DE102023000905A1

DE102023000905A1 - Gas engine, in particular for a motor vehicle, method for operating such a gas engine, motor vehicle and work machine

Info

Publication number: DE102023000905A1
Application number: DE102023000905.9A
Authority: DE
Inventors: Frank Altenschmidt; Werner Holly; Michael Wagenplast; Herbert Zoeller
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2023-03-10
Filing date: 2023-03-10
Publication date: 2024-09-12
Also published as: WO2024188604A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gasmotor (10), mit wenigstens einen Brennraum (12), welcher mit einem gasförmigen Kraftstoff (24) versorgbar ist, mit einem dem Brennraum (12) zugeordneten Zündelement (30), welches zwei in einem Elektrodenabstand zueinander angeordnete Elektroden (46, 48) aufweist, mittels welchen wenigstens ein Zündfunke zum Zünden eines zumindest den gasförmigen Kraftstoff und Luft umfassenden Gemisches erzeugbar ist, und mit wenigstens einem dem Brennraum (12) zugeordneten Gaswechselventil (40), wobei der Elektrodenabstand in einem Bereich von einschließlich 0,1 Millimeter bis einschließlich 1,4 Millimeter, insbesondere bis einschließlich 0,7 Millimeter, liegt. Das Gaswechselventil (40) weist in seinem Inneren (50) einen Aufnahmeraum (52) auf, in welchem ein Wärmeabfuhrmittel (54) aufgenommen ist, mittels welchem Wärme von einem ersten Teilbereich (T1) des Gaswechselventils (40) in einen zweiten Teilbereich (T2) des Gaswechselventils (40) abführbar ist.

The invention relates to a gas engine (10) with at least one combustion chamber (12) which can be supplied with a gaseous fuel (24), with an ignition element (30) assigned to the combustion chamber (12) which has two electrodes (46, 48) arranged at an electrode distance from one another, by means of which at least one ignition spark can be generated for igniting a mixture comprising at least the gaseous fuel and air, and with at least one gas exchange valve (40) assigned to the combustion chamber (12), wherein the electrode distance is in a range from 0.1 millimeters to 1.4 millimeters inclusive, in particular up to and including 0.7 millimeters. The gas exchange valve (40) has in its interior (50) a receiving space (52) in which a heat dissipation means (54) is accommodated, by means of which heat can be dissipated from a first partial region (T1) of the gas exchange valve (40) to a second partial region (T2) of the gas exchange valve (40).

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Gasmotors. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen Gasmotor. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Arbeitsmaschine.The invention relates to a gas engine, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a method for operating such a gas engine. The invention also relates to a motor vehicle with at least one such gas engine. The invention also relates to a work machine.

Der DE 198 53 357 A1 ist ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Ottomotor, als bekannt zu entnehmen. Des Weiteren offenbart die DE 199 29 944 B4 eine Vorrichtung zum Einbringen von Luft und Kraftstoff in den Verbrennungsraum einer Otto-Brennkraftmaschine. Außerdem ist aus der DE 199 32 119 C2 eine fremdgezündete Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt.The DE 198 53 357 A1 a cylinder head for an internal combustion engine, in particular for a gasoline engine, is known. Furthermore, the DE 199 29 944 B4 a device for introducing air and fuel into the combustion chamber of an Otto internal combustion engine. In addition, the DE 199 32 119 C2 a spark-ignited reciprocating piston internal combustion engine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gasmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Gasmotors, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Gasmotor und eine Arbeitsmaschine mit einem solchen Gasmotor zu schaffen, sodass ein besonders vorteilhafter Betrieb des Gasmotors realisiert werden kann.The object of the present invention is to provide a gas engine, in particular for a motor vehicle, a method for operating such a gas engine, a motor vehicle with such a gas engine and a work machine with such a gas engine, so that a particularly advantageous operation of the gas engine can be realized.

Diese Aufgabe wird durch einen Gasmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13, durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 sowie eine Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a gas engine with the features of patent claim 1, by a method with the features of patent claim 13, by a motor vehicle with the features of patent claim 14 and a work machine with the features of patent claim 15. Advantageous embodiments with expedient further developments of the invention are specified in the remaining claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Gasmotor, insbesondere für eine Arbeitsmaschine oder für ein Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass die einfach auch als Arbeitsgerät bezeichnete Arbeitsmaschine oder das einfach auch als Fahrzeug bezeichnete und vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Lastkraftwagen, Transporter und Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand des Gasmotors aufweist und mittels des Gasmotors antreibbar ist. Vorzugsweise ist der Gasmotor ein Wasserstoffmotor. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug ein Lastkraftwagen, ein Transporter oder ein Bus oder ein anderes Kraftfahrzeug sein. Der Gasmotor weist wenigstens einen Brennraum auf. Insbesondere ist der Gasmotor in einem befeuerten Betrieb und somit befeuert betreibbar. In dem befeuerten Betrieb laufen in dem Brennraum Verbrennungsvorgänge ab. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels des Gasmotors, insbesondere genau, ein jeweiliger der Verbrennungsvorgänge in dem Brennraum abläuft. Ganz vorzugsweise weist der Gasmotor mehrere Brennräume auf, nämlich den zuvor genannten Brennraum und wenigstens einen oder mehrere, weitere Brennräume. Die vorigen und folgenden Ausführungen zu dem Brennraum sind ohne Weiteres auch auf die weiteren Brennräume übertragbar und umgekehrt. Der Brennraum ist mit einem gasförmigen Kraftstoff versorgbar. Dies bedeutet, dass der gasförmige Kraftstoff zumindest mittelbar, insbesondere direkt, in den Brennraum eingebracht, insbesondere eingeblasen, werden kann. Vorzugsweise handelt es sich bei dem gasförmigen Kraftstoff um Wasserstoff, sodass der Gasmotor vorzugsweise als ein Wasserstoffmotor ausgebildet ist. Insbesondere wird der gasförmige Kraftstoff innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels des Gasmotors in den Brennraum eingebracht. Dem Brennraum ist ein Zündelement zugeordnet, mittels welchem, insbesondere innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels, wenigstens oder genau ein Zündfunke erzeugbar ist. Mittels des Zündfunkens kann, insbesondere innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels, ein auch als Kraftstoff-Luft-Gemisch bezeichnetes Gemisch gezündet und in der Folge verbrannt werden, wobei das Gemisch zumindest den in den Brennraum eingebrachten, gasförmigen Kraftstoff und Luft umfasst, die beispielsweise, insbesondere innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels, in den Brennraum einleitbar ist oder eingeleitet wird. Beispielsweise ist das Zündelement eine Zündkerze. Durch das Zünden des Gemisches verbrennt das Gemisch insbesondere innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels, sodass bei dem jeweiligen, insbesondere innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels ablaufenden Verbrennungsvorgang, das Gemisch in Folge dessen Zündung verbrennt.A first aspect of the invention relates to a gas engine, in particular for a work machine or for a motor vehicle. This means that the work machine, also simply referred to as a work device, or the motor vehicle, also simply referred to as a vehicle and preferably designed as a motor vehicle, in particular as a truck, van or passenger car, has the gas engine in its fully manufactured state and can be driven by means of the gas engine. The gas engine is preferably a hydrogen engine. In particular, the motor vehicle can be a truck, a van or a bus or another motor vehicle. The gas engine has at least one combustion chamber. In particular, the gas engine is in a fired mode and can therefore be operated in a fired mode. In the fired mode, combustion processes take place in the combustion chamber. In particular, it is provided that within a respective working cycle of the gas engine, in particular precisely, a respective one of the combustion processes takes place in the combustion chamber. Very preferably, the gas engine has several combustion chambers, namely the aforementioned combustion chamber and at least one or more further combustion chambers. The previous and following statements on the combustion chamber can also be easily applied to the other combustion chambers and vice versa. The combustion chamber can be supplied with a gaseous fuel. This means that the gaseous fuel can be introduced, in particular blown, into the combustion chamber at least indirectly, in particular directly. The gaseous fuel is preferably hydrogen, so that the gas engine is preferably designed as a hydrogen engine. In particular, the gaseous fuel is introduced into the combustion chamber within the respective working cycle of the gas engine. An ignition element is assigned to the combustion chamber, by means of which at least or exactly one ignition spark can be generated, in particular within the respective working cycle. By means of the ignition spark, in particular within the respective working cycle, a mixture also referred to as a fuel-air mixture can be ignited and subsequently burned, wherein the mixture comprises at least the gaseous fuel introduced into the combustion chamber and air, which can be introduced or is introduced into the combustion chamber, for example, in particular within the respective working cycle. For example, the ignition element is a spark plug. By igniting the mixture, the mixture burns, in particular within the respective working cycle, so that during the respective combustion process, in particular within the respective working cycle, the mixture burns as a result of its ignition.

