DE102009014715B4

DE102009014715B4 - Sicherheitsventil für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, insbesondere für Wasserstoffmotoren, sowie Sicherheitsventilanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Sicherheitsventilanordnung

Info

Publication number: DE102009014715B4
Application number: DE102009014715.2A
Authority: DE
Inventors: Otmar Schadel; Werner Prümm; Erwin Weh
Original assignee: WEH VERBINDUNGSTECHNIK; MAN Truck and Bus SE; Weh GmbH Verbindungstechnik
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2029-03-28
Also published as: DE102009014715A1

Abstract

Sicherheitsventil für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Wasserstoffmotoren,mit einem Ventilgehäuse (2), das wenigstens eine Ventilgehäuse-Einströmöffnung (10) und wenigstens eine Ventilgehäuse-Ausströmöffnung (11) für ein das Ventilgehäuse (2) durchströmendes Fluid, insbesondere Wasserstoff, aufweist, undmit einem im Ventilgehäuse (2) verschiebbar zwischen einer Schließ- und einer Offenstellung gelagerten Schließkolben (9),dadurch gekennzeichnet,dass der Schließkolben (9) so ausgebildet ist, dass dieser bei Erreichen eines definierten, auf den Schließkolben (9) einwirkenden Schließdruckes selbsttätig in eine einen Durchfluss durch das Ventil (1) im wesentlichen sperrende Schließstellung verlagert und dort nicht-selbsttätig lösbar gehalten ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Wasserstoffmotoren, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Sicherheitsventilanordnung für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren, insbesondere für mehrzylindrige Wasserstoffmotoren, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 25 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Ventilanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 26.
In der Kraftfahrzeug- bzw. Nutzfahrzeugtechnik ist neben dem Betrieb von Verbrennungsmotoren mit Hilfe herkömmlicher Ottokraftstoffe vor allem auch der Betrieb von Verbrennungsmotoren mit Alternativkraftstoffen eine Option, die es erlaubt, die Schadstoffemissionen deutlich zu reduzieren. Hierbei ist insbesondere der Betrieb von Verbrennungsmotoren mit flüssigem oder gasförmigem Wasserstoff eine Alternative, bei dem die chemisch gebundene Energie von Wasserstoff in Verbindung mit dem Luftsauerstoff durch einen Zündfunken entzündet und in Wärmeenergie umgewandelt wird. Der Wasserstoff gelangt hier regelmäßig über Filter, Druckminderer, Abschaltventile und Mengenteiler zu den auch Injektoren bezeichneten Einblasventilen der einzelnen Zylinder, in denen die Verbrennung erfolgt. Die zusätzliche Luft im Brennraum nimmt Wärme auf. Die niedrige Verbrennungstemperatur verhindert weitgehend die Entstehung von Stickstoffoxiden (NOx). Der Wasserstoffmotor arbeitet nahezu emissionsfrei.
Bei Wasserstoffmotoren kann die Gemischbildung auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Die einfachste Möglichkeit ist die äußere Gemischbildung, bei der wie bei einem konventionellen Vergasermotor ein Gemisch aus Luft und Wasserstoff vom Motor angesaugt, verdichtet und anschließend verbrannt wird. Hierzu muss der Wasserstoff den Motor mit einem Druck von etwa 1 bis 2 bar zugeführt werden. Eine weitere Möglichkeit ist die sogenannte Niederdruckeinblasung, bei der der Motor Luft ansaugt und bei welcher nach Schließen der Auslassventile, in der Nähe des unteren Totpunktes, Wasserstoff eingeblasen wird. Dies erfordert Einblasdrücke im Bereich von ungefähr 5 bis 10 bar. Eine gegenüber dem vorher erwähnten Verfahren größere Leistung des Motors wird bei der sogenannten Hochdruckeinblasung erreicht. Dabei wird der Wasserstoff erst gegen Ende eines Kompressionszykluses, das heißt im Bereich des oberen Totpunktes, eingeblasen. Bei dieser Gemischbildung sind Einblasdrücke von 100 bar und mehr erforderlich. Niederdruckeinblasung und Hochdruckeinblasung werden als innere Gemischbildung bezeichnet.
Beispielsweise ist aus der DE 33 42 582 C2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Wasserstoffmotors bekannt, bei dem der Wasserstoff über eine auf Betriebstemperatur, die im Bereich des Siedepunktes von Wasserstoff liegt, abgekühlte Pumpe dem mit innerer Gemischbildung betriebenen Wasserstoffmotor zugeführt wird. Die Pumpe wird bei einer Temperatur, die höher als ihre Betriebstemperatur ist, solange von kaltem Wasserstoffgas durchströmt und dadurch abgekühlt, bis deren Betriebstemperatur erreicht wird, wobei der Wasserstoffmotor mit dem durch die Pumpe geströmten Wasserstoffgas in einem Teillastbereich betrieben wird. Konkret wird hierzu das Wasserstoffgas mittels einer Hilfsgaspumpe durch die Pumpe hindurch angesaugt und zum Wasserstoffmotor gepumpt. In dem Fall, in dem sich die Pumpe auf einer Temperatur befindet, die über ihrer Betriebstemperatur liegt, wird der Wasserstoffmotor mit Niederdruckeinblasung betrieben, wobei bei Erreichen der Betriebstemperatur der Pumpe der Wasserstoffmotor auf Hochdruckeinblasung umschaltet. Alternativ dazu kann für den Fall, in dem sich die Pumpe auf einer Temperatur befindet, die über ihrer Betriebstemperatur liegt, der Wasserstoffmotor auch mit äußerer Gemischbildung betrieben werden, wobei bei Erreichen der Betriebstemperatur der Pumpe der Wasserstoffmotor auf die Hochdruckeinblasung umschaltet. Um einen Rückstrom von Wasserstoff vom Wasserstoffmotor weg zu verhindern, ist zwischen einer Auslassöffnung einer Flüssigwasserstoffhochdruckpumpe und einem Absperrorgan in der Zuführleitung ein nur in Richtung des Wasserstoffmotors durchlässiges Rückschlagventil angeordnet. Parallel zu diesem ist eine Hilfsgaspumpe mit einer Saugleitung und einer Druckleitung angeordnet, wobei die Saugleitung zwischen der Flüssigwasserstoffhochdruckpumpe und dem Rückschlagventil von der Zuführleitung abzweigt und die Druckleitung zwischen dem Rückschlagventil und dem Absperrorgan in die Zuführleitung einmündet.
Mit einer derartigen Vorrichtung und Verfahrensführung soll der Verbrennungsmotor auch bei warmer Pumpe betrieben oder gestartet werden können, wobei gleichzeitig die Pumpe auf Betriebstemperatur abgekühlt wird, so dass es nicht mehr notwendig sein soll, die Pumpe auch bei abgeschaltetem Wasserstoffmotor auf Betriebstemperatur zu halten.
