DE102022114238A1 - Purging device, gas injector, internal combustion engine and method for operating an internal combustion engine - Google Patents

Purging device, gas injector, internal combustion engine and method for operating an internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Die Offenbarung betrifft eine Technologie zum Spülen eines Gasinjektors (100) mit einem Spülfluid (SF). Der Gasinjektor (100) ist ausgebildet zum Einspritzen von brennbarem Gas, insbesondere von Wasserstoff in eine Brennkammer (410) eines Verbrennungsmotors (1) und umfasst ein nach innen öffnendes Injektorschaltventil (110). Der Gasinjektor (100) weist stromabwärts zum Schaltventil und stromaufwärts zur Düse ein Zwischenvolumen (120) auf, das stets zur Brennkammer (410) des Verbrennungsmotors (1) hin geöffnet ist. Der Gasinjektor (100) weist eine Einströmöffnung (130) zum Zuführen eines Spülfluids (SF) in das Zwischenvolumen (120) auf. Durch das Spülen kann die im Zwischenvolumen (120) vorherrschende Temperatur herabgesenkt werden. Daneben kann durch das Spülen die Reaktivität des im Zwischenvolumen (120) vorhandenen Gasgemisches herabgesenkt werden und eine Flammausbreitung in das Zwischenvolumen verhindert werden.The disclosure relates to a technology for flushing a gas injector (100) with a flushing fluid (SF). The gas injector (100) is designed to inject combustible gas, in particular hydrogen, into a combustion chamber (410) of an internal combustion engine (1) and comprises an injector switching valve (110) that opens inwards. The gas injector (100) has an intermediate volume (120) downstream of the switching valve and upstream of the nozzle, which is always open towards the combustion chamber (410) of the internal combustion engine (1). The gas injector (100) has an inflow opening (130) for supplying a flushing fluid (SF) into the intermediate volume (120). By flushing, the temperature prevailing in the intermediate volume (120) can be reduced. In addition, flushing can reduce the reactivity of the gas mixture present in the intermediate volume (120) and prevent the flame from spreading into the intermediate volume.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spülvorrichtung für einen Gasinjektor, einen Gasinjektor zum Einspritzen eines brennbaren Gases, insbesondere von Wasserstoff, in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors, einen Verbrennungsmotor umfassend einen solchen Gasinjektor und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Verbrennungsmotors.The invention relates to a flushing device for a gas injector, a gas injector for injecting a combustible gas, in particular hydrogen, into a combustion chamber of an internal combustion engine, an internal combustion engine comprising such a gas injector and a method for operating such an internal combustion engine.

Exemplarisch beschreibt die vorliegende Offenbarung das Einspritzen von Wasserstoff. Alle Ausführungen betreffend Wasserstoff sind auf jegliche brennbaren Gase übertragbar. Ein brennbares Gas kann eine Komponente enthalten oder ein brennbares Gasgemisch mit mehreren Komponenten sein. Der offenbarungsgemäße Gegenstand kann die Einspritzung jeglicher brennbaren Gase, beispielsweise umfassend Wasserstoff und/oder Methan, betreffen.The present disclosure describes the injection of hydrogen as an example. All statements regarding hydrogen can be applied to any combustible gases. A combustible gas can contain one component or be a combustible gas mixture with several components. The subject matter of the disclosure may relate to the injection of any combustible gases, for example comprising hydrogen and/or methane.

Aus dem Stand der Technik ist ein Gasinjektor zum Einspritzen von Wasserstoff in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors bekannt mit einem nach innen öffnenden Schaltventil zur Steuerung des Wasserstoffflusses durch den Gasinjektor in die Brennkammer und mit einer Düse zur Abgabe des Wasserstoffs in die Brennkammer, wobei die Düse stromabwärts zum Schaltventil angeordnet istFrom the prior art, a gas injector for injecting hydrogen into a combustion chamber of an internal combustion engine is known with an inwardly opening switching valve for controlling the flow of hydrogen through the gas injector into the combustion chamber and with a nozzle for dispensing the hydrogen into the combustion chamber, the nozzle being downstream is arranged to the switching valve

Ein nach innen öffnendes Schaltventil wird bevorzugt verwendet, da es eine höhere Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Einspritzöffnungen in der Düse aufweist verglichen mit einem nach außen öffnenden Schaltventil. So können beispielsweise mehrere Düsenöffnungen vorgesehen werden. Daneben kann die Anordnung der Düsenöffnungen und deren Form angepasst werden. Diese Gestaltungsfreiheit ermöglicht es das Einspritzverhalten des Wasserstoffs in die Brennkammer gezielt zu beeinflussen. Beispielsweise kann so eine gleichmäßigere Verteilung von Wasserstoff und sauerstoffhaltigem Gas in der Brennkammer und damit eine Reduktion von Stickoxidemissionen bewirkt werden. Weiterhin ermöglicht ein nach innen öffnendes Schaltventil eine stärkere Wasserstoffpenetration in die Brennkammer.An inwardly opening switching valve is preferably used because it has greater design freedom with regard to the injection openings in the nozzle compared to an outwardly opening switching valve. For example, several nozzle openings can be provided. In addition, the arrangement of the nozzle openings and their shape can be adjusted. This design freedom makes it possible to specifically influence the injection behavior of the hydrogen into the combustion chamber. For example, this can result in a more even distribution of hydrogen and oxygen-containing gas in the combustion chamber and thus a reduction in nitrogen oxide emissions. Furthermore, an inwardly opening switching valve enables greater hydrogen penetration into the combustion chamber.

Ein Gasinjektor mit nach innen öffnendem Schaltventil gemäß Stand der Technik weist stromabwärts zum Schaltventil und stromaufwärts zur Düse ein Zwischenvolumen innerhalb des Gasinjektors auf. Das Zwischenvolumen ist stets zur Brennkammer des Verbrennungsmotors hin geöffnet. Insbesondere ist das Zwischenvolumen unabhängig von der Stellung des Schaltventils stets zur Brennkammer hin über die Düsenöffnungen geöffnet. Während das in der Brennkammer enthaltene Gasgemisch explosionsartig expandiert, besteht die Gefahr, dass sich die explosionsartige Flammenbildung bzw. die Temperaturerhöhung von der Brennkammer in das Zwischenvolumen des Gasinjektors fortsetzt. Eine explosionsartige Flammenbildung im Zwischenvolumen kann den Gasinjektor beschädigen. Daneben kann eine erhöhte Temperaturbelastung innerhalb des Zwischenvolumens den Gasinjektor beschädigen. Zudem kann eine erhöhte Temperatur im Zwischenvolumen eine unkontrollierte explosionsartige Flammenbildung im Gasinjektor bewirken.A gas injector with an inwardly opening switching valve according to the prior art has an intermediate volume within the gas injector downstream of the switching valve and upstream of the nozzle. The intermediate volume is always open towards the combustion chamber of the internal combustion engine. In particular, the intermediate volume is always open towards the combustion chamber via the nozzle openings, regardless of the position of the switching valve. While the gas mixture contained in the combustion chamber expands explosively, there is a risk that the explosive flame formation or the temperature increase will continue from the combustion chamber into the intermediate volume of the gas injector. An explosive flame formation in the intermediate volume can damage the gas injector. In addition, an increased temperature load within the intermediate volume can damage the gas injector. In addition, an increased temperature in the intermediate volume can cause uncontrolled, explosive flame formation in the gas injector.

Aus dem Stand der Technik ist ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors bekannt, das die folgenden Schritte umfasst:

  • - Injektion, wobei der Brennkammer Wasserstoff zugeführt wird,
  • - Ansaugung, wobei der Brennkammer sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird,
  • - Verdichtung, wobei das in der Brennkammer enthaltene Gasgemisch komprimiert wird,
  • - Expansion, wobei das in der Brennkammer enthaltene Gasgemisch explosionsartig expandiert,
  • - Ausstoßung, wobei das in der Brennkammer enthaltene Gasgemisch aus der Brennkammer abgeführt wird.
A method for operating an internal combustion engine is also known from the prior art, which includes the following steps:
  • - Injection, whereby hydrogen is supplied to the combustion chamber,
  • - Intake, whereby oxygen-containing gas is supplied to the combustion chamber,
  • - Compression, whereby the gas mixture contained in the combustion chamber is compressed,
  • - Expansion, whereby the gas mixture contained in the combustion chamber expands explosively,
  • - Ejection, whereby the gas mixture contained in the combustion chamber is removed from the combustion chamber.

Lediglich während der Injektion findet im Zwischenvolumen des Gasinjektors aufgrund des Wasserstoffflusses in die Brennkammer ein aktiver Gasaustausch statt. Während der Phasen, in denen keine Injektion durchgeführt wird, findet im Zwischenvolumen des Gasinjektors kein Gasaustausch statt. Das durch die Brennkammer erhitzte Gasgemisch verbleibt den Großteil der Verfahrenszeit im Zwischenvolumen des Gasinjektors. Das während der Expansion erhitzte Gasgemisch verbleibt insbesondere während der Ausstoßung und während der Ansaugung im Zwischenvolumen des Gasinjektors.Only during the injection does an active gas exchange take place in the intermediate volume of the gas injector due to the hydrogen flow into the combustion chamber. During the phases in which no injection is carried out, no gas exchange takes place in the intermediate volume of the gas injector. The gas mixture heated by the combustion chamber remains in the intermediate volume of the gas injector for the majority of the process time. The gas mixture heated during expansion remains in the intermediate volume of the gas injector, particularly during ejection and suction.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Gasinjektor zum Einspritzen von brennbarem Gas, insbesondere von Wasserstoff, in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors, einen Verbrennungsmotor umfassend einen solchen Gasinjektor, eine Spülvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, welche die Temperaturbelastung und die Explosionsgefahr im Gasinjektor minimieren.It is the object of the present invention to provide a gas injector for injecting combustible gas, in particular hydrogen, into a combustion chamber of an internal combustion engine, an internal combustion engine comprising such a gas injector, a flushing device and a method for operating an internal combustion engine, which reduce the temperature load and the risk of explosion in the gas injector minimize.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Spülvorrichtung gemäß Anspruch 1, des Gasinjektors gemäß Anspruch 4, des Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 11 und des Verfahrens gemäß Anspruch 15.The invention solves this problem with the features of the flushing device according to claim 1, the gas injector according to claim 4, the internal combustion engine according to claim 11 and the method according to claim 15.

Gegenstand dieser Offenbarung ist ein Gasinjektor zum Einspritzen von brennbarem Gas, insbesondere von Wasserstoff, in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors.The subject of this disclosure is a gas injector for injecting combustible gas, ins especially of hydrogen, into a combustion chamber of an internal combustion engine.