Insbesondere weist der Gasmotor eine vorzugsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, über welche der Gasmotor Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann. Vorzugsweise ist der Gasmotor als ein Vier-Takt-Motor ausgebildet, sodass das jeweilige Arbeitsspiel genau zwei vollständige Umdrehungen der Abtriebswelle, insbesondere genau 720 Grad Kurbelwinkel, umfasst. Ferner wäre es denkbar, dass der Gasmotor als ein Zwei-Takt-Motor ausgebildet ist, sodass das jeweilige Arbeitsspiel genau eine vollständige Umdrehung der Abtriebswelle, insbesondere genau 360 Grad Kurbelwinkel, umfasst. Ganz insbesondere ist der Gasmotor als ein Hubkolbenmotor, mithin als eine Hubkolbenmaschine ausgebildet. Dabei ist der Brennraum teilweise durch einen Zylinder und teilweise durch einen translatorisch bewegbar in dem Zylinder angeordneten Kolben begrenzt. Der Zylinder ist beispielsweise durch ein Gehäuseelement des Gasmotors gebildet oder begrenzt, wobei das Gehäuseelement beispielsweise ein Zylindergehäuse, insbesondere ein Zylinderkurbelgehäuse, des Gasmotors sein kann. Beispielsweise ist der Kolben über ein Pleuel gelenkig mit der Abtriebswelle gekoppelt. Die Abtriebswelle ist um eine Abtriebswellendrehachse relativ zu dem Gehäuseelement drehbar. Durch das Zünden und Verbrennen des Gemisches ist der Kolben antreibbar. Durch Antreiben des Kolbens wird über das Pleuel von dem Kolben die Kurbelwelle angetrieben und somit um die Abtriebswellendrehachse relativ zu dem Gehäuseelement gedreht, sodass durch die gelenkige Kopplung des Kolbens mit der Abtriebswelle translatorische Bewegungen des Kolbens in dem Zylinder in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgewandelt werden können, die sich bei ihren rotatorischen Bewegungen um die Abtriebswelle relativ zu dem Gehäuseelement dreht. Insbesondere ist der Kolben zwischen einem unteren Totpunkt (UT) und einen oberen Totpunkt (OT) des Kolbens in dem Zylinder bewegbar, insbesondere hin- und herbewegbar. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der untere Totpunkt des Kolbens und der obere Totpunkt des Kolbens jeweils genau zwei Mal auftritt, mithin der Kolben innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels genau zwei Mal in seinen oberen Totpunkt und zwei Mal in seinen unteren Totpunkt kommt.In particular, the gas engine has an output shaft, preferably designed as a crankshaft, via which the gas engine can provide torque for driving the motor vehicle. The gas engine is preferably designed as a four-stroke engine, so that the respective working cycle comprises exactly two complete revolutions of the output shaft, in particular exactly 720 degrees crank angle. It would also be conceivable for the gas engine to be designed as a two-stroke engine, so that the respective working cycle comprises exactly one complete revolution of the output shaft, in particular exactly 360 degrees crank angle. In particular, the gas engine is designed as a reciprocating piston engine, thus as a reciprocating piston machine. The combustion chamber is partially delimited by a cylinder and partially by a piston arranged in the cylinder so as to be translationally movable. The cylinder is formed or delimited, for example, by a housing element of the gas engine, wherein the housing element can be, for example, a cylinder housing, in particular a cylinder crankcase, of the gas engine. for example, the piston is articulated to the output shaft via a connecting rod. The output shaft can be rotated about an output shaft axis of rotation relative to the housing element. The piston can be driven by igniting and burning the mixture. By driving the piston, the crankshaft is driven by the piston via the connecting rod and thus rotated about the output shaft axis of rotation relative to the housing element, so that the articulated coupling of the piston to the output shaft can convert translational movements of the piston in the cylinder into a rotary movement of the crankshaft, which rotates about the output shaft relative to the housing element during its rotary movements. In particular, the piston can be moved, in particular moved back and forth, between a bottom dead center (BDC) and a top dead center (TDC) of the piston in the cylinder. In particular, it is provided that within the respective working cycle the bottom dead center of the piston and the top dead center of the piston each occur exactly twice, thus the piston reaches its top dead center exactly twice and its bottom dead center twice within the respective working cycle.

Dem Brennraum ist auch wenigstens ein Gaswechselventil zugeordnet, welches insbesondere als ein Tellerventil ausgebildet sein kann. Insbesondere ist das Gaswechselventil einem Gaskanal des Gasmotors zugeordnet. Der Brennraum ist beispielsweise auch teilweise durch ein Brennraumdach begrenzt, wobei das Brennraumdach beispielsweise durch einen Zylinderkopf des Gasmotors gebildet ist. Insbesondere ist der Zylinderkopf separat von dem Gehäuseelement ausgebildet und mit dem Gehäuseelement verbunden. Dabei verläuft beispielsweise der Gaskanal innerhalb des Zylinderkopfs, sodass der Gaskanal durch den Zylinderkopf gebildet ist. Das Gaswechselventil ist beispielsweise relativ zu dem Zylinderkopf, insbesondere translatorisch, zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegbar. Somit bewegt sich beispielsweise das Gaswechselventil während eines Betriebs des Gasmotors, insbesondere während des befeuerten Betriebs des Gasmotors, relativ zu dem Zylinderkopf, insbesondere translatorisch, zwischen der Schließstellung und der Offenstellung, insbesondere hin und her. In der Schließstellung ist durch das Gaswechselventil der zugeordnete Gaskanal fluidisch versperrt, sodass beispielsweise kein Gas aus dem Brennraum in den Gaskanal einströmen oder sodass umgekehrt kein Gas aus dem Gaskanal in den Brennraum einströmen kann. In der Offenstellung jedoch gibt das Gaswechselventil den zugeordneten Gaskanal frei, sodass beispielsweise Gas aus dem Brennraum in den Gaskanal oder umgekehrt Gas aus dem Gaskanal in den Brennraum strömen kann. Grundsätzlich ist es denkbar, dass das Gaswechselventil als ein Einlassventil ausgebildet ist, sodass der Gaskanal als ein Einlasskanal ausgebildet ist. Somit handelt es sich beispielsweise bei dem zuvor genannten Gas um die Luft, die beispielsweise den Einlasskanal durchströmen und in der Offenstellung des Einlassventils aus dem Einlasskanal ausströmen und in den Brennraum einströmen kann, wodurch die Luft in den Brennraum eingeleitet, mithin dem Brennraum zugeführt wird. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn das Gaswechselventil ein Auslassventil ist, sodass der Gaskanal ein Auslasskanal ist. Aus dem Zünden und Verbrennen des Gemisches resultiert Abgas des Gasmotors. Ist das Gaswechselventil ein Auslassventil, sodass der Gaskanal ein Auslasskanal ist, so handelt es sich bei dem zuvor genannten Gas um das genannte Abgas des Gasmotors. Somit kann in der Offenstellung des Gaswechselventils das Abgas aus dem Brennraum ausströmen und in den Auslasskanal einströmen und in der Folge den Auslasskanal durchströmen, sodass das Abgas über den Auslasskanal aus dem Brennraum abführbar ist.At least one gas exchange valve is also assigned to the combustion chamber, which can in particular be designed as a poppet valve. In particular, the gas exchange valve is assigned to a gas channel of the gas engine. The combustion chamber is also partially delimited, for example, by a combustion chamber roof, the combustion chamber roof being formed, for example, by a cylinder head of the gas engine. In particular, the cylinder head is formed separately from the housing element and connected to the housing element. In this case, for example, the gas channel runs within the cylinder head, so that the gas channel is formed by the cylinder head. The gas exchange valve can be moved, for example, relative to the cylinder head, in particular translationally, between a closed position and at least one open position. Thus, for example, the gas exchange valve moves during operation of the gas engine, in particular during fired operation of the gas engine, relative to the cylinder head, in particular translationally, between the closed position and the open position, in particular back and forth. In the closed position, the associated gas channel is fluidically blocked by the gas exchange valve, so that, for example, no gas can flow from the combustion chamber into the gas channel or, conversely, no gas can flow from the gas channel into the combustion chamber. In the open position, however, the gas exchange valve releases the associated gas channel, so that, for example, gas can flow from the combustion chamber into the gas channel or, conversely, gas can flow from the gas channel into the combustion chamber. In principle, it is conceivable that the gas exchange valve is designed as an inlet valve, so that the gas channel is designed as an inlet channel. Thus, for example, the previously mentioned gas is the air, which can flow through the inlet channel, for example, and, in the open position of the inlet valve, flow out of the inlet channel and flow into the combustion chamber, whereby the air is introduced into the combustion chamber and thus supplied to the combustion chamber. However, it has proven particularly advantageous if the gas exchange valve is an outlet valve, so that the gas channel is an outlet channel. The ignition and combustion of the mixture results in exhaust gas from the gas engine. If the gas exchange valve is an exhaust valve, so that the gas channel is an exhaust channel, the gas mentioned above is the exhaust gas of the gas engine. Thus, when the gas exchange valve is in the open position, the exhaust gas can flow out of the combustion chamber and into the exhaust channel and subsequently flow through the exhaust channel, so that the exhaust gas can be discharged from the combustion chamber via the exhaust channel.