Ein Wasserstoffmotor mit einem derartigen herkömmlichen Rückschlagventil ist ferner auch aus der US 5,088,452 bekannt, bei dem gereinigtes Wasserstoffgas über ein Rückschlagventil zu einem Druckreduzierventil geführt ist.
Mit diesem Rückschlagventil soll vermieden werden, dass es zur Rückzündungen kommt, bei denen die Flamme in Richtung Wasserstofftank durchschlägt.
Weiter ist aus der DE 44 13 583 C1 ein Verfahren und ein Verbrennungsmotor zur Erhöhung des Drehmoments eines Verbrennungsmotores bekannt, bei dem in Verbindung mit einer Resonanzaufladung eines Verbrennungsmotors in der Sauganlage ein Ladegemisch aus einem Ladebrennstoff und einem Oxidationsmittel bereitgestellt und zyklisch in der Sauganlage zu solchen Zeitpunkten gezündet wird, dass durch die Expansion bei der schnellen Verbrennung des Ladegemisches an der Einlassöffnung zumindest eines Zylinders während dessen Einlassphase eine Druckerhöhung auftritt. Dabei wird in sogenannten Ladekammern vor den Zylindern und vor einem Resonanzrohr Wasserstoff mit Luft vermischt und gezündet. Während dieser Zündphase wird mittels Drehschieberventilen oder Rückschlagventilen die Strömungsverbindung zur Luft-Zuführleitung abgesperrt. Der Wasserstoff selbst wird mittels Injektoren direkt in die Ladekammer injiziert.
In Verbindung mit dem Betrieb von Wasserstoffmotoren, wie diese zuvor beschrieben wurden, besteht insbesondere in Verbindung mit Wasserstoffmotoren mit innerer Gemischbildung und Niederdruckeinblasung, die Gefahr, dass Wasserstoffinjektoren im offenen Zustand hängenbleiben, was dann dazu führt, dass unkontrolliert große Wasserstoffmengen zunächst in den Brennraum und anschließend in den Auspufftrakt gelangen können. Dadurch wird die Brandgefahr erheblich erhöht.
Weiter offenbart die DE 10 2008 018 561 A1 ein Sicherheitsventil für einen Druckgasspeicher, bei dem das Ventil einen zentralen, sich durch das Ventil erstreckenden Abblaskanal aufweist. Dieser Abblaskanal erstreckt sich auch durch einen im Inneren des Ventils angeordneten Kolben als Verschlusselement, in den eine mit Flüssigkeit befüllte zylindrische Glaskapsel dergestalt eingesetzt ist, dass in einer, in der einzigen Figur gezeigten Verschlussstellung der Kolben in der Verschlussstellung arretiert ist. Die Glaskapsel dichtet dabei den auch durch den Kolben hindurchgehenden Abblaskanal ab und vermeidet somit ein Ausströmen des Druckgases auf der Niederdruckseite der Ventilanordnung. Kommt es im Brandfall zu einer Erhitzung des Ventils wird die in der Glaskapsel eingeschlossene Flüssigkeit erhitzt und dehnt sich aus, wodurch die Glaskapsel zerbricht und die Verschiebung des Kolbens freigegeben ist. Durch die definiert vorgegebenen unterschiedlich großen Beaufschlagungsquerschnitte des Kolbens wird der Kolben, auch in Verbindung mit der eingestellten Federkraft der Feder, so im Ventil gehalten, dass ein definiertes Abblasen des Druckgases ermöglicht wird.
Ausgehend von diesem Problem, ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sicherheitsventil für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Wasserstoffmotoren, zur Verfügung zu stellen, mittels dem die unkontrollierte Zudosierung von Kraftstoffen, insbesondere von Wasserstoff, in den Brennraum eines Verbrennungsmotores auf baulich einfache Weise ohne großen Steuerungsaufwand zuverlässig und funktionssicher vermieden werden kann. Desweiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventilanordnung mit einem derartigen Sicherheitsventil zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels dem eine derartige Sicherheitsventilanordnung zuverlässig und funktionssicher betrieben werden kann.
Diese Aufgaben werden gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der darauf rückbezogenen Unteransprüche.
Gemäß Anspruch 1 weist ein erfindungsgemäßes Sicherheitsventil ein Ventilgehäuse auf, das wenigstens eine Ventilgehäuse-Einströmöffnung und wenigstens eine Ventilgehäuse-Ausströmöffnung für ein das Ventilgehäuse durchströmendes Fluid, insbesondere Wasserstoff, aufweist, wobei ein im Ventilgehäuse verschiebbar zwischen einer Schließ- und einer Offenstellung gelagerter Schließkolben vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist der Schließkolben so ausgebildet, dass dieser bei Erreichen eines definierten Schließdruckes, vorzugsweise eines definierten, von der Ausströmöffnung her auf den Schließkolben einwirkenden Schließdruckes, selbsttätig in eine, einen Durchfluss durch das Ventil im wesentlichen sperrende Schließstellung verlagert und dort nicht-selbsttätig lösbar gehalten ist. Das heißt, dass das Sicherheitsventil auch dann für einen Durchfluss geschlossen bleibt, wenn der bevorzugt ausströmöffnungsseitig anstehende Schließdruck, zum Beispiel ein durch einen offenhängenden Injektor anstehender Verdichtungsdruck, wieder abfällt, und zwar so weit abfällt, dass der die Absperrung des Sicherheitsventils bewirkende Schließdruck bzw. Schließdruckschwellwert wieder unterschritten wird. Anders als bei einem herkömmlichen mechanischen Rückschlagventil, das bei einem derartigen Druckabfall wieder in seine Ausgangs- bzw. Offenstellung selbsttätig zurückverlagert wird, bleibt das erfindungsgemäße Sicherheitsventil somit dauerhaft geschlossen, um zu vermeiden, dass über dieses Sicherheitsventil weiterhin Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, in den oder die jeweils zugeordneten Zylinder gelangen kann. Das heißt, dass dann der bzw. die betroffenen Zylinder abgeschaltet sind, wobei ein Notbetrieb des Verbrennungsmotors mit derartigen stillgelegten Zylindern jederzeit gefahrlos möglich ist.
