DE102020007299A1 - lnjektor zum Einbringen, insbesondere zum direkten Einblasen, von gasförmigem Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, sowie Gasmotor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor (24) zum Einbringen von gasförmigem Kraftstoff in einen Brennraum (22), mit einem von dem Kraftstoff durchströmbaren Gehäuse (26), welches eine von dem Kraftstoff durchströmbare Ausströmöffnung (28) aufweist, über welche zum Einbringen des Kraftstoffes in den Brennraum (22) der Kraftstoff aus dem Gehäuse (26) abführbar ist, mit einem Ventilsitz (30), und mit einem Ventilelement (38), welches zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung bewegbar ist. In der Schließstellung sitzt das Ventilelement (38) auf dem Ventilsitz (30), wodurch ein von dem Kraftstoff durchströmbarer, erster Gehäusebereich (42) von einem von dem Kraftstoff durchströmbaren zweiten Gehäusebereich (44) getrennt ist. In der Offenstellung sind die Gehäusebereiche (42, 44) fluidisch miteinander verbunden, wodurch der die Gehäusebereiche (42, 44) durchströmende Kraftstoff über die Ausströmöffnung (28) aus dem Gehäuse (26) abführbar ist. Das Ventilelement (38) öffnet nach außen und umfasst einen in dem zweiten Gehäusebereich (44) angeordneten Ventilkörperbereich (50), welcher gewölbt ist und/oder verjüngt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Einbringen, insbesondere zum direkten Einblasen, von gasförmigem Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft auch einen Gasmotor mit wenigstens einem solchen Injektor.
• Die DE 10 2017 213 737 A1 offenbart einen Injektor zum Eindüsen von gasförmigem Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Düsenkörper, in welchem ein Druckraum ausgebildet ist, der mit gasförmigem Kraftstoff unter einem Eindüsdruck befüllbar ist und von dem eine Eindüsöffnung ausgeht, durch die der gasförmige Kraftstoff austreten kann. Des Weiteren ist der EP 1 195 203 A2 eine Vorrichtung zur Zerstäubung eines flüssigen Mediums als bekannt zu entnehmen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Injektor für eine Verbrennungskraftmaschine sowie einen Gasmotor mit wenigstens einem solchen Injektor zu schaffen, sodass gasförmiger Kraftstoff mittels des Injektors besonders vorteilhaft in einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise des Gasmotors eingebracht werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch einen Injektor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Gasmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
• Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Injektor zum Einbringen, insbesondere zum direkten Einblasen, von gasförmigem Kraftstoff, insbesondere von Wasserstoff, in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Somit ist die Verbrennungskraftmaschine in ihrem befeuerten Betrieb mittels des gasförmigen Kraftstoffes betreibbar, sodass die Verbrennungskraftmaschine ein Gasmotor, insbesondere nach dem Ottormotorprinzip, ist beziehungsweise auch als Gasmotor bezeichnet wird. Während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine wird beispielsweise innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine mittels des Injektors der gasförmige Kraftstoff in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingeblasen. Hierzu umfasst der Injektor ein Gehäuse, welches von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbar ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass der gasförmige Kraftstoff, insbesondere von außerhalb des Gehäuses beziehungsweise des Injektors insgesamt, in das Gehäuse und dabei in den Injektor einleitbar ist beziehungsweise eingeleitet wird und danach wieder aus dem Gehäuse und insbesondere aus dem Injektor insgesamt ausleitbar ist beziehungsweise ausgeleitet wird. Beispielsweise wird der gasförmige Kraftstoff über wenigstens eine Einleitöffnung in den Injektor, insbesondere in das Gehäuse eingeleitet. Das Ausleiten des gasförmigen Kraftstoffes aus dem Gehäuse beziehungsweise aus dem Injektor insgesamt wird auch als Abführen des gasförmigen Kraftstoffes aus dem Gehäuse beziehungsweise aus dem Injektor insgesamt bezeichnet. Hierzu weist das Gehäuse wenigstens oder genau eine von dem das Gehäuse durchströmenden, gasförmigen Kraftstoff durchströmbare Ausströmöffnung oder mehrere Ausströmöffnungen auf, über welche zum Einbringen des gasförmigen Kraftstoffes in den Brennraum der gasförmige Kraftstoff aus dem Gehäuse, insbesondere aus dem Injektor insgesamt, abführbar und somit beispielsweise in eine Umgebung des Gehäuses, insbesondere des Injektors insgesamt, leitbar ist. Mit anderen Worten, um den gasförmigen Kraftstoff in den Brennraum einzubringen, insbesondere um den gasförmigen Kraftstoff direkt in den Brennraum einzublasen, wird der zunächst in das Gehäuse beziehungsweise in den Injektor insgesamt eingeleitete, gasförmige Kraftstoff über die auch als Austrittsöffnung bezeichnete Ausströmöffnung aus dem Gehäuse und aus dem insbesondere insgesamt ausgeleitet beziehungsweise abgeführt und dadurch in die Umgebung, insbesondere direkt in den Brennraum, geleitet, das heißt geblasen. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt tritt der die Ausströmöffnung durchströmende, gasförmige Kraftstoff aus dem Gehäuse und aus dem Injektor insgesamt aus, sodass der Injektor den die Ausströmöffnung durchströmenden, gasförmigen Kraftstoff aus sich ausspritzt beziehungsweise ausbläst und hierdurch beispielsweise direkt in den Brennraum einbläst.
• Der Injektor, insbesondere das Gehäuse, weist außerdem einen Ventilsitz auf, welcher beispielsweise, insbesondere direkt, durch das Gehäuse, insbesondere durch ein Gehäuseelement des Gehäuses, gebildet ist. Des Weiteren weist der Injektor ein einfach auch als Ventil bezeichnete Ventilelement auf, welches entlang einer Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuse und relativ zu dem Ventilsitz zumindest oder ausschließlich translatorisch zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegbar ist. Die Schließstellung ist eine erste Stellung des Ventilelements. Mit anderen Worten wird die Schließstellung auch als erste Stellung bezeichnet. Die Offenstellung ist eine zweite Stellung des Ventilelements. Mit anderen Worten wird die Offenstellung auch als zweite Stellung bezeichnet. Die Bewegungsrichtung verläuft vorzugsweise parallel zur Längserstreckungsrichtung des Ventilelements und/oder des Gehäuses. Unter dem Merkmal, dass das Ventilelement entlang der Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuse und relativ zu dem Ventilsitz zwischen den Stellungen bewegbar ist, ist insbesondere zu verstehen, dass das Ventilelement entlang der Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuse und relativ zu dem Ventilsitz zwischen den Stellungen hin- und her bewegbar ist.
