Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für Gasbetrieb, insbesondere Was serstoffbetrieb, und ein Hochdruckventil zum Einbringen von gasförmigem Kraftstoff in eine solche Verbrennungskraftmaschine.

Auf dem Gebiet des Betriebs von Verbrennungskraftmaschinen mit gasförmigem Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, ist aufgrund der vielen Jahre, in denen sich die Industrie und Verbände vor allem auch aus ökologischer Sicht mit dieser Thematik befasst haben, sehr viel Stand der Technik veröffentlicht wurden. Neben den häufigsten verwendeten flüssigen Kraftstoffen werden zunehmend auch gasförmige Kraftstoffe wie beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff zum Betrieb von Fahrzeugen eingesetzt. Die Einspritzdüsen, auch Injektoren genannt, für flüssige Kraftstoffe sind weitestgehend perfektioniert in ihrer Entwicklung, bei gasförmigen Kraftstoffen treten jedoch eine Reihe von bei flüssigen Kraftstoffen nicht auftre tenden Problemen auf. Die bekannten Injektoren für flüssige Kraftstoffe sind daher nur be dingt geeignet.

Gasförmige Kraftstoffe weisen von flüssigen Kraftstoffen abweichende andere Energiedich ten und Volumina auf.

Ein Problem bei der Verwendung von Wasserstoff bzw. von gasförmigen Kraftstoffen besteht darin, dass einerseits in einer relativ kurzen Zeit eine relativ große Menge mit gegenüber flüssigen Kraftstoffen deutlich größerem Volumen von Kraftstoff in den Brennraum einer Ver brennungskraftmaschine eingebracht werden muss, dass andererseits auch das Einbringen sehr zeitgenau und sehr genau hinsichtlich der Dosierung der in den Brennraum eingebrach- ten Kraftstoffmenge realisiert werden muss. Dies ist erforderlich, damit bei dem Betrieb von mit Erdgas oder Wasserstoff bzw. mit anderen gasförmigen Kraftstoffen verwendete Ver brennungskraftmaschinen keinen übermäßigen Verbrauch und einen minimalen Schadstoff ausstoß aufweisen. Es ist dazu eben erforderlich, dass möglichst genau dosierte Gasmen gen pro Einblasvorgang und zu einem definierten, auf eine optimierte Verbrennung im Zylin der abgestimmten Zeitpunkt des Einblasvorganges in den Zylinder eingebracht werden. Prinzipiell sind zwei grundlegende Einblasverfahren für gasförmige Kraftstoffe, insbesondere Wasserstoff, bekannt. Eine Möglichkeit des Einbringens von gasförmigem Kraftstoff ist, dass dieser Kraftstoff im Endbereich der Einlassleitung, vorzugsweise unmittelbar vor dem Ein lassbereich der Einlassleitung in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingeführt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass der gasförmige Kraftstoff mit den entspre chend entwickelten, für gasförmige Kraftstoffe geeigneten und optimierten Injektoren direkt in den Brennraum eingeblasen wird, wobei man dabei auch von „eingespritzt“ spricht. Das Ein blasen bzw. Einspritzen von gasförmigen Brennstoffen wird dabei so realisiert, dass der ge samte für einen Verbrennungszyklus erforderliche Kraftstoff in einem Einblasvorgang oder auch in mehreren Einblasvorgängen pro Verbrennungszyklus eingebracht wird. Vorzugswei se muss neben der Notwendigkeit, eine bestimmte maximale Kraftstoffmenge in einer vorge gebenen Zeitdauer einspritzen zu können, es auch zusätzlich möglich sein, definierte Klein mengen bzw. Kleinstmengen in genauer Dosierung in den Zylinder einzutragen. Eine weitere allgemeine Forderung für die Gasinjektoren oder Einblasventile besteht darin, dass diese gegenüber dem Brennraum, in welchen das Gas, vorzugsweise Wasserstoff, eingebracht wird, exakt und zuverlässig abgedichtet sein muss, damit eine Rückzündung im Bereich vor dem Brennraum vermieden wird.

In Christian Spuller, Dieselbrennverfahren mit Wasserstoff für PKW-Anwendungen, Disserta tion an der Technischen Universität Graz, 2011, ist aus durchgeführten Untersuchungen zu sammengestellt, welche Spezifika und Besonderheiten beim Wasserstoffbetrieb von Ver brennungskraftmaschinen erforderlich sind. Sowohl der Ladungswechsel als auch die Ver brennung weichen vom herkömmlichen Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen mit flüssi gen Kraftstoffen ab und bedürfen spezieller Technik für das Einbringen von Wasserstoff oder anderen gasförmigen Kraftstoffen in den Brennraum dieser Verbrennungskraftmaschinen.

Beispielhaft für Stand der Technik, bei welchem gasförmiger Kraftstoff in den Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine über ein entsprechendes Gasventil eingebracht wird, sind EP 3 225 827 A1, gemäß welchem das Ventilelement des Gasventils zum Zuführen des gas förmigen Kraftstoffes mittels eines Magnetaktuators betätigt wird und bei welchem zwei Dichtbereiche vorgesehen sind, DE 102004 049 589 A1, welcher einen Wasserstoffmotor mit optimierter Kraftstoffeinblasvorrichtung beschreibt, mittels welcher Wasserstoff über ei nen Wasserstoffkanal in den Einlasskanal mündet und von dort in den Brennraum des Was serstoffmotors eingebracht wird, und DE 3904480 A1 , bei welchem gasförmiger Kraftstoff, beispielsweise Wasserstoff, in ein Saugrohr einer Verbrennungskraftmaschine intermittie rend eingebracht wird, wobei das Ventilglied elektrisch betätigbar ist. Beispiele im Stand der Technik für ein Einblasen von gasförmigem Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, sind erwähnt in DE 4308775 C1, bei welchem das Ventil als Kolbenventil ausgebildet ist, im Öffnungsbereich die Form eines Tellerventils aufweist und über eine Steuerhydraulik mittels Flüssigkeit betä tigt wird, US 7 117 849 B1 , in welchem ein Kraftstoff! njektor einen gasförmigen Kraftstoff mit hohem Druck über eine Kraftstoffleitung mittels der den Hauptteil des Kraftstoffinjektors bil denden Düse direkt in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine mittels einer bezüg lich ihrer Bewegung gesteuerten Nadel eingebracht wird, DE 102009 012688 B3, gemäß welchem ein Ventil zum Einblasen von Gas in den Brennraum einer Verbrennungskraftma schine mit hohem Druck eingebracht wird, wobei ein Schließglied und ein Stellglied mittels einer Magnetspule angetrieben und beweglich im Gehäuse angeordnet sind, und EP 3267028 A1, in welchem ein Einspritzventil zum Einspritzen von Hochdruckerdgas unter Verwendung einer gesteuerten Nadel in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden kann, wobei zwei Ventilsitze die entsprechende Dichtheit gewährleisten sollen.

Des Weiteren sind in EP 3 153701 A1, DE 102017218267 A1 und DE 10353011 A1 ebenfalls ein Ventil zum Steuern eines in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine einzubringenden Gases beschreiben, wobei in diesen Dokumenten des Standes der Technik auf die Notwendigkeit einer zuverlässigen Dichtung hingewiesen wird. In EP 3 153693 A1, ist ein Hochdruckventil für gasförmigen Kraftstoff beschrieben, welches eine entsprechende Dichtigkeit mit jeweils angeordneten Balgeinrichtungen gewährleistet. In DE 102014224348 A1, DE 102014224340 A1, DE 102014224341 A1 und DE 102015201 293 A1 sind Hochdruckventile beschrieben, welche sämtlich auf zwei oder mehrere Dichtsitze zur Sicherung der Dichtigkeit eines derartigen für Wasserstoff geeigneten Kraftstoffes verweisen, wobei in einigen Fällen Elastomerdichtungen empfohlen werden, welche zwar eine gute Dichtigkeit aufweisen, welche jedoch im Betrieb der Verbrennungs kraftmaschine bei Volllast und dabei mit hohen Temperaturen leicht Schaden nehmen kön nen, weshalb offensichtlich in DE 102015201 392 A1 ein thermisches Isolationselement an einem von zwei Dichtsitzen, wobei einer der beiden Dichtsitze aus einem Elastomerdich telement besteht, vorgesehen ist, um die Temperaturbelastung des Elastomerdichtungsele ments in Grenzen zu halten. DE 102014224343 A1 beschreibt ein zuverlässiges Abdichten und Schützen eines Dichtsitzes mittels einer zusätzlichen thermischen Schutzeinrichtung, in DE 102014224339 A1 ist beschrieben, dass zur Reduzierung der Temperaturbelastung der Dichtbereiche mittels eines Abschirmelements und eines Kühlringes gearbeitet wird. DE 102014224344 A1 beschreibt einen Gasinjektor zum direkten Einblasen eines gasför migen Kraftstoffes in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine zur besseren und gleichmäßigeren Verteilung des gasförmigen Kraftstoffes im Brennraum mit einem zusätzli chen Steuerelement, um den einzublasenden Gasstrahl entsprechend der Geometrie des Brennraumes für eine bessere Gemischbildung und Verbrennung zu formen. Und schließlich beschreibt DE 102014205454 A1 einen Gasinjektor zum Einblasen von gasförmigen Kraft stoffen, bei welchem eine Doppelventilnadel vorgesehen ist, wobei eine Außennadel als Hohlnadel ausgebildet und eine Innennadel in einem Hohlbereich der Außennadel angeord net ist.

Die bekannten Injektoren bzw. Gas- oder Wasserstoffeinblasventile für Verbrennungskraft maschinen sind auf verschiedene Betriebsbedingungen zwar angepasst worden, aber in der Regel immer nur bezogen auf jeweils einen oder maximal zwei definierte Betriebsbedingun gen, welche mit der jeweiligen Konstruktion abgedeckt werden sollen.

Hierbei ist für den Einsatz bei zwei unterschiedlichen Betriebsbedingungen es normalerweise immer erforderlich, dass für beide Betriebsbedingungen zwangsläufig bei der technischen Auslegung Kompromisse eingegangen werden mussten; d.h. eine optimale Auslegung war technisch nicht anvisiert.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Hochdruckventil und ein Hochdruckventil für eine Verbrennungskraftmaschine für Gasbetrieb, vorzugsweise Wasserstoffbetrieb, bereitzustellen, welche verbesserte Betriebs bedingungen, einen optimalen Gasbetrieb, sehr kurze Schaltzyklen und eine Steuerung hin sichtlich optimierter Eigenschaften auch der Verbrennung realisiert.

Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine für Wasserstoffbetrieb mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein für diese Verbrennungskraftmaschine vorge sehenes Hochdruckventil für den Wasserstoffbetrieb gemäß Anspruch 12 gelöst. Zweckmä ßige Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Die erfindungsgemäße gas-, vorzugsweise wasserstoffbetriebene Verbrennungskraftma schine weist in an sich bekannter Weise einen Zylinder auf, in welchem ein Brennraum aus gebildet und ein Kolben darin geführt ist. Erfindungsgemäß weist die Verbrennungskraftma schine ein Hochdruckventil auf, welches Steuerkanten oder einen eine Kegelform besitzen den, in einem Gehäuse geführten Steuerventilkolben aufweist. Mittels des Steuerventils wird Wasserstoff direkt in den Brennraum oder indirekt über eine Einlassleitung der Verbren- nungskraftmaschine kurz vor einem Einlassventil in den Brennraum eingeblasen bzw. einge spritzt. Der Begriff „Einspritzen“ wird hier für das Einbringen von einem gasförmigen Kraft stoff in den Zylinder gleichermaßen benutzt. Der Steuerventilkolben des ebenfalls gemäß der Erfindung ausgebildeten Hochdruckventils ist elektromagnetisch betätigt, realisiert unter an derem deswegen kurze Steuerzeiten und hohe Schaltfrequenzen, sodass die Einlassquer schnitte des Einblasorgans für den Wasserstoff in den Brennraum entsprechend einer opti mierten Gemischbildung und Verbrennung im Brennraum rasch freigegeben werden. Der Steuerventilkolben ist in dem Gehäuse mindestens zweistufig und elastomerfrei derart abge dichtet, dass ein Rückströmen einer prinzipiell möglichen Kleinmenge des Verbrennungsga ses, insbesondere von Wasserstoff bei Kontakt mit Sauerstoff, keine Rückzündung auftreten lässt. Das bedeutet, dass das Hochdruckventil sowohl zum Brennraum als auch zum Dämp fungspolster eine hohe und zuverlässige Dichtwirkung aufweist. Damit kurze Steuerzeiten und hohe Schaltfrequenzen des Hochdruckventils realisiert werden können, ist dieses ge wichtsreduziert in Leichtbauweise ausgebildet. Die Dichtung ist also derart ausgebildet, dass, wenn überhaupt, nur solche Kleinstmengen von Wasserstoff zurückströmen, dass bei ent sprechendem Kontakt dieser Kleinstmengen von Wasserstoff mit Sauerstoff keine Rückzün dungen auftreten, welche auch als Explosionen bezeichnet werden können.

Für den Wasserstoffbetrieb eines Motors wird der gasförmige Brennstoff in Form von Was serstoff in befüllten Wasserstoffflaschen bei ca. 350 bar gespeichert. Dieser Druck der Be vorratung entspricht natürlich nicht dem Einspritzdruck bei flüssigen Kraftstoffen, wie er heutzutage beispielsweise mit Common Rail Systemen realisiert wird und wie er, insbeson dere für die innere Gemischbildung, angewendet wird. Aus diesem Grunde muss vor dem Ventil bzw. der Einspritzdüse bzw. dem Einblasventil in den Zylinder der Zuführdruck mittels Sensoren abgefragt werden und auf Basis dieser Druckinformation bzw. in Abhängigkeit da von die Öffnungszeit bzw. der Öffnungsweg der Zuführung von gasförmigem Brennstoff, ins besondere Wasserstoff, geregelt werden. Es ist aber auch möglich, dass eine Druckminde rung vor der Zuführung des gasförmigen Brennstoffes unter dem zuvor angegebenen hohen Druck realisiert ist, sodass die Öffnungszeit bzw. der Öffnungsweg der Zuführung im jeweils gleichen Betriebszustand im Wesentlichen konstant ist. Je nach Betriebsbedingung kann der Druckbereich für den gasförmigen Brennstoff zwischen 20 und 350 bar erfolgen.

Vorzugsweise weist die Verbrennungskraftmaschine zusätzlich zu dem Hochdruckventil ei nen Injektor zur Feindosierung von Verbrennungsgas bzw. Wasserstoff in den Brennraum auf. Bei einer derartigen vorzugsweisen Ausbildung der Verbrennungskraftmaschine sind also zwei Einbringorgane für Verbrennungsgas bzw. Wasserstoff in den Brennraum vorhan den. Das Hochdruckventil ist dabei vorrangig für das Einbringen größerer Mengen von gas- förmigem Kraftstoff bzw. Wasserstoff in den Zylinder vorgesehen, wohingegen der Injektor die Feindosierung von kleineren Mengen von gasförmigem Kraftstoff bzw. Wasserstoff in den Brennraum zu definierten und durchaus kurzen Zeitpunkten bzw. Zeitintervallen ermöglicht.

Weiter vorzugsweise ist der Injektor so ausgebildet, dass eine intermittierende oder mehrstu fige Zufuhr des Wasserstoffs direkt in den Brennraum ausführbar ist. Unter intermittierender Zufuhr soll verstanden werden, dass die Einbringung von Wasserstoff in nicht kontinuierli cher Weise, d.h. mit genau festgelegten und steuerbaren Intervallen möglich ist, sodass durch die Feindosierung eine direkte Verbesserung bzw. Optimierung der Verbrennung im Brennraum erzielbar ist.

Vorzugsweise ist das Hochdruckeinlassventil zum Einblasen größerer Mengen von bei spielsweise Wasserstoff als den zur Verbrennungsoptimierung kleineren Mengen von Was serstoff in den Brennraum einbringende Injektor ausgebildet. Vorzugsweise bedeuten größe re Mengen das Mehrfache der mit dem Injektor eingespritzten kleineren Mengen von gas förmigem Kraftstoff.

Vorzugsweise ist im Sinne der Leichtbauweise des Hochdruckventils insbesondere dessen Steuerventilkolben hohl ausgebildet, wobei Wandstärke und Form mit einer hohen Steifigkeit ausgebildet sind, sodass die Leichtbauweise durch eine Gewichtsreduzierung insbesondere des Steuerventilkolbens realisiert wird, ohne dass die erforderliche Festigkeit der Bauteile leidet.

Anstelle einer Ausbildung von Hochdruckventil und Injektor aus Stahl kann deshalb vor zugsweise vorgesehen sein, dass das Hochdruckventil und/oder der Injektor aus Keramik oder aus keramikbeschichtetem Leichtmetall ausgebildet sind. Zusätzlich können die beweg ten Teile im Hochdruckventil und im Injektor im Sinne einer Leichtbauweise hohl und kera mikbeschichtet ausgebildet sein.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorzugsweise das Hochdruckventil andere Metall-Legierungen aufweisen. Damit wird erreicht, dass die im Hochdruckventil und im In jektor sich bewegenden Teile eine entsprechende Festigkeit und Steifigkeit besitzen, aber dennoch aufgrund der deutlich geringeren Dichte von Leichtmetall-Legierungen gegenüber einer Stahl-Legierung gewichtsreduziert und daher massereduziert ausgebildet sind.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausbildung ist der Steuerventilkolben des Hochdruckventils in seinem Gehäuse mit einem Führungskolben versehen, an welchem die Steuerkanten aus- gebildet sind, welche mit einer Wasserstoffzufuhrleitung interagieren. Die Steuerkanten ge ben die Zeitpunkte der Zufuhr von gasförmigem Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, und die Größe der Zufuhrquerschnitte und damit der Menge an gasförmigem Kraftstoff, welche in den Zylinder eingebracht wird, frei, schließen andererseits zu definierten Zeitpunkten aber auch die Zufuhrquerschnitte, nachdem die gewünschte Menge an gasförmigem Kraftstoff eingespritzt worden ist.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind an einer dem Brennraum zu weisenden Oberfläche des Hochdruckventils kranzförmig angeordnete Einblasbohrungen ausgebildet, welche im Hochdruckventil in axialer Richtung konzentrisch angeordnet sind. Das bedeutet, dass die im Wesentlichen ebene Kranzfläche des Hochdruckventils in dieser ringförmig ausgebildeten Kranzfläche auf einer gedachten Kreislinie angeordnete Einblas oder Einspritzbohrungen aufweist. Diese Einblasbohrungen sind in dem äußeren Kranz des Hochdruckventils in axialer Richtung konzentrisch angeordnet. Die konzentrisch angeordne ten Einblasbohrungen ermöglichen daher, eine relativ große gasförmige Menge an Kraftstoff in den Zylinder in kurzen Zeiteinheiten einzubringen.

Das Hochdruckventil der Verbrennungskraftmaschine weist desweiteren vorzugsweise ein gasförmiges Dämpfungspolster auf, in welches der Steuerventilkolben in dem Gehäuse im Bereich seiner Endlagen zur Anschlagvermeidung bzw. zur Anschlagdämpfung eintaucht. Dadurch wird verhindert, dass der Steuerventilkolben in seiner Endlage mit seiner entspre chenden Kolbenfläche auf entsprechende Gegenflächen im Gehäuse aufschlägt. Bei der Dimensionierung der Steuerung des Steuerventilkolbens bzw. des Hochdruckventils insge samt wird das vorhandene Dämpfungspolster entsprechend in das Steuerkonzept miteinbe- zogen, damit die in den Endlagen auftretende geringfügige Verzögerung der Bewegung der Steuerventilkolben keinen nachteiligen Einfluss auf das Einbringen von gasförmigem Kraft stoff, insbesondere Wasserstoff in den Brennraum hat.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Verbrennungs kraftmaschine für gasförmige Kraftstoffe, insbesondere Wasserstoff, ein bezüglich der axia len Ausrichtung des Brennraums vorzugsweise im Zylinderkopf stehend angeordnetes Hochdruckventil auf, wobei vom Steuerventilkolben mittels seiner Steuerkanten radial im Gehäuse das Hochdruckventils angeordnete Einblasleitungen für den Wasserstoff in Abhän gigkeit von einer Kolbenstellung Einbringquerschnitte bzw. Einblasquerschnitte freigegeben oder verschlossen werden. Die stehende Anordnung des Hochdruckventils hat den Vorteil, dass der im Zylinderkopf ohnehin eingeschränkt vorhandene Platz zur Anordnung eines zu- sätzlichen, neben den ohnehin im Zylinderkopf angeordneten Einlass- und Auslassventilen Ventils platzmäßig untergebracht werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Hochdruckventil für eine Verbren nungskraftmaschine folgendes auf: a) ein Gehäuse; b) einen in dem Gehäuse geführten Steuerventilkolben mit zylindrischen Kolbenseiten flächen begrenzenden Steuerkanten, welche mit im Gehäuse ausgebildeten Füh rungsflächen Zusammenwirken, oder mit einer mit einer kegelförmigen Sitzfläche im Gehäuse zusammenwirkenden Kegelform; c) mittels der Führungsflächen und der Steuerkanten oder der Kegelform und der kegel förmigen Sitzfläche bei entsprechender axialen Bewegung des Steuerventilkolbens freigebbare oder wiederverschließbare Ausströmquerschnitte; d) eine elektromagnetische Betätigung für den hohe Schaltfrequenzen realisierenden Steuerventilkolben; e) zumindest zweistufig im Gehäuse zur Abdichtung des Steuerventilkolbens im Gehäu se vorgesehene elastomerfrei ausgebildete Dichtbereiche; f) eine derart dichtend vorgesehene Ausbildung der Dichtbereiche, dass allenfalls nur solche Kleinstmengen an Wasserstoff-Rückströmung durchgelassen werden, dass keine Rückzündungen auftreten; und g) den in gewichtsreduzierender Leichtbauweise ausgebildeter, ein bewegliches Ele ment des Hochdruckventils darstellender Steuerkolben.

