EP4413247A1 - Injektor zum einspritzen von kraftstoff - Google Patents

Injektor zum einspritzen von kraftstoff

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EP4413247A1
EP4413247A1 EP22836076.4A EP22836076A EP4413247A1 EP 4413247 A1 EP4413247 A1 EP 4413247A1 EP 22836076 A EP22836076 A EP 22836076A EP 4413247 A1 EP4413247 A1 EP 4413247A1
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EP
European Patent Office
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valve plate
valve
injector
tappet
armature
Prior art date
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Pending
Application number
EP22836076.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Seidl
Richard Pirkl
Razvan-Sorin STINGHE
Martin Schmidt
Lydia KAPUSTA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liebherr Components Deggendorf GmbH
Original Assignee
Liebherr Components Deggendorf GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Liebherr Components Deggendorf GmbH filed Critical Liebherr Components Deggendorf GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to an injector for injecting fuel, in particular for blowing in a gas, preferably for blowing in hydrogen directly. It can be provided that the injector is designed to inject fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • battery-powered drives meet the zero-emissions directive during operation and are v. a. on the rise in the passenger car sector. If, on the other hand, the entire value chain is considered, the production of (lithium) batteries is very expensive in terms of energy and problematic from an environmental point of view, since the mining of raw materials causes severe environmental damage and the mining of the raw materials required for the batteries cannot be carried out sustainably. In addition, with the power-to-weight ratio that can be achieved today, use in machines with a high (peak) power requirement is not possible.
  • Fuel cell-powered drives powered by regeneratively produced hydrogen meet the specified climate protection goals and are already in use to a very limited extent. However, this concept also has some disadvantages, e.g. a low peak power compared to today's diesel drives and low economic efficiency.
  • the injector takes up only a small installation space and/or has a small axial length.
  • a fuel injector is to be created that enables reliable operation even under high thermal loads.
  • the injector is reliably sealed against the pressure in the cylinder during its compression phase, since the high cylinder pressure would otherwise press the switchable valve into the open position.
  • rapid and stable opening is possible with the injector, in which case the flow is not throttled.
  • An injector for injecting fuel preferably for blowing in a gaseous fuel, in particular hydrogen, comprises a fuel supply line for introducing a gaseous fuel under high pressure, an active valve which can be actively switched and is designed to have at least one passage at a first to close or to open a side of a valve plate to selectively open or to interrupt a flow connection from the fuel supply line to an area downstream of the first side of the valve plate, and a passive valve, which is arranged downstream of the valve plate and through upstream and downstream of the passive valve abutting different Pressure conditions can be switched passively in a closing or releasing state.
  • the injector is characterized in that the passive valve is designed to close or open the at least one passage of the valve plate on a second side of the valve plate facing away from the first side with a tappet in order to selectively establish a flow connection from the second side of the valve plate to an area to release or interrupt downstream of the passive valve.
  • the tappet of the passive valve attaches directly to the second side (for example the underside) of the valve plate, a particularly space-saving configuration of an injector results.
  • a further sealing surface was provided for the implementation of the passive valve, which is arranged downstream of the valve plate, which inevitably leads to an axial enlargement of the injector. Since, according to the invention, the first side of the valve plate can be sealed by the actively switchable armature and the side of the valve plate facing away from it can be sealed by the plunger of the passive valve, this results in a particularly space-saving configuration of an injector that is compact in the longitudinal direction and reduces the installation space required.
  • Another advantage of the invention is that an unintentional lifting of the armature from the valve plate due to a pressure surge or a very high pressure level, which spreads for example during a compression phase of the cylinder or during combustion from the combustion chamber in the direction of the valve plate, results in the Plunger of the passive valve is pushed into its closed position against the valve plate.
  • the passive valve therefore ensures that the valve and needle chambers are sealed against the cylinder pressure.
  • the spring force with which the armature has to be pressed onto the valve plate in a closed position for a secure seal can also be reduced, which has a further advantageous effect on the dimensioning and the costs of the injector.
  • the tappet of the passive valve that can be moved back and forth is in contact with the second side of the valve plate in order to seal the at least one passage of the valve plate.
  • the ram that can be moved back and forth makes contact with the second side (underside) of the valve plate and thus seals off the at least one passage penetrating the valve plate from the second side.
  • an armature of the active valve that can be moved back and forth in the longitudinal direction of the injector is in contact with the first side of the valve plate in order to separate the at least one passage of the valve plate from the first Seal side, preferably wherein the injector further comprises a coil which is designed to move the armature from its closed position by means of magnetic force.
  • the valve plate On the first side (for example an upper side) of the valve plate is usually lifted from a closed position with the help of a coil Armature of at least one passage of the valve plate either closed or released.
  • a coil Armature of at least one passage of the valve plate In a closed position, the armature seals the at least one passage of the valve plate, so that a fluid flow guided through the valve plate along the valve plate is prevented.
  • a coil can optionally be provided which, when energized, generates a magnetic field which leads to the armature being raised, so that the at least one passage is released.
  • the armature when the active valve is in a closed state, the armature is in direct contact with the first side of the valve plate or is in indirect contact via an intermediate element.
  • the intermediate element can represent a sealing element that surrounds the opening contour on the circumference or completely covers it and is arranged, for example, on the end face of the valve plate facing the armature.
  • the sealing element is arranged on the end face of the armature facing the valve plate or is arranged freely movable between the valve plate and armature.
  • the stop of the tappet contacting the valve plate is designed as a flat seal, conical seal and/or ball seal. It is clear to the person skilled in the art that a large number of possible contact pairings can lead to a desired sealing effect.
  • the flat gasket is particularly advantageous because during an opening process, in which the tappet is pushed away from the valve plate from a closing position, the fuel flow originating from the fuel supply line impinges directly on a flat plate, so that a high back pressure is created and large pressure forces are exerted , which open the plunger quickly and safely.
  • the injector also includes an urging device which is designed to urge the tappet of the passive valve towards the valve plate in the closed position.
  • the urging device comprises a spring element, in particular the spring element being a spiral spring.
  • the spring element can be supported on an immovable counter-stop, which also has the task of limiting the maximum stroke of the ram. The counter-stop thus defines the maximum distance that the tappet can take from the valve plate.
  • the counter-stop on which the spring element is supported, is only open towards the valve plate and is otherwise closed in a fluid-tight manner.
  • the counter-stop comprises a first section running radially to the longitudinal direction of the injector and an adjoining second section running parallel to the longitudinal direction of the injector, which is preferably arranged coaxially to the injection pipe. The end of a spring element remote from the valve plate can be inserted into this circular pocket-like embodiment of the counter-stop, in particular the end of a spiral spring remote from the valve plate.
  • the opening contour of the plunger is only arranged in an area which is inside the circular contour (when viewed in cross section) when placed on the counter-stop, which is circular in cross section of the contact area with the plunger.
  • an intermediate element to be arranged between the tappet and the valve plate, which is in contact with the tappet on a first side and the valve plate on an opposite side when the passive valve is in a closed position.
  • the intermediate element can be designed as a sealing element and enclose or cover an opening contour of the valve plate on the end face facing the tappet. If the tappet and valve plate are brought together, the intermediate element, designed as a sealing element, fluidly seals the at least one passage through the valve plate in conjunction with the tappet.
  • the intermediate element is made of a flexible material, in particular an elastomer, in order to reduce bouncing of the tappet when it hits the valve plate. In addition to an advantageous sealing effect, this also alleviates the problem caused by the tappet bouncing on the valve plate. If the intermediate element is made of a flexible material or if it comprises a flexible material, the stop is dampened when the tappet makes contact with the valve plate, so that bouncing is reduced.
  • the intermediate element is made of a heat-insulating material, in particular comprises a ceramic material or is made of a ceramic. If the intermediate element has heat-insulating properties, this means that components arranged upstream are shielded from the high temperatures that typically occur when fuel is burned. It is then possible to use components that are specified in a lower temperature range and can therefore consist of less expensive materials and enable an overall cheaper injector.
  • the intermediate element is or comprises a coating arranged on the end face of the tappet facing the valve plate and/or comprises or is a coating arranged on the end face of the valve plate facing the tappet.
  • the intermediate element does not necessarily have to be designed as a separate disc or film, but can also be implemented by a coating arranged either on the tappet and/or the valve plate. This is regarding Production of the injector is advantageous since, with a coating on the tappet and/or the valve plate, fewer components have to be assembled manually or in an automated manner during production of the injector.
  • the intermediate element is fastened to the tappet and/or the valve plate or is arranged so that it can move freely between the tappet and the valve plate.
