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Die Erfindung betrifft eine Gaseinblasvorrichtung für ein Gaseinblasventil, umfassend ein Sackloch in einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, wobei das Sackloch ausgebildet ist, das Gaseinblasventil aufzunehmen, und wobei das Sackloch durch zumindest eine Öffnung mit einem Brennraum des Verbrennungsmotors verbunden ist, ein Gaseinblassystem und einen Verbrennungsmotor.
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Aus der
DE 10 2017 216 872 A1 ist eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor, mittels dessen ein gasförmiger Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einblasbar ist, bekannt, wobei die Düsenbaugruppe einen Düsenkörper umfasst, der einen Gasraum umschließt und im Bereich einer Düsenkuppe mehrere in mindestens einem Kreis angeordnete Einblasöffnungen zur Verbindung des Gasraums mit dem Brennraum besitzt.
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Die erfindungsgemäße Gaseinblasvorrichtung für ein Gaseinblasventil, wobei das Gaseinblasventil ausgebildet ist, einen gasförmigen Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors einzublasen, umfasst ein Sackloch in einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors, wobei das Sackloch ausgebildet ist, das Gaseinblasventil aufzunehmen, und wobei das Sackloch durch zumindest eine Öffnung mit dem Brennraum verbunden ist.
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Dadurch, dass das Sackloch ausgebildet ist, das Gaseinblasventil aufzunehmen, und das Sackloch durch zumindest eine Öffnung mit dem Brennraum verbunden ist, ermöglicht die Erfindung, das Gaseinblasventil im Zylinderkopf zu positionieren und einen gasförmigen Kraftstoff über die verbindende Öffnung in den Brennraum einzubringen.
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Als Gaseinblasventil wird hier ein Ventil, insbesondere ein Tellerventil, verstanden, das ausgebildet ist, gasförmigen Kraftstoff direkt in einen Brennraum einzubringen.
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Bevorzugt ist der Verbrennungsmotor als Wasserstoffmotor ausgeführt und das Gaseinblasventil ausgebildet, Wasserstoff direkt in einen Brennraum einzubringen.
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Weiterhin bevorzugt ist die das Sackloch mit dem Brennraum verbindende Öffnung mit einer kleineren Querschnittsfläche als das Sackloch ausgeführt. Besonders bevorzugt ist die das Sackloch mit dem Brennraum verbindende Öffnung mit einer kleineren Querschnittsfläche als das Gaseinblasventil ausgeführt.
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Vorzugsweise ist das Sackloch ausgebildet, das Gaseinblasventil so aufzunehmen, dass das Gaseinblasventil nicht in den Brennraum hineinragt.
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Dadurch, dass das Gaseinblasventil nicht in den Brennraum hineinragt, ermöglicht die Erfindung, ein Überhitzen des Gaseinblasventils zu verhindern und so eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens einer Glühzündung zu reduzieren.
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Vorzugsweise umfasst der Zylinderkopf das Sackloch und die zumindest eine Öffnung.
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Dadurch, dass der Zylinderkopf das Sackloch und die zumindest eine Öffnung umfasst, ermöglicht die Erfindung, dass eine Anzahl an Komponenten reduziert und eine Montage vereinfacht werden kann.
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Vorzugsweise umfasst die Gaseinblasvorrichtung eine in eine Durchgangsöffnung des Zylinderkopfs eingesetzte Hülse, wobei die Hülse ausgebildet ist, das Sackloch und die zumindest eine Öffnung zu bilden und das Gaseinblasventil aufzunehmen.
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Dadurch, dass die Hülse ausgebildet ist, das Sackloch und die zumindest eine Öffnung zu bilden und das Gaseinblasventil aufzunehmen, ermöglicht die Erfindung, für die Hülse ein vom Zylinderkopfmaterial unterschiedliches Material zu verwenden, das vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich Wärmeleitung und/oder Bearbeitung aufweist. So kann beispielsweise ein Überhitzen des Gaseinblasventil verhindert und/oder eine Gestaltung der Öffnung verbessert werden.
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Vorzugsweise ist die Öffnung als Loch oder als eine Vielzahl an Löchern ausgebildet.
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Dadurch, dass die Öffnung als Loch oder als eine Vielzahl an Löchern ausgebildet ist, ermöglicht die Erfindung, dass die Öffnung als Düse für das Gaseinblasventil funktioniert und so eine Strahlführung des Kraftstoffs im Brennraum vorteilhaft beeinflussen kann.
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Vorzugsweise weist das Loch oder die Vielzahl an Löchern eine asymmetrische Eigenschaft auf.
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Dadurch, dass das Loch oder die Vielzahl an Löchern eine asymmetrische Eigenschaft aufweisen, ermöglicht die Erfindung, eine Strahlführung anzupassen. Dadurch kann eine Gemischbildung von Kraftstoff und Oxidator beeinflusst werden, was insbesondere bei einer nichtzentralen Positionierung des Gaseinblasventils vorteilhaft ist.
