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WO2025114353A1 - Injector and internal combustion engine comprising same - Google Patents

Injector and internal combustion engine comprising same Download PDF

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Publication number
WO2025114353A1
WO2025114353A1 PCT/EP2024/083748 EP2024083748W WO2025114353A1 WO 2025114353 A1 WO2025114353 A1 WO 2025114353A1 EP 2024083748 W EP2024083748 W EP 2024083748W WO 2025114353 A1 WO2025114353 A1 WO 2025114353A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fluid
injector
designed
mixing chamber
closure
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/083748
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dennis Sanders
Karsten OEHLERT
Original Assignee
Jade Hochschule Wilhelmshaven/Oldenburg/Elsfleth, Körperschaft des öffentlichen Rechts
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jade Hochschule Wilhelmshaven/Oldenburg/Elsfleth, Körperschaft des öffentlichen Rechts filed Critical Jade Hochschule Wilhelmshaven/Oldenburg/Elsfleth, Körperschaft des öffentlichen Rechts
Publication of WO2025114353A1 publication Critical patent/WO2025114353A1/en

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/0221Details of the water supply system, e.g. pumps or arrangement of valves
    • F02M25/0225Water atomisers or mixers, e.g. using ultrasonic waves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/025Adding water
    • F02M25/03Adding water into the cylinder or the pre-combustion chamber

Definitions

  • the present invention relates to an injector and an internal combustion engine with such an injector.
  • Previous injection systems of known combustion engines are designed for the introduction of a single educt, i.e. a single reactant or starting material, which has also been effective in previous applications or requirements.
  • fuel injectors designed for dual-fuel operation, i.e., for the combined combustion of two fuels. These combine, for example, a gas injector and a diesel/gasoline injector.
  • the fundamental task of the injection system is to deliver the starting material as fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine as optimally as possible. How precisely this must be done depends on the application and factors such as the piston geometry.
  • the quality of combustion depends on the way the fuel is delivered into the combustion chamber. This includes, on the one hand, the utilization of the fuel, but also the pollutants produced in the process, which can be largely avoided through good design.
  • CN 113565626 A describes an engine system and a fuel injection method.
  • a hydrogen supply device and a water supply device are directly connected to a combustion chamber to directly inject hydrogen and water, respectively, into the combustion chamber.
  • Hydrogen is injected into the combustion chamber at least twice, so that the hydrogen concentration in the combustion chamber can be distributed in a gradient manner.
  • water is directly injected into the combustion chamber through a water injection device, so that the combustion rate of hydrogen is controlled, the combustion rate of hydrogen is prevented from being too high, knocking is further prevented, the combustion temperature can be lowered, and therefore the generation of nitrogen oxide pollutant gas is reduced.
  • US 6,941,901 B2 describes a hydrogen gas injection nozzle for use in an internal combustion engine, wherein the injection nozzle comprises a mixing chamber communicating with a cylinder of the internal combustion engine via an injection nozzle tip, with a water inlet and a hydrogen inlet leading separately into the mixing chamber.
  • the water-hydrogen mixture in the mixing chamber when injected into the cylinder, comprises water atomized by hydrogen gas into a stratified water-hydrogen-air mixture.
  • FR 2307 127 A1 describes how hydrogen is introduced into a combustion chamber through a central nozzle. Oxygen is introduced through an annular nozzle surrounding the hydrogen nozzle. Water is injected through a primary atomizer surrounding the two fuel nozzles and through secondary nozzles distributed along the entire length of the combustion chamber.
  • the injected water lowers the temperature reached, thus enabling the use of existing construction materials.
  • the steam generated by the combustion and evaporation of the injected water is fed to a steam turbine.
  • the condensate from the turbine is returned from the hot water tank to the water atomizer nozzles in the combustion chamber via a feed pump.
  • One object of the present invention is to improve known internal combustion engines of the type described above.
  • the possibilities for combustion of gas-liquid mixtures and/or gas-gas mixtures in internal combustion engines are to be improved.
  • the possibilities for combustion of hydrogen in internal combustion engines are to be improved.
  • the possibilities for reducing the combustion temperature in internal combustion engines, in particular during the combustion of hydrogen, in particular during the combustion of hydrogen to the level of the combustion of conventional fossil fuels are to be improved.
  • the quality of combustion should preferably not be affected or should only be slightly affected. This should be possible in particular for the temperatures inside the flame. Additionally or alternatively, cooling of the injector should take place immediately upstream of the combustion chamber. At the very least, an alternative to the known possibilities should be created.
  • the present invention thus relates to an injector for combustion of a first fluid in a combustion chamber, comprising at least one first fluid line for conducting the first fluid into a mixing chamber, at least one second fluid line for conducting a second fluid into the mixing chamber, and at least one outlet opening which connects the mixing chamber to the combustion chamber in a fluid-conducting manner.
  • the injector can also be referred to as an injection nozzle.
  • the first fluid can in particular be a gaseous fluid and the second fluid a liquid fluid.
  • the fluids can be conveyed from outside the injector, which can be achieved by pumping or by overpressure.
  • the two fluids can be mixed inside the injector and immediately before exiting into the
  • Combustion chamber of the corresponding combustion engine and mixed together to exit as a fluid mixture through the outlet opening of the mixing chamber into the combustion chamber, where they are combusted together. This allows a fluid mixture to be created for combustion. Mixing in the mixing chamber immediately before the combustion chamber allows for comparatively effective mixing and, in particular, promotes atomization of the liquid second fluid at the injector outlet.
  • the water flowing through the injector can cool the injector, particularly near the combustion process, which can increase the injector's service life. This can also lower the combustion temperature within the combustion chamber, which can also increase the service life of all components of the combustion engine, and in particular the injector. Reducing the combustion temperature can also reduce the formation of nitrogen oxide emissions.
  • an injector according to the invention can be seen as introducing water into the overall hydrogen combustion process.
  • This can have the advantage, on the one hand, of cooling the injector during operation, and, on the other hand, of avoiding the hottest zones in the combustion chamber by mixing the water with the hydrogen, as the water droplets are located precisely in the most reactive zone due to the premixing with the hydrogen.
  • the phase transition of the water due to the evaporation enthalpy, removes a great deal of energy from the reaction.
  • the resulting temperature reduction significantly reduces the thermally induced formation of nitrogen oxide.
  • the injector according to the invention further comprises a main closure which is designed to regulate the outlet of the mixed fluid from the mixing chamber through the outlet opening into the combustion chamber, and a secondary closure which is designed to regulate the outlet of the second fluid from the second fluid line into the mixing chamber.
  • the injector according to the invention offers two possibilities to influence the combustion on the part of the combustion mixture or the combustion fluid.
  • the supply of the second fluid into the mixing chamber can be regulated, allowing the ratio of the second fluid to the first fluid to be influenced.
  • the supply is preferably water to hydrogen
  • the ratio of water to hydrogen can be influenced, which influences the cooling of the hydrogen by the water during combustion and can thus affect the combustion temperature.
  • the rate at which the fluid mixture of the first fluid and the second fluid, for example, the hydrogen-water mixture, is released into the combustion chamber can be regulated. This can influence the heat generated or the resulting power.
  • known internal combustion engines whether in vehicles or in systems, can be improved by using at least one injector according to the invention. This can be done particularly for hydrogen internal combustion engines, as already mentioned.
  • the first fluid line is designed to guide the first fluid in a straight line towards the outlet opening, wherein the mixing chamber is designed to be oblique, preferably conical, tapering towards the outlet opening, and the second fluid line is designed to feed the second fluid tangentially to the oblique inner side of the mixing chamber.
  • both fluids can be brought into contact with each other or meet each other at an angle to one another in order to mix, on the one hand, due to the directional components pointing towards each other, and on the other hand, to flow together at least substantially in this direction due to the directional components pointing parallel to each other.
  • the two fluids can be guided at least substantially parallel to each other beforehand until the second fluid enters the mixing chamber and is deflected there by the oblique or conical inner side or inner surface of the mixing chamber, as described above.
  • the second fluid line merges into at least one secondary fluid channel, and the secondary fluid channel leads into the mixing chamber.
  • the secondary fluid channel can be used to narrow the second fluid line in order to accelerate the second fluid immediately upstream of the mixing chamber and thereby improve or increase mixing in the mixing chamber.
  • the transition from the second fluid line to the secondary fluid channel can also be sealed in a relatively fluid-tight manner due to the decreasing area or cross-section, as will be described in more detail below.
  • the secondary closure ends with a preferably semicircular secondary closure head, which is designed to fit fluid-tightly at least annularly against a tapered end of the second fluid line.
  • a semicircular secondary closure head which is designed to fit fluid-tightly at least annularly against a tapered end of the second fluid line.
  • the secondary closure is designed to be movable between a fluid-tight closed position of the second fluid line and a fluid-conducting open position the second fluid line. This can be done continuously, so that in addition to the fully open position and the fully closed position, preferably all intermediate positions can be reached and maintained. This can be achieved via a suitable drive, preferably in combination with a corresponding position sensor. This can increase the possibilities for influencing the degree of flow through the secondary closure and thus the possibilities for allowing the second fluid to flow into the mixing chamber.
  • the fully open position and the fully closed position can be reached as the two end stops of the movement, which can simplify the implementation of the movement.
  • a sensor for determining the position of the secondary closure head can also be omitted, which can save costs and installation space.
  • pulsed operation or a pulsed supply of the second fluid into the mixing chamber can be achieved.
  • the secondary closure is designed to be moved back and forth by means of a magnetic coil and a spring element.
  • the secondary closure can be ferromagnetic at least in the region of the magnetic coil or can have a ferromagnetic element.
  • the magnetic field of the magnetic coil can cause a translational movement of the secondary closure in one direction, which counteracts the spring force of the elastic spring element, so that the spring element can reset the secondary closure when the magnetic coil is not operated or electrically supplied. This makes it very easy to achieve a very rapid movement between the previously described fully open position and the fully closed position as the two end stops of the movement.
  • the fully closed position can preferably be assumed by the spring force of the spring element when the solenoid coil is de-energized.
  • the injector has a plurality of second fluid lines, each for guiding the second fluid into the mixing chamber, wherein each secondary closure is designed to regulate the exit of the second fluid from the respective second fluid line into the mixing chamber.
  • the second fluid can be supplied to the mixing chamber via a plurality of second fluid lines, which can improve mixing with the first fluid there to form the fluid mixture.
  • the second fluid lines or their openings or transitions, preferably as secondary fluid channels can be distributed as evenly as possible in the mixing chamber or spaced apart from one another as far as possible.
  • four second fluid lines are arranged around the first fluid line, offset by 90° from one another. This can be a concrete way of implementing the properties and advantages described above. In particular, this can represent a good compromise between effort and benefit, since by using four second fluid lines and their perpendicular offset from one another, a comparatively good distribution of the second fluid can be achieved, while simultaneously requiring a comparatively small number of second fluid lines.
  • the injector is substantially cylindrical, and the first fluid line is coaxial. This may represent a concrete implementation option. Due to the symmetries, this can keep manufacturing costs comparatively low.
  • the main closure ends with a preferably semicircular main closure head, which is designed to fit fluid-tightly at least annularly against a conically tapered end of the mixing chamber.
  • the main closure is designed to be moved back and forth between a fluid-tight closed position of the outlet opening and a fluid-conducting open position of the outlet opening.
  • the main closure is designed to be moved back and forth by means of a magnetic coil and a spring element.
  • the first fluid is hydrogen and the second fluid is water.
  • the present invention also relates to an internal combustion engine having at least one injector as described above.
  • at least one injector according to the invention can be used in an internal combustion engine of a vehicle, a system, or another device in order to implement and utilize the properties and advantages described above.
  • the internal combustion engine has a control unit designed and configured to control the main closure and the secondary closure. This can represent a concrete possibility for implementing the above-described operation of an injector according to the invention or of an internal combustion engine equipped therewith.
  • control unit is designed to operate the main shutter and the secondary shutter in a pulsed manner.
  • main shutter and secondary shutter or
  • Secondary closures can be simply or precisely switched on and off as described above, which can be achieved using a solenoid and spring element. As described above, this can represent a comparatively simple, cost-effective, and compact implementation. It can also enable fast opening and closing times, for example, for pulsed operation.
  • the control unit can preferably operate the main valve and the secondary valve(s) in such a way that the secondary valve is pulsed multiple times per pulse of the main valve, i.e., executes multiple pulses. This can provide a particularly precise dosing option, allowing very finely tuned amounts of water to be added to the hydrogen.
  • the injector according to the invention can be used in various internal combustion engines, and in particular in all future hydrogen internal combustion engines, thus opening up a very broad spectrum of applications. Additionally, a modified form can be used in hydrogen-oxygen engines, for example, using oxygen as the atomizing gas. Furthermore, the application of this principle in conventional gas engines is conceivable to further reduce nitrogen oxide emissions. It is also possible that this type of injector could potentially find applications in chemical processes.
  • Figure 1 is a perspective schematic representation of an injector according to the invention for producing a hydrogen-water mixture, viewed obliquely from above;
  • Figure 2 shows a first longitudinal section through the injector according to the invention
  • Figure 3 shows a second longitudinal section through the injector according to the invention, offset by 45° from the illustration in Figure 2;
  • Figure 4 shows a third longitudinal section through the injector according to the invention, offset by 90° from the illustration in Figure 3;
  • Figure 5 is a side plan view of the injector according to the invention as shown in Figure 2;
  • Figure 6 shows a cross-section according to section D-D of Figure 5;
  • Figure 7 shows a cross-section according to section C-C of Figure 5;
  • Figure 8 shows a cross-section according to section A-A of Figure 5.
  • Figure 9 shows a cross-section according to section B-B of Figure 5.
  • a longitudinal axis X extends.
  • a radial direction R extends perpendicular to the longitudinal axis X, away from the longitudinal axis X.
  • a circumferential direction U extends perpendicular to the radial direction R and around the longitudinal axis X.
  • Figure 1 shows a perspective schematic representation of an injector 1-6 according to the invention for the combustion of a hydrogen-water mixture from an angle above.
  • the injector 1-6 comprises as components a first base element 1, a second base element 1, a first connecting element 3, a middle element 4, a second connecting element 5 and an outlet element 6 in this order, see for example Figures 1 and 5.
  • the first base element 1 is cylindrical and comparatively flat along the longitudinal axis X, see for example Figures 2 to 4.
  • the first base element 1 has a cylindrical receiving space 10 in the form of a blind hole 10 or a blind bore 1, around which a magnetic coil 11 is arranged from the outside, see for example Figure 1.
  • a spring element 12 in the form of a spiral spring 12 is arranged, which can be elastically compressed along the longitudinal axis X against the floor (not designated) of the receiving space 10 or elastically pulled apart in the opposite direction.
  • a main closure 13 in the form of a main needle 13 is arranged along the longitudinal axis X, which main closure 13 is comparatively thin and cylindrically elongated along the longitudinal axis X.
  • the main closure 13 has radial projections as lower guide elements 13a, which on the one hand support the main closure 13 radially against the inside of the receiving space 10 and on the other hand are materially connected along the longitudinal axis X to the edge of the spring element 12 in order to be able to exert the spring force on the main closure 13 in a restoring manner along the longitudinal axis X.
  • the lower guide element 13a is manufactured as a separate component and is fixedly connected to the main closure 13 by two retaining rings (not shown) which engage in annular circumferential grooves (not labeled) in the cylindrical outer surface of the main closure 13.
  • the main closure 13 terminates with a semicircular main closure head 13d, which serves as a semicircular main needle head 13d, the function of which will be described in more detail below.
  • Upper guide elements 13b are also formed there for radial support.
  • the upper guide elements 13b have flow channels 13c running along the longitudinal axis X.
  • the first base element 1 has an annular sealing element 14 in the form of an annular copper element 14, which surrounds the edge of the receiving space 10 and, radially inward, also bears fluid-tight against the cylindrical outer surface of the main closure 13, thus creating a fluid-tight seal.
  • the sealing element 14 can also be realized using an annular body made of plastic or another sealing material.
  • the previously mentioned second base element 2 is also cylindrical but somewhat longer along the longitudinal axis X than the first base element 1, see also, for example, Figures 2 to 4.
  • the second base element 2 sits coaxially on the first base element 1 in a fluid-tight manner.
  • a cylindrical through-opening 25 of the second base element 2 extends the receiving space 10 of the first base element 1, so to speak, and accommodates the main closure 13 through it in a play-free and form-fitting manner.
  • the second base element 2 also has four receiving spaces 20 in the form of blind holes 20 or blind bores 20, radially spaced from one another to the longitudinal axis X and equally spaced from one another in the circumferential direction U, around each of which a magnetic coil 21 is arranged, and within the receiving space 20 a spring element 22 in the form of a spiral spring 22 is arranged, see, for example, Figure 2, as previously described.
  • a secondary closure 23 is arranged as a secondary needle 23, which is integrally connected to the upper edge of the spiral spring 22 by a lower guide element 23a.
  • the four secondary closures 23 also each terminate along the longitudinal axis X at the upper end with a secondary closure head 23d or with a secondary needle head 23d, as will be described in more detail below.
  • the secondary closures 23 also each have upper guide elements 23b below the secondary closure heads 23d for radial support there, which also have flow channels 23c running along the longitudinal axis X, see, for example, Figure 2.
  • the second basic element 2 also has, along the longitudinal axis X upwards in the sense of the figures, around its middle or central area around the through opening 25, a annular sealing element 24 in the form of an annular copper element 24, so that a fluid-tight seal is also created at this point within the injector 1-6.
  • the second base element 2 has a pair of pin receptacles 26 which are diametrically opposed to the longitudinal axis X, see for example Figure 3, in order to enable a precise and play-free assembly with the central element 4.
  • the first connecting element 3 represents a first connecting sleeve 3, which is cylindrical or annular in shape, see, for example, Figure 6.
  • the first connecting element 3 is screwed by means of an internal thread (not designated) onto a corresponding external thread (not designated) of the upper edge (not designated) of the second base element 2.
  • the first connecting element 3 has, on the outside, approximately centrally along the longitudinal axis X, a pair of diametrically opposed mounting constrictions 33, so that an open-end wrench or the like can be used for screwing and tightening.
  • a second fluid line 31 (see, for example, Figure 4), which can also be referred to as a secondary fluid line 31 or a water line 31.
  • Water can be introduced from outside the injector 1-6 into the second fluid line 31 through a second fluid inlet 30 (which can also be referred to as a secondary fluid inlet 30 or a water inlet 30).
  • the second fluid inlet 30 has an internal thread (not shown) to accommodate a corresponding external thread of a connecting piece of a fluid hose or fluid pipe (not shown) for supplying the second fluid.
  • a seal in particular an elastomeric O-ring, can also be provided there.
  • the aforementioned central element 4 is also cylindrical and elongated along the longitudinal axis X, see, for example, Figures 2 to 4.
  • the central element 4 also extends coaxially with the longitudinal axis X by means of a cylindrical through-opening 42 the corresponding through-opening 25 of the second base element 2 and receives the main closure 13 therethrough without play and in a form-fitting manner.
  • four through openings 43 of the secondary closures 23 are arranged in order to extend the receiving spaces 20 of the second basic element 2 accordingly.
  • the coaxial through-opening 42 of the main closure 13 is designed to be free of play and form-fitting to the central element 4 only in the lower region, approximately up to half the elongated extent of the central element 4. From then on, the through-opening 42 widens radially, so that an annular space is created around the main closure 13 as the first fluid line 41, which can also be referred to as the primary fluid line 41 or as the hydrogen line 41.
  • a radial through-opening is provided to the outside, see for example Figures 1, 4 and 7, which can be used as the first fluid inlet 40, as the primary fluid inlets 40 or as
  • Hydrogen inlet 40 The outer surface of the central element 4 is flattened and formed as a connection constriction 45 in order to facilitate the assembly of a connection (not shown) from the outside to the first fluid inlet 40.
  • the middle element 4 Open along the longitudinal axis X downwards towards the second base element 2, the middle element 4 has a pair of lower pin receptacles 46 which are diametrically opposed to one another with respect to the longitudinal axis X and which are opposite the pin receptacles 26 of the second base element 2 along the longitudinal axis X, see for example Figure 3, so that the second base element 2 and the middle element 4 can be pinned together at this point.
  • two upper pin receptacles 47 are provided, also pointing upwards along the longitudinal axis X, diametrically opposite one another to the longitudinal axis X, in order to enable a precise and play-free assembly with the outlet element 6.
  • annular sealing element 44 in the form of an annular copper element 44 is arranged around the first fluid line 41 or its edge (not designated) in order to enable a fluid-tight seal at this point.
  • the outlet element 6 forms the end of the injector 1-6 along the longitudinal axis X at the top and is conical in shape towards the top or outwards, see for example Figures 2 to 4.
  • the outlet element 6, pointing downwards along the longitudinal axis X in turn has a pair of pin receptacles 66 which are diametrically opposite one another to the longitudinal axis X in order to be connected to the central element 4 at this point by two pins (not shown) in a precise and play-free manner.
  • the second connecting element 5 is slipped as a second connecting sleeve 5, see for example Figure 8, along the longitudinal axis X from above over the outlet element 6 and by means of an internal thread (not designated) of the second connecting element 5 on a
  • the second connecting element 5 is screwed into the corresponding external thread (not labeled) of the central element 4 until the second connecting element 5 rests along the longitudinal axis X with a constriction (not labeled) against a projection (not labeled) of the outlet element 6.
  • An annular sealing element 50 in the form of an annular copper element 50 is arranged between the projection of the central element 6 and the second connecting element 5 in order to enable a fluid-tight seal at this point.
  • the screwing and, in particular, tightening of the second connecting element 5 can also be carried out by means of a pair of assembly constrictions 51, which are arranged on the outside approximately centrally along the longitudinal axis X and diametrically opposite one another, see, for example, Figure 3.
  • the first fluid line 41 of the central element 4 merges into a first fluid line 62, a primary fluid line 62, or a hydrogen line 62 of the outlet element 6, so that the main closure 13 extends into the first fluid line 62 of the outlet element 6.
  • This area within the conical contour of the outlet element 6 represents a mixing chamber 63, which is fluidically connected to several point outlet openings 61 around the tip 60 of the outlet element 6.
  • the semicircular main closure head 13d can rest annularly on the inside of the mixing chamber 63 directly below the tip 60 within the mixing chamber 63, so that the outlet openings 61 of the outlet element 6 are separated in a fluid-tight manner from the mixing chamber 63. This is the case in the unactuated or de-energized state of the magnetic coil 11 of the main closure 13, when the main closure 13 is pressed by the spring force of the spiral spring 12 along the longitudinal axis X from below or from the inside against the inside of the mixing chamber 63 or the conical contour of the outlet element 6.
  • the main closure 13 If the magnetic coil 11 of the main closure 13 is energized, the main closure 13 is pulled downward along the longitudinal axis X against the spring force of the spiral spring 12 and thus away from the inside of the mixing chamber 63 or from the conical contour of the outlet element 6, whereby the outlet openings 61 are opened or connected to the mixing chamber 63 in a fluid-conducting manner.
  • This operation of the magnetic coil 11 of the main closure 13 to move the main closure 13 back and forth between the fluid-tight closed position of the outlet openings 61 and the fluid-conducting open position of the outlet openings 61 can be carried out by a control unit (not shown) of the internal combustion engine that uses the injector 1-6.
  • the second fluid lines 43 of the central element 4 also extend into the outlet element 6 and there merge into second fluid lines 64, see for example Figure 9.
  • the second fluid lines 64 of the secondary closures 23 end there tapered and then each merge into a comparatively thin secondary fluid channel 65, which in each case at the lower edge of the conical contour of the outlet element 6 enters the mixing chamber 63.
  • the second fluid in the form of water can thus enter the mixing chamber 63 at these four points or flow along its conical inner side to the outlet openings 61 of the outlet element 6.
  • the water in the mixing chamber 63 can mix with the hydrogen as a gas on its way to the outlet openings 61, which as the first fluid flows coaxially around the main closure 13 in the mixing chamber 63.
  • the resulting fluid mixture as a hydrogen-water mixture can thus pass through the outlet openings 61 of the outlet element 6 into the combustion chamber (not shown) and be used there for combustion at a comparatively low temperature.
  • the four secondary closures 23 can also be operated by the control unit of the internal combustion engine by means of their magnetic coils 21 and spring elements 22, as previously described with regard to the main closure 13, in order to be moved back and forth between a fluid-tight closed position of the second fluid line 64 and a fluid-conducting open position of the second fluid line 64.
  • the secondary closure heads 23d can also be arranged in a ring-shaped manner on the inside of the upper end of the second fluid line 64, so that the respective second fluid line 64 of the outlet element 6 can be separated from the mixing chamber 63 in a fluid-tight manner.
  • This makes it possible to regulate the amount of water per second fluid line 64 that is to be supplied to or mixed into the mixing chamber 63 and thus into the fluid mixture, thereby influencing the combustion properties of the fluid mixture in the combustion chamber.
  • both the main closure 13 and the four secondary closures 23 can be operated in a pulsed manner by the control unit of the internal combustion engine, whereby the pulse rate of the secondary closures 23 can be higher than the pulse rate of the main closure 13.
  • the main closure 13 and the secondary closures 23 can thus also be regarded as controllable valves.
  • the injector 1-6 allows for fine dosing through a valve arrangement in a very small space. Because the two fluids are only mixed shortly before exiting the outlet openings 61 of the outlet element 6, it is possible to add very finely tuned amounts of water and even to deliver multiple water pulses through the secondary closures 23 per pulse of the main closure 13 and thus of the injector 1-6.
  • the step-by-step construction of the injector 1-6 as described above makes it possible to achieve a secure seal between the components and the various fluids.
  • the components are aligned with each other using pin connections, as already mentioned.
  • the components are connected to each other by externally screwed-on threaded sleeves or connecting sleeves 3, 5.
  • the end piece, consisting of the two base elements 1 and 2, is connected by screws (not shown). Two separate inlets are provided for the fluid supply.

