DE102021128957A1

DE102021128957A1 - Injektor zum Einblasen von Gas

Info

Publication number: DE102021128957A1
Application number: DE102021128957.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Seidl
Original assignee: Liebherr Components Deggendorf GmbH
Current assignee: Liebherr Components Deggendorf GmbH
Priority date: 2021-11-08
Filing date: 2021-11-08
Publication date: 2023-05-11
Also published as: WO2023079064A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zum Einblasen von Gas, vorzugsweise zum direkten Einblasen von Wasserstoff, umfassend eine Kraftstoffzuleitung zum Einführen eines unter hohen Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffs, ein aktiv schaltbares Aktivventilvorzugsweise ein Aktiv-Magnetventil, das dazu ausgelegt ist, einen verschließenden oder einen freigebenden Zustand einzunehmen, um wahlweise eine Strömungsverbindung von der Kraftstoffzuleitung zu einem Bereich stromabwärts des Aktivventils zu ermöglichen oder zu unterbrechen, und ein Passivventil, das stromabwärts des Aktivventils angeordnet ist und durch stromauf und stromab anliegende unterschiedliche Druckverhältnisse in einen verschließenden oder freigebenden Zustand passiv schaltbar ist und/oder durch Kontakt mit einem bewegbaren Teil des Aktivventils in einen verschließenden oder freigebenden Zustand bringbar ist. Der Injektor ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem geschlossenen Zustand des Aktivventils mindestens eine Dichtfläche des Aktivventils durch ein elastisches Dichtelemen, vorzugsweise ein Elastomer, abgedichtet ist, bevorzugterweise mittels einer Metall-Elastomer-Dichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zum Einblasen eines Gases wie Wasserstoff, vorzugsweise zum direkten Einblasen von Wasserstoff.
Im Zuge von weltweit immer strenger werdenden Abgasgrenzwerten und ambitionierten Klimaschutzzielen steigen die umwelttechnischen Anforderungen an Verbrennungskraftmaschinen stetig an. Das Ziel sind in absehbarer Zukunft emissionsarme oder gar emissionsfreie Antriebstechnologien, die auch strengste Abgasgrenzwerte erfüllen und einen signifikanten Beitrag zum Erreichen der Klimaschutzziele liefern. Bei Technologien, die mit einer Verbrennung arbeiten sind diese Ziele nur bei einer Verwendung von klimaneutralen, regenerativ produzierten Kraftstoffen erreichbar, die entlang der gesamten Wertschöpfungskette keinerlei Emissionen verursachen (sogenannte „zero emissions“-Kraftstoffe).
Mit derzeitigen konventionellen Benzin-, Diesel- und Gasmotoren sind die Anforderungen an eine emissionsfreie Verbrennung - selbst unter Verwendung sogenannter E-Fuels, bspw. eines synthetisch erzeugten OME-Kraftstoffs, zu dessen Herstellung lediglich regenerative Energie benötigt wird - nicht erreichbar, da sich der Ausstoß an schädlichen Abgasen wie Stickstoffoxiden (NOx), unverbrannten Kohlenwasserstoffen (UHC) und Ruß mit heutigen Technologien nicht vollständig reduzieren lässt.
Prinzipiell erfüllen batteriebetriebene Antriebe die Zero-Emissions-Richtlinie während des Betriebs und sind v. a. im Pkw-Bereich auf dem Vormarsch. Wird hingegen die gesamte Wertschöpfungskette betrachtet, so ist jedoch die Produktion der (Lithium-)Akkus energetisch sehr kostspielig und unter umwelttechnischen Gesichtspunkten problematisch, da insbesondere starke Umweltschäden beim Rohstoffabbau auftreten und der Abbau der für die Batterien erforderlichen Rohstoffe nicht nachhaltig durchführbar ist. Zudem ist mit dem heute erzielbaren Leistungsgewicht der Batterien ein Einsatz in Maschinen mit hohem (Spitzen-) Leistungsbedarf nicht möglich.
Brennstoffzellenbetriebene Antriebe mit Versorgung aus regenerativ erzeugtem Wasserstoff erfüllen die vorgegebenen Klimaschutzziele und sind schon heute in sehr begrenztem Maße im Einsatz. Allerdings weist auch dieses Konzept einige Nachteile auf, bspw. eine im Vergleich zu heutigen Dieselantrieben geringe Spitzenleistung und eine geringe Wirtschaftlichkeit.
In den Fokus sind daher Wasserstoff-Verbrennungsmotoren gerückt, die eine vielversprechende Antriebsalternative darstellen. Diese existieren aber bis dato fast ausschließlich in sehr geringer Stückzahl oder als Demonstratoren mit geringem Reifegrad. Ein durch regenerative Energien erzeugter Wasserstoff würde alle Erfordernisse von „zero emission" erfüllen, da dieser emissionsfrei verbrennbar ist.
So finden sich im Pkw-Bereich bspw. Wasserstoff-Motoren mit äußerer Gemischbildung (PFI = port fuel injection), bei denen der Kraftstoff schon vor Eintritt in den Brennraum mit Luft in ausreichender Zeit gut durchmischt wird. Wasserstoff-Motoren mit direkter Einblasung des Kraftstoffs in den Brennraum (innere Gemischbildung, DI = direct injection) spielen heutzutage praktisch keine Rolle, weisen jedoch gegenüber dem PFI-Konzept u.a. eine höhere Effizienz, stabilere Verbrennung sowie eine Eliminierung der Gefahr einer Rückzündung in den Ansaugtrakt auf.
Bei direkt einspritzenden Wasserstoffmotoren wird typischerweise noch hinsichtlich des maximalen Einspritzdrucks im Injektor (< 60 bar: Niederdruck, > 60 bar: Hochdruck) unterschieden, wobei die Grenzen nicht eindeutig festgelegt und die Übergänge fließend sind. Höhere Drücke bieten das Potential einer verkürzten Einblasdauer in einer späteren Phase der Kompression bei höheren Brennraumdrücken, was eine erhöhte Effizienz und verbesserte Verbrennungsstabilität zur Folge hat. Allerdings sinkt die Gesamteffizienz, falls zuvor eine Komprimierung des Wasserstoffs nötig ist.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung einen Injektor zum Einblasen von Gas wie Wasserstoff vorzusehen, der in seiner Struktur einfach und fehlerrobust aufgebaut ist. Darüber hinaus soll der erfindungsgemäße Injektor auch dazu in der Lage sein, ein Gas, bspw. Wasserstoff, direkt in einen mit dem Injektor zusammenwirkenden Brennraum einzublasen. Dabei ist es, ähnlich wie bei Kraftstoffinjektoren für Diesel und Benzin, notwendig, dass Gas in einer bestimmten Menge und einer bestimmten Konzentration getaktet in einen Brennraum eingeblasen wird.