Dadurch, dass das Sicherheitsventil gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn es einmal in seine Schließstellung gebracht worden ist, aus dieser nicht-selbsttätig lösbar ist, müssen zusätzliche Mittel und/oder Maßnahmen vorgesehen sein, die es erlauben, das Sicherheitsventil wieder in die Offenstellung überzuführen, und zwar bevorzugt dann, wenn zum Beispiel im Rahmen einer Reparatur das Hängen eines Wasserstoffinjektors beseitigt wird. Diese aktive, das heißt nicht-selbsttätige bzw. passive Rückführung des Schließkolbens in seine Offenstellung kann auf verschiedene Art und Weise geschehen. So zum Beispiel mittels einer im Bereich des Sicherheitsventils vorgesehenen Betätigungseinrichtung, die zum Beispiel elektrisch oder mechanisch betätigt werden kann, zum Beispiel im Rahmen einer Reparaturmaßnahme. Besonders einfach und funktionssicher ist eine derartige Betätigungseinrichtung durch ein Werkzeug gebildet, das in eine Wirkverbindung mit einem Werkzeugansatz des Schließkolbens gebracht werden kann. Dazu ist bevorzugt vorgesehen, den Werkzeugansatz im Bereich einer Durchströmöffnung des Schließkolbens auszubilden, während das Werkzeug von der Ausströmseite her in die Durchströmöffnung eingebracht und mit dem Werkzeugansatz in Eingriff gebracht wird. Für eine einfache Handhabung ist dabei die Durchströmöffnung des Ventils von einem den Werkzeugansatz aufweisenden Durchströmöffnungsbereich bis zur Ausströmöffnung hin in etwa geradlinig verlaufend ausgebildet, so dass ein zum Beispiel stangenförmig und geradlinig verlaufendes Werkzeug eingeführt und am Werkzeugansatz zum Eingriff gebracht werden kann. Besonders bevorzugt ist hierbei der Werkzeugansatz durch ein Innengewinde ausgebildet, in das ein zugeordnetes Außengewinde eines Stangenabschnittes eines Werkzeuges eingeschraubt werden kann, um den Schließkolben wieder in die Offenstellung zu überführen, zum Beispiel zurückzuziehen.
Der Schließkolben selbst ist bevorzugt mittels eines Energiespeichers mit einer vorgegebenen Vorspannkraft in eine Offenstellung vorgespannt, insbesondere federvorgespannt. Dadurch wird der Schließkolben bei einer Beaufschlagung mit dem definierten Schließdruck entgegen die Vorspannkraft des Energiespeichers in die Schließstellung verlagert, während die Offenstellung als Grundstellung voreingestellt ist. Mit einem derartigen Aufbau wird eine einfache und funktionssichere Offenstellung des Sicherheitsventils gemäß der vorliegenden Erfindung bewerkstelligt.
Um den Schließkolben in der Schließstellung sicher zu verriegeln, weist dieser wenigstens ein Verriegelungselement auf, das bei einer Verlagerung des Schließkolbens von einer Offenstellung in die Schließstellung in einen den Schließkolben in der Schließstellung haltenden Verriegelungseingriff mit wenigstens einem Verriegelungsgegenelement gebracht ist. Das Verriegelungsgegenelement ist bevorzugt an einem angrenzenden Bauteil ausgebildet bzw. angeordnet. Das angrenzende Bauteil ist bevorzugt durch eine Ventilgehäuse-Innenwand gebildet
Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten, das Verriegelungselement auszubilden. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Verriegelungselement durch eine Mehrzahl von umfangsseitig um den Schließkolben herum beabstandet voneinander angeordneten Rastkugeln gebildet ist, die in der Schließstellung des Schließkolbens in eine ventilgehäuseseitige Rastnut eingreifen und den Schließkolben in dieser Position halten.
Der Schließkolben selbst weist gemäß einer bevorzugten konkreten Ausgestaltung einen vom Fluid durchströmbaren, rohrförmigen Schließkolben-Aufnahmeraum auf, in dem ein vom Fluid durchströmbarer Verriegelungskolben aufgenommen ist. Dieser Verriegelungskolben ist dort vorzugsweise verschiebbar geführt aufgenommen. Weiter ist ein derartiger Verriegelungskolben mittels eines Energiespeichers, zum Beispiel eines Federelementes, in Verriegelungsrichtung vorgespannt, so dass der Verriegelungskolben bei einer Verlagerung des Schließkolbens von einer Offenstellung in die Schließstellung das wenigstens eine Verriegelungselement, vorzugsweise die zuvor genannten Rastkugeln, in einen Verriegelungseingriff mit dem Verriegelungsgegenelement bringt und dort nicht-selbsttätig lösbar hält.
Ein derartiger Aufbau ist sehr einfach und kompakt, da das die Verriegelung mitunterstützende Element, nämlich der Verriegelungskolben auf funktionssichere und zuverlässige Weise verschiebbar im Schließkolben-Aufnahmeraum aufgenommen ist. Durch die rohrförmige Ausgestaltung des Verriegelungskolbens ist dabei zudem sichergestellt, dass dieser ungehindert vom Kraftstoff, insbesondere vom Wasserstoff, durchströmt werden kann.
Abgesehen davon, dass gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Werkzeugansatz, wie zuvor beschrieben, am Verriegelungskolben ausgebildet ist, kann der Verriegelungskolben ferner in einem Verriegelungskolben-Außenwandbereich mit einem Rampenbereich ausgebildet sein, der insbesondere in Verbindung mit den zuvor beschriebenen Rastkugeln als Verriegelungselement eine sanfte Überführung dieser Rastkugeln in die zugeordnete Rastnut bewirkt.
Alternativ zu den Kugeln als Verriegelungselement können grundsätzlich aber auch andere Maßnahmen vorgesehen sein, so zum Beispiel federbelastete Raststifte, die bei einer entsprechenden Verlagerung des Schließkolbens in einen nicht-selbstätig lösbaren Rasteingriff mit dem zum Beispiel Ventilgehäuse gelangen. Die Rastkugeln gewährleisten jedoch ein besonders funktionssicheres Überführen in den Rasteingriff, da diese entsprechend an den angrenzenden Bauteilen abrollen können, um dann in der Rastnut dergestalt fixiert zu sein, dass im Zusammenwirken mit dem Verriegelungskolben die Zurückverlagerung des Schließkolbens aus der Schließstellung in eine Offenstellung blockiert wird.