• In der Schließstellung sitzt das Ventilelement auf dem Ventilsitz. Mit anderen Worten befindet sich das Ventilelement in der Schließstellung in Stützanlage mit dem Ventilsitz, wodurch in der Schließstellung mittels des Ventilelements ein von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbarer, erster Gehäusebereich des Gehäuses von einem von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbaren und in Strömungsrichtung des das Gehäuse durchströmenden, gasförmigen Kraftstoffes stromab des ersten Gehäusebereiches angeordneten, zweiten Gehäusebereich des Gehäuses getrennt ist. Dabei umfasst der zweite Gehäusebereich die Ausströmöffnung. Dies bedeutet, dass der gasförmige Kraftstoff auf seinem Weg durch das Gehäuse und dabei beispielsweise von der Einleitöffnung zu der Ausströmöffnung und durch die Ausströmöffnung hindurch zunächst den ersten Gehäusebereich und daraufhin den zweiten Gehäusebereich und die Ausströmöffnung durchströmt, welche beispielsweise an sich einen Ends in dem zweiten Gehäusebereich und anderen Ends in beziehungsweise an die Umgebung des Gehäuses, insbesondere des Injektors insgesamt, mündet. In vollständig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine mündet beispielsweise die Ausströmöffnung anderen Ends direkt in den Brennraum, sodass der die Ausströmöffnung durchströmende und somit aus dem Injektor ausströmende, gasförmige Kraftstoff direkt in den Brennraum eingeblasen wird.
• Beispielsweise erstreckt sich der Ventilsitz, insbesondere in um die Bewegungsrichtung verlaufender Umfangsrichtung des Gehäuses beziehungsweise des jeweiligen Gehäusebereichs und ganz insbesondere vollständig umlaufend, um eine Übertrittsöffnung herum, die in der Schließstellung des Ventilelements mittels des Ventilelements verschlossen und somit versperrt ist. Hierdurch sind in der Schließstellung mittels des Ventilelements die Gehäusebereiche fluidisch voneinander getrennt, wodurch kein gasförmiger Kraftstoff aus dem ersten Gehäusebereich in den zweiten Gehäusebereich strömen kann. Somit strömt in der Schließstellung des Ventilelements kein gasförmiger Kraftstoff durch die Ausströmöffnung hindurch, sodass in der Schließstellung des Ventilelements der Injektor den gasförmigen Kraftstoff nicht bereitstellt, das heißt nicht ausbläst. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt unterbleibt dadurch, dass in der Schließstellung des Ventilelements mittels des Ventilelements die Gehäusebereiche fluidisch voneinander getrennt sind, ein Ausströmen des gasförmigen Kraftstoffes über die Ausströmöffnung aus dem Gehäuse, insbesondere aus dem Injektor insgesamt. Da in der Schließstellung des Ventilelements mittels des Ventilelements die Gehäusebereiche fluidisch voneinander getrennt sind, ist in der Schließstellung des Ventilelements die Ausströmöffnung, insbesondere mittels des Ventilelements, von dem ersten Gehäusebereich fluidisch getrennt. Somit kann der gasförmige Kraftstoff nicht von dem ersten Gehäusebereich zu der Ausströmöffnung und nicht durch die Ausströmöffnung hindurch strömen.
• In der Offenstellung ist das Ventilelement von dem Ventilsitz beabstandet beziehungsweise abgehoben, wodurch die Gehäusebereiche, insbesondere über die Durchströmöffnung, fluidisch miteinander verbunden sind und der die Gehäusebereiche durchströmende, gasförmige Kraftstoff über die Ausströmöffnung aus dem Gehäuse, insbesondere aus dem Injektor insgesamt, abführbar ist. Mit anderen Worten, um den gasförmigen Kraftstoff in den Brennraum einzubringen, insbesondere direkt in den Brennraum einzublasen, wird das Ventilelement aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt. Hierdurch kann der gasförmige Kraftstoff aus dem ersten Gehäusebereich in den zweiten Gehäusebereich strömen, den zweiten Gehäusebereich und dabei insbesondere die Ausströmöffnung durchströmen, sodass in der Offenstellung der Injektor den gasförmigen Kraftstoff ausblasen kann beziehungsweise ausbläst.
• Um nun mittels des Injektors den gasförmigen Kraftstoff besonders vorteilhaft, insbesondere besonders strömungsgünstig, bereitstellen, das heißt ausblasen und somit in den Brennraum einbringen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Ventilelement bei dessen Bewegung aus der Schließstellung in die Offenstellung zumindest teilweise in den zweiten Gehäusebereich hineinbewegbar ist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass sich das Ventilelement bei seiner Bewegung aus der Schließstellung in die Offenstellung zumindest teilweise in den zweiten Gehäusebereich hinein bewegt. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt, um das Ventilelement aus der Schließstellung in die Offenstellung zu bewegen, wird das Ventilelement relativ zu dem Gehäuse und damit relativ zu dem Ventilsitz zumindest oder ausschließlich translatorisch in eine parallel zur Bewegungsrichtung verlaufende Öffnungsrichtung bewegt, die, insbesondere von dem ersten Gehäusebereich, zu dem zweiten Gehäusebereich hinweist. Da zumindest ein Teil des Ventilelements bei dessen Bewegung aus der Schließstellung in die Offenstellung in den zweiten Gehäusebereich hineinbewegt wird, wird zumindest der Teil des Ventilelements bei dessen Bewegung aus der Offenstellung in die Schließstellung aus dem zweiten Gehäusebereich herausbewegt. Da sich das Ventilelement bei seiner Bewegung aus der Schließstellung in die Offenstellung in den zweiten Gehäusebereich hinein bewegt, wird das Ventilelement auch als nach außen öffnendes Ventilelement bezeichnet, sodass der Injektor als nach außen öffnender Injektor oder A-Düse oder A-Injektor bezeichnet wird.
• Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Ventilelement einen in beiden Stellungen, das heißt sowohl in der Schließstellung als auch in der Offenstellung in dem zweiten Gehäusebereich angeordneten, mithin in den zweiten Gehäusebereich hineinrangen Ventilkörperbereich aufweist, welcher zumindest in einem Teilbereich des Ventilkörperbereiches sich in eine von dem Ventilsitz wegweisende Richtung, das heißt insbesondere in die zuvor genannte Öffnungsrichtung, insbesondere kegelartig oder kegelstumpfartig, verjüngt. Alternativ oder zusätzlich ist der Ventilkörperbereich zumindest in dem Teilbereich gewölbt. Der Ventilkörperbereich ist somit ein Strömungsführungselement oder eine Strömungsführungsgeometrie, mittels welchem beziehungsweise welcher der in der Offenstellung des Ventilelements die Gehäusebereiche und die Ausströmöffnung durchströmende, gasförmige Kraftstoff besonders vorteilhaft, insbesondere besonders strömungsgünstig, geführt werden kann. Der in der Offenstellung die Gehäusebereiche und dabei die Ausströmöffnung durchströmende, gasförmige Kraftstoff strömt beispielsweise auf seinem Weg von dem ersten Gehäusebereich zu dem zweiten Gehäusebereich und durch die Ausströmöffnung hindurch zumindest den Teilbereich des Ventilkörperbereichs an und/oder zumindest um den Teilbereich des Ventilkörperbereichs herum und/oder entlang zumindest des Teilbereichs des Ventilkörperbereichs, sodass der Ventilkörperbereich beziehungsweise zumindest der Teilbereich des Ventilkörperbereichs den strömenden, gasförmigen Kraftstoff im Hinblick auf dessen Strömung beeinflusst. Da nun der Ventilkörperbereich zumindest in dem Teilbereich derart ausgebildet ist, dass sich zumindest der Teilbereich des Ventilkörperbereichs verjüngt und/oder gewölbt ist, beeinflusst der Ventilkörperbereich den strömenden, gasförmigen Kraftstoff, das heißt dessen Strömung besonders vorteilhaft.