Der Gasinjektor umfasst ein nach innen öffnendes Injektorschaltventil. Der Begriff Schaltventil umfasst jegliche Ventile, die aktiv betätigt werden können. Insbesondere kann das Schaltventil unabhängig vom am Ventileingang und -ausgang anliegenden Druck betätigt werden. Mit dem Injektorschaltventil wird der Gasfluss des brennbaren Gases, insbesondere der Wasserstofffluss, durch den Gasinjektor gesteuert. So kann innerhalb eines definierten Zeitintervalls brennbares Gas, insbesondere Wasserstoff, in die Brennkammer eines Verbrennungsmotors eingespritzt werden.The gas injector includes an injector switching valve that opens inwards. The term switching valve includes any valves that can be actively operated. In particular, the switching valve can be operated independently of the pressure present at the valve inlet and outlet. The injector switching valve is used to control the gas flow of the combustible gas, in particular the hydrogen flow, through the gas injector. Combustible gas, in particular hydrogen, can be injected into the combustion chamber of an internal combustion engine within a defined time interval.

Der Gasinjektor umfasst eine Düse zur Abgabe des brennbaren Gases, insbesondere des Wasserstoffs, in die Brennkammer. Die Düse ist stromabwärts zum Injektorschaltventil angeordnet. Die Angabe „stromabwärts“ bezieht sich auf die Strömungsrichtung des brennbaren Gases durch den Gasinjektor. Die Düse umfasst eine Düsenöffnung. Die Düse kann eine oder mehrere Düsenöffnungen umfassen. Durch die Düsenöffnung kann das brennbare Gas in die Brennkammer abgegeben werden.The gas injector includes a nozzle for delivering the combustible gas, in particular hydrogen, into the combustion chamber. The nozzle is located downstream of the injector switching valve. The term “downstream” refers to the direction of flow of the combustible gas through the gas injector. The nozzle includes a nozzle opening. The nozzle may include one or more nozzle openings. The combustible gas can be released into the combustion chamber through the nozzle opening.

Der Gasinjektor umfasst ein Zwischenvolumen. Das Zwischenvolumen ist stromabwärts zum Injektorschaltventil und stromaufwärts zur Düse angeordnet. Die Angaben „stromabwärts“ und „stromaufwärts“ beziehen sich auf die Strömungsrichtung des brennbaren Gases durch den Gasinjektor. Das Zwischenvolumen ist über die Düsenöffnung stets nach außen hin geöffnet, unabhängig von der Stellung des Injektorschaltventils.The gas injector includes an intermediate volume. The intermediate volume is arranged downstream of the injector switching valve and upstream of the nozzle. The terms “downstream” and “upstream” refer to the direction of flow of the combustible gas through the gas injector. The intermediate volume is always open to the outside via the nozzle opening, regardless of the position of the injector switching valve.

Der Gasinjektor umfasst eine Einströmöffnung zum Zuführen eines Spülfluids in das Zwischenvolumen. Das Spülfluid kann beispielsweise Luft umfassen, vorzugsweise Ansaugluft. Das zugführte Spülfluid kann die Gaszusammensetzung im Zwischenvolumen des Gasinjektors verändern. Beispielsweise kann die Konzentration des brennbaren Gases, insbesondere die Wasserstoffkonzentration, im Zwischenvolumen des Gasinjektors verringert werden. Weiterhin kann das Spülfluid weitestgehend chemisch innert sein. Die chemische Reaktivität des im Zwischenvolumen befindlichen Gasgemisches kann durch das Spülfluid reduziert werden. Die Gefahr einer Fortsetzung der explosionsartigen Flammenbildung aus der Brennkammer des Verbrennungsmotors in das Zwischenvolumen des Gasinjektors kann minimiert werden. Eine Flammausbreitung in das Zwischenvolumen kann verhindert werden. Durch das Zuführen des Spülfluids kann die Temperatur im Zwischenvolumen gesenkt werden. Dadurch kann die Temperaturbeanspruchung und damit die Beschädigungsgefahr des Gasinjektors gesenkt werden. Zudem kann die Gefahr einer unkontrollierten explosionsartigen Flammenbildung im Gasinjektor reduziert werden. Insbesondere heiße Stellen im Gasinjektor können in Kombination mit einem chemisch reaktiven Gasgemisch im Zwischenvolumen des Gasinjektors zu explosionsartiger Flammenbildung führen. Durch die Kühlungs- und die Verdrängungswirkung des Spülfluids kann diese Gefahr gesenkt werden.The gas injector includes an inflow opening for supplying a flushing fluid into the intermediate volume. The flushing fluid can include, for example, air, preferably intake air. The flushing fluid supplied can change the gas composition in the intermediate volume of the gas injector. For example, the concentration of the combustible gas, in particular the hydrogen concentration, in the intermediate volume of the gas injector can be reduced. Furthermore, the flushing fluid can be largely chemically internalized. The chemical reactivity of the gas mixture in the intermediate volume can be reduced by the flushing fluid. The risk of explosive flame formation continuing from the combustion chamber of the internal combustion engine into the intermediate volume of the gas injector can be minimized. Flame spread into the intermediate volume can be prevented. By supplying the flushing fluid, the temperature in the intermediate volume can be reduced. This can reduce the temperature stress and thus the risk of damage to the gas injector. In addition, the risk of uncontrolled, explosive flame formation in the gas injector can be reduced. In particular, hot spots in the gas injector can lead to explosive flame formation in combination with a chemically reactive gas mixture in the intermediate volume of the gas injector. This risk can be reduced by the cooling and displacement effects of the flushing fluid.

Die Offenbarung betrifft einen Verbrennungsmotor umfassend einen solchen Gasinjektor. Der Verbrennungsmotor ist geeignet zur Verbrennung eines brennbaren Gasgemisches, insbesondere eines Wasserstoff-Gasgemisches. In Betracht kommen hierzu beispielsweise Verbrennungsmotoren nach der Funktionsweise des Otto-, des Diesel- oder des Diesel-Zündstrahlverfahrens.The disclosure relates to an internal combustion engine comprising such a gas injector. The internal combustion engine is suitable for burning a combustible gas mixture, in particular a hydrogen gas mixture. For example, combustion engines that operate according to the gasoline, diesel or diesel ignition jet processes can be considered.

Der Verbrennungsmotor umfasst einen Motorkörper, umfassend eine Brennkammer. Innerhalb der Brennkammer bewegt sich ein Kolben auf und ab. Durch eine explosionsartige Expansion eines reaktiven Gasgemisches in der Brennkammer wird der Kolben angetrieben und so chemische Energie in kinetische Energie umgewandelt.The internal combustion engine includes an engine body including a combustion chamber. A piston moves up and down within the combustion chamber. An explosive expansion of a reactive gas mixture in the combustion chamber drives the piston, converting chemical energy into kinetic energy.

Die Düse des Gasinjektors ist mit der Brennkammer des Motorkörpers verbunden. Folglich kann durch die Düsenöffnung brennbares Gas, insbesondere Wasserstoff, in die Brennkammer eingespritzt werden.The nozzle of the gas injector is connected to the combustion chamber of the engine body. Consequently, combustible gas, in particular hydrogen, can be injected into the combustion chamber through the nozzle opening.

In der Brennkammer wird ein reaktives Gasgemisch erzeugt. Das reaktive Gasgemisch umfasst vorzugsweise das brennbare Gas, insbesondere Wasserstoff, und sauerstoffhaltiges Gas, vorzugsweise Luft, sauerstoffangereicherte Luft oder reinen Sauerstoff. Das reaktive Gasgemisch kann durch eine Einspritzung von brennbarem Gas, insbesondere Wasserstoff, über den Gasinjektor und eine separate Zuführung der weiteren Komponenten des reaktiven Gasgemisches in der Brennkammer erzeugt werden. Beispielsweise kann über eine Lufteinlassvorrichtung mit einem Lufteinlassventil Ansaugluft in die Brennkammer angesaugt werden. Daneben kann über eine Abgasrückführung auch Abgas in die Brennkammer angesaugt werden. Das Abgas hat eine niedrigere Sauerstoffkonzentration als Luft. Alternativ können das brennbare Gas, insbesondere der Wasserstoff, und das sauerstoffhaltige Gas über den Gasinjektor in die Brennkammer zugeführt werden.A reactive gas mixture is generated in the combustion chamber. The reactive gas mixture preferably comprises the combustible gas, in particular hydrogen, and oxygen-containing gas, preferably air, oxygen-enriched air or pure oxygen. The reactive gas mixture can be generated by an injection of combustible gas, in particular hydrogen, via the gas injector and a separate supply of the other components of the reactive gas mixture in the combustion chamber. For example, intake air can be sucked into the combustion chamber via an air inlet device with an air inlet valve. In addition, exhaust gas can also be sucked into the combustion chamber via exhaust gas recirculation. The exhaust gas has a lower oxygen concentration than air. Alternatively, the combustible gas, in particular the hydrogen, and the oxygen-containing gas can be supplied into the combustion chamber via the gas injector.

Der Verbrennungsmotor umfasst den oben beschriebenen Gasinjektor. Der Verbrennungsmotor löst die erfindungsgemäße Aufgabe mittels derselben Merkmalen wie der Gasinjektor.The internal combustion engine includes the gas injector described above. The internal combustion engine solves the problem according to the invention using the same features as the gas injector.

Die Offenbarung betrifft weiterhin eine Spülvorrichtung zum Spülen eines Gasinjektors zum Einspritzen von brennbarem Gas, insbesondere Wasserstoff, in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors mit einem Spülfluid, insbesondere zum Spülen eines Zwischenvolumens des Gasinjektors. Bevorzugt betrifft die Offenbarung eine Spülvorrichtung zum Spülen eines anspruchsgemäßen Gasinjektors mit einem Spülfluid, insbesondere zum Spülen des Zwischenvolumens des anspruchsgemäßen Gasinjektors.The disclosure further relates to a flushing device for flushing a gas injector injecting combustible gas, in particular hydrogen, into a combustion chamber of an internal combustion engine with a flushing fluid, in particular for flushing an intermediate volume of the gas injector. The disclosure preferably relates to a flushing device for flushing a gas injector according to the claim with a flushing fluid, in particular for flushing the intermediate volume of the gas injector according to the claim.

Der Gasinjektor kann mit der Spülvorrichtung verbindbar sein. Alternativ kann der Gasinjektor die Spülvorrichtung umfassen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das Zwischenvolumen des Gasinjektors ohne das Vorhandensein der Spülvorrichtung gespült werden.The gas injector can be connectable to the flushing device. Alternatively, the gas injector may include the flushing device. In a further alternative embodiment, the intermediate volume of the gas injector can be flushed without the presence of the flushing device.

Die Spülvorrichtung umfasst eine Spülfluidpassage zur Zuführung des Spülfluids in das Zwischenvolumen des Gasinjektors und ein Spülventil zur Steuerung des Spülfluidflusses.The flushing device includes a flushing fluid passage for supplying the flushing fluid into the intermediate volume of the gas injector and a flushing valve for controlling the flushing fluid flow.

Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Verbrennungsmotors, umfassend die Schritte:

  • - Injektion, wobei der Brennkammer brennbares Gas, insbesondere Wasserstoff, zugeführt wird;
  • - Ansaugung, wobei der Brennkammer sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird;
  • - Verdichtung, wobei das in der Brennkammer enthaltene Gasgemisch komprimiert wird;
  • - Expansion, wobei das in der Brennkammer enthaltene Gasgemisch explosionsartig expandiert;
  • - Ausstoßung, wobei das in der Brennkammer enthaltene Gasgemisch aus der Brennkammer abgeführt wird;
  • - Spülung, wobei das Zwischenvolumen im Gasinjektor im Wesentlichen während der Ansaugung und/oder während der Verdichtung mit dem Spülfluid gespült wird.
The disclosure relates to a method for operating such an internal combustion engine, comprising the steps:
  • - Injection, whereby combustible gas, in particular hydrogen, is supplied to the combustion chamber;
  • - Intake, where oxygen-containing gas is supplied to the combustion chamber;
  • - Compression, whereby the gas mixture contained in the combustion chamber is compressed;
  • - Expansion, whereby the gas mixture contained in the combustion chamber expands explosively;
  • - Ejection, whereby the gas mixture contained in the combustion chamber is removed from the combustion chamber;
  • - Flushing, whereby the intermediate volume in the gas injector is essentially flushed with the flushing fluid during suction and/or during compression.

Die einzelnen Verfahrensschritte erfolgen innerhalb bestimmter Zeitintervalle, die sich überschneiden können. Der Kolben bewegt sich innerhalb der Brennkammer auf und ab zwischen einem unteren Kolben-Totpunkt (UT) und einem oberen Kolben-Totpunkt (OT). Der OT ist in einer geringeren Distanz zur Düse des Gasinjektors beabstandet als der UT.The individual process steps take place within certain time intervals, which can overlap. The piston moves up and down within the combustion chamber between a piston bottom dead center (BDC) and a piston top dead center (TDC). The TDC is spaced a smaller distance from the nozzle of the gas injector than the TDC.

Während der Ausstoßung bewegt sich der Kolben vom UT zum OT. Während der Ansaugung bewegt sich der Kolben vom OT zum UT. Während der Verdichtung bewegt sich der Kolben vom UT zum OT. Während der Expansion bewegt sich der Kolben vom OT zum UT.During ejection, the piston moves from BDC to TDC. During suction, the piston moves from TDC to BDC. During compression, the piston moves from BDC to TDC. During expansion, the piston moves from TDC to BDC.

Bei einem Betriebsverfahren nach dem Stand der Technik stellt das Zwischenvolumen des Gasinjektors insbesondere während der Ausstoßung und während der Ansaugung im Wesentlichen ein Totvolumen dar, d.h. das durch die vorangehende Expansion erhitzte Gas verbleibt im Zwischenvolumen des Gasinjektors.In an operating method according to the prior art, the intermediate volume of the gas injector essentially represents a dead volume, particularly during ejection and suction, i.e. the gas heated by the previous expansion remains in the intermediate volume of the gas injector.

Beim offenbarungsgemäßen Verfahren wird das Zwischenvolumen im Gasinjektor im Wesentlichen während der Ansaugung und/oder während der Verdichtung mit dem Spülfluid gespült. Im Wesentlichen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Spülung während der Ansaugung und/oder während der Verdichtung stattfindet. Die Spülung kann sich darüber hinaus auch in den Verfahrensschritt der Ausstoßung erstrecken. Die Spülung erfolgt bevorzugt während der Ansaugung, da in dieser Phase durch die Abwärtsbewegung des Kolbens vom OT zum UT in der Brennkammer ein Unterdruck entsteht. Dieser Unterdruck begünstigt einen Fluidfluss des Spülfluids von der Einströmöffnung des Gasinjektors zur Düsenöffnung des Gasinjektors in Richtung der Brennkammer. Folglich findet im Zwischenvolumen ein Gasaustausch statt. Bevorzugt erstreckt sich das Zeitintervall der Spülung über das gesamte Zeitintervall der Ansaugung.In the method according to the disclosure, the intermediate volume in the gas injector is essentially flushed with the flushing fluid during suction and/or during compression. In this context, this essentially means that the flushing takes place during suction and/or during compression. The flushing can also extend into the ejection process step. Purging is preferably carried out during intake, as in this phase a negative pressure is created in the combustion chamber due to the downward movement of the piston from TDC to BDC. This negative pressure promotes a fluid flow of the flushing fluid from the inflow opening of the gas injector to the nozzle opening of the gas injector in the direction of the combustion chamber. Consequently, gas exchange takes place in the intermediate volume. The flushing time interval preferably extends over the entire suction time interval.

Das Zeitintervall der Injektion liegt vorzugsweise innerhalb des Zeitintervalls der Ansaugung und/oder der Verdichtung. Der Anfang des Zeitintervalls der Spülung liegt vorzugsweise vor dem Anfang des Zeitintervalls der Injektion. Folglich findet im Zwischenvolumen über einen längeren Zeitraum ein Gasaustausch statt verglichen mit dem Verfahren gemäß Stand der Technik. Die Temperatur im Zwischenvolumen kann weiter herabgesetzt werden. Das Ende des Zeitintervalls der Spülung liegt vorzugsweise nach dem Ende des Zeitintervalls der Injektion. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das im Zwischenvolumen des Gasinjektors befindliche brennbare Gas, insbesondere Wasserstoff, durch das Spülfluid verdrängt wird, bevor das nächste Expansions-Zeitintervall beginnt. Folglich ist das im Zwischenvolumen des Gasinjektors befindliche Gasgemisch während des Expansions-Zeitintervalls weniger reaktiv. Daneben wird das im Gasinjektor befindliche Gasgemisch weiter abgekühlt.The time interval for injection is preferably within the time interval for suction and/or compression. The start of the flushing time interval is preferably before the start of the injection time interval. Consequently, gas exchange takes place in the intermediate volume over a longer period of time compared to the method according to the prior art. The temperature in the intermediate volume can be further reduced. The end of the flushing time interval is preferably after the end of the injection time interval. This can ensure that the combustible gas, in particular hydrogen, located in the intermediate volume of the gas injector is displaced by the flushing fluid before the next expansion time interval begins. Consequently, the gas mixture located in the intermediate volume of the gas injector is less reactive during the expansion time interval. In addition, the gas mixture in the gas injector is further cooled.

Die vorgenannten Aspekte können jeweils in Alleinstellung oder in Kombination zur Lösung der Aufgabe genutzt werden. In den weiteren Unteransprüchen sind zusätzliche vorteilhafte Ausführungsformen des offenbarungsgemäßen Kraftstoffinjektors offenbart.The aforementioned aspects can be used alone or in combination to solve the task. Additional advantageous embodiments of the fuel injector according to the disclosure are disclosed in the further subclaims.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt.The invention is shown by way of example and schematically in the drawings.

Liste der Figuren:

  • 1: Gasinjektor gemäß Stand der Technik
  • 2: Gasinjektor gemäß einer ersten Ausführungsform der Offenbarung, umfassend ein Injektorschaltventil, eine Einströmöffnung zum Zuführen eines Spülfluids und eine Düse
  • 3: Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der Offenbarung, umfassend einen Gasinjektor, wie in 2 dargestellt
  • 4: Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, wie in 3 dargestellt, umfassend die Verfahrensschritte:
    1. a) Ansaugung, Spülung
    2. b) Verdichtung
    3. c) Expansion
    4. d) Ausstoßung
  • 5: Ventilhub abhängig von der Kolbenposition bei einem offenbarungsgemäßen Verfahren,
  • 6: Temperaturverlauf im Zwischenvolumen bei einem offenbarungsgemäßen Verfahren
  • 7: Gasinjektor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Offenbarung, umfassend ein Injektorschaltventil, eine Einströmöffnung zum Zuführen eines Spülfluids, ein Injektorrückschlagventil und eine Düse
  • 8: Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Offenbarung, umfassend einen Gasinjektor, wie in 7 dargestellt
List of characters:
  • 1 : State-of-the-art gas injector
  • 2 : Gas injector according to a first embodiment of the disclosure, comprising an injector switching valve, an inflow opening for supplying a flushing fluid and a nozzle
  • 3 : Internal combustion engine according to a first embodiment of the disclosure, comprising a gas injector, as in 2 shown
  • 4 : Method according to a first embodiment for operating an internal combustion engine, as in 3 shown, comprising the process steps:
    1. a) Suction, flushing
    2. b) Compaction
    3. c) expansion
    4. d) expulsion
  • 5 : Valve lift depending on the piston position in a method according to the disclosure,
  • 6 : Temperature profile in the intermediate volume in a method according to the disclosure
  • 7 : Gas injector according to a second embodiment of the disclosure, comprising an injector switching valve, an inflow opening for supplying a flushing fluid, an injector check valve and a nozzle
  • 8th : Internal combustion engine according to a second embodiment of the disclosure, comprising a gas injector as in 7 shown

Ein Gasinjektor zum Einspritzen von Wasserstoff in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors gemäß Stand der Technik ist beispielhaft in 1 dargestellt. Der Gasinjektor (100) umfasst ein nach innen öffnendes Injektorschaltventil (110) zur Steuerung des Wasserstoffflusses durch den Gasinjektor in die Brennkammer und eine Düse (140) zur Abgabe des Wasserstoffs in die Brennkammer, wobei die Düse (140) stromabwärts zum Injektorschaltventil (110) angeordnet ist. Weiterhin umfasst der Gasinjektor ein Zwischenvolumen (120), wobei das Zwischenvolumen (120) stromabwärts zum Injektorschaltventil (110) und stromaufwärts zur Düse (140) angeordnet ist.A gas injector for injecting hydrogen into a combustion chamber of an internal combustion engine according to the prior art is exemplified in 1 shown. The gas injector (100) comprises an inwardly opening injector switching valve (110) for controlling the flow of hydrogen through the gas injector into the combustion chamber and a nozzle (140) for dispensing the hydrogen into the combustion chamber, the nozzle (140) being downstream of the injector switching valve (110). is arranged. The gas injector further comprises an intermediate volume (120), the intermediate volume (120) being arranged downstream of the injector switching valve (110) and upstream of the nozzle (140).

In 2 ist beispielhaft ein offenbarungsgemäßer Gasinjektor (100) zum Einspritzen von brennbarem Gas, insbesondere Wasserstoff, in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt.In 2 A gas injector (100) according to the disclosure is shown as an example for injecting combustible gas, in particular hydrogen, into a combustion chamber of an internal combustion engine according to a first embodiment.