Die das erfindungsgemäße Hochdruckventil definierenden Elemente bilden ein Hochdruck ventil aus, das für gasförmige Kraftstoffe, insbesondere für Wasserstoff, ausgebildet ist und mit der zwischen den einzelnen Merkmalen vorhandenen Synergie erstmalig ein Hochdruck ventil bereitgestellt wird, welches den Anforderungen für ein Betreiben einer Verbrennungs kraftmaschine mit Wasserstoff voll umfänglich gerecht wird und nicht nur punktuell für ein zelne Anforderungen, wie dies bisher im Stand der Technik nur der Fall ist.

Weitere Vorteile, Details und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele anhand der nachfolgenden Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 : ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochdruckeinlass ventils in Schließposition mit Tellerventil; Figur 2: ein Hochdruckeinlassventil gemäß Figur 1 in Durchlassposition; Figur 2a: einen Steuerventilkolben des Hochdruckeinlassventils in Leichtbauweise; Figur 3: eine Schnittansicht durch Gehäuse und Schaft des Steuerventilkolbens ge mäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Figur 4: ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlass ventils mit einem Steuerventilkolben mit zwei zylindrischen Führungskolben, welche in Führungsflächen im Inneren des Ventilgehäuses geführt sind, wobei kranzartig eine Vielzahl von axialen Einblasbohrungen zum Einbringen des gasförmigen Kraftstoffes in den Brennraum vorgesehen ist;

Figur 5: das Hochdruckeinlassventil gemäß Figur 4, jedoch in Durchlassposition zum Zuführen von gasförmigem Kraftstoff durch das Hochdruckeinlassventil in ei nen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine;

Figur 6: ein Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 4 und 5, jedoch mit Einblasboh rungen, welche, bezogen auf die Längsachse des Steuerventilkolbens, eine divergierende Richtung aufweisen;

Figur 7: ein Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6, jedoch mit Einblasbohrungen, wel che, bezogen auf die Längsachse des Steuerventilkolbens, eine konvergie rende Richtung aufweisen;

Figur 8: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hochdruckeinlassventils in Schließpo sition gemäß der Erfindung mit Einlass und Auslass für gasförmigen Kraftstoff in versetzt zueinander angeordneten Ebenen;

Figur 9: das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils gemäß Figur 8, jedoch in Durchlassposition; Figur 10: eine Detailschnittansicht der Anordnung des erfindungsgemäßen Hochdruck einlassventils im Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine in Durchlass position zum Einbringen von gasförmigem Kraftstoff in die Einlassleitung;

Figur 11 : eine Detailschnittansicht eines Zylinders und eines Zylinderkopfes mit einge bautem erfindungsgemäßem Hochdruckeinlassventil in Durchlassposition;

Figur 12a: ein erfindungsgemäßes Hochdruckeinlassventil mit einem Tellerventil als ers tem Druckbeaufschlagungsbereich und mit einem zylindrischen Führungskol ben mit Ringfläche als zweitem Druckbeaufschlagungsbereich und mit zusätz lichem Kolben zum Öffnen und Schließen des Ventils;

Figur 12b: das Hochdruckeinlassventil gemäß Figur 12a, jedoch in geöffneter Position zum Eintritt von gasförmigem Kraftstoff in den Zylinder durch das Innere des zusätzlichen Kolbens und dem Tellerventilsitz-Bereich; Figur 12c: eine Schnittansicht durch den Schaft des Steuerventilkolbens des erfindungs gemäßen Hochdruckeinlassventils mit Ansicht des zusätzlichen Kolbens im Schnitt A-A (vgl. Figur 12b);

Figur 13: ein Hochdruckeinlassventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei welchem der zweite Druckbeaufschlagungsbereich in Form eines zylindri schen Führungskolbens bezüglich der wirksamen Ringfläche größer dimensi oniert ist als die wirksame Ringfläche des ersten Druckbeaufschlagungsbe reichs in Form eines Tellerventils;

Figur 14: ein Hochdruckeinlassventil für das erfindungsgemäße Verfahren in geschnit tener Darstellung bei geschlossenem Zustand;

Figur 15: das Hochdruckeinlassventil gemäß Figur 14 bei geöffnetem Zustand; Figur 16: eine Detailschnittansicht eines Zylinders und eines Zylinderkopfes mit einge bautem erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventil in Durchlassposition und mit Injektor in Schließposition mit jeweils direktem Einlass in den Brennraum des Zylinders;

Figur 17: eine Detailschnittansicht eines Zylinders und eines Zylinderkopfes mit einge bautem erfindungsgemäßen Injektor in seiner Schließposition in einer Schnitt ebene zur Darstellung des Einlassventils, nicht aber des Hochdruckeinlass ventils; und

Figur 18: eine Detailschnittansicht eines Zylinders und eines Zylinderkopfes mit einge bautem erfindungsgemäßen Injektor und entsprechender Schnittebene, nicht gezeigtem Hochdruckeinlassventil, jedoch vorgesehener Einspritzdüse für du alen Kraftstoffbetrieb der Verbrennungskraftmaschine.

In der nachfolgenden Figurenbeschreibung wird generell Wasserstoff als Kraftstoff beschrie ben. Es versteht sich, dass auch andere gasförmige Kraftstoffe möglich sind.

In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Hochdruckeinlassventil 4 im Querschnitt dargestellt. Das Ventil weist ein Gehäuse 6 auf, innerhalb welchem ein Steuerventilkolben 5 geführt ist. Dazu weist der Steuerventilkolben 5 einen als zylindrischen Führungskolben 5.3 ausgebilde ten Bereich auf, welcher im Gehäuse 6 an eine zum zylindrischen Führungskolben 5.3 form kongruent ausgebildete Führungsfläche 16 gleitend geführt ist. Der zylindrische Führungs kolben 5.3 des Steuerventilkolbens 5 ist in seinem Durchmesser größer als ein Schaft 5.4, welcher sich von dem zylindrischen Führungskolben 5.3 nach unten in Richtung auf eine Einlassöffnung in Form eines Wasserstoffeinlasses 20 in Richtung auf einen in Figur 1 nicht dargestellten Brennraum 1 (siehe beispielsweise Figur 11) erstreckt. Auf der dazu gegen überliegenden Seite des zylindrischen Führungskolbens 5.3 ist eine Verlängerung des Schaftes 5.4 des Steuerventilkolbens 5 mit einem Einsatz vorgesehen, in welchem eine Fe der 22 angeordnet ist, welche zum Schließen des Hochdruckeinlassventils 4 dient, mit wel chem vorverdichteter Wasserstoff in den Brennraum 1 eines Verbrennungsmotors eingelas sen wird.. Eine Druckkraft F _N (siehe senkrecht nach unten weisender Pfeil in Figur 2 oben) drückt den Steuerventilkolben 5 um einen Öffnungshub 21 des Hochdruckeinlassventils 4 nach unten, sodass der Ausströmquerschnitt 18 voll geöffnet ist, d.h. das Hochdruckeinlass ventil 4 sich in Durchlassposition 4.2 befindet.

Figur 1 stellt die Schließposition 4.1 des Hochdruckeinlassventils 4 dar. Im Ausströmquer schnitt 18 (siehe Figur 2) schließt ein Schließteller 5.5 in der Art eines Tellerventils mit einer im Gehäuse 6 ausgebildeten kegelförmigen Sitzfläche 17 (siehe Figur 2) und verhindert dadurch einen Durchtritt von Wasserstoff, deren Wasserstoffeinlass 20 an der linken Seite durch eine Eintrittsöffnung vorgesehen ist. Der Wasserstoff selbst ist durch den waagerecht nach rechts weisenden Pfeil angedeutet. In der Schließposition 4.1 des Hochdruckeinlass ventils 4 ist der Steuerventilkolben 5 mit seiner oberen, in Richtung auf den Federeinsatz ausgerichteten Ringfläche 25 in eine Kammer 23 eingetaucht, welche zur Außenseite über eine Entlüftungsbohrung 24 verbunden ist. Beim Eintauchen des Steuerventilkolbens 5 mit seiner oberen Ringfläche 25 des zylindrischen Führungskolbens 5.3 wird unverdichtete Luft aus der dort vorgesehenen Kammer 23 (siehe Figur 2) über die Entlüftungsbohrung 24 her ausgedrückt.