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Abstract

The present invention relates to an injector (1-6) for the combustion of a first fluid in a combustion chamber, the injector having: at least one first fluid line (62) for conducting the first fluid into a mixing space (63); at least one second fluid line (64) for conducting a second fluid into the mixing space (63); at least one outlet opening (61) that fluidically connects the mixing space (63) to the combustion chamber; a main closure means (13) that is designed to regulate the outflow of the mixed fluid from the mixing space (63) into the combustion chamber through the outlet opening (61); and a secondary closure means (23) that is designed to regulate the outflow of the second fluid from the second fluid line (64) into the mixing space (63).

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Injektor und Verbrennungsmotor hiermit Injector and combustion engine hereby

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor sowie einen Verbrennungsmotor mit einem derartigen Injektor. The present invention relates to an injector and an internal combustion engine with such an injector.

Für den Erfolg der Energiewende spielt die Dekarbonisierung vieler technischer Anwendungen eine wichtige Rolle. Dies betrifft auch die Verbrennungsmotoren, seien es die Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen oder seien es die Verbrennungsmotoren von Anlagen. The decarbonization of many technical applications plays an important role in the success of the energy transition. This also applies to combustion engines, whether they are used in vehicles or in plants.

Bisherige Einspritzsysteme bekannter Verbrennungsmotoren sind für die Einbringung von einem einzelnen Edukt, d.h. von einem einzelnen Reaktanten bzw. Ausgangsstoff, vorgesehen, was bei bisherigen Anwendungen bzw. Anforderungen auch zielführend war. Previous injection systems of known combustion engines are designed for the introduction of a single educt, i.e. a single reactant or starting material, which has also been effective in previous applications or requirements.