  • the intermediate element it is conceivable for the intermediate element to be implemented as a shim or shim, which is also inserted in the ram guide section surrounding the ram on the peripheral side and is guided there.
  • This implementation is particularly advantageous with regard to future maintenance costs, since it is to be expected that the intermediate element will be subject to particularly high wear. If this is the case, a worn disc can simply be removed and replaced with a new disc, allowing the original tappet and valve plate to be used.
  • a counter-stop limiting the maximum stroke of the tappet from the valve plate is provided, which is preferably provided with at least one damping element in order to dampen hitting of the tappet and reduce bouncing.
  • the damping element used here can consist of a flexible material or can include such a material and is in particular made of an elastomer.
  • the tappet of the passive valve has an opening contour through which the gaseous fuel originating from the fuel supply line flows downstream.
  • the opening contour is implemented by a single bore, preferably a single central bore, in the tappet.
  • the orifice contour presents the only passage for the gaseous fuel through which downstream flow can occur. This is implemented, for example, when the counter-stop is designed continuously on the inner circumference of the injection pipe in such a way that a fluid does not flow in the connection area of the counter-stop and the injection pipe surrounding the counter-stop.
  • the invention also relates to an internal combustion engine with a fuel injection, in particular with a gas direct injection, in particular with a hydrogen direct injection, comprising an injector according to one of the preceding claims 1-14.
  • Fig. 2 an illustration of different states of components and pressures in an injector
  • 4a-b a schematic sectional view of the injector according to the invention in a closed and an open state
  • FIG. 1 The following detailed description of the figures of FIG. 1 is explained using an injector for blowing in a gaseous fuel, although it is clear to the person skilled in the art that the invention also includes an injector for injecting a different fuel.
  • the injector 1 shows a longitudinal section of an injector 1 for injecting a gaseous fuel, for example hydrogen, into a combustion chamber.
  • the injector 1 has an injector housing in which different components of the injector 1 are located.
  • a fuel supply line 2 for introducing fuel into the injector 1 is provided on the connection side.
  • the fuel or another combustible fluid e.g. hydrogen
  • the fuel or another combustible fluid is fed through a hole in a cover 16 running approximately centrally in the injector housing and then through a fluid channel in an armature counterpart 19, a through-opening in the armature base 23 and the hollow interior of the armature 7, sometimes also called hollow needle or just needle, to the end of the armature 7 remote from the terminal side.
  • the openings A1 penetrating the valve plate 5 are closed or opened.
  • the passages A1 are closed by the armature 7 being pressed against the valve plate 5, since the end face of the armature 7 covers the opening contours of the passages A1.
  • sealing elements 25 can be provided, which run around the opening contours of the passages A1 and contact the end face of the armature 7 in a sealing state. If the passages A1 are closed by the face of the armature 7, the fluid flow of the fuel at this point of the injector 1 is stopped and there is no downstream flow of fuel beyond the valve plate 5.
  • the fuel introduced into the injector 1 with a certain pressure flows out and passes through the plurality of passages A1 on the side spaced apart from the armature 7 the valve plate 5.
  • the pressurized fuel flows out of the injector through the injection cap 28.
  • the fuel delivered by the injector 1 is then typically located outside the injector 1 in a combustion chamber.
  • the fuel is typically compressed in the combustion chamber 16, where the fuel then ignites or is ignited.
  • the passive valve 4 has a valve tappet 6, a valve guide 27 and a valve spring 10, which urges the valve tappet 6 in a closing direction, so that fuel flows out via the opening contour A2 of the passive valve 4 only when on the valve plate 5 facing Side of the passive valve 4 there is a pressure which is greater than the pressure on the side facing away from the passive valve 4 to the valve plate 5 by at least the restoring force of the valve tappet 6 exerted by the valve spring 10 . This prevents a fluid from flowing in from the side of the passive valve 4 facing the combustion chamber.
  • the opening contour is implemented by a single bore, preferably a single central bore, through which the flow of the gaseous fuel is guided through the passive valve. The provision of only one bore in the passive valve can be advantageous with regard to the required manufacturing costs of the passive valve and any turbulence that occurs in the flow guidance.
  • the armature 7 is reciprocally movable in the longitudinal direction of the injector 1 .
  • the movement of the armature 7, which can consist of one piece or an armature base 23 and an armature tip (also called a needle or hollow needle), is controlled via an active valve 3, which is a solenoid valve in the present representation of FIG.
  • the armature 7 is designed in such a way that it reacts to the magnetic force generated by a coil 8 . Current can optionally flow through the coil 8 in such a way that the resulting magnetic force moves the armature 7 in the direction of the fuel connection 2 .
  • This movement causes the armature 7 to be raised relative to the valve plate 5. This opens up the passages A1 in the valve plate 5, so that fuel can flow through the valve plate 5.
  • an armature guide 24 can be provided which encloses an outer side of the armature 7 on the peripheral side.
  • An air gap 22 is provided between the armature 7 and the armature counterpart 19 and is closed or reduced when the coil 8 is energized.
  • the coil 8 can be surrounded on its peripheral outside by an iron yoke 21 in which the magnetic field can propagate particularly well.
  • the situation is similar with the housing component directly surrounding the anchor element 5 and the anchor counterpart 27. which also preferably consists of a magnetizable material. So it can be advantageous if the pole tube 18, which is a part of the injector housing 2, is also made of iron or another ferromagnetic material. The same also applies to the armature counterpart 19, which advantageously also consists of a magnetizable material.
  • a visualized representation of the magnetic field lines 12 is illustrated in each case by the dotted, closed line that runs in a circle around the coil.
  • the magnetic force pulls the armature element 7 (together with the armature base 23) towards the armature counterpart 19 and thus lifts it off the valve plate 5 or from the passages A1 breaking through the valve plate 5, so that fuel can flow towards the passive valve. from where fuel is ultimately introduced into the combustion chamber via the injection cap 28 .
  • FIG. 2 shows the basic behavior of the injector 1 during an injection.
  • the armature 7 and valve tappet 6 are pressed into their respective stops by the prestressed armature spring 17 or passive valve spring 10 and close the throttle points A1 or A2, which connect the needle chamber with the valve chamber or Connect the valve chamber to the injection chamber when armature 7 or valve tappet 6 is open.
  • the pressure in the injector 1 corresponds to the pressure in the supply line
  • the pressure in the combustion chamber and in the injection chamber corresponds to the charge pressure during the intake phase of the cylinder piston, in which fresh air is sucked into the combustion chamber via the intake valves.
  • the pressure in the valve chamber corresponds approximately to the combustion chamber pressure and depends, among other things, on the armature spring 17, the pressure in the combustion chamber during the phase in which the hot combustion gases are ejected via the outlet valves of the combustion chamber and any preceding injections.
  • the functional representation is simplified below and does not take into account the gas exchange by opening and closing the intake and exhaust valves of the combustion chamber.
  • the control device applies a voltage signal via the electrical contacts to the coil 8 of the actuator, so that the current F1 in the electrical circuit increases to a defined end level.
  • the current-carrying coil 8 induces a magnetic field 12 in the actuator, the magnetic field lines of which propagate in a toroidal shape around the coil (see FIG. 1 ).
  • the magnetic field 12 builds up a magnetic force F2 in the air gap between the armature 7 and the armature counterpart 19, whereby at the time t 2 the armature 7 is attracted to the armature counterpart 19 as soon as the magnetic force F2 exceeds the closing force (sum of the prestressing force of the armature spring 17 and the pressure forces on the anchor 7) surpasses.
  • the build-up of the magnetic field and thus the magnetic force F2 is delayed by eddy currents in the iron parts of the magnetic circuit.
  • the armature 7 is integrally or firmly connected to the armature base 23, so that the armature 7 moves uniformly with the armature stroke (or also: needle stroke) F3.
  • F8 pressure in the injection space.
  • Fuel continues to flow downstream through orifice(s) A3 in injection cap 28 into the combustion chamber.
  • the injection cap 28 is designed in such a way that the flow can be introduced into the combustion chamber in a defined state (jet orientation, inlet impulse, jet pattern, etc.).
  • the open state of armature 7 and valve tappet 6 is maintained throughout the rest of the energization phase.
  • the current level can be reduced (eg by a PWM voltage signal) as soon as the armature 7 is fully open and possible bouncing does not lead to the armature 7 closing.
  • the combustion chamber pressure F5 increases steadily.