Wird der Wasserstoff zu 100 % aus regenerativen Energien gewonnen, kann mit Wasserstoff-Verbrennungsmotoren ein nahezu klimaneutraler Betrieb realisiert werden. Darüber hinaus bieten sich zahlreiche weitere Vorteile:

• Verwendung bekannter Technologien mit hohem Reifegrad und bestehender Produktionsanlagen
• unbegrenzte Verfügbarkeit des Wasserstoffs durch Elektrolyse von Wasser
• Nutzung des bestehenden Tankstellensystems möglich (nach entsprechender Umrüstung) mit schnellen Tankzeiten
• (fast) emissionsfreie Umwandlung des Wasserstoffs in der Verbrennung möglich, da CO2-neutral, nur minimale CO, UHC-, Partikel- und Ruß-Emissionen (lediglich verursacht durch Schmierstoffe im Zulaufsystem, unterhalb der Messgrenze) und nur minimale NOx-Emissionen durch geeignetes Verbrennungsverfahren (ggf. mit Abgasrückführung, SCR-Katalysator)
• deutlich geringere Anforderung an Reinheit des Wasserstoffs im Vergleich zu Brennstoffzellen-Antrieben
• kein Bedarf an Platin zur Herstellung wie bei Brennstoffzellen

Neben diesen zahlreichen Vorteilen gegenüber anderen Antriebskonzepten existieren jedoch auch einige Herausforderungen, die es bei der Entwicklung von Wasserstoff-Verbrennungsmaschinen zu bewältigen gibt:

• geringes Molekulargewicht von Wasserstoff, dadurch eine geringe Dichte einhergehend mit einer geringen volumetrischen Energiedichte (bei hoher massenspezifischer Energiedichte); siehe Tabelle 1
• Bereitstellung eines demzufolge hohen Volumenstroms bei der Einblasung von Wasserstoff
• entsprechende Bereitstellung von großen Strömungsquerschnitten im Injektor und damit benötigter deutlich größerer Hübe des Aktuators als bei konventionellen Antriebsarten
• Dichtheit des Gesamtsystems / Verhinderung von externen Leckagen, v. a. im Hinblick auf Sicherheitsaspekte (Brand- und Explosionsgefahr aufgrund aus dem System austretenden Wasserstoff)
• erhöhte Verschleißgefahr an Führungen bewegter Bauteile aufgrund der praktisch nicht vorhandenen Schmierwirkung von Wasserstoff
• deutlich stärkere Neigung bewegter Bauteile zum Prellen an mechanischen Anschlägen in Gasinjektoren im Vergleich zu Injektoren mit Flüssigkraftstoffen durch geringe Dämpfwirkung bei der Gaskompression
• Materialbeständigkeit gegenüber Wasserstoff nötig im Hinblick auf die Gefahr einer Wasserstoffversprödung in mechanisch beanspruchten / druckbeaufschlagten Bauteilen (reduzierte Festigkeit) oder durch chemische Reaktion des Wasserstoffs mit in der Kupferspule des Aktuators vorhandenem Sauerstoff (Wasserstoffkrankheit des Kupfers)
• Gemischaufbereitung im Brennraum / Beeinflussung des Einblasstrahls / Zündverhalten bei Kleinstmengeneinblasung

	Diesel	Wasserstoff (bei 25 °C)
Heizwert in MJ/kg	43.0	120.0
Heizwert in MJ/m³	35'819	9.8 bei 1 bar 287.7 bei 30 bar 2464.4 bei 300 bar

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die vorstehend aufgeführten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden oder abzumildern. Dies gelingt mit einem Injektor zum Einblasen von Gas, der sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Injektors sind dabei in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Injektor zum Einblasen von Gas, vorzugsweise zum direkten Einblasen von Wasserstoff, eine Kraftstoffzuleitung zum Einführen eines unter hohen Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffs, ein aktiv schaltbares Aktivventil, vorzugsweise ein Aktiv-Magnetventil, das dazu ausgelegt ist, einen verschließenden oder einen freigebenden Zustand einzunehmen, um wahlweise eine Strömungsverbindung von der Kraftstoffzuleitung zu einem Bereich stromabwärts des Aktivventils zu ermöglichen oder zu unterbrechen, und ein Passivventil umfasst, das stromabwärts des Aktivventils angeordnet ist und durch stromauf und stromab anliegende unterschiedliche Druckverhältnisse in einen verschließenden oder freigebenden Zustand passiv schaltbar ist und/oder durch Kontakt mit einem bewegbaren Teil des Aktivventils in einen verschließenden oder freigebenden Zustand bringbar ist. Der erfindungsgemäße Injektor ist vorzugsweise dadurch fortgebildet, dass in einem geschlossenen Zustand des Aktivventils mindestens eine Dichtfläche des Aktivventils durch ein elastisches Dichtelement, vorzugsweise ein Elastomer, abgedichtet ist, bevorzugterweise mittels einer Metall-Elastomer-Dichtung.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Injektoren ist eine möglichst 100%-ige Dichtheit des Injektors gegen den Austritt von Wasserstoff (in den Brennraum) mit einer typischerweise verwendeten reinen Metall-Metall-Dichtung nicht zu gewährleisten. Die vorliegende Erfindung hingegen verwendet mindestens eine Dichtverbindung mit einem weichelastischen Part (z.B. Metall-Elastomer-Dichtung), welcher sich durch seine Verformbarkeit der Oberfläche des Gegenparts angleichen kann, und stellt so eine sichere und zuverlässige Möglichkeit der (fast) 100%-igen Abdichtung dar (lediglich eine minimale, praktisch nicht relevante Leckage lässt sich nicht verhindern).
Die Verwendung eines elastischen Dichtelements war bis dato jedoch nicht in einem Injektor möglich, da elastische Dichtelemente, insbesondere Elastomerverbindungen, nur bis zu Temperaturen von ca. 200 °C dauerhaft belastbar sind und deshalb aufgrund der deutlich höheren Temperaturbelastung ausgehend vom Brennraum Schaden nehmen und die Dichtfunktion nicht mehr erfüllen können. Um die Dichtstelle des Aktivventils mit dem Elastomer vor zu hoher Temperaturbeanspruchung zu schützen, ist nach der Erfindung vorgesehen, ein stromab gelegenes Passivventil im Injektor zu verwenden, welches die heißen Abgase/Gase vom Aktivventil fernhält.
Die gleichzeitige Verwendung des Passivventils zusammen mit einem elastischen Dichtelement in dem Aktivventil erzeugt einen synergetischen Effekt, der den Injektor signifikant verbessert. Schließlich ist es mit dem erfindungsgemäßen Injektor möglich, eine vormals nicht verwendbare elastische Dichtung, insbesondere ein Elastomer, zum Abdichten eines Ventils in dem Injektor zu nutzen, das eine hervorragende Standfestigkeit aufweist, womit der Injektor in Bezug auf die Dichtheit eines gasförmigen Kraftstoffs deutlich verbessert ist.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Dichtfläche des Passivventils durch ein starres Dichtelement, vorzugsweise ein Metall, abgedichtet ist, bevorzugterweise in einer Metall-Metall-Dichtung. Das Passivventil ist stromabwärts zu dem Aktivventil angeordnet und liegt damit dem Brennraum näher. Daraus ergibt sich, dass es widrigeren Bedingungen standhalten muss und unter anderem den heißen Abgasen, die bei einer Verbrennung im Brennraum entstehen, ausgesetzt ist. Aus diesem Grund ist es von Vorteil, wenn das Passivventil eine Dichtung durch ein nichtelastisches Dichtelement erzeugt, beispielsweise also durch ein aus Metall bestehendes Dichtelement, das Teil einer Metall-Metall-Dichtung sein kann. Ein starres Dichtelement, beispielsweise umgesetzt durch ein Metall, ist gegenüber den widrigen Bedingungen widerstandsfähiger.
Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Aktivventil einen in Längsrichtung des Injektors bewegbaren Anker umfasst, der in Abhängigkeit einer magnetisierbaren Spule aus seiner Ruhestellung herausbewegbar ist, um so eine Ventilnadel aus ihrer geschlossenen Position zu drängen, wobei vorzugsweise der Injektor ferner eine Ventilfeder zum Drängen der Ventilnadel in ihre geschlossene Position umfasst.
In einer Ruheposition ist der Anker so angeordnet, dass die Ventilnadel des Aktivventils einen Durchgang des Ventils verschließt. Wird hingegen der Anker aus seine Ruheposition bewegt, führt dies zu einem Abheben der Ventilnadel aus seiner verschließenden Position, so dass das Aktivventil geöffnet ist. Zum Bewegen des Ankers wird typischerweise auf eine magnetisierbare Spule zurückgegriffen, die in einem von Strom durchflossenen Zustand ein Magnetfeld erzeugt, das den Anker aus seiner Ruheposition bewegt. Die Bewegung des Ankers führt dann zu einem Abheben der Ventilnadel aus ihrer geschlossenen Position, so dass es zu einer Strömungsverbindung von Bereichen stromauf und stromab des Aktivventils kommt. Um nach einem Deaktivieren des Aktuators, der beispielsweise in Form der Spule umgesetzt sein kann, das Aktivventil wieder in seine geschlossene Position zu überführen, kann eine Ventilfeder vorgesehen sein, um die Ventilnadel in ihre geschlossene Position zu drängen. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die von der Ventilfeder ausgehende Rückstellkraft dazu genutzt wird, den Anker in seine Ausgangsposition zu bewegen.
Nach einer weiteren optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Injektor ferner ein starr im Injektor angeordnetes Ventilnadelgegenstück umfasst, das zum wahlweisen Auflegen einer Ventilnadel dient, um mindestens eine im Ventilnadelgegenstück vorhandene Öffnung zu verschließen, wobei vorzugsweise in einem aufgesetzten Zustand der Ventilnadel im Zwischenraum von Ventilnadelgegenstück und Ventilnadel mindestens ein elastisches Dichtelement angeordnet ist, das die mindestens eine Öffnung abdichtet.
Es kann demnach also vorgesehen sein, dass die Ventilnadel im Zusammenspiel mit einem Ventilnadelgegenstück eine Passage zum Strömen von gasförmigem Kraftstoff wahlweise verschließt oder öffnet. Dabei kann vorgesehen sein, dass sowohl die Ventilnadel wie auch das Ventilnadelgegenstück sich in Strömungsrichtung erstreckende Durchbrüche oder Öffnungen aufweist, wobei eine Strömungsverbindung von Öffnungen der Ventilnadel zu Öffnungen des Ventilnadelgegenstücks bei einem Aufsetzen von Ventilnadel auf dem Ventilnadelgegenstück unterbrochen ist. Diese Abdichtung wird durch das Vorsehen von mindestens einem elastischen Dichtelement zwischen den Kontaktflächen der Ventilnadel und dem Ventilnadelgegenstück verbessert, so dass dies zu einer verbesserten Dichtheit des Aktivventils führt.