Es sind auch Kraftstoff Injektoren bekannt, welche für den Dual-Fuel-Betrieb vorgesehen sind, d.h. für eine Verbrennung von zwei Ausgangsstoffen gemeinsam. Diese vereinen zum Beispiel einen Gasinjektor und einen Diesel/Benzin-Injektor. There are also fuel injectors designed for dual-fuel operation, i.e., for the combined combustion of two fuels. These combine, for example, a gas injector and a diesel/gasoline injector.

Die grundsätzliche Aufgabe des Einspritzsystems liegt in der möglichst optimalen Einbringung des Ausgangsstoffs als Kraftstoff in den Brennraum des Verbrennungsmotors. Wie genau dies erfolgen muss, hängt dabei je nach Anwendung von Faktoren wie zum Beispiel der Geometrie des Kolbens ab. Die Qualität der Verbrennung hängt von der Einbringung des Kraftstoffs in den Brennraum ab. Dazu zählt einerseits die Ausnutzung des Kraftstoffs, aber auch die dabei entstehenden Schadstoffe, welche durch eine gute Auslegung weitestgehend vermieden werden können. The fundamental task of the injection system is to deliver the starting material as fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine as optimally as possible. How precisely this must be done depends on the application and factors such as the piston geometry. The quality of combustion depends on the way the fuel is delivered into the combustion chamber. This includes, on the one hand, the utilization of the fuel, but also the pollutants produced in the process, which can be largely avoided through good design.

Beim Einsatz von Wasserstoff in Verbrennungsmotoren ergeben sich neue Herausforderungen bzw. es kommen Probleme zurück, die bereits bei anderen Kraftstoffen gelöst waren. Diese sind unter anderem die geringe Leistungsdichte oder alternativ bei guter Leistungsdichte die hohen Stickoxidemissionen bei der PFI (Port Fuel Injection bzw. Saugrohreinspritzung) oder die hohen Stickoxidemissionen der DI (Direct Injection bzw. Direkteinspritzung). Zusätzlich kann das Problem der thermischen Überlastung der Dl-Injektoren auftreten, welches zu einer geringeren Lebensdauer führen kann. So ist nämlich zu bedenken, dass die Verbrennung von Wasserstoff mit sehr hohen Verbrennungstemperaturen einhergeht, die zu einer hohen thermischen Belastung von Bauteilen und - bei Verbrennung mit Luft - auch zu einer hohen Stickoxidemission führen. The use of hydrogen in combustion engines presents new challenges or recurs problems that have already been solved with other fuels. These include low power density or, alternatively, with good power density, high nitrogen oxide emissions from PFI (Port Fuel Injection) or the high nitrogen oxide emissions from DI (Direct Injection). Additionally, the problem of thermal overload of DI injectors can occur, which can lead to a shorter service life. It should be borne in mind that the combustion of hydrogen is accompanied by very high combustion temperatures, which lead to high thermal stress on components and - when burned with air - also to high nitrogen oxide emissions.

Um fossile Brennstoffe in Verbrennungsmotoren durch Wasserstoff ersetzen zu können, ist somit die Verringerung der Verbrennungstemperaturen erforderlich, die den Einsatz von Wasserstoff mit konventionellen Materialien erlaubt und gleichzeitig die Stickoxidemissionen senkt. Hierzu kann die Verbrennung von Wasserstoff unter Zugabe von Wasser erfolgen, um die Verbrennungstemperatur entsprechend zu senken. To replace fossil fuels with hydrogen in combustion engines, it is necessary to reduce combustion temperatures, which allows the use of hydrogen with conventional materials while simultaneously reducing nitrogen oxide emissions. To achieve this, hydrogen can be burned with the addition of water to lower the combustion temperature accordingly.

Nachteilig ist hierbei, dass, falls das Wasser von außen in die Brennkammer eingedüst wird, ein Großteil der Verdampfung bereits vor dem Erreichen des Flammenkerns mit besonders hohen Temperaturen erfolgt, d.h. die maximale Temperatur der Verbrennung auf diese Art und Weise gar nicht beeinflusst und reduziert werden kann. Somit können die sehr bzw. zu hohen Verbrennungstemperaturen im Flammeninneren weiterhin bestehen, da hier kein flüssiges Wasser zur Kühlung eindringt, wodurch bei der Verbrennung mit Luft trotz der Wasserbeimischung hohe Stickoxidemissionen auftreten. Vielmehr sinkt durch die Verdampfung in den Randbereichen der Flamme die Verbrennungstemperatur lediglich dort stark ab. Es kann sogar zum lokalen Verlöschen der Flamme kommen, was nicht gewünscht ist und zu einem geringeren Wirkungsgrad führt. The disadvantage here is that if the water is injected into the combustion chamber from the outside, a large part of the evaporation occurs before reaching the core of the flame, where temperatures are particularly high. This means that the maximum combustion temperature cannot be influenced or reduced in this way. Thus, very high or excessively high combustion temperatures can persist inside the flame, as no liquid water penetrates here for cooling, resulting in high nitrogen oxide emissions during combustion with air despite the addition of water. Instead, evaporation in the peripheral areas of the flame only causes the combustion temperature to drop significantly there. This can even lead to local flame extinguishing, which is undesirable and leads to reduced efficiency.

Die CN 113565626 A beschreibt ein Motorsystem und ein Kraftstoffeinspritzverfahren. Eine Wasserstoffzufuhrvorrichtung und eine Wasserzufuhrvorrichtung sind direkt mit einer Verbrennungskammer verbunden, um Wasserstoff und Wasser entsprechend direkt in die Verbrennungskammer einzuspritzen. Wasserstoff wird mindestens zweimal in die Verbrennungskammer eingespritzt, so dass die Wasserstoffkonzentration in der Verbrennungskammer in einer Gradientenweise verteilt werden kann. Darüber hinaus wird Wasser direkt in die Verbrennungskammer durch eine Wassereinspritzvorrichtung eingespritzt, so dass die Verbrennungsgeschwindigkeit von Wasserstoff gesteuert wird, die Verbrennungsgeschwindigkeit von Wasserstoff daran gehindert wird, zu hoch zu sein, Klopfen weiter verhindert wird, die Verbrennungstemperatur gesenkt werden kann und daher die Erzeugung von Stickoxidverschmutzungsgas reduziert wird. CN 113565626 A describes an engine system and a fuel injection method. A hydrogen supply device and a water supply device are directly connected to a combustion chamber to directly inject hydrogen and water, respectively, into the combustion chamber. Hydrogen is injected into the combustion chamber at least twice, so that the hydrogen concentration in the combustion chamber can be distributed in a gradient manner. In addition, water is directly injected into the combustion chamber through a water injection device, so that the combustion rate of hydrogen is controlled, the combustion rate of hydrogen is prevented from being too high, knocking is further prevented, the combustion temperature can be lowered, and therefore the generation of nitrogen oxide pollutant gas is reduced.

Die US 6 941 901 B2 beschreibt eine Einspritzdüse für Wasserstoffgas zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor, wobei die Einspritzdüse eine Mischkammer umfasst, die über eine Einspritzdüsenspitze mit einem Zylinder des Verbrennungsmotors in Verbindung steht, wobei eine Wassereingangsöffnung und eine Wasserstoffeingangsöffnung einzeln in die Mischkammer führen. Das Wasser-Wasserstoff-Gemisch in der Mischkammer, wenn es in den Zylinder eingespritzt wird, umfasst Wasser, das durch Wasserstoffgas in einem geschichteten Wasser-Wasserstoff-Luft-Gemisch zerstäubt wird. Die FR 2307 127 Al beschreibt, dass Wasserstoff durch eine zentrale Düse in eine Brennkammer eingeleitet wird. Sauerstoff wird durch eine ringförmige Düse eingeleitet, die die Wasserstoffdüse umgibt. Wasser wird durch einen Primärzerstäuber, der die beiden Brennstoffdüsen umgibt, und durch Sekundärdüsen, die über die gesamte Länge der Brennkammer verteilt sind, eingespritzt. Das eingespritzte Wasser senkt die erreichte Temperatur und ermöglicht so die Verwendung bereits bekannter Baumaterialien. Der durch Verbrennung und Verdampfung des eingespritzten Wassers erzeugte Dampf wird einer Dampfturbine zugeführt. Das Kondensat aus der Turbine wird über eine Förderpumpe aus dem Heißwasserspeicher zu den Wasserzerstäuberdüsen in der Brennkammer zurückgeführt. US 6,941,901 B2 describes a hydrogen gas injection nozzle for use in an internal combustion engine, wherein the injection nozzle comprises a mixing chamber communicating with a cylinder of the internal combustion engine via an injection nozzle tip, with a water inlet and a hydrogen inlet leading separately into the mixing chamber. The water-hydrogen mixture in the mixing chamber, when injected into the cylinder, comprises water atomized by hydrogen gas into a stratified water-hydrogen-air mixture. FR 2307 127 A1 describes how hydrogen is introduced into a combustion chamber through a central nozzle. Oxygen is introduced through an annular nozzle surrounding the hydrogen nozzle. Water is injected through a primary atomizer surrounding the two fuel nozzles and through secondary nozzles distributed along the entire length of the combustion chamber. The injected water lowers the temperature reached, thus enabling the use of existing construction materials. The steam generated by the combustion and evaporation of the injected water is fed to a steam turbine. The condensate from the turbine is returned from the hot water tank to the water atomizer nozzles in the combustion chamber via a feed pump.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bekannte Verbrennungsmotoren der eingangs beschriebenen Art zu verbessern. Insbesondere sollen die Möglichkeiten der Verbrennung von Gas- Flüssigkeitsgemischen und bzw. oder von Gas-Gas-Gemischen in Verbrennungsmotoren verbessert werden. Insbesondere sollen die Möglichkeiten zur Verbrennung von Wasserstoff in Verbrennungsmotoren verbessert werden. Insbesondere sollen die Möglichkeiten verbessert werden, die Verbrennungstemperatur bei Verbrennungsmotoren, insbesondere bei der Verbrennung von Wasserstoff, zu reduzieren, insbesondere bei der Verbrennung von Wasserstoff auf das Maß der Verbrennung von konventionellen fossilen Brennstoffen. In jedem Fall soll vorzugsweise die Qualität der Verbrennung nicht bzw. nur geringfügig beeinflusst werden. Dies soll insbesondere für die Temperaturen im Inneren der Flamme erreicht werden können. Zusätzlich oder alternativ soll eine Kühlung des Injektors unmittelbar vor dem Brennraum erfolgen. Zumindest soll eine Alternative zu den bekannten Möglichkeiten geschaffen werden. One object of the present invention is to improve known internal combustion engines of the type described above. In particular, the possibilities for combustion of gas-liquid mixtures and/or gas-gas mixtures in internal combustion engines are to be improved. In particular, the possibilities for combustion of hydrogen in internal combustion engines are to be improved. In particular, the possibilities for reducing the combustion temperature in internal combustion engines, in particular during the combustion of hydrogen, in particular during the combustion of hydrogen to the level of the combustion of conventional fossil fuels are to be improved. In any case, the quality of combustion should preferably not be affected or should only be slightly affected. This should be possible in particular for the temperatures inside the flame. Additionally or alternatively, cooling of the injector should take place immediately upstream of the combustion chamber. At the very least, an alternative to the known possibilities should be created.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Injektor sowie durch einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. The object is achieved according to the invention by an injector and by an internal combustion engine having the features of the independent claims. Advantageous further developments are described in the subclaims.

Somit betrifft die vorliegende Erfindung einen Injektor zur Verbrennung eines ersten Fluids in einer Brennkammer mit wenigstens einer ersten Fluidleitung zur Führung des ersten Fluids in einen Mischraum, mit wenigstens einer zweiten Fluidleitung zur Führung eines zweiten Fluids in den Mischraum und mit wenigstens einer Austrittsöffnung, welche den Mischraum fluidführend mit der Brennkammer verbindet. Der Injektor kann auch als Einspritzdüse bezeichnet werden. Das erste Fluid kann insbesondere ein gasförmiges Fluid und das zweite Fluid ein flüssiges Fluid sein. In jedem Fall können die Fluide von außerhalb des Injektors gefördert werden, was durch Pumpen oder durch Überdruck erfolgen kann. The present invention thus relates to an injector for combustion of a first fluid in a combustion chamber, comprising at least one first fluid line for conducting the first fluid into a mixing chamber, at least one second fluid line for conducting a second fluid into the mixing chamber, and at least one outlet opening which connects the mixing chamber to the combustion chamber in a fluid-conducting manner. The injector can also be referred to as an injection nozzle. The first fluid can in particular be a gaseous fluid and the second fluid a liquid fluid. In any case, the fluids can be conveyed from outside the injector, which can be achieved by pumping or by overpressure.

Somit können die beiden Fluide innerhalb des Injektor und unmittelbar vor dem Austritt in dieThus, the two fluids can be mixed inside the injector and immediately before exiting into the

Brennkammer des entsprechenden Verbrennungsmotors zusammengeführt und miteinander vermischt werden, um als Fluidgemisch durch die Austrittsöffnung des Mischraums in die Brennkammer auszutreten und dort gemeinsam verbrannt zu werden. Somit kann ein Fluidgemisch erzeugt werden, um verbrannt zu werden. Durch die Mischung im Mischraum unmittelbar vor der Brennkammer kann das Vermischen vergleichsweise wirkungsvoll erfolgen und beim Injektoraustritt insbesondere eine Zerstäubung des flüssigen zweiten Fluid begünstigen. Combustion chamber of the corresponding combustion engine and mixed together to exit as a fluid mixture through the outlet opening of the mixing chamber into the combustion chamber, where they are combusted together. This allows a fluid mixture to be created for combustion. Mixing in the mixing chamber immediately before the combustion chamber allows for comparatively effective mixing and, in particular, promotes atomization of the liquid second fluid at the injector outlet.

