylindrical piston side surfaces which interact with guide surfaces formed in the housing, or with a conical shape interacting with a conical seat surface in the housing;
  3. c) discharge cross-sections that can be opened or reclosed by means of the guide surfaces and the control edges or the cone shape and the conical seat surface with corresponding axial movement of the control valve piston;
  4. d) an electromagnetic actuation for the control valve piston realising high switching frequencies;
  5. e) in the case of closed outflow cross-sections, first and second sealing areas, free of elastomers, provided in at least two stages in the housing for sealing the control valve piston;
  6. f) the sealing areas are designed to be so sealed that only such small amounts of hydrogen backflow are allowed to pass through that no backfires occur; and
  7. g) the control piston, which is designed in a weight-reducing lightweight construction and represents a movable element of the high-pressure valve.

Die das erfindungsgemäße Hochdruckventil definierenden Elemente bilden ein Hochdruckventil aus, das für Wasserstoff ausgebildet ist und mit der zwischen den einzelnen Merkmalen vorhandenen Synergie erstmalig ein Hochdruckventil bereitgestellt wird, welches den Anforderungen für ein Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit Wasserstoff voll umfänglich gerecht wird und nicht nur punktuell für einzelne Anforderungen, wie dies bisher im Stand der Technik nur der Fall ist.The elements defining the high-pressure valve according to the invention form a high-pressure valve which is designed for hydrogen and, with the synergy existing between the individual features, for the first time a high-pressure valve is provided which fully meets the requirements for operating an internal combustion engine with hydrogen and not only selectively for individual requirements, as has only been the case so far in the prior art.

Weitere Vorteile, Details und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele anhand der nachfolgenden Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

  • 1: ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils in Schließposition mit Tellerventil;
  • 2: ein Hochdruckeinlassventil gemäß 1 in Durchlassposition;
  • 2a: einen Steuerventilkolben des Hochdruckeinlassventils in Leichtbauweise;
  • 3: eine Schnittansicht durch Gehäuse und Schaft des Steuerventilkolbens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
  • 4: ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils mit einem Steuerventilkolben mit zwei zylindrischen Führungskolben, welche in Führungsflächen im Inneren des Ventilgehäuses geführt sind, wobei kranzartig eine Vielzahl von axialen Einblasbohrungen zum Einbringen des gasförmigen Kraftstoffes in den Brennraum vorgesehen ist;
  • 5: das Hochdruckeinlassventil gemäß 4, jedoch in Durchlassposition zum Zuführen von gasförmigem Kraftstoff durch das Hochdruckeinlassventil in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine;
  • 6: ein Ausführungsbeispiel gemäß den 4 und 5, jedoch mit Einblasbohrungen, welche, bezogen auf die Längsachse des Steuerventilkolbens, eine divergierende Richtung aufweisen;
  • 7: ein Ausführungsbeispiel gemäß 6, jedoch mit Einblasbohrungen, welche, bezogen auf die Längsachse des Steuerventilkolbens, eine konvergierende Richtung aufweisen;
  • 8: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hochdruckeinlassventils in Schließposition gemäß der Erfindung mit Einlass und Auslass für gasförmigen Kraftstoff in versetzt zueinander angeordneten Ebenen;
  • 9: das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils gemäß 8, jedoch in Durchlassposition;
  • 10: eine Detailschnittansicht der Anordnung des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils im Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine in Durchlassposition zum Einbringen von gasförmigem Kraftstoff in die Einlassleitung;
  • 11: eine Detailschnittansicht eines Zylinders und eines Zylinderkopfes mit eingebautem erfindungsgemäßem Hochdruckeinlassventil in Durchlassposition;
  • 12a: ein erfindungsgemäßes Hochdruckeinlassventil mit einem Tellerventil als erstem Druckbeaufschlagungsbereich und mit einem zylindrischen Führungskolben mit Ringfläche als zweitem Druckbeaufschlagungsbereich und mit zusätzlichem Kolben zum Öffnen und Schließen des Ventils;
  • 12b: das Hochdruckeinlassventil gemäß 12a, jedoch in geöffneter Position zum Eintritt von gasförmigem Kraftstoff in den Zylinder durch das Innere des zusätzlichen Kolbens und dem Tellerventilsitz-Bereich;
  • 12c: eine Schnittansicht durch den Schaft des Steuerventilkolbens des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils mit Ansicht des zusätzlichen Kolbens im Schnitt A-A (vgl. 12b);
  • 13: ein Hochdruckeinlassventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei welchem der zweite Druckbeaufschlagungsbereich in Form eines zylindrischen Führungskolbens bezüglich der wirksamen Ringfläche größer dimensioniert ist als die wirksame Ringfläche des ersten Druckbeaufschlagungsbereichs in Form eines Tellerventils;
  • 14: ein Hochdruckeinlassventil für das erfindungsgemäße Verfahren in geschnittener Darstellung bei geschlossenem Zustand;
  • 15: das Hochdruckeinlassventil gemäß 14 bei geöffnetem Zustand;
  • 16: eine Detailschnittansicht eines Zylinders und eines Zylinderkopfes mit eingebautem erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventil in Durchlassposition und mit Injektor in Schließposition mit jeweils direktem Einlass in den Brennraum des Zylinders;
  • 17: eine Detailschnittansicht eines Zylinders und eines Zylinderkopfes mit eingebautem erfindungsgemäßen Injektor in seiner Schließposition in einer Schnittebene zur Darstellung des Einlassventils, nicht aber des Hochdruckeinlassventils; und
  • 18: eine Detailschnittansicht eines Zylinders und eines Zylinderkopfes mit eingebautem erfindungsgemäßen Injektor und entsprechender Schnittebene, nicht gezeigtem Hochdruckeinlassventil, jedoch vorgesehener Einspritzdüse für dualen Kraftstoffbetrieb der Verbrennungskraftmaschine.
Further advantages, details and possible applications of the present invention will now be described with reference to embodiments based on the following drawing. In the drawing:
  • 1 : a first embodiment of a high-pressure inlet valve according to the invention in the closed position with poppet valve;
  • 2 : a high pressure inlet valve according to 1 in pass-through position;
  • 2a : a lightweight high-pressure inlet valve control valve piston;
  • 3 : a sectional view through the housing and shaft of the control valve piston according to a further embodiment;
  • 4 : a further embodiment of the high-pressure inlet valve according to the invention with a control valve piston with two cylindrical guide pistons which are guided in guide surfaces in the interior of the valve housing, wherein a plurality of axial injection bores are provided in a ring-like manner for introducing the gaseous fuel into the combustion chamber;
  • 5 : the high pressure inlet valve according to 4 , but in the passage position for supplying gaseous fuel through the high-pressure inlet valve into a combustion chamber of an internal combustion engine;
  • 6 : an embodiment according to the 4 and 5 , but with injection holes which have a diverging direction with respect to the longitudinal axis of the control valve piston;
  • 7 : an embodiment according to 6 , but with injection holes which have a converging direction with respect to the longitudinal axis of the control valve piston;
  • 8 : a further embodiment of a high-pressure inlet valve in the closed position according to the invention with inlet and outlet for gaseous fuel in planes arranged offset from one another;
  • 9 : the embodiment of the high-pressure inlet valve according to the invention according to 8 , but in the pass-through position;
  • 10 : a detailed sectional view of the arrangement of the high-pressure inlet valve according to the invention in the cylinder head of an internal combustion engine in the passage position for introducing gaseous fuel into the inlet line;
  • 11 : a detailed sectional view of a cylinder and a cylinder head with installed high-pressure inlet valve according to the invention in the passage position;
  • 12a : a high-pressure inlet valve according to the invention with a poppet valve as the first pressurization area and with a cylindrical guide piston with an annular surface as the second pressurization area and with an additional piston for opening and closing the valve;
  • 12b : the high pressure inlet valve according to 12a , but in open position for the entry of gaseous fuel into the cylinder through the interior of the additional piston and the poppet valve seat area;
  • 12c : a sectional view through the shaft of the control valve piston of the high-pressure inlet valve according to the invention with a view of the additional piston in section AA (cf. 12b) ;
  • 13 : a high-pressure inlet valve according to a second embodiment, in which the second pressurization region in the form of a cylindrical guide piston is larger in terms of the effective annular area than the effective annular area of the first pressurization region in the form of a poppet valve;
  • 14 : a high-pressure inlet valve for the method according to the invention in a sectional view in the closed state;
  • 15 : the high pressure inlet valve according to 14 when opened;
  • 16 : a detailed sectional view of a cylinder and a cylinder head with built-in high-pressure inlet valve according to the invention in the passage position and with injector in the closing position, each with direct inlet into the combustion chamber of the cylinder;
  • 17 : a detailed sectional view of a cylinder and a cylinder head with an injector according to the invention installed in its closed position in a sectional plane showing the inlet valve, but not the high-pressure inlet valve; and
  • 18 : a detailed sectional view of a cylinder and a cylinder head with built-in injector according to the invention and corresponding sectional plane, high-pressure inlet valve not shown, but provided injection nozzle for dual fuel operation of the internal combustion engine.

In der nachfolgenden Figurenbeschreibung wird generell Wasserstoff als Kraftstoff beschrieben. Es versteht sich, dass auch andere gasförmige Kraftstoffe möglich sind.In the following figure description, hydrogen is generally described as a fuel. It goes without saying that other gaseous fuels are also possible.

In 1 ist ein erfindungsgemäßes Hochdruckeinlassventil 4 im Querschnitt dargestellt. Das Ventil weist ein Gehäuse 6 auf, innerhalb welchem ein Steuerventilkolben 5 geführt ist. Dazu weist der Steuerventilkolben 5 einen als zylindrischen Führungskolben 5.3 ausgebildeten Bereich auf, welcher im Gehäuse 6 an eine zum zylindrischen Führungskolben 5.3 formkongruent ausgebildete Führungsfläche 16 gleitend geführt ist. Der zylindrische Führungskolben 5.3 des Steuerventilkolbens 5 ist in seinem Durchmesser größer als ein Schaft 5.4, welcher sich von dem zylindrischen Führungskolben 5.3 nach unten in Richtung auf eine Einlassöffnung in Form eines Wasserstoffeinlasses 20 in Richtung auf einen in 1 nicht dargestellten Brennraum 1 (siehe beispielsweise 11) erstreckt. Auf der dazu gegenüberliegenden Seite des zylindrischen Führungskolbens 5.3 ist eine Verlängerung des Schaftes 5.4 des Steuerventilkolbens 5 mit einem Einsatz vorgesehen, in welchem eine Feder 22 angeordnet ist, welche zum Schließen des Hochdruckeinlassventils 4 dient, mit welchem vorverdichteter Wasserstoff in den Brennraum 1 eines Verbrennungsmotors eingelassen wird. Eine Druckkraft FN (siehe senkrecht nach unten weisender Pfeil in 2 oben) drückt den Steuerventilkolben 5 um einen Öffnungshub 21 des Hochdruckeinlassventils 4 nach unten, sodass der Ausströmquerschnitt 18 voll geöffnet ist, d.h. das Hochdruckeinlassventil 4 sich in Durchlassposition 4.2 befindet.In 1 a high-pressure inlet valve 4 according to the invention is shown in cross-section. The valve has a housing 6, within which a control valve piston 5 is guided. For this purpose, the control valve piston 5 has an area designed as a cylindrical guide piston 5.3, which is slidably guided in the housing 6 on a guide surface 16 designed to be congruent with the cylindrical guide piston 5.3. The cylindrical guide piston 5.3 of the control valve piston 5 is larger in diameter than a shaft 5.4, which extends from the cylindrical guide piston 5.3 downwards in the direction of an inlet opening in the form of a hydrogen inlet 20 in the direction of a 1 combustion chamber 1 not shown (see for example 11 ). On the opposite side of the cylindrical guide piston 5.3, an extension of the shaft 5.4 of the control valve piston 5 is provided with an insert in which a spring 22 is arranged, which serves to close the high-pressure inlet valve 4, with which pre-compressed hydrogen is admitted into the combustion chamber 1 of an internal combustion engine. A pressure force F N (see vertically downward pointing arrow in 2 above) presses the control valve piston 5 downwards by an opening stroke 21 of the high-pressure inlet valve 4, so that the outflow cross-section 18 is fully open, ie the high-pressure inlet valve 4 is in the passage position 4.2.

1 stellt die Schließposition 4.1 des Hochdruckeinlassventils 4 dar. Im Ausströmquerschnitt 18 (siehe 2) schließt ein Schließteller 5.5 in der Art eines Tellerventils mit einer im Gehäuse 6 ausgebildeten kegelförmigen Sitzfläche 17 (siehe 2) und verhindert dadurch einen Durchtritt von Wasserstoff, deren Wasserstoffeinlass 20 an der linken Seite durch eine Eintrittsöffnung vorgesehen ist. Der Wasserstoff selbst ist durch den waagerecht nach rechts weisenden Pfeil angedeutet. In der Schließposition 4.1 des Hochdruckeinlassventils 4 ist der Steuerventilkolben 5 mit seiner oberen, in Richtung auf den Federeinsatz ausgerichteten Ringfläche 25 in eine Kammer 23 eingetaucht, welche zur Außenseite über eine Entlüftungsbohrung 24 verbunden ist. Beim Eintauchen des Steuerventilkolbens 5 mit seiner oberen Ringfläche 25 des zylindrischen Führungskolbens 5.3 wird unverdichtete Luft aus der dort vorgesehenen Kammer 23 (siehe 2) über die Entlüftungsbohrung 24 herausgedrückt. 1 represents the closing position 4.1 of the high pressure inlet valve 4. In the outlet cross section 18 (see 2 ) closes a closing plate 5.5 in the manner of a disk valve with a conical seat surface 17 formed in the housing 6 (see 2 ) and thereby prevents the passage of hydrogen, the hydrogen inlet 20 of which is provided on the left side through an inlet opening. The hydrogen itself is indicated by the arrow pointing horizontally to the right. In the closed position 4.1 of the high-pressure inlet valve 4, the control valve piston 5 is immersed with its upper ring surface 25, which is directed towards the spring insert, in a chamber 23, which is connected to the outside via a vent hole 24. When the control valve piston 5 is immersed with its upper ring surface 25 of the cylindrical guide piston 5.3, uncompressed air is released from the chamber 23 provided there (see 2 ) is pushed out through the vent hole 24.