Das Zündelement weist, insbesondere wenigstens oder genau, zwei in einem Elektrodenabstand zueinander angeordnete Elektroden auf. Eine der Elektroden kann beispielsweise eine Mittelelektrode und die andere Elektrode eine Masseelektrode sein, oder die Elektroden sind Masseelektroden. Beispielsweise kann das Zündelement mehr als zwei Elektroden aufweisen, wobei beispielsweise 2 bis 4 Elektroden, insbesondere Masseelektroden vorgesehen sein können. Der Elektrodenabstand wird auch als erster Abstand bezeichnet. Mittels der Elektroden ist, insbesondere innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels, der genannte Zündfunke erzeugbar, insbesondere derart, dass der Zündfunke zwischen den Elektroden, insbesondere zwischen auch als Zündstellen bezeichneten Zündbereichen der Elektroden, ausbildbar ist oder ausgebildet wird. Diesbezüglich ist insbesondere vorgesehen, dass der Elektrodenabstand ein Abstand zwischen den Zündbereichen ist. Mit anderen Worten weist eine erste der Elektroden einen ersten der Zündbereiche auf, wobei eine zweite der Elektroden einen zweiten der Zündbereiche aufweist. Dabei ist oder wird der Zündfunke zwischen dem ersten Zündbereich und dem zweiten Zündbereich erzeugbar oder erzeugt. Mit anderen Worten ist der Zündfunke zum Zünden des Gemisches zwischen dem ersten Zündbereich und dem zweiten Zündbereich ausbildbar. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt bildet sich dann, wenn mittels des Zündelements der Zündfunke zum Zünden des Gemisches erzeugt wird, der Zündfunke zwischen den Zündbereichen, mithin zwischen dem ersten Zündbereich der ersten Elektrode und dem zweiten Zündbereich der zweiten Elektrode, aus. Ganz insbesondere ist der Elektrodenabstand der kleinste Abstand zwischen den Elektroden, insbesondere zwischen den Zündbereichen. Beispielsweise bildet sich der Zündfunke zwischen den Elektroden, insbesondere zwischen den Zündbereichen der Elektroden, derart aus, dass der Zündfunke von einer der Elektroden, insbesondere von einem der Zündbereich, auf die oder zu der anderen Elektrode, insbesondere auf den oder zu dem anderen Zündbereich, überspringt und dann zwischen den Elektroden, insbesondere zwischen den Zündbereichen, zumindest vorübergehenden stehen bleibt.The ignition element has, in particular, at least or exactly two electrodes arranged at an electrode distance from one another. One of the electrodes can be, for example, a center electrode and the other electrode a ground electrode, or the electrodes are ground electrodes. For example, the ignition element can have more than two electrodes, wherein, for example, 2 to 4 electrodes, in particular ground electrodes, can be provided. The electrode distance is also referred to as the first distance. The ignition spark mentioned can be generated by means of the electrodes, in particular within the respective operating cycle, in particular in such a way that the ignition spark can be or is formed between the electrodes, in particular between ignition regions of the electrodes, also referred to as ignition points. In this regard, it is particularly provided that the electrode distance is a distance between the ignition regions. In other words, a first of the electrodes has a first of the ignition regions, wherein a second of the electrodes has a second of the ignition regions. The ignition spark can be or is generated between the first ignition region and the second ignition region. In other words, the ignition spark for igniting the mixture can be formed between the first ignition region and the second ignition region. In other words, when the ignition spark for igniting the mixture is generated by means of the ignition element, the ignition spark is formed between the ignition regions, thus between the first ignition region of the first electrode and the second ignition region of the second electrode. In particular, the electrode spacing is the smallest distance between the electrodes, in particular between the ignition regions. For example, the ignition spark is formed between the elect , in particular between the ignition regions of the electrodes, in such a way that the ignition spark jumps from one of the electrodes, in particular from one of the ignition regions, to or to the other electrode, in particular to or to the other ignition region, and then stops between the electrodes, in particular between the ignition regions, at least temporarily.

Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb des Gasmotors realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Elektrodenabstand, insbesondere in einem Neuzustand des Gasmotors und somit des Zündelements, das heißt unmittelbar nach einer vollständigen Herstellung des Gasmotors, in einem Bereich von einschließlich 0,1 Millimeter bis einschließlich 1,4 Millimeter, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 0,1 Millimeter bis einschließlich 0,7 Millimeter und ganz insbesondere in einem Bereich von 0,3 Millimeter bis 0,7 Millimeter liegt oder einem Bereich von 0,2 Millimeter bis 0,5 Millimeter, liegt. Dadurch ist der Elektrodenabstand hinreichend groß, um das Gemisch sicher zünden zu können. Gleichzeitig ist der Elektrodenabstand vorteilhaft gering, um eine besonders kompakte Bauweise des Zündelements zu schaffen. Dadurch können sich im Betrieb des Gasmotors ausbildende, übermäßig heiße und auch als Hotspots bezeichnete Stellen vermieden werden, oder eine Anzahl von solchen Hotspots kann vorteilhaft gering gehalten werden, sodass insbesondere während des befeuerten Betriebs des Gasmotors eine vorteilhafte Verbrennung des Gemisches gewährleistet werden kann. Insbesondere können unerwünschte Vorentflammungen vermieden werden, oder eine Wahrscheinlichkeit, dass es zu solchen Vorentflammungen kommt, kann besonders gering gehalten werden. Des Weiteren ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das beispielsweise als Zündkerze ausgebildete Zündelement insbesondere hinsichtlich seiner Geometrie derart, insbesondere konstruktiv, ausgelegt und somit ausgestaltet ist, dass das Zündelement keine hervorstehenden oder spitzen Stellen oder Geometrien aufweist. Dadurch können Hotspots oder eine übermäßig hohe Anzahl von solchen Hotspots vermieden werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich hervorstehend oder spitze Geometrien oder Stellen während eines jeweiligen Arbeitstakts des jeweiligen Arbeitsspiels sehr stark erhitzen können und in einem darauffolgenden Verdichtungstakt den in den Brennraum eingebrachten und insbesondere eingedüsten, beispielsweise als Wasserstoff ausgebildeten, gasförmigen Kraftstoff vorzeitig entzünden können, sodass Vorentflammungen entstehen können. Dies kann damit vermieden werden. Somit weist vorzugsweise das Zündelement eine solche Geometrie auf, dass Hotspots oder eine übermäßig hohe Anzahl von Hotspots vermieden werden können beziehungsweise kann. Außerdem weist vorzugsweise das Zündelement eine solche, insbesondere außenumfangsseitige Geometrie auf und/oder das Zündelement ist vorzugsweise aus einem solchen Werkstoff gebildet, dass Wärme besonders vorteilhaft und schnell abgeleitet werden kann, sodass Hotspots beziehungsweise eine übermäßig hohe Anzahl von solchen Hotspots vermieden werden können beziehungsweise kann. Insbesondere ermöglicht es der vorteilhaft geringe, erfindungsgemäß vorgesehene Elektrodenabstand, übermäßig überstehende und scharfkantige Teile oder Stellen des Zündelements zu vermeiden, sodass Hotspots vermieden oder in ihrer Anzahl vorteilhaft gering gehalten werden können.In order to be able to realize a particularly advantageous operation of the gas engine, it is provided according to the invention that the electrode distance, in particular in a new state of the gas engine and thus of the ignition element, i.e. immediately after the gas engine has been completely manufactured, is in a range of 0.1 millimeters up to and including 1.4 millimeters, in particular in a range of 0.1 millimeters up to and including 0.7 millimeters and very particularly in a range of 0.3 millimeters up to and including 0.7 millimeters or a range of 0.2 millimeters up to and including 0.5 millimeters. As a result, the electrode distance is sufficiently large to be able to ignite the mixture reliably. At the same time, the electrode distance is advantageously small in order to create a particularly compact design of the ignition element. As a result, excessively hot spots that form during operation of the gas engine and are also referred to as hotspots can be avoided, or a number of such hotspots can advantageously be kept low, so that advantageous combustion of the mixture can be ensured, in particular during fired operation of the gas engine. In particular, undesirable pre-ignitions can be avoided, or the probability of such pre-ignitions occurring can be kept particularly low. Furthermore, it is preferably provided that the ignition element, which is designed as a spark plug, for example, is designed, in particular structurally, in particular with regard to its geometry, and thus configured such that the ignition element has no protruding or pointed points or geometries. Hotspots or an excessively high number of such hotspots can thus be avoided. The invention is based on the finding that protruding or pointed geometries or points can heat up very strongly during a respective working cycle of the respective working cycle and can prematurely ignite the gaseous fuel introduced into the combustion chamber and in particular injected, for example in the form of hydrogen, in a subsequent compression cycle, so that pre-ignitions can occur. This can thus be avoided. The ignition element therefore preferably has a geometry such that hotspots or an excessively high number of hotspots can be avoided. In addition, the ignition element preferably has such a geometry, in particular on the outer circumference, and/or the ignition element is preferably made of such a material that heat can be dissipated particularly advantageously and quickly, so that hotspots or an excessively high number of such hotspots can be avoided. In particular, the advantageously small electrode spacing provided according to the invention makes it possible to avoid excessively protruding and sharp-edged parts or areas of the ignition element, so that hotspots can be avoided or their number can be advantageously kept low.

Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das vorzugsweise als Auslassventil ausgebildete Gaswechselventil in seinem Inneren wenigstens oder genau einen insbesondere als Hohlraum ausgebildeten Aufnahmeraum aufweist, welcher beispielsweise vollumfänglich nach außen, das heißt zu einer Umgebung des Gaswechselventils hin geschlossen ist. In dem Aufnahmeraum ist ein Wärmeabfuhrmittel aufgenommen. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Aufnahmeraum nicht vollständig, sondern nur teilweise und somit beispielsweise zu höchstens 80%, insbesondere höchstens 60%, mit dem Wärmeabfuhrmittel gefüllt ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Aufnahmeraum ein Volumen aufweist, wobei vorzugsweise höchstens 80%, insbesondere höchstens 60%, des Volumens mit dem Wärmeabfuhrmittel gefüllt wird. Mittels des Wärmeabfuhrmittels kann Wärme von wenigstens oder genau einem ersten Teilbereich des Gaswechselventils in wenigstens oder genau einen, von dem ersten Teilbereich unterschiedlichen, zweiten Teilbereich des Gaswechselventils abgeführt werden, sodass eine übermäßig hohe Temperatur des ersten Teilbereichs insbesondere während des befeuerten Betriebs vermieden werden kann. Dadurch kann vermieden werden, dass während des befeuerten Betriebs des Gasmotors der erste Teilbereich zu einer übermäßig heißen Stelle, mithin zu einem Hotspot wird, wodurch Vorentflammungen vermieden werden können.Furthermore, according to the invention, it is provided that the gas exchange valve, which is preferably designed as an outlet valve, has at least or exactly one receiving space in its interior, in particular designed as a cavity, which is, for example, completely closed to the outside, i.e. to the surroundings of the gas exchange valve. A heat dissipation means is accommodated in the receiving space. It is preferably provided that the receiving space is not completely, but only partially and thus, for example, to a maximum of 80%, in particular a maximum of 60%, filled with the heat dissipation means. This is to be understood in particular that the receiving space has a volume, wherein preferably a maximum of 80%, in particular a maximum of 60%, of the volume is filled with the heat dissipation means. By means of the heat dissipation means, heat can be dissipated from at least or exactly one first partial area of the gas exchange valve into at least or exactly one second partial area of the gas exchange valve, which is different from the first partial area, so that an excessively high temperature of the first partial area can be avoided, in particular during fired operation. This can prevent the first partial area from becoming an excessively hot spot during fired operation of the gas engine, thus preventing pre-ignition.

Vorzugsweise weist das Wärmeabfuhrmittel eine Schmelztemperatur auf, welche vorzugsweise größer als 50 Grad Celsius und vorzugsweise geringer als 120 Grad Celsius, insbesondere geringer als 100 Grad Celsius, ist. Weist das Wärmeabfuhrmittel eine Temperatur auf, welche niedriger als die Schmelztemperatur ist, so ist beispielsweise das Wärmeabfuhrmittel fest und/oder die Wärmeabfuhr ist geringer als wenn das Wärmeabfuhrmittel flüssig ist. Dies bedeutet, dass dann, wenn die Temperatur des Wärmeabfuhrmittels geringer als die Schmelztemperatur des Wärmeabfuhrmittels ist, das Wärmeabfuhrmittel beispielsweise in dem Aufnahmeraum als Festkörper, mithin in einem festen Aggregatzustand vorliegt. Insbesondere ist das Wärmeabfuhrmittel separat von dem Gaswechselventil ausgebildet. Ab der Schmelztemperatur, das heißt dann, wenn die Temperatur des Wärmeabfuhrmittels der Schmelztemperatur entspricht oder höher als die Schmelztemperatur und insbesondere geringer als eine Siedetemperatur des Wärmeabfuhrmittels ist, ist das Wärmeabfuhrmittel flüssig, mithin in einem flüssigen Aggregatzustand in dem Aufnahmeraum angeordnet. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt, entspricht die Temperatur des Wärmeabfuhrmittels der Schmelztemperatur oder ist die Temperatur des Wärmeabfuhrmittels höher als die Schmelztemperatur und insbesondere geringer als eine Siedetemperatur des Wärmeabfuhrmittels, so liegt Wärmeabfuhrmittel in einem flüssigen Aggregatzustand in dem Aufnahmeraum vor.Preferably, the heat dissipation agent has a melting temperature which is preferably greater than 50 degrees Celsius and preferably less than 120 degrees Celsius, in particular less than 100 degrees Celsius. If the heat dissipation agent has a temperature which is lower than the melting temperature, for example, the heat dissipation agent is solid and/or the heat dissipation is less than if the heat dissipation agent is liquid. This means that if the temperature of the heat dissipation agent is lower than the melting temperature of the heat dissipation agent, the heat dissipation agent is present, for example, in the receiving space as a solid body, thus in a solid state of aggregation. In particular, the heat dissipation agent is medium is formed separately from the gas exchange valve. From the melting temperature, that is to say when the temperature of the heat dissipation medium corresponds to the melting temperature or is higher than the melting temperature and in particular lower than a boiling temperature of the heat dissipation medium, the heat dissipation medium is liquid, and is therefore arranged in a liquid state in the receiving space. In other words, if the temperature of the heat dissipation medium corresponds to the melting temperature or the temperature of the heat dissipation medium is higher than the melting temperature and in particular lower than a boiling temperature of the heat dissipation medium, the heat dissipation medium is present in a liquid state in the receiving space.

Beispielsweise wird das Wärmeabfuhrmittel während des befeuerten Betriebs erwärmt und in der Folge zum Schmelzen gebracht, sodass vorzugsweise während des befeuerten Betriebs des Gasmotors das Wärmeabfuhrmittel in flüssigem Zustand, das heißt flüssig beziehungsweise in flüssigem Aggregatzustand in dem Aufnahmeraum vorliegt. Beispielsweise kann das zumindest oder ausschließlich während des befeuerten Betriebs des Gasmotors flüssige Wärmeabfuhrmittel in dem Aufnahmeraum zirkulieren und/oder das insbesondere flüssige Wärmeabfuhrmittel bewegt sich in dem Aufnahmeraum während des befeuerten Betriebs insbesondere dadurch, dass das Gaswechselventil während des befeuerten Betriebs relativ zu dem Zylinderkopf, insbesondere translatorisch, bewegt, insbesondere hin- und her bewegt, wird. Dadurch kann mittels des Wärmeabfuhrmittels Wärme besonders vorteilhaft aus dem, insbesondere dem Brennraum zugewandten, ersten Teilbereich in den zweiten Teilbereich abgeführt oder übertragen werden, sodass eine übermäßig starke, lokale Erwärmung des Gaswechselventils vermieden werden kann. Dadurch können Vorentflammungen vermieden werden, wodurch ein besonders vorteilhafter Betrieb des Gasmotors gewährleistet werden kann. Beispielsweise beträgt die Schmelztemperatur des Wärmeabfuhrmittels 97°C.For example, the heat dissipation medium is heated during fired operation and subsequently melted, so that preferably during fired operation of the gas engine the heat dissipation medium is present in the receiving space in a liquid state, i.e. liquid or in a liquid aggregate state. For example, the heat dissipation medium, which is liquid at least or exclusively during fired operation of the gas engine, can circulate in the receiving space and/or the heat dissipation medium, in particular liquid, moves in the receiving space during fired operation, in particular by the gas exchange valve being moved, in particular translationally, relative to the cylinder head during fired operation, in particular moving back and forth. As a result, heat can be dissipated or transferred particularly advantageously from the first partial area, in particular facing the combustion chamber, to the second partial area by means of the heat dissipation medium, so that excessive local heating of the gas exchange valve can be avoided. Pre-ignition can be avoided as a result, which can ensure particularly advantageous operation of the gas engine. For example, the melting temperature of the heat dissipation medium is 97°C.

Ganz insbesondere kann es sich bei dem Wärmeabfuhrmittel um Natrium handeln, sodass das Wärmeabfuhrmittel zum Beispiel eine Natriumfüllung ist, die in dem Aufnahmeraum aufgenommen ist. Somit ist das Gaswechselventil vorzugsweise ein natriumgefülltes oder natriumgekühltes Gaswechselventil.In particular, the heat dissipation agent can be sodium, so that the heat dissipation agent is, for example, a sodium filling that is accommodated in the receiving space. Thus, the gas exchange valve is preferably a sodium-filled or sodium-cooled gas exchange valve.

Um beispielsweise Vorentflammungen vermeiden und somit einen besonders vorteilhaften Betrieb des Gasmotors realisieren zu können, kann vorgesehen sein, dass das Gaswechselventil einen aus einem ersten Material gebildeten Grundkörper aufweist, welcher insbesondere auf seiner von dem Aufnahmeraum abgewandten Außenseite oder Oberfläche zumindest oder ausschließlich teilweise, insbesondere direkt, mit einer Beschichtung versehen ist, welche aus einem von dem ersten Material unterschiedlichen, zweiten Material gebildet ist. Die Beschichtung bildet beispielsweise eine Panzerung oder wird auch als Panzerung bezeichnet. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die von dem Aufnahmeraum abgewandte Außenseite oder Oberfläche des Grundkörpers direkt mit der Beschichtung versehen ist, welche beispielsweise direkt auf die von dem Aufnahmeraum abgewandte Oberfläche des Grundkörpers aufgebracht ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem zweiten Material um eine Chrom-Nickel-Legierung (CrNi-Legierung). Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Material um einen Stahl, insbesondere um einen hochwarmfesten Stahl. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass der Aufnahmeraum, insbesondere direkt, durch eine von der von dem Aufnahmeraum abgewandten Oberfläche des Grundkörpers abgewandte, innenumfangsseitige Mantelfläche des Grundkörpers begrenzt ist.In order to avoid pre-ignitions and thus to be able to realize a particularly advantageous operation of the gas engine, it can be provided that the gas exchange valve has a base body made of a first material, which in particular on its outside or surface facing away from the receiving space is at least or exclusively partially, in particular directly, provided with a coating which is made of a second material that is different from the first material. The coating forms, for example, an armor or is also referred to as armor. In particular, it is provided that the outside or surface of the base body facing away from the receiving space is directly provided with the coating, which is, for example, applied directly to the surface of the base body facing away from the receiving space. The second material is preferably a chromium-nickel alloy (CrNi alloy). The first material is preferably a steel, in particular a high-temperature steel. In this case, it is provided in particular that the receiving space is delimited, in particular directly, by an inner peripheral surface of the base body facing away from the surface of the base body facing away from the receiving space.