Der in 2 gezeigte Gasinjektor (100) umfasst ein nach innen öffnendes Injektorschaltventil (110) zur Steuerung des Gasflusses des brennbaren Gases durch den Gasinjektor in die Brennkammer und eine Düse (140) zur Abgabe des brennbaren Gases in die Brennkammer umfassend eine Düsenöffnung (141), wobei die Düse (140) stromabwärts zum Injektorschaltventil (110) angeordnet ist. Weiterhin umfasst der Gasinjektor ein Zwischenvolumen (120), wobei das Zwischenvolumen (120) stromabwärts zum Injektorschaltventil (110) und stromaufwärts zur Düse (140) angeordnet ist. Weiterhin umfasst der Gasinjektor (100) eine Einströmöffnung (130) zum Zuführen eines Spülfluids (SF) in das Zwischenvolumen (120).The in 2 Gas injector (100) shown comprises an inwardly opening injector switching valve (110) for controlling the gas flow of the combustible gas through the gas injector into the combustion chamber and a nozzle (140) for discharging the combustible gas into the combustion chamber comprising a nozzle opening (141), wherein the Nozzle (140) is arranged downstream of the injector switching valve (110). The gas injector further comprises an intermediate volume (120), the intermediate volume (120) being arranged downstream of the injector switching valve (110) and upstream of the nozzle (140). The gas injector (100) further comprises an inflow opening (130) for supplying a flushing fluid (SF) into the intermediate volume (120).

Das in 2 gezeigte Injektorschaltventil (110) kann einen Aktuator (111), ein Rückstellelement (113) und einen Ventilkörper (115) umfassen. Der Ventilkörper (115) umfasst ein Ventilsitzelement (116) zum Verschließen und Öffnen einer Ventilsitzöffnung (118). Das Injektorschaltventil (110) öffnet nach innen, d.h. zum Öffnen des Ventils und damit zur Freigabe des Flusses des brennbaren Gases durch den Gasinjektor (100) wird der Ventilkörper (115) entgegen der Flussrichtung des brennbaren Gases bewegt. Die Flussrichtung des brennbaren Gases verläuft von einer dem Injektorschaltventil (110) vorgelagerten Gaszuführpassage (160), zum Injektorschaltventil (110), zum Zwischenvolumen (120), zur Düse (140). Vorzugsweise beträgt der Speisedruck mit dem dem Gasinjektor (100) das brennbare Gas, insbesondere der Wasserstoff, zugeführt wird circa 30 Bar. Der Aktuator (111) kann beispielsweise bei Betätigung eine magnetische Kraft erzeugen, die den Ventilkörper (115) und damit das Ventilsitzelement (116) von der Ventilsitzöffnung (118) entgegen der Flussrichtung des brennbaren Gases anhebt. Die Ventilsitzöffnung (118) wird geöffnet. Der Ventilkörper (115) befindet sich in der geöffneten Position. Brennbares Gas, insbesondere Wasserstoff, kann durch die Ventilsitzöffnung (118) hindurchfließen. Wird der Aktuator (111) nicht betätigt und wirkt auf den Ventilkörper (115) keine magnetische Kraft, kann beispielsweise das Rückstellelement (113) den Ventilkörper (115) in die geschlossene Position bewegen. Das Rückstellelement (113) kann beispielsweise eine Feder bzw. alternative elastische Elemente umfassen, die eine Rückstellkraft erzeugen. Das Ventilsitzelement (116) verschließt die Ventilsitzöffnung (118). Das brennbare Gas, insbesondere der Wasserstoff, kann nicht durch die Ventilsitzöffnung (118) hindurchfließen. Die beschriebene Ausführungsform stellt eine beispielhafte Möglichkeit dar, den Fluss des brennbaren Gases durch den Gasinjektor (100) zu steuern. Der offenbarungsgemäße Gasinjektor (100) ist mit alternativen Schaltventilen kompatibel. Beispielsweise können hydraulisch gekoppelte Schaltventile verwendet werden. Bei diesen kann das Bewegungsverhalten des Ventilkörpers (115) über eine Druckdifferenz zwischen einem Druck in einer Steuerkammer am dorsalen Ende des Ventilkörpers und einem Druck in einer Injektionskammer am distalen Ende gesteuert werden.This in 2 Injector switching valve (110) shown can comprise an actuator (111), a restoring element (113) and a valve body (115). The valve body (115) comprises a valve seat element (116) for closing and opening a valve seat opening (118). The injector switching valve (110) opens inwards, ie to open the valve and thus to enable the flow of the combustible gas through the gas injector (100), the valve body (115) is moved counter to the flow direction of the combustible gas. The flow direction of the combustible gas runs from a gas supply passage (160) upstream of the injector switching valve (110), to the injector switching valve (110), to the intermediate volume (120), to the nozzle (140). The feed pressure with which the combustible gas, in particular hydrogen, is supplied to the gas injector (100) is preferably approximately 30 bar. The actuator (111), for example, can generate a magnetic force when actuated, which affects the valve body (115) and thus the valve seat element ( 116) lifts from the valve seat opening (118) against the flow direction of the combustible gas. The valve seat opening (118) is opened. The valve body (115) is in the open position. Combustible gas, especially hydrogen, can flow through the valve seat opening (118). If the actuator (111) is not actuated and no magnetic force acts on the valve body (115), the restoring element (113), for example, can move the valve body (115) into the closed position. The restoring element (113) can, for example, comprise a spring or alternative elastic elements that generate a restoring force. The valve seat element (116) closes the valve seat opening (118). The combustible gas, especially hydrogen, cannot flow through the valve seat opening (118). The embodiment described represents an exemplary possibility of controlling the flow of the combustible gas through the gas injector (100). The gas injector (100) according to the disclosure is compatible with alternative switching valves. For example, hydraulically coupled switching valves can be used. In these, the movement behavior of the valve body (115) can be determined via a pressure difference between a pressure in a control chamber at the dorsal end of the valve body and a pressure in an injection chamber at the distal end.

Wie in 2 beispielhaft dargestellt, kann der Gasinjektor zusätzlich ein Injektorrückschlagventil (150) umfassen. Das Injektorrückschlagventil (150) ist vorzugsweise stromaufwärts zur Düse (140), insbesondere stromaufwärts zum Zwischenvolumen (120), und stromabwärts zum Injektorschaltventil (110) angeordnet. Insbesondere ist das Injektorrückschlagventil (150) stromabwärts zur Ventilsitzöffnung (118) angeordnet. Das Injektorrückschlagventil (150) kann innerhalb des Zwischenvolumens (120) angeordnet sein. Das Injektorrückschlagventil (150) umfasst einen Ventilkörper (151) und ein Rückstellelement (155). Der Ventilkörper (151) ist ausgebildet zum Verschließen und Öffnen der Ventilsitzöffnung (118). Befindet sich das Injektorschaltventil (110) in der geöffneten Position, entsteht durch den freigegebenen Fluss des brennbaren Gases in der Ventilsitzöffnung (118) ein Überdruck, der den Ventilkörper (151) des Injektorrückschlagventils (150) von der Ventilsitzöffnung (118) in Richtung des Flusses des brennbaren Gases anhebt. Die Ventilsitzöffnung (118) wird geöffnet. Der Ventilkörper (151) befindet sich in der geöffneten Position. Brennbares Gas kann durch die Ventilsitzöffnung (118) in Richtung Zwischenvolumen (120) und Düse (140) fließen. Wird das Injektorschaltventil (110) geschlossen, so herrscht in der Ventilsitzöffnung (118) kein Überdruck. Das Rückstellelement (155) kann den Ventilkörper (151) in die geschlossene Position bewegen. Das Rückstellelement (155) kann beispielsweise eine Feder bzw. alternative elastische Elemente umfassen, die eine Rückstellkraft erzeugen. Der Ventilkörper (151) verschließt die Ventilsitzöffnung (118). Brennbares Gas kann durch die Ventilsitzöffnung (118) hindurchfließen. Insbesondere kann kein Gas aus dem Zwischenvolumen entgegen der Flussrichtung des brennbaren Gases durch die Ventilsitzöffnung (118) zurück zur Gaszuführpassage (160) fließen. Diese Gefahr besteht bei einem Gasinjektor ohne Rückschlagventil (150) insbesondere, wenn in der Brennkammer (410) ein Überdruck entsteht. Dies ist beispielsweise während der Verdichtung der Fall (siehe 4b).As in 2 shown as an example, the gas injector can additionally comprise an injector check valve (150). The injector check valve (150) is preferably arranged upstream of the nozzle (140), in particular upstream of the intermediate volume (120), and downstream of the injector switching valve (110). In particular, the injector check valve (150) is arranged downstream of the valve seat opening (118). The injector check valve (150) can be arranged within the intermediate volume (120). The injector check valve (150) comprises a valve body (151) and a restoring element (155). The valve body (151) is designed to close and open the valve seat opening (118). If the injector switching valve (110) is in the open position, the released flow of combustible gas creates an overpressure in the valve seat opening (118), which moves the valve body (151) of the injector check valve (150) away from the valve seat opening (118) in the direction of the flow of the combustible gas. The valve seat opening (118) is opened. The valve body (151) is in the open position. Combustible gas can flow through the valve seat opening (118) towards the intermediate volume (120) and nozzle (140). If the injector switching valve (110) is closed, there is no excess pressure in the valve seat opening (118). The restoring element (155) can move the valve body (151) into the closed position. The restoring element (155) can, for example, comprise a spring or alternative elastic elements that generate a restoring force. The valve body (151) closes the valve seat opening (118). Combustible gas can flow through the valve seat opening (118). In particular, no gas can flow from the intermediate volume counter to the flow direction of the combustible gas through the valve seat opening (118) back to the gas supply passage (160). This danger exists with a gas injector without a check valve (150), especially if excess pressure arises in the combustion chamber (410). This is the case, for example, during compaction (see 4b) .

Wie in 2 dargestellt kann die Düse (140) mehrere Düsenöffnungen (141) umfassen. Die mehreren Düsenöffnungen (141) können derart angeordnet sein, dass innerhalb des Zwischenvolumens (120) ein idealer Spülfluidfluss gewährleistet wird. Beispielsweise kann so sichergestellt werden, dass das Zwischenvolumen (120) vollständig mit dem Spülfluid (SF) gespült wird. Weiterhin kann sichergestellt werden, dass das Spülfluid (SF) möglichst entlang der Wände des Gasinjektors (100) fließt, die das Zwischenvolumen (120) begrenzen. So kann eine möglichst effektive Kühlwirkung erzeugt werden. Dazu können die Düsenöffnungen (141) gleichmäßig verteilt sein über die Düse (140).As in 2 shown, the nozzle (140) can comprise several nozzle openings (141). The plurality of nozzle openings (141) can be arranged in such a way that an ideal flushing fluid flow is ensured within the intermediate volume (120). For example, it can be ensured that the intermediate volume (120) is completely flushed with the flushing fluid (SF). Furthermore, it can be ensured that the flushing fluid (SF) flows as far as possible along the walls of the gas injector (100), which delimit the intermediate volume (120). In this way, the most effective cooling effect possible can be generated. For this purpose, the nozzle openings (141) can be evenly distributed over the nozzle (140).