• Beispielsweise ist der zweite Gehäusebereich zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch ein beispielsweise einstückig ausgebildetes Gehäuseteil des Gehäuses, insbesondere direkt, begrenzt beziehungsweise gebildet, wobei das Gehäuseelement beispielsweise eine so genannte Blaskappe des Gehäuses oder ein Blaskappenbereich des Gehäuses ist. Somit bewegt sich das Ventilelement bei dessen Bewegung aus der Schließstellung in die Offenstellung zumindest teilweise in die Blaskappe beziehungsweise in den Blaskappenbereich hinein. Wenn im Folgenden von der Blaskappe die Rede ist, so ist darunter - falls nichts anderes angegeben ist - auch der Blaskappenbereich zu verstehen und umgekehrt. Dabei beruht die Erfindung insbesondere auf folgenden Erkenntnissen und Überlegungen:
• Wasserstoff als gasförmiger Kraftstoff hat eine geringere Dichte als Luft und vermischt sich daher nur schlecht im Brennraum. Um insbesondere bei einer Direkteinblasung des Wasserstoffs in den Brennraum eine vorteilhafte Gemischbildung zu realisieren, ist u.a. eine gezielte Erzeugung einer Drall und/oder Tumble-Strömung des in den Brennraum einströmenden, beispielsweise als Wasserstoff ausgebildeten, gasförmigen Kraftstoffes wünschenswert beziehungsweise vorteilhaft, insbesondere unter Nutzung eines Einblaseimpulses in Kombination mit der Interaktion eines so genannten Blasjets mit den Brennraum, insbesondere direkt, begrenzenden Brennraumwänden der Verbrennungskraftmaschine. Unter dem zuvor genannten Blasjet ist insbesondere folgendes zu verstehen: In der Offenstellung des Ventilelements bläst der Injektor den gasförmigen Kraftstoff unter Bildung wenigstens oder genau eines Kraftstoffstrahls aus, welcher der zuvor genannte Blasjet ist. Insbesondere bläst in der Offenstellung des Ventilelements der Injektor den gasförmigen Kraftstoff unter Bildung mehrerer, auch als Blasjets bezeichneter Kraftstoffstrahlen aus, insbesondere dann, wenn mehrere Ausströmöffnungen vorgesehen sind. Auch bei einer zentral im Brennraum angeordneten Mehrlochblaskappe kann der Impuls erhöht werden was auch von Vorteil ist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt bildet der die Ausströmöffnung durchströmende und dabei über die Ausströmöffnung aus dem Gehäuse, insbesondere aus dem Injektor insgesamt, ausströmende, gasförmige Kraftstoff den zuvor genannten, auch als Strahl oder Kraftstoffstrahl bezeichneten Blasjet. Eine erste der zuvor genannten Brennraumwände ist beispielsweise eine Zylinderwand, welche einen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere direkt, begrenzt. Die Zylinderwand ist beispielsweise durch ein insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildetes Zylindergehäuse der Verbrennungskraftmaschine gebildet. Eine zweite der Brennraumwände ist beispielsweise durch einen Kolben gebildet, welche translatorisch bewegbar in dem Zylinder angeordnet ist. Beispielsweise ist die zweite Brennraumwand eine Kolbenmulde des Kolbens.
• Des Weiteren kann die vorteilhafte Gemischbildung durch Verwendung mehrerer, auch als Blaslöcher bezeichneter Ausströmöffnungen und somit gleichmäßiger Lufterfassung realisiert werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Einzeljetimpuls möglichst hoch ist, um eine ausreichend große Jet-Eindringtiefe zu erzielen. Dies wird durch die erfindungsgemäße Ausführung des Ventilkörpers, aufgrund der reduzierten Strömungsverluste besonders gewährleistet.
• Die Blaskappe ist ein Strömungsbereich, welches bezogen auf die Öffnungsrichtung unter dem auch als Einblaseventil bezeichneten Ventilelement angeordnet ist, und, insbesondere durch die Ausströmöffnung, dem die Ausströmöffnung durchströmenden, gasförmigen Kraftstoff eine vorteilhafte Strömung, beispielsweise eine vorteilhafte Drall- und/oder Tumble-Strömung aufprägen kann. Üblicherweise ist das nach außen öffnende Ventilelement als ein einfaches Tellerventil ausgebildet, dessen Ventilkörperbereich als einfacher Ventilteller ausgebildet ist. Demgegenüber ist durch die Erfindung eine besonders vorteilhafte, konstruktive Beschaffenheit des Ventilelements und insbesondere des Ventilkörperbereichs vorgesehen, wobei durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ventilkörperbereichs ein so genanntes Blaskappenvolumens besonders gering gehalten werden kann. Unter dem Blaskappenvolumen ist beispielsweise das gesamte Volumen beziehungsweise Innenvolumen des zweiten Gehäusebereichs, insbesondere mit Ausnahme der Ausströmöffnung, zu verstehen. Da das Blaskappenvolumen bei der Erfindung besonders gering gehalten werden kann, kann ein unerwünschtes Schadvolumen im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen reduziert werden, Strömungsverluste können verringert werden und eine unerwünschte Selbstzündung in der Blaskappe, das heißt in dem zweiten Gehäusebereich, kann verhindert werden. Außerdem kann durch die Erfindung eine besonders vorteilhafte Strahlrichtung des Blasjets eingestellt werden.
• Grundsätzlich ist es denkbar, insbesondere bei Injektoren zum direkten Einblasen von Wasserstoff das Ventilelement als nach innen öffnendes Ventilelement, mithin als nach innen öffnende Nadel auszugestalten. Dabei bewegt sich das Ventilelement bei seiner Bewegung aus der Schließstellung in die Offenstellung von dem zweiten Gehäusebereich weg und dabei zumindest teilweise in den ersten Gehäusebereich hinein. Der Ventilsitz würde sich dann an einem Ende der Blaskappe befinden. Dies kann jedoch aufgrund von thermischen Randbedingungen im Brennraum und insbesondere während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine zu Dichtheitsprobleme führen, was dadurch, dass das Ventilelement erfindungsgemäß als nach außen öffnendes Ventilelement ausgebildet ist, vermieden werden kann. Injektoren, bei denen das Ventilelement als einfaches, nach außen öffnendes Tellerventile ausgebildet ist und der zweite Teilgehäusebereich entfällt, sodass dann ein brennraumseitiges Ende des Tellerventils direkt im Brennraum angeordnet und nicht von der Blaskappe umgeben ist, erzeugen den Blasjet als ein Schirmstrahl, welcher nicht zur Erzeugung einer vorteilhaften Drall- und/oder Tumble-Strömung des den Blasjet bildenden, gasförmigen Kraftstoffes geeignet ist. Außerdem verursacht ein einfaches Tellerventil in einer Blaskappe Strömungsverluste, sodass eine Richtungstreue der Strahlrichtung nicht gewährleistet ist.
• Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun durch die Erfindung vermieden werden, da zumindest der Teilbereich des Ventilkörperbereichs als vorteilhafte Strömungsführungsgeometrie wirkt, welche den die Gehäusebereiche und dabei die Ausströmöffnung durchströmenden, gasförmigen Kraftstoff vorteilhaft und Strömungsgünstig führt beziehungsweise im Hinblick auf dessen Strömung vorteilhaft beeinflusst.
• Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ventilkörperbereichs kann der Ventilkörperbereich beziehungsweise das Ventilelement insbesondere in dessen Offenstellung einen besonders großen Teil des Innenvolumens der Blaskappe beziehungsweise des zweiten Gehäusebereichs einnehmen, wodurch das Blaskappenvolumen im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen reduziert werden kann. Dadurch kann die Gefahr zur Selbstzündung reduziert werden, und das Schadvolumen kann reduziert werden.
• Mittels des Ventilkörperbereichs kann der den zweiten Teilbereich durchströmende, gasförmige Kraftstoff das heißt dessen Strömung, insbesondere in dem zweiten Gehäusebereich, vorteilhaft geleitet werden. Mit anderen Worten weist zumindest der Teilbereich des Ventilkörperbereichs eine besonders vorteilhafte, auch als Ventilform bezeichnete Form auf, mittels welcher der gasförmige Kraftstoff beziehungsweise dessen Strömung in dem zweiten Gehäusebereich vorteilhaft geleitet werden kann. insbesondere können übermäßige Totwasserräume und eine übermäßige Wirbelentstehung verhindert werden. Dadurch können die Strömungsverluste der Blaskappe, das heißt in dem zweiten Gehäusebereich besonders gering gehalten werden, und bei Verwendung von mehreren Überströmöffnungen beziehungsweise Überströmbohrungen kann eine Beeinflussung vermieden werden. In der Folge kann ein besonders hoher Impuls des Kraftstoffstrahls realisiert werden, sodass eine besonders vorteilhafte Gemischbildung dargestellt werden kann. Unter der Überströmöffnung beziehungsweise Überströmbohrung ist insbesondere die zuvor genannte Ausströmöffnung zu verstehen. Ferner ermöglicht die Erfindung eine definierte Anströmung der Überströmöffnung beziehungsweise Überströmbohrung, was zu einer besonders vorteilhaften und definierten Strahlrichtung des aus dem Gehäuse, insbesondere aus dem Injektor insgesamt, ausströmenden, gasförmigen Kraftstoffes führt. Somit kann eine vorteilhafte Drall- und/oder Tumble-Strömung des aus dem Gehäuse beziehungsweise aus dem Injektor insgesamt ausströmenden, gasförmigen Kraftstoff in den Brennraum realisiert werden. Dadurch kann im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eine Verbesserung der Gemischhomogenisierung realisiert werden, wodurch eine besonders hohe spezifische Leistung der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann. Außerdem kann ein besonders emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden.
• Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung nimmt der Ventilkörperbereich in der Schließstellung des Ventilelements wenigstens ein Drittel, insbesondere wenigstens die Hälfte, des zuvor genannten und beschriebenen Innenvolumens des zweiten Gehäusebereiches ein, welches das von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbare Innenvolumen in der Schließstellung des Ventilelements einnimmt. Dadurch kann das Blaskappenvolumen, in welchem das Ventilelement in der Offenstellung nicht angeordnet ist, besonders gering gehalten werden, sodass das Schadvolumen in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann.
• Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Ventilkörperbereich bezogen auf eine parallel zur Bewegungsrichtung verlaufende Mittelachse des Ventilkörperbereiches rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Dadurch kann der die Gehäusebereiche durchströmende, gasförmige Kraftstoff besonders strömungsgünstig mittels des Ventilkörperbereichs geführt werden.
• In weiterer, besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Ventilkörperbereich zumindest in dem Teilbereich, insbesondere zumindest überwiegend, konvex und dadurch in den zweiten Gehäusebereich hineingewölbt. Dadurch kann eine besonders strömungsgünstige Führung des gasförmigen Kraftstoffes gewährleistet werden.
• Um den gasförmigen Kraftstoff besonders vorteilhaft führen und somit in den Brennraum einbringen, insbesondere einblasen, zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Ventilkörperbereich zumindest in dem Teilbereich, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, kugelsegmentförmig ausgebildet ist. Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Ventilkörperbereich zumindest in dem Teilbereich konkav gewölbt. Hierdurch kann eine besonders strömungsgünstige Führung des gasförmigen Kraftstoffes gewährleistet werden, sodass letzterer besonders gut in den Brennraum eingebracht werden kann.
• Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass sich der verjüngende Teilbereich des Ventilkörperbereiches an einer insbesondere eine dem Brennraum zugewandte Stirnseite bildende Wandung des Ventilkörperbereiches endet, dessen Wandung sich in einer senkrecht zur Bewegungsrichtung verlaufenden Ebene erstreckt. Dadurch kann der gasförmige Kraftstoff besonders gezielt und definiert geführt werden, sodass er besonders vorteilhaft in den Brennraum eingebracht werden kann.
• In weiterer, besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Ventilkörperbereich zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, hohl. Dadurch kann das Gewicht des Ventilelements hinreichend gering gehalten werden, sodass das Ventilelement mit einer hohen Dynamik, das heißt besonders schnell zwischen der Schließstellung und der Offenstellung hin- und her bewegt werden kann. Dadurch kann der gasförmige Kraftstoff besonders gut in den Brennraum eingebracht werden.
• Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Ventilsitz kreisrund ist. Dadurch kann eine besonders strömungsgünstige Führung des gasförmigen Kraftstoffes auf dessen Weg durch das Gehäuse gewährleistet werden.
• Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Injektor einen elektrisch betreibbaren Aktor, das heißt einen elektrischen Aktor aufweist, mittels welchem das Ventilelement unter Nutzung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom zumindest aus einer der Stellungen in die jeweils andere Stellung bewegbar ist. Mit anderen Worten, um mittels des Aktors das Ventilelement aus der einen Stellung in die andere Stellung zu bewegen, wird der Aktor mit elektrischer Energie beziehungsweise mit elektrischem Strom versorgt. Dadurch kann der gasförmige Kraftstoff besonders bedarfsgerecht in den Brennraum eingebracht werden. Vorzugsweise ist die eine Stellung die Schließstellung, sodass die andere Stellung vorzugsweise die Offenstellung ist.
• Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine als Gasmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine, welche wenigstens einen Injektor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
• Die Zeichnung zeigt in:
