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 PDFInfo
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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
Beispiele im Stand der Technik für ein Einblasen von gasförmigem Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, sind erwähnt in
Des Weiteren sind in
In
Aus
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
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:
- a) ein Gehäuse;
- 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;
- c) mittels der Führungsflächen und der Steuerkanten oder der Kegelform und der kegelförmigen Sitzfläche bei entsprechender axialen Bewegung des Steuerventilkolbens freigebbare oder wiederverschließbare Ausströmquerschnitte;
- d) eine elektromagnetische Betätigung für den hohe Schaltfrequenzen realisierenden Steuerventilkolben;
- e) bei verschlossenen Ausströmquerschnitten zumindest zweistufig im Gehäuse zur Abdichtung des Steuerventilkolbens im Gehäuse vorgesehene elastomerfrei ausgebildete erste und zweite Dichtbereiche;
- f) eine derart dichtend vorgesehene Ausbildung der Dichtbereiche, dass allenfalls nur solche Kleinstmengen an Wasserstoff-Rückströmung durchgelassen werden, dass keine Rückzündungen auftreten; und
- g) den in gewichtsreduzierender Leichtbauweise ausgebildeter, ein bewegliches Element des Hochdruckventils darstellender Steuerkolben.
- (a) a housing;
- 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;
- 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;
- d) an electromagnetic actuation for the control valve piston realising high switching frequencies;
- 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;
- 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
- 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 gemäß1 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 gemäßden 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 gemäß8 , 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 gemäß12a , 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 gemäß14 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.
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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 to1 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 to4 , 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 the4 and5 , but with injection holes which have a diverging direction with respect to the longitudinal axis of the control valve piston; -
7 : an embodiment according to6 , 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 to8 , 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 to12a , 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 to14 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
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
In
In
In der in
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
In
In
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
Während
Und schließlich zeigt
In
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
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
In
Und schließlich ist in
Und schließlich zeigt
Zusätzlich zu der Darstellung in
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
In
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
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
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
In der in
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
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-
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
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
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
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
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
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-
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-
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-
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
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
In
Und schließlich ist in
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
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|---|---|---|---|---|
| DE102021214780A1 (en) * | 2021-12-21 | 2023-06-22 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Fuel injector for gaseous fuels |
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| CN115679343B (en) * | 2022-11-08 | 2024-01-09 | 海卓动力(青岛)能源科技有限公司 | Hydrogen energy and electric energy storage and conversion device and storage and conversion method |
| DE102023000663B3 (en) | 2023-02-24 | 2024-06-20 | Joachim Böhme | Fuel supply system for a spark-ignited gas-powered internal combustion engine and an internal combustion engine equipped therewith |
| CN119063032B (en) * | 2024-11-05 | 2025-01-07 | 济南龙傲热能设备有限公司 | Explosion-proof and backfire-proof hydrogen stove |
Citations (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3904480A1 (en) | 1989-02-15 | 1990-08-16 | Bosch Gmbh Robert | VALVE FOR INTERMITTENTLY PUTTING FUEL |
| DE4308775C1 (en) | 1993-03-19 | 1994-08-25 | Daimler Benz Ag | Gas injection valve for the injection of gaseous fuel, especially hydrogen, into the combustion chamber of an internal combustion engine |
| DE10353011A1 (en) | 2003-11-13 | 2005-06-16 | Robert Bosch Gmbh | Valve for controlling a medium, in particular, a gas comprises a sealing element which is made of a plastic material provided with a filler for purposes of an improved wear resistance |
| DE102004049589A1 (en) | 2004-10-12 | 2006-04-20 | Bayerische Motoren Werke Ag | Hydrogen engine with optimized fuel injector |