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Als asymmetrische Eigenschaft werden beispielsweise eine von einer Kreisform abweichende Gestaltung des Lochs und/oder eine gegenüber einer Ebene eines Brennraumdachs winklige Orientierung des Lochs verstanden. Bei einer Vielzahl an Löchern werden als asymmetrische Eigenschaften beispielsweise eine ungleichmäßige Verteilung der Löcher, eine ungerade Anzahl an Löchern, unterschiedliche Gestaltungen der einzelnen Löcher und/oder unterschiedliche Orientierungen der einzelnen Löcher gegenüber dem Brennraumdach verstanden.
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Vorzugsweise ist ein Durchmesser der Öffnung klein genug ausgelegt, um einen ausreichenden Wärmetransport zu ermöglichen.
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Dadurch, dass der Durchmesser der Öffnung klein genug ausgelegt ist, um einen ausreichenden Wärmetransport zu ermöglichen, ermöglicht die Erfindung, dass ein Überhitzen des Gaseinblasventils, der Hülse und/oder des Zylinderkopfs im Bereich des Sacklochs vermieden oder zumindest reduziert werden kann. Dadurch kann auch das Auftreten einer Glühzündung verhindert oder die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens einer Glühzündung zumindest reduziert werden.
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Als klein genug wird hier verstanden, dass die Öffnung so dimensioniert wird, dass ausreichend wärmeleitendes Material der Hülse und/oder des Zylinderkopfs im Bereich des Sacklochs verbleibt, um bei der Verbrennung im Brennraum entstehende Wärme abzuleiten. Wenn zu große und/oder zu viele Öffnungen gewählt werden, besteht ein erhöhtes Risiko einer Materialermüdung oder Verkokung in Bereichen mit sehr dünner oder sehr schmaler Materialdicke.
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Bevorzugt ist der Durchmesser der Öffnung so ausgelegt, dass das Einbringen des gasförmigen Kraftstoffs nicht so eingeschränkt wird, dass eine für hohe Lasten des Verbrennungsmotors erforderliche Kraftstoffmenge nicht durch das Gaseinblasventil eingebracht werden kann. Die Öffnung ist daher so ausgelegt, dass sie klein genug ist, um einen ausreichenden Wärmetransport zu ermöglichen, und groß genug, um eine ausreichende Kraftstoffmenge durch das Gaseinblasventil einbringen zu können.
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Vorzugsweise umfasst das Sackloch zumindest bereichsweise eine Kühlung.
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Dadurch, dass das Sackloch zumindest bereichsweise eine Kühlung umfasst, ermöglicht die Erfindung eine Temperierung des Sacklochs, so dass ein Überhitzen des Gaseinblasventils vermieden oder eine Wahrscheinlichkeit eines Überhitzens des Gaseinblasventils zumindest reduziert werden kann. Durch die durch die Kühlung geförderte Wärmeabfuhr aus dem Bereich des Sacklochs kann zusätzlich eine verbesserte Kühlung des Bereichs um die Öffnung erreicht werden.
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Das erfindungsgemäße Gaseinblassystem umfasst eine erfindungsgemäße Gaseinblasvorrichtung und ein Gaseinblasventil.
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Dadurch, dass das erfindungsgemäße Gaseinblassystem eine erfindungsgemäße Gaseinblasvorrichtung und ein Gaseinblasventil umfasst, ermöglicht die Erfindung, dass die Gaseinblasvorrichtung das Gaseinblasventil aufnimmt und das Gaseinblasventil so einen gasförmigen Kraftstoff vorteilhaft in einen Brennraum einbringen kann.
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Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor zum Betreiben mit einem gasförmigen Kraftstoff umfasst eine erfindungsgemäße Gaseinblasvorrichtung.
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Dadurch, dass der Verbrennungsmotor eine erfindungsgemäße Gaseinblasvorrichtung umfasst, ermöglicht die Erfindung ein vorteilhaftes Einbringen von gasförmigem Brennstoff in einen Brennraum des Verbrennungsmotors.
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Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer Gaseinblasvorrichtung mit einem Sackloch in einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors zum Aufnehmen eines Gaseinblasventils und
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Gaseinblasvorrichtung mit einer in eine Durchgangsöffnung eines Zylinderkopfs eingesetzten Hülse zum Aufnehmen eines Gaseinblasventils.
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1 zeigt eine Gaseinblasvorrichtung 1 für ein nicht dargestelltes Gaseinblasventil. Ein ebenfalls nicht dargestellter Verbrennungsmotor zum Betreiben mit Wasserstoff als gasförmigen Kraftstoff umfasst die Gaseinblasvorrichtung 1, einen Zylinderkopf 5 und einen Brennraum 3. Das Gaseinblasventil ist ausgebildet, den Wasserstoff in den Brennraum 3 einzublasen.
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Die Gaseinblasvorrichtung 1 umfasst ein Sackloch 4 in einem Zylinderkopf 5 des Verbrennungsmotors, wobei das Sackloch 4 ausgebildet ist, das Gaseinblasventil aufzunehmen. Zum Aufnehmen des Gaseinblasventils 2 umfasst das Sackloch 4 zwei Bereich mit unterschiedlicher Querschnittsfläche. Das Sackloch 4 ist durch mehrere Öffnungen 6, von denen in 1 drei gezeigt sind, mit dem Brennraum 3 verbunden.