Ein wesentliches Kriterium für die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Hochdruckein lassventils 4 besteht darin, dass die dem Durchtrittskanal zugewandte Ringfläche 25 einen zweiten Druckbeaufschlagungsbereich 26 bildet und der Schließteller 5.5 des Tellerventils, welches dem Durchtrittsbereich 28 für den Wasserstoff zugewandt ist, einen ersten Druck beaufschlagungsbereich 27 bildet. Der erste Druckbeaufschlagungsbereich 27 bildet eine projizierte Fläche, welche senkrecht zur Längsachse des Steuerventilkolbens 5 ausgebildet ist, und weist eine Größe auf, welche ungefähr gleich der projizierten Fläche der Ringflä che 25 am zylindrischen Führungskolben 5.3 des Steuerventils 5 ist, d.h. nahezu gleich oder gleich der projizierten Fläche des zweiten Druckbeaufschlagungsbereichs 26 ist. Aufgrund dieser Flächengleichheit der projizierten Flächen sind keine relevanten resultierenden Axial kräfte vorhanden, und zwar unabhängig von der Höhe des Druckes des Wasserstoffs, wel cher für den Einlass in den Brennraum 1 einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist. Der Steuerventilkolben 5 selbst wird mittels eines Nockens, einer Nockenwelle oder einer anderen Antriebseinrichtung oder beispielsweise einer elektromagnetischen Betätigungsein richtung gegen die Federkraft F _N aus seiner Schließposition 4.1 in seine Durchlasspositi on 4.2 gedrückt und bei freigegebenem Nocken durch die Wirkung der Federkraft F _N ent- sprechend ihrer Stärke rasch wieder in die Schließposition 4.1 gebracht, in welcher der Schließteller 5.5 des Tellerventils an der kegelförmigen Sitzfläche 17 anschlägt und dort ab dichtet (siehe auch Figur 13). In Figur 1 weist der Schaft 5.4 des Steuerventilkolbens 5 des Hochdruckeinlassventils 4 einen Steuerventilkolben mit einem Hohlraum auf, d.h. hat einen hohlen Schaft (siehe Figur 2a). Der Einfachheit halber ist die im Schaft des Steuerventilkol bens 5 vorgesehene, axial sich erstreckende Bohrung in Figur 2 und in Figur 3 nicht gezeigt. Der Hohlraum in Inneren des Schaftes 5.4 des Steuerventilkolbens 5 erstreckt sich im We sentlichen über eine möglichst große Länge des Schaftes 5.4. Damit wird einerseits erreicht, dass für den Einsatz im Wasserstoffbetrieb eine deutliche Gewichtsreduzierung realisiert wird. In Verbindung mit dem schematisch eingezeichneten elektromagnetischen Antrieb 9 können wegen des reduzierten Gewichtes des Steuerventilkolbens 5 sehr kurze Reaktions zeiten und somit auch hohe Schaltfrequenzen realisiert werden, welche für insbesondere den Wasserstoffbetrieb erforderlich sind. Zusätzlich ist in dem dem Brennraum zugewandten unteren Ende des Steuerventilkolbens 5 eine Keramikbeschichtung vor allem im ersten Druckbeaufschlagungsbereich 27 vorgesehen. Aus Gründen weiterer Gewichtseinsparung ist es auch möglich, dass der gesamte Steuerventilkolben 5 aus Keramik besteht.

Figur 2 stellt das Hochdruckeinlassventil 4 dar, bei welchem sich der Steuerventilkolben 5 jedoch in der Durchlassposition 4.2 befindet, welche mit dem Pfeil in dem Ausströmquer- schnitt 18 angedeutet ist. Bei geöffnetem Ausströmquerschnitt 18 ist der Durchtrittsbe reich 28 für den Wasserstoff freigegeben, sodass der Wasserstoff mit hohem Druck und da mit auch hoher Strömungsgeschwindigkeit zwischen Dichtsitz 17 und Schließteller 5.5 hin durchströmt und in den Brennraum 1 (nicht dargestellt) der Verbrennungskraftmaschine ge langt. Deutlich sichtbar ist die bei um den Öffnungshub 21 nach unten gedrücktem Steuer ventilkolben 5 an der Oberseite des zylindrischen Führungskolbens 5.3 in Richtung auf den Federeinsatz mit der Feder 22 ausgebildete Kammer 23. Diese Kammer 23 ist mit einer Ent lüftungsbohrung 24 versehen, sodass bei erfolgendem Schließen der zylindrische Führungs kolben 5.3 mit seiner oberen Ringfläche in diese Kammer 23 eintaucht und die dort befindli che unverdichtete Luft über die Entlüftungsbohrung 24 nach außen drückt. Der Durchmesser dieser Entlüftungsbohrung 24 ist nun so gewählt, dass keine nennenswerten Drosseleffekte auftreten, damit beim Eintauchen des zylindrischen Führungskolbens 5.3 in die Kammer 23 (beim Schließen des Ventils) kein einen hohen Widerstand bildendes Druckpolster entsteht, sondern lediglich ein gewisses Dämpfungspolster entsteht.

In Figur 2a ist der Steuerventilkolben 5 zur Gewichtsreduzierung hohl ausgebildet und weist einen Hohlraum 44 im Inneren des Schaftes und des Tellers auf. Zur Erzielung einerweite ren Gewichtsreduzierung ist der Führungskolben 5.3 an seinen Stirnseiten 25, 26 jeweils mit gewichtsreduzierenden Aussparungen 43 versehen. Durch diese Aussparungen 43 ist es möglich, dass der Führungskolben 5.3 in seiner Längserstreckung auch noch bei stark redu zierter Masse relativ lang ausgeführt werden kann, was eine verbesserte Dichtwirkung zwi schen der Kolbenseitenfläche 15 und der Führungsfläche 16 (siehe beispielsweise Figur 1) zur Folge hat.

In Figur 3 ist eine Schnittansicht durch eine Schnittebene durch das Ventil parallel zur Ventil tellerebene gezeigt, welche radial vom Schaft 5.4 verlaufende Führungsstege 29 zwischen dem Schaft 5.4 und dem Gehäuse 6 zeigen. Diese Führungsstege 29 gewährleisten eine zusätzliche Stabilität für eine exakte axiale und zusätzlich eine radiale Führung des Steuer ventilkolbens 5 im Gehäuse 6, was von Bedeutung ist für ein zuverlässiges Abdichten der zylindrischen Kolbenseitenflächen 15 des zylindrischen Führungskolbens 5.3 an den eben falls zylindrisch entsprechend ausgebildeten passgenauen Führungsflächen 16 im Gehäu se 6. Über diese exakte Ausbildung dieser beiden relativ zueinander gleitenden Flä chen 15,16 wird die Dichtheit des Ventils im Inneren gewährleistet bzw. weiter verbessert.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlass ventils 4, bei welchem der Steuerventilkolben 5 zwei zylindrisch ausgebildete Führungskol ben 5.3 aufweist, welche in entsprechenden formkongruenten Führungsflächen 16 geführt sind. Dazu sind im Inneren des Gehäuses 6 drei formkongruent ausgebildete zylindrische Führungsflächen 16 vorgesehen. Figur 5 zeigt die Schließposition 4.1 des Steuerventilkol bens 5 innerhalb des Gehäuses 6. Der bezüglich Figuren 1 und 2 erläuterte Grundaufbau mit dem Federeinsatz ist identisch und wird daher hier nicht weiter erneut ausgeführt.

In der in Figur 4 dargestellten Schließposition 4.1 ist der in seiner axialen Länge größere zylindrische Führungskolben 5.3, welcher im unteren Teil des dargestellten Hochdruckein lassventils 4 gezeigt ist, zum Öffnen und Schließen der eigentlichen axialen Wasserstoff- Einblasbohrung 13 vorgesehen. Dazu sind im Gehäuse 6 in der in Figur 4 gezeigten Schließposition 4.1 die Zuführleitungen kranzartig im Umfang der dem Brennraum zugeführ ten Stirnseite 25 des Hochdruckeinlassventils 4 angeordnete Einblasbohrungen 13 mit den zylindrischen Führungsflächen 16 abgedeckt, sodass ein Durchtritt des Wasserstoffs von der Wasserstoff-Einlassleitung 20 her gesperrt ist.

Unterhalb der Kolbenoberseite ist eine Kammer 23 ausgebildet, in welche zum Freigeben der axialen Einblasbohrungen 13 der untere zylindrische Führungskolben 5.3 eintaucht. Da mit sich kein Gegendruck in der in der Kammer 23 vorhandenen Luft ausbildet, sind eine Entlüftungsbohrung 24 im Inneren längs der Längsachse des Steuerventilkolbens 5 und ra- dial im Gehäuse 6 vorgesehen. Bei entsprechender Dimensionierung der Entlüftungsboh rung 24 kann ein Drosseln weitestgehend vermieden werden, jedoch trotzdem noch sicher gestellt werden, dass eine gewisse Dämpfungsfunktion aufgebaut wird. Die Dämpfungsfunk tion verhindert, dass ein hartes Aufschlagen der Oberseite, im Fall der Darstellung gemäß Figur 4, des oberen zylindrischen Führungskolbens 5.3 im Inneren des Gehäuses 6 am Bo den der Kammer 23 auftritt. Die dem Durchtrittsbereich 28 zugewandten Ringflächen 25, d.h. erster und zweiter Druckbeaufschlagungsbereich 27,26 der zylindrischen Führungskol ben 5.3 des Steuerventilkolbens 5, sind so dimensioniert, dass sie gleich groß sind. Dadurch wird erreicht, dass unabhängig vom Druck, mit welchem der Wasserstoff in den Durchtritts bereich 28 im Inneren des Gehäuses 6 des Hochdruckeinlassventils 4 eintritt, keine zusätzli chen resultierenden axialen Kräfte hervorgerufen werden. Damit kann unabhängig vom Druck des in den Brennraum 1 einzulassenden Wasserstoffes das Hochdruckeinlassventil 4 lediglich mit einem entsprechenden Antrieb, beispielsweise eines Nockens oder einer No ckenwelle oder einer elektromagnetischen Betätigung 9, gegen die Wirkung der Feder 22 geöffnet und unter Nutzung der Feder 22 geschlossen werden.

In Figur 5 ist gezeigt, wie diese durch einen Nocken oder eine elektromagnetische Betäti gung aufgebrachte Öffnungskraft F _N den Steuerventilkolben 5 in die Kammer 23 eintaucht, sodass die zu den axialen Einblasbohrungen 13 führenden radial-gerichteten Zuführbereiche in der Art einer Ringkammer geöffnet sind und der Wasserstoff aus dem Ausströmquer- schnitt 18 in den Zylinder bzw. Brennraum 1 der Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden kann. Durch das Öffnen des Hochdruckeinlassventils 4 bildet sich die Kammer 23 am oberen zylindrischen Führungskoben 5.3 zur Führung des Steuerventilkolbens 5 im Ge häuse 6 an der entsprechenden Führungsfläche 16 aus. Auch diese Kammer 23 ist mit einer Entlüftungsbohrung 24 verbunden, sodass bei Ausführen der Schließbewegung durch das Steuerventil 5, d.h. in der Zeichnung bei einem Bewegen nach oben, die in der Kammer 23 befindliche Luft über die Entlüftungsbohrung 24 entweichen kann. Vorzugsweise sind die axialen Einblasbohrungen 13 äquidistant angeordnet; es kann jedoch auch eine unregelmä ßige Anordnung vorgesehen sein, insbesondere dann, wenn dadurch die Luftströmung in den Brennraum 1 zur Verbesserung der Gemischbildung verwendet werden soll.

Figur 6 zeigt eine Detailschnittansicht des Bereiches der axialen Einblasbohrungen 13, d.h. des unteren Bereiches des Hochdruckeinlassventils 4, bei welchem in Abweichung zu der Ausführungsform gemäß Figur 4 und Figur 5 die Einblasbohrungen 13 bezüglich der Längs achse des Steuerventilkolbens 5 divergierend angeordnet sind. Die anderen geometrischen Gegebenheiten entsprechen denen der Figuren 4 und 5. In Figur 7 ist ein Ausführungsbeispiel in Form eines Detailbereiches gemäß Figur 6 darge stellt, wobei jedoch die Einblasbohrungen 13, bezogen auf die Längsachse des Steuerventil kolbens 5, konvergierend angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, dass bei einer einzi gen Ausführungsform, bezogen auf die Längsachse des Steuerventilkolbens 5, sowohl di vergierende als auch konvergierende Einblasbohrungen 13 vorgesehen sind.

Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochdruckeinlass ventils 4, dessen Grundaufbau bezüglich Gehäuse 6 und Federeinsatz den bisherigen Aus führungsbeispielen entspricht, sodass diese Teile nicht näher hier erneut beschreiben wer den. Das gezeigte Hochdruckeinlassventil 4 befindet sich in seiner Schließposition 4.1 des Steuerventilkolbens 5. Der Unterschied zu den bisherigen Ausführungsbeispielen besteht darin, dass die Wasserstoff-Einlassleitung und der Ausströmquerschnitt 18 in bezüglich der Längsachse des Gehäuses 6 des Hochdruckeinlassventils 4 unterschiedlichen Ebenen an geordnet sind. Dabei liegt der Wasserstoff unter hohem Druck an der Wasserstoff- Einlassleitung 20, von einer nicht dargestellten Hochdruckleitung kommend, an. In der Schließposition 4.1 deckt der untere zylindrische Führungskolben 5.3 diesen Durchtrittsbe reich 28 ab, sodass kein Wasserstoff in den Durchtrittsbereich 28 und schließlich in den Brennraum 1 (siehe Figur 10) des Zylinders gelangen kann. Dem Durchtrittsbereich 28 zu gewandt sind zwei Ringflächen 25, welche die gleiche Größe haben, sodass unabhängig vom Druck des zugeführten Wasserstoffs keine resultierenden Axialkräfte vorhanden sind. Eine Verschiebung des Steuerventilkolbens 5 ist damit lediglich gegen die Kraft der Feder 22 aufzubringen. Unterhalb der Vorderseite des großen zylindrischen Führungskolbens 5.3 be findet sich wiederum die Kammer 23, sodass beim Verschieben des Steuerventilkolbens 5 ein Eintauchen in die Kammer 23 erfolgt und damit letztlich bei Ausführen des Öffnungshu bes 21 die in Figur 9 gezeigte Durchlassposition 4.2 des Steuerventilkolbens 5 erreicht wird. In der Durchlassposition 4.2 kann der Wasserstoff über die Wasserstoff-Einlassleitung 20 von der unteren Ebene zur oberen Ebene der Ausnehmung des Durchtrittsbereiches 28 in das Gehäuse 6 und schließlich zu dem Ausströmquerschnitt 18 strömen, von wo aus der Wasserstoff direkt in den Brennraum 1 der Verbrennungskraftmaschine (nicht gezeigt) oder indirekt über eine Einlassleitung in den Brennraum 1 strömen kann.

Damit eine zuverlässige Führung des Steuerventilkolbens 5 im Gehäuse 6 gewährleistet ist, ist der untere größere zylindrische Führungskolben 5.3 bis in die Kammer 23 hinein an form kongruent ausgebildeten Führungsflächen 16 geführt. Bei der Schließposition 4.1 gemäß Figur 8 ist dieser zylindrische Führungskolben 5.3 dann in dem unteren Bereich und in dem Zwischenbereich an entsprechenden Führungsflächen 16 geführt, wobei der Zwischenbe reich zwischen der unteren Ebene an der Wasserstoff-Einlassleitung 20 und dem Durch- trittsbereich 28 in der oberen Ebene am Ausströmquerschnitt 18 angeordnet ist. Und schließ lich ist der kleinere zylindrische Führungskolben 5.3 der obere, welcher in Richtung auf den Federeinsatz angeordnet ist, an einem dritten Führungsabschnitt 16 gleitend geführt.

Während Figur 8 das Hochdruckeinlassventil 4 in seiner Schließposition 4.1 zeigt, ist in Fi gur 9 dessen Durchlassposition 4.2 dargestellt.

Figur 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wie ein erfindungsgemäßes Hochdruckeinlassventil 4 im Zylinderkopf 30 einer Verbrennungskraftmaschine in deren Einlassleitung 7 angeordnet werden kann. Das Hochdruckeinlassventil 4 ist mittels eines nicht dargestellten Nockens, welcher vorzugsweise zu einer Nockenwelle gehört, angetrieben, kann aber natürlich auch mit einem elektromagnetischen Aktuator angetrieben sein, sodass im Falle eines Nockenwel lenantriebs bei Eingriff des Nockens die im Federeinsatz vorhandene Feder 22 zusammen gedrückt werden kann. Das Zusammendrücken der Feder 22 und damit das Öffnen des Hochdruckeinlassventils werden gleichermaßen durch einen elektromagnetischen Aktuator 9 erreicht. Durch das Zusammendrücken der Feder 22 gelangt der Wasserstoff, welcher über die Hochdruckleitung 32 zur Wasserstoff-Einlassleitung 20 geführt wird und von dort über die dargestellte Durchlassposition 4.2 durch das Hochdruckeinlassventil 4 in dessen Durchtritts bereich 28 zum Ausströmquerschnitt 18 gelangt, über die Einlassleitung 7 und das Einlass ventil 8 mit hohem Druck in den Brennraum 1. Dies ist durch die Pfeile angedeutet, welche die Wasserstoffströmung des unter hohem Druck stehenden Wasserstoffes und auch die Verbrennungsluft charakterisiert. Links an der Oberseite der Figur 10 ist ein Auslassventil 33 gezeigt, welches sich im geschlossenen Zustand befindet, sodass der gasförmige Kraftstoff nicht in die Abgasleitung entweichen kann. Im Zylinder 3 ist ein Kolben 2 gezeigt, welcher mittels eines Kolbenbolzens 34 und eines Pleuels 35 mit einer nicht gezeigten Kurbelwelle verbunden ist. Das Hochdruckeinlassventil 4 kann nun vorzugsweise so gesteuert werden, dass im Grunde genommen bei nahezu jeder beliebigen Position bei der Bewegung des Kol bens 2 vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt einzelne Mengen an Wasserstoff zeit mäßig gezielt in Zusammenhang mit der Steuerung des Einlassleitungsventils 46 in den Zy linder gefüllt werden können.

Und schließlich zeigt Figur 11 einen Zylinder 3 mit Zylinderkopf 30 gemäß Figur 10, jedoch mit sowohl einem Hochdruckeinlassventil 4 als auch einem Injektor 10. Das Hochdruckein lassventil 4 ist im Zylinderkopf 30 in seiner Durchlassposition 4.2 so angeordnet, dass Was serstoff direkt in den Zylinder 3 zusammen mit der Verbrennungsluft aus der Einlassleitung 7 über den Ausströmquerschnitt 18 in relativ großen Mengen eingeblasen werden kann. Zu sätzlich ist der Injektor 10, an welchen eine Hochdruckleitung für Wasserstoff angeschlossen ist und welche in der Durchlassposition 4.2 des Injektors 10 Wasserstoff indirekt in den Brennraum 1 über die Einlassleitung 7 in gezielten Mengen zu gewünschten Zeitpunkten zur direkten Beeinflussung des späteren Gemischbildung und Verbrennung im Brennraum 1 zu führt. Der Kolben 2 im Zylinder 3 ist mittels seines Pleuels 35 und über den Kolbenbolzen 34 mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) verbunden.

In Figur 12a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hochdruckeinlassventils 4 gemäß der Erfindung gezeigt. In Figur 12b ist dieses Hochdruckeinlassventil 4 in geöffneter Position dargestellt. Die in Figur 12a gezeigte geschlossene Position des Hochdruckeinlassventils 4 wird erreicht in der Position des Steuerventilkolbens 5, bei welcher im Inneren des Gehäu ses 6 die Wasserstoff-Einlassleitung 20 abschließt, wobei bei dessen Öffnung Wasserstoff unter hohem Druck zugeführt wird, und zwar in einem Ventilsitz dichtend sitzendem und da mit die Zufuhr von Wasserstoff in den Brennraum 1 ebenfalls abdichtend angeordneten Ven tilteller bzw. Schließteller 5.5 eines Tellerventils. Der Schließteller 5.5 des Tellerventils geht in üblicher Weise für derartige Ventile, welche im Zylinderkopf 30 von Verbrennungskraftma schinen verwendet werden, kontinuierlich in den Schaft 5.4 über. Der Steuerventilkolben 5 weist im Bereich des im Gehäuses 6 befindlichen Schaftes 5.4 einen zylindrischen Füh rungskolben 5.3 bzw. eine Führungsfläche 16 auf, welche eine Ringfläche 25 ausbildet, wel che in Richtung auf den Durchtrittsbereich 28 weist. Auf einer der Ringfläche 25 gegenüber liegenden Seite weist der Schaft 5.4 einen Schließteller 5.5 des Tellerventils auf, welcher vorzugsweise mit einem Winkel von 45 Grad einen Dichtsitz 17 bzw. Ventilsitz 17 mit dem Gehäuse 6 bildet.

Die Dichtkraft diese Ventilsitzes 17 wird durch die Feder 22 gewährleistet, welcher mittels eines jochartigen Stützringes 37 in dem Gehäuse 6 unter Vorspannung gehalten ist. Die Ringfläche 25 und die wirksame in eine Ebene senkrecht zur Längsachse des Steuerventil kolbens 5 projizierte Fläche des Schließtellers 5.5 des Tellerventils sind beide gleich groß, sodass der Druck des Wasserstoffs, welcher in den Durchtrittsbereich 28 zum Einträgen in den Zylinder 1 bei geöffnetem Hochdruckeinlassventil 4 (siehe Figur 12b) gelangt, die Druckbeaufschlagungsflächen 27 und 26 ohne nennenswerte resultierende Flächen gegen einander belastet. Dadurch wird ohne zusätzliche Kräfte zur Druckfeder 22 ein Verschieben des Steuerventilkolbens 5 im Gehäuse 6 realisiert. Im Bereich des Schaftes 5.4 weist der Steuerventilkolben 5 einen zusätzlichen Kolben 38 auf, welcher ebenfalls eine zylindrische Führungsfläche 15 an seinem Außenumfang aufweist, welcher an entsprechenden formkon gruent gestalteten Führungsabschnitten 16 im Gehäuse 6 geführt ist. Die axiale Abmessung dieses zusätzlichen Kolbens 38 ist nun derart, dass in der Position, wie sie in Figur 12a ge zeigt ist, d.h. in welcher die Zufuhr von Wasserstoff gesperrt ist, der zusätzliche Kolben 38 den Querschnitt der Zufuhrleitung des Wasserstoffes hohen Druckes unterbricht. Dazu sind der zusätzliche Kolben 38 wie auch die Führungskolben 5.3 bzw. Führungsflächen 15,16 eingeschliffen, um eine entsprechende Dichtkraft und Dichtigkeit zu gewährleisten. Eine zweite Dichtfläche ergibt sich im Ventilsitz 17 des Tellerventils, wobei die Dichtkraft durch die Federkraft der Feder 22 bestimmt wird. Zwischen der in der Figur 12a gezeigten Oberseite des Führungskolbens 5.3, welche auf die Seite mit der Feder 22 von Hochdruck eines Ven tils weist, ist ein Druckraum ausgebildet, welcher bei entsprechender Kompression, d.h. bei Aufwärtsbewegung des Steuerventilkolbens 5 über eine Entlüftungsbohrung 24 entlüftet werden kann.