Ein wesentliches Kriterium für die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils 4 besteht darin, dass die dem Durchtrittskanal zugewandte Ringfläche 25 einen zweiten Druckbeaufschlagungsbereich 26 bildet und der Schließteller 5.5 des Tellerventils, welches dem Durchtrittsbereich 28 für den Wasserstoff zugewandt ist, einen ersten Druckbeaufschlagungsbereich 27 bildet. Der erste Druckbeaufschlagungsbereich 27 bildet eine projizierte Fläche, welche senkrecht zur Längsachse des Steuerventilkolbens 5 ausgebildet ist, und weist eine Größe auf, welche ungefähr gleich der projizierten Fläche der Ringfläche 25 am zylindrischen Führungskolben 5.3 des Steuerventils 5 ist, d.h. nahezu gleich oder gleich der projizierten Fläche des zweiten Druckbeaufschlagungsbereichs 26 ist. Aufgrund dieser Flächengleichheit der projizierten Flächen sind keine relevanten resultierenden Axialkräfte vorhanden, und zwar unabhängig von der Höhe des Druckes des Wasserstoffs, welcher für den Einlass in den Brennraum 1 einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist. Der Steuerventilkolben 5 selbst wird mittels eines Nockens, einer Nockenwelle oder einer anderen Antriebseinrichtung oder beispielsweise einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung gegen die Federkraft FN aus seiner Schließposition 4.1 in seine Durchlassposition 4.2 gedrückt und bei freigegebenem Nocken durch die Wirkung der Federkraft FN entsprechend ihrer Stärke rasch wieder in die Schließposition 4.1 gebracht, in welcher der Schließteller 5.5 des Tellerventils an der kegelförmigen Sitzfläche 17 anschlägt und dort abdichtet (siehe auch 13). In 1 weist der Schaft 5.4 des Steuerventilkolbens 5 des Hochdruckeinlassventils 4 einen Steuerventilkolben mit einem Hohlraum auf, d.h. hat einen hohlen Schaft (siehe 2a). Der Einfachheit halber ist die im Schaft des Steuerventilkolbens 5 vorgesehene, axial sich erstreckende Bohrung in 2 und in 3 nicht gezeigt. Der Hohlraum in Inneren des Schaftes 5.4 des Steuerventilkolbens 5 erstreckt sich im Wesentlichen über eine möglichst große Länge des Schaftes 5.4. Damit wird einerseits erreicht, dass für den Einsatz im Wasserstoffbetrieb eine deutliche Gewichtsreduzierung realisiert wird. In Verbindung mit dem schematisch eingezeichneten elektromagnetischen Antrieb 9 können wegen des reduzierten Gewichtes des Steuerventilkolbens 5 sehr kurze Reaktionszeiten und somit auch hohe Schaltfrequenzen realisiert werden, welche für insbesondere den Wasserstoffbetrieb erforderlich sind. Zusätzlich ist in dem dem Brennraum zugewandten unteren Ende des Steuerventilkolbens 5 eine Keramikbeschichtung vor allem im ersten Druckbeaufschlagungsbereich 27 vorgesehen. Aus Gründen weiterer Gewichtseinsparung ist es auch möglich, dass der gesamte Steuerventilkolben 5 aus Keramik besteht.An essential criterion for the functioning of the high-pressure inlet valve 4 according to the invention is that the ring surface 25 facing the passage channel forms a second pressurization area 26 and the closing plate 5.5 of the plate valve, which faces the passage area 28 for the hydrogen, forms a first pressurization area 27. The first pressurization area 27 forms a projected area which is formed perpendicular to the longitudinal axis of the control valve piston 5 and has a size which is approximately equal to the projected area of the ring surface 25 on the cylindrical guide piston 5.3 of the control valve 5, i.e. almost equal to or equal to the projected area of the second pressurization area 26. Due to this equality of area of the projected areas, no relevant resulting axial forces are present, regardless of the level of the pressure of the hydrogen which is required for the inlet in the combustion chamber 1 of an internal combustion engine. The control valve piston 5 itself is pressed by means of a cam, a camshaft or another drive device or, for example, an electromagnetic actuating device against the spring force F N from its closed position 4.1 into its passage position 4.2 and, when the cam is released, is quickly brought back into the closed position 4.1 by the effect of the spring force F N according to its strength, in which the closing plate 5.5 of the plate valve strikes the conical seat surface 17 and seals there (see also 13 ). In 1 the shaft 5.4 of the control valve piston 5 of the high pressure inlet valve 4 has a control valve piston with a cavity, ie has a hollow shaft (see 2a) For the sake of simplicity, the axially extending bore provided in the shaft of the control valve piston 5 is 2 and in 3 not shown. The cavity inside the shaft 5.4 of the control valve piston 5 extends essentially over as long a length of the shaft 5.4 as possible. This means that a significant weight reduction is achieved for use in hydrogen operation. In conjunction with the schematically shown electromagnetic drive 9, very short reaction times and thus high switching frequencies can be achieved due to the reduced weight of the control valve piston 5, which are particularly necessary for hydrogen operation. In addition, a ceramic coating is provided in the lower end of the control valve piston 5 facing the combustion chamber, especially in the first pressurization area 27. For reasons of further weight savings, it is also possible for the entire control valve piston 5 to be made of ceramic.

2 stellt das Hochdruckeinlassventil 4 dar, bei welchem sich der Steuerventilkolben 5 jedoch in der Durchlassposition 4.2 befindet, welche mit dem Pfeil in dem Ausströmquerschnitt 18 angedeutet ist. Bei geöffnetem Ausströmquerschnitt 18 ist der Durchtrittsbereich 28 für den Wasserstoff freigegeben, sodass der Wasserstoff mit hohem Druck und damit auch hoher Strömungsgeschwindigkeit zwischen Dichtsitz 17 und Schließteller 5.5 hindurchströmt und in den Brennraum 1 (nicht dargestellt) der Verbrennungskraftmaschine gelangt. Deutlich sichtbar ist die bei um den Öffnungshub 21 nach unten gedrücktem Steuerventilkolben 5 an der Oberseite des zylindrischen Führungskolbens 5.3 in Richtung auf den Federeinsatz mit der Feder 22 ausgebildete Kammer 23. Diese Kammer 23 ist mit einer Entlüftungsbohrung 24 versehen, sodass bei erfolgendem Schließen der zylindrische Führungskolben 5.3 mit seiner oberen Ringfläche in diese Kammer 23 eintaucht und die dort befindliche unverdichtete Luft über die Entlüftungsbohrung 24 nach außen drückt. Der Durchmesser dieser Entlüftungsbohrung 24 ist nun so gewählt, dass keine nennenswerten Drosseleffekte auftreten, damit beim Eintauchen des zylindrischen Führungskolbens 5.3 in die Kammer 23 (beim Schließen des Ventils) kein einen hohen Widerstand bildendes Druckpolster entsteht, sondern lediglich ein gewisses Dämpfungspolster entsteht. 2 represents the high-pressure inlet valve 4, in which the control valve piston 5 is in the passage position 4.2, which is indicated by the arrow in the outflow cross-section 18. When the outflow cross-section 18 is open, the passage area 28 is released for the hydrogen, so that the hydrogen flows at high pressure and thus also at a high flow rate between the sealing seat 17 and the closing plate 5.5 and reaches the combustion chamber 1 (not shown) of the internal combustion engine. Clearly visible is the chamber 23 formed on the top of the cylindrical guide piston 5.3 in the direction of the spring insert with the spring 22 when the control valve piston 5 is pressed downwards by the opening stroke 21. This chamber 23 is provided with a vent hole 24 so that when the valve closes, the cylindrical guide piston 5.3 dips into this chamber 23 with its upper ring surface and pushes the uncompressed air located there outwards via the vent hole 24. The diameter of this vent hole 24 is now selected so that no significant throttling effects occur, so that when the cylindrical guide piston 5.3 dips into the chamber 23 (when the valve is closed), no pressure cushion forming a high resistance is created, but only a certain damping cushion.

In 2a ist der Steuerventilkolben 5 zur Gewichtsreduzierung hohl ausgebildet und weist einen Hohlraum 44 im Inneren des Schaftes und des Tellers auf. Zur Erzielung einer weiteren Gewichtsreduzierung ist der Führungskolben 5.3 an seinen Stirnseiten 25, 26 jeweils mit gewichtsreduzierenden Aussparungen 43 versehen. Durch diese Aussparungen 43 ist es möglich, dass der Führungskolben 5.3 in seiner Längserstreckung auch noch bei stark reduzierter Masse relativ lang ausgeführt werden kann, was eine verbesserte Dichtwirkung zwischen der Kolbenseitenfläche 15 und der Führungsfläche 16 (siehe beispielsweise 1) zur Folge hat.In 2a the control valve piston 5 is hollow to reduce weight and has a cavity 44 inside the shaft and the plate. To achieve a further reduction in weight, the guide piston 5.3 is provided with weight-reducing recesses 43 on its front sides 25, 26. These recesses 43 make it possible for the guide piston 5.3 to be made relatively long in its longitudinal extension even with a greatly reduced mass, which improves the sealing effect between the piston side surface 15 and the guide surface 16 (see for example 1 ) results in.

In 3 ist eine Schnittansicht durch eine Schnittebene durch das Ventil parallel zur Ventiltellerebene gezeigt, welche radial vom Schaft 5.4 verlaufende Führungsstege 29 zwischen dem Schaft 5.4 und dem Gehäuse 6 zeigen. Diese Führungsstege 29 gewährleisten eine zusätzliche Stabilität für eine exakte axiale und zusätzlich eine radiale Führung des Steuerventilkolbens 5 im Gehäuse 6, was von Bedeutung ist für ein zuverlässiges Abdichten der zylindrischen Kolbenseitenflächen 15 des zylindrischen Führungskolbens 5.3 an den ebenfalls zylindrisch entsprechend ausgebildeten passgenauen Führungsflächen 16 im Gehäuse 6. Über diese exakte Ausbildung dieser beiden relativ zueinander gleitenden Flächen 15,16 wird die Dichtheit des Ventils im Inneren gewährleistet bzw. weiter verbessert.In 3 a sectional view is shown through a cutting plane through the valve parallel to the valve plate plane, which shows guide webs 29 running radially from the shaft 5.4 between the shaft 5.4 and the housing 6. These guide webs 29 ensure additional stability for precise axial and additionally radial guidance of the control valve piston 5 in the housing 6, which is important for reliable sealing of the cylindrical piston side surfaces 15 of the cylindrical guide piston 5.3 on the precisely fitting guide surfaces 16 in the housing 6, which are also cylindrically designed. The precise design of these two surfaces 15, 16 sliding relative to one another ensures or further improves the tightness of the valve on the inside.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils 4, bei welchem der Steuerventilkolben 5 zwei zylindrisch ausgebildete Führungskolben 5.3 aufweist, welche in entsprechenden formkongruenten Führungsflächen 16 geführt sind. Dazu sind im Inneren des Gehäuses 6 drei formkongruent ausgebildete zylindrische Führungsflächen 16 vorgesehen. 4 zeigt die Schließposition 4.1 des Steuerventilkolbens 5 innerhalb des Gehäuses 6. Der bezüglich 1 und 2 erläuterte Grundaufbau mit dem Federeinsatz ist identisch und wird daher hier nicht weiter erneut ausgeführt. 4 shows a further embodiment of the high-pressure inlet valve 4 according to the invention, in which the control valve piston 5 has two cylindrically designed guide pistons 5.3, which are guided in corresponding shape-congruent guide surfaces 16. For this purpose, three shape-congruent cylindrical guide surfaces 16 are provided in the interior of the housing 6. 4 shows the closing position 4.1 of the control valve piston 5 within the housing 6. The 1 and 2 The basic structure with the spring insert explained is identical and will therefore not be repeated here.

In der in 4 dargestellten Schließposition 4.1 ist der in seiner axialen Länge größere zylindrische Führungskolben 5.3, welcher im unteren Teil des dargestellten Hochdruckeinlassventils 4 gezeigt ist, zum Öffnen und Schließen der eigentlichen axialen Wasserstoff-Einblasbohrung 13 vorgesehen. Dazu sind im Gehäuse 6 in der in 4 gezeigten Schließposition 4.1 die Zuführleitungen kranzartig im Umfang der dem Brennraum zugeführten Stirnseite 25 des Hochdruckeinlassventils 4 angeordnete Einblasbohrungen 13 mit den zylindrischen Führungsflächen 16 abgedeckt, sodass ein Durchtritt des Wasserstoffs von der Wasserstoff-Einlassleitung 20 her gesperrt ist.In the 4 In the illustrated closing position 4.1, the cylindrical guide piston 5.3, which is larger in its axial length and is shown in the lower part of the illustrated high-pressure inlet valve 4, is provided for opening and closing the actual axial hydrogen injection bore 13. For this purpose, the housing 6 in the 4 In the closed position 4.1 shown, the supply lines cover the injection bores 13 arranged in a ring around the circumference of the front side 25 of the high-pressure inlet valve 4 facing the combustion chamber with the cylindrical guide surfaces 16, so that the passage of hydrogen from the hydrogen inlet line 20 is blocked.