  • the power supply is terminated by the control unit, so that the current F1 through the coil 8 is reduced to zero (time t 4 ). Due to the eddy currents, the magnetic force F2 also decreases with a time delay. As soon as the magnetic force F2 is less than the sum of the closing force of the armature spring 17 and the hydraulic forces on the armature 7, the armature 7 begins to close uniformly (time t 5 ); see also F3, F4. If the end face of the armature 7 hits the sealing element 25 of the valve plate 5, the connection between the needle chamber and the valve chamber is broken and the flow of fuel from the needle chamber into the valve chamber is interrupted (time t 6 ). This reduces the pressure in valve chamber F7.
  • valve tappet 6 moves back into its closed position on valve seat 27 and is pushed against the Seat 27 pressed, so that the fuel connection between the valve chamber and injection chamber (possibly after a phase of bouncing of the tappet on the valve seat 27) is interrupted (times t 6 - t 7 ). This completes the blowing-in process.
  • Fig. 3 shows a partial sectional view of an injector 1 according to the present invention with a focus on the passive valve 4 and the valve plate 5. It can be seen that the tappet 6 of the passive valve 4 is provided on an underside of the valve plate 5 and the passages provided in the valve plate 5 A1 seals by direct contact. On the other side of the valve plate 5, depending on the position of the armature 7 (or also: armature needle or just needle), the at least one passage A1 through the valve plate 5 is optionally closed or opened.
  • valve plate 5 can come into contact with the respective valve inserts, namely the tappet 6 and the armature 7, from two sides, a two-sided valve is disclosed which is only open when both valve inserts (piston 6 and armature 7) are in the open position. It can thus be seen that one end of the at least one passage A1 through the valve plate 5 can be closed by the armature 7 and the other end of the at least one passage A1 can be closed by the tappet 6 .
  • the closing forces of the two valve inserts act antiparallel to one another, so that a force for lifting a respective valve insert (armature 7 and tappet 6) must be directed away from the valve plate 5.
  • the tappet 6 is urged into its closed position by a spring element 10 , the spring element 10 being supported on a counter-stop arranged downstream, which is arranged rigidly in the injector 1 . It can also be seen that the seal created by the tappet 6 on the underside of the valve plate 5 is a flat seal or a flat seat 13 .
  • the armature 7 is also urged onto the valve plate 5 with a certain force, which is typically exerted via an armature spring 17.
  • the force exerted by the armature spring 17 on the armature 7 acts in the opposite direction to the force which is exerted by the spring element 10 to urge the plunger 6 into its closed position.
  • the configuration shown with a direct seal on the underside of the valve plate 5 is very space-saving and allows very short injectors 1 in the longitudinal direction.
  • FIG. 4a and 4b show a closed state (FIG. 4a) and an open state (FIG. 4b) of the injector.
  • FIG. 4b the flow of fuel is shown with arrows, starting from the fuel supply line and towards the injection cap.
  • the movement of the components required from their respective closed position, which is required to create the fluid connection between the fuel supply line and the injection cap is also highlighted by arrows. It can be seen that the armature is lifted out of its closed position due to energization of the coil, which means that the fuel, which is under high pressure, forces the tappet of the passive valve out of its closed position. If the components have moved accordingly, the fuel, which is under high pressure, can flow from the fuel supply line to the injection cap out of the injector
  • FIG. 5 shows a schematic partial sectional view of an injector according to a second embodiment of the invention in a closed state.
  • a corresponding shaping of the tappet 6 and the underside of the valve plate 5 can be seen, so that the seal produced by the tappet 6 being pressed against the underside of the valve plate 5 is implemented by a conical sealing seat or a ball sealing seat.
  • the advantage here is that this type of sealing seat enables reliable sealing and is low-wear.
  • Fig. 6 shows a further embodiment of the present invention, in which in the intermediate region between the tappet 6 and the valve plate 5 an intermediate element
  • the intermediate element 11 is made of a flexible material in order to avoid a stop of the plunger 6 during a movement dampen in the direction of the valve plate 5.
  • An elastomer with very good damping properties can be used as an example for the flexible material.
  • the intermediate element 11 has a heat-insulating property or comprises or consists of a heat-insulating material.
  • the intermediate element can also be a coating applied to the tappet 6 and/or the valve plate 5 , but alternatively it is also possible for the intermediate element 11 to be arranged freely movable in the space between the tappet 6 and the valve plate 5 .
  • the provision of the intermediate element 11 is particularly advantageous with regard to the fatigue strength of the sealing connection between the tappet 6 and the valve plate 5 and protects the components that are typically heavily stressed when the tappet 6 and the valve plate 5 hit.
  • the counter-stop 9 which defines the maximum stroke of the tappet 6 away from the valve plate 5 has a damping element 15.
  • This damping element 15 is arranged on the counter-stop 9 in such a way that a ram 6 moving toward the counter-stop 9 is damped by the damping element 15 before its movement is completely stopped. This reduces the bouncing of the tappet 6 when the passive valve 4 opens, with the high material stresses associated with the bouncing also being reduced due to the damping element 15 .

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff, vorzugsweise zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, im Besonderen Wasserstoff, der eine Kraftstoffzuleitung zum Einführen eines unter hohen Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffs, ein Aktivventil (3), das aktiv abschaltbar ist und dazu ausgelegt ist, mindestens einen Durchgang (A1) an einer ersten Seite einer Ventilplatte (5) zu verschließen oder freizugeben, um wahlweise eine Strömungsverbindung von der Kraftstoffzuleitung zu einem Bereich stromabwärts der ersten Seite der Ventilplatte freizugeben oder zu unterbrechen, und ein Passivventil (4) umfasst, das stromabwärts der Ventilplatte angeordnet ist und durch stromauf und stromab des Passivventils anliegende unterschiedliche Druckverhältnisse in einen verschließenden oder freigebenden Zustand passiv schaltbar ist, wobei das Passivventil dazu ausgelegt ist, den mindestens einen Durchgang an einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite der Ventilplatte mit einem Stößel zu verschließen oder freizugeben, um wahlweise eine Strömungsverbindung von der zweiten Seite der Ventilplatte zu einem Bereich stromabwärts des Passivventils freizugeben oder zu unterbrechen.

Description

Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff, insbesondere zum Einblasen eines Gases, vorzugsweise zum direkten Einblasen von Wasserstoff. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Injektor dazu ausgelegt ist, Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine einzuspritzen.
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.
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
• einhergehende Entwicklung einer deutlich stärkeren Aktuatoreinheit bei gleichzeitig begrenztem Bauraum
• 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
Tabelle 1 : Massen- und volumenspezifischer Heizwert von Diesel und Wasserstoff
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die vorstehend aufgeführten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden oder abzumildern. Zudem ist es von Vorteil, wenn der Injektor nur einen geringen Bauraum in Anspruch nimmt und/oder eine geringe axiale Länge aufweist. Insbesondere soll dabei ein Kraftstoffinjektor geschaffen werden, der auch bei hoher thermischer Belastung einen zuverlässigen Betrieb ermöglicht. Ferner ist von Vorteil, wenn der Injektor gegen den Druck im Zylinder während dessen Kompressionsphase zuverlässig abgedichtet ist, da der hohe Zylinderdruck ansonsten das schaltbare Ventil in Offenstellung drücken würde. Ferner ist es von Vorteil, wenn mit dem Injektor ein schnelles und stabiles Öffnen möglich ist, bei dem keine Drosselung der Strömung erfolgt. Zumindest einige oder sämtliche der vorgenannten Ziele werden mit einem Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff, der sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Injektors sind dabei in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßer Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff, vorzugsweise zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, im Besonderen Wasserstoff, umfasst eine Kraftstoffzuleitung zum Einführen eines unter hohen Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffs, ein Aktivventil, das aktiv schaltbar ist und dazu ausgelegt ist, mindestens einen Durchgang an einer ersten Seite einer Ventilplatte zu verschließen oder freizugeben, um wahlweise eine Strömungsverbindung von der Kraftstoffzuleitung zu einem Bereich stromabwärts der ersten Seite der Ventilplatte freizugeben oder zu unterbrechen, und ein Passivventil, das stromabwärts der Ventilplatte angeordnet ist und durch stromauf und stromab des Passivventils anliegende unterschiedliche Druckverhältnisse in einen verschließenden oder freigebenden Zustand passiv schaltbar ist. Der Injektor ist dadurch gekennzeichnet, dass das Passivventil dazu ausgelegt ist, den mindestens einen Durchgang der Ventilplatte an einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite der Ventilplatte mit einem Stößel zu verschließen oder freizugeben, um wahlweise eine Strömungsverbindung von der zweiten Seite der Ventilplatte zu einem Bereich stromabwärts des Passivventils freizugeben oder zu unterbrechen.