Bei einer entsprechenden, gegen die Federkraft der Feder 22 wirkenden Kraft zur Verstel lung des Schiebeventilkolbens 5 im Gehäuse 6 wird über diese Entlüftungsbohrung 24 Luft wieder eingesaugt, sodass in der zwischen der Oberseite des zylindrischen Führungskol bens 5.3 und dem Gehäuse 6 vorhandener Druckraum 23 nicht ein nennenswerter Unter drück entsteht.

In Figur 12b ist das Hochdruckeinlassventil 4 gemäß Figur 12a gezeigt, jedoch in der geöff neten Position. Dazu ist der Steuerventilkolben 5 gegen die Wirkung der Federkraft der Fe der 22 in der gezeigten Darstellung nach unten verschoben, sodass der zusätzliche Kol ben 38 den Querschnitt der Wasserstoff-Einlassleitung 20 über den Durchtrittsbereich 28 am Sitzbereich 17 des Schließtellers 5.5 des Tellerventils freigibt und Wasserstoff mit hohem Druck in den Brennraum 1 (nicht gezeigt) eingedrückt werden kann. Die anderen Elemente und Funktionen sind mit denen Figur 12a identisch und werden daher hier nicht nochmals beschrieben. Es ist aus Figur 12b ersichtlich, dass der zusätzliche Kolben 38 an dem in Inne ren des Gehäuses 6, d.h. im Inneren des Durchtrittsbereiches 28, ausgebildeten eingeschlif fenen zylindrischen Führungsflächen 16 gleitend verschoben wird, sodass der unter hohem Druck stehende Wasserstoff letztlich in den Zylinder 1 einströmen kann.

Und schließlich ist in Figur 12c eine Schnittansicht durch den Steuerventilkolben 5 in dessen unteren Teil des Schaftes 5.4 mit Blickrichtung entlang des Schnittes A-A (vgl. Figur 12b) auf den zusätzlichen Kolben 38 gezeigt. Der Kolben 38 weist eine zylindrische Kolbenseitenflä che 15 an seinem Außenumfang auf, welche eingeschliffen ist und formkongruent mit den entsprechend im Gehäuse 6 ausgebildeten Führungsflächen 16 dichtend zusammenwirkt. Das Innere des Kolbens 38 ist durch Stege 39, zwischen denen sich Öffnungen 40 befinden, stabil genug gefertigt und ermöglicht so, bei freigegebenem Wasserstoff-Einlass den Was serstoff hindurchströmen zu lassen, um anschließend am Bereich des Ventilsitzes 17 des Schließtellers 5.5 des Tellerventils vorbei in den Brennraum 1 zu strömen. Dies ist durch die Pfeile, welche den Strömungsweg andeuten, gezeigt. Zusätzlich ist der Steuerventilkolben 5 durch die zylindrischen Kolbenseitenflächen 15 im oberen Teil des Gehäuses 6 zuverlässig und genau geführt, da auch diese Bereiche eingeschliffen sind.

Und schließlich zeigt Figur 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem die dem Durchtrittsbereich 28 im Inneren des Gehäuses 6 zugewandten wirksamen Druckbeauf schlagungsbereiche 27,26 eine unterschiedliche Größe aufweisen. In Figur 13 ist ein Zu stand des Hochdruckeinlassventils 4 gezeigt, bei welchem durch den Steuerventilkolben 5 die Zufuhr von Wasserstoff in den Brennraum 1 nicht stattfindet. Wegen der Tatsache, dass der als Ringfläche 25 ausgebildete zweite Druckbeaufschlagungsbereich 26 größer ausge bildet ist als der erste Druckbeaufschlagungsbereich 27 am Übergang des Schließtellers 5.5 des Tellerventils zu dessen Schaft 5.4, ist das Gehäuse 6 zweiteilig ausgebildet, damit eine entsprechende Montage des Steuerventilkolbens 5 und des Führungskolbens 5.3 in das In nere des Gehäuses 6 erfolgen kann. Der Führungskolben 5.3 muss durch eine zusätzliche Montage in nicht weiter dargestellter Montage-Ausführungsform auf dem Steuerventilkol ben 5 montiert werden. Ansonsten ist der Grundaufbau analog zu dem in Figur 12 beschrie benen. Dadurch, dass die Fläche des zweiten Druckbeaufschlagungsbereichs 26 größer ist als die des ersten Druckbeaufschlagungsbereichs 27, wird in Verbindung mit dem hohen Druck des Wasserstoffes eine größere Schließkraft des Schließtellers 5.5 des Tellerventils im Bereich von dessen Sitz 17 gewährleistet. Insoweit wird von dem Ungleichgewicht auf Basis der unterschiedlich großen wirksamen Flächen profitiert. Die dadurch erzielte große Kraft gewährleistet eine deutlich verbesserte Dichtleistung des Ventilsitzes 17 während des Betriebes des Motors. Das Prinzip der Funktion eines derartigen Hochdruckventils 4 ist das, welches einem Pneumatikzylinder ähnlich ist.

Zusätzlich zu der Darstellung in Figur 12 ist in Figur 13 noch ein Sicherungsring 41 gezeigt, welcher ein Lösen des Stützringes 42 im Betrieb unterbindet, da der Stützring 42 auf dem oberen Schaftteil des Steuerventilkolbens 5 aufgesetzt ist, sodass die Federspannung ein gestellt ist. Der in Figur 13 gezeigte Steuerventilkolben 5 ist mit seinem Führungskolben 5.3 gegen die Kammer 23 abgedichtet. In Richtung auf den Ventilteller 5.5. ist im Inneren des Gehäuses 6 ein kegelförmig ausgebildeter Bereich vorhanden. Der weitere Dichtbereich ist der unmittelbar am Tellerventil ausgebildete Kegelsitz. Letzterer gewährleistet ein sicheres Abdichten der Wasserstoffzufuhrleitung gegenüber dem Brennraum 1 , wohingegen der Füh rungskolben 5.3 eine zusätzliche Dichtfläche zwischen dem Wasserstoffzufuhrbereich und der Kammer 23 ausbildet. Es ist prinzipiell auch möglich, dass der Führungskolben 5.3 im zweiten Druckbeaufschlagungsbereich 26 kleiner ist als der erste Druckbeaufschlagungsbe reich 27. Figur 14 und Figur 15 zeigen in Schnittdarstellung zwei Positionen des zur Realisierung der Funktion des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils 4 in einer weiteren Ausführungs form der Erfindung in geschlossenem Zustand (Figur 14), wohingegen in Figur 15 dieses Hochdruckeinlassventil 4 in geöffneter Stellung dargestellt ist.

Das Hochdruckeinlassventil 4 weist ein aus einem Kolbenstößel 100 und einem Kolben 200 gebildetes und in einem Gehäuse 300 geführtes Kolbenteil auf. Der Kolben 200 weist eine Steuerkante 45 bildende umlaufende Kolbennut 50 auf, welche gegenüber dem äußeren maximalen Durchmesser des Kolbens 200 einen Bereich mit einem Einzug aufweist. In der Stellung gemäß Figur 14 bildet der Kolben 200 innerhalb des Gehäuses 300 an seiner Stirn fläche bzw. Kolbenoberseite, welche gegenüber dem Kolbenstößel 100 liegt, eine Ventil kammer 90 aus, welche an der Stirnseite des Hochdruckeinlassventils 4 mittels einer Deck platte 60 geschlossen ist. Zwischen der Deckplatte 60 und der Stirnseite des Kolbens 200 bildet die Ventilkammer 90 sozusagen ein Luftpolster, in welches sich der Kolben 200 mit dessen Hub 101 bewegt, sodass bei den für die Einlassvorgänge für Wasserstoff in den Zy linder erforderlichen kurzen Zeiten verhindert wird, dass der Kolben 200 auf die Deckplat te 60 aufschlagen könnte.

In Figur 15 ist gezeigt, dass die Ventilkammer 90 über eine Entlüftungsbohrung 70, welche durch das Kolbenteil im Bereich seiner Längsachse geführt ist, entlüftet wird. Insbesondere bei höheren Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine muss der Ladungswechsel im Zy linder, bezogen auf absolute zeitliche Maßstäbe, in sehr kurzen Zeitspannen ausgeführt werden. Daher muss auch das Hochdruckeinlassventil 4 und als wesentliches Kernelement davon dessen Kolben 200 sehr schnelle Bewegungen zum Öffnen und Schließen, d.h. zum Steuern der Zufuhr von Wasserstoff, ausführen. Leichtbauweise ist dabei ein wesentliches Merkmal für die Realisierung höher Schaltfrequenzen.