Unterhalb der Kolbenoberseite ist eine Kammer 23 ausgebildet, in welche zum Freigeben der axialen Einblasbohrungen 13 der untere zylindrische Führungskolben 5.3 eintaucht. Damit sich kein Gegendruck in der in der Kammer 23 vorhandenen Luft ausbildet, sind eine Entlüftungsbohrung 24 im Inneren längs der Längsachse des Steuerventilkolbens 5 und radial im Gehäuse 6 vorgesehen. Bei entsprechender Dimensionierung der Entlüftungsbohrung 24 kann ein Drosseln weitestgehend vermieden werden, jedoch trotzdem noch sichergestellt werden, dass eine gewisse Dämpfungsfunktion aufgebaut wird. Die Dämpfungsfunktion verhindert, dass ein hartes Aufschlagen der Oberseite, im Fall der Darstellung gemäß 4, des oberen zylindrischen Führungskolbens 5.3 im Inneren des Gehäuses 6 am Boden der Kammer 23 auftritt. Die dem Durchtrittsbereich 28 zugewandten Ringflächen 25, d.h. erster und zweiter Druckbeaufschlagungsbereich 27,26 der zylindrischen Führungskolben 5.3 des Steuerventilkolbens 5, sind so dimensioniert, dass sie gleich groß sind. Dadurch wird erreicht, dass unabhängig vom Druck, mit welchem der Wasserstoff in den Durchtrittsbereich 28 im Inneren des Gehäuses 6 des Hochdruckeinlassventils 4 eintritt, keine zusätzlichen resultierenden axialen Kräfte hervorgerufen werden. Damit kann unabhängig vom Druck des in den Brennraum 1 einzulassenden Wasserstoffes das Hochdruckeinlassventil 4 lediglich mit einem entsprechenden Antrieb, beispielsweise eines Nockens oder einer Nockenwelle oder einer elektromagnetischen Betätigung 9, gegen die Wirkung der Feder 22 geöffnet und unter Nutzung der Feder 22 geschlossen werden.A chamber 23 is formed beneath the top of the piston, into which the lower cylindrical guide piston 5.3 is immersed to release the axial injection holes 13. To ensure that no counterpressure is formed in the air present in the chamber 23, a vent hole 24 is provided inside along the longitudinal axis of the control valve piston 5 and radially in the housing 6. With appropriate dimensioning of the vent hole 24, throttling can be largely avoided, but it can still be ensured that a certain damping function is built up. The damping function prevents a hard impact of the top, in the case of the illustration according to 4 , of the upper cylindrical guide piston 5.3 inside the housing 6 at the bottom of the chamber 23. The annular surfaces 25 facing the passage area 28, i.e. the first and second pressurization areas 27,26 of the cylindrical guide pistons 5.3 of the control valve piston 5, are dimensioned such that they are the same size. This ensures that regardless of the pressure with which the hydrogen enters the passage area 28 inside the housing 6 of the high-pressure inlet valve 4, no additional resulting axial forces are caused. This means that regardless of the pressure of the hydrogen to be admitted into the combustion chamber 1, the high-pressure inlet valve 4 can be opened against the action of the spring 22 and closed using the spring 22 using only an appropriate drive, for example a cam or a camshaft or an electromagnetic actuator 9.

In 5 ist gezeigt, wie diese durch einen Nocken oder eine elektromagnetische Betätigung aufgebrachte Öffnungskraft FN den Steuerventilkolben 5 in die Kammer 23 eintaucht, sodass die zu den axialen Einblasbohrungen 13 führenden radial-gerichteten Zuführbereiche in der Art einer Ringkammer geöffnet sind und der Wasserstoff aus dem Ausströmquerschnitt 18 in den Zylinder bzw. Brennraum 1 der Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden kann. Durch das Öffnen des Hochdruckeinlassventils 4 bildet sich die Kammer 23 am oberen zylindrischen Führungskoben 5.3 zur Führung des Steuerventilkolbens 5 im Gehäuse 6 an der entsprechenden Führungsfläche 16 aus. Auch diese Kammer 23 ist mit einer Entlüftungsbohrung 24 verbunden, sodass bei Ausführen der Schließbewegung durch das Steuerventil 5, d.h. in der Zeichnung bei einem Bewegen nach oben, die in der Kammer 23 befindliche Luft über die Entlüftungsbohrung 24 entweichen kann. Vorzugsweise sind die axialen Einblasbohrungen 13 äquidistant angeordnet; es kann jedoch auch eine unregelmäßige Anordnung vorgesehen sein, insbesondere dann, wenn dadurch die Luftströmung in den Brennraum 1 zur Verbesserung der Gemischbildung verwendet werden soll.In 5 it is shown how this opening force F N applied by a cam or an electromagnetic actuation immerses the control valve piston 5 in the chamber 23, so that the radially directed feed areas leading to the axial injection holes 13 are opened in the manner of an annular chamber and the hydrogen from the outflow cross-section 18 can be introduced into the cylinder or combustion chamber 1 of the internal combustion engine. By opening the high-pressure inlet valve 4, the chamber 23 is formed on the upper cylindrical guide piston 5.3 for guiding the control valve piston 5 in the housing 6 on the corresponding guide surface 16. This chamber 23 is also connected to a vent hole 24, so that when the control valve 5 executes the closing movement, ie in the drawing when it moves upwards, the air in the chamber 23 can escape via the vent hole 24. The axial injection holes 13 are preferably arranged equidistantly; However, an irregular arrangement may also be provided, in particular if the air flow into the combustion chamber 1 is to be used to improve the mixture formation.

6 zeigt eine Detailschnittansicht des Bereiches der axialen Einblasbohrungen 13, d.h. des unteren Bereiches des Hochdruckeinlassventils 4, bei welchem in Abweichung zu der Ausführungsform gemäß 4 und 5 die Einblasbohrungen 13 bezüglich der Längsachse des Steuerventilkolbens 5 divergierend angeordnet sind. Die anderen geometrischen Gegebenheiten entsprechen denen der 4 und 5. 6 shows a detailed sectional view of the area of the axial injection holes 13, ie the lower area of the high-pressure inlet valve 4, in which, in deviation from the embodiment according to 4 and 5 the injection holes 13 are arranged divergently with respect to the longitudinal axis of the control valve piston 5. The other geometric conditions correspond to those of the 4 and 5 .

In 7 ist ein Ausführungsbeispiel in Form eines Detailbereiches gemäß 6 dargestellt, wobei jedoch die Einblasbohrungen 13, bezogen auf die Längsachse des Steuerventilkolbens 5, konvergierend angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, dass bei einer einzigen Ausführungsform, bezogen auf die Längsachse des Steuerventilkolbens 5, sowohl divergierende als auch konvergierende Einblasbohrungen 13 vorgesehen sind.In 7 is an embodiment in the form of a detailed area according to 6 shown, but the injection holes 13 are arranged convergingly with respect to the longitudinal axis of the control valve piston 5. However, it is also possible that in a single embodiment, with respect to the longitudinal axis of the control valve piston 5, both diverging and converging injection holes 13 are provided.

8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils 4, dessen Grundaufbau bezüglich Gehäuse 6 und Federeinsatz den bisherigen Ausführungsbeispielen entspricht, sodass diese Teile nicht näher hier erneut beschreiben werden. Das gezeigte Hochdruckeinlassventil 4 befindet sich in seiner Schließposition 4.1 des Steuerventilkolbens 5. Der Unterschied zu den bisherigen Ausführungsbeispielen besteht darin, dass die Wasserstoff-Einlassleitung und der Ausströmquerschnitt 18 in bezüglich der Längsachse des Gehäuses 6 des Hochdruckeinlassventils 4 unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind. Dabei liegt der Wasserstoff unter hohem Druck an der Wasserstoff-Einlassleitung 20, von einer nicht dargestellten Hochdruckleitung kommend, an. In der Schließposition 4.1 deckt der untere zylindrische Führungskolben 5.3 diesen Durchtrittsbereich 28 ab, sodass kein Wasserstoff in den Durchtrittsbereich 28 und schließlich in den Brennraum 1 (siehe 10) des Zylinders gelangen kann. Dem Durchtrittsbereich 28 zugewandt sind zwei Ringflächen 25, welche die gleiche Größe haben, sodass unabhängig vom Druck des zugeführten Wasserstoffs keine resultierenden Axialkräfte vorhanden sind. Eine Verschiebung des Steuerventilkolbens 5 ist damit lediglich gegen die Kraft der Feder 22 aufzubringen. Unterhalb der Vorderseite des großen zylindrischen Führungskolbens 5.3 befindet sich wiederum die Kammer 23, sodass beim Verschieben des Steuerventilkolbens 5 ein Eintauchen in die Kammer 23 erfolgt und damit letztlich bei Ausführen des Öffnungshubes 21 die in 9 gezeigte Durchlassposition 4.2 des Steuerventilkolbens 5 erreicht wird. In der Durchlassposition 4.2 kann der Wasserstoff über die Wasserstoff-Einlassleitung 20 von der unteren Ebene zur oberen Ebene der Ausnehmung des Durchtrittsbereiches 28 in das Gehäuse 6 und schließlich zu dem Ausströmquerschnitt 18 strömen, von wo aus der Wasserstoff direkt in den Brennraum 1 der Verbrennungskraftmaschine (nicht gezeigt) oder indirekt über eine Einlassleitung in den Brennraum 1 strömen kann. 8 shows a further embodiment of a high-pressure inlet valve 4 according to the invention, the basic structure of which with regard to the housing 6 and spring insert corresponds to the previous embodiments, so that these parts will not be described in more detail here. The high-pressure inlet valve 4 shown is in its closed position 4.1 of the control valve piston 5. The difference to the previous embodiments is that the hydrogen inlet line and the outflow cross-section 18 are arranged in different planes with respect to the longitudinal axis of the housing 6 of the high-pressure inlet valve 4. The hydrogen is under high pressure at the hydrogen inlet line 20, coming from a high-pressure line (not shown). In the closed position 4.1, the lower cylindrical guide piston 5.3 covers this passage area 28, so that no hydrogen can enter the passage area 28 and finally into the combustion chamber 1 (see 10 ) of the cylinder. Two ring surfaces 25 are facing the passage area 28, which have the same size, so that no resulting axial forces are present regardless of the pressure of the hydrogen supplied. A displacement of the control valve piston 5 can therefore only be applied against the force of the spring 22. The chamber 23 is located below the front of the large cylindrical guide piston 5.3, so that when displacing of the control valve piston 5 is immersed in the chamber 23 and thus ultimately when the opening stroke 21 is carried out, the 9 shown passage position 4.2 of the control valve piston 5 is reached. In the passage position 4.2, the hydrogen can flow via the hydrogen inlet line 20 from the lower level to the upper level of the recess of the passage area 28 in the housing 6 and finally to the outflow cross section 18, from where the hydrogen can flow directly into the combustion chamber 1 of the internal combustion engine (not shown) or indirectly via an inlet line into the combustion chamber 1.

Damit eine zuverlässige Führung des Steuerventilkolbens 5 im Gehäuse 6 gewährleistet ist, ist der untere größere zylindrische Führungskolben 5.3 bis in die Kammer 23 hinein an formkongruent ausgebildeten Führungsflächen 16 geführt. Bei der Schließposition 4.1 gemäß 8 ist dieser zylindrische Führungskolben 5.3 dann in dem unteren Bereich und in dem Zwischenbereich an entsprechenden Führungsflächen 16 geführt, wobei der Zwischenbereich zwischen der unteren Ebene an der Wasserstoff-Einlassleitung 20 und dem Durchtrittsbereich 28 in der oberen Ebene am Ausströmquerschnitt 18 angeordnet ist. Und schließlich ist der kleinere zylindrische Führungskolben 5.3 der obere, welcher in Richtung auf den Federeinsatz angeordnet ist, an einem dritten Führungsabschnitt 16 gleitend geführt.In order to ensure reliable guidance of the control valve piston 5 in the housing 6, the lower, larger cylindrical guide piston 5.3 is guided into the chamber 23 on guide surfaces 16 of congruent shape. In the closed position 4.1 according to 8 This cylindrical guide piston 5.3 is then guided in the lower region and in the intermediate region on corresponding guide surfaces 16, wherein the intermediate region between the lower level is arranged on the hydrogen inlet line 20 and the passage region 28 in the upper level on the outflow cross-section 18. And finally, the smaller cylindrical guide piston 5.3, the upper one, which is arranged in the direction of the spring insert, is slidably guided on a third guide section 16.

Während 8 das Hochdruckeinlassventil 4 in seiner Schließposition 4.1 zeigt, ist in 9 dessen Durchlassposition 4.2 dargestellt.While 8 the high pressure inlet valve 4 in its closed position 4.1 is in 9 its passage position 4.2 is shown.