Indem der Stößel des Passivventils direkt an die die zweite Seite (beispielsweise die Unterseite) der Ventilplatte ansetzt, ergibt sich eine besonders platzsparende Konfiguration eines Injektors. Typischerweise wurde im Stand der Technik für die Umsetzung des Passivventils eine weitere Dichtfläche vorgesehen, die stromabwärts der Ventilplatte angeordnet ist, was zwangsläufig zu einer axialen Vergrößerung des Injektors führt. Indem nun nach der Erfindung die erste Seite der Ventilplatte durch den aktiv schaltbaren Anker und die davon abgewandten Seite der Ventilplatte durch den Stößel des Passivventils abdichtbar ist, ergibt sich eine besonders platzsparende Konfiguration eines Injektors, die in Längsrichtung kompakt ist und den erforderlichen Einbauraum verringert.
Weiter vorteilhaft ist bei der Erfindung auch, dass ein ungewolltes Abheben des Ankers von der Ventilplatte aufgrund einer Druckspritze oder eines sehr hohen Druckniveaus, welches sich beispielsweise während einer Kompressionsphase des Zylinders oder während einer Verbrennung vom Brennraum her Richtung Ventilplatte ausbreitet, dazu führt, dass der Stößel des Passivventils in seine Schließstellung gegen die Ventilplatte gedrängt wird. Das Passivventil sorgt demnach für eine Abdichtung des Ventil- und Nadelraums gegen den Zylinderdruck. Dadurch kann auch die Federkraft, mit der der Anker in einer Schließstellung auf die Ventilplatte für eine sichere Abdichtung gedrängt werden muss, verringert werden, was sich weiter vorteilhaft auf die Dimensionierung und die Kosten des Injektors auswirkt.
Darüber hinaus gibt es mit der erfindungsgemäßen Umsetzung nur ein sehr kleines Volumen an Kraftstoff, welches sich im Zwischenbereich von Aktivventil und Passivventil befinden kann. Kommt es also stromab des Passivventils zu einem Unterdrück (beispielsweise in einer Expansionsphase oder auch in einer Ansaugphase eines Zylinders), der zu einem Abheben des Stößels des Passivventils von der Ventilplatte führt, strömt nur ein sehr geringes Volumen von Kraftstoff aus, welches gegebenenfalls unverbrannt in einen Abgastrakt eines Motors gelangt. Dies führt dazu, dass die Ausgabe des Kraftstoffs in Bezug auf eine effiziente Verwendung verbessert wird, da der Ausgabezeitpunkt verlässlicher gesteuert werden kann und auch im Falle eines das Passivventil öffnenden Unterdrucks sehr viel weniger Kraftstoff ungewollt ausgegeben wird.
Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, dass in einem geschlossenen Zustand des Passivventils der hin- und herbewegbare Stößel des Passivventils mit der zweiten Seite der Ventilplatte in Kontakt steht, um den mindestens einen Durchgang der Ventilplatte abzudichten. Der hin- und herbewegbare Stößel kontaktiert dabei in einer Schließstellung die zweite Seite (Unterseite) der Ventilplatte und dichtet so den mindestens einen die Ventilplatte durchstoßenden Durchgang von der zweiten Seite her ab.
Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass in einem geschlossenen Zustand des Passivventils der Stößel mit der zweiten Seite der Ventilplatte direkt in Kontakt steht oder indirekt über ein Zwischenelement in Kontakt steht.
Nach einer vorteilhaften Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass in einem geschlossenen Zustand des Aktivventils ein in Längsrichtung des Injektors hin- und herbewegbarer Anker des Aktivventils mit der ersten Seite der Ventilplatte in Kontakt steht, um den mindestens einen Durchgang der Ventilplatte von der ersten Seite her abzudichten, vorzugsweise wobei der Injektor ferner eine Spule aufweist, die dazu ausgelegt ist, den Anker mittels Magnetkraft aus seiner Schließstellung zu bewegen.
An der ersten Seite (beispielsweise einer Oberseite) der Ventilplatte wird dabei üblicherweise mithilfe eines über eine Spule aus einer Schließstellung anhebbaren Ankers der mindestens eine Durchgang der Ventilplatte wahlweise verschlossen oder freigegeben. In einer Schließstellung dichtet der Anker den mindestens einen Durchgang der Ventilplatte ab, sodass eine durch die Ventilplatte geführte Fluidströmung entlang der Ventilplatte unterbunden ist. Dabei kann optionaler Weise eine Spule vorgesehen sein, die bei Bestromung ein Magnetfeld erzeugt, das zu einem Anheben des Ankers führt, sodass der mindestens eine Durchgang freigegeben wird.
Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass in einem geschlossenen Zustand des Aktivventils der Anker mit der ersten Seite der Ventilplatte direkt in Kontakt steht oder indirekt über ein Zwischenelement in Kontakt steht. Das Zwischenelement kann dabei ein Dichtelement darstellen, dass die Öffnungskontur umfangsseitig umgibt oder ganz überdeckt und beispielsweise an der zum Anker zugewandten Stirnseite der Ventilplatte angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich ist aber auch denkbar, dass das Dichtelement an der zur Ventilplatte zugewandten Stirnseite des Ankers angeordnet ist oder frei beweglich zwischen Ventilplatte und Anker angeordnet ist.
Nach einer optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der die Ventilplatte kontaktierende Anschlag des Stößels als Flachdichtung, Kegeldichtung und/oder Kugeldichtung ausgebildet ist. Dem Fachmann ist klar, dass eine Vielzahl von möglichen Kontaktpaarungen zu einer gewünschten Dichtwirkung führen kann. Besonders vorteilhaft ist aber die Flachdichtung, da bei einem Öffnungsvorgang, in dem der Stößel aus einer schließenden Position von der Ventilplatte weggedrückt wird, die von der Kraftstoffzuführleitung herrührende Kraftstoffströmung direkt auf eine eben ausgeführte Platte auftrifft, sodass dadurch ein hoher Staudruck entsteht und große Druckkräfte wirken, welche den Stößel schnell und sicher öffnen.
Nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Injektor ferner eine Drängvorrichtung umfasst, die dazu ausgelegt ist, den Stößel des Passivventils hin zur Ventilplatte in Schließstellung zu drängen. Dabei kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Drängvorrichtung ein Federelement umfasst, insbesondere wobei das Federelement eine Spiralfeder ist. Das Federelement kann sich dabei an einem unbeweglichen Gegenanschlag abstützen, der gleichzeitig auch die Aufgabe hat, den maximalen Hub des Stößels zu begrenzen. Der Gegenanschlag definiert dabei also den maximalen Abstand, den der Stößel von der Ventilplatte einnehmen kann.
Nach einerweiteren Fortbildung der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, dass der Gegenanschlag, an welchen sich das Federelement abstützt nur zu Ventilplatte hin geöffnet ist und ansonsten fluiddicht abgeschlossen ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Gegenanschlag einen radial zur Längsrichtung des Injektros verlaufenden ersten Abschnitt und einen sich hieran anschließenden parallel zur Längsrichtung des Injektors verlaufenden zweiten Abschnitt umfasst, welcher vorzugsweise koaxial zum Einblasrohr angeordnet ist. In diese eine Kreisform aufweisende taschenartige Ausgestaltung des Gegenanschlags kann das zur Ventilplatte entfernte Ende eines Federelements eingefügt werden, insbesondere das zur Ventilplatte entfernte Ende einer Spiralfeder. Vorteilhaft hieran ist, dass bei einer maximalen Auslenkung des Stößels, in welchem dieser den Gegenanschlag kontaktiert, die Strömung des gasförmigen Kraftstoffs nicht mit dem Federlement zusammenwirkt und damit keine unerwünschten Verwirbelungen entstehen. Das Federelement wird also von dem Strömungsweg des gasförmigen Kraftstoffs isoliert und kann diesen nicht negativ beeinflussen. Dabei ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Öffnungskontur des Stößels nur in einem Bereich angeordnet ist, welcher bei einem Aufsetzen auf den Gegenanschlag, der im Querschnitt des Kontaktbereichs mit dem Stößel kreisförmig ist, im Inneren der kreisförmigen Kontur (bei Betrachtung im Querschnitt) liegt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Stößel und der Ventilplatte ein Zwischenelement angeordnet ist, das in einer Schließstellung des Passivventils an einer ersten Seite von dem Stößel und an einer dazu gegenüberliegenden Seite von der Ventilplatte kontaktiert ist. Das Zwischenelement kann dabei als Dichtelement ausgeführt sein und eine Öffnungskontur der Ventilplatte an der zum Stößel zugewandten Stirnseite umschließen oder überdecken. Führt man also Stößel und Ventilplatte aufeinander, so dichtet das als Dichtelement ausgeführt Zwischenelement in Verbindung mit dem Stößel den mindestens einen Durchgang durch die Ventilplatte fluidisch ab.