Wie in 2 dargestellt, ist das Zwischenvolumen (120) stromabwärts zum Injektorschaltventil (110) und stromaufwärts zur Düse (140) angeordnet. Die Einströmöffnung (130) zum Zuführen des Spülfluids (SF) in das Zwischenvolumen (120) kann in das Zwischenvolumen (120) münden. Alternativ kann die Einströmöffnung (130) in einen Bereich stromaufwärts zum Zwischenvolumen (120) münden. Insbesondere kann die Einströmöffnung in einen Bereich stromabwärts zum Injektorschaltventil (110) und stromaufwärts zum Injektorrückschlagventil (150)) münden (siehe 7 und 8).As in 2 shown, the intermediate volume (120) is arranged downstream of the injector switching valve (110) and upstream of the nozzle (140). The inflow opening (130) for supplying the flushing fluid (SF) into the intermediate volume (120) can open into the intermediate volume (120). Alternatively, the inflow opening (130) can open into an area upstream of the intermediate volume (120). In particular, the inflow opening can open into an area downstream of the injector switching valve (110) and upstream of the injector check valve (150) (see 7 and 8th ).

Das Zwischenvolumen (120) kann vorwiegend durch die Düse (140) begrenzt sein. Weiterhin kann das Zwischenvolumen über die Ventilsitzöffnung (118) mit der Gaszuführpassage (160) verbunden sein.The intermediate volume (120) can be limited primarily by the nozzle (140). Furthermore, the intermediate volume can be connected to the gas supply passage (160) via the valve seat opening (118).

In 3 ist beispielhaft ein offenbarungsgemäßer Verbrennungsmotor (1) gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Der dargestellte Verbrennungsmotor (1) umfasst einen Motorkörper (400) umfassend eine Brennkammer (410) und einen Gasinjektor (1), wie in 2 dargestellt, wobei die Düse (140) des Gasinjektors (100) mit der Brennkammer (410) des Motorkörpers (400) verbunden ist.In 3 An internal combustion engine (1) according to the disclosure is shown as an example according to a first embodiment. The internal combustion engine (1) shown comprises an engine body (400) comprising a combustion chamber (410) and a gas injector (1), as in 2 shown, wherein the nozzle (140) of the gas injector (100) is connected to the combustion chamber (410) of the engine body (400).

Wie in 3 dargestellt, kann der Verbrennungsmotor (1) eine Spülvorrichtung (200) zum Spülen des Zwischenvolumens (120) des Gasinjektors (100) gemäß einer ersten Ausführungsform umfassen. Weiterhin kann der Verbrennungsmotor (1) eine Lufteinlassvorrichtung (300) zum Ansaugen von Ansaugluft (AL) in die Brennkammer (410) umfassen. Die Lufteinlassvorrichtung (300) kann ein Lufteinlassventil (310) zur Steuerung des Ansaugluftflusses in die Brennkammer (410) umfassen. Darüber hinaus kann der Verbrennungsmotor (1) eine Luftauslassvorrichtung (500) zum Auslassen des Gasgemisches aus der Brennkammer (410) umfassen. Die Luftauslassvorrichtung (500) kann ein Luftauslassventil (510) zur Steuerung des Gasgemischflusses aus der Brennkammer (410) umfassen.As in 3 shown, the internal combustion engine (1) can comprise a flushing device (200) for flushing the intermediate volume (120) of the gas injector (100) according to a first embodiment. Furthermore, the internal combustion engine (1) can comprise an air inlet device (300) for drawing in intake air (AL) into the combustion chamber (410). The air inlet device (300) may include an air inlet valve (310) for controlling the flow of intake air into the combustion chamber (410). In addition, the internal combustion engine (1) may comprise an air outlet device (500) for exhausting the gas mixture from the combustion chamber (410). The air exhaust device (500) may include an air exhaust valve (510) for controlling the flow of gas mixture from the combustion chamber (410).

Wie in 3 gezeigt, umfasst die Spülvorrichtung (200) eine Spülfluidpassage (210) zur Zuführung des Spülfluids (SF) in das Zwischenvolumen (120) des Gasinjektors (100) und ein Spülventil (220) zur Steuerung des Spülfluidflusses. Der Gasinjektor (100) kann verbindbar sein mit der Spülvorrichtung (200). Die Spülvorrichtung (200) kann nachrüstbar oder austauschbar sein. Weiterhin kann der Gasinjektor (100) die Spülvorrichtung (200) umfassen (siehe beispielsweise 8).As in 3 shown, the flushing device (200) comprises a flushing fluid passage (210) for supplying the flushing fluid (SF) into the intermediate volume (120) of the gas injector (100) and a flushing valve (220) for controlling the flushing fluid flow. The gas injector (100) can be connectable to the flushing device (200). The flushing device (200) can be retrofitted or exchanged. Furthermore, the gas injector (100) can include the flushing device (200) (see for example 8th ).

In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist die Lufteinlassvorrichtung (300) mit der Spülvorrichtung (200) verbunden, so dass der Spülvorrichtung (200) und/oder dem Gasinjektor (100) Ansaugluft (AL) aus der Lufteinlassvorrichtung (300) zuführbar ist. Das Spülventil (220) ist in der in 3 dargestellten Ausführungsform vorzugsweise ein Rückschlagventil (222), das durch eine Druckdifferenz passiv betätigbar ist. Wenn während der Ansaugung ein Unterdruck in der Brennkammer (410) vorherrscht, kann während der Ansaugung das Rückschlagventil (222) passiv betätigt werden. Das Rückschlagventil (222) öffnet. Ansauglauft (AL) kann aus der Lufteinlassvorrichtung (300) über die Spülvorrichtung (200) in das Zwischenvolumen (120) des Gasinjektors (100) fließen (siehe 4a). Wie in der vergrößerten Darstellung des Spülventils (220) in 3 dargestellt, kann das Spül-Rückschlagventil (222) ein Rückstellelement (223) umfassen. Weiterhin kann das Spül-Rückschlagventil (222) einen Ventilkörper (223) umfassen. Die Funktionsweise des Spülrückschlagventils (222) ist vorzugsweise analog zur Funktionsweise der Injektorrückschlagventils (150). Die in 3 offenbarte Ausführungsform ist vorteilhaft, da keine Steuerung für die Spülvorrichtung (200) erforderlich ist. Insbesondere erfordert das Spül-Rückschlagventil (222) keine Steuerung. Alternativ kann als Spülventil (220) ein Schaltventil (221) verwendet werden, das aktiv betätigt wird. Die Funktionsweise des Schaltventils (221) kann analog sein zur Funktionsweise des Injektorschaltventils (110). Bevorzugt umfasst die Spülvorrichtung (200) eine Spülsteuervorrichtung (230) zur Steuerung der Spülvorrichtung (200), insbesondere zur Steuerung des Spülventils (220) bzw. des Schaltventils (221). Die Spülsteuervorrichtung (230) ist insbesondere dazu geeignet ein anspruchsgemäßes Verfahren auszuführen. Beispielsweise kann die Spülsteuervorrichtung (230) über die Nockenwellenposition oder über die Kolbenposition die Spülvorrichtung (200) steuern. Die Spülsteuervorrichtung (230) kann mit einer Steuervorrichtung des Verbrennungsmotors (1) und/oder des Gasinjektors (100) und/oder der Lufteinlassvorrichtung (300) und/oder der Luftauslassvorrichtung (500) verbunden sein. Vorzugsweise wird das Spülventil (220) im Wesentlichen während der Ansaugung geöffnet.In the in 3 In the embodiment shown, the air inlet device (300) is connected to the flushing device (200), so that intake air (AL) from the air inlet device (300) can be supplied to the flushing device (200) and/or the gas injector (100). The flush valve (220) is in the in 3 illustrated embodiment preferably a check valve (222), which can be passively actuated by a pressure difference. If there is a negative pressure in the combustion chamber (410) during intake, the check valve (222) can be passively actuated during intake. The check valve (222) opens. Intake run (AL) can flow from the air inlet device (300) via the flushing device (200) into the intermediate volume (120) of the gas injector (100) (see 4a) . As in the enlarged view of the flush valve (220) in 3 shown, the flushing check valve (222) can include a reset element (223). Furthermore, the flushing check valve (222) can comprise a valve body (223). The operation of the flushing check valve (222) is preferably analogous to the operation of the injector check valve (150). In the 3 The embodiment disclosed is advantageous because no control for the flushing device (200) is required. In particular, the flushing check valve (222) does not require any control. Alternatively, a switching valve (221), which is actively operated, can be used as the flushing valve (220). The functioning of the switching valve (221) can be analogous to the functioning of the injector switching valve (110). The flushing device (200) preferably comprises a flushing control device (230) for controlling the flushing device (200), in particular for controlling the flushing valve (220) or the switching valve (221). The flushing control device (230) is particularly suitable for carrying out a method according to the claims. For example, the purge control device (230) can control the purge device (200) via the camshaft position or via the piston position. The purge control device (230) can be connected to a control device of the internal combustion engine (1) and/or the gas injector (100) and/or the air inlet device (300) and/or the air outlet device (500). Preferably, the purge valve (220) is opened substantially during suction.

In der in 3 gezeigten Ausführungsform mündet die Spülfluidpassage (210) der Spülvorrichtung (200) in die Einströmöffnung (130).In the in 3 In the embodiment shown, the flushing fluid passage (210) of the flushing device (200) opens into the inflow opening (130).

In 4 ist beispielhaft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (1) nach einer ersten Ausführungsform gezeigt, umfassend die Verfahrensschritte:

  • 4a:
    • - Ansaugung, wobei der Brennkammer (410) sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird;
    • - Spülung, wobei das Zwischenvolumen (120) im Gasinjektor (100) im Wesentlichen während der Ansaugung mit dem Spülfluid (SF) gespült wird
  • 4b:
    • - Verdichtung, wobei das in der Brennkammer (410) enthaltene Gasgemisch komprimiert wird
  • 4c:
    • - Expansion, wobei das in der Brennkammer (410) enthaltene Gasgemisch explosionsartig expandiert
  • 4d:
    • - Ausstoßung, wobei das in der Brennkammer (410) enthaltene Gasgemisch aus der Brennkammer abgeführt wird;
In 4 A method for operating an internal combustion engine (1) according to a first embodiment is shown as an example, comprising the method steps:
  • 4a :
    • - Suction, whereby oxygen-containing gas is supplied to the combustion chamber (410);
    • - Flushing, wherein the intermediate volume (120) in the gas injector (100) is essentially flushed with the flushing fluid (SF) during suction
  • 4b :
    • - Compression, whereby the gas mixture contained in the combustion chamber (410) is compressed
  • 4c :
    • - Expansion, whereby the gas mixture contained in the combustion chamber (410) expands explosively
  • 4d :
    • - Ejection, whereby the gas mixture contained in the combustion chamber (410) is removed from the combustion chamber;

In 5 sind beispielhaft die vier Verfahrensschritte

  • - Ausstoßung,
  • - Ansaugung;
  • - Verdichtung; und
  • - Expansion
abhängig von der Kolbenposition dargestellt. Der Kolben (420) bewegt sich in der Brennkammer (410) zwischen dem Oberen (Kolben-)Totpunkt (OT) und dem Unteren (Kolben-)Totpunkt (UT) hin und her. Abhängig von der Kolbenposition ist in 5 die Stellung der Ventile (Ventilhub):
  • - Luftauslassventil (510),
  • - Lufteinlassventil (310),
  • - Spülventil (220), und
  • - Injektorschaltventil (110)
dargestellt.In 5 are examples of the four process steps
  • - expulsion,
  • - suction;
  • - compaction; and
  • - Expansion
shown depending on the piston position. The piston (420) moves back and forth in the combustion chamber (410) between the top (piston) dead center (TDC) and the bottom (piston) dead center (UT). Depending on the piston position is in 5 the position of the valves (valve lift):
  • - air outlet valve (510),
  • - air inlet valve (310),
  • - Flush valve (220), and
  • - Injector switching valve (110)
shown.