In den Totpunkten bei der Bewegung des Kolbens 200 des Hochdruckeinlassventils 4 treten aufgrund der Massenträgheit dieses Bauelements relativ große Beschleunigungs- und Ver zögerungskräfte auf. Der auf der Kolbenoberseite bei der Bewegung des Kolbens 200 sich verändernde Raum, d.h. die Ventilkammer 90, führt durch die Komprimierung der darin be findlichen Luft zu einer Dämpfung der Kolbenbewegung, weshalb im Inneren des Kol bens 200 im Bereich von dessen Längsachse eine Entlüftungsbohrung 70 vorgesehen ist. Der Durchmesser der Entlüftungsbohrung 70 ist nun so gestaltet, dass bei der raschen Be wegung des eigentlichen Kolbens des Kolbens 200 die Luft aus der Ventilkammer 90 zumin dest größten Teils über die Entlüftungsbohrung 70 herausgepresst wird. Der Durchmesser der Entlüftungsbohrung 70 ist nur so groß, dass nur so viel Luft in der Ventilkammer 90 ver bleibt, dass bei der raschen Bewegung des Kolbens 200 und dessen Trägheit ein Anschlä gen von dessen Kolbenoberseite am durch die Deckplatte 60 bei diesem Ausführungsbei spiel gebildeten inneren Abschluss des Hochdruckventils 4 nicht anschlägt. Andererseits muss die Entlüftungsbohrung 70 in der Lage sein, bei der Rückwärtsbewegung des Kolbens weg von der Deckplatte 60 in Richtung auf seine Stellung den Durchtritt von Wasserstoff durch das Hochdruckeinlassventil 4 zu unterbrechen, ein Rückströmen zum Wiederauffüllen der Ventilkammer 90 zu ermöglichen. Die Entlüftungsbohrung 70 hat daher einen solchen Durchmesser, dass im Wesentlichen die Luft in der Ventilkammer 90 abgeführt bzw. in diese Kammer wieder zugeführt werden kann, und zwar dennoch bei Vorhandensein einer gewis sen geringen Drosselfunktion, damit kein Vakuum oder Unterdrück in dieser Ventilkam mer 90 während der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 200 im Gehäuse 300 des Hochdruckeinlassventils 4 auftritt. Der in der Ventilkammer 90 verbleibende Teil der Luft, dient jedenfalls bei der Bewegung der Kolbenoberseite in Richtung auf die Deckplatte 60 einem gewissen Dämpfungseffekt, in dem sich u.a. auch wegen der noch vorhandenen Drosselwirkung der Entlüftungsbohrung 70 ein gewisses Dämpfungspolster ausbildet, wodurch ein Anschlägen der Kolbenoberseite an der Innenseite des Deckplatte 60 verhindert bzw. einem Anschlägen zumindest entgegengewirkt wird. Die Entlüftungsbohrung im Schaft des Kolbens 200 stellt bereits eine Maßnahme zur Massereduzierung im Sinne einer Unter stützung von raschen bzw. hohen Schaltfrequenzen dar.

Auf der der Stirnseite des Kolbens gegenüberliegenden Seite des Kolbens 200, an welcher der Kolbenstößel 100 angeordnet ist, ist innerhalb des Gehäuses 300 zwischen der Kolben unterseite und der Durchtrittsöffnung des Kolbenstößels 100 durch das Material des Gehäu ses 300 ein unterer bzw. hinterer Ventilraum angeordnet, welcher ebenfalls eine Dämpfungs funktion analog zu der an der Kolbenoberseite geschilderten hat. Dazu ist aus diesem Dämp fungsraum an der Kolbenunterseite ebenfalls eine Entlüftungsbohrung 70 vorgesehen, wel che analog zu der Entlüftungsbohrung 70 ausgebildet ist und funktioniert, welche in Längs richtung durch das Kolbenteil hindurchgeführt und eine Verbindung zu der Ventilkammer 90 hat.

Im oberen Bereich des Gehäuses 300 des Hochdruckeinlassventils 4 ist der Kolbenstö ßel 100 von einer Feder umgeben, welche in einer Gehäuseausnehmung 130 angeordnet ist und durch eine die Gehäuseausnehmung 131 nach obenhin angeflanschte Führungsplatte gehalten ist. Der Kolben arbeitet also gegen die Feder 80, welche je nach Bewegungsrich tung innerhalb des Kolbenhubs 100 komprimiert oder gedehnt wird. In der in Figur 14 dargestellten Position des Kolbens 200 befindet sich dessen Steuerkan te 45 oberhalb eines quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens 200 angeordneten Kanals für die Zufuhr 121 von Wasserstoff unter hohem Druck zum Zylinder, so dass die Wasserstoff zufuhr 111 durch das Ventil gehindert ist. Erst in der in Figur 15 dargestellten Position des Kolbens 200 ist die Steuerkante 45 in den quer zur Längsachse des Kolbens sich erstre ckenden, das Gehäuse 300 des Hochdruckeinlassventils 4 durchdringenden Kanals zur Wasserstoffzufuhr 121 zum Zylinder eingetaucht. Wenn die Steuerkante 45 diesen Kanal der Wasserstoffzufuhr 121 zum Zylinder freigegeben hat, kann die Wasserstoffzufuhr 111 über die Kolbennut 50, welche um den Kolben 200 herumläuft und sozusagen gegenüber dem maximalen Durchmesser des Kolbens den Einzug darstellt, in Richtung auf und durch den Kanal für die Wasserstoffzufuhr 121 zum Zylinder strömen. Aufgrund des hohen Druckes, mit welchem die Wasserstoffzufuhr 111 zum Ventil an dem entsprechenden Kanal des Hochdru ckeinlassventils 4 anliegt, erfolgt nach Freigabe und damit Verbindung zum Kanal der Was serstoffzufuhr 121 zum Zylinder ein sofortiger Durchtritt des unter Hochdruck stehenden Wasserstoffs in den Zylinder.

Da bei der Bewegung des Kolbens 200 im Gehäuse 300 der Kolben 200 lediglich gegen die jeweiligen Luftpolster, d.h. mit seiner Kolbenoberseite in das Luftpolster der Ventilkammer 90 bzw. mit der Kolbenunterseite in das Luftpolster, unter Berücksichtigung der jeweils wirken den Federkraft wirkt und da andererseits die Kolbennut 50 an beiden Enden in Längsrichtung eine gleichgroße Fläche ausgebildet hat, entstehen keine nennenswerten zusätzlichen resul tierenden Axialkräfte, welche auf den Kolben 200 wirken. Der Kolben 200 kann daher trotz hoher anliegender Drücke des Wasserstoffs leicht und damit an die hohen erforderlichen Geschwindigkeiten einer entsprechenden Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ange passt werden.

Das gemäß der Erfindung vorgesehene Hochdruckeinlassventil 4 bietet somit die Möglich keit, unter hohem Druck bereitgestellten Wasserstoff einem Verbraucher, in diesem Fall dem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine, bereitzustellen. Die Drücke des bereitgestellten Wasserstoffs liegen in einer Höhe von beispielsweise 20 bis 350 bar.

Dadurch, dass die axialen, auf den Kolben 200 wirkenden Kräfte im Wesentlichen wegen gleicher beaufschlagter Flächen ausgeglichen sind, ergibt sich keine einseitige Kraftkompo nente auf den Kolben 200 bzw. den Kolbenstößel 100 zu Ungunsten der jeweils anderen Bewegungsrichtung. Damit ist es möglich, den Kolben mit geringer Krafteinwirkung in die jeweiligen Schaltzustände zu bringen. Die jeweiligen Schaltzustände sind einerseits das ge schlossene Ventil und andererseits das geöffnete Ventil. Dabei lässt sich die Größe der Öffnung bei dem geöffneten Schaltzustand durch die Größe der axialen Verschiebung des Kolbens 200 variieren. Beim Verschieben des Kolbens wird auf der Druckseite die Steuerkante 45 des Kolbens 200 soweit verschoben, dass bei ent sprechender, in Längsrichtung des Kolbens 200 gesehener Breite der Kolbennut 50 die in axialer Richtung versetzt zueinander angeordneten Zuleitungs- und Ableitungskanäle (Was serstoffzufuhr 111 bzw. Wasserstoffzufuhr 121) zum Zylinder über die Kolbennut 50 mitei nander in Verbindung gebracht werden, was dem geöffneten Zustand des Hochdruckein lassventils 4 entspricht. Durch eine Veränderung der Position des Kolbens 200 kann der Querschnitt der Wasserstoffzufuhr 121 zum Zylinder so variiert werden, dass die Durch flussmenge, d. h. der Massenstrom des in den Zylinder einzubringenden Wasserstoffs, vari iert werden kann.

Die Querschnitte sind nun so gewählt, dass im geöffneten Zustand große Mengen an Was serstoff in einer kurzen Zeiteinheit, d.h. hohe Massenströme einem Verbraucher, in dem Fall dem Zylinder eines Verbrennungsmotors, zugeführt werden können. Wenn aus einem geöff neten Zustand (siehe Figur 15) wieder in einen geschlossenen Zustand (siehe Figur 14) übergegangen werden soll, wird der Kolben 200 entsprechend in axialer Richtung so weit verschoben, dass eine Verbindung der Wasserstoffzufuhr 111 zum Hochdruckeinlassventil 4 von einer Wasserstoffquelle über die Kolbennut 50 zu der Wasserstoffzufuhr 121 zum Zylin der unterbrochen ist. Bevor die eigentliche Unterbrechung gemäß der dazu entsprechenden Position des Kolbens 200 im Gehäuse 300 erfolgt ist, kann für eine weitere Verbesserung des Betriebsverhaltens des Motors vorgesehen sein, dass der Schließvorgang noch einmal in einem vorgegebenen Umfang verzögert wird, so dass ein gewisser Nachladeeffekt im Zy linder realisiert werden kann. Dieses Nachladen passiert im Zylinder in der Regel zu einem Zeitpunkt, wenn sich der Kolben 200 im Zylinder der Verbrennungskraftmaschine bereits in seiner Aufwärtsbewegung, d.h. in der Kompressionsphase befindet. Der Vorteil der Verwen dung von komprimiertem Wasserstoff in Verbindung mit dem Hochdruckeinlassventil 4, wie zuvor beschrieben, besteht unter anderem auch darin, dass nach Freigabe der entsprechen den Querschnitte der komprimierte Wasserstoff sich rasch ausbreitet, da der komprimierte Wasserstoff bei freiem Querschnitt rasch expandiert. Dies auch unterstützt die Fähigkeit des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils 4, dass in einer geringen Zeiteinheit hohe Wasserstoffmengen durchgesetzt werden können.

Die Zufuhr von Wasserstoff zu einem jeweiligen Zylinder kann nun so erfolgen, dass der komplette Wasserstoff für einen Zyklus mit einmaliger Einführung in den Zylinder in einem Einlassvorgang durchgeführt wird. Im Sinne einer Optimierung beispielsweise der durch den Kolben 200 zu leistenden Kompressionsarbeit kann das Hochdruckeinlassventil 4 auch so gesteuert werden, dass die Zufuhr von Wasserstoff in den Zylinder sozusagen in mehreren Stößen intermittierend erfolgt. Jeder einzelne Stoß an zugeführtem Wasserstoff kann dabei hinsichtlich der Länge der Öffnung des Hochdruckeinlassventils 4 variiert werden, sodass auf den Motorbetrieb unmittelbar Einfluss genommen werden kann, und zwar über die Menge des in einer definierten Zeiteinheit in den Zylinder eingeführten Wasserstoffes. Vorzugsweise sind zwei derartige Stöße vorgesehen. Eine Vielzahl von Stößen zugeführten Wasserstoffs kann dabei im Sinne einer Optimierung des Gesamtprozesses des Betriebes des Motors aber durchaus auch von Vorteil sein. Wenn der Wasserstoff in mehreren Stößen während der Bewegung des Kolbens 200 im Zylinder auf seinem Weg vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt während des Kompressionshubes in Teilmengen eingeführt wird, so ent spricht die Wasserstoffmenge in ihrer Summe der für den jeweiligen Zyklus benötigten Ge samtmenge, mit welcher eine zuverlässige, einen hohen Wirkungsgrad der Verbrennungs kraftmaschine garantierende Betriebsweise erreicht werden kann.