Dabei kann auch vorgesehen sein, dass das Zwischenelement aus einem weichelastischen Material ist, insbesondere einem Elastomer, um ein Prellen des Stößels bei einem Anschlägen an der Ventilplatte zu verringern. Neben einer vorteilhaften Dichtwirkung wird somit auch die Problematik abgemildert, die ein Prellen des Stößels an der Ventilplatte nach sich zieht. Führt man das Zwischenelement aus einem weichelastischen Material aus oder umfasst dieses ein weichelastisches Material wird der Anschlag bei einem Kontaktierende Stößels mit der Ventilplatte gedämpft, sodass es zu einem Verringern des Prellens kommt.
Weiter kann nach der Erfindung vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Zwischenelement aus einem wärmeisolierenden Material ist, insbesondere eine Keramikmaterial umfasst oder aus einer Keramik ist. Besitzt das Zwischenelement wärmeisolierende Eigenschaften führt dies dazu, dass stromaufwärts angeordnete Bestandteile von den typischerweise bei einer Verbrennung von Kraftstoff auftretenden hohen Temperaturen abgeschirmt werden. Es ist dann möglich, Bauteile zu verwenden, die in einem niedrigeren Temperaturbereich spezifiziert sind und dadurch aus preiswerteren Materialien bestehen können sowie einen insgesamt günstigeren Injektor ermöglichen.
Nach einer optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Zwischenelement eine an der zur Ventilplatte gewandten Stirnseite des Stößels angeordnete Beschichtung ist oder umfasst und/oder eine an der zum Stößel gewandten Stirnseite der Ventilplatte angeordnete Beschichtung umfasst oder ist. Das Zwischenelement muss nicht zwangsläufig als separate Scheibe oder Folie ausgebildet sein, sondern kann auch durch eine entweder an dem Stößel und/oder der Ventilplatte angeordnete Beschichtung umgesetzt sein. Dies ist hinsichtlich der Fertigung des Injektors von Vorteil, da bei einer Beschichtung an dem Stößel und/oder der Ventilplatte weniger Bauteile händisch oder in automatisierter Art und Weise bei der Fertigung des Injektors zusammengefügt werden müssen.
Weiter kann nach einer vorteilhaften Gestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass das Zwischenelement an dem Stößel und/oder der Ventilplatte befestigt ist oder zwischen Stößel und der Ventilplatte frei beweglich angeordnet ist. So ist beispielsweise eine Umsetzung des Zwischenelements als Beilegscheibe oder Beilegung denkbar, die ebenfalls in dem den Stößel umfangsseitig umgebenden Stößelführungsabschnitt eingelegt und dort geführt ist. Diese Umsetzung ist insbesondere in Bezug auf zukünftig anfallende Wartungskosten von Vorteil, da zu erwarten ist, dass das Zwischenelement einer besonders hohen Abnutzung unterliegt. Ist dies der Fall, kann eine abgenutzte Scheibe einfach entnommen und durch eine neuwertige Scheibe ersetzt werden, sodass der ursprüngliche Stößel wie auch die ursprüngliche Ventilplatte weiterverwendet werden können.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann nach der Erfindung ferner vorgesehen sein, dass ein den maximalen Hub des Stößels von der Ventilplatte begrenzender Gegenanschlag vorgesehen ist, der vorzugsweise mit mindestens einem Dämpfelement versehen ist, um ein Anschlägen des Stößels zu dämpfen und ein Prellen zu verringern. Das hierbei verwendete Dämpfelement kann aus einem weichelastischen Material bestehen oder ein solches umfassend und ist insbesondere aus einem Elastomer gefertigt.
Nach der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass der Stößel des Passivventils eine Öffnungskontur aufweist, durch welche der von der Kraftstoffzuleitung stammende gasförmige Kraftstoff stromabwärts strömt. Vorzugsweise kann nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Öffnungskontur durch eine einzige Bohrung, vorzugsweise eine einzige zentrale Bohrung in dem Stößel umgesetzt ist. Weiter kann vorgesehen sein, dass in einer vollständig geöffneten Position des Passivventils, in der der Stößel also von der Ventilplatte maximal beabstandet ist, die Öffnungskontur die einzige Verbindung für den gasförmigen Kraftstoff darstellt, über den eine stromabwärtige Strömung erfolgen kann. Bspw. ist dies dann umgesetzt, wenn der Gegenanschlag durchgehend am Innenumfang des Einblasrohrs so ausgestaltet ist, dass ein Strömen eines Fluids im Verbindungsbereich von Gegenanschlag und des den Gegenanschlag umgebenden Einblasrohrs nicht vorhanden ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzung, insbesondere mit einer Gas-Direkteinspritzung, im Besonderen mit einer Wasserstoff-Direkteinspritzung, umfassend einen Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 -14.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Schnittansicht eines Injektors nach dem Stand der Technik,
Fig. 2: eine Darstellung verschiedener Zustände von Bauteilen und Drücken in einem Injektor,
Fig. 3: eine schematische Teilschnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors im Bereich der Ventilplatte,
Fig. 4a-b: eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors in einem geschlossenen und einem offenen Zustand,
Fig. 5: eine schematische Teilschnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors nach einer zweiten Ausführungsform in einem geschlossenen Zustand,
Fig. 6: eine schematische Teilschnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors nach einer dritten Ausführungsform in einem geschlossenen Zustand, und Fig. 7: eine schematische Teilschnittansicht des erfindungsgemäßen Injektors nach einer vierten Ausführungsform in einem geschlossenen Zustand.
Die nachfolgende detaillierte Figurenbeschreibung der Fig. 1 wird anhand eines Injektors zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs erläutert, wobei dem Fachmann aber klar ist, dass von der Erfindung ebenfalls ein Injektor zum Einspritzen eines anderen Kraftstoffs umfasst ist.
Fig. 1 zeigt dabei einen Längsschnitt eines Injektors 1 zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, beispielsweise Wasserstoff, in einen Brennraum. Der Injektor 1 besitzt dabei ein Injektorgehäuse, in dem sich unterschiedliche Komponenten des Injektors 1 befinden. Anschlussseitig ist eine Kraftstoffzuleitung 2 zum Einführen eines Kraftstoffs in den Injektor 1 vorgesehen. Zunächst wird dabei der Kraftstoff oder ein anderes brennbares Fluid (beispielsweise ein Wasserstoff) durch eine etwa zentral im Injektorgehäuse verlaufende Bohrung eines Deckels 16 und im Anschluss daran durch einen Fluidkanal eines Ankergegenstücks 19, einer Durchgangsöffnung der Ankerbasis 23 und dem hohlen Inneren des Ankers 7, das manchmal auch Hohlnadel oder einfach nur Nadel genannt wird, zu dem von der Anschlussseite entfernten Ende des Ankers 7 geleitet.
Abhängig von der Stellung des Ankers 7 gegenüber der Ventilplatte 5 sind die die Ventilplatte 5 durchstoßenden Öffnungen A1 verschlossen oder freigegeben. In dem in Fig. 1 dargestellten Zustand sind die Durchgänge A1 durch das Anpressen des Ankers 7 gegen die Ventilplatte 5 verschlossen, da die Stirnseite des Ankers 7 die Öffnungskonturen der Durchgänge A1 abdeckt. Zum Verbessern der Dichtheit können Dichtelemente 25 vorgesehen sein, die um die Öffnungskonturen der Durchgänge A1 herum verlaufen und in einem abdichtenden Zustand die Stirnseite des Ankers 7 kontaktieren. Sind die Durchgänge A1 durch die Stirnseite des Ankers 7 verschlossen, wird die Fluidströmung des Kraftstoffs an dieser Stelle des Injektors 1 aufgehalten und es kommt zu keiner stromabwärtigen Strömung von Kraftstoff jenseits der Ventilplatte 5. Sind die Durchgänge A1 hingegen freigegeben, was durch ein Abheben des Ankers 7 weg von der Ventilplatte 5 umgesetzt wird, strömt der mit einem gewissen Druck in den Injektor 1 eingeführte Kraftstoff aus und tritt über die mehreren Durchgänge A1 auf der von dem Anker 7 beabstandeten Seite der Ventilplatte 5 aus. Nach Durchströmen eines Passivventils 4, das in dem Injektor 1 vorgesehen ist, strömt der unter Druck stehende Kraftstoff durch die Einblaskappe 28 aus dem Injektor aus. Nach einem Durchströmen der Einblaskappe 28 befindet sich dann der durch den Injektor 1 abgegebene Kraftstoff typischerweise außerhalb des Injektors 1 in einem Brennraum. Zudem findet in dem Brennraum 16 typischerweise eine Komprimierung des Kraftstoffs statt, wo der Kraftstoff sich dann entzündet bzw. entzündet wird.