Werden dabei als erstes Fluid Wasserstoff und als zweites Fluid Wasser verwendet, so kann durch das Wasser, welches den Injektor durchströmt, eine Kühlung des Injektors insbesondere nahe des Verbrennungsprozesses erfolgen, was die Lebensdauer des Injektors erhöhen kann. Auch kann hierdurch die Verbrennungstemperatur innerhalb der Brennkammer gesenkt werden, was ebenfalls die Lebensdauer aller Komponenten des Verbrennungsmotors sowie insbesondere des Injektors erhöhen kann. Auch kann durch die Reduzierung der Verbrennungstemperatur die Entstehung von Stickoxidemissionen reduziert werden. If hydrogen is used as the first fluid and water as the second fluid, the water flowing through the injector can cool the injector, particularly near the combustion process, which can increase the injector's service life. This can also lower the combustion temperature within the combustion chamber, which can also increase the service life of all components of the combustion engine, and in particular the injector. Reducing the combustion temperature can also reduce the formation of nitrogen oxide emissions.

Die Grundidee dieser Anwendung eines erfindungsgemäßen Injektors kann dahin gesehen werden, Wasser in das Gesamtverfahren der Wasserstoffverbrennung einzubringen. Dies kann einerseits den Vorteil haben, dass der Injektor während des Betriebs gekühlt wird, und andererseits, dass durch die Vermischung des Wassers mit dem Wasserstoff die heißesten Zonen in der Brennkammer vermieden werden, indem die Wassertropfen durch die Vormischung mit dem Wasserstoff genau in der reaktivsten Zone vorliegen. Hierdurch entzieht der Phasenübergang des Wassers durch die Verdampfungsenthalpie der Reaktion viel Energie. Die so entstehende Temperaturreduktion verringert die thermisch bedingte Stickoxidbildung signifikant. The basic idea of this application of an injector according to the invention can be seen as introducing water into the overall hydrogen combustion process. This can have the advantage, on the one hand, of cooling the injector during operation, and, on the other hand, of avoiding the hottest zones in the combustion chamber by mixing the water with the hydrogen, as the water droplets are located precisely in the most reactive zone due to the premixing with the hydrogen. As a result, the phase transition of the water, due to the evaporation enthalpy, removes a great deal of energy from the reaction. The resulting temperature reduction significantly reduces the thermally induced formation of nitrogen oxide.

Der erfindungsgemäße Injektor weist ferner einen Hauptverschluss auf, welcher ausgebildet ist, den Austritt des gemischten Fluids aus dem Mischraum durch die Austrittsöffnung hindurch in die Brennkammer zu regulieren, und einen Nebenverschluss, welcher ausgebildet ist, den Austritt des zweiten Fluids aus der zweiten Fluidleitung in den Mischraum zu regulieren. The injector according to the invention further comprises a main closure which is designed to regulate the outlet of the mixed fluid from the mixing chamber through the outlet opening into the combustion chamber, and a secondary closure which is designed to regulate the outlet of the second fluid from the second fluid line into the mixing chamber.

Somit bietet der erfindungsgemäße Injektor zwei Möglichkeiten, die Verbrennung seitens des Verbrennungsgemisches bzw. des Verbrennungsfluids zu beeinflussen. Thus, the injector according to the invention offers two possibilities to influence the combustion on the part of the combustion mixture or the combustion fluid.

Zum einen kann die Zuführung des zweiten Fluids in den Mischraum reguliert werden, so dass auf das Verhältnis von zweitem Fluid zu erstem Fluid Einfluss genommen werden kann. Handelt es sich vorzugsweise um die Zufuhr von Wasser zu Wasserstoff, kann somit das Verhältnis von Wasser zu Wasserstoff beeinflusst werden, was zu einer Beeinflussung der Kühlung des Wasserstoffs durch das Wasser während der Verbrennung führt und sich damit auf die Verbrennungstemperatur auswirken kann. Zum anderen kann das Maß reguliert werden, mit welchem das Fluidgemisch aus erstem Fluid und zweitem Fluid, beispielsweise das Wasserstoff-Wasser-Gemisch, in den Brennraum abgegeben wird. Dies kann die erzeugte Wärme bzw. die hierdurch erzeugte Leistung beeinflussen. Firstly, the supply of the second fluid into the mixing chamber can be regulated, allowing the ratio of the second fluid to the first fluid to be influenced. If the supply is preferably water to hydrogen, the ratio of water to hydrogen can be influenced, which influences the cooling of the hydrogen by the water during combustion and can thus affect the combustion temperature. Secondly, the rate at which the fluid mixture of the first fluid and the second fluid, for example, the hydrogen-water mixture, is released into the combustion chamber can be regulated. This can influence the heat generated or the resulting power.

Hierdurch können erfindungsgemäß Möglichkeiten geschaffen werden, den Verbrennungsprozess vielfältiger als bisher bekannt zu beeinflussen. Somit können bekannte Verbrennungsmotoren, sei es in Fahrzeugen oder in Anlagen, durch die Verwendung wenigstens eines erfindungsgemäßen Injektors verbessert werden. Dies kann insbesondere für Wasserstoff-Verbrennungsmotoren erfolgen, wie bereits erwähnt. This allows the invention to create possibilities for influencing the combustion process in a more diverse way than previously known. Thus, known internal combustion engines, whether in vehicles or in systems, can be improved by using at least one injector according to the invention. This can be done particularly for hydrogen internal combustion engines, as already mentioned.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die erste Fluidleitung ausgebildet, das erste Fluid geradlinig zur Austrittsöffnung hin zu führen, wobei der Mischraum schräg, vorzugsweise kegelförmig, zur Austrittsöffnung hin zulaufend ausgebildet ist, und die zweite Fluidleitung ist ausgebildet, das zweite Fluid tangential der schrägen Innenseite des Mischraums zu zuführen. Mit anderen Worten können beide Fluide schräg zueinander in Kontakt miteinander gebracht werden bzw. aufeinander treffen, um sich zum einen aufgrund der zueinander hin zeigenden Richtungskomponente zu vermischen und zum anderen aufgrund der parallel zueinander zeigenden Richtungskomponenten gemeinsam zumindest im Wesentlichen in diese Richtung weiter zu strömen. Hierdurch kann ein gerichtetes und durchmischtes Fluidgemisch erzeugt werden. Hierzu können die beiden Fluide zuvor zumindest im Wesentlichen parallel zueinander geführt werden, bis das zweite Fluid in den Mischraum eintritt und dort durch die schräge bzw. kegelförmige Innenseite bzw. Innenfläche des Mischraums wie zuvor beschrieben abgelenkt wird. According to one aspect of the invention, the first fluid line is designed to guide the first fluid in a straight line towards the outlet opening, wherein the mixing chamber is designed to be oblique, preferably conical, tapering towards the outlet opening, and the second fluid line is designed to feed the second fluid tangentially to the oblique inner side of the mixing chamber. In other words, both fluids can be brought into contact with each other or meet each other at an angle to one another in order to mix, on the one hand, due to the directional components pointing towards each other, and on the other hand, to flow together at least substantially in this direction due to the directional components pointing parallel to each other. This makes it possible to create a directed and mixed fluid mixture. For this purpose, the two fluids can be guided at least substantially parallel to each other beforehand until the second fluid enters the mixing chamber and is deflected there by the oblique or conical inner side or inner surface of the mixing chamber, as described above.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung geht die zweite Fluidleitung in wenigstens einen Sekundärfluidkanal über und der Sekundärfluidkanal führt in den Mischraum. Mittels des Sekundärfluidkanals kann eine Verengung gegenüber der zweiten Fluidleitung erfolgen, um das zweite Fluid unmittelbar vor dem Mischraum zu beschleunigen und hierdurch die Vermischung im Mischraum zu verbessern bzw. zu erhöhen. Auch kann sich der Übergang von der zweiten Fluidleitung in den Sekundärfluidkanal aufgrund der sich verringernden Fläche bzw. des sich verringernden Querschnitts dort vergleichsweise fluiddicht verschließen lassen, wie weiter unten näher beschrieben werden wird. According to a further aspect of the invention, the second fluid line merges into at least one secondary fluid channel, and the secondary fluid channel leads into the mixing chamber. The secondary fluid channel can be used to narrow the second fluid line in order to accelerate the second fluid immediately upstream of the mixing chamber and thereby improve or increase mixing in the mixing chamber. The transition from the second fluid line to the secondary fluid channel can also be sealed in a relatively fluid-tight manner due to the decreasing area or cross-section, as will be described in more detail below.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung endet der Nebenverschluss mit einem, vorzugsweise halbrunden, Nebenverschlusskopf, welcher ausgebildet ist, zumindest ringförmig an einem sich verengenden Ende der zweiten Fluidleitung fluiddicht anzuliegen. Dies kann eine konkrete Möglichkeit der Umsetzung darstellen. According to a further aspect of the invention, the secondary closure ends with a preferably semicircular secondary closure head, which is designed to fit fluid-tightly at least annularly against a tapered end of the second fluid line. This may represent a concrete implementation possibility.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Nebenverschluss ausgebildet, zwischen einer fluiddicht geschlossenen Stellung der zweiten Fluidleitung und einer fluidführenden geöffneten Stellung der zweiten Fluidleitung hin und her bewegt zu werden. Dies kann stufenlos erfolgen, so dass neben der vollständig geöffneten Stellung und der vollständig geschlossenen Stellung auch, vorzugsweise alle, dazwischenliegenden Stellung erreicht und gehalten werden können. Dies kann über einen geeigneten entsprechenden Antrieb, vorzugsweise in Kombination mit einer entsprechende Positionssensorik, erfolgen. Dies kann die Möglichkeiten zur Beeinflussung des Maßes der Durchströmung des Nebenverschlusses erhöhen und damit die Möglichkeiten, das zweite Fluid in den Mischraum strömen zu lassen. According to a further aspect of the invention, the secondary closure is designed to be movable between a fluid-tight closed position of the second fluid line and a fluid-conducting open position the second fluid line. This can be done continuously, so that in addition to the fully open position and the fully closed position, preferably all intermediate positions can be reached and maintained. This can be achieved via a suitable drive, preferably in combination with a corresponding position sensor. This can increase the possibilities for influencing the degree of flow through the secondary closure and thus the possibilities for allowing the second fluid to flow into the mixing chamber.

Vorzugsweise können aber auch genau nur die vollständig geöffnete Stellung und die vollständig geschlossene Stellung als die beiden Endanschläge der Bewegung erreicht werden, was die Umsetzung der Bewegung vereinfachen kann. Auch kann in diesem Fall auf eine Sensorik zur Bestimmung der Position des Nebenverschlusskopfes verzichtet werden, was Kosten sowie Bauraum sparen kann. In diesem Fall kann somit ein gepulster Betrieb bzw. eine gepulste Zuführung des zweiten Fluids in den Mischraum erfolgen. Preferably, however, only the fully open position and the fully closed position can be reached as the two end stops of the movement, which can simplify the implementation of the movement. In this case, a sensor for determining the position of the secondary closure head can also be omitted, which can save costs and installation space. In this case, pulsed operation or a pulsed supply of the second fluid into the mixing chamber can be achieved.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Nebenverschluss ausgebildet, mittels einer Magnetspule und eines Federelements hin und her bewegt zu werden. Der Nebenverschluss kann hierzu zumindest im Bereich der Magnetspule ferromagnetisch ausgebildet sein oder ein ferromagnetisches Element aufweisen. In jedem Fall kann seitens des Magnetfelds der Magnetspule eine translatorische Bewegung des Nebenverschlusses in die eine Richtung erfolgen, welche der Federkraft des elastischen Federelements entgegenwirkt, so dass seitens des Federelements eine Rückstellung des Nebenverschlusses erfolgen kann, wenn die Magnetspule nicht betrieben bzw. elektrisch gespeist wird. Hierdurch kann sehr einfach eine sehr schnelle Bewegung zwischen der zuvor beschriebenen vollständig geöffneten Stellung und der vollständig geschlossenen Stellung als die beiden Endanschläge der Bewegung erfolgen. According to a further aspect of the invention, the secondary closure is designed to be moved back and forth by means of a magnetic coil and a spring element. For this purpose, the secondary closure can be ferromagnetic at least in the region of the magnetic coil or can have a ferromagnetic element. In any case, the magnetic field of the magnetic coil can cause a translational movement of the secondary closure in one direction, which counteracts the spring force of the elastic spring element, so that the spring element can reset the secondary closure when the magnetic coil is not operated or electrically supplied. This makes it very easy to achieve a very rapid movement between the previously described fully open position and the fully closed position as the two end stops of the movement.