Das den Verriegelungskolben beaufschlagende Federelement ist bevorzugt ebenfalls im Inneren des rohrförmig ausgebildeten Verriegelungskolbens aufgenommen und stützt sich dort an einer entsprechenden Schulter ab. Andererseits stützt sich diese Schulter an einem ortsfesten Bestandteil des Schließkolbens ab.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten konkreten Ausgestaltung weist der Schließkolben einen vom Fluid durchströmbaren, rohrförmigen Schließkolben-Aufnahmeraum auf, in dem ein vom Fluid durchströmbarer Flugkolben verschiebbar geführt und aufgenommen ist. Dieser Flugkolben ist bevorzugt im Schließkolben-Aufnahmeraum entlang eines definierten Verschiebeweges relativ zum Schließkolben zwischen einer den Durchfluss durch den Flugkolben freigebenden Flugkolben-Offenstellung und einer den Durchfluss durch den Flugkolben sperrenden Flugkolben-Sperrstellung verlagerbar. Dabei ist der Flugkolben so im Schließkolben-Aufnahmeraum aufgenommen, dass dieser in einer Offenstellung des Ventils bzw. bei einer Strömungsbeaufschlagung von der Einströmseite des Ventils her in die Flugkolben-Offenstellung verlagert ist. Andererseits ist der Flugkolben auch so im Schließkolben-Aufnahmeraum aufgenommen, dass dieser in einer Schließstellung des Ventils bzw. bei einer Strömungsbeaufschlagung von der Ausströmseite des Ventils her in die Flugkolben-Sperrstellung verlagert und dort gehalten ist. Ein derartiger, je nach der Richtung des auf ihn einwirkenden Druckes, entlang eines vorgegebenen Verschiebeweges im Schließkolben-Aufnahmeraum verlagerbarer Flugkolben bewirkt einen bauteiltechnisch einfachen und wenig aufwendigen sowie zudem funktionssicheren Aufbau eines mechanischen Sicherheitsventils, mittels dem sich sowohl der Durchfluss durch das Ventil in der Offenstellung als auch die Absperrung des Durchflusses in der Schließstellung in kompakter Weise zuverlässig erzielen lässt.
Gemäß einer konkreten Ausgestaltung ist auch der Flugkolben rohrförmig ausgebildet, und zwar mit einer in der Flugkolben-Sperrstellung die Strömungsverbindung zum Schließkolben absperrenden Flugkolben-Stirnwand, an die sich ein Flugkolben-Rohrabschnitt anschließt. Diese Flugkolben-Stirnwand ist flächig ausgebildet und kann daher eine Angriffsfläche für den sowohl einströmseitig als auch ausströmseitig anliegenden bzw. anstehenden Druck ausbilden.
Die Flugkolben-Stirnwand weist gemäß einer weiteren bevorzugten, konkreten Ausgestaltung randseitig bevorzugt eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Flugkolben-Zuströmöffnungen auf, die mit dem Flugkolben-Rohrabschnitt in einer Strömungsverbindung stehen. Mit einer derartigen Anordnung der Flugkolben-Zuströmöffnung im Randkantenbereich kann zudem in Verbindung mit einer Flugkolben-Sperrstellung das einfache Abdichten bzw. Absperren der Flugkolben-Zuströmöffnungen dadurch erreicht werden, dass diese in der Flugkolben-Sperrstellung so an einer zugeordneten Aufnahmefläche im Schließkolben-Aufnahmeraum, zum Beispiel an einer Ringschulter im Schließkolben-Aufnahmeraum, anliegen, dass diese verschlossen sind.
Ein derartiger Flugkolben ist insbesondere im Zusammenwirken mit dem zuvor beschriebenen Verriegelungskolben, der ebenfalls im Schließkolben-Aufnahmeraum aufgenommen ist, vorteilhaft. So kann sich der Flugkolben zum Beispiel in der Flugkolben-Offenstellung aufgrund der Druckbeaufschlagung durch das von der Ventilgehäuse-Einströmseite her einströmende Fluid an diesem Verriegelungskolben abstützen. Andererseits kann aber dieser Verriegelungskolben den Flugkolben in der Flugkolben-Sperrstellung auch in der gewünschten Abdichtposition bezüglich der Flugkolben-Zuströmöffnungen halten.
Der Schließdruck auf den Schließkolben ist bevorzugt so ausgelegt, dass dieser bei einer entsprechenden ausströmseitigen Druckbeaufschlagung des Flugkolbens entgegen die auf den Schließkolben ausgeübte Vorspannkraft verlagert wird, das heißt somit der Flugkolben den Schließkolben, gegebenenfalls unterstützt durch die Federvorspannung des Verriegelungskolbens, in die Schließkolben-Abdichtposition und damit insgesamt den Schließkolben in die Schließstellung zwingt.
Der Schließkolben selbst ist in der Offenstellung des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils in einem vorgegebenen Bereich mit einem Spaltabstand zum Innenraum des Ventilgehäuses angeordnet, um in Verbindung mit dort angeordneten Zuströmöffnungen ein ungehindertes Einströmen des über die Ventilgehäuse-Einströmöffnung in das Innere des Ventilgehäuses einströmenden Fluids in den Schließkolben-Aufnahmeraum zu gewährleisten, von wo aus der Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, bevorzugt über einen Flugkolben und einen Verriegelungskolben zur Ventilgehäuse-Ausströmöffnung und weiter zu den Einspritzventilen, zum Beispiel zu den Wasserstoffinjektoren strömt.
Für eine einfache Montage des Aufbaus ist das Ventilgehäuse bevorzugt mehrteilig ausgebildet.
Die mit der erfindungsgemäßen Ventilanordnung gemäß Anspruch 25 und mit der erfindungsgemäßen Verfahrensführung gemäß Anspruch 26 erzielbaren Vorteile wurden bereits zuvor in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitsventil erläutert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:

1 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Sicherheitsventil in einer Offenstellung,
1a einen schematischen, perspektivischen Querschnitt durch einen Flugkolben,
2 schematisch einen Querschnitt gemäß 1 mit in Richtung Einströmseite aufgrund eines ausströmseitig anstehenden Druckes verlagertem Flugkolben,
3 einen Querschnitt gemäß 1 und 2, bei dem sich das Sicherheitsventil in einer Schließstellung befindet, in der es für jeglichen Durchfluss durch das Ventil gesperrt ist,
4 schematisch die Überführung des Sicherheitsventils aus der in der 3 dargestellten Schließstellung in die Offenstellung mithilfe eines Werkzeuges, und
5 eine äußerst schematische Draufsicht auf einen hier beispielhaft vierzylindrigen Wasserstoffmotor mit einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ventilanordnung.

In der 1 ist schematisch und beispielhaft ein Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitsventils 1 gezeigt, das ein hier zweiteilig ausgebildetes Ventilgehäuse 2 aufweist. Dieses Ventilgehäuse 2 umfasst einen ersten Gehäuseabschnitt 3, das hier beispielhaft unter Zwischenschaltung einer Ringdichtung 5 mittels einer Rastverbindung 6 und mittels einer Gewindeverbindung 7 mit einem zweiten Gehäuseabschnitt 4 verbunden ist.
Das Ventilgehäuse 2 weist einen Ventilgehäuse-Aufnahmeraum 8 auf, in dem ein nachfolgend noch näher beschriebener Schließkolben 9 verschiebbar geführt aufgenommen ist.