10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wie ein erfindungsgemäßes Hochdruckeinlassventil 4 im Zylinderkopf 30 einer Verbrennungskraftmaschine in deren Einlassleitung 7 angeordnet werden kann. Das Hochdruckeinlassventil 4 ist mittels eines nicht dargestellten Nockens, welcher vorzugsweise zu einer Nockenwelle gehört, angetrieben, kann aber natürlich auch mit einem elektromagnetischen Aktuator angetrieben sein, sodass im Falle eines Nockenwellenantriebs bei Eingriff des Nockens die im Federeinsatz vorhandene Feder 22 zusammengedrückt werden kann. Das Zusammendrücken der Feder 22 und damit das Öffnen des Hochdruckeinlassventils werden gleichermaßen durch einen elektromagnetischen Aktuator 9 erreicht. Durch das Zusammendrücken der Feder 22 gelangt der Wasserstoff, welcher über die Hochdruckleitung 32 zur Wasserstoff-Einlassleitung 20 geführt wird und von dort über die dargestellte Durchlassposition 4.2 durch das Hochdruckeinlassventil 4 in dessen Durchtrittsbereich 28 zum Ausströmquerschnitt 18 gelangt, über die Einlassleitung 7 und das Einlassventil 8 mit hohem Druck in den Brennraum 1. Dies ist durch die Pfeile angedeutet, welche die Wasserstoffströmung des unter hohem Druck stehenden Wasserstoffes und auch die Verbrennungsluft charakterisiert. Links an der Oberseite der 10 ist ein Auslassventil 33 gezeigt, welches sich im geschlossenen Zustand befindet, sodass der gasförmige Kraftstoff nicht in die Abgasleitung entweichen kann. Im Zylinder 3 ist ein Kolben 2 gezeigt, welcher mittels eines Kolbenbolzens 34 und eines Pleuels 35 mit einer nicht gezeigten Kurbelwelle verbunden ist. Das Hochdruckeinlassventil 4 kann nun vorzugsweise so gesteuert werden, dass im Grunde genommen bei nahezu jeder beliebigen Position bei der Bewegung des Kolbens 2 vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt einzelne Mengen an Wasserstoff zeitmäßig gezielt in Zusammenhang mit der Steuerung des Einlassleitungsventils 46 in den Zylinder gefüllt werden können. 10 shows an embodiment of how a high-pressure inlet valve 4 according to the invention can be arranged in the cylinder head 30 of an internal combustion engine in its inlet line 7. The high-pressure inlet valve 4 is driven by means of a cam (not shown), which preferably belongs to a camshaft, but can of course also be driven by an electromagnetic actuator, so that in the case of a camshaft drive, when the cam engages, the spring 22 present in the spring insert can be compressed. The compression of the spring 22 and thus the opening of the high-pressure inlet valve are equally achieved by an electromagnetic actuator 9. By compressing the spring 22, the hydrogen, which is led via the high-pressure line 32 to the hydrogen inlet line 20 and from there via the illustrated passage position 4.2 through the high-pressure inlet valve 4 in its passage area 28 to the outflow cross-section 18, passes through the inlet line 7 and the inlet valve 8 at high pressure into the combustion chamber 1. This is indicated by the arrows, which characterize the hydrogen flow of the hydrogen under high pressure and also the combustion air. On the left at the top of the 10 an exhaust valve 33 is shown which is in the closed state so that the gaseous fuel cannot escape into the exhaust line. A piston 2 is shown in the cylinder 3, which is connected to a crankshaft (not shown) by means of a piston pin 34 and a connecting rod 35. The high-pressure inlet valve 4 can now preferably be controlled in such a way that, basically, at almost any position during the movement of the piston 2 from bottom dead center to top dead center, individual amounts of hydrogen can be filled into the cylinder in a timely manner in conjunction with the control of the inlet line valve 46.

Und schließlich zeigt 11 einen Zylinder 3 mit Zylinderkopf 30 gemäß 10, jedoch mit sowohl einem Hochdruckeinlassventil 4 als auch einem Injektor 10. Das Hochdruckeinlassventil 4 ist im Zylinderkopf 30 in seiner Durchlassposition 4.2 so angeordnet, dass Wasserstoff direkt in den Zylinder 3 zusammen mit der Verbrennungsluft aus der Einlassleitung 7 über den Ausströmquerschnitt 18 in relativ großen Mengen eingeblasen werden kann. Zusätzlich ist der Injektor 10, an welchen eine Hochdruckleitung für Wasserstoff angeschlossen ist und welche in der Durchlassposition 4.2 des Injektors 10 Wasserstoff indirekt in den Brennraum 1 über die Einlassleitung 7 in gezielten Mengen zu gewünschten Zeitpunkten zur direkten Beeinflussung der späteren Gemischbildung und Verbrennung im Brennraum 1 zuführt, im Zylinderkopf angeordnet. Der Kolben 2 im Zylinder 3 ist mittels seines Pleuels 35 und über den Kolbenbolzen 34 mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) verbunden.And finally, 11 a cylinder 3 with cylinder head 30 according to 10 , but with both a high-pressure inlet valve 4 and an injector 10. The high-pressure inlet valve 4 is arranged in the cylinder head 30 in its passage position 4.2 such that hydrogen can be blown directly into the cylinder 3 together with the combustion air from the inlet line 7 via the outflow cross-section 18 in relatively large quantities. In addition, the injector 10, to which a high-pressure line for hydrogen is connected and which, in the passage position 4.2 of the injector 10, supplies hydrogen indirectly into the combustion chamber 1 via the inlet line 7 in targeted quantities at desired times to directly influence the subsequent mixture formation and combustion in the combustion chamber 1, is arranged in the cylinder head. The piston 2 in the cylinder 3 is connected to a crankshaft (not shown) by means of its connecting rod 35 and via the piston pin 34.

In 12a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hochdruckeinlassventils 4 gemäß der Erfindung gezeigt. In 12b ist dieses Hochdruckeinlassventil 4 in geöffneter Position dargestellt. Die in 12a gezeigte geschlossene Position des Hochdruckeinlassventils 4 wird erreicht in der Position des Steuerventilkolbens 5, bei welcher im Inneren des Gehäuses 6 die Wasserstoff-Einlassleitung 20 abschließt, wobei bei dessen Öffnung Wasserstoff unter hohem Druck zugeführt wird, und zwar in einem Ventilsitz dichtend sitzendem und damit die Zufuhr von Wasserstoff in den Brennraum 1 ebenfalls abdichtend angeordneten Ventilteller bzw. Schließteller 5.5 eines Tellerventils. Der Schließteller 5.5 des Tellerventils geht in üblicher Weise für derartige Ventile, welche im Zylinderkopf 30 von Verbrennungskraftmaschinen verwendet werden, kontinuierlich in den Schaft 5.4 über. Der Steuerventilkolben 5 weist im Bereich des im Gehäuses 6 befindlichen Schaftes 5.4 einen zylindrischen Führungskolben 5.3 bzw. eine Führungsfläche 16 auf, welche eine Ringfläche 25 ausbildet, welche in Richtung auf den Durchtrittsbereich 28 weist. Auf einer der Ringfläche 25 gegenüberliegenden Seite weist der Schaft 5.4 einen Schließteller 5.5 des Tellerventils auf, welcher vorzugsweise mit einem Winkel von 45 Grad einen Dichtsitz 17 bzw. Ventilsitz 17 mit dem Gehäuse 6 bildet.In 12a another embodiment of the high pressure inlet valve 4 according to the invention is shown. In 12b This high pressure inlet valve 4 is shown in the open position. The 12a The closed position of the high-pressure inlet valve 4 shown is achieved in the position of the control valve piston 5, in which the hydrogen inlet line 20 closes off inside the housing 6, whereby hydrogen is supplied under high pressure when it is opened, namely in a valve plate or closing plate 5.5 of a plate valve which is sealingly seated on a valve seat and thus also sealingly arranged for the supply of hydrogen into the combustion chamber 1. The closing plate 5.5 of the plate valve merges continuously into the shaft 5.4 in the usual manner for such valves which are used in the cylinder head 30 of internal combustion engines. The control valve piston 5 has a cylindrical guide piston 5.3 or a guide surface 16 in the area of the shaft 5.4 located in the housing 6, which has a Ring surface 25 is formed, which points in the direction of the passage area 28. On a side opposite the ring surface 25, the shaft 5.4 has a closing plate 5.5 of the plate valve, which preferably forms a sealing seat 17 or valve seat 17 with the housing 6 at an angle of 45 degrees.

Die Dichtkraft diese Ventilsitzes 17 wird durch die Feder 22 gewährleistet, welcher mittels eines jochartigen Stützringes 37 in dem Gehäuse 6 unter Vorspannung gehalten ist. Die Ringfläche 25 und die wirksame in eine Ebene senkrecht zur Längsachse des Steuerventilkolbens 5 projizierte Fläche des Schließtellers 5.5 des Tellerventils sind beide gleich groß, sodass der Druck des Wasserstoffs, welcher in den Durchtrittsbereich 28 zum Eintragen in den Zylinder 1 bei geöffnetem Hochdruckeinlassventil 4 (siehe 12b) gelangt, die Druckbeaufschlagungsflächen 27 und 26 ohne nennenswerte resultierende Flächen gegeneinander belastet. Dadurch wird ohne zusätzliche Kräfte zur Druckfeder 22 ein Verschieben des Steuerventilkolbens 5 im Gehäuse 6 realisiert. Im Bereich des Schaftes 5.4 weist der Steuerventilkolben 5 einen zusätzlichen Kolben 38 auf, welcher ebenfalls eine zylindrische Führungsfläche 15 an seinem Außenumfang aufweist, welcher an entsprechenden formkongruent gestalteten Führungsabschnitten 16 im Gehäuse 6 geführt ist. Die axiale Abmessung dieses zusätzlichen Kolbens 38 ist nun derart, dass in der Position, wie sie in 12a gezeigt ist, d.h. in welcher die Zufuhr von Wasserstoff gesperrt ist, der zusätzliche Kolben 38 den Querschnitt der Zufuhrleitung des Wasserstoffes hohen Druckes unterbricht. Dazu sind der zusätzliche Kolben 38 wie auch die Führungskolben 5.3 bzw. Führungsflächen 15,16 eingeschliffen, um eine entsprechende Dichtkraft und Dichtigkeit zu gewährleisten. Eine zweite Dichtfläche ergibt sich im Ventilsitz 17 des Tellerventils, wobei die Dichtkraft durch die Federkraft der Feder 22 bestimmt wird. Zwischen der in der 12a gezeigten Oberseite des Führungskolbens 5.3, welche auf die Seite mit der Feder 22 von Hochdruck eines Ventils weist, ist ein Druckraum ausgebildet, welcher bei entsprechender Kompression, d.h. bei Aufwärtsbewegung des Steuerventilkolbens 5 über eine Entlüftungsbohrung 24 entlüftet werden kann.The sealing force of this valve seat 17 is ensured by the spring 22, which is held under pre-tension in the housing 6 by means of a yoke-like support ring 37. The ring surface 25 and the effective surface of the closing plate 5.5 of the plate valve projected into a plane perpendicular to the longitudinal axis of the control valve piston 5 are both of the same size, so that the pressure of the hydrogen which enters the passage area 28 for introduction into the cylinder 1 when the high-pressure inlet valve 4 is open (see 12b) , the pressure application surfaces 27 and 26 are loaded against each other without significant resulting surfaces. As a result, a displacement of the control valve piston 5 in the housing 6 is realized without additional forces to the compression spring 22. In the area of the shaft 5.4, the control valve piston 5 has an additional piston 38, which also has a cylindrical guide surface 15 on its outer circumference, which is guided on corresponding shape-congruent guide sections 16 in the housing 6. The axial dimension of this additional piston 38 is now such that in the position as shown in 12a is shown, ie in which the supply of hydrogen is blocked, the additional piston 38 interrupts the cross-section of the supply line of the high pressure hydrogen. For this purpose, the additional piston 38 as well as the guide pistons 5.3 and guide surfaces 15,16 are ground in order to ensure an appropriate sealing force and tightness. A second sealing surface is created in the valve seat 17 of the disk valve, whereby the sealing force is determined by the spring force of the spring 22. Between the in the 12a On the upper side of the guide piston 5.3 shown, which points to the side with the spring 22 of high pressure of a valve, a pressure chamber is formed which can be vented via a vent hole 24 upon corresponding compression, ie upon upward movement of the control valve piston 5.

Bei einer entsprechenden, gegen die Federkraft der Feder 22 wirkenden Kraft zur Verstellung des Schiebeventilkolbens 5 im Gehäuse 6 wird über diese Entlüftungsbohrung 24 Luft wieder eingesaugt, sodass in der zwischen der Oberseite des zylindrischen Führungskolbens 5.3 und dem Gehäuse 6 vorhandener Druckraum 23 nicht ein nennenswerter Unterdruck entsteht.When a corresponding force acts against the spring force of the spring 22 to adjust the slide valve piston 5 in the housing 6, air is sucked in again via this vent hole 24, so that no significant negative pressure is created in the pressure chamber 23 between the top of the cylindrical guide piston 5.3 and the housing 6.

In 12b ist das Hochdruckeinlassventil 4 gemäß 12a gezeigt, jedoch in der geöffneten Position. Dazu ist der Steuerventilkolben 5 gegen die Wirkung der Federkraft der Feder 22 in der gezeigten Darstellung nach unten verschoben, sodass der zusätzliche Kolben 38 den Querschnitt der Wasserstoff-Einlassleitung 20 über den Durchtrittsbereich 28 am Sitzbereich 17 des Schließtellers 5.5 des Tellerventils freigibt und Wasserstoff mit hohem Druck in den Brennraum 1 (nicht gezeigt) eingedrückt werden kann. Die anderen Elemente und Funktionen sind mit denen 12a identisch und werden daher hier nicht nochmals beschrieben. Es ist aus 12b ersichtlich, dass der zusätzliche Kolben 38 an dem in Inneren des Gehäuses 6, d.h. im Inneren des Durchtrittsbereiches 28, ausgebildeten eingeschliffenen zylindrischen Führungsflächen 16 gleitend verschoben wird, sodass der unter hohem Druck stehende Wasserstoff letztlich in den Zylinder 1 einströmen kann.In 12b The high pressure inlet valve 4 is 12a shown, but in the open position. For this purpose, the control valve piston 5 is moved downwards against the effect of the spring force of the spring 22 in the illustration shown, so that the additional piston 38 releases the cross-section of the hydrogen inlet line 20 via the passage area 28 at the seat area 17 of the closing plate 5.5 of the plate valve and hydrogen can be pressed into the combustion chamber 1 (not shown) at high pressure. The other elements and functions are the same as those 12a identical and are therefore not described again here. It is 12b It can be seen that the additional piston 38 is slidably displaced on the ground cylindrical guide surfaces 16 formed in the interior of the housing 6, ie in the interior of the passage area 28, so that the hydrogen under high pressure can ultimately flow into the cylinder 1.