Um Vorentflammungen zu vermeiden und somit einen besonders vorteilhaften Betrieb des Gasmotors realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Gasmotor ein auch als Epsilon oder mit dem griechischen Kleinbuchstaben ε bezeichnetes Verdichtungsverhältnis aufweist, welches in einem Bereich von einschließlich 10 bis einschließlich 14, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 10 bis einschließlich 13, liegt. Einerseits kann hierdurch das Verdichtungsverhältnis vorteilhaft gering gehalten werden, um wegen hoher Verdichtungsend- und daraus folgender Brennraumtemperaturen keine Hotspots zu erzeugen und somit Vorentflammungen zu vermeiden beziehungsweise eine Vorentflammungsneigung vorteilhaft gering zu halten. Andererseits kann das Verdichtungsverhältnis vorteilhaft groß gestaltet werden. Mit anderen Worten kann ein übermäßig niedriger Wert des Verdichtungsverhältnisses vermieden werden, um einen vorteilhaft hohen thermischen Wirkungsgrad und somit einen effizienten Betrieb des Gasmotors darstellen zu können.In order to avoid pre-ignition and thus to be able to realize a particularly advantageous operation of the gas engine, it is provided in one embodiment of the invention that the gas engine has a compression ratio, also referred to as epsilon or with the Greek lowercase letter ε, which lies in a range from 10 to 14 inclusive, in particular in a range from 10 to 13 inclusive. On the one hand, this makes it possible to keep the compression ratio advantageously low in order not to generate hotspots due to high final compression and resulting combustion chamber temperatures and thus to avoid pre-ignition or to keep the tendency to pre-ignition advantageously low. On the other hand, the compression ratio can be made advantageously high. In other words, an excessively low value of the compression ratio can be avoided in order to be able to represent an advantageously high thermal efficiency and thus efficient operation of the gas engine.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass ein insbesondere innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels auftretender Spitzendruck in dem Brennraum in einem Bereich von einschließlich 160 bar bis einschließlich 300 bar, insbesondere in einem Bereich von 180 bar bis einschließlich 260 bar und ganz insbesondere in einem Bereich von einschließlich 180 bar bis einschließlich 240 oder in einem Bereich von einschließlich 200 bar bis einschließlich 160 bar, liegt. Insbesondere ist unter dem Spitzendruck der innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels auftretende, maximale Druck in dem Brennraum zu verstehen. Insbesondere kann der Spitzendruck geringer als 160 bar oder größer als 300 bar sein.Preferably, it is provided that a peak pressure in the combustion chamber occurring in particular within the respective working cycle lies in a range from 160 bar to 300 bar inclusive, in particular in a range from 180 bar to 260 bar inclusive and very particularly in a range from 180 bar to 240 bar inclusive or in a range from 200 bar to 160 bar inclusive. In particular, the peak pressure is understood to mean the maximum pressure in the combustion chamber occurring within the respective working cycle. In particular, the peak pressure can be less than 160 bar or greater than 300 bar.

Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Gasmotor zumindest in einem Betriebsbereich wie beispielsweise einem Hauptfahrbereich mager und somit mit einem auch mit λ bezeichneten Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird, welches mindestens 2,0 beträgt oder größer als 2,0 ist, wobei das Verbrennungsluftverhältnis vorzugsweise größer oder gleich 2,2 ist. Hierdurch kann ein guter thermodynamischer Wirkungsgrad realisiert werden, und übermäßig hohe Brennraumtemperaturen können vermieden werden, sodass die Entstehung von Hotspots sowie Stickoxid-Emissionen in einem besonders vorteilhaft geringen Rahmen gehalten werden können. Insbesondere kann das Verbrennungsluftverhältnis größer oder gleich 3 sein.It has also been shown to be particularly advantageous if the gas engine is operated lean at least in one operating range, such as a main driving range, and thus with a combustion air ratio, also referred to as λ, which is at least 2.0 or greater than 2.0, with the combustion air ratio preferably being greater than or equal to 2.2. This makes it possible to achieve good thermodynamic efficiency and avoid excessively high combustion chamber temperatures, so that the formation of hotspots and nitrogen oxide emissions can be kept to a particularly advantageously low level. In particular, the combustion air ratio can be greater than or equal to 3.

Beispielsweise beträgt der Spitzendruck 130 bar oder 220 bar. Insbesondere in einem Teillastbetrieb des Gasmotors kann der Spitzendruck geringer als 130 bar sein.For example, the peak pressure is 130 bar or 220 bar. In particular, when the gas engine is operating at partial load, the peak pressure can be less than 130 bar.

Um einen besonders effizienten und somit vorteilhaften Betrieb des Gasmotors realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Gasmotor einen Verdichter zum Verdichten der Luft aufweist. Vorzugsweise ist dem Verdichter ein Elektromotor zugeordnet, mittels welchem der Verdichter elektrisch antreibbar ist. Beispielsweise ist der Verdichter Bestandteil eines Abgasturboladers, welcher beispielsweise eine von dem Abgas des Gasmotors antreibbare Turbine aufweist. Mittels der Turbine kann der Verdichter angetrieben werden, wodurch durch Antreiben des Verdichters die Luft verdichtet werden kann. Da beispielsweise der Elektromotor, mittels welchem zumindest der Verdichter elektrisch angetrieben werden kann, Bestandteil des Abgasturboladers ist, wird der Abgasturbolader auch als elektrischer Abgasturbolader (eATL) oder elektrisch unterstützter Abgasturbolader (euATL) bezeichnet. Dadurch kann ein besonders effizienter Betrieb des Gasmotors gewährleistet werden.In order to be able to realize a particularly efficient and thus advantageous operation of the gas engine, it is provided in a further embodiment of the invention that the gas engine has a compressor for compressing the air. Preferably, the compressor is assigned an electric motor, by means of which the compressor can be driven electrically. For example, the compressor is part of an exhaust gas turbocharger, which for example has a turbine that can be driven by the exhaust gas of the gas engine. The compressor can be driven by means of the turbine, whereby the air can be compressed by driving the compressor. Since, for example, the electric motor, by means of which at least the compressor can be driven electrically, is part of the exhaust gas turbocharger, the exhaust gas turbocharger is also referred to as an electric exhaust gas turbocharger (eATL) or electrically assisted exhaust gas turbocharger (euATL). This can ensure particularly efficient operation of the gas engine.

Um einen besonders effizienten und somit einen besonders vorteilhaften Betrieb des Gasmotors realisieren zu können, ist es weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Gasmotor dazu ausgebildet ist, eine auch als Tumble-Strömung bezeichnete, tumbleförmige Strömung der Luft in dem Brennraum auszubilden. Mit anderen Worten ist der Gasmotor dazu ausgebildet, dass die Luft nach ihrem Eindringen in den Brennraum tumbleförmig, das heißt mit einer Tumble-Strömung und somit mit einer tumbleförmigen Strömung in den Brennraum strömt.In order to be able to achieve particularly efficient and thus particularly advantageous operation of the gas engine, a further embodiment of the invention provides that the gas engine is designed to form a tumble-shaped flow of air in the combustion chamber, also referred to as a tumble flow. In other words, the gas engine is designed so that the air flows into the combustion chamber in a tumble-like manner after it has entered the combustion chamber, i.e. with a tumble flow and thus with a tumble-shaped flow.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Gasmotor dazu ausgebildet ist, die in dem Brennraum stattfindende, tumbleförmige Strömung der Luft derart auszubilden, dass die tumbleförmige Strömung eine einfach auch als Tumble bezeichnete Tumble-Zahl aufweist, welche in einem Bereich von einschließlich 1,5 bis einschließlich 5 liegt, mithin mindestens 1,5 und höchstens 5 beträgt. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Homogenisierung des Gemisches realisiert werden. Insbesondere kann beispielsweise die Tumble-Zahl in einem Bereich von einschließlich 2 bis einschließlich 5 liegen. Vorteilhaft ist insbesondere, wenn die Tumble-Zahl größer als 2 und höchstens 5 ist.It has proven to be particularly advantageous if the gas engine is designed to form the tumble-shaped air flow in the combustion chamber in such a way that the tumble-shaped flow has a tumble number, also referred to simply as tumble, which lies in a range from 1.5 to 5 inclusive, i.e. at least 1.5 and at most 5. This makes it possible to achieve a particularly advantageous homogenization of the mixture. In particular, for example, the tumble number can lie in a range from 2 to 5 inclusive. It is particularly advantageous if the tumble number is greater than 2 and at most 5.

Das zuvor genannte, insbesondere zusätzlich zu dem Auslassventil vorgesehene Einlassventil sitzt in seiner Schließstellung beispielsweise auf einem korrespondierenden Ventilsitz. Beispielsweise ist der Ventilsitz durch einen Sitzring gebildet, der beispielsweise an dem Zylinderkopf befestigt ist. Beispielsweise wird die tumbleförmige Strömung mittels des insbesondere zusätzlich zum Auslasskanal vorgesehenen, zuvor genannten Einlasskanals insbesondere in Zusammenspiel mit dem Ventilsitz, insbesondere einem Sitzring, bewirkt, vorzugsweise derart, dass die Tumble-Zahl mindestens 1,5, insbesondere mindestens 2, und höchstens 5 beträgt.The aforementioned intake valve, which is provided in particular in addition to the exhaust valve, sits in its closed position, for example, on a corresponding valve seat. For example, the valve seat is formed by a seat ring, which is attached to the cylinder head, for example. For example, the tumble-shaped flow is brought about by means of the aforementioned intake channel, which is provided in particular in addition to the exhaust channel, in particular in interaction with the valve seat, in particular a seat ring, preferably in such a way that the tumble number is at least 1.5, in particular at least 2, and at most 5.