Das Passivventil 4, das auf der vom Anker 7 abgewandten Seite der Ventilplatte 5 liegt, dient dazu, einen im Brennraum herrschenden sehr hohen Druck vom Anker 7 fernzuhalten. Anderenfalls könnte es passieren, dass der sehr hohe im Brennraum herrschende Druck auf den Anker 7 wirkt und diesen aus seiner den mindestens einen Durchgang A1 schließenden Position wegbewegt. In einem darauffolgenden Arbeitsschritt des Injektors 1 würde dann nicht mehr der zum Verbrennen erforderliche Kraftstoff in den Brennraum eingeleitet werden, sondern ein bereits zumindest teilweise verbranntes Gemisch, was zu einem Unterbrechen des Verbrennvorgangs oder bestenfalls zu einer geringeren Leistung des Verbrennvorgangs führen kann.
Das Passivventil 4 weist dabei einen Ventilstößel 6, eine Ventilführung 27 und eine Ventilfeder 10 auf, die den Ventilstößel 6 in eine Schließrichtung drängt, sodass ein Ausströmen von Kraftstoff über die Öffnungskontur A2 des Passivventils 4 nur dann auftritt, wenn auf der zur Ventilplatte 5 zugewandten Seite des Passivventils 4 ein Druck herrscht, der mindestens um die von der Ventilfeder 10 ausgeübte Rückstellkraft des Ventilstößel 6 größer ist als der auf der von dem Passivventil 4 zur Ventilplatte 5 abgewandten Seite herrschende Druck. Ein Einströmen eines Fluids von der zum Brennraum zugewandten Seite des Passivventils 4 wird dadurch verhindert. Abweichend von den zeichnerischen Darstellungen kann vorgesehen sein, dass die Öffnungskontur durch eine einzige Bohrung, vorzugsweise eine einzige zentrale Bohrung umgesetzt ist, durch welche die Strömung des gasförmigen Kraftstoffs das Passivventil geführt ist. Das Vorsehen von nur einer Bohrung in dem Passivventil kann in Bezug auf die erforderlichen Herstellungskosten des Passivventils und etwaige auftretende Verwirbelungen bei der Strömungsführung von Vorteil sein.
Der Anker 7 ist in der Längsrichtung des Injektors 1 hin- und herbewegbar. Die Bewegung des Ankers 7, der einstückig oder aus einer Ankerbasis 23 und einer Ankerspitze (auch Nadel oder Hohlnadel genannt) bestehen kann, wird dabei über ein Aktivventil 3 gesteuert, das in der vorliegenden Darstellung der Fig. 1 ein Magnetventil ist. Der Anker 7 ist dabei so ausgestaltet, dass er auf die von einer Spule 8 erzeugte Magnetkraft reagiert. Die Spule 8 kann dabei wahlweise so von Strom durchflossen sein, dass die dabei entstehende magnetische Kraft den Anker 7 in Richtung des Kraftstoffanschlusses 2 bewegt. Durch diese Bewegung kommt es zu einem Anheben des Ankers 7 gegenüber der Ventilplatte 5. Dadurch werden die Durchgänge A1 in der Ventilplatte 5 freigegeben, sodass die Ventilplatte 5 von Kraftstoff durchströmt werden kann.
Für eine präzise Führung des Ankers 7 entlang der Längsachse des Injektors bzw. kann eine Ankerführung 24 vorgesehen sein, die eine Außenseite des Ankers 7 umfangsseitig umschließt.
Zwischen dem Anker 7 und dem Ankergegenstück 19 ist ein Luftspalt 22 vorgesehen, der bei einer Bestromung der Spule 8 geschlossen bzw. verringert wird.
Um den magnetischen Fluss 12 bei einer Umsetzung des Aktivventils 3 als Magnetventil zu verbessern, kann die Spule 8 an ihrer umfangsseitigen Außenseite von einem Eisenrückschluss 21 umgeben sein, in dem sich das Magnetfeld besonders gut ausbreiten kann. Ähnlich verhält es sich mit dem direkt das Ankerelement 5 und das Ankergegenstück 27 umgebenden Gehäusebestandteil, das ebenfalls vorzugsweise aus einem magnetisierbaren Material besteht. So kann es von Vorteil sein, wenn das Polrohr 18, das ein Bestandteil des Injektorgehäuses 2 darstellt, ebenfalls aus Eisen oder einem anderen ferromagnetischen Material ist. Dasselbe gilt auch für das Ankergegenstück 19, das vorteilhafterweise ebenfalls aus einem magnetisierbaren Material besteht.
Eine visualisierte Darstellung der magnetischen Feldlinien 12 ist jeweils durch die gepunktete, geschlossene Linie illustriert, die kreisförmig um die Spule herum verläuft. Durch die Magnetkraft wird das Ankerelement 7 (zusammen mit der Ankerbasis 23) hin zum Ankergegenstück 19 gezogen und so von der Ventilplatte 5 bzw. von den die Ventilplatte 5 durchbrechenden Durchgängen A1 abgehoben, sodass es zu einem Einströmen von Kraftstoff hin zum Passivventil kommen kann, von wo aus Kraftstoff schlussendlich über die Einblaskappe 28 in den Brennraum eingeleitet wird.
Fig. 2 zeigt das prinzipielle Verhalten des Injektors 1 während einer Einblasung. In Ausgangsstellung zum Zeitpunkt t0 am unteren Totpunkt (UT) des Zylinderkolbens werden Anker 7 und Ventilstößel 6 durch die vorgespannte Ankerfeder 17 bzw. Passivventilfeder 10 in ihrem jeweiligen Anschlag gedrückt und verschließen die Drosselstellen A1 bzw. A2, welche den Nadelraum mit dem Ventilraum bzw. den Ventilraum mit dem Einblasraum im geöffneten Zustand von Anker 7 bzw. Ventilstößel 6 verbinden. Der Druck im Injektor 1 entspricht dem Druck in der Zuleitung, 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 Ankerfeder 17, 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 wird vom Ansteuergerät ein Spannungssignal über die elektrischen Kontakte an die Spule 8 des Aktuators angelegt, so dass der Strom F1 im elektrischen Kreis bis auf ein definiertes Endniveau ansteigt. Die stromdurchflossene Spule 8 induziert ein magnetisches Feld 12 im Aktuator, dessen Magnetfeldlinien sich torusförmig um die Spule herum ausbreiten (siehe Fig. 1 ). Durch das magnetische Feld 12 wird eine Magnetkraft F2 im Luftspalt zwischen Anker 7 und Ankergegenstück 19 aufgebaut, wodurch zum Zeitpunkt t2 der Anker 7 zum Ankergegenstück 19 angezogen wird, sobald die Magnetkraft F2 die Schließkraft (Summe aus Vorspannkraft der Ankerfeder 17 und Druckkräften auf den Anker 7) übertrifft. Der Aufbau des Magnetfeldes und damit der Magnetkraft F2 wird dabei durch Wirbelströme in den Eisenteilen des Magnetkreises verzögert. Der Anker 7 ist einteilig oder fest mit der Ankerbasis 23 verbunden, so dass sich der Anker 7 gleichförmig mit dem Ankerhub (oder auch: Nadelhub) F3 bewegt. Sobald das Dichtelement 25 auf der Ventilplatte 5 zum Zeitpunkt t3 nicht mehr in Kontakt mit der Stirnfläche des Ankers 7 ist, wird die Verbindung zwischen Nadelraum und Ventilraum freigegeben, so dass der Kraftstoff vom Nadelraum in den Ventilraum strömt. Dadurch erhöht sich der Druck im Ventilraum. Sobald die Druckdifferenz von Ventilraum zu Einblasraum einer Kraftdifferenz auf den Ventilstößel 6 in gleicher Höhe wie der Vorspannkraft der Ventilfeder 10 entspricht, öffnet das Passivventil 4, d. h. der Ventilstößel 6 bewegt sich entlang eines Ventilstößelhubs F4 vom Sitz weg und gibt die Verbindung zwischen Ventilraum und Einblasraum frei, so dass Kraftstoff vom Ventilraum in den Einblasraum strömt. Dadurch kommt es zu einem Druckanstieg im Einblasraum (vgl. F8: Druck im Einblasraum). Der Kraftstoff strömt stromab weiter durch die Öffnung(en) A3 in der Einblaskappe 28 in die Brennkammer. Die Einblaskappe 28 ist dabei so gestaltet, dass die Strömung in einem definierten Zustand (Strahlorientierung, Eintrittsimpuls, Strahlbild, etc.) in den Brennraum eingebracht werden kann. Der geöffnete Zustand von Anker 7 und Ventilstößel 6 wird während der gesamten restlichen Bestromungsphase beibehalten. Das Stromniveau kann (z.B. durch ein PWM-Spannungssignal) reduziert werden, sobald der Anker 7 vollständig geöffnet ist und ein mögliches Prellen nicht zu einem Schließen des Ankers 7 führt. Während der Einblasung befindet sich der Zylinder des Motors in der Kompressionsphase, so dass der Brennraumdruck F5 stetig ansteigt.