• 1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer als Gasmotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Injektor gemäß einer ersten Ausführungsform;
• 2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Injektors gemäß einer zweiten Ausführungsform;
• 3 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Injektors gemäß einer dritten Ausführungsform; und
• 4 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Injektors gemäß einer vierten Ausführungsform.
• In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• 1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine als Gasmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 10, welche als Hubkolbenmaschine beziehungsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist Bestandteil eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Nutzfahrzeug, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ein vorzugsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildetes Zylindergehäuse 12, welches wenigstens einen Zylinder 14 aufweist, das heißt bildet beziehungsweise begrenzt. Hierzu weist das Zylindergehäuse 12 eine Zylinderwand 16 als erst Brennraumwand auf, wobei der Zylinder 14 durch die Zylinderwand 16 direkt begrenzt und somit gebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ein separat von dem Zylindergehäuse 12 ausgebildetes Gehäuseelement 17, welches beispielsweise als ein Zylinderkopf ausgebildet ist. Das Gehäuseelement 17 ist mit dem Zylindergehäuse 12 verbunden. Das Gehäuseelement 17 umfasst oder bildet ein Brennraumdach 18, welches dem Zylinder 14 zugeordnet ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst außerdem einen Kolben 20, welcher translatorisch bewegbar in dem Zylinder 14 aufgenommen ist. Der Kolben 20, der Zylinder 14 und das Brennraumdach 18 begrenzen jeweils teilweise einen Brennraum 22 der Verbrennungskraftmaschine 10, wobei der Kolben 20, insbesondere dessen in 1 nicht dargestellte Kolbenmulde, eine zweite, den Brennraum teilweise begrenzende Brennraumwand aufweist beziehungsweise bildet.
• Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 laufen in dem Brennraum 22 Verbrennungsvorgänge ab. Bei dem jeweiligen Verbrennungsvorgang wird ein einfach auch als Gemisch bezeichnetes Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt. Das Gemisch umfasst einen gasförmigen Kraftstoff, welcher in den Brennraum 22 eingebracht wird. Mittels des gasförmigen Kraftstoffes wird die Verbrennungskraftmaschine 10 in ihrem befeuerten Betrieb betrieben. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der gasförmige Kraftstoff innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine, direkt in den Brennraum 22 eingeblasen und dadurch in den Brennraum 22 eingebracht. Außerdem umfasst das Gemisch Luft, welche auch als Frischluft bezeichnet und in den Brennraum 22 eingeleitet wird. Vorzugsweise wird eine Zündkerze zum Zünden des Gemischs verwendet. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine nach dem Ottomotorprinzip, das heißt mittels eines oder des Ottobrennverfahrens betrieben ist.
• Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst außerdem einen dem Brennraum 22 zugeordneten Injektor 24, mittels welchem der gasförmige Kraftstoff direkt in den Brennraum 22 einblasbar und dadurch einbringbar ist. Dies bedeutet, dass innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine 10 der gasförmige Kraftstoff mittels des Injektors 24 direkt in den Brennraum 22 eingeblasen wird, insbesondere unter Bildung wenigstens oder genau eines auch als Blasjet bezeichneten und durch den aus dem Injektor 24 insgesamt ausströmenden und dadurch in den Brennraum 22 einströmenden, gasförmigen Kraftstoff gebildeten Kraftstoffstrahls.
• Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verbrennungskraftmaschine 10 ein Wasserstoffmotor, sodass der gasförmige Kraftstoff Wasserstoff ist. Dabei weist der Injektor 24 ein von dem gasförmigen Kraftstoff (Wasserstoff) durchströmbares Gehäuse 26 auf, welches bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel genau eine von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbare und auch als Überströmöffnung oder Blasloch bezeichnete Ausströmöffnung 28 aufweist. Über die Ausströmöffnung 28 ist beziehungsweise wird zum Einbringen des gasförmigen Kraftstoffs, insbesondere zum direkten Einblasen des gasförmigen Kraftstoffs, in den Brennraum 22 der gasförmige Kraftstoff aus dem Gehäuse 26 abführbar beziehungsweise abgeführt. Beispielsweise ist die Ausströmöffnung 28 als eine Bohrung ausgebildet, sodass die Ausströmöffnung 28 auch als Ausströmbohrung oder Überströmbohrung bezeichnet wird. Es ist erkennbar, dass der das Gehäuse 26 durchströmende, gasförmige Kraftstoff über die Ausströmöffnung 28 aus dem Gehäuse 26 und aus dem Injektor 24 insgesamt abführbar und dadurch direkt in den Brennraum 22 einblasbar ist. Der Injektor 24, insbesondere das Gehäuse 26, weist auch einen Ventilsitz 30 auf. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ventilsitz 30 durch das Gehäuse 26 gebildet. Insbesondere ist der Ventilsitz 30 durch ein erstes Gehäuseelement 32 des Gehäuses 26 gebildet. dabei ist es denkbar, dass das Gehäuse 26 ein zweites Gehäuseelement 34 aufweist, welches beispielsweise separat von dem Gehäuseelement 32 ausgebildet und mit dem Gehäuseelement 32 verbunden ist. Insbesondere sind die Gehäuseelemente 32 und 34 derart miteinander verbunden, dass die Gehäuseelemente 32 und 34 aneinander festgelegt sind, mithin dass Relativbewegungen zwischen den Gehäuseelementen 32 und 34 vermieden sind. Das Gehäuse 26, insbesondere das Gehäuseelement 32, weist eine auch als Durchtrittsöffnung bezeichnete Durchströmöffnung 36 auf, um welche sich der Ventilsitz 30 in Umfangsrichtung des Gehäuses 26 und somit in Umfangsrichtung der Durchströmöffnung 36 vollständig umlaufend herum erstreckt. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Ventilsitz 30 und somit die Durchströmöffnung 36 kreisrund.
• Der Injektor 24 weist auch ein einfach als Ventil bezeichnetes Ventilelement 38 auf, welches entlang einer in 1 durch einen Doppelpfeil 40 veranschaulichten Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuse 26 und somit relativ zu den Gehäuseelementen 32 und 34 und relativ zu dem Ventilsitz 30 zwischen einer Schließstellung und wenigstens oder genau einer in 1 gezeigten Offenstellung zumindest oder ausschließlich translatorisch bewegbar ist. Die Schließstellung wird auch als erste Stellung bezeichnet, wobei die Offenstellung als zweite Stellung bezeichnet wird.