Und schließlich ist in 12c eine Schnittansicht durch den Steuerventilkolben 5 in dessen unteren Teil des Schaftes 5.4 mit Blickrichtung entlang des Schnittes A-A (vgl. 12b) auf den zusätzlichen Kolben 38 gezeigt. Der Kolben 38 weist eine zylindrische Kolbenseitenfläche 15 an seinem Außenumfang auf, welche eingeschliffen ist und formkongruent mit den entsprechend im Gehäuse 6 ausgebildeten Führungsflächen 16 dichtend zusammenwirkt. Das Innere des Kolbens 38 ist durch Stege 39, zwischen denen sich Öffnungen 40 befinden, stabil genug gefertigt und ermöglicht so, bei freigegebenem Wasserstoff-Einlass den Wasserstoff hindurchströmen zu lassen, um anschließend am Bereich des Ventilsitzes 17 des Schließtellers 5.5 des Tellerventils vorbei in den Brennraum 1 zu strömen. Dies ist durch die Pfeile, welche den Strömungsweg andeuten, gezeigt. Zusätzlich ist der Steuerventilkolben 5 durch die zylindrischen Kolbenseitenflächen 15 im oberen Teil des Gehäuses 6 zuverlässig und genau geführt, da auch diese Bereiche eingeschliffen sind.And finally, in 12c a sectional view through the control valve piston 5 in its lower part of the shaft 5.4 looking along the section AA (cf. 12b) on the additional piston 38. The piston 38 has a cylindrical piston side surface 15 on its outer circumference, which is ground in and cooperates in a sealing manner with the corresponding guide surfaces 16 formed in the housing 6. The interior of the piston 38 is made sufficiently stable by webs 39, between which there are openings 40, and thus enables the hydrogen to flow through when the hydrogen inlet is released, in order to then flow past the area of the valve seat 17 of the closing plate 5.5 of the plate valve into the combustion chamber 1. This is shown by the arrows which indicate the flow path. In addition, the control valve piston 5 is reliably and precisely guided by the cylindrical piston side surfaces 15 in the upper part of the housing 6, since these areas are also ground in.

Und schließlich zeigt 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem die dem Durchtrittsbereich 28 im Inneren des Gehäuses 6 zugewandten wirksamen Druckbeaufschlagungsbereiche 27,26 eine unterschiedliche Größe aufweisen. In 13 ist ein Zustand des Hochdruckeinlassventils 4 gezeigt, bei welchem durch den Steuerventilkolben 5 die Zufuhr von Wasserstoff in den Brennraum 1 nicht stattfindet. Wegen der Tatsache, dass der als Ringfläche 25 ausgebildete zweite Druckbeaufschlagungsbereich 26 größer ausgebildet ist als der erste Druckbeaufschlagungsbereich 27 am Übergang des Schließtellers 5.5 des Tellerventils zu dessen Schaft 5.4, ist das Gehäuse 6 zweiteilig ausgebildet, damit eine entsprechende Montage des Steuerventilkolbens 5 und des Führungskolbens 5.3 in das Innere des Gehäuses 6 erfolgen kann. Der Führungskolben 5.3 muss durch eine zusätzliche Montage in nicht weiter dargestellter Montage-Ausführungsform auf dem Steuerventilkolben 5 montiert werden. Ansonsten ist der Grundaufbau analog zu dem in 12 beschriebenen. Dadurch, dass die Fläche des zweiten Druckbeaufschlagungsbereichs 26 größer ist als die des ersten Druckbeaufschlagungsbereichs 27, wird in Verbindung mit dem hohen Druck des Wasserstoffes eine größere Schließkraft des Schließtellers 5.5 des Tellerventils im Bereich von dessen Sitz 17 gewährleistet. Insoweit wird von dem Ungleichgewicht auf Basis der unterschiedlich großen wirksamen Flächen profitiert. Die dadurch erzielte große Kraft gewährleistet eine deutlich verbesserte Dichtleistung des Ventilsitzes 17 während des Betriebes des Motors. Das Prinzip der Funktion eines derartigen Hochdruckventils 4 ist das, welches einem Pneumatikzylinder ähnlich ist.And finally, 13 a further embodiment in which the effective pressure application areas 27,26 facing the passage area 28 in the interior of the housing 6 have a different size. In 13 a state of the high-pressure inlet valve 4 is shown in which the supply of hydrogen into the combustion chamber 1 does not take place through the control valve piston 5. Due to the fact that the second pressurization area 26, designed as an annular surface 25, is larger than the first pressurization area 27 at the transition of the closing plate 5.5 of the plate valve to its shaft 5.4, the housing 6 is designed in two parts so that the control valve piston 5 and the guide piston 5.3 can be installed in the interior of the housing 6. The guide piston 5.3 must be installed on the inside of the housing 6 by additional assembly in an assembly embodiment not shown in more detail. the control valve piston 5. Otherwise, the basic structure is analogous to that in 12 described. Because the area of the second pressurization area 26 is larger than that of the first pressurization area 27, in conjunction with the high pressure of the hydrogen, a greater closing force of the closing plate 5.5 of the plate valve in the area of its seat 17 is ensured. In this respect, the imbalance based on the different sized effective areas benefits. The great force achieved in this way ensures a significantly improved sealing performance of the valve seat 17 during operation of the engine. The principle of operation of such a high-pressure valve 4 is similar to that of a pneumatic cylinder.

Zusätzlich zu der Darstellung in 12 ist in 13 noch ein Sicherungsring 41 gezeigt, welcher ein Lösen des Stützringes 42 im Betrieb unterbindet, da der Stützring 42 auf dem oberen Schaftteil des Steuerventilkolbens 5 aufgesetzt ist, sodass die Federspannung eingestellt ist. Der in 13 gezeigte Steuerventilkolben 5 ist mit seinem Führungskolben 5.3 gegen die Kammer 23 abgedichtet. In Richtung auf den Ventilteller 5.5. ist im Inneren des Gehäuses 6 ein kegelförmig ausgebildeter Bereich vorhanden. Der weitere Dichtbereich ist der unmittelbar am Tellerventil ausgebildete Kegelsitz. Letzterer gewährleistet ein sicheres Abdichten der Wasserstoffzufuhrleitung gegenüber dem Brennraum 1, wohingegen der Führungskolben 5.3 eine zusätzliche Dichtfläche zwischen dem Wasserstoffzufuhrbereich und der Kammer 23 ausbildet. Es ist prinzipiell auch möglich, dass der Führungskolben 5.3 im zweiten Druckbeaufschlagungsbereich 26 kleiner ist als der erste Druckbeaufschlagungsbereich 27.In addition to the presentation in 12 is in 13 A retaining ring 41 is also shown, which prevents the support ring 42 from coming loose during operation, since the support ring 42 is placed on the upper shaft part of the control valve piston 5, so that the spring tension is set. The 13 The control valve piston 5 shown is sealed against the chamber 23 with its guide piston 5.3. In the direction of the valve plate 5.5. there is a conical area inside the housing 6. The other sealing area is the conical seat formed directly on the plate valve. The latter ensures a secure sealing of the hydrogen supply line against the combustion chamber 1, whereas the guide piston 5.3 forms an additional sealing surface between the hydrogen supply area and the chamber 23. In principle, it is also possible for the guide piston 5.3 in the second pressurization area 26 to be smaller than the first pressurization area 27.

14 und 15 zeigen in Schnittdarstellung zwei Positionen des zur Realisierung der Funktion des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils 4 in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in geschlossenem Zustand (14), wohingegen in 15 dieses Hochdruckeinlassventil 4 in geöffneter Stellung dargestellt ist. 14 and 15 show in sectional view two positions of the high pressure inlet valve 4 according to the invention for realizing the function in a further embodiment of the invention in the closed state ( 14 ), whereas in 15 this high-pressure inlet valve 4 is shown in the open position.

Das Hochdruckeinlassventil 4 weist ein aus einem Kolbenstößel 100 und einem Kolben 200 gebildetes und in einem Gehäuse 300 geführtes Kolbenteil auf. Der Kolben 200 weist eine Steuerkante 45 bildende umlaufende Kolbennut 50 auf, welche gegenüber dem äußeren maximalen Durchmesser des Kolbens 200 einen Bereich mit einem Einzug aufweist. In der Stellung gemäß 14 bildet der Kolben 200 innerhalb des Gehäuses 300 an seiner Stirnfläche bzw. Kolbenoberseite, welche gegenüber dem Kolbenstößel 100 liegt, eine Ventilkammer 90 aus, welche an der Stirnseite des Hochdruckeinlassventils 4 mittels einer Deckplatte 60 geschlossen ist. Zwischen der Deckplatte 60 und der Stirnseite des Kolbens 200 bildet die Ventilkammer 90 sozusagen ein Luftpolster, in welches sich der Kolben 200 mit dessen Hub 101 bewegt, sodass bei den für die Einlassvorgänge für Wasserstoff in den Zylinder erforderlichen kurzen Zeiten verhindert wird, dass der Kolben 200 auf die Deckplatte 60 aufschlagen könnte.The high-pressure inlet valve 4 has a piston part formed from a piston tappet 100 and a piston 200 and guided in a housing 300. The piston 200 has a circumferential piston groove 50 forming a control edge 45, which has an area with a recess opposite the outer maximum diameter of the piston 200. In the position according to 14 the piston 200 forms a valve chamber 90 within the housing 300 on its front face or piston top, which is opposite the piston tappet 100, which is closed on the front face of the high-pressure inlet valve 4 by means of a cover plate 60. Between the cover plate 60 and the front face of the piston 200, the valve chamber 90 forms an air cushion, so to speak, into which the piston 200 moves with its stroke 101, so that during the short times required for the inlet processes for hydrogen into the cylinder, it is prevented that the piston 200 could hit the cover plate 60.

In 15 ist gezeigt, dass die Ventilkammer 90 über eine Entlüftungsbohrung 70, welche durch das Kolbenteil im Bereich seiner Längsachse geführt ist, entlüftet wird. Insbesondere bei höheren Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine muss der Ladungswechsel im Zylinder, bezogen auf absolute zeitliche Maßstäbe, in sehr kurzen Zeitspannen ausgeführt werden. Daher muss auch das Hochdruckeinlassventil 4 und als wesentliches Kernelement davon dessen Kolben 200 sehr schnelle Bewegungen zum Öffnen und Schließen, d.h. zum Steuern der Zufuhr von Wasserstoff, ausführen. Leichtbauweise ist dabei ein wesentliches Merkmal für die Realisierung höher Schaltfrequenzen.In 15 it is shown that the valve chamber 90 is vented via a vent hole 70, which is guided through the piston part in the region of its longitudinal axis. Particularly at higher speeds of the internal combustion engine, the charge exchange in the cylinder must be carried out in very short periods of time in terms of absolute time. Therefore, the high-pressure inlet valve 4 and, as an essential core element thereof, its piston 200, must also carry out very fast movements to open and close, ie to control the supply of hydrogen. Lightweight construction is an essential feature for the realization of high switching frequencies.

In den Totpunkten bei der Bewegung des Kolbens 200 des Hochdruckeinlassventils 4 treten aufgrund der Massenträgheit dieses Bauelements relativ große Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte auf. Der auf der Kolbenoberseite bei der Bewegung des Kolbens 200 sich verändernde Raum, d.h. die Ventilkammer 90, führt durch die Komprimierung der darin befindlichen Luft zu einer Dämpfung der Kolbenbewegung, weshalb im Inneren des Kolbens 200 im Bereich von dessen Längsachse eine Entlüftungsbohrung 70 vorgesehen ist. Der Durchmesser der Entlüftungsbohrung 70 ist nun so gestaltet, dass bei der raschen Bewegung des eigentlichen Kolbens des Kolbens 200 die Luft aus der Ventilkammer 90 zumindest größten Teils über die Entlüftungsbohrung 70 herausgepresst wird. Der Durchmesser der Entlüftungsbohrung 70 ist nur so groß, dass nur so viel Luft in der Ventilkammer 90 verbleibt, dass bei der raschen Bewegung des Kolbens 200 und dessen Trägheit ein Anschlagen von dessen Kolbenoberseite am durch die Deckplatte 60 bei diesem Ausführungsbeispiel gebildeten inneren Abschluss des Hochdruckventils 4 nicht anschlägt. Andererseits muss die Entlüftungsbohrung 70 in der Lage sein, bei der Rückwärtsbewegung des Kolbens weg von der Deckplatte 60 in Richtung auf seine Stellung den Durchtritt von Wasserstoff durch das Hochdruckeinlassventil 4 zu unterbrechen, ein Rückströmen zum Wiederauffüllen der Ventilkammer 90 zu ermöglichen. Die Entlüftungsbohrung 70 hat daher einen solchen Durchmesser, dass im Wesentlichen die Luft in der Ventilkammer 90 abgeführt bzw. in diese Kammer wieder zugeführt werden kann, und zwar dennoch bei Vorhandensein einer gewissen geringen Drosselfunktion, damit kein Vakuum oder Unterdruck in dieser Ventilkammer 90 während der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 200 im Gehäuse 300 des Hochdruckeinlassventils 4 auftritt. Der in der Ventilkammer 90 verbleibende Teil der Luft, dient jedenfalls bei der Bewegung der Kolbenoberseite in Richtung auf die Deckplatte 60 einem gewissen Dämpfungseffekt, in dem sich u.a. auch wegen der noch vorhandenen Drosselwirkung der Entlüftungsbohrung 70 ein gewisses Dämpfungspolster ausbildet, wodurch ein Anschlagen der Kolbenoberseite an der Innenseite des Deckplatte 60 verhindert bzw. einem Anschlagen zumindest entgegengewirkt wird. Die Entlüftungsbohrung im Schaft des Kolbens 200 stellt bereits eine Maßnahme zur Massereduzierung im Sinne einer Unterstützung von raschen bzw. hohen Schaltfrequenzen dar.At the dead points during the movement of the piston 200 of the high-pressure inlet valve 4, relatively large acceleration and deceleration forces occur due to the inertia of this component. The space on the top of the piston that changes during the movement of the piston 200, i.e. the valve chamber 90, leads to a dampening of the piston movement due to the compression of the air contained therein, which is why a vent hole 70 is provided inside the piston 200 in the area of its longitudinal axis. The diameter of the vent hole 70 is now designed such that during the rapid movement of the actual piston of the piston 200, at least most of the air is pressed out of the valve chamber 90 via the vent hole 70. The diameter of the vent hole 70 is only large enough to ensure that only so much air remains in the valve chamber 90 that, during the rapid movement of the piston 200 and its inertia, the top of the piston does not strike the inner closure of the high-pressure valve 4 formed by the cover plate 60 in this embodiment. On the other hand, the vent hole 70 must be able to interrupt the passage of hydrogen through the high-pressure inlet valve 4 during the backward movement of the piston away from the cover plate 60 in the direction of its position, and to enable a backflow to refill the valve chamber 90. The vent hole 70 therefore has a diameter such that essentially the air in the valve chamber 90 can be discharged or fed back into this chamber, and this while still having a certain small throttling function so that no vacuum or negative pressure can be created in this valve chamber 90 during the reciprocating movement of the piston 200 in the Housing 300 of the high-pressure inlet valve 4. The part of the air remaining in the valve chamber 90 serves a certain damping effect when the top of the piston moves in the direction of the cover plate 60, in which a certain damping cushion is formed, among other things due to the still existing throttling effect of the vent hole 70, whereby the top of the piston does not strike the inside of the cover plate 60 or at least counteracts a strike. The vent hole in the shaft of the piston 200 already represents a measure for reducing mass in the sense of supporting rapid or high switching frequencies.