Um aus Sicherheitsgründen bei einem Stromausfall bzw. Steuerungsausfall den Nebenverschluss zu verschließen, kann vorzugsweise die vollständig geschlossene Stellung durch die Federkraft des Federelements bei unbestromter Magnetspule eingenommen werden. In order to close the secondary lock for safety reasons in the event of a power failure or control failure, the fully closed position can preferably be assumed by the spring force of the spring element when the solenoid coil is de-energized.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Injektor eine Mehrzahl zweiter Fluidleitungen jeweils zur Führung des zweiten Fluids in den Mischraum auf, wobei jeder Nebenverschluss ausgebildet ist, den Austritt des zweiten Fluids aus der jeweiligen zweiten Fluidleitung in den Mischraum zu regulieren. Somit kann das zweite Fluid über mehrere zweite Fluidleitungen dem Mischraum zugeführt werden, was die Vermischung mit dem ersten Fluid dort zum Fluidgemisch verbessern kann. Hierzu können die zweiten Fluidleitungen bzw. ihre Öffnungen bzw. Übergänge, vorzugsweise als Sekundärfluidkanäle, in den Mischraum möglichst gleichmäßig verteilt bzw. möglichst groß zueinander beabstandet zueinander sein. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind um die erste Fluidleitung herum vier um 90° zueinander versetzte zweite Fluidleitungen angeordnet. Dies kann eine konkrete Möglichkeit der Umsetzung der zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile sein. Insbesondere kann dies einen guten Kompromiss zwischen Aufwand und Nutzen darstellen, da mittels vier zweiter Fluidleitungen sowie deren rechtwinkeligen Versatz zueinander eine vergleichsweise gute Verteilung des zweiten Fluids erreicht werden kann, bei gleichzeitig vergleichsweise wenig zweiten Fluidleitungen. According to a further aspect of the invention, the injector has a plurality of second fluid lines, each for guiding the second fluid into the mixing chamber, wherein each secondary closure is designed to regulate the exit of the second fluid from the respective second fluid line into the mixing chamber. Thus, the second fluid can be supplied to the mixing chamber via a plurality of second fluid lines, which can improve mixing with the first fluid there to form the fluid mixture. For this purpose, the second fluid lines or their openings or transitions, preferably as secondary fluid channels, can be distributed as evenly as possible in the mixing chamber or spaced apart from one another as far as possible. According to a further aspect of the invention, four second fluid lines are arranged around the first fluid line, offset by 90° from one another. This can be a concrete way of implementing the properties and advantages described above. In particular, this can represent a good compromise between effort and benefit, since by using four second fluid lines and their perpendicular offset from one another, a comparatively good distribution of the second fluid can be achieved, while simultaneously requiring a comparatively small number of second fluid lines.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Injektor im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und die erste Fluidleitung verläuft koaxial. Dies kann eine konkrete Möglichkeit der Umsetzung darstellen. Dies kann die Herstellungskosten aufgrund der Symmetrien vergleichsweise gering halten. According to a further aspect of the invention, the injector is substantially cylindrical, and the first fluid line is coaxial. This may represent a concrete implementation option. Due to the symmetries, this can keep manufacturing costs comparatively low.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung endet der Hauptverschluss mit einem, vorzugsweise halbrunden, Hauptverschlusskopf, welcher ausgebildet ist, zumindest ringförmig an einer sich kegelförmig verengenden Ende der Mischkammer fluiddicht anzuliegen. Hierdurch können die entsprechenden zuvor hinsichtlich des Nebenverschlusses beschriebenen Eigenschaften und Vorteile auch auf den Hauptverschluss angewendet und dort genutzt werden. According to a further aspect of the invention, the main closure ends with a preferably semicircular main closure head, which is designed to fit fluid-tightly at least annularly against a conically tapered end of the mixing chamber. This allows the corresponding properties and advantages previously described with regard to the secondary closure to also be applied to and utilized in the main closure.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Hauptverschluss ausgebildet, zwischen einer fluiddicht geschlossenen Stellung der Austrittsöffnung und einer fluidführenden geöffneten Stellung der Austrittsöffnung hin und her bewegt zu werden. Hierdurch können die entsprechenden zuvor hinsichtlich des Nebenverschlusses beschriebenen Eigenschaften und Vorteile auch auf den Hauptverschluss angewendet und dort genutzt werden. According to a further aspect of the invention, the main closure is designed to be moved back and forth between a fluid-tight closed position of the outlet opening and a fluid-conducting open position of the outlet opening. As a result, the corresponding properties and advantages previously described with regard to the secondary closure can also be applied to and utilized in the main closure.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Hauptverschluss ausgebildet, mittels einer Magnetspule und eines Federelements hin und her bewegt zu werden. Hierdurch können die entsprechenden zuvor hinsichtlich des Nebenverschlusses beschriebenen Eigenschaften und Vorteile auch auf den Hauptverschluss angewendet und dort genutzt werden. According to a further aspect of the invention, the main closure is designed to be moved back and forth by means of a magnetic coil and a spring element. As a result, the corresponding properties and advantages previously described with regard to the secondary closure can also be applied to and utilized in the main closure.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das erste Fluid Wasserstoff und das zweite Fluid Wasser. Hierdurch kann der erfindungsgemäße Injektor auf die Verbrennung von Wasserstoff und die Kühlung dieses Verbrennungsprozesses durch Wasser angewendet werden, wie zuvor bereits beschrieben, was zu den entsprechenden Eigenschaften und Vorteilen führen kann. According to a further aspect of the invention, the first fluid is hydrogen and the second fluid is water. This allows the injector according to the invention to be applied to the combustion of hydrogen and the cooling of this combustion process with water, as previously described, which can lead to the corresponding properties and advantages.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einem Injektor wie zuvor beschrieben. Somit kann eine Anwendung wenigstens eines erfindungsgemäßen Injektors in einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs, einer Anlage oder einer sonstigen Vorrichtung erfolgen, um dort die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile dort umzusetzen und zu nutzen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der Verbrennungsmotor eine Steuerungseinheit auf, welche ausgebildet und eingerichtet ist, den Hauptverschluss und den Nebenverschluss zu steuern. Dies kann eine konkrete Möglichkeit darstellen, den zuvor beschriebenen Betrieb eines erfindungsgemäßen Injektors bzw. eines hiermit ausgestatteten Verbrennungsmotors umzusetzen. The present invention also relates to an internal combustion engine having at least one injector as described above. Thus, at least one injector according to the invention can be used in an internal combustion engine of a vehicle, a system, or another device in order to implement and utilize the properties and advantages described above. According to one aspect of the invention, the internal combustion engine has a control unit designed and configured to control the main closure and the secondary closure. This can represent a concrete possibility for implementing the above-described operation of an injector according to the invention or of an internal combustion engine equipped therewith.

Vorzugsweise ist die Steuerungseinheit ausgebildet, den Hauptverschluss und den Nebenverschluss jeweils gepulst zu betreiben. Somit können Hauptverschluss und Nebenverschluss bzw. Preferably, the control unit is designed to operate the main shutter and the secondary shutter in a pulsed manner. Thus, the main shutter and secondary shutter, or

Nebenverschlüsse lediglich bzw. genau auf und zu geschaltet werden, wie zuvor beschrieben, was insbesondere mittels Magnetspule und Federelement erfolgen kann. Dies kann, wie zuvor bereits beschrieben, eine vergleichsweise einfache, kostengünstige und kompakte Art der Umsetzung darstellen. Auch kann dies schnelle Öffnungs- und Schließzeiten z.B. für den gepulsten Betrieb ermöglichen. Secondary closures can be simply or precisely switched on and off as described above, which can be achieved using a solenoid and spring element. As described above, this can represent a comparatively simple, cost-effective, and compact implementation. It can also enable fast opening and closing times, for example, for pulsed operation.

Hierbei kann seitens der Steuerungseinheit vorzugsweise der Betrieb von Hauptverschluss und Nebenverschluss bzw. Nebenverschlüssen derart erfolgen, dass pro Puls des Hauptverschlusses der Nebenverschluss mehrfach gepulst wird, d.h. mehrere Pulse ausführt. Dies kann eine besonders feine Dosiermöglichkeit darstellen, indem sehr fein abgestimmte Wassermengen dem Wasserstoff beigemischt werden können. The control unit can preferably operate the main valve and the secondary valve(s) in such a way that the secondary valve is pulsed multiple times per pulse of the main valve, i.e., executes multiple pulses. This can provide a particularly precise dosing option, allowing very finely tuned amounts of water to be added to the hydrogen.

Der erfindungsgemäße Injektor kann in verschiedenen Verbrennungsmotoren und insbesondere in allen zukünftigen Wasserstoffverbrennungsmotoren eingesetzt werden, wodurch sich ein sehr breites Spektrum an Anwendungen ergibt. Zusätzlich ist es möglich, eine abgewandelte Form in Wasserstoff- Sauerstoff-Motoren und zum Beispiel Sauerstoff als Zerstäubungsgas zu verwenden. Außerdem ist die Anwendung dieses Prinzips in konventionellen Gasmotoren denkbar, um die Stickoxidemissionen weiter zu reduzieren. Es ist auch möglich, dass sich gegebenenfalls in chemischen Verfahren Anwendungen für diese Art des Injektors ergeben. The injector according to the invention can be used in various internal combustion engines, and in particular in all future hydrogen internal combustion engines, thus opening up a very broad spectrum of applications. Additionally, a modified form can be used in hydrogen-oxygen engines, for example, using oxygen as the atomizing gas. Furthermore, the application of this principle in conventional gas engines is conceivable to further reduce nitrogen oxide emissions. It is also possible that this type of injector could potentially find applications in chemical processes.

Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren rein schematisch dargestellt und näher erläutert. Darin zeigt: An embodiment and further advantages of the invention are illustrated and explained in more detail below in conjunction with the following figures.

Figur 1 eine perspektivische schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Injektors zur Erzeugung eines Wasserstoff-Wasser-Gemisches von schräg oben; Figure 1 is a perspective schematic representation of an injector according to the invention for producing a hydrogen-water mixture, viewed obliquely from above;

Figur 2 einen ersten Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Injektor; Figure 2 shows a first longitudinal section through the injector according to the invention;

Figur 3 einen zweiten Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Injektor, um 45° gegenüber der Darstellung der Figur 2 versetzt; Figure 3 shows a second longitudinal section through the injector according to the invention, offset by 45° from the illustration in Figure 2;

Figur 4 einen dritten Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Injektor, um 90° gegenüber der Darstellung der Figur 3 versetzt; Figur 5 eine seitliche Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Injektor gemäß der Darstellung der Figur 2; Figure 4 shows a third longitudinal section through the injector according to the invention, offset by 90° from the illustration in Figure 3; Figure 5 is a side plan view of the injector according to the invention as shown in Figure 2;

Figur 6 einen Querschnitt gemäß des Schnitts D-D der Figur 5; Figure 6 shows a cross-section according to section D-D of Figure 5;

Figur 7 einen Querschnitt gemäß des Schnitts C-C der Figur 5; Figure 7 shows a cross-section according to section C-C of Figure 5;

Figur 8 einen Querschnitt gemäß des Schnitts A-A der Figur 5; und Figure 8 shows a cross-section according to section A-A of Figure 5; and

Figur 9 einen Querschnitt gemäß des Schnitts B-B der Figur 5. Figure 9 shows a cross-section according to section B-B of Figure 5.

Die o.g. Figuren werden in zylindrischen Koordinaten betrachtet. Es erstreckt sich eine Längsachse X. Senkrecht zur Längsachse X erstreckt sich eine radiale Richtung R von der Längsachse X weg. Senkrecht zur radialen Richtung R und um die Längsachse X herum erstreckt sich eine Umfangsrichtung U. The above figures are viewed in cylindrical coordinates. A longitudinal axis X extends. A radial direction R extends perpendicular to the longitudinal axis X, away from the longitudinal axis X. A circumferential direction U extends perpendicular to the radial direction R and around the longitudinal axis X.

Figur 1 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Injektors 1-6 zur Verbrennung eines Wasserstoff-Wasser-Gemisches von schräg oben. Figure 1 shows a perspective schematic representation of an injector 1-6 according to the invention for the combustion of a hydrogen-water mixture from an angle above.

Entlang der Längsachse X weist der Injektor 1-6 als Bauteile ein erstes Grundelement 1, eine zweites Grundelement 1, ein erstes Verbindungselement 3, ein Mittelelement 4, ein zweites Verbindungselement 5 und ein Austrittselement 6 in diese Reihenfolge auf, siehe beispielsweise Figuren 1 und 5. Along the longitudinal axis X, the injector 1-6 comprises as components a first base element 1, a second base element 1, a first connecting element 3, a middle element 4, a second connecting element 5 and an outlet element 6 in this order, see for example Figures 1 and 5.

Das erste Grundelement 1 ist zylindrisch und vergleichsweise flach entlang der Längsachse X ausgebildet, siehe beispielsweise Figuren 2 bis 4. Entlang der Längsachse X weist das erste Grundelement 1 von innen her einen zylindrischen Aufnahmeraum 10 in Form eines Sacklochs 10 bzw. einer Sackbohrung 1 auf, um welchen von außen herum eine Magnetspule 11 angeordnet ist, siehe beispielsweise Figur 1. Innerhalb des Aufnahmeraums 10 ist ein Federelement 12 in Form einer Spiralfeder 12 angeordnet, welche entlang der Längsachse X gegen den Boden (nicht bezeichnet) des Aufnahmeraums 10 federelastisch zusammengedrückt bzw. in der entgegengesetzten Richtung federelastisch auseinandergezogen werden kann. The first base element 1 is cylindrical and comparatively flat along the longitudinal axis X, see for example Figures 2 to 4. Along the longitudinal axis X, the first base element 1 has a cylindrical receiving space 10 in the form of a blind hole 10 or a blind bore 1, around which a magnetic coil 11 is arranged from the outside, see for example Figure 1. Within the receiving space 10, a spring element 12 in the form of a spiral spring 12 is arranged, which can be elastically compressed along the longitudinal axis X against the floor (not designated) of the receiving space 10 or elastically pulled apart in the opposite direction.