• Es ist erkennbar, dass das Gehäuse 26 einen ersten Gehäusebereich 42 und einen zweiten Gehäusebereich 44 aufweist, wobei die Gehäusebereiche 42 und 44 von dem das Gehäuse 26 durchströmenden, gasförmigen Kraftstoff durchströmbar sind. Bezogen auf die Bewegungsrichtung und von dem Brennraum 22 aus betrachtet ist der Gehäusebereich 42 jenseits des Ventilsitzes 30 beziehungsweise der Durchströmöffnung 36 angeordnet, wobei der Gehäusebereich 44 diesseits des Ventilsitzes 30 beziehungsweise der Durchströmöffnung 36 angeordnet ist. In der Schließstellung sitzt das Ventilelement 38, insbesondere ein Ventilkörper 46 des Ventilelements 38, auf dem Ventilsitz 30, wodurch mittels des Ventilelements 38, insbesondere mittels des Ventilkörpers 46, die Durchströmöffnung 36 fluidisch versperrt ist, wodurch die Gehäusebereiche 42 und 44 fluidisch voneinander getrennt sind. Dabei ist erkennbar, dass der Gehäusebereich 44 die Ausströmöffnung 28 aufweist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Ausströmöffnung 28 einerseits oder einen Ends in oder an eine Umgebung des Injektors 24 insgesamt und dabei in den Brennraum 22 mündet. Andererseits oder anderen Ends mündet die Ausströmöffnung 28 in das Gehäuse 26 und dabei in den Gehäusebereich 44. Somit ist in der Schließstellung des Ventilelements 38 mittels des Ventilelements 38 die Ausströmöffnung 28 von dem Gehäusebereich 42 fluidisch getrennt, wobei der Gehäusebereich 44 in Strömungsrichtung des das Gehäuse 26 und somit die Gehäusebereiche 42 und 44 durchströmenden, gasförmigen Kraftstoffes stromab des Gehäusebereichs 42 angeordnet ist. Somit kann in der Schließstellung des Ventilelements 38 des gasförmige Kraftstoff nicht von dem Gehäusebereich 42 in den Gehäusebereich 44 und somit nicht durch die Ausströmöffnung 28 hindurchströmen, sodass in der Schließstellung des Ventilelements 38 ein Ausströmen des gasförmigen Kraftstoffes aus dem Gehäuse 26 und insbesondere aus dem Injektor 24 insgesamt unterbleibt. Dadurch unterbleibt in der Schließstellung ein durch den Injektor 24 bewirktes Einbringen, insbesondere Einblasen des gasförmigen Kraftstoffes in den Brennraum 22.
• In der Offenstellung jedoch gibt das Ventilelement 38 die Durchströmöffnung 36 frei, sodass in der Offenstellung des Ventilelements 38 die Gehäusebereiche 42 und 44 über die Durchströmöffnung 36 fluidisch miteinander verbunden sind. Dadurch kann in der Offenstellung des Ventilelements 38 der gasförmige Kraftstoff durch die Gehäusebereiche 42 und 44 und durch die Ausströmöffnung 28 hindurchströmen, sodass in der Offenstellung des Ventilelements 38 des Injektor 24 den gasförmigen Kraftstoff ausbläst oder ausblasen kann. Hierdurch wird der gasförmige Kraftstoff mittels des Injektors 24 direkt in den Brennraum 22 eingeblasen. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist in der Offenstellung des Ventilelements 38 der die Gehäusebereiche 42 und 44 durchströmende, gasförmige Kraftstoff über die Ausströmöffnung 48 aus dem Gehäuse 26 und dabei aus dem Injektor 24 insgesamt abführbar.
• 1 zeigt eine erste Ausführungsform des Injektors 24. Um den gasförmigen Kraftstoff insbesondere in der Offenstellung des Ventilelements 38 besonders strömungsgünstig führen und somit besonders vorteilhaft in den Brennraum 22 einbringen zu können, ist es bei der ersten Ausführungsform vorgesehen, dass das Ventilelement 38 bei dessen Bewegung aus der Schließstellung in die Offenstellung zumindest teilweise in den zweiten Gehäusebereich 44 hinein bewegbar ist. Mit anderen Worten, um das Ventilelement 38 aus der Schließstellung in die Offenstellung zu bewegen, wird das Ventilelement 38 relativ zu dem Gehäuse 26 und somit relativ zu dem Ventilsitz 30 zumindest oder ausschließlich translatorisch in eine parallel zur Bewegungsrichtung verlaufende und in 1 durch einen Pfeil 48 veranschaulichte Öffnungsrichtung bewegt, wobei die Öffnungsrichtung, insbesondere von dem Gehäusebereich 42, hin zu dem Gehäusebereich 44 weist. Somit ist das Ventilelement 38 ein nach außen öffnendes Ventilelement, wobei jedoch das Ventilelement 38, insbesondere dessen insbesondere durch den Ventilkörper 46 gebildeter, brennraumseitiger Endbereich E, in beiden Stellungen innerhalb des Gehäuses 26 und dabei in dem zweiten Gehäusebereich 44 angeordnet ist. Des Weiteren ist es bei der ersten Ausführungsform vorgesehen, dass das Ventilelement 38 einen in beiden Stellungen in dem zweiten Gehäusebereich 44 angeordneten und durch den Ventilkörper 46 gebildeten Ventilkörperbereich 50 aufweist, welcher bei der zweiten Ausführungsform zumindest in einem Teilbereich, insbesondere zumindest überwiegend und somit zumindest zu mehr als zur Hälfte oder aber vollständig, gewölbt ist. Bei der ersten Ausführungsform ist der Ventilkörperbereich 50 konvex gewölbt und dadurch in den zweiten Gehäusebereich 44 hineingewölbt, wobei der Ventilkörperbereich 50 kugelsegmentförmig ausgebildet ist.
• In der Schließstellung des Ventilelements 38 weist der zweite Gehäusebereich 44 ein von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbares Innenvolumen auf, wobei der Ventilkörperbereich 50 in der Schließstellung wenigstens ein Dritte, insbesondere wenigstens die Hälfte, des Innenvolumens des zweiten Gehäusebereichs 44 einnimmt. Dadurch kann ein Schadvolumen besonders gering gehalten werden.
• Injektorkonzepte mit nach innen öffnender oder nach außen öffnender Düsennadel sind bekannt. Bei beiden Injektorkonzepten wird jedoch eine hohe Schließkraft durch ein hydraulisches System aufgebracht, um hierdurch eine Leckage möglichst gering zu halten. Elektrisch angesteuerte beziehungsweise betreibbare Injektoren können diese hohen Schließkräfte nicht realisieren, sodass der Ventilsitz 30 besonders gegen Rauigkeiten und Wärmeverzug geschützt werden sollte. Dies ist möglich, da der Ventilsitz 30 in dem Gehäuse 26 angeordnet ist. Der Gehäusebereich 44 ist zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zu mehr als zur Hälfte und ganz vorzugsweise vollständig, durch einen auch als Blaskappe bezeichneten Blaskappenbereich 52 des Gehäuses 26, insbesondere direkt, begrenzt beziehungsweise gebildet. Beispielsweise ist der Blaskappenbereich 52 durch das Gehäuseelement 34 gebildet beziehungsweise begrenzt, welches einstückig ausgebildet sein kann. Die Blaskappe, mithin der Blaskappenbereich 52, wird zur Strahlformung, mithin dazu genutzt, den zuvor genannten Kraftstoffstrahl (Blasjet) zu formen. Hierzu weist die Blaskappe die genau eine Ausströmöffnung 28 auf, die dem die Ausströmöffnung 28 durchströmenden, gasförmigen Kraftstoff beziehungsweise den durch den gasförmigen Kraftstoff gebildeten Kraftstoffstrahl eine Form aufprägen kann. Es ist denkbar, dass der Injektor 24, insbesondere die Blaskappe, mehrere, beispielsweise als Bohrungen ausgebildete Ausströmöffnungen 28 aufweist. Da der Ventilkörperbereich 50 in beiden Stellungen in dem Gehäusebereich 44 angeordnet ist, ist der Ventilkörperbereich 50 beziehungsweise das Ventilelement 38 gegenüber der Ausströmöffnung 28 und dabei in das Gehäuse 26 hin zurück versetzt. Hierdurch kann eine übermäßige, insbesondere thermische Belastung des Ventilsitzes 30 vermieden werden.
• Vorzugsweise ist der Injektor 24 ein elektrisch angesteuerter und elektrisch betreibbarer Injektor. Dies bedeutet, dass vorzugsweise ein elektrisch betreibbarer Aktor vorgesehen ist, mittels welchem unter Nutzung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom das Ventilelement 38 zumindest aus einer der Stellungen in die andere Stellung bewegbar ist.