Die Abdichtung des Kolbens 200 innerhalb des Gehäuses 300 erfolgt durch eine entspre chende Passung zwischen dem Kolben 200 und der Bohrung im Gehäuse 300.

Das Hochdruckeinlassventil 4 ist vorzugsweise aus hochfesten und wärmebeständigen Me talllegierungen oder aus Leichtmetall oder Leichtmetalllegierungen wie zum Beispiel Magne sium oder aus Keramikwerkstoffen aufgebaut, wobei für den Kolben 200 und das Gehäu se 300 auch unterschiedliche Materialien verwendet werden können. Denkbar ist auch eine Auswahl eines bestimmten Grundmaterials mit einer Beschichtung der jeweiligen Teile, um optimale Gleit- und Abdichteigenschaften des im Gehäuse 300 bewegten Kolbens 200 bei den hohen Drücken des zugeführten Wasserstoffs zu erreichen. Neben einer ausgewählten Beschichtung ist auch eine unterschiedliche Wärmebehandlung der gegeneinander in dem Hochdruckeinlassventil 4 sich bewegenden Teile denkbar. Zur Reibungsverringerung kann auch zwischen dem Kolben 200 und dem Gehäuse 300 eine Schmierung vorgesehen sein, wobei eine in den Figuren nicht dargestellte Zuführleitung zur Zuführung geringer Mengen an Schmierstoff vorgesehen sein kann.

Für den Wasserstoffbetrieb der Verbrennungskraftmaschine wird zweckmäßigerweise das Hochdruckeinlassventil 4 an die Stelle herkömmlicher Einlassleitungen und Einlassventile im Zylinderkopf 30 einer Verbrennungskraftmaschine angeschlossen, wohingegen die Abgas ventile und die Abgasleitungen in herkömmlicher Technik ausgebildet verbleiben können.

Das Hochdruckeinlassventil 4 ist selbstverständlich auch für andere Arten der Zufuhr von Gasen in Räume anderer Einrichtungen anwendbar. Zur Realisierung entsprechend rascher Öffnungs- und Schließvorgänge des Hochdruckein lassventils 4, damit ein optimaler Motorbetrieb effektiv durchgeführt werden kann, ist es auch möglich, dass der Steuerventilkolben des Hochdruckeinlassventils 4 mit mechanischen Komponenten wie beispielsweise einer Nockenwelle oder elektromagnetisch betätigt wird.

Trotz der vergleichsweise geringen Öffnungsquerschnitte auf der Seite der Wasserstoffzu fuhr 111 zum Ventil können wegen der Zufuhr von Wasserstoff mit hohen Drücken von ca.

20 bis zu 350 bar große Wasserstoffmengen in den Brennraum eingeführt werden. Dies ist auch dadurch möglich, dass die Komprimierung des Wasserstoffs auf der Seite der Wasser stoffzufuhr 111 zum Ventil sich bereits im Ventil entspannt. Die Entspannung des Wasser stoffs bereits im Ventil unterstützt sozusagen die „Fließgeschwindigkeit“ des Wasserstoffs in Richtung auf die Wasserstoffzufuhr 121 zum Zylinder und in den Zylinder hinein, wodurch somit automatisch eine größere Menge Wasserstoff in der gleichen Zeiteinheit, d.h. ein grö ßerer Massenstrom, in den B, den Zylinder 1, gefördert wird.

Da der Steuerventilkolben 5 eine gesteuerte lineare Bewegung erfährt, können die Öff nungsquerschnitte über die Zeiteinheiten für den geöffneten Zustand des Hochdruckeinlass ventils 4 auf einfache Art und Weise gesteuert werden.

In Figur 16 ist eine Teilschnittansicht eines Zylinders mit Zylinderkopf dargestellt, in welchem ein Auslassventil 33, ein erfindungsgemäßes Hochdruckventil 4 und ein Injektor 10 angeord net sind. Das Im Zylinderkopf 30 angeordnete Auslassventil 33 ist in Schließstellung, sodass über das Hochdruckventil 4 Wasserstoff direkt in den Brennraum 1 eingeführt werden kann, wobei der Führungskolben 5 in geöffneter Stellung dargestellt ist, in welcher einerseits Was serstoff in den Zylinder eingebracht werden kann und andererseits Verbrennungsluft aus der Einlassleitung 7 über die Ausströmquerschnitte 18 zuführbar ist. Das Hochdruckventil 4 kann in seiner Durchlassposition 4.2 Wasserstoff allein oder Verbrennungsluft aus der Einlasslei tung 7 allein oder beides gemeinsam in Sinne eines Wasserstoff-Verbrennungsluft- Gemisches dem Brennraum 1 zuführen. Im Zylinderkopf ist des Weiteren ein Injektor 10 vor gesehen, über welchen zusätzlich Wasserstoff über eine Wasserstoffdruckleitung 32 direkt in den Brennraum 1 eingeführt werden kann. In der in Figur 16 gezeigten Darstellung ist der Injektor 10 geschlossen. Der Injektor 10 ist elektromagnetisch betätigt, wodurch hohe Schalt frequenzen, d.h. kürzeste Schaltzeiten, realisierbar sind. Der Injektor 10 ist dazu geeignet, Wasserstoff intermittierend zu gewählten Zeitpunkten in den Brennraum 1 einzubringen, um Gemischbildung und Verbrennung im Brennraum 1 zu optimieren. Im Zylinder ist ein Kol ben 2 an der Zylinderwand 47 geführt, wobei der Kolben 2 einen Kolbenbolzen 34 aufweist, an welchem an Pleuel 35 mit einer nicht gezeigten Kurbelwelle in an sich bekannter Weise verbunden ist.

Figur 17 zeigt eine Detailansicht eines Zylinders mit Zylinderkopf, ähnlich der gemäß Fi gur 16, jedoch mit dem Unterschied, dass anstelle des erfindungsgemäßen Hochdruckein lassventils 4 ein herkömmliches Einlassventil vorgesehen ist, welches in Figur 17 in der Durchlassposition gezeigt ist und Verbrennungsluft aus der Einlassleitung 7 über die Aus- strömquerschnitte 18 in den Brennraum 1 einströmen lässt. Im Zylinderkopf 30 ist des Weite ren ein Auslassventil 33 angeordnet, welches in der Schließposition gezeigt ist. Im Zylinder kopf 30 befindet sich ein Injektor 10, mittels welchem Wasserstoff über die Wasserstoff- Hochdruckleitung 32 direkt in den Brennraum 1 bei geöffnetem Injektor 10, d.h. in seiner Durchlassposition, einführbar ist. In Figur 17 ist der Injektor 10 in seiner Schließposition ge zeigt. An der oberen Seite des Führungskolbens 5.3 (siehe Figur 1) befindet sich im Inneren des Gehäuses 6 eine mit Luft gefüllte Kammer 23, welche als Dämpfungspolster dient und aus welcher, bei Eintauchen des Führungskolbens 5.3 in diese Kammer, Luft über die Entlüf tungsleitung 24 abgeführt werden kann, wobei die Entlüftungsleitung 24 so dimensioniert ist, dass keine oder keine wesentliche Drosselung beim Ausströmen von Luft aus der Kammer auftritt. Mit Hilfe des Einlassventils 8 wird lediglich die Zufuhr von Verbrennungsluft über die Einlassleitung 7 gesteuert. Der motormäßige Aufbau des Kolbens 2 mit dem Kolbenbol zen 34 und dem Pleuel 35 entspricht der in Figur 16 beschriebenen.

Und schließlich ist in Figur 18 eine Detailschnittansicht mit einer gegenüber Figur 17 verän derten Schnittführung durch den Zylinder und Zylinderkopf dargestellt, sodass der in Figur 18 beschriebene Aufbau noch die Einspritzdüse zeigt. Mit dieser Einspritzdüse kann zusätzlich gasförmiger Kraftstoff in den Zylinder eingebracht werden. Die Einspritzdüse ist auch für das Einbringen von flüssigem Kraftstoff geeignet, sodass das in Figur 18 dargestellte Ausfüh rungsbeispiel einer Verbrennungskraftmaschine auch einen sogenannten Duel-Fuel-Betrieb ermöglicht. Das bedeutet, dass sowohl herkömmlicher flüssiger Kraftstoff mittels der Ein spritzdüse in den Brennraum 1 der Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden kann, wie auch mittels des Injektors 10 zusätzlich Wasserstoff in den Brennraum 1 einbringbar ist. Der sonstige Aufbau entspricht dem gemäß den Figuren 16 und 17 und muss daher hier nicht nochmals erläutert werden. Bezugszeichenliste Brennraum 24 Entlüftungsbohrung Kolben 25 Stirnseite/Ringfläche Zylinder 26 zweiter Druckbeaufschlagungsbe Hochdruckeinlassventil/Hochdruck reich ventil 27 erster Druckbeaufschlagungsbe Schließposition reich Durchlassposition 28 Durchtrittsbereich Wasserstoff Steuerventilkolben 29 Führungssteg Steuerkante 30 Zylinderkopf Kegelform 32 Hochdruckleitung Führungskolben 33 Auslassventil Schaft 34 Kolbenbolzen Schließteller, Tellerventil 35 Pleuel Gehäuse 36 Einspritzdüse Einlassleitung 37 Stützring Einlassventil 38 zusätzlicher Kolben Elektromagnetische Betätigung 39 Steg zusätzlicher Kolben Injektor 40 Öffnungen zwischen den Stegen Wasserstoffzufuhrleitung 41 Sicherungsring auf Brennraum weisende Oberflä 42 Stützring che des Hochdruckventils 43 Gewichtsreduzierende Aussparun axiale Einblasbohrungen Hoch gen druckventil 44 Hohlraum Steuerventilkolben Endlage Steuerventilkolben 45 Steuerkante Kolbenseitenflächen 47 Zylinderinnenfläche Führungsflächen 50 Kolbennut Kegelförmige Sitzfläche, Dichtsitz 60 Deckplatte Ausströmquerschnitt Hochdruck 70 Entlüftungsbohrung ventil 80 Feder Dichtbereiche 90 Ventilkammer Wasserstoffeinlassleitung 100 Kolbenstößel Öffnungshub 101 Kolbenhub Feder 111 Wasserstoffzufuhr zum Ventil Kammer 121 Wasserstoffzufuhr zum Zylinder 131 Gehäuseausnehmung 200 Kolben 300 Gehäuse H2 Wasserstoff