Auf der der Stirnseite des Kolbens gegenüberliegenden Seite des Kolbens 200, an welcher der Kolbenstößel 100 angeordnet ist, ist innerhalb des Gehäuses 300 zwischen der Kolbenunterseite und der Durchtrittsöffnung des Kolbenstößels 100 durch das Material des Gehäuses 300 ein unterer bzw. hinterer Ventilraum angeordnet, welcher ebenfalls eine Dämpfungsfunktion analog zu der an der Kolbenoberseite geschilderten hat. Dazu ist aus diesem Dämpfungsraum an der Kolbenunterseite ebenfalls eine Entlüftungsbohrung 70 vorgesehen, welche analog zu der Entlüftungsbohrung 70 ausgebildet ist und funktioniert, welche in Längsrichtung durch das Kolbenteil hindurchgeführt und eine Verbindung zu der Ventilkammer 90 hat.On the side of the piston 200 opposite the front side of the piston, on which the piston tappet 100 is arranged, a lower or rear valve chamber is arranged within the housing 300 between the piston underside and the passage opening of the piston tappet 100 through the material of the housing 300, which also has a damping function analogous to that described on the piston top. For this purpose, a vent hole 70 is also provided from this damping chamber on the piston underside, which is designed and functions analogously to the vent hole 70, which runs longitudinally through the piston part and has a connection to the valve chamber 90.

Im oberen Bereich des Gehäuses 300 des Hochdruckeinlassventils 4 ist der Kolbenstößel 100 von einer Feder umgeben, welche in einer Gehäuseausnehmung 130 angeordnet ist und durch eine die Gehäuseausnehmung 131 nach obenhin angeflanschte Führungsplatte gehalten ist. Der Kolben arbeitet also gegen die Feder 80, welche je nach Bewegungsrichtung innerhalb des Kolbenhubs 100 komprimiert oder gedehnt wird.In the upper area of the housing 300 of the high-pressure inlet valve 4, the piston tappet 100 is surrounded by a spring which is arranged in a housing recess 130 and is held by a guide plate flanged to the top of the housing recess 131. The piston therefore works against the spring 80, which is compressed or stretched depending on the direction of movement within the piston stroke 100.

In der in 14 dargestellten Position des Kolbens 200 befindet sich dessen Steuerkante 45 oberhalb eines quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens 200 angeordneten Kanals für die Zufuhr 121 von Wasserstoff unter hohem Druck zum Zylinder, so dass die Wasserstoffzufuhr 111 durch das Ventil gehindert ist. Erst in der in 15 dargestellten Position des Kolbens 200 ist die Steuerkante 45 in den quer zur Längsachse des Kolbens sich erstreckenden, das Gehäuse 300 des Hochdruckeinlassventils 4 durchdringenden Kanals zur Wasserstoffzufuhr 121 zum Zylinder eingetaucht. Wenn die Steuerkante 45 diesen Kanal der Wasserstoffzufuhr 121 zum Zylinder freigegeben hat, kann die Wasserstoffzufuhr 111 über die Kolbennut 50, welche um den Kolben 200 herumläuft und sozusagen gegenüber dem maximalen Durchmesser des Kolbens den Einzug darstellt, in Richtung auf und durch den Kanal für die Wasserstoffzufuhr 121 zum Zylinder strömen. Aufgrund des hohen Druckes, mit welchem die Wasserstoffzufuhr 111 zum Ventil an dem entsprechenden Kanal des Hochdruckeinlassventils 4 anliegt, erfolgt nach Freigabe und damit Verbindung zum Kanal der Wasserstoffzufuhr 121 zum Zylinder ein sofortiger Durchtritt des unter Hochdruck stehenden Wasserstoffs in den Zylinder.In the 14 In the position of the piston 200 shown, its control edge 45 is located above a channel arranged transversely to the direction of movement of the piston 200 for the supply 121 of hydrogen under high pressure to the cylinder, so that the hydrogen supply 111 is prevented by the valve. Only in the position shown in 15 In the position of the piston 200 shown, the control edge 45 is immersed in the channel for the hydrogen supply 121 to the cylinder, which extends transversely to the longitudinal axis of the piston and penetrates the housing 300 of the high-pressure inlet valve 4. When the control edge 45 has released this channel for the hydrogen supply 121 to the cylinder, the hydrogen supply 111 can flow via the piston groove 50, which runs around the piston 200 and represents the inlet, so to speak, opposite the maximum diameter of the piston, in the direction of and through the channel for the hydrogen supply 121 to the cylinder. Due to the high pressure with which the hydrogen supply 111 to the valve is applied to the corresponding channel of the high-pressure inlet valve 4, after release and thus connection to the channel for the hydrogen supply 121 to the cylinder, the high-pressure hydrogen immediately passes through into the cylinder.

Da bei der Bewegung des Kolbens 200 im Gehäuse 300 der Kolben 200 lediglich gegen die jeweiligen Luftpolster, d.h. mit seiner Kolbenoberseite in das Luftpolster der Ventilkammer 90 bzw. mit der Kolbenunterseite in das Luftpolster, unter Berücksichtigung der jeweils wirkenden Federkraft wirkt und da andererseits die Kolbennut 50 an beiden Enden in Längsrichtung eine gleichgroße Fläche ausgebildet hat, entstehen keine nennenswerten zusätzlichen resultierenden Axialkräfte, welche auf den Kolben 200 wirken. Der Kolben 200 kann daher trotz hoher anliegender Drücke des Wasserstoffs leicht und damit an die hohen erforderlichen Geschwindigkeiten einer entsprechenden Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden.Since, when the piston 200 moves in the housing 300, the piston 200 only acts against the respective air cushions, i.e. with its upper side of the piston in the air cushion of the valve chamber 90 or with its lower side of the piston in the air cushion, taking into account the respective spring force acting, and since, on the other hand, the piston groove 50 has an equally large area at both ends in the longitudinal direction, no significant additional resulting axial forces arise which act on the piston 200. The piston 200 can therefore be easily adjusted to the high required speeds of a corresponding rotational speed of the internal combustion engine despite the high pressures of the hydrogen applied.

Das gemäß der Erfindung vorgesehene Hochdruckeinlassventil 4 bietet somit die Möglichkeit, unter hohem Druck bereitgestellten Wasserstoff einem Verbraucher, in diesem Fall dem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine, bereitzustellen. Die Drücke des bereitgestellten Wasserstoffs liegen in einer Höhe von beispielsweise 20 bis 350 bar.The high-pressure inlet valve 4 provided according to the invention thus offers the possibility of providing hydrogen under high pressure to a consumer, in this case the cylinder of an internal combustion engine. The pressures of the hydrogen provided are, for example, at a level of 20 to 350 bar.

Dadurch, dass die axialen, auf den Kolben 200 wirkenden Kräfte im Wesentlichen wegen gleicher beaufschlagter Flächen ausgeglichen sind, ergibt sich keine einseitige Kraftkomponente auf den Kolben 200 bzw. den Kolbenstößel 100 zu Ungunsten der jeweils anderen Bewegungsrichtung. Damit ist es möglich, den Kolben mit geringer Krafteinwirkung in die jeweiligen Schaltzustände zu bringen. Die jeweiligen Schaltzustände sind einerseits das geschlossene Ventil und andererseits das geöffnete Ventil.Because the axial forces acting on the piston 200 are essentially balanced due to the same applied surfaces, there is no one-sided force component on the piston 200 or the piston tappet 100 to the detriment of the other direction of movement. This makes it possible to bring the piston into the respective switching states with little force. The respective switching states are the closed valve on the one hand and the open valve on the other.

Dabei lässt sich die Größe der Öffnung bei dem geöffneten Schaltzustand durch die Größe der axialen Verschiebung des Kolbens 200 variieren. Beim Verschieben des Kolbens wird auf der Druckseite die Steuerkante 45 des Kolbens 200 soweit verschoben, dass bei entsprechender, in Längsrichtung des Kolbens 200 gesehener Breite der Kolbennut 50 die in axialer Richtung versetzt zueinander angeordneten Zuleitungs- und Ableitungskanäle (Wasserstoffzufuhr 111 bzw. Wasserstoffzufuhr 121) zum Zylinder über die Kolbennut 50 miteinander in Verbindung gebracht werden, was dem geöffneten Zustand des Hochdruckeinlassventils 4 entspricht. Durch eine Veränderung der Position des Kolbens 200 kann der Querschnitt der Wasserstoffzufuhr 121 zum Zylinder so variiert werden, dass die Durchflussmenge, d. h. der Massenstrom des in den Zylinder einzubringenden Wasserstoffs, variiert werden kann.The size of the opening in the open switching state can be varied by the size of the axial displacement of the piston 200. When the piston is displaced, the control edge 45 of the piston 200 is displaced on the pressure side to such an extent that, with a corresponding width of the piston groove 50 as seen in the longitudinal direction of the piston 200, the supply and discharge channels (hydrogen supply 111 and hydrogen supply 121) to the cylinder, which are arranged offset in the axial direction, are connected to one another via the piston groove 50, which corresponds to the open state of the high-pressure inlet valve 4. By changing the position of the piston 200, the cross section of the hydrogen supply 121 to the cylinder can be varied so that the flow rate, ie the mass flow of hydrogen to be introduced into the cylinder can be varied.

Die Querschnitte sind nun so gewählt, dass im geöffneten Zustand große Mengen an Wasserstoff in einer kurzen Zeiteinheit, d.h. hohe Massenströme einem Verbraucher, in dem Fall dem Zylinder eines Verbrennungsmotors, zugeführt werden können. Wenn aus einem geöffneten Zustand (siehe 15) wieder in einen geschlossenen Zustand (siehe 14) übergegangen werden soll, wird der Kolben 200 entsprechend in axialer Richtung so weit verschoben, dass eine Verbindung der Wasserstoffzufuhr 111 zum Hochdruckeinlassventil 4 von einer Wasserstoffquelle über die Kolbennut 50 zu der Wasserstoffzufuhr 121 zum Zylinder unterbrochen ist. Bevor die eigentliche Unterbrechung gemäß der dazu entsprechenden Position des Kolbens 200 im Gehäuse 300 erfolgt ist, kann für eine weitere Verbesserung des Betriebsverhaltens des Motors vorgesehen sein, dass der Schließvorgang noch einmal in einem vorgegebenen Umfang verzögert wird, so dass ein gewisser Nachladeeffekt im Zylinder realisiert werden kann. Dieses Nachladen passiert im Zylinder in der Regel zu einem Zeitpunkt, wenn sich der Kolben 200 im Zylinder der Verbrennungskraftmaschine bereits in seiner Aufwärtsbewegung, d.h. in der Kompressionsphase befindet. Der Vorteil der Verwendung von komprimiertem Wasserstoff in Verbindung mit dem Hochdruckeinlassventil 4, wie zuvor beschrieben, besteht unter anderem auch darin, dass nach Freigabe der entsprechenden Querschnitte der komprimierte Wasserstoff sich rasch ausbreitet, da der komprimierte Wasserstoff bei freiem Querschnitt rasch expandiert. Dies auch unterstützt die Fähigkeit des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils 4, dass in einer geringen Zeiteinheit hohe Wasserstoffmengen durchgesetzt werden können.The cross-sections are now selected so that in the open state, large amounts of hydrogen can be supplied to a consumer, in this case the cylinder of an internal combustion engine, in a short time unit, ie high mass flows. If from an open state (see 15 ) back to a closed state (see 14 ), the piston 200 is accordingly displaced in the axial direction to such an extent that a connection of the hydrogen supply 111 to the high-pressure inlet valve 4 from a hydrogen source via the piston groove 50 to the hydrogen supply 121 to the cylinder is interrupted. Before the actual interruption has taken place in accordance with the corresponding position of the piston 200 in the housing 300, it can be provided for in order to further improve the operating behavior of the engine that the closing process is delayed again by a predetermined amount so that a certain recharging effect can be realized in the cylinder. This recharging usually takes place in the cylinder at a time when the piston 200 in the cylinder of the internal combustion engine is already in its upward movement, i.e. in the compression phase. The advantage of using compressed hydrogen in conjunction with the high-pressure inlet valve 4, as described above, is, among other things, that after the corresponding cross-sections are released, the compressed hydrogen spreads quickly, since the compressed hydrogen expands quickly when the cross-section is free. This also supports the ability of the high-pressure inlet valve 4 according to the invention to pass through high amounts of hydrogen in a short unit of time.