Um den Einblasvorgang zu beenden, wird die Spannungsversorgung durch das Steuergerät beendet, so dass der Strom F1 durch die Spule 8 bis auf null reduziert wird (Zeitpunkt t4). Aufgrund der Wirbelströme zeitlich verzögert baut sich auch die Magnetkraft F2 ab. Sobald die Magnetkraft F2 geringer ist als die Summe aus der Schließkraft der Ankerfeder 17 und den hydraulischen Kräften auf den Anker 7, beginnt sich der Anker 7 gleichförmig zu schließen (Zeitpunkt t5); vgl. auch F3, F4. Trifft die Stirnseite des Ankers 7 auf das Dichtelement 25 der Ventilplatte 5, so wird die Verbindung zwischen Nadelraum und Ventilraum getrennt und der Kraftstofffluss vom Nadelraum in den Ventilraum unterbrochen (Zeitpunkt t6). Damit sinkt der Druck im Ventilraum F7. Wenn die Druckdifferenz vom Ventilraum F7 zum Einblasraum F8 einer Kraftdifferenz auf den Ventilstößel 6 in gleicher Höhe wie der Ventilfederkraft entspricht, bewegt sich der Ventilstößel 6 zurück in seine Schließposition am Ventilsitz 27 und wird durch den zunehmenden Druck F5 im Brennraum und damit im Einblasraum gegen den Sitz 27 gedrückt, so dass die Kraftstoffverbindung zwischen Ventilraum und Einblasraum (ggf. nach einer Phase des Prellens des Stößels am Ventilsitz 27) unterbrochen wird (Zeitpunkte t6 - t7). Der Einblasvorgang ist damit abgeschlossen. Während der weiteren Kompressionsphase des Brennraums bis zum oberen Totpunkt (OT) im Zeitraum t7 - ts wird das Luft- Brennstoffgemisch im Einblasraum komprimiert, während es in der anschließenden Expansionsphase entspannt (Zeitraum t8 - t9), wobei der weitere zwischenzeitliche Anstieg des Brennraumdrucks F5 aufgrund von Verbrennung der Einfachheit halber hier nicht dargestellt ist. Sinkt der Druck im Brennraum so weit ab, dass die Differenz aus Druckkräften auf den Ventilstößel 6 der Vorspannkraft der Ankerfeder 17 entspricht (Zeitpunkt t9), so öffnet sich der Ventilstößel 6 kurzzeitig erneut, so dass ein Teil des im Ventilraum vorhandenen Kraftstoffs in den Brennraum entweicht. Dieser Vorgang ist abhängig von der Federkraft und kann in wiederholtem Male auftreten (Zeitraum t9 - 110). Der jeweilige Massenstrom des Kraftstoffs über die Durchgänge A1 der Ventilplatte 5, die Durchgänge A2 des Stößels 6 und die und die Durchgänge A3 der Einblaskappe 28 ist dabei mit F9, F10 bzw. F11 angegeben.
Fig. 3 zeigt eine Teilschnittansicht eines Injektors 1 nach der vorliegenden Erfindung mit Fokus auf das Passivventil 4 und der Ventilplatte 5. Man erkennt, dass der Stößel 6 des Passivventils 4 an einer Unterseite der Ventilplatte 5 vorgesehen ist und die in der Ventilplatte 5 vorgesehenen Durchgänge A1 durch direkten Kontakt abdichtet. An der anderen Seite der Ventilplatte 5 wird dabei je nach Stellung des Ankers 7 (oder auch: Ankernadel oder nur Nadel) ebenfalls der mindestens eine Durchgang A1 durch die Ventilplatte 5 wahlweise verschlossen oder freigegeben. Da die Ventilplatte 5 von zwei Seiten mit jeweiligen Ventileinsätzen, nämlich dem Stößel 6 und dem Anker 7, in Kontakt treten kann, ist ein zweiseitiges Ventil offenbart, das nur geöffnet ist, wenn beide Ventileinsätze (Stößel 6 und Anker 7) in Offenstellung sind. So erkennt man, dass das eine Ende des mindestens einen Durchgangs A1 durch die Ventilplatte 5 von dem Anker 7 und das andere Ende des mindestens einen Durchgangs A1 von dem Stößel 6 verschlossen werden kann. Dabei wirken die Schließkräfte der beiden Ventileinsätze antiparallel zueinander, sodass eine Kraft zum Abheben eines jeweiligen Ventileinsatzes (Anker 7 und Stößel 6) jeweils von der Ventilplatte 5 weg gerichtet sein muss.
Dabei wird der Stößel 6 durch ein Federelement 10 in seine Schließstellung gedrängt, wobei das Federelement 10 sich an einem stromabwärts angeordneten Gegenanschlag abstützt, der starr in dem Injektor 1 angeordnet ist. Zudem erkennt man, dass die durch den Stößel 6 verwirklichte Dichtung an der Unterseite der Ventilplatte 5 eine Flachdichtung bzw. ein Flachsitz 13 ist.
Der Anker 7 wird ebenfalls mit einer gewissen Kraft auf die Ventilplatte 5 gedrängt, die typischerweise über eine Ankerfeder 17 ausgeübt wird. Die von der Ankerfeder 17 ausgeübte Kraft auf den Anker 7 wirkt dabei in Gegenrichtung zu der Kraft, welche von Federelement 10 zum Drängen des Stößels 6 in seine Schließstellung ausgeübt wird. Die dargestellte Konfiguration mit einer direkten Abdichtung an der Unterseite der Ventilplatte 5 ist dabei sehr raumsparend und ermöglicht in Längsrichtung sehr kurze Injektoren 1.
Fig. 4a und Fig. 4b zeigen dabei einen geschlossenen Zustand (Fig. 4a) und einen geöffneten Zustand (Fig. 4b) des Injektors. In Fig. 4b ist dabei die Strömung des Kraftstoffs ausgehend von der Kraftstoffzuleitung hin zur Einblaskappe mit Pfeilen dargestellt. Weiter ist auch die aus ihrer jeweiligen Schließstellung erforderliche Bewegung der Bauteile, die zum Erzeugen der Fluidverbindung zwischen der Kraftstoffzuleitung und der Einblaskappe vonnöten ist, durch Pfeile hervorgehoben. Man erkennt, dass der Anker aufgrund einer Bestromung der Spule aus seiner Schließstellung abgehoben ist, was dazu führt, dass der unter hohem Druck stehende Kraftstoff den Stößel des Passivventils aus seiner Schließstellung drängt. Ist eine entsprechende Bewegung der Bauteile erfolgt, kann der unter hohem Druck stehende Kraftstoff von der Kraftstoffzuleitung hin zur Einblaskappe aus dem Injektor
I herausströmen.
Fig. 5 zeigt eine schematische Teilschnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors nach einer zweiten Ausführungsform in einem geschlossenen Zustand. Man erkennt eine entsprechende Ausformung des Stößels 6 und der Unterseite der Ventilplatte 5, sodass die durch ein Drängen des Stößels 6 an die Unterseite der Ventilplatte 5 erzeugte Dichtung durch einen Kegeldichtsitz bzw. einen Kugeldichtsitz verwirklicht ist. Vorteilhaft hieran ist, dass diese Art der Dichtsitze eine zuverlässige Abdichtung ermöglichen und verschleißarm sind.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der im Zwischenbereich zwischen dem Stößel 6 und der Ventilplatte 5 ein Zwischenelement
I I angeordnet ist, das vorzugsweise eine zum Stößel 6 gerichtete Kontur des mindestens einen Durchgangs A1 der Ventilplatte 5 überdeckt oder umschließt. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Zwischenelement 11 aus einem weichelastischen Material ist, um einen Anschlag des Stößels 6 bei einer Bewegung in Richtung der Ventilplatte 5 zu dämpfen. Als beispielhafte Umsetzung für das weichelastischen Material bietet sich hierbei ein Elastomer an, das sehr gute Dämpfeigenschaften aufweist.