• Üblicherweise ergibt sich konstruktionsbedingt ein verhältnismäßiger großer Blaskappenraum, unter welchem das zuvor genannte Innenvolumen des Gehäusebereichs 44 zu verstehen ist. Der Blaskappenraum stellt ein Volumen dar, welcher bis auf die Ausströmöffnung 28 beziehungsweise auf die Ausströmöffnungen von dem eigentlichen Brennraum 22 abgetrennt beziehungsweise abgegrenzt ist. Üblicherweise besteht insbesondere dann, wenn die Ausströmöffnung 28 groß ausgestaltet ist, die Möglichkeit eines so genannten „Durchbrennens“ von Flammen aus dem Brennraum 22 in den Blaskappenraum (Gehäusebereich 44). Darüber hinaus sind aufgrund von exponierten Wände der Blaskappe im Brennraum 22 Erhöhungen einer Temperatur im Blaskappenraum relativ zum Brennraum 22 möglich. Dies bietet die Gefahr von Selbstzündung im Blaskappenraum. Während des Einblasens des gasförmigen Kraftstoffes ergeben sich große Geschwindigkeitsgradienten im Blaskappenraum, die teilweise zu parasitären Wirbelstrukturen führen können.
• Um die zuvor genannten Nachteile und Probleme zu vermeiden, ist bei der ersten Ausführungsform der Ventilkörperbereich 50 als, insbesondere konvex, gewölbte Struktur vorgesehen. Der Ventilkörperbereich 50 fungiert somit als Strahlformungskappe, mittels welcher der gasförmige Kraftstoff besonders vorteilhaft und strömungsgünstig geführt werden kann. In der Offenstellung strömt der gasförmige Kraftstoff durch die Gehäusebereiche 42 und 44, wobei der gasförmige Kraftstoff den Ventilkörperbereich 50 anströmt und umströmt. Durch die entsprechende Ausgestaltung des Ventilkörperbereichs 50 kann hierbei der gasförmige Kraftstoff besonders strömungsgünstig geführt werden. Das Ventilelement 38 ist somit nicht als einfaches Tellerventil mit einem einfachen Ventilteller als Ventilkörper 46 ausgebildet, sondern der Ventilkörper 46 beziehungsweise dessen Ventilkörperbereich 50 ist bei der ersten Ausführungsform kugelsegmentförmig und somit als gewölbte Struktur ausgebildet. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ist der Ventilkörper 46 beziehungsweise der Ventilkörperbereich 50 somit eine strömungsförmig optimierte Strahlformungskappe, welche im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen das freie Volumen im Blaskappenraum deutlich reduziert und zu einer vorteilhaft gerichteten Durchströmung von gasförmigen Kraftstoffes durch den restlichen Blaskappenraum führt. Aufgrund eines gegenüber herkömmlichen Lösungen stark vergrößerten Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen des Ventilkörperbereichs 50 werden auch als Hotspots bezeichnete, heiße Stellen im Blaskappenraum vermieden, wodurch im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen die Gefahr von Selbstzündungen im Blaskappenraum reduziert wird. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ist das Ventilelement 38 unterhalb eines herkömmlicher Weise vorgesehenen Ventiltellers strömungsoptimal in die Blaskappe, mithin in den Gehäusebereich 44 ragend verlängert, um hierdurch den gasförmigen Kraftstoff beziehungsweise dessen Strömung in der Blaskappe zu definieren und gleichzeitig das insbesondere freie Blaskappenvolumen zu reduzieren. Unter dem freien Blaskappenvolumen ist insbesondere das Volumen zu verstehen, in welchem das Ventilelement 38 in der Offenstellung nicht angeordnet ist.
• Die gerichtete Durchströmung des Blaskappenraums ermöglicht auch die Auslegung der Strahlrichtung in den Brennraum 22, insbesondere im Hinblick auf die Strahlrichtungstreue. Bei der Verwendung von mehreren Ausströmöffnungen werden Interaktionen zwischen den Ausströmöffnungen durch Wirbel reduziert oder vermieden, wodurch ein vorteilhaft gleichmäßigeres Strahlbild erzielt wird.
• Um das Gewicht des auch als Einblaseventil bezeichneten Ventilelements 38 hinreichend gering zu halten und somit eine hinreichend hohe Dynamik des Ventilelements 38 sicherstellen zu können, kann vorgesehen sein, dass der Ventilkörperbereich 50 beziehungsweise der Ventilkörper 46 hohl ausgebildet ist. Somit weist bei der ersten Ausführungsform der Ventilkörper 46 in seinem inneren einen Hohlraum 54 auf. Das Ventilelement 38 umfasst den Ventilkörper 46 und einen Schaft 56. Der Schaft 56 und der Ventilkörper 46 können einstückig miteinander ausgebildet sein. Insbesondere dann, wenn der Ventilkörper 46 hohl ausgebildet ist, kann es vorteilhaft sein, wenn der Schaft 56 und der Ventilkörper 46 als separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Komponenten ausgebildet sind. Beispielsweise ist der Ventilkörper 46 und somit der Ventilkörperbereich 50 durch Schweißen, insbesondere durch Laserschweißen mit dem Schaft 56 beziehungsweise mit einem Einblaseventil-Rohteil verbunden.
• 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Injektors 24. Bei der zweiten Ausführungsform ist der Ventilkörperbereich 50 konvex und somit von dem Gehäusebereich 44 weg gewölbt, wobei der Ventilkörperbereich 50 ebenfalls kugelsegmentförmig ausgebildet sein kann.
• 3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Injektors 24. Bei der dritten Ausführungsform ist der Ventilkörperbereich 50 kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet, derart, dass sich der Ventilkörperbereich 50 in eine von dem Ventilsitz 30 weg weisende Richtung und somit in die durch den Pfeil 48 veranschaulichte Öffnungsrichtung, insbesondere kontinuierlich beziehungsweise sukzessive, verjüngt. Dabei verjüngt sich ein Teilbereich T des Ventilkörperbereichs 50 in die Öffnungsrichtung, wobei der sich in die Öffnungsrichtung verjüngende Teilbereich T des Ventilkörperbereichs 50 an einer Wandung 58 des Ventilkörperbereichs 50 endet, dessen Wandung 58 in einer Ebene verläuft, die sich senkrecht zur Bewegungsrichtung erstreckt. Die Wandung 58 ist nach außen beziehungsweise in die Öffnungsrichtung betrachtet eben ausgebildet. Des Weiteren ist es bei allen drei Ausführungsformen vorgesehen, dass der Ventilkörperbereich 50 bezogen auf eine parallel zur Bewegungsrichtung verlaufende oder mit der Bewegungsrichtung zusammenfallende Längsmittelachse L rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Dadurch kann der gasförmige Kraftstoff besonders strömungsgünstig geführt werden.
• 4 zeigt in einer schematischen Schnittansicht den Injektor 24 gemäß einer vierten Ausführungsform. Der Injektor 24 weist dabei mehrere, beispielsweise mindestens oder genau 10 oder eine davon unterschiedliche Anzahl an Ausströmöffnungen 28 auf. Dies bedeutet, dass die folgenden und vorigen Ausführungen sowohl für Blaskappen mit genau einer, auch als Überströmöffnung bezeichneten Ausströmöffnungen 28 gelten und vorteilhaft sind, als auch für Blaskappen mit mehreren Überströmöffnungen. Hier kann eine Optimierung des Totwasserraums im Blaskappenraum erzielt werden.
• Bezugszeichenliste