Wie in 5 dargestellt, ist das Spülventil (220) im Wesentlichen während der Ansaugung geöffnet. Insbesondere zu Beginn der Ansaugung, wenn das Lufteinlassventil (310) beginnt zu öffnen, kann es sein, dass der durch die Bewegung des Kolbens (420) vom OT zum UT in der Brennkammer (410) entstehende Unterdruck schnell anwächst. Dadurch, dass das Lufteinlassventil (310) zu Beginn der Ansaugung nicht vollständig geöffnet ist, kann nicht ausreichend Ansaugluft aus der Lufteinlassvorrichtung (500) in die Brennkammer (410) nachfließen, um den Unterdruck auszugleichen. Durch den schnell ansteigenden Unterdruck in der Brennkammer (410) während dieser Anfangsphase der Ansaugung öffnet sich das Spülventil (220). Dieser Effekt kann verstärkt werden, in dem die Öffnung des Lufteinlassventils (420) erst nach Beginn der Bewegung des Kolbens (420) vom OT zum UT beginnt. Daneben kann im Bereich der Lufteinlassvorrichtung ein Überdruck vorherrschen, der die Öffnung des Spülventils (220) begünstigt. Ansaugluft fließt dann durch die Spülvorrichtung (200) in das Zwischenvolumen (120) des Gasinjektors.As in 5 shown, the flushing valve (220) is essentially open during suction. Particularly at the beginning of the intake, when the air inlet valve (310) begins to open, it may be that the negative pressure created by the movement of the piston (420) from TDC to BDC in the combustion chamber (410) increases quickly. Because the air inlet valve (310) is not fully open at the start of intake, sufficient intake air cannot flow from the air inlet device (500) into the combustion chamber (410) to compensate for the negative pressure. Due to the rapidly increasing negative pressure in the combustion chamber (410) during this initial phase of intake, the flushing valve (220) opens. This effect can be increased by opening the air inlet valve (420) only after the movement has begun of the piston (420) from TDC to BDC begins. In addition, there may be excess pressure in the area of the air inlet device, which promotes the opening of the flushing valve (220). Intake air then flows through the purging device (200) into the intermediate volume (120) of the gas injector.

Das Lufteinlassventil (310) öffnet bzw. verschließt eine Lufteinlassöffnung (320) zur Brennkammer (410) hin. Der Durchmesser der Einströmöffnung (130) und/oder der Spülfluidpassage (210) beträgt vorzugsweise 5 bis 15% des Durchmessers der Lufteinlassöffnung (320), mehr bevorzugt 7,5 bis 12,5%, vorzugsweise 10%. Bei einem Durchmesser der Einströmöffnung (130) und/oder der Spülfluidpassage (210) von 5mm beträgt der Durchmesser der Lufteinlassöffnung (320) vorzugsweise 50mm. Bei vollständig geöffnetem Lufteinlassventil (310) ist die effektiv geöffnete Fläche der Lufteinlassöffnung (320) folglich viel größer als die Fläche der Einströmöffnung (130) bzw. der Spülfluidpassage (210). Zu Beginn der Ansaugung, während das Lufteinlassventil (310) beginnt zu öffnen, ist die effektiv geöffnete Fläche der Lufteinlassöffnung (320) allerdings zunächst kleiner als die Fläche der Einströmöffnung (130) bzw. der Spülfluidpassage (210). Insbesondere während dieser Anfangsphase der Ansaugung fließt die Ansaugluft hauptsächlich durch die Spülfluidpassage (210) und/oder die Einströmöffnung (130).The air inlet valve (310) opens or closes an air inlet opening (320) to the combustion chamber (410). The diameter of the inflow opening (130) and/or the flushing fluid passage (210) is preferably 5 to 15% of the diameter of the air inlet opening (320), more preferably 7.5 to 12.5%, preferably 10%. If the diameter of the inflow opening (130) and/or the flushing fluid passage (210) is 5mm, the diameter of the air inlet opening (320) is preferably 50mm. When the air inlet valve (310) is fully open, the effectively opened area of the air inlet opening (320) is therefore much larger than the area of the inflow opening (130) or the flushing fluid passage (210). At the beginning of the suction, while the air inlet valve (310) begins to open, the effectively opened area of the air inlet opening (320) is initially smaller than the area of the inflow opening (130) or the flushing fluid passage (210). In particular, during this initial phase of intake, the intake air flows mainly through the flushing fluid passage (210) and/or the inflow opening (130).

Die Lufteinlassvorrichtung (300) kann eine Ansaugung, einen Kompressor, einen Turbolader und/oder eine Common-Rail umfassen. Während bei einem mit Diesel betriebenen Verbrennungsmotor der Ladedruck in etwa 4 Bar beträgt, liegt der Ladedruck bei einem mit dem brennbarem Gas, insbesondere mit Wasserstoff, betriebenen Verbrennungsmotor vorzugweise bei circa 6 Bar.The air inlet device (300) may include an intake, a compressor, a turbocharger and/or a common rail. While the boost pressure in an internal combustion engine powered by diesel is around 4 bar, the boost pressure in an internal combustion engine powered by combustible gas, in particular hydrogen, is preferably around 6 bar.

Wie in 5 dargestellt, kann das Zeitintervall der (Injektion des brennbaren Gases innerhalb des Zeitintervalls der Ansaugung liegen. Der Anfang des Zeitintervalls der Spülung kann vor dem Anfang des Zeitintervalls der Injektion liegen. Das Ende des Zeitintervalls der Spülung kann nach dem Ende des Zeitintervalls der Injektion liegen. Weiterhin kann sich die Injektion in das Zeitintervall der Verdichtung erstrecken. Vorzugsweise beginnt die Injektion am Ende der Ansaugung. Daneben kann das Zeitintervall der Injektion ausschließlich innerhalb des Zeitintervalls der Verdichtung liegen.As in 5 shown, the time interval of the (injection of the combustible gas can be within the time interval of the suction. The beginning of the time interval of the purging can be before the beginning of the time interval of the injection. The end of the time interval of the purging can be after the end of the time interval of the injection. Furthermore, the injection can extend into the time interval of the compression. The injection preferably begins at the end of the suction. In addition, the time interval of the injection can lie exclusively within the time interval of the compression.

In 4a) ist beispielhaft ein Zeitpunkt dargestellt, zudem sich die Verfahrensschritte Ansaugung und Spülung überschneiden. Zu diesem Zeitpunkt fließt Spülfluid (vorzugsweise Ansaugluft) durch die Einströmöffnung (130) in das Zwischenvolumen. Das Spülfluid kann der Abkühlung des Gasinjektors (100), insbesondere des Zwischenvolumens (120) und der Düse (140) dienen, die seitens der Brennkammer (410) hohen Temperaturen ausgesetzt sind.In 4a) A point in time is shown as an example in which the suction and rinsing process steps overlap. At this point in time, flushing fluid (preferably intake air) flows through the inflow opening (130) into the intermediate volume. The flushing fluid can serve to cool the gas injector (100), in particular the intermediate volume (120) and the nozzle (140), which are exposed to high temperatures from the combustion chamber (410).

Das Zeitintervall der Injektion kann innerhalb des Zeitintervalls der Ansaugung und/oder der Verdichtung liegen. Liegt das Zeitintervall der Injektion innerhalb des Zeitintervalls der Spülung, kann das mit einem höheren Druck beaufschlagte brennbare Gas, insbesondere der Wasserstoff, während der Injektion bewirken, dass die Spülung unterbrochen wird, da das Spülfluid mit einem geringeren Druck beaufschlagt ist und sich daher das Spülventil (220) schließt. Nach Beendigung der Injektion kann der Druckabfall im Gasinjektor dazu führen, dass Spülfluid erneut in das Zwischenvolumen strömt, da sich das Spülventil (220) erneut öffnet. Dies kann vorteilhaft sein, um das im Zwischenvolumen befindliche brennbare Gas, insbesondere den Wasserstoff, vor Beginn der Expansion durch Spülfluid zu verdrängen.The injection time interval may be within the suction and/or compression time interval. If the time interval of the injection is within the time interval of the flushing, the flammable gas, in particular the hydrogen, which is pressurized at a higher pressure, can cause the flushing to be interrupted during the injection, since the flushing fluid is pressurized at a lower pressure and therefore the flushing valve (220) closes. After the injection has ended, the pressure drop in the gas injector can cause flushing fluid to flow into the intermediate volume again as the flushing valve (220) opens again. This can be advantageous in order to displace the combustible gas in the intermediate volume, in particular the hydrogen, with flushing fluid before the expansion begins.

Wie in 5 beispielhaft dargestellt, kann der Anfang des Zeitintervalls der Spülung vor dem Anfang des Zeitintervalls der Injektion liegen. Vorzugsweise beginnt der Verfahrensschritt der Spülung vor dem Verfahrensschritt der Injektion. Weiter bevorzugt erstreckt sich die Spülung über weite Bereiche des Verfahrensschritts der Ansaugung. Bereits vor Beginn der Injektion wird das im Zwischenvolumen befindliche heiße Gasgemisch durch das kühlere Spülfluid verdrängt. Eine effektive Kühlung des Zwischenvolumens wird gewährleistet. Wie in 6 dargestellt, kann die im Zwischenvolumen (120) vorherrschende Temperatur insbesondere während der Ansaugung und während der Verdichtung herabgesenkt werden. Folglich wird die Temperaturbelastung im Gasinjektor (100) über einen weiten Bereich des Verfahrens gesenkt. Die Temperaturbelastung und daraus resultierende Abnutzungserscheinungen im Gasinjektor (100) werden reduziert. Die Temperatursenkung reduziert weiterhin die Gefahr einer spontanen explosionsartigen Flammenbildung im Gasinjektor (100) aufgrund heißer Stellen im Gasinjektor (100). Zudem wird durch die Verdrängung des Gasgemisches im Zwischenvolumen (120) durch das Spülfluid die Reaktivität herabgesetzt, was ebenfalls einer spontanen explosionsartigen Flammenbildung entgegenwirkt.As in 5 shown as an example, the beginning of the flushing time interval can be before the beginning of the injection time interval. Preferably, the rinsing process step begins before the injection process step. More preferably, the flushing extends over large areas of the suction process step. Even before the start of the injection, the hot gas mixture in the intermediate volume is displaced by the cooler flushing fluid. Effective cooling of the intermediate volume is guaranteed. As in 6 shown, the temperature prevailing in the intermediate volume (120) can be reduced, particularly during suction and during compression. Consequently, the temperature load in the gas injector (100) is reduced over a wide range of the process. The temperature load and the resulting signs of wear in the gas injector (100) are reduced. The reduction in temperature further reduces the risk of spontaneous explosive flame formation in the gas injector (100) due to hot spots in the gas injector (100). In addition, the reactivity is reduced by the displacement of the gas mixture in the intermediate volume (120) by the flushing fluid, which also counteracts spontaneous explosive flame formation.