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Das Sackloch 4 ist dabei ausgebildet, das Gaseinblasventil 2 so aufzunehmen, dass das Gaseinblasventil 2 nicht in den Brennraum 3 hineinragt. Der Zylinderkopf 5 umfasst hier das Sackloch 4 und die Öffnungen 6, indem das Sackloch 4 und die Öffnungen 6 durch Bohren in den Zylinderkopf 5 eingearbeitet sind. In alternativen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen sind das Sackloch 4 und/oder die Öffnungen 6 durch andere mechanische Bearbeitungsmethoden und/oder durch additive Fertigungsverfahren direkt im Zylinderkopf 5 vorgesehen.
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Die Öffnungen 6 sind hier als Durchgangslöcher ausgebildet und dienen als Düse für das Gaseinblasventil, indem sie den eingeblasenen Wasserstoff in den Brennraum 3 führen und so die Gemischbildung zwischen dem Wasserstoff und einem Oxidator wie Luft und/oder rückgeführtes Abgas beeinflussen.
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Die Durchgangslöcher 6 weisen hier asymmetrische Eigenschaften auf, indem die Durchmesser der Durchgangslöcher 6 unterschiedlich groß sind und die Längsachsen der Durchgangslöcher 6 bezogen auf ein Brennraumdach 10 eine unterschiedliche Orientierung aufweisen. Durch die asymmetrische Anordnung und Gestaltung der Durchgangslöcher 6 wird ein Strahlbild des eingebrachten Wasserstoffs an eine Positionierung des Einblasventils angepasst, so dass eine für eine Verbrennung vorteilhafte Gemischbildung erreicht werden kann.
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Hier ist die Achse 16 des Sacklochs 4 und damit auch die Achse des Gaseinblasventils gegenüber dem Brennraumdach 10 geneigt und das Sackloch 4 ist nicht mittig im Brennraum 3 positioniert. Durch die asymmetrisch ausgeführten Durchgangslöcher 6 kann das Strahlbild an die Positionierung und Orientierung des Gaseinblasventils angepasst werden.
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Die Durchmesser der Durchgangslöcher 6 sind hier klein genug ausgelegt, um einen ausreichenden Wärmetransport zu ermöglichen. Dadurch ist der Materialrückstand 11 zwischen den Durchgangslöchern 6 ausreichend groß, um eine aufgrund der Verbrennung im Brennraum 3 in den Materialrückstand 11 eingebrachte Wärmemenge abführen zu können. Wenn nicht ausreichend Materialrückstand 11 vorgesehen wird, kann eine zu hohe thermische Belastung des Bereichs des Zylinderkopfs 5 mit den Durchgangslöchern 6 und dem Materialrückstand 11 auftreten. Dies kann als mögliche Folgen eine Materialermüdung und/oder eine Verkokung begünstigen, wodurch ein Strahlbild und somit auch eine Gemischbildung und Verbrennung nachteilig beeinflusst werden.
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2 zeigt eine Gaseinblasvorrichtung 1 für ein Gaseinblasventil 2. Ein nicht dargestellter Verbrennungsmotor zum Betreiben mit Wasserstoff als gasförmigen Kraftstoff umfasst die Gaseinblasvorrichtung 1, einen Zylinderkopf 5 und einen Brennraum 3. Das Gaseinblasventil ist ausgebildet, den Wasserstoff in den Brennraum 3 einzublasen.
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Die Gaseinblasvorrichtung 1 umfasst ein Sackloch 4 in einem Zylinderkopf 5 des Verbrennungsmotors, wobei das Sackloch 4 ausgebildet ist, das Gaseinblasventil 2 aufzunehmen, und wobei das Sackloch 4 durch eine Öffnung 6 mit dem Brennraum 3 verbunden ist. Die Gaseinblasvorrichtung 1 umfasst weiterhin eine in eine Durchgangsöffnung 7 des Zylinderkopfs 5 eingesetzte Hülse 8, wobei die Hülse 8 ausgebildet ist, das Sackloch 4 und die Öffnung 6 zu bilden und das Gaseinblasventil 2 aufzunehmen.
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Die Hülse 8 ist hier mit einer Mutter 12 befestigt. Das Sackloch 4 umfasst bereichsweise eine Kühlung 9, indem in der Hülse entsprechende Aussparungen 9 vorgesehen sind, die durch die Durchgangsöffnung 7 begrenzt sind und mit einem Reservoir 15 verbunden sind, das ein Kühlmedium bereitstellt. Zum Abdichten umfasst die Gaseinblasvorrichtung 1 Dichtungen 13 zwischen dem Durchgangsloch 7 und der Hülse 8.
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Die Längsachse 16 des Gaseinblasventils 2 weist gegenüber einer Senkrechten 14 des Brennraumdachs 2 eine Neigung auf, weshalb die Öffnung 6 gegenüber der Längsachse 16 des Gaseinblasventils 2 eine Asymmetrie aufweist, so dass ein Strahl an Wasserstoff zu einer Mitte des Brennraums 3 geführt wird, um eine gewünschte Gemischbildung zu ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017216872 A1 [0002]