Ferner kann dabei vorgesehen sein, dass das Ventilnadelgegenstück stromaufwärts zur bewegbaren Ventilnadel angeordnet ist, wobei vorzugsweise ein Bestandteil des Ankerelements des Aktivventils, insbesondere ein stabartiger Ankerteil, sich durch eine Öffnung des Ventilnadelgegenstücks hindurcherstreckt, um die an der stromabwärtigen Seite des Ventilnadelgegenstücks angeordnete Ventilnadel zu kontaktieren und insbesondere in eine freigebende Position zu drängen.
Typischerweise ist die Anordnung der Ventilnadel und des Ventilnadelgegenstücks genau andersherum, erfordert aber dabei einen größeren Bauraum des Injektors.
Mit der vorliegenden Anordnung, bei der die bewegbare Ventilnadel stromabwärts gegenüber dem Ventilnadelgegenstück angeordnet ist, also näher an dem Brennraum angeordnet ist als das Ventilnadelgegenstück, lässt sich eine kompaktere Bauform erreichen. Um dabei eine Bewegung des Ankers auf die Ventilnadel zu übertragen, kann vorgesehen sein, dass der Anker mindestens ein stabartiges Element aufweist, das durch eine Öffnung des im Injektor fest angeordneten Ventilnadelgegenstücks hindurchstößt, umso die Ventilnadel entgegen der von der Ventilfeder eingeprägten Schließkraft in eine offene Stellung zu drängen.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung mit einer zum Ventilnadelgegenstück stromabwärtig angeordneten Ventilnadel ist die geringere Aktuatorkraft, die durch den Anker zum Öffnen der Ventilnadel aus seiner geschlossenen Position aufgebracht werden muss. So wirkt der unter hohem Druck stehende gasförmige Kraftstoff, der von der Kraftstoffzuleitung in den Injektor eingeführt wird, in Öffnungsrichtung der Ventilnadel, so dass insgesamt eine geringere Kraft zum Öffnen der Ventilnadel ausreicht.
Nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Ventilfeder zum Drängen der Ventilnadel in ihre geschlossene Position an der zum Ventilnadelgegenstück abgewandten Seite der Ventilnadel angeordnet ist und vorzugsweise stromabwärts zur Ventilnadel angeordnet ist.
Das Konzept einer nach außen öffnenden Ventilnadel, also zum Brennraum hin, ermöglicht also auch das Anordnen der Ventilfeder in einem Bereich stromabwärts zur Ventilnadel.
Nach einer weiteren vorteilhaften Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass stromabwärts zur Ventilnadel das Passivventil angeordnet ist, das über ein Passivventil-Federelement in Richtung der Ventilnadel in seine verschließende Position gedrängt ist. Ein Einsatz des Passivventils ist dabei so ausgebildet, dass ein hoher vom Brennraum herrührender Druck den Einsatz des Passivventils in seine schließende Position drückt. Ferner dazu ist eine Passivventil-Ventilfeder vorgesehen, die den Einsatz ebenfalls in seine schließende Position drängt. Zum Öffnen des Passivventils bzw. zum Ausheben des Einsatzes des Passivventils aus seiner schließenden Position kann es ausreichend sein, wenn der unter hohem Druck stehende über die Kraftstoffzuleitung eingeführte gasförmige Kraftstoff über das geöffnete Aktivventil an dem Einsatz des Passivventils wirkt. Dabei können solche Druckverhältnisse auftreten, dass der Einsatz des Passivventils bei gleichzeitiger Stauchung der Passivventil-Feder aus seiner geschlossenen Position gedrängt wird, so dass es zu einem Ausströmen von gasförmigem Kraftstoff aus dem Injektor kommt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei einem Betätigen des Aktivventils, das zu einem Bewegen der Ventilnadel in die Offenstellung führt, die Öffnungsbewegung der Ventilnadel eine mechanische Krafteinwirkung auf das Passivventil zum Überführen in die Offenstellung ausübt, vorzugsweise mittels einem an der Ventilnadel, einem an einem Passivventil-Einsatz oder einem zwischen Ventilnadel (9) und Passivventil-Einsatz (15) angeordneten stabartigen Element.
Neben einem „passiven“ Öffnen des Passivventils, dass allein mittels anliegender Druckunterschiede an dem Passivventil erfolgt, kann auch die Bewegung der Ventilnadel des Aktivventils für eine mechanische in Öffnungsrichtung wirkende Krafteinwirkung auf das Passivventil genutzt werden. Im Ergebnis wird dann das Passivventil bzw. dessen Einsatz nicht ausschließlich aufgrund eines anliegenden Druckunterschieds geöffnet, sondern aufgrund einer Kombination des anliegenden Druckunterschiedes zusammen mit einer mechanischen Krafteinwirkung auf den Einsatz des Passivventils. Dabei kann beispielsweise die Bewegung der Ventilnadel ausgenutzt werden, um den in gleicher Richtung in die Öffnungsposition zu drängenden Einsatz des Passivventils aus seiner Schließposition zu heben. Für die mechanische Kraftweitergabe kann dabei ein stabartiges Element vorgesehen sein, das die Bewegung der Ventilnadel auf den Einsatz des Passivventils weitergibt. Dieses stabartige Element kann dabei fest mit dem Einsatz des Passivventils, fest mit der Ventilnadel oder zwischen der Ventilnadel und dem Einsatz des Passivventils frei bewegbar angeordnet sein.
Bei einem rein passiven Betrieb des Passivventils, welches anfangs geschlossen ist, sorgt der initiale Druckaufbau stromaufwärts des Passivventils (im Ventilraum) für eine sehr starke Beschleunigung des Passivventil-Einsatzes. Dies kann zu Verschleiß und Bauteilbeschädigungen aufgrund der hohen mechanischen Belastung führen. Durch eine kombinierte aktive-passive Ansteuerung, bei der sowohl ein Druckunterschied wie auch eine mechanische Krafteinwirkung auf den Passivventil-Einsatz wirken, öffnet sich das Passivventil bereits, bevor ein das Passivventil öffnender Überdruck im Ventilraum entsteht. Dadurch kann die Beschleunigung des Passivventil-Einsatzes und damit die mechanische Belastung deutlich reduziert werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass in einer geschlossenen Position von dem Aktivventil wie auch dem Passivventil ein Spalt zwischen der zum Passivventil gewandten Seite der Ventilnadel und der zur Ventilnadel gewandten Seite des Passivventils ausgebildet ist, wobei dieser Spalt so dimensioniert ist, dass er bei einem Betätigen des Aktivventils, das zu einem Bewegen der Ventilnadel in die Offenstellung führt, geschlossen wird, so dass nach einem Schließen dieses Spalts durch das Fortführen der Öffnungsbewegung der Ventilnadel eine mechanische Krafteinwirkung auf das Passivventil zum Überführen in die Offenstellung erfolgt.
Vorliegend wird zwar die Bewegung der Ventilnadel genutzt, um auch eine entsprechende Krafteinwirkung auf den Einsatz des Passivventils bzw. auf das die Kraftübertragung weitergebende stabartige Element zu übertragen, die Ventilnadel steht aber in ihrer geschlossenen Position nicht mit dem Einsatz des Passivventils bzw. dem stabartigen Element in Verbindung, sondern es existiert dazwischen ein Spalt. Dieser Spalt ist dabei vorzugsweise so dimensioniert, dass er bei einem vollständigen Übergang der Ventilnadel in ihre offene Stellung geschlossen wird, um vor Erreichen der maximal geöffneten Stellung der Ventilnadel noch eine mechanische Kraft zum Öffnen des Passivventils zu übertragen. Ein Vorteil hierbei ist, dass die Ventilnadel so ausreichend Schwung aufnehmen kann, um den Einsatz des Passivventils mit hoher Kraft aus seiner geschlossenen Position zu drängen, was für einen (vorteilhaften) steileren Anstieg in der Ausströmungsrate des gasförmigen Kraftstoffs aus dem Injektor sorgt. Das maximale Ausströmungsvolumen des Injektors steht somit schneller zur Verfügung.
Ferner kann dabei vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass in dem Spalt ein elastisches Zwischenstück angeordnet ist, um die einwirkende Kraft auf das Passivventil zu dämpfen. Darüber hinaus wirkt dieses Zwischenstück auch positiv bei einem Zurückführen des Passivventil-Einsatzes in die geschlossene Position, da ein Prellen ebenfalls gedämpft wird.
Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass in einer geschlossenen Stellung des Aktivventils der die Ventilnadel aus ihrer geschlossenen Position herausdrängende Anker von der Ventilnadel beabstandet ist, vorzugsweise um bei einem Öffnungsvorgang eine gewisse Beschleunigung vor einem Kontaktieren der Ventilnadel aufzunehmen.
Ähnlich wie bei dem Spalt zwischen dem stabartigen Element bzw. dem Einsatz des Passivventils und der Ventilnadel kann auch ein Spalt zwischen dem Anker und der Ventilnadel vorgesehen sein. So kann der Anker bzw. das dadurch beschleunigte stabförmige Element ausreichend Geschwindigkeit aufnehmen, um dann mit einer hohen Energie die Ventilnadel ruckartig aus ihrer geschlossenen Position zu drängen. Der hohe Einschlagimpuls hilft dabei eine hohe Schließkraft zu überwinden, die für einen sicheren Betrieb des Injektors von Vorteil ist.