Entlang der Längsachse X ist ein Hauptverschluss 13 in Form einer Hauptnadel 13 angeordnet, welcher vergleichsweise dünn und zylindrisch länglich entlang der Längsachse X ausgebildet ist. Im unteren Bereich weist der Hauptverschluss 13 radiale Vorsprünge als untere Führungselemente 13a auf, welche den Hauptverschluss 13 zum einen radial gegen die Innenseite des Aufnahmeraums 10 abstützen und zum anderen entlang der Längsachse X mit dem Rand des Federelements 12 stoffschlüssig verbunden sind, um die Federkraft entlang der Längsachse X rückstellend auf den Hauptverschluss 13 auszuüben zu können. Dabei ist das untere Führungselemente 13a als separates Bauteil hergestellt und wird durch zwei Sicherungsringe (nicht dargestellt), welche in ringförmig umlaufende Nuten (nicht bezeichnet) der zylindrischen Außenfläche des Hauptverschlusses 13 eingreifen, mit dem Hauptverschluss 13 feststehend verbunden. Am gegenüberliegenden Ende endet der Hauptverschluss 13 mit einem halbrunden Hauptverschlusskopf 13d als halbrunder Hauptnadelkopf 13d, dessen Funktion weiter unten noch näher beschrieben werden wird. Dort sind auch oberer Führungselemente 13b zur radialen Abstützung dort ausgebildet. Die oberen Führungselemente 13b weisen entlang der Längsachse X verlaufende Durchflusskanäle 13c auf. A main closure 13 in the form of a main needle 13 is arranged along the longitudinal axis X, which main closure 13 is comparatively thin and cylindrically elongated along the longitudinal axis X. In the lower area, the main closure 13 has radial projections as lower guide elements 13a, which on the one hand support the main closure 13 radially against the inside of the receiving space 10 and on the other hand are materially connected along the longitudinal axis X to the edge of the spring element 12 in order to be able to exert the spring force on the main closure 13 in a restoring manner along the longitudinal axis X. The lower guide element 13a is manufactured as a separate component and is fixedly connected to the main closure 13 by two retaining rings (not shown) which engage in annular circumferential grooves (not labeled) in the cylindrical outer surface of the main closure 13. At the opposite end, the main closure 13 terminates with a semicircular main closure head 13d, which serves as a semicircular main needle head 13d, the function of which will be described in more detail below. Upper guide elements 13b are also formed there for radial support. The upper guide elements 13b have flow channels 13c running along the longitudinal axis X.

Entlang der Längsachse X zum zweiten Grundelement 2 hin weist das erste Grundelement 1 ein ringförmiges Dichtungselement 14 in Form eines ringförmigen Kupferelements 14 auf, welches den Rand des Aufnahmeraums 10 umschließt und radial innen auch fluiddicht an der zylindrischen Außenfläche des Hauptverschlusses 13 anliegt, so dass hier ein fluiddichter Abschluss erfolgt. Anstelle eines Kupferelements 14 kann das Dichtungselement 14 auch mittels eines ringförmigen Körpers aus Kunststoff oder aus einem anderen Dichtungsmaterial realisiert werden. Along the longitudinal axis X toward the second base element 2, the first base element 1 has an annular sealing element 14 in the form of an annular copper element 14, which surrounds the edge of the receiving space 10 and, radially inward, also bears fluid-tight against the cylindrical outer surface of the main closure 13, thus creating a fluid-tight seal. Instead of a copper element 14, the sealing element 14 can also be realized using an annular body made of plastic or another sealing material.

Das bereits erwähnte zweite Grundelement 2 ist ebenfalls zylindrisch aber etwas länger entlang der Längsachse X als das erste Grundelement 1 ausgebildet, siehe ebenfalls beispielsweise Figuren 2 bis 4. Das zweites Grundelement 2 sitzt dabei koaxial auf dem ersten Grundelement 1 fluiddicht auf. Eine zylindrische Durchgangsöffnung 25 des zweiten Grundelements 2 verlängert den Aufnahmeraum 10 des ersten Grundelements 1 sozusagen und nimmt durch sich hindurch den Hauptverschluss 13 spielfrei und formschlüssig auf. The previously mentioned second base element 2 is also cylindrical but somewhat longer along the longitudinal axis X than the first base element 1, see also, for example, Figures 2 to 4. The second base element 2 sits coaxially on the first base element 1 in a fluid-tight manner. A cylindrical through-opening 25 of the second base element 2 extends the receiving space 10 of the first base element 1, so to speak, and accommodates the main closure 13 through it in a play-free and form-fitting manner.

Vergleichbar dem ersten Grundelement 1 weist auch das zweite Grundelement 2, radial zur Längsachse X sowie in der Umfangsrichtung U gleich zueinander beabstandet, vier Aufnahmeräume 20 in Form von Sacklöchern 20 bzw. Sackbohrungen 20 auf, um welche herum jeweils eine Magnetspule 21 und innerhalb des Aufnahmeraums 20 ein Federelement 22 in Form einer Spiralfeder 22 angeordnet ist, siehe beispielsweise Figur 2, wie zuvor beschrieben. Dort ist jeweils ein Nebenverschluss 23 als Nebennadel 23 angeordnet, welcher jeweils mit einem unteren Führungselement 23a mit dem jeweils oberen Rand der Spiralfeder 22 stoffschlüssig verbunden ist. Similar to the first base element 1, the second base element 2 also has four receiving spaces 20 in the form of blind holes 20 or blind bores 20, radially spaced from one another to the longitudinal axis X and equally spaced from one another in the circumferential direction U, around each of which a magnetic coil 21 is arranged, and within the receiving space 20 a spring element 22 in the form of a spiral spring 22 is arranged, see, for example, Figure 2, as previously described. There, a secondary closure 23 is arranged as a secondary needle 23, which is integrally connected to the upper edge of the spiral spring 22 by a lower guide element 23a.

Auch die vier Nebenverschlüsse 23 enden jeweils entlang der Längsachse X am oberen Ende mit einem Nebenverschlusskopf 23d bzw. mit einem Nebennadelkopf 23d, wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird. Auch die Nebenverschlüsse 23 weisen jeweils unterhalb der Nebenverschlussköpfe 23d obere Führungselemente 23b zur radialen Abstützung dort auf, welche ebenfalls entlang der Längsachse X verlaufende Durchflusskanäle 23c aufweisen, siehe beispielsweise Figur 2. The four secondary closures 23 also each terminate along the longitudinal axis X at the upper end with a secondary closure head 23d or with a secondary needle head 23d, as will be described in more detail below. The secondary closures 23 also each have upper guide elements 23b below the secondary closure heads 23d for radial support there, which also have flow channels 23c running along the longitudinal axis X, see, for example, Figure 2.

Auch das zweite Grundelement 2 weist entlang der Längsachse X nach oben im Sinne der Figuren um seinen mittleren bzw. zentralen Bereich um die Durchgangsöffnung 25 herum seinerseits ein ringförmiges Dichtungselement 24 in Form eines ringförmigen Kupferelements 24 auf, so dass auch an dieser Stelle innerhalb des Injektors 1-6 eine fluiddichte Abdichtung erfolgt. The second basic element 2 also has, along the longitudinal axis X upwards in the sense of the figures, around its middle or central area around the through opening 25, a annular sealing element 24 in the form of an annular copper element 24, so that a fluid-tight seal is also created at this point within the injector 1-6.

Des Weiteren weist das zweite Grundelement 2 ein Paar einander diametral zur Längsachse X gegenüberliegender Stiftaufnahmen 26 auf, siehe beispielsweise Figur 3, um eine passgenaue und spielfreie Montage mit dem Mittelelement 4 zu ermöglichen. Furthermore, the second base element 2 has a pair of pin receptacles 26 which are diametrically opposed to the longitudinal axis X, see for example Figure 3, in order to enable a precise and play-free assembly with the central element 4.

Das erste Verbindungselement 3 stellt eine erste Verbindungshülse 3 dar, welche zylindrisch bzw. ringförmig ausgebildet ist, siehe beispielsweise Figur 6. Das erste Verbindungselement 3 ist mittels eines Innengewindes (nicht bezeichnet) auf ein korrespondierende Außengewinde (nicht bezeichnet) des oberen Rands (nicht bezeichnet) des zweiten Grundelements 2 aufgeschraubt. Das erste Verbindungselement 3 weist außenseitig entlang der Längsachse X etwa mittig ein Paar einander diametral gegenüberliegender Montageeinschnürung 33 auf, so dass zum Aufschrauben und Festziehen ein Maulschlüssel oder dergleichen verwendet werden kann. The first connecting element 3 represents a first connecting sleeve 3, which is cylindrical or annular in shape, see, for example, Figure 6. The first connecting element 3 is screwed by means of an internal thread (not designated) onto a corresponding external thread (not designated) of the upper edge (not designated) of the second base element 2. The first connecting element 3 has, on the outside, approximately centrally along the longitudinal axis X, a pair of diametrically opposed mounting constrictions 33, so that an open-end wrench or the like can be used for screwing and tightening.

Zuvor wurde der untere Rand (nicht bezeichnet) des Mittelelements 4 formschlüssig mittels eines Vorsprungs (nicht bezeichnet) entlang der Längsachse X von unten bzw. von innen durch den oberen Rand (nicht bezeichnet) in das erste Verbindungselement 3 eingesetzt, wobei dort ein ringförmiges Dichtungselement 32 in Form eines ringförmigen Kupferelements 32 fluiddicht zwischen dem ersten Verbindungselement 3 und dem Mittelelement 4 abdichtet, siehe beispielsweise Figuren 2 bis 4. Previously, the lower edge (not designated) of the central element 4 was inserted into the first connecting element 3 in a form-fitting manner by means of a projection (not designated) along the longitudinal axis X from below or from the inside through the upper edge (not designated), wherein an annular sealing element 32 in the form of an annular copper element 32 seals fluid-tightly between the first connecting element 3 and the central element 4, see for example Figures 2 to 4.

Hierdurch wird zwischen dem zweiten Grundelement 2, dem ersten Verbindungselement 3 und dem Mittelelement 4 ein fluiddichter Raum geschaffen, welcher zu einer zweiten Fluidleitung 31 gehört, siehe beispielsweise Figur 4, welche auch als Sekundärfluidleitung 31 oder als Wasserleitung 31 bezeichnet werden kann. Durch einen zweiten Fluideinlass 30, welcher auch als Sekundärfluideinlass 30 oder als Wassereinlass 30 bezeichnet werden kann, kann Wasser von außerhalb des Injektors 1-6 in die zweite Fluidleitung 31 eingeleitet werden. Der zweite Fluideinlass 30 weist ein Innengewinde (nicht dargestellt) auf, um ein entsprechendes Außengewinde eines Anschlussstücks eines Fluidschlauchs oder Fluidrohrs (nicht dargestellt) zur Zuführung des zweiten Fluids aufzunehmen. Zwecks fluiddichter Abdichtung an dieser Stelle kann dort auch eine Dichtung, insbesondere als elastomerer O-Ring, vorgesehen sein. This creates a fluid-tight space between the second base element 2, the first connecting element 3, and the middle element 4, which belongs to a second fluid line 31 (see, for example, Figure 4), which can also be referred to as a secondary fluid line 31 or a water line 31. Water can be introduced from outside the injector 1-6 into the second fluid line 31 through a second fluid inlet 30 (which can also be referred to as a secondary fluid inlet 30 or a water inlet 30). The second fluid inlet 30 has an internal thread (not shown) to accommodate a corresponding external thread of a connecting piece of a fluid hose or fluid pipe (not shown) for supplying the second fluid. For the purpose of fluid-tight sealing at this point, a seal, in particular an elastomeric O-ring, can also be provided there.

Das bereits erwähnte Mittelelement 4 ist ebenfalls zylindrisch sowie entlang der Längsachse X länglich ausgebildet, siehe beispielsweise Figuren 2 bis 4. Auch das Mittelelement 4 verlängert koaxial mit der Längsachse X mittels einer zylindrischen Durchgangsöffnung 42 die entsprechende Durchgangsöffnung 25 des zweiten Grundelements 2 und nimmt durch sich hindurch den Hauptverschluss 13 spielfrei und formschlüssig auf. Ebenso sind um die koaxiale Durchgangsöffnung 42 des Hauptverschlusses 13 herum vier Durchgangsöffnungen 43 der Nebenverschlüsse 23 angeordnet, um die Aufnahmeräume 20 des zweiten Grundelements 2 entsprechend zu verlängern. The aforementioned central element 4 is also cylindrical and elongated along the longitudinal axis X, see, for example, Figures 2 to 4. The central element 4 also extends coaxially with the longitudinal axis X by means of a cylindrical through-opening 42 the corresponding through-opening 25 of the second base element 2 and receives the main closure 13 therethrough without play and in a form-fitting manner. Likewise, around the coaxial through-opening 42 of the main closure 13 four through openings 43 of the secondary closures 23 are arranged in order to extend the receiving spaces 20 of the second basic element 2 accordingly.

Die koaxiale Durchgangsöffnung 42 des Hauptverschlusses 13 ist dabei lediglich im unteren Bereich etwa bis zur Hälfte der länglichen Erstreckung des Mittelelements 4 spielfrei und formschlüssig zum Mittelelement 4 ausgebildet. Ab dann weitet sich die Durchgangsöffnung 42 radial auf, so dass um den Hauptverschluss 13 herum ein ringförmiger Raum als erste Fluidleitung 41 entsteht, welcher auch als Primärfluidleitung 41 oder als Wasserstoffleitung 41 bezeichnet werden kann. Zu Beginn der ersten Fluidleitung 41 ist eine radiale Durchgangsöffnung nach außen hin vorgesehen, siehe beispielsweise Figuren 1, 4 und 7, welche als erster Fluideinlass 40, als Primärfluideinlasse 40 oder alsThe coaxial through-opening 42 of the main closure 13 is designed to be free of play and form-fitting to the central element 4 only in the lower region, approximately up to half the elongated extent of the central element 4. From then on, the through-opening 42 widens radially, so that an annular space is created around the main closure 13 as the first fluid line 41, which can also be referred to as the primary fluid line 41 or as the hydrogen line 41. At the beginning of the first fluid line 41, a radial through-opening is provided to the outside, see for example Figures 1, 4 and 7, which can be used as the first fluid inlet 40, as the primary fluid inlets 40 or as

Wasserstoffeinlass 40 bezeichnet werden kann. Die äußere Oberfläche des Mittelelements 4 ist dabei abgeflacht als Anschlusseinschnürung 45 ausgebildet, um dort die Montage eines Anschlusses (nicht dargestellt) von außen an den ersten Fluideinlass 40 zu erleichtern. Hydrogen inlet 40. The outer surface of the central element 4 is flattened and formed as a connection constriction 45 in order to facilitate the assembly of a connection (not shown) from the outside to the first fluid inlet 40.