Alternativ oder zusätzlich zu der Ausgestaltung als weichelastisches Material kann auch vorgesehen sein, dass das Zwischenelement 11 eine wärmeisolierende Eigenschaft hat bzw. ein wärmeisolierendes Material umfasst oder aus diesem besteht. Ferner kann das Zwischenelement auch eine an dem Stößel 6 und/oder der Ventilplatte 5 aufgebrachte Beschichtung sein, wobei alternativ dazu aber auch möglich ist, dass das Zwischenelement 11 in dem Zwischenraum zwischen Stößel 6 und Ventilplatte 5 frei beweglich angeordnet ist.
Das Vorsehen des Zwischenelements 11 ist insbesondere hinsichtlich der Dauerfestigkeit der dichtenden Verbindung von Stößel 6 und Ventilplatte 5 von Vorteil und schont die bei einem Anschlägen von Stößel 6 und Ventilplatte 5 typischerweise stark beanspruchten Bestandteile.
Fig. 7 zeigt eine weitere Modifikation der erfindungsgemäßen Idee, bei dem der Gegenanschlag 9, der den maximalen Hub des Stößels 6 weg von der Ventilplatte 5 definiert, ein Dämpfelement 15 aufweist. Dieses Dämpfelement 15 ist so an dem Gegenanschlag 9 angeordnet, dass ein sich auf den Gegenanschlag 9 zubewegender Stößel 6 durch das Dämpfelement 15 gedämpft wird, bevor es in seiner Bewegung vollständig gestoppt wird. Dadurch verringert sich das Prellen des Stößels 6 bei einem Öffnen des Passivventils 4, wobei darüber hinaus auch die hohen mit dem Prellen einhergehenden Matenalbeanspruchungen aufgrund des Dämpfelements 15 verringert werden.
Dem Fachmann ist klar, dass die in den Figuren erläuterten verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung teilweise oder vollständig miteinander kombiniert werden können. Bezuqszeichenliste:
1 Injektor
2 Kraftstoffzuleitung
3 Aktivventil
4 Passivventil
5 Ventilplatte
6 Stößel / Ventileinsatz
7 Anker
8 Spule
9 Gegenanschlag
10 Federelement
11 Zwischenelement
12 magnetische Feldlinien
13 Flachdichtung/Flachsitz
14 Kegeldichtsitz/Kugeldichtsitz
15 Dämpfelement
16 Gehäusedeckel
17 Ankerfeder
18 Polrohr
19 Ankergegenstück
20 Bypass
21 Eisenrückschluss
22 Luftspalt
23 Ankerbasis
24 Ankerführung/Nadelführung
25 Dichtelement
26 Einblasrohr
27 Ventilführung
28 Einblaskappe
A1 Durchgang der Ventilplatte
A2 Durchgang des Stößels
A3 Durchgang der Einblaskappe

Claims

Ansprüche
1. Injektor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff, vorzugsweise zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, im Besonderen Wasserstoff, umfassend: eine Kraftstoffzuleitung (2) zum Einführen eines unter hohen Druck stehenden insbesondere gasförmigen Kraftstoffs, ein Aktivventil (3), das aktiv schaltbar ist und dazu ausgelegt ist, mindestens einen Durchgang (A1 ) an einer ersten Seite einer Ventilplatte (5) zu verschließen oder freizugeben, um wahlweise eine Strömungsverbindung von der Kraftstoffzuleitung (2) zu einem Bereich stromabwärts der ersten Seite der Ventilplatte (5) freizugeben oder zu unterbrechen, und ein Passivventil (4), das stromabwärts der Ventilplatte (5) angeordnet ist und durch stromauf und stromab des Passivventils (4) anliegende unterschiedliche Druckverhältnisse in einen verschließenden oder freigebenden Zustand passiv schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Passivventil (4) dazu ausgelegt ist, den mindestens einen Durchgang (A1 ) an einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite der Ventilplatte (5) mit einem Stößel (6) zu verschließen oder freizugeben, um wahlweise eine Strömungsverbindung von der zweiten Seite der Ventilplatte (5) zu einem Bereich stromabwärts des Passivventils (4) freizugeben oder zu unterbrechen.
2. Injektor (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch 1 , wobei in einem geschlossenen Zustand des Passivventils (4) der hin- und herbewegbare Stößel (6) des Passivventils (4) mit der zweiten Seite der Ventilplatte (5) in Kontakt steht, um den mindestens einen Durchgang (A1 ) der Ventilplatte (5) abzudichten.
3. Injektor (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch 2, wobei in einem geschlossenen Zustand des Passivventils (4) der Stößel (6) mit der zweiten Seite der Ventilplatte (5) direkt in Kontakt steht oder indirekt über ein Zwischenelement (11 ) in Kontakt steht.
4. Injektor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem geschlossenen Zustand des Aktivventils (3) ein hin- und herbewegbarer Anker (7) des Aktivventils (3) mit der ersten Seite der Ventilplatte (5) in Kontakt steht, um den mindestens einen Durchgang (A1 ) der Ventilplatte (5) abzudichten, vorzugsweise wobei der Injektor ferner eine Spule (8) aufweist, die dazu ausgelegt ist, den Anker (7) mittels Magnetkraft aus seiner Schließstellung zu bewegen.
5. Injektor (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch 4, wobei in einem geschlossenen Zustand des Aktivventils (3) der Anker (7) mit der ersten Seite der Ventilplatte (5) direkt in Kontakt steht oder indirekt über ein Zwischenelement (25) in Kontakt steht.
6. Injektor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der die Ventilplatte (5) kontaktierende Anschlag des Stößels (6) zusammen mit der zweiten Seite der Ventilplatte (5) als Flachdichtung (13), Kegeldichtung (14) und/oder Kugeldichtung ausgebildet ist.
7. Injektor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Drängvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, den Stößel (6) des Passivventils (4) hin zur Ventilplatte (5) in Schließstellung zu drängen.
8. Injektor (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch 7, wobei die Drängvorrichtung ein Federelement (10) umfasst, vorzugsweise wobei das Federelement (10) eine Spiralfeder ist.
9. Injektor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Stößel (6) und der Ventilplatte (5) ein Zwischenelement (11 ) angeordnet ist, das in einer Schließstellung des Passivventils (4) von einer Seite von dem Stößel (6) und von einer dazu gegenüberliegenden Seite von der Ventilplatte (5) kontaktiert ist.
10. Injektor (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch 9, wobei das Zwischenelement (11 ) aus einem weichelastischen Material ist, insbesondere einem Elastomer besteht, um ein Prellen des Stößels (6) bei einem Anschlägen an der Ventilplatte (5) zu verringern.
11. Injektor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10, wobei das Zwischenelement (11 ) aus einem wärmeisolierenden Material ist, insbesondere eine Keramik umfasst oder aus einer Keramik ist.
12. Injektor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9-11 , wobei das Zwischenelement (11 ) eine an der zur Ventilplatte (5) gewandten Stirnseite des Stößels (6) angeordnete Beschichtung umfasst oder ist und/oder eine an der zum Stößel (6) gewandten Stirnseite der Ventilplatte (5) angeordnete Beschichtung umfasst oder ist.
13. Injektor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9-12, wobei das Zwischenelement (11 ) an dem Stößel (6) und/oder der Ventilplatte (5) befestigt ist oder zwischen Stößel (6) und der Ventilplatte (5) frei beweglich angeordnet ist.
14. Injektor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein den maximalen Hub des Stößels (6) von der Ventilplatte (5) begrenzender Gegenanschlag (9) vorgesehen ist, der vorzugsweise mit mindestens einem 26
Dämpfelement (15) versehen ist, um ein Anschlägen des Stößels (6) zu dämpfen und ein Prellen zu verringern.
15. Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzung, insbesondere mit einer Gas-Direkteinspritzung, im Besonderen mit einer Wasserstoff-Direkteinspritzung, umfassend einen Injektor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-14.
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