Ferner kann es nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass das Ventilnadelgegenstück ortsfest in dem Injektor angeordnet ist und/oder mindestens eine Öffnung zum Durchführen des gasförmigen Kraftstoffs aufweist.
Darüber hinaus kann nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Ventilnadel in Längsrichtung des Injektors bewegbar angeordnet ist und/oder mindestens eine Öffnung zum Durchführen des gasförmigen Kraftstoffs aufweist.
Sowohl die Ventilnadel wie auch das Ventilnadelgegenstück können dabei im Wesentlichen die Form einer Platte aufweisen, dass über mindestens eine Durchführung verfügt, welche die beiden flächigen Seiten der plattenartigen Form miteinander verbindet. Vorteilhafterweise ist dabei die Grundform der Ventilnadel bzw. des Ventilnadelgegenstücks kreisförmig ausgestaltet, so dass diese in ein zylinderförmiges Injektorgehäuse einbringbar sind und mit ihrer Außenumfangsseite bündig mit der Innenseite des Injektorgehäuses abschließen bzw. daran befestigt sind.
Nach einer weiteren optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Ventilnadel und/oder das Ventilnadelgegenstück an der dem Ventilnadelgegenstück bzw. der Ventilnadel zugewandten Seite mindestens ein elastisches Dichtelement aufweist, um in einem aneinandergedrängten Zustand mindestens eine Öffnung (Durchführung) des Ventilnadelgegenstücks zum Durchleiten des gasförmigen Kraftstoffs von der mindestens einen Öffnung (Durchführung) der Ventilnadel zum Durchleiten des gasförmigen Kraftstoffs abzudichten.
Weiter kann es nach der Erfindung vorgesehen sein, dass die Spule, die zum Betätigen des Ankers des Aktivventils vorgesehen ist, außerhalb eines Injektorgehäuses angeordnet ist. Die Spule befindet vollständig außerhalb des Gehäuses und hat damit keinen Kontakt zum gasförmigen Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, was ein Eindringen in den Kupferdraht und damit dessen Beschädigung über die Lebenszeit verhindert.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass das Aktivventil vorteilhafterweise so ausgelegt ist, dass eine Ventilfeder ein ungewolltes Öffnen der Ventilnadel und damit ein Ausdringen von Kraftstoff / Eindringen von Luft/Abgas/Brenngas in den Injektor z.B. aufgrund des hohen Brennraumdrucks in jedem Fall verhindert. Durch das Abdichten des Passivventils gegen den Brennraumdruck kann in bestimmten Ausführungen die Ventilfeder nicht so stark ausgeführt werden, wodurch weniger Magnetkraft zum Öffnen der Ventilnadel benötigt wird.
Vorteilhaft kann der gasförmige Kraftstoff so durch den gesamten Injektor geführt werden, dass die Strömung stets innerhalb oder außerhalb von Druckfedern verläuft. Damit verläuft die Strömung nicht durch die Windungen der Druckfedern.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Injektors, insbesondere zum Betreiben eines Injektors nach einem der vorhergehenden Varianten, wobei es bei einer Einspritzung an mindestens einer Stelle im Injektor zu einem Schalldurchgang kommt, um eine Entkopplung vom Brennraum zum Injektor zu erreichen, so dass die Einspritzrate unabhängig vom Brennraumgegendruck ist, wobei vorzugsweise der Schalldurchgang an der mindestens einen Öffnung in dem Ventilnadelgegenstück und/oder an der mindestens einen Öffnung in der Ventilnadel auftritt, welche die Strömung des gasförmigen Kraftstoffs begrenzende Drosselflächen darstellt/en.
Andere den Querschnitt einschränkende Leitungsabschnitte in dem Injektor sind dabei sehr viel größer als der Querschnitt der mindestens einen Öffnung der Ventilnadel bzw. des Ventilnadelgegenstücks. Vorteilhafterweise sind die anderen Öffnungen in ihrem Querschnitt mehr als 50 %, bevorzugterweise mehr als 100 % größer als die mindestens eine Öffnung in der Ventilnadel bzw. die mindestens eine Öffnung in dem Ventilnadelgegenstück.
Durch das Erreichen des Überschalls in dem Injektor kommt es zu einer Entkopplung vom Brennraum zum Injektor, wodurch die Einspritzrate unabhängig vom Brennraumgegendruck ist.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ferner eine Brennkraftmaschine mit einer Gas-Direkteinspritzung, insbesondere mit einer Wasserstoff-Direkteinspritzung, umfassend einen Injektor nach einem der vorstehend beschriebenen Varianten oder eine Brennkraftmaschine, die mit dem vorstehenden Verfahren betrieben wird.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:

1A: eine schematische Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Injektor,
1B: Diagramme zum prinzipiellen Verhalten des Injektors während einer Einblasung,
2: eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors in einem Ausgangszustand mit geschlossenen Ventilen,
3: eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors in einem offenen Zustand mit geöffneten Ventilen,
4: eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors in einem offenen Zustand mit geöffneten Ventilen und einem jeweiligen Spalt zwischen Ventilnadel und Ankerstange sowie zwischen Ventilnadel und Einsatz des Passivventils,
5: eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors nach einer weiteren Ausführungsform ohne Passivventil-Stange,
6: eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors nach einer weiteren Ausführungsform, bei der der Anker über die Ankerstange direkt mit der Ventilnadel verbunden ist,
7: eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors nach einer weiteren Ausführungsform, bei der die Ventilnadel direkt mit dem Einsatz des Passivventils über ein stangenartiges Element verbunden ist,
8: eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors nach einer weiteren Ausführungsform, bei der die Ventilnadel sowohl mit dem Einsatz des Passivventils wie auch der Ankerstange verbunden ist,
9: zwei nebeneinander angeordnete schematische Schnittansichten des erfindungsgemäßen Injektors nach einer jeweiligen weiteren Ausführungsform, bei der die stabartigen Elemente verbunden bzw. nicht verbunden sind,
10: eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors nach einer weiteren Ausführungsform, bei der ein Toleranzausgleich durch einen elastischen Anschlag des Ankers erreicht wird,
11: eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors nach einer weiteren Ausführungsform, bei der ein Toleranzausgleich durch ein elastisches Zwischenstück zwischen dem Einsatz des Passivventils und der Ventilnadel erreicht wird,
12: eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors nach einer weiteren Ausführungsform, bei der elastische Dämpferelemente zum Verringern oder Verhindern von Prellen vorgesehen sind,
13: eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors nach einer weiteren Ausführungsform, bei der elastische Dämpferelemente zum Verringern oder Verhindern von Prellen vorgesehen sind,
14: eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors nach einer weiteren Ausführungsform, bei der der Anker in einer Schließstellung des Aktivventils keinen Kontakt zur Ventilnadel hat,
15: eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors nach einer weiteren Ausführungsform mit einer Öffnungsbewegung der Ventilnadel, die entgegen der Strömungsrichtung des gasförmigen Kraftstoffs gerichtet ist,
16: eine Perspektivansicht einer Dichtstelle des Aktivventils nach einer ersten Ausführungsform,
17: eine Perspektivansicht einer Dichtstelle des Aktivventils nach einer weiteren Ausführungsform,
18: eine Perspektivansicht einer Dichtstelle des Aktivventils nach einer weiteren Ausführungsform,
19: eine Perspektivansicht einer Dichtstelle des Aktivventils nach einer weiteren Ausführungsform, und
20: eine Perspektivansicht einer Dichtstelle des Aktivventils nach einer weiteren Ausführungsform,

1A zeigt eine schematische Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Injektor, anhand der der Aufbau des Injektors 1 gut zu erkennen ist.
Der Injektor 1 umfasst eine Kraftstoffzuleitung 2, durch die der Kraftstoff dem Injektor 1 zugeführt wird, eine Aktuatoreinheit (beispielhaft aufweisend Spule 8 mit elektrischem Anschluss, Anker 7, Ankerstange 13 (optional), Ankergegenstück 26, Gehäuse 20, unmagnetischer Bypass-Ring 22 sowie Eisenrückschluss 25) zur aktiven Betätigung einer über eine Ventilfeder 10 vorgespannten, geführten Ventilnadel 9 (in 1 als Platte ausgeführt), welche einen Drosselquerschnitt der Öffnungen 12 in einem Ventilnadelgegenstück 11 und einen Drosselquerschnitt (der Öffnungen 19) in der Ventilnadel 9 über ein oder mehrere Dichtelemente 5 zwischen Ventilnadelgegenstück 11 und Ventilnadel 9 blockiert oder freigibt (mittels Aktivventil 3), einem stromab vom Aktivventil 3 gelegenen Passivventil 4 (aufweisend ein Passivventil-Einsatz 15, eine Passivventil-Stange 16 (optional), eine Passivventil-Führung 31 und eine Passivventil-Feder 14), welches einen Drosselquerschnitt (definiert durch Öffnungen 34) blockiert oder freigibt, und einer Einblaskappe 23 mit einem Drosselquerschnitt (definiert durch Öffnungen 33), welche den Kraftstoffstrahl während der Einblasung mit definierter Ausrichtung in den Brennraum ablenkt.