Ferner weist das Ventilgehäuse 2 an einem Längsende eine Ventilgehäuse-Einströmöffnung 10 und gegenüberliegend dazu eine Ventilgehäuse-Ausströmöffnung 11 auf.
Der Schließkolben 9 ist in der in der 1 dargestellten Offenstellung des Sicherheitsventils 1 in einem der Ventilgehäuse-Einströmöffnung 10 zugewandten Schließkolben-Einströmbereich 12 mit einem definierten Spaltabstand im Ventilgehäuse-Aufnahmeraum 8 aufgenommen, um dort einen Einströmspalt 13 für zum Beispiel Wasserstoff auszubilden, der über die Ventilgehäuse-Einströmöffnung 10 in den Ventilgehäuse-Aufnahmeraum 8 einströmt. Über hier beispielhaft eine Mehrzahl von umfangsseitig angeordneten Schließkolben-Zuströmöffnungen 14 am Schließkolben-Einströmbereich 12 kann der Wasserstoff in einen Schließkolben-Aufnahmeraum 15 einströmen, der sich in Strömungslängsrichtung x gesehen in noch näher zu beschreibender Weise an den Schließkolben-Einströmbereich 12 anschließt.
Im Bereich des Einströmspaltes 13 des Ventilgehäuse-Aufnahmeraums 8 ist um den Schließkolben-Einströmbereich 12 herum eine Druckfeder 16 angeordnet, die sich einerseits an einer ventilgehäuseseitigen Ringschulter 17 und andererseits an einer schließkolbenseitigen Ringschulter 18 abstützt und den Schließkolben 9 in die in der 1 gezeigte Offenstellung vorspannt, bei der der Schließkolben 9 mit einem ausströmseitigen Endbereich 19 an einem Anschlag 20 des zweiten Gehäuseabschnittes 4, der um die Ventilgehäuse-Ausströmöffnung 11 herum ausgebildet ist, abgestützt ist.
Im Inneren des Schließkolben-Aufnahmeraums 15 ist zum einen ein entlang eines definierten Verschiebeweges 21 (siehe 2) verschiebbar geführter Flugkolben 22 aufgenommen, der in der 1a in einer geschnittenen, perspektivischen Teilansicht dargestellt ist.
Dieser Flugkolben 22 weist an einer den Schließkolben-Zuströmöffnungen 14 zugewandten Flugkolbenstirnwand 23 eine Mehrzahl von randseitig um einen zentralen Flächenbereich 24 herum beabstandet voneinander angeordnete Flugkolben-Zuströmöffnungen 25 auf. Dieser zentrale Flächenbereich 24 der Flugkolben-Stirnwand 23 weist eine solche Abmessung auf, dass dieser in der in der 2 gezeigten Flugkolben-Schließstellung eine in den Schließkolben-Aufnahmeraum 15 einmündende Mündungsöffnung 26 der Schließkolben-Zuströmöffnungen 14 im Wesentlichen vollständig abdeckt und überdeckt, so dass kein gasförmiges oder flüssiges Fluid mehr in den Schließkolben-Aufnahmeraum 15 einströmen kann.
Wie dies der 2 weiter entnommen werden kann, sind die randseitigen Flugkolben-Zuströmöffnungen 25 weiter so ausgebildet und angeordnet, dass diese in der in der 2 gezeigten Flugkolben-Sperrstellung so an einer Ringschulter 27 im Schließkolben-Aufnahmeraum 15 anliegen, dass diese ebenfalls verschlossen sind.
In der in der 1 gezeigten Flugkolben-Offenstellung des Flugkolbens 22, in der der Flugkolben 22 die Mündungsöffnung 26 freigibt, kann über diese Mündungsöffnung 26 in den Schließkolben-Aufnahmeraum 15 einströmender Wasserstoff über die randseitigen Flugkolben-Zuströmöffnungen 25 in einen sich in Längsströmungsrichtung x an den Flugkolben 22 anschließenden Flugkolbenrohrabschnitt 28 einströmen. Dazu sind die sich an die Flugkolben-Zuströmöffnungen 25 anschließenden Zuströmkanäle 29 im Bereich des Flugkolben-Rohrabschnitts 28 halb offen ausgebildet, was insbesondere aus der 1a sehr gut ersichtlich ist.
In der in der 1 gezeigten Offenstellung des Sicherheitsventils 1 wird der Flugkolben 22 durch den auf diesen von der Mündungsöffnung 26 her im zentralen Flächenbereich 24 auftreffenden Wasserstoff druckbeaufschlagt und in die in der Bildebene der 1 gezeigte rechte Abstützstellung verlagert, in der sich der Flugkolben 22 an einem ebenfalls im Schließkolben-Aufnahmeraum 15 aufgenommenen Verriegelungskolben 30 abstützt.
Dieser Verriegelungskolben 30 ist ebenfalls rohrförmig ausgebildet und verschiebbar geführt im Schließkolben-Aufnahmeraum 15 aufgenommen. Weiter ist der Verriegelungskolben 30 mittels einer weiteren Druckfeder 31 in Richtung Ventilgehäuse-Einströmöffnung 10 vorgespannt, wozu die Federkraft der Druckfeder 31 auf jeden Fall geringer ausgelegt sein muss als die Druckkraft der Druckfeder 16, um den Flugkolben 22, den sich daran anschließenden Verriegelungskolben 30 und damit den Schließkolben 9 in einer Grundstellung in der in der 1 gezeigten Offenstellung des Sicherheitsventils 1 zu halten. Die Druckfeder 31 stützt sich in der hier gezeigten Ausführungsform einerseits an einer ersten Abstützschulter 32 im Verriegelungskolben 30 ab und andererseits an einer zweiten Abstützschulter 33. Um die Druckfeder 31 im Verriegelungskolben 30 montieren zu können, schließt sich an diesen in Richtung zur Ventilgehäuse-Ausströmöffnung 11 hin ein Kolbenabschnitt 35 an, der im Wesentlichen ortsfest in einem entsprechend zugeordneten Schließkolbenbereich 34 festgelegt und gehalten ist, insbesondere auch durch Abstützung an einem Haltering 41, insbesondere an einem Seegering. Die Verbindung zwischen dem Schließkolbenbereich 34 und dem Kolbenabschnitt 35 könnte grundsätzlich aber auch als Klemm- und/oder Rast- und/oder Preßsitzverbindung ausgebildet sein.
Ferner weist der Verriegelungskolben 30 an einem dem Flugkolben 22 zugewandten Endabschnitt ein einen Werkzeugansatz ausbildendes Innengewinde 36 auf, in das in noch zu beschreibender Weise ein Werkzeug einschraubbar ist.