10

Verbrennungskraftmaschine

12

Zylindergehäuse

14

Zylinder

16

Zylinderwand

17

Gehäuseelement

18

Brennraumdach

20

Kolben

22

Brennraum

24

Injektor

26

Gehäuse

28

Ausströmöffnung

30

Ventilsitz

32

Gehäuseelement

34

Gehäuseelement

36

Durchströmöffnung

38

Ventilelement

40

Doppelpfeil

42

erster Gehäusebereich

44

zweiter Gehäusebereich

46

Ventilkörper

48

Pfeil

50

Ventilkörperbereich

52

Blaskappenbereich

54

Hohlraum

56

Schaft

58

Wandung

E

Endbereich

L

Längsmittelachse

T

Teilbereich

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102017213737 A1 [0002]
• EP 1195203 A2 [0002]

Claims (10)

1. Injektor (24) zum Einbringen von gasförmigem Kraftstoff in einen Brennraum (22) einer Verbrennungskraftmaschine (10), mit einem von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbaren Gehäuse (26), welches wenigstens eine von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbare Ausströmöffnungen (28) aufweist, über welche zum Einbringen des gasförmigen Kraftstoffes in den Brennraum (22) der gasförmige Kraftstoff aus dem Gehäuse (26) abführbar ist, mit einem Ventilsitz (30), und mit einem Ventilelement (38), welches entlang einer Bewegungsrichtung (40) relativ zu dem Gehäuse (26) und relativ zu dem Ventilsitz (30) zumindest translatorisch bewegbar zwischen: - einer Schließstellung als erster Stellung, in welcher das Ventilelement (38) auf dem Ventilsitz (30) sitzt und dadurch einen von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbaren, ersten Gehäusebereich (42) des Gehäuses (26) von einem von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbaren, in Strömungsrichtung des das Gehäuse (26) durchströmenden, gasförmigen Kraftstoffes stromab des ersten Gehäusebereiches (42) angeordneten und den Ausströmöffnungen (28) aufweisenden, zweiten Gehäusebereich (44) des Gehäuses (26) trennt, wodurch ein Ausströmen des gasförmigen Kraftstoffes über die Ausströmöffnungen (28) aus dem Gehäuse (26) unterbleibt; und - wenigstens einer Offenstellung als zweiter Stellung, in welcher das Ventilelement (38) von dem Ventilsitz (30) beabstandet ist, wodurch die Gehäusebereiche (42, 44) fluidisch miteinander verbunden sind und der die Gehäusebereiche (42, 44) durchströmende, gasförmige Kraftstoff über die Ausströmöffnung (28) aus dem Gehäuse (26) abführbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (38) bei dessen Bewegung aus der Schließstellung in die Offenstellung zumindest teilweise in den zweiten Gehäusebereich (44) hineinbewegbar ist und einen in beiden Stellungen in dem zweiten Gehäusebereich (44) angeordneten Ventilkörperbereich (50) aufweist, welcher zumindest in einem Teilbereich (T) des Ventilkörperbereiches (50) gewölbt ist und/oder sich in eine von dem Ventilsitz (30) wegweisende Richtung verjüngt.
2. Injektor (24) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schießstellung des Ventilelements (38) der zweite Gehäusebereich (44) ein von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbares Innenvolumen aufweist, wobei der Ventilkörperbereich (50) in der Schließstellung wenigstens ein Drittel des Innenvolumens des zweiten Gehäusebereiches (44) einnimmt.
3. Injektor (24) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörperbereich (50) bezogen auf eine parallel zur Bewegungsrichtung (40) verlaufende Mittelachse (L) des Ventilkörperbereiches (50) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
4. Injektor (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörperbereich (50) zumindest in dem Teilbereich (T), insbesondere zumindest überwiegend, konvex und dadurch in den zweiten Gehäusebereich (44) hineingewölbt ist.
5. Injektor (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörperbereich (50) zumindest in dem Teilbereich (T), insbesondere zumindest überwiegend, kugelsegmentförmig ausgebildet ist.
6. Injektor (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörperbereich (50) zumindest in dem Teilbereich (T) konkav gewölbt ist.
7. Injektor (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sich verjüngende Teilbereich (T) des Ventilkörperbereiches (50) an einer Wandung (56) des Ventilkörperbereiches (50) endet, dessen Wandung (56) sich in einer senkrecht zur Bewegungsrichtung (40) verlaufenden Ebene erstreckt.
8. Injektor (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörperbereich (50) zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, hohl ist.
9. Injektor (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (30) kreisrund ist.
10. Gasmotor (10), mit wenigstens einem Injektor (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

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