Ankerstange 13 und Anker 7 können als einteilige oder zwei- bzw. mehrteilige Baugruppe ausgeführt sein. Die Bauteile können miteinander verbunden sein (z.B. durch Kraftschluss, Formschluss), müssen aber nicht miteinander verbunden sein (vgl. 6). Gleiches gilt für den Passivventil-Einsatz 15 und die mit dem Passivventil-Einsatz zusammenwirkende Stange 16 (vgl. 7).
1B zeigt mehrere Diagramme zum prinzipiellen Verhalten des Injektors 1 während einer Einblasung.
Öffnungsphase:
1B zeigt das prinzipielle Verhalten des Injektors 1 während einer Einblasung. Der exakte Verlauf unterscheidet sich je nach Ausführungsform von Aktiv- und Passivventil.
In Ausgangsstellung (siehe 1B und 2) zum Zeitpunkt t_0 am unteren Totpunkt (UT) des Zylinderkolbens werden Ventilnadel 9 und Passivventil-Einsatz 15 durch die vorgespannte Ventilfeder 10 bzw. Passivventil-Feder 14 in ihren jeweiligen oberen Anschlag 27 am Dichtelement der Ventilnadel 9 bzw. der Dichtkante des Passivventils 29 gedrückt und verschließen die Drosselstellen 12 und 19 bzw. 34, welche den Nadelraum mit dem Ventilraum bzw. den Ventilraum mit dem Einblasraum im geöffneten Zustand von Ventilnadel 9 bzw. Passivventil-Einsatz 15 verbinden. Der Druck im Injektor 1 bis zum Dichtelement 5 entspricht dem Druck in der Kraftstoffzuleitung 2, der Druck im Brennraum sowie im Einblasraum entspricht dem Ladedruck während der Ansaugphase des Zylinderkolbens, in der Frischluft über die Einlassventile in den Brennraum angesaugt wird. Der Druck im Ventilraum entspricht in etwa dem Brennraumdruck und hängt u.a. von der Auslegung der Passivventilfeder 14, dem Druck im Brennraum während der Phase des Ausstoßens der heißen Verbrennungsgase über die Auslassventile des Brennraums und ggf. vorangehender Einblasungen ab. Die Funktionsdarstellung folgt im Folgenden vereinfacht und ohne Berücksichtigung des Ladungswechsels durch Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile des Brennraums.
Zum Zeitpunkt t_1 (siehe 1B) wird ein Spannungssignal über die elektrischen Kontakte an die Spule 8 des Aktuators angelegt, so dass der Strom im elektrischen Kreis bis auf ein definiertes Endniveau ansteigt. Die stromdurchflossene Spule 8 induziert ein magnetisches Feld im Aktuator, dessen Magnetfeldlinien 35 sich torusförmig um die Spule 8 herum ausbreiten (siehe 1 und 3). Durch das magnetische Feld 35 wird eine Magnetkraft im Arbeitsluftspalt 23 zwischen Anker 7 und Ankergegenstück 26 aufgebaut, wodurch zum Zeitpunkt t_2 der Anker 7 mit Ankerstange 13 in Öffnungsrichtung zum Ankergegenstück 26 angezogen wird, sobald die Magnetkraft die Schließkraft (vorzeichenbehaftete Summe aus Vorspannkraft der Ventilfeder 10 und Druckkräften auf Anker 7 und Ventilnadel 9) übertrifft. Der Aufbau des Magnetfeldes und damit der Magnetkraft wird dabei durch Wirbelströme in den Eisenteilen des Magnetkreises verzögert. Der Anker 7 ist über die Ankerstange 13 während der initialen Öffnungsphase aufgrund der Vorspannung der Ventilfeder 10 in ständigem Kontakt mit der Ventilnadel 9, so dass sich die Ventilnadel 9 gleichförmig mit dem Anker 7 bzw. der Ankerstange 13 bewegt.
Sobald das zuvor komprimierte, elastische Dichtelement 5 zwischen Ventilnadel 9 und Ventilnadelgegenstück 11 zum Zeitpunkt t_3 nicht mehr in gleichzeitigem Kontakt mit den Stirnflächen der Ventilnadel 9 und des Ventilnadelgegenstücks 11 ist, wird die Verbindung zwischen Nadelraum und Ventilraum freigegeben, so dass der Kraftstoff durch die Querschnitte 12 und 19 vom Nadelraum in den Ventilraum strömt. Dadurch erhöht sich der Druck im Ventilraum. Sobald die Druckdifferenz von Ventilraum zum Einblasraum einer Kraftdifferenz auf den Passivventil-Einsatz 15 in gleicher Höhe wie der Vorspannkraft der Passivventil-Feder 14 entspricht, öffnet das Passivventil 4, d. h. der Passivventil-Einsatz 15 bewegt sich von der Dichtkante 34 weg und gibt die Verbindung zwischen Ventilraum und Einblasraum frei, so dass Kraftstoff vom Ventilraum in den Einblasraum strömt (siehe 3). Dieses rein passive Schaltverhalten des Passivventils 4 tritt auf, wenn bspw. die Passivventil-Stange 16 nicht vorhanden ist (siehe 5) bzw. in der Länge derart gekürzt ist, dass das Passivventil 4 aufgrund der Druckverhältnisse öffnet, bevor die Ventilnadel 9 mit dem Passivventil-Einsatz 15 in Kontakt kommt.
Die Länge der Passivventil-Stange 16 kann jedoch so ausgeführt sein, dass das Schalten des Passivventils 4 nicht (rein) pneumatisch/hydraulisch, sondern (auch) mechanisch erfolgt, indem die Ventilnadel 9 mit der Passivventil-Stange 16 in Kontakt kommt und den Passivventil-Einsatz 15 in Öffnungsrichtung bewegt, bevor die Druckkräfte zum Öffnen des Passivventils 4 führen würden, bzw. so zeitlich in Kontakt kommt, dass ein kombiniertes mechanisch/pneumatisches Öffnen erfolgt (siehe 3). Um eine geometrische Überbestimmtheit zu vermeiden, kann die Länge der Passivventil-Stange 16 so gewählt werden, dass ein kleiner Ventilspalt 17 zwischen Ventilfeder 9 und Passivventil-Stange 16 im geschlossenen Zustand beider Ventile 3, 4 vorliegt (siehe 1A). In diesem Fall wird das Passivventil 4 gemischt passiv/aktiv geschaltet.
Sind Ankerstange 13, Passivventilstange 16, Passivventil-Einsatz 15 und Ventilnadel 9 nicht miteinander fest verbunden (z.B. Formschluss, Kraftschluss), so bewegen sich diese aufgrund von Trägheit weiter, sobald der Anker 7 auf seinen unteren Anschlag 24 trifft, und zwar so lange, bis die Ventilnadel 9 bzw. der Passivventil-Einsatz 15 auf ihren jeweils eigenen unteren Anschlag 28, 30 treffen (siehe 1A und 4). Im Anschluss kann es zu einem Prellen und Rückfedern von Ventilnadel 9 und Passivventil-Einsatz 15 sowie Passivventil-Stange 16 kommen, bis sich ein im Mittel stationäres Gleichgewicht aus mechanischen und pneumatischen/hydraulischen Kräften einstellt und die durch das Abheben entstehenden Spalte (siehe 4) zwischen den Bauteilen wieder durch Kontakt der Bauteile geschlossen werden.
Durch das Öffnen des Passivventils 4 kommt es zu einem Druckanstieg im Einblasraum. Der Kraftstoff strömt stromab weiter durch die Öffnung(en) 33 in der Einblaskappe 32 in die Brennkammer (siehe 3 und 4). Die Einblaskappe 32 ist dabei so gestaltet, dass die Strömung in einem definierten Zustand (Strahlorientierung, Eintrittsimpuls, Strahlbild, etc.) in den Brennraum eingebracht wird. Der geöffnete Zustand von Ventilnadel 9 und Passivventil-Einsatz 15 wird während der gesamten restlichen Bestromungsphase beibehalten. Das Stromniveau kann (z. B. durch ein PWM-Spannungssignal) reduziert werden, sobald die Ventilnadel 9 vollständig geöffnet ist und ein mögliches Prellen nicht zu einem Schließen der Ventilnadel 9 führt. Während der Einblasung befindet sich der Zylinder des Motors in der Kompressionsphase, so dass der Brennraumdruck stetig ansteigt.