Durch die Tumble-Strömung kann das Gemisch durch den Brennraum in Richtung des Kolbens geleitet, dort strömungsgünstig umgeleitet und mittels der entstehenden Turbulenz homogenisiert werden. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Kolben eine insbesondere dem Brennraumdach zugewandte und auch als Brennraummulde bezeichnete Kolbenmulde aufweist, welche vorzugsweise mit möglichst großen Radien ausgestaltet ist. Insbesondere ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Kolbenmulde wannen- oder wokförmig ausgebildet ist.The tumble flow allows the mixture to be guided through the combustion chamber in the direction of the piston, where it can be diverted in a streamlined manner and homogenized by means of the resulting turbulence. It is preferably provided that the piston has a piston bowl, which faces the combustion chamber roof in particular and is also referred to as a combustion chamber recess, which is preferably designed with the largest possible radii. In particular, it is preferably provided that the piston bowl is designed in the shape of a trough or wok.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass dem Brennraum ein Injektor zugeordnet ist, welcher, insbesondere wenigstens oder genau, eine von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbare Austrittsöffnung aufweist, über welche der gasförmige Kraftstoff aus dem Injektor ausleitbar und direkt in den Brennraum einblasbar ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels des Gasmotors der gasförmige Kraftstoff die beispielsweise als Austrittsbohrung ausgebildete Austrittsöffnung durchströmt und somit aus dem Injektor ausströmt und dadurch direkt in den Brennraum einströmt und somit direkt in den Brennraum eingeblasen wird. Der Brennraum ist dabei teilweise durch den Zylinder gebildet, dessen auch als Mittelachse oder Zylindermittelachse bezeichnete Zylinderachse in einem insbesondere in radialer Richtung des Zylinders verlaufenden Abstand zu der Austrittsöffnung des Injektors angeordnet ist. Insbesondere ist der auch als zweiter Abstand bezeichnete Abstand zwischen der Zylinderachse des Zylinders und der Austrittsöffnung der insbesondere in radialer Richtung des Zylinders und somit senkrecht zu der Zylinderachse verlaufende, kleinste Abstand zwischen der Zylinderachse und der Austrittsöffnung. Hierdurch ist eine vorteilhafte, außermittige Anordnung der Austrittsöffnung realisierbar, wodurch eine besonders vorteilhafte Gemischaufbereitung realisiert werden kann. Dadurch ist ein besonders vorteilhafter Betrieb des Gasmotors darstellbar.A further embodiment is characterized in that an injector is assigned to the combustion chamber, which in particular has at least or exactly one outlet opening through which the gaseous fuel can flow, via which the gaseous fuel can be discharged from the injector and blown directly into the combustion chamber. This means that, for example, within the respective working cycle of the gas engine, the gaseous fuel flows through the outlet opening, which is designed, for example, as an outlet bore, and thus flows out of the injector and thereby flows directly into the combustion chamber and is thus blown directly into the combustion chamber. The combustion chamber is partially formed by the cylinder, the cylinder axis of which, also referred to as the central axis or cylinder central axis, is at a distance from the cylinder, in particular in the radial direction of the cylinder. the outlet opening of the injector. In particular, the distance between the cylinder axis of the cylinder and the outlet opening, also referred to as the second distance, is the smallest distance between the cylinder axis and the outlet opening, particularly in the radial direction of the cylinder and thus perpendicular to the cylinder axis. This makes it possible to achieve an advantageous, off-center arrangement of the outlet opening, whereby a particularly advantageous mixture preparation can be achieved. This makes it possible to achieve a particularly advantageous operation of the gas engine.

Beispielsweise ist der Zylinder bezüglich seiner Zylinderachse zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Beispielsweise ist die Kolbenmulde bezüglich der Zylinderachse rotationssymmetrisch ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die Kolbenmulde bezüglich einer Symmetrieebene, in welcher die Zylinderachse verläuft, achsensymmetrisch beziehungsweise spiegelsymmetrisch ausgebildet ist.For example, the cylinder is at least substantially rotationally symmetrical with respect to its cylinder axis. For example, the piston recess is rotationally symmetrical with respect to the cylinder axis. Alternatively or additionally, it is conceivable that the piston recess is axially symmetrical or mirror-symmetrical with respect to a plane of symmetry in which the cylinder axis runs.

Um einen besonders vorteilhaften Betrieb des Gasmotors realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Abstand zwischen der Zylinderachse und der Austrittsöffnung des Injektors in einem Bereich von einschließlich 3% des Durchmessers des Zylinders bis einschließlich 50% des Durchmessers des Zylinders, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 3% des Durchmessers des Zylinders bis einschließlich 30% des Durchmessers des Zylinders liegt. Hierdurch ist eine leicht außermittige Anordnung der Austrittsöffnung darstellbar, sodass ein besonders effektiver und effizienter Betrieb des Gasmotors realisiert werden kann. Um eine besonders vorteilhafte Gemischaufbereitung zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine auch als Mittellinie bezeichnete Mittelachse des Injektors mit der Zylinderachse einen Winkel einschließt, welcher in einem Bereich von einschließlich 10 Grad bis einschließlich 90 Grad, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 10 Grad bis einschließlich 60 Grad, liegt. Insbesondere bei 90 Grad kann eine senkrechte Position des Injektors realisiert werden. Dadurch nimmt der Injektor bezüglich der Zylinderachse eine Schräglage ein, sodass ein besonders effizienter Betrieb des Gasmotors gewährleistet werden kann. Insbesondere verläuft die Mittelachse gerade. Mit anderen Worten erstreckt sich vorzugsweise die Mittelachse entlang einer Geraden.In order to be able to realize a particularly advantageous operation of the gas engine, it is provided in a further embodiment of the invention that the distance between the cylinder axis and the outlet opening of the injector is in a range from 3% of the diameter of the cylinder to 50% of the diameter of the cylinder, in particular in a range from 3% of the diameter of the cylinder to 30% of the diameter of the cylinder. This makes it possible to arrange the outlet opening slightly off-center, so that a particularly effective and efficient operation of the gas engine can be realized. In order to realize a particularly advantageous mixture preparation, it is provided in a further embodiment of the invention that a center axis of the injector, also referred to as the center line, encloses an angle with the cylinder axis which is in a range from 10 degrees to 90 degrees, in particular in a range from 10 degrees to 60 degrees. A vertical position of the injector can be realized in particular at 90 degrees. As a result, the injector assumes an inclined position with respect to the cylinder axis, so that particularly efficient operation of the gas engine can be ensured. In particular, the central axis is straight. In other words, the central axis preferably extends along a straight line.

Die Austrittsöffnung erstreckt sich beispielsweise in einer Öffnungsebene, wobei beispielsweise eine auch als zweite Mittellinie bezeichnete, zweite Mittelachse der Austrittsöffnung senkrecht zur Öffnungsebene verläuft. Insbesondere erstreckt sich die zweite Mittelachse der Austrittsöffnung durch die Mitte der Austrittsöffnung, die beispielsweise bezüglich der zweiten Mittelachse zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Insbesondere ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Austrittsöffnung kreisrund und somit in Form eines Kreises ausgebildet ist, dessen Mittelpunkt beispielsweise auf der zweiten Mittelachse der Austrittsöffnung liegt. Insbesondere ist die Austrittsöffnung entlang der sich vorzugsweise gerade und somit entlang einer Geraden erstreckenden, zweiten Mittelachse von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbar, sodass die zweite Mittelachse der Austrittsöffnung beispielsweise mit einer auch als Durchgangsrichtung bezeichneten Durchdringungsrichtung der Austrittsöffnung zusammenfällt, die entlang ihrer Durchdringungsrichtung von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbar ist beziehungsweise durchströmt wird, während der gasförmige Kraftstoff in den Brennraum direkt eingeblasen wird. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass die zweite Mittelachse der Austrittsöffnung mit der ersten Mittelachse des Injektors zusammenfällt. Ferner ist es denkbar, dass die zweite Mittelachse der Austrittsöffnung schräg oder aber senkrecht zur ersten Mittelachse des Injektors verläuft. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die zweite Mittelachse der Austrittsöffnung mit der Zylinderachse einen Winkel einschließt, welcher in einem Bereich von einschließlich 10 Grad bis einschließlich 60 Grad liegt. Dadurch ist eine Schräglage der Austrittsöffnung bezüglich der Zylinderachse vorgesehen, wodurch eine besonders vorteilhafte Gemischaufbereitung und somit ein besonders effizienter und vorteilhafter Betrieb des Gasmotors realisiert werden können.The outlet opening extends, for example, in an opening plane, with a second central axis of the outlet opening, also referred to as the second center line, running perpendicular to the opening plane. In particular, the second central axis of the outlet opening extends through the center of the outlet opening, which is, for example, at least substantially rotationally symmetrical with respect to the second central axis. In particular, it is provided, for example, that the outlet opening is circular and thus in the shape of a circle, the center of which lies, for example, on the second central axis of the outlet opening. In particular, the gaseous fuel can flow through the outlet opening along the second central axis, which is preferably straight and thus extends along a straight line, so that the second central axis of the outlet opening coincides, for example, with a penetration direction of the outlet opening, also referred to as the passage direction, through which the gaseous fuel can flow or is flowed through along its penetration direction, while the gaseous fuel is blown directly into the combustion chamber. In this case, it is particularly conceivable that the second central axis of the outlet opening coincides with the first central axis of the injector. It is also conceivable that the second central axis of the outlet opening runs obliquely or perpendicularly to the first central axis of the injector. In particular, it can be provided that the second central axis of the outlet opening forms an angle with the cylinder axis which lies in a range from 10 degrees to 60 degrees inclusive. This provides an oblique position of the outlet opening with respect to the cylinder axis, whereby a particularly advantageous mixture preparation and thus a particularly efficient and advantageous operation of the gas engine can be realized.