Der Verriegelungskolben 30 weist in einem Verriegelungskolben-Außenwandbereich einen Rampenbereich 37 auf, an dem sich in Umfangsrichtung verteilt und voneinander beabstandet in entsprechenden kugellagerkäfigartigen Ausnehmungen 38 in der Schließkolbenwand 39 aufgenommene Rastkugeln 40 abstützen.
Die Funktionsweise dieses erfindungsgemäßen Sicherheitsventils 1 wird nachfolgend in Verbindung mit den 1 bis 5 näher erläutert.
In der in der 1 gezeigten Offenstellung dringt Wasserstoff über die Ventilgehäuse-Einströmöffnung 10 in den Einströmspalt 13 ein und gelangt über die Schließkolben-Zuströmöffnungen 14 bzw. die Mündungsöffnung 26 in den Schließkolben-Aufnahmeraum 15, wo der Wasserstoff insbesondere durch Druckbeaufschlagung des zentralen Flächenbereichs 24 den Flugkolben 22 in Anschlag an den Verriegelungskolben 30 drängt, wobei der Wasserstoff über die Flugkolben-Zuströmöffnungen 25 und die Zuströmkanäle 29 in den Flugkolben-Rohrabschnitt 28 und von dort weiter über den Verriegelungskolben 30 zur Ventilgehäuse-Ausströmöffnung 11 strömt.
Wie dies schematisch in der 5 dargestellt ist, umfasst ein Wasserstoffmotor 43 hier lediglich beispielhaft vier Zylinder 44 bis 47, denen jeweils ein Wasserstoffinjektor 42 zugeordnet ist. Von jedem der Wasserstoffinjektoren 42 führt eine Wasserstoffleitung 48 bis 51 zu einer gemeinsamen Wasserstoffzuführleitung 52, die an einen Wasserstofftank, der hier nicht dargestellt ist, angeschlossen ist. Über diese Wasserstoffzuführleitung 52 kann Wasserstoff entweder in flüssiger oder in gasförmiger Form zugeführt werden. In jeder der Wasserstoffleitungen 48, 49, 50 und 51 ist stromauf des jeweils dort angeordneten Wasserstoffinjektors 42 ein erfindungsgemäßes Sicherheitsventil 1 angeordnet.
Ferner ist jedem Zylinder 44 bis 47 des Wasserstoffmotors 43 ein Lufteinlassventil 53 zugeordnet, über das Verbrennungsluft in den Zylinder angesaugt werden kann. Dieses Lufteinlassventil 53 ist über Luftleitungen 55 bis 58 mit einer zentralen Luftzuführleitung 59 verbunden.
Weiter ist jedem der Zylinder 44 bis 47 jeweils ein Luftauslassventil 54 zugeordnet, das über Abgasleitungen 60 bis 63 mit einem Abgasstrang 64 strömungsverbunden ist.
Wenn nunmehr zum Beispiel einer der Wasserstoffinjektoren 42 hängen bleibt und sich nicht mehr schließen lässt, besteht die Gefahr, dass über diesen betroffenen Wasserstoffinjektor 42 unkontrolliert große Wasserstoffmengen in den Zylinder und anschließend in den Abgasstrang 64 gelangen und dort möglicherweise die Brandgefahr erhöhen. Um dies zu vermeiden, ist jedem der Wasserstoffinjektoren 42 in den Wasserstoffleitungen 48 bis 51, die von der Wasserstoffzuführleitung 52 zu dem jeweiligen Wasserstoffinjektor 42 geführt sind, ein erfindungsgemäßes Sicherheitsventil 1 vorgeschaltet, das bei hängendem Wasserstoffinjektor 42 durch den zum Beispiel im betroffenen Zylinder vorherrschenden Verdichtungsdruck mit einem solchen von der Ausströmseite her anliegenden Druck beaufschlagt wird, dass der Flugkolben 22, wie in der 2 dargestellt, nach links in eine Anlage an die Ringschulter 27 verschoben wird, wodurch die Strömungsverbindung zwischen dem Schließkolben-Aufnahmeraum 15 und der Mündungsöffnung 26 in der zuvor beschriebenen Weise gesperrt und unterbrochen ist. Durch diese Verlagerung des Flugkolbens in der Bildebene der 2 nach links wird gleichzeitig, bei Überschreiten eines definierten Schließdruck-Schwellwertes der Schließkolben 9 entgegen der Längsströmungsrichtung x und damit entgegen der Vorspannkraft der Druckfeder 16 in eine in der 3 dargestellte Schließ- und Abdichtstellung verlagert, in der ein Abdichtungskolbenabschnitt 65 des Schließkolbens 9 mitsamt einem Dichtelement 66, zum Beispiel einem O-Ring, in die Ventilgehäuse-Einströmöffnung 10 eingreift und/oder diese verschließt bzw. abdichtet.
Zeitversetzt dazu oder im Wesentlichen gleichzeitig mit der Verlagerung des Schließkolbens 9 in die in der 3 gezeigte Abdichtstellung bezüglich der Ventilgehäuse-Einströmöffnung 10 wird der Verriegelungskolben 30 mittels der Druckfeder 31 in eine Anlage am Flugkolben 22 gepresst, wobei der Verriegelungskolben 30 weiter gleichzeitig die Rastkugeln 40 in Rasteingriff mit einer ventilgehäuseseitig ausgebildeten Rastnut 67 drängt.
In dieser in der 3 dargestellten Schließstellung des Ventils ist dieses dauerhaft für einen Durchfluss von sowohl der Ventilgehäuse-Einströmöffnung 10 als auch von der Ventilgehäuse-Ausströmöffnung 11 her gesperrt, und zwar selbst dann, wenn der ausströmseitig anstehende Schließdruck bzw. Verdichtungsdruck nicht mehr anstehen sollte, da die Rastanordnung hier so ausgebildet ist, dass die Druckfeder 31 den Verriegelungskolben in der in der 3 gezeigten Verriegelungsstellung hält und sich nicht mehr selbsttätig in die in der 1 gezeigte Offenstellung zurückbewegt.
Um das Sicherheitsventil 1 ausgehend vom in der 3 gezeigten Zustand wieder in die Offenstellung zu überführen, muss ein Werkzeug 69 mit einem endseitig angeordneten Außengewinde 68 über die Ventilgehäuse-Ausströmöffnung 11 in den Schließkolben-Aufnahmeraum 15 eingeführt und dort in das Innengewinde 36 des Verriegelungskolbens 30 eingeschraubt werden, um den Verriegelungskolben 30 im Schließkolben-Aufnahmeraum 15 wieder zurückschieben zu können, damit die Rastkugeln 40 wieder in die Ausnehmungen 38 der Schließkolbenwand 39 zurückfallen können und die Zurückverlagerung des Schließkolbens 9 in die in der 1 gezeigte Offenstellung möglich wird.