Schließphase:
Um den Einblasvorgang zu beenden, wird die Spannungsversorgung durch das Steuergerät beendet, so dass der Strom durch die Spule 8 zum Zeitpunkt t_4 bis auf null reduziert wird (siehe 1B). Aufgrund der Wirbelströme zeitlich verzögert baut sich auch die Magnetkraft ab. Sobald die Magnetkraft geringer ist als die Summe aus der Schließkraft der Ventilfeder 10 und den pneumatischen/ hydraulischen Kräften auf die Ventilnadel 9 und den Anker 7, beginnen sich Nadel 9 und Anker 7 gleichförmig zu schließen (Zeitpunkt t_5). Nähert sich die stromauf gelegene Stirnseite der Ventilnadel 9 dem Ventilnadelgegenstück 11 so nah an, dass das Dichtelement 5 / die Dichtelemente 5 wieder gleichzeitig in Kontakt mit der Ventilnadel 9 und dem Ventilnadelgegenstück 11 kommt/kommen, so wird die Verbindung zwischen Nadelraum und Ventilraum wieder getrennt und der Kraftstofffluss vom Nadelraum in den Ventilraum unterbrochen (Zeitpunkt t_6). Damit sinkt der Druck im Ventilraum.
Wenn die Druckdifferenz vom Ventilraum zum Einblasraum einer Kraftdifferenz auf den Passivventil-Einsatz 15 in gleicher Höhe wie der Federkraft der Passivventil-Feder 14 entspricht, bewegt sich der Passivventil-Einsatz 15 zurück in seine Schließposition an der Dichtkante am oberen Passivventil-Anschlag 29 und wird durch den zunehmenden Druck im Brennraum und damit im Einblasraum gegen die Dichtkante gedrückt, so dass die Kraftstoffverbindung zwischen Ventilraum und Einblasraum (ggf. nach einer Phase des Prellens des Passivventil-Einsatzes 15 an der Dichtkante) unterbrochen wird (Zeitpunkte t_6 - t_7). Der Einblasvorgang ist damit abgeschlossen (siehe 2).
Ist der Passivventil-Einsatz 15 fest mit der Ventilnadel 9 verbunden (siehe 7), so bestimmen zusätzlich die Kräfte auf die Ventilnadel 9 (z.B. Ventilfeder 10, Druckkräfte) das Schließen des Passivventil-Einsatzes 15. In diesem Fall ist die Passivventil-Feder 14 nicht notwendig.
Während der weiteren Kompressionsphase (siehe 1B) des Brennraums bis zum oberen Totpunkt (OT) im Zeitraum t_7 - t_8 wird das Luft-Brennstoffgemisch im Einblasraum komprimiert, während es in der anschließenden Expansionsphase entspannt (Zeitraum t_8 - t_9). (Der weitere zwischenzeitliche Anstieg des Brennraumdrucks aufgrund von Verbrennung ist hier vereinfacht nicht dargestellt.)
Sinkt der Druck im Brennraum so weit ab, dass die Differenz aus Druckkräften auf den Passivventil-Einsatz 15 der Vorspannkraft der Passivventil-Feder 14 entspricht (Zeitpunkt t_9), so öffnet sich der Passivventil-Einsatz 15 kurzzeitig erneut, so dass ein Teil des im Ventilraum vorhandenen Kraftstoffs in den Brennraum entweicht. Dieser Vorgang ist abhängig von der Federkraft der Passivventil-Feder 14 und kann auch gar nicht oder in wiederholtem Male auftreten (Zeitraum t_9 - t_10).
Bei alternativen Ausführungen, z.B. bei mit der Ventilfeder fest verbundenem Passivventil-Einsatz (siehe 7), hängt dieses Verhalten entsprechend wieder auch von den angreifenden Kräften auf die Ventilnadel 9 ab.
Im Folgenden werden in den nachfolgenden Figuren lediglich die Bestandteile mit einem Bezugszeichen hervorgehoben, die für die jeweilige Figur von besonderem Interesse sind.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors 1 in einem Ausgangszustand mit geschlossenen Ventilen 3, 4. Man erkennt, dass sowohl das Aktivventil 3 wie auch das Passivventil 4 in einem geschlossenen Zustand sind und keine Strömungsverbindung von der Kraftstoffzuleitung 2 zur Einblaskappe besteht.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors 1 in einem offenen Zustand mit geöffneten Ventilen 3, 4. Zudem ist die Strömung 36 des gasförmigen Kraftstoffs durch den Injektor 1 mittels zwei durchgehender Linien dargestellt. Man erkennt, dass das Aktivventil 3, wie auch das Passivventil 4 jeweils in der geöffneten Position ist und eine Strömungsverbindung von der Kraftstoffzuführung 2 hin zur Einblaskappe 32 vorliegt.
4 zeigt eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors 1 in einem offenen Zustand mit geöffneten Ventilen 3, 4 und einem jeweiligen Spalt zwischen Ventilnadel 9 und Ankerstange 13 sowie zwischen Ventilnadel 9 und Einsatz 15 des Passivventils 4. In der maximal geöffneten Stellung ist sowohl die Ventilnadel 11 wie auch der Einsatz 15 des Passivventils 4 so weit zurückgezogen, dass keine Kontaktierung mehr zwischen der Ventilnadel 11 und der Ankerstange 13 sowie der Ventilnadel 11 und der Passivventil-Stange 16 vorhanden ist. Die Druckunterschiede bzw. die Strömung des gasförmigen Kraftstoffs drängt dabei die Ventilnadel 11 bzw. den Passivventil-Einsatz 15 in ihre maximal geöffnete Position.
5 zeigt eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors 1 nach einer weiteren Ausführungsform ohne Passivventil-Stange 16. Die Öffnung des Passivventils 4 erfolgt dabei ausschließlich über einen Druckunterschied stromauf und stromab des Passivventil-Einsatzes 15. Das Passivventil 4 schaltet allein durch die angreifenden Druckkräfte nach dem Öffnen der Ventilnadel 9. Auch das Schließen ist weiterhin rein passiv gesteuert.
6 zeigt eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors 1 nach einer weiteren Ausführungsform, bei der der Anker 7 über die Ankerstange 13 direkt mit der Ventilnadel 9 verbunden ist. Der untere Anschlag kann entweder über den Anker 7 oder die Ventilnadel 9 erfolgen.
7 zeigt eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors 1 nach einer weiteren Ausführungsform, bei der die Ventilnadel 9 direkt mit dem Einsatz 15 des Passivventils 4 über ein stangenartiges Element 16 verbunden ist. Das Passivventil 4 kann demnach auch aktiv geschaltet werden und nicht mehr kombiniert aktiv-passiv wie in vorhergehenden Ausführungsformen dargestellt.
8 zeigt eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors 1 nach einer weiteren Ausführungsform, bei der die Ventilnadel 9 sowohl mit dem Einsatz 15 des Passivventils 4 wie auch der Ankerstange 13 verbunden ist. Auch hier wird das Passivventil 4 somit aktiv geschaltet und nicht mehr kombiniert aktiv-passiv oder nur passiv.
9 zeigt zwei nebeneinander angeordnete schematische Schnittansichten des erfindungsgemäßen Injektors 1 nach einer jeweiligen weiteren Ausführungsform, bei der die stabartigen Elemente 13, 16 verbunden (linke Darstellung) bzw. nicht verbunden (rechte Darstellung) sind.
In der linken Darstellung ist der Anker 7 mit dem stabartigen Element 13 fest verbunden oder sogar einteilig ausgebildet. Auch der Passivventil-Einsatz 15 ist mit dem stabartigen Element 16 fest verbunden oder einteilig ausgebildet.
In der rechten Darstellung ist das jeweilige stabartige Element 13, 16 nicht fest mit dem Anker 7 bzw. dem Passivventil-Einsatz 15 verbunden. Wie man der 9 entnehmen kann, ist der Passivventil-Stab 16 in Längsrichtung des Injektors 1 bewegbar angeordnet und ist seitlich geführt. Die seitliche Führung des Ankerstabs 13 wird durch das Hindurchtreten durch die Öffnung des Ventilnadelgegenstücks erreicht.
10 zeigt eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors 1 nach einer weiteren Ausführungsform, bei der ein Toleranzausgleich durch einen elastischen Anschlag 38 des Ankers 7 erreicht wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Passivventil-Einsatz 15 durch den Toleranzausgleich eines elastischen oberen Anschlags 38 des Ankers 7 im Ausgangszustand mit der Passivventil-Stange 16 an der Ventilnadel 9 anliegt.
11 zeigt eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors 1 nach einer weiteren Ausführungsform, bei der ein Toleranzausgleich durch ein elastisches Zwischenstück 18 zwischen dem Einsatz 15 des Passivventils 4 und der Ventilnadel 9 erreicht wird. Der Passivventil-Einsatz 15 kann durch den Toleranzausgleich eines elastischen Zwischenstücks 18 zwischen Passivventil-Einsatz 15 und Ventilnadel 9 im Ausgangszustand mit der Passivventil-Stange 16 an der Ventilnadel 9 anliegen. Die Kraftübertragung von Ventilnadel 9 auf den Passivventil-Einsatz 15 erfolgt dabei zu Beginn weniger abrupt.