Die auch als Eindüsung bezeichnete, direkte Einblasung des gasförmigen Kraftstoffs in den Brennraum erfolgt vorzugsweise direkt, also vorzugsweise ohne Umlenkung. Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das vorzugsweise als Zündkerze ausgebildete Zündelement zentral oder mittig angeordnet ist, das heißt auf der auch als axiale Achse des Zylinders bezeichneten Zylinderachse des Zylinders liegt. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass eine auch als dritte Mittellinie oder dritte Mittelachse bezeichnete Mittelachse des Zündelements mit der Zylinderachse zusammenfällt. Beispielsweise ist es, insbesondere bei der zentralen Anordnung des Zündelements, vorgesehen, dass das Zündelement Kerze zwischen Ein- und Auslassventil liegt, aber dabei nicht zwingend mittig platziert werden muss. Falls Ein- und Auslassventile einen sehr unterschiedlichen Durchmesser haben, ergibt sich zwangsläufig eine außermittige Position des Zündelements.The direct injection of the gaseous fuel into the combustion chamber, also known as injection, preferably takes place directly, i.e. preferably without deflection. It has also proven to be particularly advantageous if the ignition element, which is preferably designed as a spark plug, is arranged centrally or in the middle, i.e. on the cylinder axis, also known as the axial axis of the cylinder. In other words, it is preferably provided that a center axis of the ignition element, also known as the third center line or third center axis, coincides with the cylinder axis. For example, particularly with the central arrangement of the ignition element, it is provided that the ignition element plug lies between the inlet and outlet valves, but does not necessarily have to be placed in the middle. If the inlet and outlet valves have very different diameters, the ignition element is inevitably positioned off-center.

Um einen besonders vorteilhaften Betrieb des Gasmotors realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Gasmotor dazu ausgebildet ist, den gasförmigen Kraftstoff mit einem auch als Einbringdruck oder Einblasedruck oder Eindüsdruck bezeichneten Druck direkt in den Brennraum einzublasen, wobei der Druck in einem Bereich von einschließlich 3 bar bis einschließlich 50 bar, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 5 bar bis einschließlich 35 bar, liegt. Insbesondere ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Druck insbesondere je nach Last und Drehzahl des Gasmotors in einem Bereich von einschließlich 3 bar bis einschließlich 50 bar liegt. Vorteilhafterweise ist der Einblasedruck nur so hoch, wie es für eine gute Homogenisierung des Gemisches benötigt wird. Wird der Einblasedruck unnötig hoch gewählt, kann auch nur bis zu diesem Druck ein einfach auch als Tank bezeichneter Gastank, in welchem der beispielsweise als Wasserstoff ausgebildete, gasförmige Kraftstoff aufgenommen wird oder aufnehmbar ist, entleert werden. Auf eine Zwischenpumpe sollte verzichtet werden, wodurch die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten des Kraftfahrzeugs in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Es ist denkbar, dass der Einblasedruck 50 bar oder höher, insbesondere 200 bar oder höher, ist.In order to achieve a particularly advantageous operation of the gas engine, it is necessary to In a further embodiment of the invention, it is provided that the gas engine is designed to inject the gaseous fuel directly into the combustion chamber at a pressure also referred to as the introduction pressure or injection pressure or injection pressure, the pressure being in a range from 3 bar to 50 bar inclusive, in particular in a range from 5 bar to 35 bar inclusive. In particular, it is preferably provided that the pressure is in a range from 3 bar to 50 bar inclusive, in particular depending on the load and speed of the gas engine. The injection pressure is advantageously only as high as is required for good homogenization of the mixture. If the injection pressure is selected to be unnecessarily high, a gas tank, also referred to simply as a tank, in which the gaseous fuel, for example in the form of hydrogen, is or can be taken up, can only be emptied down to this pressure. An intermediate pump should be dispensed with, as a result of which the number of parts, the weight and the costs of the motor vehicle can be kept to a particularly low level. It is conceivable that the injection pressure is 50 bar or higher, in particular 200 bar or higher.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Einblasedruck 20 bar beträgt.It has proven to be particularly advantageous if the injection pressure is 20 bar.

Um einen besonders vorteilhaften Betrieb des Gasmotors realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Gasmotor als ein Wasserstoffmotor ausgebildet ist, sodass vorzugsweise als der gasförmige Kraftstoff Wasserstoff (H2) verwendet wird.In order to be able to realize a particularly advantageous operation of the gas engine, it is provided in a further embodiment of the invention that the gas engine is designed as a hydrogen engine, so that hydrogen (H2) is preferably used as the gaseous fuel.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.A second aspect of the invention relates to a method for operating a gas engine according to the first aspect of the invention. Advantages and advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes und vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Lastkraftwagen, Transporter oder Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches einen Gasmotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist und mittels des Gasmotors antreibbar ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.A third aspect of the invention relates to a motor vehicle, also referred to simply as a vehicle and preferably designed as a motor vehicle, in particular as a truck, van or passenger car, which has a gas engine according to the first aspect of the invention and can be driven by means of the gas engine. Advantages and advantageous embodiments of the first aspect and the second aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the third aspect of the invention and vice versa.

Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine, welche einen Gasmotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist und beispielsweise mittels des Gasmotors betreibbar, insbesondere antreibbar, ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts, des zweiten Aspekts der Erfindung und des dritten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des vierten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.A fourth aspect of the invention relates to a work machine which has a gas engine according to the first aspect of the invention and can be operated, in particular driven, for example by means of the gas engine. Advantages and advantageous embodiments of the first aspect, the second aspect of the invention and the third aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the fourth aspect of the invention and vice versa.

Um einen besonders vorteilhaften Betrieb des Gasmotors realisieren zu können, ist es beispielsweise vorgesehen, dass in wenigstens einem ersten Betriebsbereich des Gasmotors das direkte Einblasen des gasförmigen Kraftstoffs in den Brennraum innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels in einem Bereich von einschließlich 320 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 190 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt beginnt. Hierunter ist insbesondere Folgendes zu verstehen: Da die vorzugsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle um die Abtriebswellendrehachse relativ zu dem Gehäuseelement drehbar ist, kann die Abtriebswelle (Kurbelwelle) in unterschiedliche Drehstellungen gedreht werden, wobei die unterschiedlichen Drehstellungen durch Grad Kurbelwinkel [°KW] angegeben werden. Genau einer der genau zwei innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels auftretenden, oberen Totpunkte des Kolbens ist der obere Zündtotpunkt (ZOT), in dessen Bereich oder in welchem das Gemisch innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels gezündet wird. Innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels findet, insbesondere genau, eine jeweilige Einblasung statt, durch die oder bei der der gasförmige Kraftstoff in den Brennraum direkt eingeblasen wird. In dem ersten Betriebsbereich beginnt die Einblasung in einem Bereich von einschließlich 320 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 190 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt. Mit anderen Worten liegt ein auch als Einblasebeginn bezeichneter Beginn der Einblasung in dem ersten Betriebsbereich in einem Bereich von einschließlich 320 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 190 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt. Beispielsweise ist der obere Zündtotpunkt derjenige der oberen Totpunkte, der mit der Zündung des Gemisches zusammenfällt, oder der obere Zündtotpunkt ist derjenige der oberen Totpunkte, der näher an der Zündung des Gemisches liegt als der andere obere Totpunkt.In order to be able to implement particularly advantageous operation of the gas engine, it is provided, for example, that in at least a first operating range of the gas engine, the direct injection of the gaseous fuel into the combustion chamber begins within the respective working cycle in a range from 320 degrees crank angle up to and including 190 degrees crank angle before the top dead center of ignition. This is to be understood in particular as the following: Since the output shaft, which is preferably designed as a crankshaft, can be rotated about the output shaft axis of rotation relative to the housing element, the output shaft (crankshaft) can be rotated into different rotational positions, the different rotational positions being indicated by degrees of crank angle [°KW]. Exactly one of the exactly two top dead centers of the piston occurring within the respective working cycle is the top dead center of ignition (TOC), in the area of which or in which the mixture is ignited within the respective working cycle. Within the respective working cycle, in particular exactly one respective injection takes place, through which or during which the gaseous fuel is blown directly into the combustion chamber. In the first operating range, injection begins in a range from 320 degrees crank angle to 190 degrees crank angle before top dead center of ignition. In other words, the start of injection in the first operating range, also referred to as the start of injection, is in a range from 320 degrees crank angle to 190 degrees crank angle before top dead center of ignition. For example, top dead center of ignition is the top dead center that coincides with the ignition of the mixture, or top dead center of ignition is the top dead center that is closer to the ignition of the mixture than the other top dead center.