| US7117849B1 (en) | 2005-11-22 | 2006-10-10 | Ford Global Technologies, Llc | Direct gaseous fuel injector |
| DE102008001111A1 (en) | 2008-04-10 | 2009-10-22 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for operating an internal combustion engine and internal combustion engine |
| DE102009012688B3 (en) | 2009-03-11 | 2010-07-22 | Continental Automotive Gmbh | Valve for injecting gas to internal-combustion engine of natural gas motor vehicle, has delivery opening opened in position of closing member that is provided with distance in open position in which delivery opening is completely opened |
| DE102014200756A1 (en) | 2014-01-17 | 2015-07-23 | Robert Bosch Gmbh | Gas injector for direct injection of gaseous fuel into a combustion chamber |
| DE102014205454A1 (en) | 2014-03-24 | 2015-09-24 | Robert Bosch Gmbh | Gas injector with double valve needle |
| DE102014212549A1 (en) | 2014-06-30 | 2015-12-31 | Robert Bosch Gmbh | Gas injector for injecting gaseous fuels |
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| EP3225827A1 (en) | 2016-03-30 | 2017-10-04 | Robert Bosch GmbH | Gas valve for feeding a gaseous fuel into the intake pipe of a combustion engine |
| DE102016212075A1 (en) | 2016-07-04 | 2018-01-04 | Robert Bosch Gmbh | Valve for injecting gaseous fuel |
| EP3267028A1 (en) | 2016-07-06 | 2018-01-10 | Continental Automotive GmbH | Valve assembly for an injection valve, injection valve and injection method |
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Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69628979T2 (en) * | 1995-08-18 | 2004-02-12 | Orbital Engine Co. (Australia) Pty. Ltd., Balcatta | Fuel injection system for internal combustion engines |
| DE102009012689B4 (en) * | 2009-03-11 | 2011-04-07 | Continental Automotive Gmbh | Valve for blowing gas |
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Patent Citations (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3904480A1 (en) | 1989-02-15 | 1990-08-16 | Bosch Gmbh Robert | VALVE FOR INTERMITTENTLY PUTTING FUEL |
| DE4308775C1 (en) | 1993-03-19 | 1994-08-25 | Daimler Benz Ag | Gas injection valve for the injection of gaseous fuel, especially hydrogen, into the combustion chamber of an internal combustion engine |
| DE10353011A1 (en) | 2003-11-13 | 2005-06-16 | Robert Bosch Gmbh | Valve for controlling a medium, in particular, a gas comprises a sealing element which is made of a plastic material provided with a filler for purposes of an improved wear resistance |
| DE102004049589A1 (en) | 2004-10-12 | 2006-04-20 | Bayerische Motoren Werke Ag | Hydrogen engine with optimized fuel injector |
| US7117849B1 (en) | 2005-11-22 | 2006-10-10 | Ford Global Technologies, Llc | Direct gaseous fuel injector |
| DE102008001111A1 (en) | 2008-04-10 | 2009-10-22 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for operating an internal combustion engine and internal combustion engine |
| DE102009012688B3 (en) | 2009-03-11 | 2010-07-22 | Continental Automotive Gmbh | Valve for injecting gas to internal-combustion engine of natural gas motor vehicle, has delivery opening opened in position of closing member that is provided with distance in open position in which delivery opening is completely opened |
| DE102014200756A1 (en) | 2014-01-17 | 2015-07-23 | Robert Bosch Gmbh | Gas injector for direct injection of gaseous fuel into a combustion chamber |
| DE102014205454A1 (en) | 2014-03-24 | 2015-09-24 | Robert Bosch Gmbh | Gas injector with double valve needle |
| DE102014212549A1 (en) | 2014-06-30 | 2015-12-31 | Robert Bosch Gmbh | Gas injector for injecting gaseous fuels |
| DE102014224341A1 (en) | 2014-11-28 | 2016-06-02 | Robert Bosch Gmbh | Gas injector with elastomer seal |
| DE102014224339A1 (en) | 2014-11-28 | 2016-06-02 | Robert Bosch Gmbh | Direct injection gas injector with improved cooling |
| DE102014224348A1 (en) | 2014-11-28 | 2016-06-02 | Robert Bosch Gmbh | Direct injection gas injector with improved opening and closing behavior |
| DE102014224343A1 (en) | 2014-11-28 | 2016-06-02 | Robert Bosch Gmbh | Gas injector with improved thermal properties |
| DE102014224340A1 (en) | 2014-11-28 | 2016-06-02 | Robert Bosch Gmbh | Gas injector with elastomeric sealing element |
| DE102014224344A1 (en) | 2014-11-28 | 2016-06-02 | Robert Bosch Gmbh | Gas injector with outwardly opening valve closing element |
| DE102015201392A1 (en) | 2015-01-28 | 2016-07-28 | Robert Bosch Gmbh | Gas injector with heat-protected elastomeric sealing element |
| EP3153693A1 (en) | 2015-10-09 | 2017-04-12 | Continental Automotive GmbH | Fuel injector |
| EP3153701A1 (en) | 2015-10-09 | 2017-04-12 | Continental Automotive GmbH | Fluid injector, combustion engine and method for operating a combustion engine |
| EP3225827A1 (en) | 2016-03-30 | 2017-10-04 | Robert Bosch GmbH | Gas valve for feeding a gaseous fuel into the intake pipe of a combustion engine |
| DE102016212075A1 (en) | 2016-07-04 | 2018-01-04 | Robert Bosch Gmbh | Valve for injecting gaseous fuel |
| EP3267028A1 (en) | 2016-07-06 | 2018-01-10 | Continental Automotive GmbH | Valve assembly for an injection valve, injection valve and injection method |
| DE102017218267A1 (en) | 2017-10-12 | 2019-04-18 | Continental Automotive Gmbh | Fluid valve and method for controlling the supply of fluid |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SPULLER, Christian: Dieselbrennverfahren mit Wasserstoff für PKW-Anwendungen. Graz, 2011. 110 S. - Graz, Techn. Univ., Diss., 2011. URL: https://diglib.tugraz.at/download.php?id=576a7e4457c58&location=browse [abgerufen am 2020-04-06] * |
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