Unter einem Fluid wird im Sinne der vorliegenden Erfindung sowohl ein Gasstrom als auch ein Flüssigkeitsstrom sowie auch ein gemischter Gas-/Flüssigkeitsstrom verstanden.

Claims

Sicherheitsventil für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Wasserstoffmotoren, mit einem Ventilgehäuse (2), das wenigstens eine Ventilgehäuse-Einströmöffnung (10) und wenigstens eine Ventilgehäuse-Ausströmöffnung (11) für ein das Ventilgehäuse (2) durchströmendes Fluid, insbesondere Wasserstoff, aufweist, und mit einem im Ventilgehäuse (2) verschiebbar zwischen einer Schließ- und einer Offenstellung gelagerten Schließkolben (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (9) so ausgebildet ist, dass dieser bei Erreichen eines definierten, auf den Schließkolben (9) einwirkenden Schließdruckes selbsttätig in eine einen Durchfluss durch das Ventil (1) im wesentlichen sperrende Schließstellung verlagert und dort nicht-selbsttätig lösbar gehalten ist.
Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) wenigstens eine Betätigungseinrichtung (69) aufweist oder mit einer solchen in eine Wirkverbindung bringbar ist, mittels welcher Betätigungseinrichtung (69) der in der Schließstellung nicht-selbsttätig lösbar im Ventilgehäuse (2) fixierte Schließkolben (9) wieder in eine den Durchfluss durch das Ventil (1) freigebende Öffnungsstellung überführbar ist.
Sicherheitsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (9) einen Werkzeugansatz (36) für ein eine Betätigungseinrichtung (69) ausbildendes Werkzeug aufweist.
Sicherheitsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugansatz (36) im Bereich einer Durchströmöffnung des Schließkolbens (9) ausgebildet ist, und dass das die Betätigungseinrichtung (69) ausbildende Werkzeug von der Ausströmseite (11) her in die Durchströmöffnung einbringbar und mit dem Werkzeugansatz (36) in Eingriff bringbar ist.
Sicherheitsventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmöffnung des Ventils (1) von einem den Werkzeugansatz (36) aufweisenden Durchströmöffnungsbereich bis zur Ausströmöffnung (11) hin in etwa geradlinig verläuft.
Sicherheitsventil nach Anspruch 4 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugansatz (36) durch ein Innengewinde gebildet ist, in das ein ein zugeordnetes Außengewinde (68) aufweisender Stangenabschnitt eines Werkzeuges als Betätigungseinrichtung (69) einschraubbar ist.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (9) mittels eines Energiespeichers (16) mit einer vorgegebenen Vorspannkraft in eine den Durchfluss freigebende Offenstellung vorgespannt ist, insbesondere mittels eines Federelementes in eine Offenstellung federvorgespannt ist, dass der Schließkolben (9) bei einer Beaufschlagung mit dem definierten Schließdruck entgegen die Vorspannkraft des Energiespeichers (16) in die Schließstellung verlagert ist, und dass der Schließkolben (9) wenigstens ein Verriegelungselement (40) aufweist, das bei einer Verlagerung des Schließkolbens (9) in die Schließstellung in einen den Schließkolben (9) in der Schließstellung haltenden Verriegelungseingriff mit wenigstens einem, an einem angrenzenden Bauteil ausgebildeten Verriegelungsgegenelement (67) gebracht ist.
Sicherheitsventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (40) durch wenigstens eine Rastkugel gebildet ist, bevorzugt durch mehrere umfangsseitig um den Schließkolben (9) herum beabstandet voneinander angeordnete Rastkugeln gebildet ist, und dass die wenigstens eine Rastkugel in der Schließstellung in eine am angrenzenden Bauteil ausgebildete Rastnut als Verriegelungsgegenelement (67) eingreift.
Sicherheitsventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das angrenzende Bauteil durch eine Ventilgehäuse-Innenwand gebildet ist.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (9) einen vom Fluid durchströmbaren, rohrförmigen Schließkolben-Aufnahmeraum (15) aufweist, in dem ein vom Fluid durchströmbarer Verriegelungskolben (30) aufgenommen ist, vorzugsweise verschiebbar geführt aufgenommen ist, dass der Verriegelungskolben (30) mittels eines Energiespeichers (31), insbesondere mittels eines Federelementes, in Verriegelungsrichtung vorgespannt ist, insbesondere federvorgespannt, ist, dergestalt, dass der Verriegelungskolben (30) bei einer Verlagerung des Schließkolbens (9) von einer Offenstellung in die Schließstellung das wenigstens eine Verriegelungselement (40), vorzugsweise durch eine Verlagerung des Verriegelungskolbens (30) relativ zum Schließkolben (9), in einen Verriegelungseingriff mit dem Verriegelungsgegenelement (67) zwingt und dort nicht-selbsttätig lösbar hält.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungskolben (30) den Werkzeugansatz (36) aufweist.
Sicherheitsventil nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungskolben (30) rohrförmig ausgebildet ist.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungskolben (30) in einem Verriegelungskolben-Außenwandbereich mit einem rampenförmig ansteigenden Rampenbereich (37) ausgebildet ist, der bei einer Verlagerung des Verriegelungskolbens (30) im Schließkolben-Aufnahmeraum (15) mit dem wenigstens einen Verriegelungselement (40), insbesondere mit wenigstens einer Rastkugel, zusammenwirkt.
Sicherheitsventil nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Federelement (31) einerseits an einer im Verriegelungskolben (30) ausgebildeten ersten Abstützschulter (32) und andererseits mittelbar oder unmittelbar an einer zweiten Abschützschulter (33) am Schließkolben (9) abstützt.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (9) einen vom Fluid durchströmbaren rohrförmigen Schließkolben-Aufnahmeraum (15) aufweist, in dem ein vom Fluid durchströmbarer Flugkolben (22) verschiebbar geführt und aufgenommen ist, dass der Flugkolben(22) im Schließkolben-Aufnahmeraum (15) entlang eines definierten Verschiebeweges relativ zum Schließkolben (9) zwischen einer den Durchfluss durch den Flugkolben (22) freigebenden Flugkolben-Offenstellung und einer den Durchfluss durch den Flugkolben (22) sperrenden Flugkolben-Sperrstellung verlagerbar ist, dass der Flugkolben (22) so im Schließkolben-Aufnahmeraum (15) aufgenommen ist, dass dieser in einer Offenstellung des Ventils (1) und/oder bei einer Strömungsbeaufschlagung von der Einströmseite des Ventils (1) her in die Flugkolben-Offenstellung verlagert ist, und dass der Flugkolben (22) so im Schließkolben-Aufnahmeraum (15) aufgenommen ist, dass dieser in einer Schließstellung des Ventils (1) und/oder bei einer Strömungsbeaufschlagung von der Ausströmseite des Ventils (1) her in die Flugkolben-Sperrstellung verlagert und dort gehalten ist.
Sicherheitsventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkolben (22) rohrförmig ausgebildet ist mit einer in der Flugkolben-Sperstellung die Strömungsverbindung zum Schließkolben (9), absperrenden, insbesondere eine Mündungsöffnung (26) zum Schließkolben-Aufnahmeraum (15) absperrenden Flugkolben-Stirnwand (23), an die sich ein Flugkolben-Rohrabschnitt (28) anschließt.
Sicherheitsventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugkolben-Stirnwand (23) randseitig wenigstens eine Flugkolben-Zuströmöffnung (25), bevorzugt eine Mehrzahl von randseitig umlaufenden und voneinander beabstandeten Flugkolben-Zuströmöffnungen (25), aufweist, die mit dem Flugkolben-Rohrabschnitt (28) in Strömungsverbindung steht, dass die wenigstens eine Flugkolben-Zuströmöffnung (25) in der Flugkolben-Sperrstellung so an einer Anlagefläche, insbesondere an einer Ringschulter (27), im Schließkolben-Aufnahmeraum (15) anliegt, dass die wenigstens eine Flugkolben-Zuströmöffnung (25) verschlossen ist, dass in der Flugkolben-Offenstellung das Fluid über die wenigstens eine Flugkolben-Zuströmöffnung (25) in den Flugkolben-Rohrabschnitt (28) einströmt und von dort weiter in Richtung Ventilgehäuse-Ausströmöffnung (11) strömt.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Flugkolben (22) in der Flugkolben-Offenstellung aufgrund der Druckbeaufschlagung durch das Fluid von der Ventilgehäuse-Einströmöffnung (10) her an einem Anschlagelement, insbesondere an einem Verriegelungskolben (30) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, im Schließkolben-Aufnahmeraum (15) abstützt.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkolben (22) mittels eines Fixierelementes, insbesondere mittels eines Verriegelungskolbens (30) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, in der Flugkolben-Sperrstellung gehalten ist.
Sicherheitsventil nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkolben (22) in der Schließstellung des Ventils (1) in die Flugkolben-Sperrstellung verlagert ist und einen solchen Schließdruck auf den Schließkolben (9) ausübt, dass dieser entgegen der Vorspannkraft eines den Schließkolben (9) in eine Offenstellung vorspannenden Energiespeichers (16) in eine Schließkolben-Sperrstellung verlagert ist, in der die Ventilgehäuse-Einströmöffnung (10) verschlossen ist, wobei im wesentlichen gleichzeitig der Verriegelungskolben (30) mittels des diesem zugeordneten Energiespeichers (31), dem Flugkolben (22) nachfolgend und/oder diesen unterstützend, in dessen Verriegelungsposition verlagert ist, in der der Verriegelungskolben (30) mittels wenigstens eines Verriegelungselementes (40) in einem mittelbaren oder unmittelbaren, nicht-selbsttätig lösbaren Verriegelungseingriff mit dem Ventilgehäuse (2) gehalten ist und zudem den Flugkolben (22) in der Flugkolben-Sperrstellung hält, in der der Durchfluss von der Ventilgehäuse-Einströmöffnung (10) zu der Ventilgehäuse-Ausströmöffnung (11) gesperrt ist, und dass die den Schließkolben (9) beaufschlagende Vorspannkraft des Energiespeichers (16) wenigstens in der Ventilgrundstellung größer ist als die Vorspannkraft des auf den Verriegelungskolben (30) einwirkenden Energiespeichers (31), um das Ventil (1) in der nicht-druckbeaufschlagten Grundstellung in einer Offenposition zu halten.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (9) in einem sich an den Schließkolben-Aufnahmeraum (15) in Richtung zur Ventilgehäuse-Einströmöffnung (10) anschließenden Schileßkolben-Einströmbereich (12) wenigstens eine Zuströmöffnung (14) aufweist, über die das über die Ventilgehäuse-Einströmöffnung (10) in das Ventilgehäuse (2) einströmende Fluid in den Schließkolben-Aufnahmeraum (15) einströmt.
Sicherheitsventil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (9) in der Offenstellung des Ventils (1) um den Schließkolben-Einströmbereich (12) herum einen definierten Spaltabstand zum umgebenden Ventilgehäuseabschnitt aufweist und dort einen Einströmspalt (13) ausbildet.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkolben (9) in einem der Ventilgehäuse-Einströmöffnung (10) zugeordneten Schließkolbenbereich einen Abdichtungskolbenabschnitt (65) aufweist, der in der Schließstellung des Ventils (1) in die Ventilgehäuse-Einströmöffnung (10) eingreift und/oder diese abdichtet, vorzugsweise in Verbindung mit einem einströmöffnungsseitig und/oder am Abdichtungskolbenabschnitt (65) angeordneten Dichtelement (66).
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (2) mehrteilig ausgebildet ist und einen die Ventilgehäuse-Einströmöffnung (10) aufweisenden Gehäuseabschnitt (3) und einen die Ventilgehäuse-Ausströmöffnung (11) aufweisenden Gehäuseabschnitt (4) aufweist, wobei die einzelnen Gehäuseabschnitte (3, 4) miteinander unter Zwischenschaltung wenigstens eines Dichtelementes (5) verbunden sind, vorzugsweise lösbar verbunden sind.
Ventilanordnung für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, insbesondere für mehrzylindrige Wasserstoffmotoren, mit einem Sicherheitsventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 24 sowie mit einer dem Sicherheitsventil (1) nachgeschalteten Einspritzeinrichtung, die den jeweiligen Zylindern (44, 45, 46, 47) zugeordnete Injektoren (42) aufweist, mittels denen Kraftstoff, vorzugsweise Wasserstoff, zu vorgegebenen Zeiten in vorgegebener Menge in die jeweiligen Zylinder (44, 45, 46, 47) einspritzbar ist, wobei den einzelnen oder mehreren Injektoren (42) jeweils ein Sicherheitsventil (1) vorgeschaltet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Ventilanordnung für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen nach Anspruch 25, bei dem in Abhängigkeit von einem in einer Fluidleitung (48, 49, 50, 51) zwischen dem Sicherheitsventil (1) und wenigstens einem Injektor (42) anstehenden Druck, insbesondere einem Verdichtungsdruck im jeweils zugeordneten Zylinder (44, 45, 46, 47), das vorzugsweise von der Ventilgehäuse-Ausströmöffnung (11) her druckbeaufschlagte Sicherheitsventil (1) schließt und somit kein Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, in den Zylinder (44, 45, 46, 47) gelangt und dieser somit abgesperrt wird.