Entlang der Längsachse X nach unten zum zweiten Grundelement 2 hin offen ausgebildet weist das Mittelelement 4 ein Paar einander diametral zur Längsachse X gegenüberliegender unterer Stiftaufnahmen 46 auf, welche den Stiftaufnahmen 26 des zweiten Grundelements 2 entlang der Längsachse X gegenüberliegen, siehe beispielsweise Figur 3, so dass an dieser Stelle ein Verstiften von zweitem Grundelement 2 und Mittelelement 4 erfolgen kann. Open along the longitudinal axis X downwards towards the second base element 2, the middle element 4 has a pair of lower pin receptacles 46 which are diametrically opposed to one another with respect to the longitudinal axis X and which are opposite the pin receptacles 26 of the second base element 2 along the longitudinal axis X, see for example Figure 3, so that the second base element 2 and the middle element 4 can be pinned together at this point.

Am oberen Ende des Mittelelements 4 sind ebenfalls entlang der Längsachse X nach oben zeigend zwei einander diametral zur Längsachse X gegenüberliegende obere Stiftaufnahmen 47 vorgesehen, um eine passgenaue und spielfreie Montage mit dem Austrittselement 6 zu ermöglichen. Zwischen der Unterseite des Austrittelements 6 und der Oberseite des Mittelelements 4 ist um die erste Fluidleitung 41 bzw. dessen Rand (nicht bezeichnet) herum ein ringförmiges Dichtungselement 44 in Form eines ringförmigen Kupferelements 44 angeordnet, um an dieser Stelle eine fluiddichte Abdichtung zu ermöglichen. At the upper end of the central element 4, two upper pin receptacles 47 are provided, also pointing upwards along the longitudinal axis X, diametrically opposite one another to the longitudinal axis X, in order to enable a precise and play-free assembly with the outlet element 6. Between the underside of the outlet element 6 and the upper side of the central element 4, an annular sealing element 44 in the form of an annular copper element 44 is arranged around the first fluid line 41 or its edge (not designated) in order to enable a fluid-tight seal at this point.

Das Austrittselement 6 bildet entlang der Längsachse X nach oben hin den Abschluss des Injektors 1-6 und ist dabei nach oben bzw. nach außen kegelförmig ausgebildet, siehe beispielsweise Figuren 2 bis 4. Dabei weist das Austrittselement 6 entlang der Längsachse X nach unten zeigend seinerseits ein Paar einander diametral zur Längsachse X gegenüberliegender Stiftaufnahmen 66 auf, um an dieser Stelle durch zwei Stifte (nicht dargestellt) mit dem Mittelelement 4 passgenau und spielfrei verbunden zu werden. The outlet element 6 forms the end of the injector 1-6 along the longitudinal axis X at the top and is conical in shape towards the top or outwards, see for example Figures 2 to 4. The outlet element 6, pointing downwards along the longitudinal axis X, in turn has a pair of pin receptacles 66 which are diametrically opposite one another to the longitudinal axis X in order to be connected to the central element 4 at this point by two pins (not shown) in a precise and play-free manner.

Anschließend wird das zweite Verbindungselement 5 als zweite Verbindungshülse 5, siehe beispielsweise Figur 8, entlang der Längsachse X von oben über das Austrittselement 6 gestülpt und mittels eines Innengewindes (nicht bezeichnet) des zweiten Verbindungselements 5 auf einem korrespondierenden Außengewinde (nicht bezeichnet) des Mittelelements 4 verschraubt, bis das zweite Verbindungselement 5 entlang der Längsachse X mit einer Einschnürung (nicht bezeichnet) an einem Vorsprung (nicht bezeichnet) des Austrittselements 6 anliegt. Zwischen dem Vorsprung des Mittelelements 6 und dem zweiten Verbindungselement 5 ist ein ringförmiges Dichtungselement 50 in Form eines ringförmigen Kupferelements 50 angeordnet, um an dieser Stelle eine fluiddichte Abdichtung zu ermöglichen. Das Verschrauben und insbesondere in Anziehen des zweiten Verbindungselements 5 kann ebenfalls mittels eines Paares von Montageeinschnürungen 51 erfolgen, welche außenseitig entlang der Längsachse X etwa mittig sowie einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind, siehe beispielsweise Figur 3. Subsequently, the second connecting element 5 is slipped as a second connecting sleeve 5, see for example Figure 8, along the longitudinal axis X from above over the outlet element 6 and by means of an internal thread (not designated) of the second connecting element 5 on a The second connecting element 5 is screwed into the corresponding external thread (not labeled) of the central element 4 until the second connecting element 5 rests along the longitudinal axis X with a constriction (not labeled) against a projection (not labeled) of the outlet element 6. An annular sealing element 50 in the form of an annular copper element 50 is arranged between the projection of the central element 6 and the second connecting element 5 in order to enable a fluid-tight seal at this point. The screwing and, in particular, tightening of the second connecting element 5 can also be carried out by means of a pair of assembly constrictions 51, which are arranged on the outside approximately centrally along the longitudinal axis X and diametrically opposite one another, see, for example, Figure 3.

In dieser Anordnung bzw. in diesem montierten Zustand geht die erste Fluidleitung 41 des Mittelelements 4 in eine erste Fluidleitung 62, in eine Primärfluidleitung 62 bzw. in eine Wasserstoffleitung 62 des Austrittselements 6 über, so dass der Hauptverschluss 13 bis in die erste Fluidleitung 62 des Austrittselements 6 hineinragt. Dieser Bereich innerhalb der kegelförmigen Kontur des Austrittselements 6 stellt einen Mischraum 63 dar, welcher fluidführend mit mehreren punktuellen Austrittsöffnungen 61 um die Spitze 60 des Austrittselements 6 herum verbunden ist. In this arrangement or in this assembled state, the first fluid line 41 of the central element 4 merges into a first fluid line 62, a primary fluid line 62, or a hydrogen line 62 of the outlet element 6, so that the main closure 13 extends into the first fluid line 62 of the outlet element 6. This area within the conical contour of the outlet element 6 represents a mixing chamber 63, which is fluidically connected to several point outlet openings 61 around the tip 60 of the outlet element 6.

Der halbrunde Hauptverschlusskopf 13d kann dabei unmittelbar unterhalb der Spitze 60 innerhalb des Mischraums 63 an dessen Innenseite ringförmig anliegen, so dass die Austrittsöffnungen 61 des Austrittselements 6 fluiddicht vom Mischraum 63 getrennt werden. Dies ist im unbetätigten bzw. im unbestromten Zustand der Magnetspule 11 des Hauptverschlusses 13 der Fall, wenn der Hauptverschluss 13 von der Federkraft der Spiralfeder 12 entlang der Längsachse X von unten bzw. von innen gegen die Innenseite des Mischraums 63 bzw. der kegelförmigen Kontur des Austrittselements 6 gedrückt wird. The semicircular main closure head 13d can rest annularly on the inside of the mixing chamber 63 directly below the tip 60 within the mixing chamber 63, so that the outlet openings 61 of the outlet element 6 are separated in a fluid-tight manner from the mixing chamber 63. This is the case in the unactuated or de-energized state of the magnetic coil 11 of the main closure 13, when the main closure 13 is pressed by the spring force of the spiral spring 12 along the longitudinal axis X from below or from the inside against the inside of the mixing chamber 63 or the conical contour of the outlet element 6.

Wird die Magnetspule 11 des Hauptverschlusses 13 bestromt, so wird der Hauptverschluss 13 entlang der Längsachse X entgegen der Federkraft der Spiralfeder 12 nach unten und damit von der Innenseite des Mischraums 63 bzw. von der kegelförmigen Kontur des Austrittselements 6 weggezogen, wodurch die Austrittsöffnungen 61 freigegeben bzw. fluidführend mit dem Mischraum 63 verbunden werden. Dieser Betrieb der Magnetspule 11 des Hauptverschlusses 13 zur Bewegung des Hauptverschlusses 13 zwischen der fluiddicht geschlossenen Stellung der Austrittsöffnungen 61 und der fluidführenden geöffneten Stellung der Austrittsöffnungen 61 hin und her kann seitens einer Steuerungseinheit (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors erfolgen, welcher den Injektor 1-6 nutzt. If the magnetic coil 11 of the main closure 13 is energized, the main closure 13 is pulled downward along the longitudinal axis X against the spring force of the spiral spring 12 and thus away from the inside of the mixing chamber 63 or from the conical contour of the outlet element 6, whereby the outlet openings 61 are opened or connected to the mixing chamber 63 in a fluid-conducting manner. This operation of the magnetic coil 11 of the main closure 13 to move the main closure 13 back and forth between the fluid-tight closed position of the outlet openings 61 and the fluid-conducting open position of the outlet openings 61 can be carried out by a control unit (not shown) of the internal combustion engine that uses the injector 1-6.

Parallel zur ersten Fluidleitung 62 erstrecken sich auch die zweiten Fluidleitungen 43 des Mittelelements 4 in das Austrittselement 6 hinein und gehen dort in zweite Fluidleitungen 64 über, siehe beispielsweise Figur 9. Die zweiten Fluidleitungen 64 der Nebenverschlüsse 23 enden dort sich kegelförmig verjüngend und gehen dann jeweils in einen vergleichsweise dünnen Sekundärfluidkanal 65 über, welcher jeweils am unteren Rand der kegelförmigen Kontur des Austrittselements 6 in den Mischraum 63 eintritt. Somit kann das zweite Fluid in Form von Wasser an diesen vier Stellen in den Mischraum 63 eintreten bzw. an dessen kegelförmiger Innenseite entlang zu den Austrittsöffnungen 61 des Austrittselements 6 strömen. Hierbei kann sich das Wasser im Mischraum 63 auf seinem Weg zu den Austrittsöffnungen 61 mit dem Wasserstoff als Gas vermischen, welches als erstes Fluid koaxial um den Hauptverschluss 13 herum in dem Mischraum 63 strömt. Das hierdurch entstehende Fluidgemisch als Wasserstoff-Wasser-Gemisch kann somit durch die Austrittsöffnungen 61 des Austrittselements 6 in den Brennraum (nicht dargestellt) gelangen und dort bei vergleichsweise geringer Temperatur zur Verbrennung genutzt werden. Parallel to the first fluid line 62, the second fluid lines 43 of the central element 4 also extend into the outlet element 6 and there merge into second fluid lines 64, see for example Figure 9. The second fluid lines 64 of the secondary closures 23 end there tapered and then each merge into a comparatively thin secondary fluid channel 65, which in each case at the lower edge of the conical contour of the outlet element 6 enters the mixing chamber 63. The second fluid in the form of water can thus enter the mixing chamber 63 at these four points or flow along its conical inner side to the outlet openings 61 of the outlet element 6. The water in the mixing chamber 63 can mix with the hydrogen as a gas on its way to the outlet openings 61, which as the first fluid flows coaxially around the main closure 13 in the mixing chamber 63. The resulting fluid mixture as a hydrogen-water mixture can thus pass through the outlet openings 61 of the outlet element 6 into the combustion chamber (not shown) and be used there for combustion at a comparatively low temperature.

Dabei können auch die vier Nebenverschlüsse 23 mittels ihrer Magnetspulen 21 und Federelemente 22 wie zuvor hinsichtlich des Hauptverschlusses 13 beschrieben, von der Steuerungseinheit des Verbrennungsmotors betrieben werden, um zwischen einer fluiddicht geschlossenen Stellung der zweiten Fluidleitung 64 und einer fluidführenden geöffneten Stellung der zweiten Fluidleitung 64 hin und her bewegt zu werden. The four secondary closures 23 can also be operated by the control unit of the internal combustion engine by means of their magnetic coils 21 and spring elements 22, as previously described with regard to the main closure 13, in order to be moved back and forth between a fluid-tight closed position of the second fluid line 64 and a fluid-conducting open position of the second fluid line 64.

Auch die Nebenverschlussköpfe 23d können dabei an der Innenseite des oberen Endes der zweiten Fluidleitung 64 ringförmig anliegen, so dass die jeweilige zweite Fluidleitung 64 des Austrittselements 6 fluiddicht vom Mischraum 63 getrennt werden kann. Hierdurch kann das Maß des Wassers pro zweiter Fluidleitung 64 reguliert werden, welches dem Mischraum 63 und damit dem Fluidgemisch zugeführt bzw. beigemischt werden soll, wodurch die Eigenschaften der Verbrennung des Fluidgemisches im Brennraum beeinflusst werden können. Hierzu können sowohl der Hauptverschluss 13 als auch die vier Nebenverschlüsse 23 seitens der Steuerungseinheit des Verbrennungsmotors gepulst betrieben werden, wobei die Pulsrate der Nebenverschlüsse 23 höher als die Pulsrate des Hauptverschlusses 13 sein kann. Die Hauptverschluss 13 und die Nebenverschlüsse 23 können somit auch als steuerbare Ventile angesehen werden. The secondary closure heads 23d can also be arranged in a ring-shaped manner on the inside of the upper end of the second fluid line 64, so that the respective second fluid line 64 of the outlet element 6 can be separated from the mixing chamber 63 in a fluid-tight manner. This makes it possible to regulate the amount of water per second fluid line 64 that is to be supplied to or mixed into the mixing chamber 63 and thus into the fluid mixture, thereby influencing the combustion properties of the fluid mixture in the combustion chamber. For this purpose, both the main closure 13 and the four secondary closures 23 can be operated in a pulsed manner by the control unit of the internal combustion engine, whereby the pulse rate of the secondary closures 23 can be higher than the pulse rate of the main closure 13. The main closure 13 and the secondary closures 23 can thus also be regarded as controllable valves.