Wie in 5 weiterhin beispielhaft dargestellt, kann das Ende des Zeitintervalls der Spülung nach dem Ende des Zeitintervalls der Injektion liegen. Das im Zwischenvolumen (120) befindliche brennbare Gas, insbesondere der Wasserstoff, wird verdrängt durch das Spülfluid. Die Reaktivität und die Temperatur des im Zwischenvolumen (120) befindlichen Gasgemisches wird herabgesenkt. Insbesondere während der anschließenden Expansion kann sich die explosionsartig Flammenbildung und die Temperaturerhöhung nicht aus der Brennkammer (410) in das Zwischenvolumen (120) fortsetzen. Die explosionsartige Flammenbildung in der Brennkammer während der Expansion kann beispielsweise durch eine Zündkerze ausgelöst werden. Alternativ kann die explosionsartige Flammenbildung in der Brennkammer auch durch eine Verdichtung des in der Brennkammer befindlichen Gases ausgelöst werden.As in 5 Also shown as an example, the end of the rinsing time interval can be after the end of the injection time interval. The combustible gas, in particular the hydrogen, located in the intermediate volume (120) is displaced by the flushing fluid. The reactivity and the temperature of the gas mixture in the intermediate volume (120) are reduced. Especially during the subsequent expansion, the explosive flame formation and the temperature increase cannot escape from the combustion chamber (410) into the intermediate volume (120). The explosive flame formation in the combustion chamber during expansion can be triggered, for example, by a spark plug. Alternatively, the explosive flame formation in the combustion chamber can also be triggered by a compression of the gas in the combustion chamber.

In 7 ist beispielhaft ein offenbarungsgemäßer Gasinjektor (100) zum Einspritzen von brennbarem Gas, insbesondere von Wasserstoff, in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Der in 7 dargestellte Gasinjektor (100) unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass die Einströmöffnung (130) nicht in das Zwischenvolumen (120) mündet. Vorzugsweise mündet die Einströmöffnung (130) bei dieser Ausführungsform in einen Bereich zwischen dem Injektorschaltventil (110) und dem Injektorrückschlagventil (150), insbesondere in die Ventilsitzöffnung (118). Das Injektorrückschlagventil (150) kann derart ausgebildet sein, dass während der Ansaugung aufgrund des in der Brennkammer (410) vorherrschenden Unterdrucks das Rückschlagventil (150) öffnet. Ein Spülfluid (SF) kann so im Wesentlichen während der Ansaugung über die Einströmöffnung (130) in das Zwischenvolumen (120) gesaugt werden. Weiterhin kann der Gasinjektor (100) ein Spülventil (220) umfassen, vorzugsweise ein Spülrückschlagventil (222). Das Spülventil (220) kann derart ausgebildet sein, dass es einen Gasfluss aus dem Gasinjektor (100) über die Einströmöffnung (130) verhindert. Insbesondere kann während der Injektion ein Austreten von brennbarem Gas, insbesondere von Wasserstoff, aus der Einströmöffnung (130) verhindert werden. Beispielsweise kann das Spülventil (220) derart ausgebildet sein, dass es schließt, wenn in der Ventilsitzöffnung (118) ein Überdruck vorherrscht. Folglich kann beispielsweise Umgebungsluft als Spülfluid verwendet werden.In 7 A gas injector (100) according to the disclosure is shown as an example for injecting combustible gas, in particular hydrogen, into a combustion chamber of an internal combustion engine according to a further embodiment. The in 7 Gas injector (100) shown differs from that in 2 shown embodiment in that the inflow opening (130) does not open into the intermediate volume (120). In this embodiment, the inflow opening (130) preferably opens into an area between the injector switching valve (110) and the injector check valve (150), in particular into the valve seat opening (118). The injector check valve (150) can be designed in such a way that the check valve (150) opens during intake due to the negative pressure prevailing in the combustion chamber (410). A flushing fluid (SF) can thus essentially be sucked into the intermediate volume (120) via the inflow opening (130) during suction. Furthermore, the gas injector (100) can comprise a purge valve (220), preferably a purge check valve (222). The flushing valve (220) can be designed such that it prevents gas flow from the gas injector (100) via the inflow opening (130). In particular, an escape of flammable gas, in particular hydrogen, from the inflow opening (130) can be prevented during the injection. For example, the flushing valve (220) can be designed such that it closes when there is excess pressure in the valve seat opening (118). Consequently, ambient air, for example, can be used as a flushing fluid.

In 8 ist beispielhaft ein offenbarungsgemäßer Verbrennungsmotor (1) gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Der in 8 dargestellte Verbrennungsmotor (1) unterscheidet sich von der in 3 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass die Einströmöffnung (130) nicht in das Zwischenvolumen (120) mündet. Vorzugsweise mündet die Einströmöffnung (130) bei dieser weiteren Ausführungsform in einen Bereich zwischen dem Injektorschaltventil (110) und dem Injektorrückschlagventil (150), insbesondere in die Ventilsitzöffnung (118). Der Gasinjektor (1) kann entsprechend der in 7 gezeigten Ausführungsform ausgebildet sein. Der Verbrennungsmotor (1) ist kompatibel mit jeglichen anspruchsgemäß ausgebildeten Gasinjektoren (100).In 8th an internal combustion engine (1) according to the disclosure is shown as an example according to a further embodiment. The in 8th The combustion engine (1) shown differs from that in 3 shown embodiment in that the inflow opening (130) does not open into the intermediate volume (120). In this further embodiment, the inflow opening (130) preferably opens into an area between the injector switching valve (110) and the injector check valve (150), in particular into the valve seat opening (118). The gas injector (1) can be installed according to the in 7 embodiment shown. The internal combustion engine (1) is compatible with any gas injectors (100) designed as claimed.

Wie in 8 beispielhaft dargestellt, kann der Gasinjektor (100) eine Spülvorrichtung (200) umfassen. Die Spülvorrichtung (200) umfasst eine Spülfluidpassage (210) zur Zuführung des Spülfluids (SF) in das Zwischenvolumen (120) des Gasinjektors (100) und ein Spülventil (220) zur Steuerung des Spülfluidflusses. Vorzugsweise ist das Spülventil (220) ein aktiv betätigbares Schaltventil (221). Das Schaltventil (221) kann analog zum Injektorschaltventil (110) ausgebildet sein. Die Spülvorrichtung (200) kann einen Spülfluidtank (240) umfassen. Im Spülfluidtank (240) kann Spülfluid bevorratet werden, vorzugsweise bei einem Überdruck. Wird das Spülventil (220) geöffnet, kann das mit dem Überdruck beaufschlagte Spülfluid (SF) durch die Einströmöffnung (130) in den Gasinjektor (100) einströmen. Insbesondere kann der Überdruck dazu führen, dass das Injektorrückschlagventil (150) öffnet und das Spülfluid (SF) durch die Einströmöffnung (130) und die Ventilsitzöffnung (118) in das Zwischenvolumen (120) einströmen kann. Folglich kann der Gasinjektor (100) zu einem Zeitpunkt gespült werden, an dem in der Brennkammer kein Unterdruck herrscht oder ein Überdruck herrscht. Insbesondere kann sich der Verfahrensschritt der Spülung in die Verfahrensschritte der Ausstoßung und/oder der Verdichtung erstrecken. Auch bei einem Verbrennungsmotor (1) gemäß der ersten Ausführungsform wie in 3 gezeigt oder bei alternativen Ausführungsformen kann das Spülfluid (SF) mit einem Überdruck beaufschlagt sein. Durch Freigabe des Spülfluidflusses mittels eines Schaltventils (221) kann der Gasinjektor (1) zu einem Zeitpunkt gespült werden, an dem in der Brennkammer kein Unterdruck herrscht oder ein Überdruck herrscht. Alternativ kann Spülfluid direkt aus einem Bereich zwischen einem Intercooler und einem Einlasskrümmer des Motors zugeführt werden. Dies kann vorteilhaft sein, da bei einer solchen Ausführungsform kein Spülfluidtank (240) notwendig ist. Beispielsweise kann das aus diesem Bereich zugeführte Spülfluid ebenfalls mit einem Überdruck beaufschlagt sein.As in 8th shown as an example, the gas injector (100) can comprise a flushing device (200). The flushing device (200) comprises a flushing fluid passage (210) for supplying the flushing fluid (SF) into the intermediate volume (120) of the gas injector (100) and a flushing valve (220) for controlling the flushing fluid flow. Preferably, the flushing valve (220) is an actively operable switching valve (221). The switching valve (221) can be designed analogously to the injector switching valve (110). The flushing device (200) may include a flushing fluid tank (240). Rinsing fluid can be stored in the rinsing fluid tank (240), preferably at an overpressure. If the flushing valve (220) is opened, the flushing fluid (SF) subjected to excess pressure can flow into the gas injector (100) through the inflow opening (130). In particular, the excess pressure can cause the injector check valve (150) to open and the flushing fluid (SF) to flow into the intermediate volume (120) through the inflow opening (130) and the valve seat opening (118). Consequently, the gas injector (100) can be flushed at a time when there is no negative pressure or there is an excess pressure in the combustion chamber. In particular, the flushing process step can extend into the ejection and/or compression process steps. Also in an internal combustion engine (1) according to the first embodiment as in 3 shown or in alternative embodiments the flushing fluid (SF) can be pressurized. By releasing the flushing fluid flow by means of a switching valve (221), the gas injector (1) can be flushed at a time when there is no negative pressure or there is an overpressure in the combustion chamber. Alternatively, purge fluid may be supplied directly from an area between an intercooler and an intake manifold of the engine. This can be advantageous since no flushing fluid tank (240) is necessary in such an embodiment. For example, the flushing fluid supplied from this area can also be pressurized.

Abwandlungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die zu den jeweiligen Ausführungsbeispielen gezeigten, beschriebenen oder beanspruchten Merkmale in beliebiger Weise miteinander kombiniert, gegeneinander ersetzt, ergänzt oder weggelassen werden.Modifications of the invention are possible in various ways. In particular, the features shown, described or claimed for the respective exemplary embodiments can be combined with one another in any way, replaced with one another, supplemented or omitted.

BezugszeichenReference symbols

11
VerbrennungsmotorInternal combustion engine
100100
Gasinjektorgas injector
110110
InjektorschaltventilInjector switching valve
111111
Aktuatoractuator
113113
RückstellelementRestoring element
115115
VentilkörperValve body
116116
VentilsitzelementValve seat element
118118
VentilsitzöffnungValve seat opening
120120
ZwischenvolumenIntermediate volume
130130
EinströmöffnungInlet opening
140140
Düsejet
141141
Düsenöffnungnozzle opening
150150
InjektorrückschlagventilInjector check valve
160160
GaszuführpassageGas supply passage
200200
SpülvorrichtungFlushing device
210210
SpülfluidpassageFlushing fluid passage
220220
SpülventilFlush valve
221221
(Spül)-Schaltventil(flushing) switching valve
222222
(Spül)-Rückschlagventil(Flushing) check valve
223223
RückstellelementRestoring element
224224
VentilkörperValve body
230230
SpülsteuervorrichtungPurge control device
240240
SpülfluidtankFlushing fluid tank
300300
LufteinlassvorrichtungAir intake device
310310
LufteinlassventilAir inlet valve
320320
LufteinlassöffnungAir intake opening
400400
Motorkörperengine body
410410
Brennkammercombustion chamber
420420
KolbenPistons
500500
LuftauslassvorrichtungAir outlet device
510510
LuftauslassventilAir outlet valve
SFSF
Spülfluidflushing fluid
ALAL
AnsaugluftIntake air
H2H2
Wasserstoffhydrogen
OTOT
Oberer (Kolben-)TotpunktTop (piston) dead center
UTUT
Unterer (Kolben-)TotpunktBottom (piston) dead center

Claims (18)

Spülvorrichtung (200) zum Spülen eines Zwischenvolumens (120) eines Gasinjektors (100) zum Einspritzen eines brennbaren Gases, insbesondere von Wasserstoff, in eine Brennkammer (410) eines Verbrennungsmotors (1) mit einem Spülfluid (SF), umfassend: - eine Spülfluidpassage (210) zur Zuführung des Spülfluids (SF) in das Zwischenvolumen (120) des Gasinjektors (100); und - ein Spülventil (220) zur Steuerung des Spülfluidflusses.Flushing device (200) for flushing an intermediate volume (120) of a gas injector (100) for injecting a combustible gas, in particular hydrogen, into a combustion chamber (410) of an internal combustion engine (1) with a flushing fluid (SF), comprising: - a flushing fluid passage (210) for supplying the flushing fluid (SF) into the intermediate volume (120) of the gas injector (100); and - a flushing valve (220) for controlling the flushing fluid flow. Spülvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Spülventil (220): - ein aktiv betätigbares Schaltventil (221); oder - ein durch eine Druckdifferenz passiv betätigbares Rückschlagventil (222), umfasst.Flushing device after Claim 1 , wherein the flushing valve (220): - an actively operable switching valve (221); or - a check valve (222) that can be passively actuated by a pressure difference. Spülvorrichtung (200) nach Anspruch 1 oder 2, umfassend eine Spülsteuervorrichtung (230) zur Steuerung der Spülvorrichtung (200), insbesondere zur Steuerung des Spülventils (220).Flushing device (200). Claim 1 or 2 , comprising a flushing control device (230) for controlling the flushing device (200), in particular for controlling the flushing valve (220). Gasinjektor (100) zum Einspritzen eines brennbaren Gases, insbesondere von Wasserstoff, in eine Brennkammer (410) eines Verbrennungsmotors (1), umfassend: - ein nach innen öffnendes Injektorschaltventil (110) zur Steuerung des Gasflusses des brennbaren Gases durch den Gasinjektor (100); - eine Düse (140) zur Abgabe des brennbaren Gases in die Brennkammer (410) umfassend eine Düsenöffnung (141), wobei die Düse (140) stromabwärts zum Injektorschaltventil (110) angeordnet ist; - ein Zwischenvolumen (120), wobei das Zwischenvolumen (120) stromabwärts zum Injektorschaltventil (110) und stromaufwärts zur Düse (140) angeordnet ist; und - eine Einströmöffnung (130) zum Zuführen eines Spülfluids (SF) in das Zwischenvolumen (120).Gas injector (100) for injecting a combustible gas, in particular hydrogen, into a combustion chamber (410) of an internal combustion engine (1), comprising: - an inwardly opening injector switching valve (110) for controlling the gas flow of the combustible gas through the gas injector (100); - a nozzle (140) for discharging the combustible gas into the combustion chamber (410) comprising a nozzle opening (141), the nozzle (140) being arranged downstream of the injector switching valve (110); - an intermediate volume (120), the intermediate volume (120) being arranged downstream of the injector switching valve (110) and upstream of the nozzle (140); and - an inflow opening (130) for supplying a flushing fluid (SF) into the intermediate volume (120). Gasinjektor (100) nach Anspruch 4, wobei die Einströmöffnung (130) in das Zwischenvolumen (120) mündet.Gas injector (100). Claim 4 , whereby the inflow opening (130) opens into the intermediate volume (120). Gasinjektor (100) nach Anspruch 4 oder 5, umfassend ein Injektorrückschlagventil (150), wobei das Injektorrückschlagventil (150) stromabwärts zum Injektorschaltventil (110) und stromaufwärts zur Düse (140), insbesondere stromaufwärts zum Zwischenvolumen (120), angeordnet ist.Gas injector (100). Claim 4 or 5 , comprising an injector check valve (150), wherein the injector check valve (150) is arranged downstream of the injector switching valve (110) and upstream of the nozzle (140), in particular upstream of the intermediate volume (120). Gasinjektor (100) nach Anspruch 6, wobei die Einströmöffnung (130) in einen Bereich stromabwärts zum Injektorschaltventil (110) und stromaufwärts zum Injektorrückschlagventil (150) mündet.Gas injector (100). Claim 6 , wherein the inflow opening (130) opens into an area downstream to the injector switching valve (110) and upstream to the injector check valve (150). Gasinjektor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gasinjektor (100) verbindbar ist mit einer Spülvorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Gas injector (100) according to one of the preceding claims, wherein the gas injector (100) is connectable to a flushing device (200) according to one of the preceding claims. Gasinjektor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Spülvorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Gas injector (100) according to one of the preceding claims, comprising a flushing device (200) according to one of the preceding claims. Gasinjektor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spülfluidpassage (210) der Spülvorrichtung (200) in die Einströmöffnung (130) mündet.Gas injector (100) according to one of the preceding claims, wherein the flushing fluid passage (210) of the flushing device (200) opens into the inflow opening (130). Verbrennungsmotor (1) umfassend: - einen Motorkörper (400), umfassend eine Brennkammer (410); - einen Gasinjektor (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Düse (140) des Gasinjektors (100) mit der Brennkammer (410) des Motorkörpers (400) verbunden ist.Internal combustion engine (1) comprising: - an engine body (400) comprising a combustion chamber (410); - a gas injector (100) according to one of the preceding claims, wherein the nozzle (140) of the gas injector (100) is connected to the combustion chamber (410) of the engine body (400). Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 11, umfassend: - eine Spülvorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Internal combustion engine (1). Claim 11 , comprising: - a flushing device (200) according to one of the preceding claims. Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 11 oder 12, umfassend: - eine Lufteinlassvorrichtung (300) zum Ansaugen von Ansaugluft (AL) in die Brennkammer (410), umfassend ein Lufteinlassventil (310) zur Steuerung des Ansaugluftflusses in die Brennkammer (410).Internal combustion engine (1). Claim 11 or 12 , comprising: - an air inlet device (300) for sucking intake air (AL) into the combustion chamber (410), comprising an air inlet valve (310) for controlling the flow of intake air into the combustion chamber (410). Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 13, wobei die Lufteinlassvorrichtung (300) mit der Spülvorrichtung (200) verbindbar ist, so dass der Spülvorrichtung (200) und/oder dem Gasinjektor (100) Ansaugluft (AL) aus der Lufteinlassvorrichtung (300) zuführbar ist.Internal combustion engine (1). Claim 13 , wherein the air inlet device (300) can be connected to the flushing device (200), so that intake air (AL) from the air inlet device (300) can be supplied to the flushing device (200) and / or the gas injector (100). Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: - Injektion, wobei der Brennkammer (410) brennbares Gas, insbesondere Wasserstoff, zugeführt wird; - Ansaugung, wobei der Brennkammer (410) sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird; - Verdichtung, wobei das in der Brennkammer (410) enthaltene Gasgemisch komprimiert wird; - Expansion, wobei das in der Brennkammer (410) enthaltene Gasgemisch explosionsartig expandiert; - Ausstoßung, wobei das in der Brennkammer (410) enthaltene Gasgemisch aus der Brennkammer abgeführt wird; - Spülung, wobei das Zwischenvolumen (120) im Gasinjektor (100) im Wesentlichen während der Ansaugung und/oder während der Verdichtung mit dem Spülfluid (SF) gespült wird.Method for operating an internal combustion engine (1) according to one of the preceding claims, comprising the steps: - Injection, whereby combustible gas, in particular hydrogen, is supplied to the combustion chamber (410); - Suction, whereby oxygen-containing gas is supplied to the combustion chamber (410); - Compression, whereby the gas mixture contained in the combustion chamber (410) is compressed; - Expansion, whereby the gas mixture contained in the combustion chamber (410) expands explosively; - Ejection, whereby the gas mixture contained in the combustion chamber (410) is removed from the combustion chamber; - Flushing, wherein the intermediate volume (120) in the gas injector (100) is essentially flushed with the flushing fluid (SF) during suction and/or during compression. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Zeitintervall der Injektion innerhalb des Zeitintervalls der Ansaugung und/oder der Verdichtung liegt.Procedure according to Claim 15 , where the time interval of injection is within the time interval of suction and / or compression. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anfang des Zeitintervalls der Spülung vor dem Anfang des Zeitintervalls der Injektion liegt.A method according to any one of the preceding claims, wherein the start of the flushing time interval is before the start of the injection time interval. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ende des Zeitintervalls der Spülung nach dem Ende des Zeitintervalls der Injektion liegt.A method according to any one of the preceding claims, wherein the end of the rinsing time interval is after the end of the injection time interval.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014224341A1 (en) 2014-11-28 2016-06-02 Robert Bosch Gmbh Gas injector with elastomer seal
DE102021202950A1 (en) 2021-04-26 2022-10-27 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Gas injector for blowing in a gaseous medium with additional air supply

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