Die Zufuhr von Wasserstoff zu einem jeweiligen Zylinder kann nun so erfolgen, dass der komplette Wasserstoff für einen Zyklus mit einmaliger Einführung in den Zylinder in einem Einlassvorgang durchgeführt wird. Im Sinne einer Optimierung beispielsweise der durch den Kolben 200 zu leistenden Kompressionsarbeit kann das Hochdruckeinlassventil 4 auch so gesteuert werden, dass die Zufuhr von Wasserstoff in den Zylinder sozusagen in mehreren Stößen intermittierend erfolgt. Jeder einzelne Stoß an zugeführtem Wasserstoff kann dabei hinsichtlich der Länge der Öffnung des Hochdruckeinlassventils 4 variiert werden, sodass auf den Motorbetrieb unmittelbar Einfluss genommen werden kann, und zwar über die Menge des in einer definierten Zeiteinheit in den Zylinder eingeführten Wasserstoffes. Vorzugsweise sind zwei derartige Stöße vorgesehen. Eine Vielzahl von Stößen zugeführten Wasserstoffs kann dabei im Sinne einer Optimierung des Gesamtprozesses des Betriebes des Motors aber durchaus auch von Vorteil sein. Wenn der Wasserstoff in mehreren Stößen während der Bewegung des Kolbens 200 im Zylinder auf seinem Weg vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt während des Kompressionshubes in Teilmengen eingeführt wird, so entspricht die Wasserstoffmenge in ihrer Summe der für den jeweiligen Zyklus benötigten Gesamtmenge, mit welcher eine zuverlässige, einen hohen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine garantierende Betriebsweise erreicht werden kann.The supply of hydrogen to a respective cylinder can now be carried out in such a way that all of the hydrogen for a cycle is introduced into the cylinder once in one intake process. In order to optimize, for example, the compression work to be performed by the piston 200, the high-pressure inlet valve 4 can also be controlled in such a way that the supply of hydrogen into the cylinder takes place intermittently in several pulses, so to speak. Each individual pulse of supplied hydrogen can be varied with regard to the length of the opening of the high-pressure inlet valve 4, so that the engine operation can be directly influenced by the amount of hydrogen introduced into the cylinder in a defined unit of time. Preferably, two such pulses are provided. A large number of pulses of supplied hydrogen can also be advantageous in terms of optimizing the overall process of operating the engine. If the hydrogen is introduced in partial quantities in several pulses during the movement of the piston 200 in the cylinder on its way from bottom dead center to top dead center during the compression stroke, the total amount of hydrogen corresponds to the total amount required for the respective cycle, with which a reliable mode of operation guaranteeing a high efficiency of the internal combustion engine can be achieved.

Die Abdichtung des Kolbens 200 innerhalb des Gehäuses 300 erfolgt durch eine entsprechende Passung zwischen dem Kolben 200 und der Bohrung im Gehäuse 300.The sealing of the piston 200 within the housing 300 is achieved by a corresponding fit between the piston 200 and the bore in the housing 300.

Das Hochdruckeinlassventil 4 ist vorzugsweise aus hochfesten und wärmebeständigen Metalllegierungen oder aus Leichtmetall oder Leichtmetalllegierungen wie zum Beispiel Magnesium oder aus Keramikwerkstoffen aufgebaut, wobei für den Kolben 200 und das Gehäuse 300 auch unterschiedliche Materialien verwendet werden können. Denkbar ist auch eine Auswahl eines bestimmten Grundmaterials mit einer Beschichtung der jeweiligen Teile, um optimale Gleit- und Abdichteigenschaften des im Gehäuse 300 bewegten Kolbens 200 bei den hohen Drücken des zugeführten Wasserstoffs zu erreichen. Neben einer ausgewählten Beschichtung ist auch eine unterschiedliche Wärmebehandlung der gegeneinander in dem Hochdruckeinlassventil 4 sich bewegenden Teile denkbar. Zur Reibungsverringerung kann auch zwischen dem Kolben 200 und dem Gehäuse 300 eine Schmierung vorgesehen sein, wobei eine in den Figuren nicht dargestellte Zuführleitung zur Zuführung geringer Mengen an Schmierstoff vorgesehen sein kann.The high-pressure inlet valve 4 is preferably made of high-strength and heat-resistant metal alloys or of light metal or light metal alloys such as magnesium or ceramic materials, whereby different materials can also be used for the piston 200 and the housing 300. It is also conceivable to select a specific base material with a coating of the respective parts in order to achieve optimal sliding and sealing properties of the piston 200 moving in the housing 300 at the high pressures of the hydrogen supplied. In addition to a selected coating, a different heat treatment of the parts moving against each other in the high-pressure inlet valve 4 is also conceivable. To reduce friction, lubrication can also be provided between the piston 200 and the housing 300, whereby a supply line (not shown in the figures) can be provided for supplying small amounts of lubricant.

Für den Wasserstoffbetrieb der Verbrennungskraftmaschine wird zweckmäßigerweise das Hochdruckeinlassventil 4 an die Stelle herkömmlicher Einlassleitungen und Einlassventile im Zylinderkopf 30 einer Verbrennungskraftmaschine angeschlossen, wohingegen die Abgasventile und die Abgasleitungen in herkömmlicher Technik ausgebildet verbleiben können. Das Hochdruckeinlassventil 4 ist selbstverständlich auch für andere Arten der Zufuhr von Gasen in Räume anderer Einrichtungen anwendbar.For hydrogen operation of the internal combustion engine, the high-pressure inlet valve 4 is expediently connected to the place of conventional inlet lines and inlet valves in the cylinder head 30 of an internal combustion engine, whereas the exhaust valves and the exhaust lines can remain designed using conventional technology. The high-pressure inlet valve 4 can of course also be used for other types of supply of gases to rooms of other facilities.

Zur Realisierung entsprechend rascher Öffnungs- und Schließvorgänge des Hochdruckeinlassventils 4, damit ein optimaler Motorbetrieb effektiv durchgeführt werden kann, ist es auch möglich, dass der Steuerventilkolben des Hochdruckeinlassventils 4 mit mechanischen Komponenten wie beispielsweise einer Nockenwelle oder elektromagnetisch betätigt wird. In order to realize correspondingly rapid opening and closing processes of the high-pressure inlet valve 4 so that optimal engine operation can be carried out effectively, it is also possible for the control valve piston of the high-pressure inlet valve 4 to be actuated with mechanical components such as a camshaft or electromagnetically.

Trotz der vergleichsweise geringen Öffnungsquerschnitte auf der Seite der Wasserstoffzufuhr 111 zum Ventil können wegen der Zufuhr von Wasserstoff mit hohen Drücken von ca. 20 bis zu 350 bar große Wasserstoffmengen in den Brennraum eingeführt werden. Dies ist auch dadurch möglich, dass die Komprimierung des Wasserstoffs auf der Seite der Wasserstoffzufuhr 111 zum Ventil sich bereits im Ventil entspannt. Die Entspannung des Wasserstoffs bereits im Ventil unterstützt sozusagen die „Fließgeschwindigkeit“ des Wasserstoffs in Richtung auf die Wasserstoffzufuhr 121 zum Zylinder und in den Zylinder hinein, wodurch somit automatisch eine größere Menge Wasserstoff in der gleichen Zeiteinheit, d.h. ein größerer Massenstrom, in den B, den Zylinder 1, gefördert wird.Despite the comparatively small opening cross-sections on the side of the hydrogen supply 111 to the valve, large amounts of hydrogen can be introduced into the combustion chamber due to the supply of hydrogen at high pressures of approx. 20 to 350 bar. This is also possible because the compression of the hydrogen on the side of the hydrogen supply 111 to the valve is already relaxed in the valve. The relaxation of the hydrogen already in the valve supports, so to speak, the "flow rate" of the hydrogen in the direction of the hydrogen supply 121 to the cylinder and into the cylinder, which automatically means that a larger amount of hydrogen is fed into B, cylinder 1, in the same unit of time, i.e. a larger mass flow.

Da der Steuerventilkolben 5 eine gesteuerte lineare Bewegung erfährt, können die Öffnungsquerschnitte über die Zeiteinheiten für den geöffneten Zustand des Hochdruckeinlassventils 4 auf einfache Art und Weise gesteuert werden.Since the control valve piston 5 undergoes a controlled linear movement, the opening cross sections can be controlled in a simple manner via the time units for the open state of the high-pressure inlet valve 4.

In 16 ist eine Teilschnittansicht eines Zylinders mit Zylinderkopf dargestellt, in welchem ein Auslassventil 33, ein erfindungsgemäßes Hochdruckventil 4 und ein Injektor 10 angeordnet sind. Das Im Zylinderkopf 30 angeordnete Auslassventil 33 ist in Schließstellung, sodass über das Hochdruckventil 4 Wasserstoff direkt in den Brennraum 1 eingeführt werden kann, wobei der Führungskolben 5 in geöffneter Stellung dargestellt ist, in welcher einerseits Wasserstoff in den Zylinder eingebracht werden kann und andererseits Verbrennungsluft aus der Einlassleitung 7 über die Ausströmquerschnitte 18 zuführbar ist. Das Hochdruckventil 4 kann in seiner Durchlassposition 4.2 Wasserstoff allein oder Verbrennungsluft aus der Einlassleitung 7 allein oder beides gemeinsam in Sinne eines Wasserstoff-Verbrennungsluft-Gemisches dem Brennraum 1 zuführen. Im Zylinderkopf ist des Weiteren ein Injektor 10 vorgesehen, über welchen zusätzlich Wasserstoff über eine Wasserstoffdruckleitung 32 direkt in den Brennraum 1 eingeführt werden kann. In der in 16 gezeigten Darstellung ist der Injektor 10 geschlossen. Der Injektor 10 ist elektromagnetisch betätigt, wodurch hohe Schaltfrequenzen, d.h. kürzeste Schaltzeiten, realisierbar sind. Der Injektor 10 ist dazu geeignet, Wasserstoff intermittierend zu gewählten Zeitpunkten in den Brennraum 1 einzubringen, um Gemischbildung und Verbrennung im Brennraum 1 zu optimieren. Im Zylinder ist ein Kolben 2 an der Zylinderwand 47 geführt, wobei der Kolben 2 einen Kolbenbolzen 34 aufweist, an welchem an Pleuel 35 mit einer nicht gezeigten Kurbelwelle in an sich bekannter Weise verbunden ist.In 16 a partial sectional view of a cylinder with a cylinder head is shown, in which an exhaust valve 33, a high-pressure valve 4 according to the invention and an injector 10 are arranged. The exhaust valve 33 arranged in the cylinder head 30 is in the closed position, so that hydrogen can be introduced directly into the combustion chamber 1 via the high-pressure valve 4, the guide piston 5 being shown in the open position, in which hydrogen can be introduced into the cylinder on the one hand and combustion air from the inlet line 7 can be supplied via the outflow cross sections 18 on the other. The high-pressure valve 4 in its passage position 4.2 can supply hydrogen alone or combustion air from the inlet line 7 alone or both together in the sense of a hydrogen-combustion air mixture to the combustion chamber 1. An injector 10 is also provided in the cylinder head, via which hydrogen can also be introduced directly into the combustion chamber 1 via a hydrogen pressure line 32. In the 16 In the illustration shown, the injector 10 is closed. The injector 10 is electromagnetically actuated, whereby high switching frequencies, ie the shortest switching times, can be achieved. The injector 10 is suitable for introducing hydrogen intermittently at selected times into the combustion chamber 1 in order to optimize mixture formation and combustion in the combustion chamber 1. In the cylinder, a piston 2 is guided on the cylinder wall 47, the piston 2 having a piston pin 34, on which a connecting rod 35 is connected in a manner known per se to a crankshaft (not shown).

17 zeigt eine Detailansicht eines Zylinders mit Zylinderkopf, ähnlich der gemäß 16, jedoch mit dem Unterschied, dass anstelle des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils 4 ein herkömmliches Einlassventil vorgesehen ist, welches in 17 in der Durchlassposition gezeigt ist und Verbrennungsluft aus der Einlassleitung 7 über die Ausströmquerschnitte 18 in den Brennraum 1 einströmen lässt. Im Zylinderkopf 30 ist des Weiteren ein Auslassventil 33 angeordnet, welches in der Schließposition gezeigt ist. Im Zylinderkopf 30 befindet sich ein Injektor 10, mittels welchem Wasserstoff über die Wasserstoff-Hochdruckleitung 32 direkt in den Brennraum 1 bei geöffnetem Injektor 10, d.h. in seiner Durchlassposition, einführbar ist. In 17 ist der Injektor 10 in seiner Schließposition gezeigt. An der oberen Seite des Führungskolbens 5.3 (siehe 1) befindet sich im Inneren des Gehäuses 6 eine mit Luft gefüllte Kammer 23, welche als Dämpfungspolster dient und aus welcher, bei Eintauchen des Führungskolbens 5.3 in diese Kammer, Luft über die Entlüftungsleitung 24 abgeführt werden kann, wobei die Entlüftungsleitung 24 so dimensioniert ist, dass keine oder keine wesentliche Drosselung beim Ausströmen von Luft aus der Kammer auftritt. Mit Hilfe des Einlassventils 8 wird lediglich die Zufuhr von Verbrennungsluft über die Einlassleitung 7 gesteuert. Der motormäßige Aufbau des Kolbens 2 mit dem Kolbenbolzen 34 und dem Pleuel 35 entspricht der in 16 beschriebenen. 17 shows a detailed view of a cylinder with cylinder head, similar to the one according to 16 , but with the difference that instead of the high-pressure inlet valve 4 according to the invention, a conventional inlet valve is provided, which in 17 in the passage position and allows combustion air to flow from the inlet line 7 into the combustion chamber 1 via the outflow cross sections 18. In the cylinder head 30, an outlet valve 33 is also arranged, which is shown in the closed position. In the cylinder head 30 there is an injector 10, by means of which hydrogen can be introduced directly into the combustion chamber 1 via the hydrogen high-pressure line 32 when the injector 10 is open, ie in its passage position. In 17 The injector 10 is shown in its closed position. On the upper side of the guide piston 5.3 (see 1 ) there is an air-filled chamber 23 inside the housing 6, which serves as a damping cushion and from which, when the guide piston 5.3 is immersed in this chamber, air can be discharged via the vent line 24, whereby the vent line 24 is dimensioned in such a way that no or no significant throttling occurs when air flows out of the chamber. With the help of the inlet valve 8, only the supply of combustion air via the inlet line 7 is controlled. The engine structure of the piston 2 with the piston pin 34 and the connecting rod 35 corresponds to that in 16 described.