12 zeigt eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors 1 nach einer weiteren Ausführungsform, bei der elastische Dämpferelemente 39 zum Verringern oder Verhindern von Prellen vorgesehen sind. So kann unter anderem ein Prellen von Anker 7, Ventilnadel 9 und Passivventil-Einsatz 15 beim Öffnen und Schließen verringert oder gar verhindert werden.
13 zeigt eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors 1 nach einer weiteren Ausführungsform, bei der elastische Dämpferelemente zum Verringern oder Verhindern von Prellen vorgesehen sind. So kann unter anderem ein Prellen von Anker 7, Ventilnadel 9 und Passivventil-Einsatz 15 beim Öffnen und Schließen verringert oder gar verhindert werden.
14 zeigt eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors 1 nach einer weiteren Ausführungsform, bei der der Anker 7 in einer Schließstellung des Aktivventils 3 keinen Kontakt zur Ventilnadel 9 hat.
Im geschlossenen Zustand ist der Anker 7 ohne Kontakt zur Ventilnadel 9 (z.B. über eine Rückstellkraft einer weiteren Ankerfeder 40). Der Anker 7 ist zu Beginn der Bestromung druckausgeglichen. Der Anker 7 kann deshalb zunächst stark beschleunigen und trifft mit hohem Einschlagimpuls auf die Ventilnadel 9, um diese schnell zu Öffnen bzw. um hohe Schließkräfte zu überwinden.
15 zeigt eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors 1 nach einer weiteren Ausführungsform mit einer Öffnungsbewegung der Ventilnadel, die entgegen der Strömungsrichtung des gasförmigen Kraftstoffs gerichtet ist.
Alle bisher dargestellten Ausführungen beinhalten ein nach außen öffnendes Aktivventil 3 und ein nach außen öffnendes Passivventil 4. Die Ausführung auf 15 stellt eine Variante mit nach innen öffnendem Aktivventil 3 dar. Das Passivventil 4 schaltet vollkommen passiv bedingt durch die angreifenden Druckkräfte und die eingestellte Federkraft der Passivventil-Feder 14.
Es gibt keine Ankerstange und keine Passivventil-Stange. Ventilnadel 9 und Anker 7 sind miteinander verbunden (z.B. Formschluss, Kraftschluss). Die vormaligen Strömungsquerschnitte in dem Ventilnadelgegenstück und der Ventilnadel 12 und 19 verschmelzen zu einem Querschnitt 12' in dem Ventilnadelgegenstück 11.
Der Anker 7 wird samt der Ventilnadel 9 bei Aktivierung des Injektors 1 und Ausbildung des Magnetfeldes nach oben Richtung Ankergegenstück 26 gezogen, so dass der Querschnitt 12' freigegeben wird. Durch den Druckaufbau im Ventilraum öffnet das Passivventil 4. Beim Abschalten schließt die Anker-Ventilnadel-Baugruppe wieder und blockiert den Querschnitt 12`. Das Passivventil 4 schließt wieder nach Druckausgleich zwischen Ventilraum und Einblasraum aufgrund der Passivventil-Feder 14.
Genau wie in allen anderen Ausführungsformen ist aber auch hier zwischen der Ventilnadel 9 und dem Ventilnadelgegenstück 11 eine Dichtung mithilfe eines elastischen Dichtelements 5 erzeugt.
16 zeigt eine Perspektivansicht einer Dichtstelle des Aktivventils 3 nach einer ersten Ausführungsform. Dem Fachmann ist klar, dass die spezifische Ausgestaltung der Dichtstelle des Aktivventils 3 (beispielhaft dargestellt in den 16-20) mit einer jeden Injektorkonfiguration verwendet werden kann. So ist es beispielsweise unerheblich, ob das stromabwärtig angeordnete Passivventil 4 nur mithilfe eines Druckunterschieds oder zusätzlich auch durch mechanische Krafteinwirkung aus seiner geschlossenen Position gebracht wird.
Nach der in 16 dargestellten Umsetzung liegen die Durchgangsflächen 12 durch das Ventilnadelgegenstück 11 außerhalb der Dichtinseln 51 auf der Ventilnadel 9, wobei aber auch eine umgekehrte Ausführung möglich ist. Die Öffnungen 12 im Ventilnadelgegenstück 11 sind demnach radial weiter außen angeordnet als die Öffnungen 19 in der Ventilnadel 9. Dies führt dazu, dass bei einem Anliegen der beiden Anlageflächen aneinander sich die jeweiligen Öffnungsquerschnitte nicht überdecken und mithilfe von entsprechend angeordneten Dichtelementen 5 voneinander abgedichtet werden können. So sind für die Öffnungen 19 der Ventilnadel 9 jeweilige innere Dichtelementen 51 vorgesehen, die einen jeden Querschnitt einer Öffnung 19 umfangsseitig umgeben, so dass bei einem Auflegen auf das Ventilnadelgegenstück 19 eine Abdichtung erfolgt. Die Öffnungen 12 des Ventilnadelgegenstücks 11 werden mithilfe eines einzelnen elastischen äußeren Dichtelements 52 abgedichtet, in dessen durch den Innenumfang definierten Bereich sämtliche Öffnungen 12 des Ventilnadelgegenstücks 11 angeordnet sind.
Die inneren Dichtelemente 51 verhindern im geschlossenen Zustand ein Strömen durch die Drosselflächen 19, wohingegen das äußere Dichtelement 52 im geschlossenen Zustand ein Strömen um die Ventilnadel herum verhindert. Ohne das äußere Dichtelement 52 könnte sich ansonsten eine unerwünschte Leckage durch einen Spalt zwischen Ventilnadel und Gehäuse einstellen.
Vorliegend ist dem Fachmann klar, dass Durchgangsdrosselflächen als Bohrungen, Schlitze etc. ausgeführt sein können und die Form frei wählbar ist. Ferner ist möglich, dass die Dichtelemente 51, 52 (innen und außen) einzeln oder miteinander verbunden ausgeführt sein können.
Die Dichtelemente 51, 52 haben aufgrund ihrer elastischen Formgebung gleichzeitig eine dämpfende Wirkung gegen Prellen, was weiter vorteilhaft beim Betätigen des Aktivventils 3 ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Ankerstange 7 in der zentralen Bohrung 45 des Ventilnadelgegenstücks 11 eng geführt ist.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Stirnflächen von Ventilnadel und Ventilnadelgegenstück planar oder gewölbt oder anderweitig geformt sind. Von Vorteil ist selbstverständlich eine entsprechend aufeinander abgestimmte Formgebung von Ventilnadel 9 und Ventilnadelgegenstück 11.
17 zeigt eine Perspektivansicht einer Dichtstelle des Aktivventils nach einer weiteren Ausführungsform. Die äußeren Dichtelemente 52 zum Abdichten der Öffnungen in dem Ventilnadelgegenstück 11 werden direkt an dem Ventilnadelgegenstück angeordnet, z.B. über jeweilige Dichtinseln um entsprechende Durchgangsbohrungen 12 herum. Es ist aber ebenso gut möglich, einen einzelnen, großen Dichtring (analog zu 16) an dem Ventilnadelgegenstück 11 anzuordnen, in dessen Innenumfang sämtliche Öffnungen 12 des Ventilnadelgegenstücks 11 angeordnet sind.
18 zeigt eine Perspektivansicht einer Dichtstelle des Aktivventils nach einer weiteren Ausführungsform. Vorliegend besitzt jede Öffnung 12, 19 in dem Ventilnadelgegenstück 11, wie auch in der Ventilnadel 9 einen jeweiligen elastischen Dichtring und es ist zusätzlich ein weiterer in seinem Durchmesser vergrößerter elastischer Dichtring an der Ventilnadel 9 vorgesehen, in dessen Innenumfang sich in einem geschlossenen Zustand sämtliche Öffnungen 12, 19 befinden. Dieses äußere Dichtelement an der Ventilnadel 9 kann neben seiner Funktion als Abdichtelemente auch als zusätzliches Dämpfelement wirken.
19 zeigt eine Perspektivansicht einer Dichtstelle des Aktivventils nach einer weiteren Ausführungsform, bei der die einzelnen Dichtelemente 51, 52 über Stege 53 miteinander verbunden sind und dadurch ein einteiliges „großes“ Dichtelement bilden.
20 zeigt eine Perspektivansicht einer Dichtstelle des Aktivventils nach einer weiteren Ausführungsform, das beispielsweise für die in 15 dargestellte Ausführungsform Verwendung finden kann. Anders als in den vorhergehenden Figuren ist dabei der untere Teil in dem Injektorgehäuse fixiert, so dass dessen Durchgänge 12' durch die oben dargestellte bewegbare Ventilnadel 9 wahlweise verschlossen oder freigegeben werden können. Der äußere große Dichtring 52 ist dabei nicht unbedingt erforderlich, steigert aber die Dauerfestigkeit der Abdichtung und sorgt für einen weiteren positiven Dämpfeffekt, der das Prellen vermindert.