Der erfindungsgemäße Injektor 1-6 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels ermöglicht eine feine Dosiermöglichkeit durch eine Ventilanordnung auf engstem Raum. Dadurch, dass die Vermischung der beiden Fluide erst kurz vor dem Austritt aus den Austrittsöffnungen 61 des Austrittselements 6 erfolgt, ist es möglich, sehr fein abgestimmte Wassermengen beizumischen und sogar pro Puls des Hauptverschlusses 13 und damit des Injektors 1-6 mehrere Wasserpulse durch die Nebenverschlüsse 23 auszuführen. The injector 1-6 according to the present embodiment allows for fine dosing through a valve arrangement in a very small space. Because the two fluids are only mixed shortly before exiting the outlet openings 61 of the outlet element 6, it is possible to add very finely tuned amounts of water and even to deliver multiple water pulses through the secondary closures 23 per pulse of the main closure 13 and thus of the injector 1-6.

Durch den stufenweisen Aufbau des Injektors 1-6 wie zuvor beschrieben ist es möglich, eine sichere Abdichtung zwischen den Bauteilen und den verschiedenen Fluiden zu realisieren. Eine Ausrichtung der Bauteile zueinander erfolgt mittels Stiftverbindungen, wie bereits erwähnt. Die Verbindung der Bauteile untereinander wird durch äußere aufgeschraubte Gewindehülsen bzw. Verbindungshülse 3, 5 realisiert. Die Verbindung des Endstücks in Form der beiden Grundelemente 1, 2 erfolgt mittels Schrauben (nicht dargestellt). Für die Zuleitung der Fluide sind zwei separate Zuführungen vorgesehen. The step-by-step construction of the injector 1-6 as described above makes it possible to achieve a secure seal between the components and the various fluids. The components are aligned with each other using pin connections, as already mentioned. The components are connected to each other by externally screwed-on threaded sleeves or connecting sleeves 3, 5. The end piece, consisting of the two base elements 1 and 2, is connected by screws (not shown). Two separate inlets are provided for the fluid supply.

BEZUGSZEICHENLISTE (Teil der Beschreibung) LIST OF REFERENCE SYMBOLS (part of the description)

R radiale Richtung R radial direction

U Umfangsrichtung U circumferential direction

X Längsachse X Longitudinal axis

1-6 Injektor; Einspritzdüse 1-6 Injector; injection nozzle

1 erstes Grundelement 1 first basic element

10 Aufnahmeraum; Sackloch; Sackbohrung 10 receiving space; blind hole; blind bore

11 Magnetspule 11 Solenoid coil

12 Federelement; Spiralfeder 12 Spring element; spiral spring

13 Hauptverschluss; Hauptnadel 13 Main closure; main needle

13a untere Führungselemente des Hauptverschlusses 13 13a lower guide elements of the main lock 13

13b obere Führungselemente des Hauptverschlusses 13 13b upper guide elements of the main lock 13

13c Durchflusskanäle der oberen Führungselemente 13b des Hauptverschlusses 1313c Flow channels of the upper guide elements 13b of the main closure 13

13d Hauptverschlusskopf; Hauptnadelkopf 13d Main bolt head; main needle head

14 Dichtungselement; Kupferelement 14 Sealing element; copper element

2 zweites Grundelement 2 second basic element

20 Aufnahmeräume; Sacklöcher; Sackbohrungen 20 recording rooms; blind holes; blind bores

21 Magnetspulen 21 magnetic coils

22 Federelemente; Spiralfedern 22 spring elements; coil springs

23 Nebenverschlüsse; Nebennadeln 23 secondary closures; secondary needles

23a untere Führungselemente der Nebenverschlüsse 23 23a lower guide elements of the secondary locks 23

23b obere Führungselemente der Nebenverschlüsse 23 23b upper guide elements of the secondary closures 23

23c Durchflusskanäle der oberen Führungselemente 23b der Nebenverschlüsse 2323c Flow channels of the upper guide elements 23b of the secondary closures 23

23d Nebenverschlussköpfe; Nebennadelköpfe 23d Secondary closure heads; secondary needle heads

24 Dichtungselement; Kupferelement 24 Sealing element; copper element

25 Durchgangsöffnung des Hauptverschlusses 13 25 Main lock opening 13

26 Stiftaufnahmen 26 pin receptacles

3 erstes Verbindungselement; erste Verbindungshülse 3 first connecting element; first connecting sleeve

30 zweiter Fluideinlass; Sekundärfluideinlass; Wassereinlass 30 second fluid inlet; secondary fluid inlet; water inlet

31 zweite Fluidleitung; Sekundärfluidleitung; Wasserleitung 31 second fluid line; secondary fluid line; water line

32 Dichtungselement; Kupferelement 33 Montageeinschnürung 32 Sealing element; copper element 33 Assembly constriction

4 Mittelelement 4 Middle element

40 erster Fluideinlass; Primärfluideinlasse; Wasserstoffeinlass 40 first fluid inlet; primary fluid inlets; hydrogen inlet

41 erste Fluidleitung; Primärfluidleitung; Wasserstoffleitung 41 first fluid line; primary fluid line; hydrogen line

42 Durchgangsöffnung des Hauptverschlusses 13 42 Main lock passage opening 13

43 Durchgangsöffnungen der Nebenverschlüsse 23 bzw. der zweiten Fluidleitungen43 through-openings of the secondary closures 23 or the second fluid lines

44 Dichtungselement; Kupferelement 44 Sealing element; copper element

45 Anschlusseinschnürung 45 Connection constriction

46 untere Stiftaufnahmen 46 lower pin receptacles

47 obere Stiftaufnahmen 47 upper pin receptacles

5 zweites Verbindungselement; zweite Verbindungshülse 5 second connecting element; second connecting sleeve

50 Dichtungselement; Kupferelement 50 sealing element; copper element

51 Montageeinschnürung 51 Assembly constriction

6 Austrittselement 6 Outlet element

60 Spitze 60 lace

61 Austrittsöffnungen 61 outlet openings

62 Hauptnadelaufnahme bzw. erste Fluidleitung; Primärfluidleitung; Wasserstoffleitung62 Main needle receptacle or first fluid line; primary fluid line; hydrogen line

63 Mischraum 63 Mixing room

64 Nebennadelaufnahmen der Nebenverschlüsse 23 bzw. der zweiten Fluidleitung64 secondary needle receptacles of the secondary closures 23 or the second fluid line

65 Sekundärfluidkanäle 65 secondary fluid channels

66 Stiftaufnahmen 66 pin receptacles

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 1. Injektor (1-6) zur Verbrennung eines ersten Fluids in einer Brennkammer mit wenigstens einer ersten Fluidleitung (62) zur Führung des ersten Fluids in einen Mischraum (63), mit wenigstens einer zweiten Fluidleitung (64) zur Führung eines zweiten Fluids in den Mischraum (63) und mit wenigstens einer Austrittsöffnung (61), welche den Mischraum (63) fluidführend mit der Brennkammer verbindet, ferner mit einem Hauptverschluss (13), welcher ausgebildet ist, den Austritt des gemischten Fluids aus dem Mischraum (63) durch die Austrittsöffnung (61) hindurch in die Brennkammer zu regulieren, und mit einem Nebenverschluss (23), welcher ausgebildet ist, den Austritt des zweiten Fluids aus der zweiten Fluidleitung (64) in den Mischraum (63) zu regulieren. 1. Injector (1-6) for combustion of a first fluid in a combustion chamber, comprising at least one first fluid line (62) for conducting the first fluid into a mixing chamber (63), at least one second fluid line (64) for conducting a second fluid into the mixing chamber (63), and at least one outlet opening (61) which connects the mixing chamber (63) to the combustion chamber in a fluid-conducting manner, further comprising a main closure (13) which is designed to regulate the outlet of the mixed fluid from the mixing chamber (63) through the outlet opening (61) into the combustion chamber, and a secondary closure (23) which is designed to regulate the outlet of the second fluid from the second fluid line (64) into the mixing chamber (63). 2. Injektor (1-6) nach Anspruch 1, wobei die erste Fluidleitung (62) ausgebildet ist, das erste Fluid geradlinig zur Austrittsöffnung (61) hin zu führen, wobei der Mischraum (63) schräg, vorzugsweise kegelförmig, zur Austrittsöffnung (61) hin zulaufend ausgebildet ist, und wobei die zweite Fluidleitung (64) ausgebildet ist, das zweite Fluid tangential der schrägen Innenseite des Mischraums (63) zu zuführen. 2. Injector (1-6) according to claim 1, wherein the first fluid line (62) is designed to guide the first fluid in a straight line towards the outlet opening (61), wherein the mixing chamber (63) is designed to taper obliquely, preferably conically, towards the outlet opening (61), and wherein the second fluid line (64) is designed to supply the second fluid tangentially to the oblique inner side of the mixing chamber (63). 3. Injektor (1-6) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Fluidleitung (64) in wenigstens einen Sekundärfluidkanal (65) übergeht und wobei der Sekundärfluidkanal (65) in den Mischraum (63) führt. 3. Injector (1-6) according to claim 1 or 2, wherein the second fluid line (64) merges into at least one secondary fluid channel (65) and wherein the secondary fluid channel (65) leads into the mixing chamber (63). 4. Injektor (1-6) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Nebenverschluss (23) mit einem, vorzugsweise halbrunden, Nebenverschlusskopf (23d) endet, welcher ausgebildet ist, zumindest ringförmig an einem sich verengenden Ende der zweiten Fluidleitung (64) fluiddicht anzuliegen. 4. Injector (1-6) according to one of the preceding claims, wherein the secondary closure (23) ends with a preferably semicircular secondary closure head (23d) which is designed to bear fluid-tightly at least annularly against a narrowing end of the second fluid line (64). 5. Injektor (1-6) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Nebenverschluss (23) ausgebildet ist, zwischen einer fluiddicht geschlossenen Stellung der zweiten Fluidleitung (64) und einer fluidführenden geöffneten Stellung der zweiten Fluidleitung (64) hin und her bewegt zu werden. 5. Injector (1-6) according to one of the preceding claims, wherein the secondary closure (23) is designed to be moved back and forth between a fluid-tight closed position of the second fluid line (64) and a fluid-conducting open position of the second fluid line (64). 6. Injektor (1-6) nach Anspruch 5, wobei der Nebenverschluss (23) ausgebildet ist, mittels einer Magnetspule (21) und eines Federelements (22) hin und her bewegt zu werden. 6. Injector (1-6) according to claim 5, wherein the secondary closure (23) is designed to be moved back and forth by means of a magnetic coil (21) and a spring element (22). 7. Injektor (1-6) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Mehrzahl zweiter Fluidleitungen (64) jeweils zur Führung des zweiten Fluids in den Mischraum (63), wobei jeder Nebenverschluss (23) ausgebildet ist, den Austritt des zweiten Fluids aus der jeweiligen zweiten Fluidleitung (64) in den Mischraum (63) zu regulieren. 7. Injector (1-6) according to one of the preceding claims, comprising a plurality of second fluid lines (64), each for guiding the second fluid into the mixing chamber (63), wherein each secondary closure (23) is designed to regulate the outlet of the second fluid from the respective second fluid line (64) into the mixing chamber (63). 8. Injektor (1-6) nach Anspruch 7, wobei um die erste Fluidleitung (62) herum vier um 90° zueinander versetzte zweite Fluidleitungen (64) angeordnet sind. 8. Injector (1-6) according to claim 7, wherein four second fluid lines (64) offset by 90° to one another are arranged around the first fluid line (62). 9. Injektor (1-6) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Injektor (1-6) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und wobei die erste Fluidleitung (62) koaxial verläuft. 9. Injector (1-6) according to one of the preceding claims, wherein the injector (1-6) is substantially cylindrical and wherein the first fluid line (62) extends coaxially. 10. Injektor (1-6) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Hauptverschluss (13) mit einem, vorzugsweise halbrunden, Hauptverschlusskopf (13d) endet, welcher ausgebildet ist, zumindest ringförmig an einer sich kegelförmig verengenden Ende der Mischkammer (63) fluiddicht anzuliegen. 10. Injector (1-6) according to one of the preceding claims, wherein the main closure (13) ends with a preferably semicircular main closure head (13d) which is designed to bear fluid-tightly at least annularly against a conically narrowing end of the mixing chamber (63). 11. Injektor (1-6) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Hauptverschluss (13) ausgebildet ist, zwischen einer fluiddicht geschlossenen Stellung der Austrittsöffnung (61) und einer fluidführenden geöffneten Stellung der Austrittsöffnung (61) hin und her bewegt zu werden. 11. Injector (1-6) according to one of the preceding claims, wherein the main closure (13) is designed to be moved back and forth between a fluid-tight closed position of the outlet opening (61) and a fluid-conducting open position of the outlet opening (61). 12. Injektor (1-6) nach Anspruch 11, wobei der Hauptverschluss (13) ausgebildet ist, mittels einer Magnetspule (11) und eines12. Injector (1-6) according to claim 11, wherein the main closure (13) is formed by means of a magnetic coil (11) and a Federelements (12) hin und her bewegt zu werden. spring element (12) to be moved back and forth. 13. Injektor (1-6) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Fluid Wasserstoff und das zweite Fluid Wasser ist. 13. Injector (1-6) according to one of the preceding claims, wherein the first fluid is hydrogen and the second fluid is water. 14. Verbrennungsmotor mit wenigstens einem Injektor (1-6) nach einem der vorangehenden Ansprüche. 14. Internal combustion engine with at least one injector (1-6) according to one of the preceding claims. 15. Verbrennungsmotor nach Anspruch 14 mit einer Steuerungseinheit, welche ausgebildet und eingerichtet ist, den Hauptverschluss (13) und den Nebenverschluss (23) zu steuern, wobei die Steuerungseinheit vorzugsweise ausgebildet ist, den Hauptverschluss (13) und den Nebenverschluss (23) jeweils gepulst, vorzugsweise pro Puls des Hauptverschlusses (13) den15. Internal combustion engine according to claim 14, comprising a control unit which is designed and configured to control the main closure (13) and the secondary closure (23), wherein the control unit is preferably designed to control the main closure (13) and the secondary closure (23) in a pulsed manner, preferably per pulse of the main closure (13). Nebenverschluss (23) mehrfach gepulst, zu betreiben. Secondary shutter (23) to be operated with multiple pulses.
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