Und schließlich ist in 18 eine Detailschnittansicht mit einer gegenüber 17 veränderten Schnittführung durch den Zylinder und Zylinderkopf dargestellt, sodass der in 18 beschriebene Aufbau noch die Einspritzdüse zeigt. Mit dieser Einspritzdüse kann zusätzlich gasförmiger Kraftstoff in den Zylinder eingebracht werden. Die Einspritzdüse ist auch für das Einbringen von flüssigem Kraftstoff geeignet, sodass das in 18 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Verbrennungskraftmaschine auch einen sogenannten Duel-Fuel-Betrieb ermöglicht. Das bedeutet, dass sowohl herkömmlicher flüssiger Kraftstoff mittels der Einspritzdüse in den Brennraum 1 der Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden kann, wie auch mittels des Injektors 10 zusätzlich Wasserstoff in den Brennraum 1 einbringbar ist. Der sonstige Aufbau entspricht dem gemäß den 16 und 17 und muss daher hier nicht nochmals erläutert werden.And finally, in 18 a detailed section view with an opposite 17 modified section through the cylinder and cylinder head, so that the 18 The structure described above still shows the injection nozzle. This injection nozzle can also be used to introduce gaseous fuel into the cylinder. The injection nozzle is also suitable for the introduction of liquid fuel, so that the 18 The embodiment of an internal combustion engine shown also enables a so-called duel-fuel operation. This means that both conventional liquid fuel can be introduced into the combustion chamber 1 of the internal combustion engine by means of the injection nozzle, and hydrogen can also be introduced into the combustion chamber 1 by means of the injector 10. The other structure corresponds to that according to the 16 and 17 and therefore does not need to be explained again here.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11
Brennraumcombustion chamber
22
KolbenPistons
33
Zylindercylinder
44
Hochdruckeinlassventil/Hochdruckventilhigh-pressure inlet valve/high-pressure valve
4.14.1
Schließpositionclosed position
4.24.2
Durchlasspositionpassage position
55
Steuerventilkolbencontrol valve piston
5.15.1
Steuerkantecontrol edge
5.25.2
Kegelformconical shape
5.35.3
Führungskolbenguide piston
5.45.4
Schaftshaft
5.55.5
Schließteller, Tellerventillocking plate, disc valve
66
GehäuseHousing
77
Einlassleitungintake line
88
Einlassventilintake valve
99
Elektromagnetische BetätigungElectromagnetic actuation
1010
Injektorinjector
1111
Wasserstoffzufuhrleitunghydrogen supply line
1212
auf Brennraum weisende Oberfläche des Hochdruckventilssurface of the high-pressure valve facing the combustion chamber
1313
axiale Einblasbohrungen Hochdruckventilaxial injection holes high-pressure valve
1414
Endlage Steuerventilkolbenend position control valve piston
1515
Kolbenseitenflächenpiston side surfaces
1616
Führungsflächenguide surfaces
1717
Kegelförmige Sitzfläche, DichtsitzConical seat, sealing seat
1818
Ausströmquerschnitt Hochdruckventildischarge cross-section of the high-pressure valve
2020
Wasserstoffeinlassleitunghydrogen inlet line
2121
Öffnungshubopening stroke
2222
FederFeather
2323
Kammerchamber
2424
Entlüftungsbohrungvent hole
2525
Stirnseite/Ringflächefront side/ring surface
2626
zweiter Druckbeaufschlagungsbereichsecond pressurization area
2727
erster Druckbeaufschlagungsbereichfirst pressurization area
2828
Durchtrittsbereich Wasserstoffhydrogen passage area
2929
Führungsstegguide bridge
3030
Zylinderkopfcylinder head
3232
Hochdruckleitunghigh-pressure line
3333
Auslassventiloutlet valve
3434
Kolbenbolzenpiston pin
3535
Pleuelconnecting rod
3636
Einspritzdüseinjection nozzle
3737
Stützringsupport ring
3838
zusätzlicher Kolbenadditional piston
3939
Steg zusätzlicher Kolbenbridge of additional pistons
4040
Öffnungen zwischen den Stegenopenings between the webs
4141
Sicherungsringretaining ring
4242
Stützringsupport ring
4343
Gewichtsreduzierende AussparungenWeight-reducing recesses
4444
Hohlraum Steuerventilkolbencontrol valve piston cavity
4545
Steuerkantecontrol edge
4747
Zylinderinnenflächecylinder inner surface
5050
Kolbennutpiston groove
6060
Deckplattecover plate
7070
Entlüftungsbohrungvent hole
8080
FederFeather
9090
Ventilkammervalve chamber
100100
Kolbenstößelpiston tappet
101101
Kolbenhubpiston stroke
111111
Wasserstoffzufuhr zum Ventilhydrogen supply to the valve
121121
Wasserstoffzufuhr zum Zylinderhydrogen supply to the cylinder
131131
Gehäuseausnehmunghousing recess
200200
KolbenPistons
300300
GehäuseHousing
H2H2
Wasserstoffhydrogen

Claims (9)

Verbrennungskraftmaschine für Betrieb mit gasförmigem Wasserstoff, mit einem einen Brennraum (1) und einen darin geführten Kolben (2) aufweisenden Zylinder (3), mit einem Hochdruckventil (4) mit Steuerkanten (5.1) oder eine Kegelform (5.2) aufweisenden, in einem Gehäuse (6) geführten, bezüglich des Hochdrucks axialkraftausgeglichenen Steuerventilkolben (5), und mit welchem der Wasserstoff direkt in den Brennraum (1) oder indirekt über eine Einlassleitung (7) kurz vor einem Einlassventil (8) in den Brennraum (1) einblasbar ist, wobei der Steuerventilkolben (5) eine elektromagnetische Betätigung (9) aufweist, in Leichtbauweise innen hohl oder aus Keramik oder aus keramikbeschichtetem Leichtmetall oder aus Leichtmetall-Legierungen ausgebildet ist und in dem Gehäuse (6) zwischen dem Brennraum (1) und einer ein gasförmiges Dämpfungspolster ausbildenden Kammer (23) ein erster schließender und öffnender elastomerfreier Dichtbereich (15, 16, 17) und ein zweiter stets schließender elastomerfreier Dichtbereich (15, 16) vorgesehen sind, wobei die Kammer (23) mit einer lediglich das Dämpfungspolster entstehenlassenden, mit einer Drosselung ausgebildeten Entlüftungsbohrung (24) nach außen versehen ist, der zweite Dichtbereich (15, 16) durch die Kolbenseitenfläche (15) eines Führungskolbens (5.3) und einer Führungsfläche (16) des Gehäuses (6) gebildet ist und die Kammer (23) im Gehäuse (6) über den gesamten Ventilhub abdichtet.Internal combustion engine for operation with gaseous hydrogen, with a cylinder (3) having a combustion chamber (1) and a piston (2) guided therein, with a high-pressure valve (4) with control edges (5.1) or a conical shape (5.2), guided in a housing (6), axially force-balanced with respect to the high pressure, and with which the hydrogen can be blown directly into the combustion chamber (1) or indirectly via an inlet line (7) shortly before an inlet valve (8) into the combustion chamber (1), wherein the control valve piston (5) has an electromagnetic actuation (9), is hollow on the inside in a lightweight construction or is made of ceramic or of ceramic-coated light metal or of light metal alloys, and in the housing (6) between the combustion chamber (1) and a chamber (23) forming a gaseous damping cushion, a first closing and opening elastomer-free sealing area (15, 16, 17) and a second always closing elastomer-free sealing area (15, 16) are provided, wherein the chamber (23) is provided with a vent hole (24) to the outside which only creates the damping pad and is designed with a throttle, the second sealing area (15, 16) is formed by the piston side surface (15) of a guide piston (5.3) and a guide surface (16) of the housing (6) and seals the chamber (23) in the housing (6) over the entire valve stroke. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, welche zusätzlich einen Injektor (10) zur Feindosierung des Wasserstoffes in den Brennraum (1) aufweist.internal combustion engine after claim 1 , which additionally has an injector (10) for fine dosing of the hydrogen into the combustion chamber (1). Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, bei welcher der Injektor (10) eine intermittierende oder mehrstufige Zufuhr des Wasserstoffs direkt in den Brennraum (1) ausführt.internal combustion engine after claim 2 in which the injector (10) carries out an intermittent or multi-stage supply of hydrogen directly into the combustion chamber (1). Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher das Hochdruckventil (4) zum Einblasen größerer Mengen des Wasserstoffes als der zur Verbrennungsoptimierung kleine Mengen Wasserstoff in den Brennraum (1) einbringende Injektor (10) ausgebildet ist.internal combustion engine after claim 2 or 3 , in which the high-pressure valve (4) is designed to inject larger quantities of hydrogen than the injector (10) which introduces small quantities of hydrogen into the combustion chamber (1) to optimize combustion. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher das Hochdruckventil (4) als Material eine Magnesium-Legierung aufweist.Internal combustion engine according to one of the Claims 1 until 4 , in which the high-pressure valve (4) is made of a magnesium alloy. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher der Steuerventilkolben (5) des Hochdruckventils (4) in seinem Gehäuse (6) Führungskolben (5.3) aufweist, an welchen die Steuerkanten (5.1) ausgebildet sind, welche mit einer Wasserstoff-Zufuhrleitung (11) interagieren.Internal combustion engine according to one of the Claims 1 until 5 , in which the control valve piston (5) of the high-pressure valve (4) has guide pistons (5.3) in its housing (6), on which the control edges (5.1) are formed, which interact with a hydrogen supply line (11). Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher an einer dem Brennraum (1) zuweisenden Oberfläche (12) des Hochdruckventils (4) kranzförmig angeordnete Einblasbohrungen (13) ausgebildet sind, welche mit Hochdruckventilen (4) in axialer Richtung konzentrisch angeordnet sind.Internal combustion engine according to one of the Claims 1 until 6 in which injection bores (13) arranged in a ring shape are formed on a surface (12) of the high-pressure valve (4) facing the combustion chamber (1), which are arranged concentrically with high-pressure valves (4) in the axial direction. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher das Hochdruckventil (4) zum Brennraum (1) stehend angeordnet ist und vom Steuerventilkolben (5) mittels seiner Steuerkanten (5.1) eine radial im Gehäuse (6) des Hochdruckventils (4) angeordnete Einblasleitung (20) für den Wasserstoff und/oder Verbrennungsluft und/oder Wasserstoff-Verbrennungsluft-Gemisch in Abhängigkeit von einer Kolbenstellung im Brennraum (1) Einbringquerschnitte freigibt oder verschließt.Internal combustion engine according to one of the Claims 1 until 7 , in which the high-pressure valve (4) is arranged upright relative to the combustion chamber (1) and the control valve piston (5) uses its control edges (5.1) to open or close an injection line (20) arranged radially in the housing (6) of the high-pressure valve (4) for the hydrogen and/or combustion air and/or hydrogen-combustion air mixture, depending on a piston position in the combustion chamber (1), inlet cross sections. Hochdruckventil (4) für eine wasserstoffbetriebene Verbrennungskraftmaschine, welches aufweist: a) ein Gehäuse (6); b) einen in dem Gehäuse (6) geführten, in Leichtbauweise innen hohl oder aus Keramik oder aus keramikbeschichtetem Leichtmetall oder aus Leichtmetall-Legierungen ausgebildeten und axialkraftausgeglichenen Steuerventilkolben (5) mit zylindrische Kolbenseitenflächen (15) begrenzenden Steuerkanten (5.1), welche mit im Gehäuse (6) ausgebildeten Führungsflächen (16) zusammenwirken, oder mit einer mit einer kegelförmigen Sitzfläche (17) im Gehäuse (6) zusammenwirkenden Kegelform; c) Ausströmquerschnitte (18), welche mittels der Führungsflächen (16) und der Steuerkanten (5.1) oder der Kegelform und der kegelförmigen Sitzfläche (17) bei entsprechender axialer Bewegung des Steuerventilkolbens (5) aus dem Hochdruckventil (4) freigeben oder diese verschließen; d) eine elektromagnetische Betätigung des Steuerventilkolbens (5); e) zwischen dem Brennraum (1) und einer ein gasförmiges Dämpfungspolster ausbildenden Kammer (23) ein erster schließender und öffnender elastomerfreier Dichtbereich (15, 16, 17) und ein zweiter stets schließender elastomerfreier Dichtbereich (15, 16) vorgesehen sind. wobei die Kammer (23) mit einer lediglich das Dämpfungspolster entstehenlassenden, mit einer Drosselung ausgebildeten Entlüftungsbohrung (24) nach außen versehen ist, der zweite Dichtbereich (15, 16) durch die Kolbenseitenfläche (15) eines Führungskolbens (5.3) und einer Führungsfläche (16) des Gehäuses (6) gebildet ist und die Kammer (23) im Gehäuse (6) über den gesamten Ventilhub abdichtet.High-pressure valve (4) for a hydrogen-powered internal combustion engine, which has: a) a housing (6); b) a control valve piston (5) guided in the housing (6), which is hollow on the inside in a lightweight construction or is made of ceramic or of ceramic-coated light metal or of light metal alloys and is axially force-balanced, with control edges (5.1) delimiting cylindrical piston side surfaces (15), which interact with guide surfaces (16) formed in the housing (6), or with a conical shape interacting with a conical seat surface (17) in the housing (6); c) outflow cross-sections (18) which, by means of the guide surfaces (16) and the control edges (5.1) or the conical shape and the conical seat surface (17), release or close the high-pressure valve (4) with a corresponding axial movement of the control valve piston (5); d) an electromagnetic actuation of the control valve piston (5); e) a first closing and opening elastomer-free sealing area (15, 16, 17) and a second always closing elastomer-free sealing area (15, 16) are provided between the combustion chamber (1) and a chamber (23) forming a gaseous damping cushion. The chamber (23) is provided with a vent hole (24) to the outside which only creates the damping cushion and is designed with a throttle, the second sealing area (15, 16) is formed by the piston side surface (15) of a guide piston (5.3) and a guide surface (16) of the housing (6) and seals the chamber (23) in the housing (6) over the entire valve stroke.
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