Bezugszeichenliste

1: Injektor
2: Kraftstoffzuleitung
3: Aktivventil
4: Passivventil
5: elastisches Dichtelement
6: Dichtfläche des Passivventils
7: Anker
8: Spule
9: Ventilnadel
10: Ventilfeder
11: Ventilnadelgegenstück
12: Öffnung im Ventilnadelgegenstück
12': Öffnung im Ventilnadelgegenstück
13: stabartiger Ankerteil des Ankers 7
14: Passivventil-Federelement
15: Passivventil-Einsatz
16: stabartiges Element
17: Spalt zwischen Ventilnadel und Passivventil
18: elastisches Zwischenstück
19: Öffnung in der Ventilnadel
20: Gehäuse
21: oberer Ankeranschlag
22: unmagnetischer Bypass
23: Arbeits(luft)spalt
24: unterer Ankeranschlag
25: Eisenrückschluss
26: Ankergegenstück
27: Anschlagfläche
28: unterer Ventilnadelanschlag
29: oberer Passivventilanschlag
30: unterer Passivventilanschlag
31: Passivventil-Führung
32: Einblaskappe
33: Öffnung in der Einblaskappe
34: Öffnung des Passivventils
35: Verlauf der magnetischen Feldlinien
36: Strömung
37: Spalt
38: elastischer Anschlag
39: elastisches Dämpfelement
40: Ankerfeder
41: Beschleunigungsweg
42: Ventilnadelführung
43: Einblasrohr
44: Gehäuse-Deckel
45: Durchgang für Ankerstange
51: inneres elastisches Dichtelement
52: äußeres elastisches Dichtelement
53: Verbindungssteg eines elastischen Dichtelements

Claims

Injektor (1) zum Einblasen von Gas, vorzugsweise zum direkten Einblasen von Wasserstoff, umfassend: eine Kraftstoffzuleitung (2) zum Einführen eines unter hohen Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffs, ein aktiv schaltbares Aktivventil (3), vorzugsweise ein Aktiv-Magnetventil, das dazu ausgelegt ist, einen verschließenden oder einen freigebenden Zustand einzunehmen, um wahlweise eine Strömungsverbindung von der Kraftstoffzuleitung (2) zu einem Bereich stromabwärts des Aktivventils (3) zu ermöglichen oder zu unterbrechen, und ein Passivventil (4), das stromabwärts des Aktivventils (3) angeordnet ist und durch stromauf und stromab anliegende unterschiedliche Druckverhältnisse in einen verschließenden oder freigebenden Zustand passiv schaltbar ist und/oder durch Kontakt mit einem bewegbaren Teil des Aktivventils (3) in einen verschließenden oder freigebenden Zustand bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem geschlossenen Zustand des Aktivventils (3) mindestens eine Dichtfläche des Aktivventils (3) durch ein elastisches Dichtelement (5), vorzugsweise ein Elastomer, abgedichtet ist, bevorzugterweise mittels einer Metall-Elastomer-Dichtung.
Injektor (1) nach dem vorhergehenden Anspruch 1, wobei in einem geschlossenen Zustand des Passivventils (4) eine Dichtfläche (6) des Passivventils (4) durch ein starres Dichtelement, vorzugsweise ein Metall, abgedichtet ist, bevorzugterweise mittels einer Metall-Metall-Dichtung.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aktivventil (3) einen in Längsrichtung des Injektors (1) bewegbaren Anker (7) umfasst, der in Abhängigkeit einer magnetisierbaren Spule (8) aus seiner Ruhestellung herausbewegbar ist, um so eine Ventilnadel (9) aus ihrer geschlossenen Position zu drängen, vorzugsweise wobei der Injektor (1) ferner eine Ventilfeder (10) zum Drängen der Ventilnadel (9) in ihre geschlossene Position umfasst.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein starr im Injektor (1) angeordnetes Ventilnadelgegenstück (11), das zum wahlweisen Auflegen einer Ventilnadel (9) dient, um mindestens eine im Ventilnadelgegenstück (11) vorhandene Öffnung (12) zu verschließen, wobei vorzugsweise in einem aufgesetzten Zustand der Ventilnadel (9) im Zwischenraum von Ventilnadelgegenstück (11) und Ventilnadel (9) mindestens ein elastisches Dichtelement (5) angeordnet ist, das die mindestens eine Öffnung (12) abdichtet.
Injektor (1) nach dem vorhergehenden Anspruch 4, wobei das Ventilnadelgegenstück (11) stromaufwärts zur Ventilnadel (9) angeordnet ist, wobei vorzugsweise ein Bestandteil des Ankerelements des Aktivventils (3), insbesondere ein stabartiger Ankerteil (13), sich durch eine Öffnung (12) des Ventilnadelgegenstücks (11) hindurchstreckt, um die an der stromabwärtigen Seite des Ventilnadelgegenstücks (11) angeordnete Ventilnadel (9) bei einer Öffnungsbewegung des Aktivventils (3) zu kontaktieren und insbesondere in eine freigebende Position zu drängen.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Ventilfeder (10) zum Drängen der Ventilnadel (9) in ihre geschlossene Position an der zum Ventilnadelgegenstück (11) abgewandten Seite der Ventilnadel (9) angeordnet ist und vorzugsweise stromabwärts zur Ventilnadel (9) liegt.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei stromabwärts zur Ventilnadel (9) das Passivventil (4) angeordnet ist, das über ein Passivventil-Federelement (14) in Richtung der Ventilnadel (9) in seine verschließende Position gedrängt ist.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einem Betätigen des Aktivventils (3), das zu einem Bewegen der Ventilnadel (9) in die Offenstellung führt, die Öffnungsbewegung der Ventilnadel (9) eine mechanische Krafteinwirkung auf das Passivventil (4) zum Überführen in die Offenstellung ausübt, vorzugsweise mittels einem an der Ventilnadel (9), einem an einem Passivventil-Einsatz (15) oder einem zwischen Ventilnadel (9) und Passivventil-Einsatz (15) angeordneten stabartigen Element (16).
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer geschlossenen Position von dem Aktivventil (3) wie auch dem Passivventil (4) ein Spalt (17) zwischen der zum Passivventil (4) gewandten Seite der Ventilnadel (9) und der zur Ventilnadel (9) gewandten Seite des Passivventils (4) ausgebildet ist, vorzugsweise wobei dieser Spalt (17) so dimensioniert ist, dass er bei einem Betätigen des Aktivventils (3), das zu einem Bewegen der Ventilnadel (9) in die Offenstellung führt, geschlossen wird, so dass nach einem Schließen dieses Spalts (17) durch das Fortführen der Öffnungsbewegung der Ventilnadel (9) eine mechanische Krafteinwirkung auf das Passivventil (4) zum Überführen in die Offenstellung erfolgt.
Injektor (1) nach dem vorhergehenden Anspruch 9, wobei in dem Spalt (17) ein elastisches Zwischenstück (18) angeordnet ist, um die einwirkende Kraft auf das Passivventil (4) zu dämpfen.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer geschlossenen Stellung des Aktivventils (3) der die Ventilnadel (9) aus ihrer geschlossenen Position herausdrängende Anker (7) von der Ventilnadel (9) beabstandet ist, vorzugsweise um bei einem Öffnungsvorgang eine gewisse Beschleunigung vor einem Kontaktieren der Ventilnadel (9) aufzunehmen.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ventilnadelgegenstück (11) ortsfest in dem Injektor (1) angeordnet ist und/oder mindestens eine Öffnung (12) zum Durchführen des gasförmigen Kraftstoffs aufweist, wobei der gasförmige Kraftstoff vorzugsweise durch den gesamten Injektor so geführt wird, dass die Strömung stets innerhalb oder außerhalb von Druckfedern verläuft.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ventilnadel (9) und/oder das Ventilnadelgegenstück (11) an der dem Ventilnadelgegenstück (11) bzw. der Ventilnadel (9) zugewandten Seite mindestens ein elastisches Dichtelement (5) aufweist, um in einem aneinandergedrängten Zustand mindestens eine Öffnung (12) des Ventilnadelgegenstücks (11) zum Durchleiten des gasförmigen Kraftstoffs von der mindestens einen Öffnung (19) der Ventilnadel (9) zum Durchleiten des gasförmigen Kraftstoffs abzudichten.
Verfahren zum Betreiben eines Injektors (1), insbesondere eines Injektors (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es bei einer Einspritzung an mindestens einer Stelle im Injektor (1) zu einem Schalldurchgang kommt, um eine Entkopplung vom Brennraum zum Injektor (1) zu erreichen, so dass die Einspritzrate unabhängig vom Brennraumgegendruck ist, vorzugsweise wobei der Schalldurchgang an der mindestens einen Öffnung (12) in dem Ventilnadelgegenstück (11) und/oder an der mindestens einen Öffnung (19) in der Ventilnadel (9) auftritt, welche die Strömung des gasförmigen Kraftstoffs begrenzende Drosselflächen darstellt/en.
Brennkraftmaschine mit einer Gas-Direkteinspritzung, insbesondere mit einer Wasserstoff-Direkteinspritzung, umfassend einen Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-13 oder die mit dem Verfahren nach Anspruch 14 betrieben wird.