Des Weiteren ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in wenigstens einem, sich insbesondere von dem ersten Betriebsbereich unterscheidenden, zweiten Betriebsbereich des Gasmotors das jeweilige Einblasen, das heißt die jeweilige, innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels stattfindende Einblasung später als 190 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt beginnt. Dies bedeutet, dass die jeweilige, innerhalb des jeweiligen, in dem ersten Betriebsbereich stattfindenden oder auftretenden Arbeitsspiels stattfindende oder auftretende Einblasung des gasförmigen Kraftstoffs in einem von einschließlich 320 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 190 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt beginnt. Ferner bedeutet dies, dass die jeweilige, innerhalb des jeweiligen, in dem zweiten Betriebsbereich stattfindenden oder auftretenden Arbeitsspiels stattfindende oder auftretende Einblasung später als 190 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt beginnt. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt liegt der Einblasebeginn in dem ersten Betriebsbereich innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels in einem Bereich von einschließlich 320 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 190 Grad Kurbelwinkel, und in dem zweiten Betriebsbereich liegt der jeweilige Einblasebeginn innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels später als 190 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt. Hierdurch ist eine besonders vorteilhafte, auch als Eindosierungsstrategie bezeichnete Einblasestrategie darstellbar, durch die der beispielsweise als Wasserstoff (H2) ausgebildete, gasförmige Kraftstoff besonders vorteilhaft in den Brennraum direkt eingeblasen und somit eingebracht werden kann. Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter und insbesondere besonders effizienter Betrieb des Gasmotors realisiert werden. Insbesondere ist es im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen möglich, im ersten Betriebsbereich durch die frühe Einblasung die Ladungswechselverluste zu verringern verringert und im zweiten Betriebsbereich die Füllung zu erhöhen und Vorentflammungen zu vermeiden. Insbesondere ist es durch die Einblasestrategie möglich, eine unerwünschte Vorentflammung des Gemisches zu vermeiden oder eine Wahrscheinlichkeit, dass es zu einer solchen Vorentflammung kommt, besonders gering zu halten, sodass der Gasmotor, welcher auch einfach als Motor bezeichnet wird, mit einem besonders hohen Wirkungsgrad, mithin wirkungsgradoptimiert betrieben werden kann.Furthermore, it is preferably provided that in at least one second operating range of the gas engine, which differs in particular from the first operating range, the respective injection, i.e. the respective injection taking place within the respective working cycle, begins later than 190 degrees crank angle before the top dead center of ignition. This means that the respective injection of the gaseous fuel taking place or occurring within the respective working cycle taking place or occurring in the first operating range in a finally 320 degrees crank angle up to and including 190 degrees crank angle before the top dead center of ignition. Furthermore, this means that the respective injection taking place or occurring within the respective working cycle taking place or occurring in the second operating range begins later than 190 degrees crank angle before the top dead center of ignition. In other words, the start of injection in the first operating range within the respective working cycle is in a range from 320 degrees crank angle up to and including 190 degrees crank angle, and in the second operating range the start of injection within the respective working cycle is later than 190 degrees crank angle before the top dead center of ignition. This makes it possible to present a particularly advantageous injection strategy, also known as a metering strategy, by means of which the gaseous fuel, for example in the form of hydrogen (H2), can be particularly advantageously blown directly into the combustion chamber and thus introduced. This makes it possible to achieve particularly advantageous and, in particular, particularly efficient operation of the gas engine. In particular, compared to conventional solutions, it is possible to reduce the charge exchange losses in the first operating range by means of early injection and to increase the filling and avoid pre-ignition in the second operating range. In particular, the injection strategy makes it possible to avoid unwanted pre-ignition of the mixture or to keep the probability of such pre-ignition occurring particularly low, so that the gas engine, which is also simply referred to as an engine, can be operated with a particularly high level of efficiency, and thus with optimized efficiency.

Beispielsweise unterscheiden sich der erste Betriebsbereich und der zweite Betriebsbereich hinsichtlich wenigstens eines den Betrieb, insbesondere den befeuerten Betrieb, des Gasmotors charakterisierenden Parameters voneinander, insbesondere derart, dass der Parameter in dem ersten Betriebsbereich einen ersten Wert und in dem zweiten Betriebsbereich einen von dem ersten Wert unterschiedlichen, zweiten Wert aufweist und/oder derart, dass ein Wert des Parameters in dem ersten Betriebsbereich in einem ersten Wertebereich und in dem zweiten Betriebsbereich in einem von dem ersten Wertebereich unterschiedlichen, zweiten Wertebereich liegt, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass sich die Wertebereiche nicht gegenseitig überlappen, mithin dass die Wertebereiche, insbesondere vollständig, außerhalb voneinander liegen.For example, the first operating range and the second operating range differ from one another with respect to at least one parameter characterizing the operation, in particular the fired operation, of the gas engine, in particular such that the parameter has a first value in the first operating range and a second value different from the first value in the second operating range and/or such that a value of the parameter in the first operating range lies in a first value range and in the second operating range in a second value range different from the first value range, wherein it is preferably provided that the value ranges do not overlap one another, thus that the value ranges lie, in particular completely, outside one another.

Als besonders vorteilhaft hat es gezeigt, wenn in dem ersten Betriebsbereich das jeweilige Einblasen in einem Bereich von einschließlich 290 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 210 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt beginnt. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit, dass es zu Vorentflammungen kommt, besonders gering gehalten werden, und es kann ein besonders wirkungsgradgünstiger Betrieb des Gasmotors gewährleistet werden. Insbesondere ist es hierdurch möglich, eine Entdrosselung in der Teillast, das heißt in einem Teillastbetrieb des Gasmotors zu realisieren, wobei hier keine Vorentflammungen auftreten.It has been shown to be particularly advantageous if, in the first operating range, the respective injection begins in a range from 290 degrees crank angle to 210 degrees crank angle before the top dead center of ignition. This means that the probability of pre-ignition occurring can be kept particularly low and particularly efficient operation of the gas engine can be ensured. In particular, this makes it possible to achieve dethrottling in partial load, i.e. when the gas engine is operating at partial load, whereby no pre-ignition occurs.

Um eine besonders vorteilhafte Verbrennung des gasförmigen Kraftstoffs gewährleisten und dabei insbesondere die Wahrscheinlichkeit, dass es zur Vorentflammung kommt, besonders gering halten zu können, sodass der Gasmotor besonders wirkungsgradgünstig betrieben werden kann, ist es weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass in dem zweiten Betriebsbereich das jeweilige Einblasen in einem Bereich von einschließlich 210 Grad Kurbelwinkel, insbesondere von 180 Grad Kurbelwinkel und ganz insbesondere von 160 Grad Kurbelwinkel, bis einschließlich 90 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt beginnt.In order to ensure particularly advantageous combustion of the gaseous fuel and in particular to be able to keep the probability of pre-ignition occurring particularly low so that the gas engine can be operated particularly efficiently, it is further provided that in the second operating range the respective injection begins in a range from 210 degrees crank angle inclusive, in particular from 180 degrees crank angle and very particularly from 160 degrees crank angle, up to and including 90 degrees crank angle before the top dead center of ignition.

Dabei hat es sich zur Realisierung eines besonders vorteilhaften Betriebs als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn in dem zweiten Betriebsbereich das jeweilige Einblasen in einem Bereich von einschließlich 180 Grad Kurbelwinkel, insbesondere von einschließlich 160 Grad Kurbelwinkel, bis einschließlich 110 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt beginnt. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Betrieb des Gasmotors dargestellt werden.In order to achieve particularly advantageous operation, it has been shown to be particularly advantageous if, in the second operating range, the respective injection begins in a range from 180 degrees crank angle inclusive, in particular from 160 degrees crank angle inclusive, up to and including 110 degrees crank angle inclusive before the top dead center of ignition. This allows particularly advantageous operation of the gas engine to be achieved.

Als weiterhin besonders hat es sich gezeigt, wenn in dem zweiten Betriebsbereich das jeweilige Einblasen in einem Bereich von einschließlich 140 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 90 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt beginnt. Dadurch können eine besonders vorteilhafte Verbrennung und ein besonders hoher Wirkungsgrad des Gasmotors dargestellt werden.It has also been shown to be particularly advantageous if, in the second operating range, the respective injection begins in a range from 140 degrees crank angle to 90 degrees crank angle before the top dead center of ignition. This allows particularly advantageous combustion and a particularly high efficiency of the gas engine to be achieved.

Beispielsweise weist der Gasmotor einen auch als Einlasstrakt bezeichneten Ansaugtrakt auf, welcher zumindest von der zuvor genannten Luft, welche auch als Frischluft bezeichnet wird, durchströmbar ist. Insbesondere ist der Einlasskanal Bestandteil des Ansaugtrakts. Mittels des Ansaugtrakts wird innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels die den Ansaugtrakt durchströmende Luft in den Brennraum eingeleitet. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Betrieb realisiert werden. Dabei hat es sich zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Verbrennung des jeweiligen Gemisches und eines besonders hohen Wirkungsgrads des Gasmotors als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn sich der erste Betriebsbereich und der zweite Betriebsbereich in einem jeweiligen, in dem Ansaugtrakt herrschenden Druck voneinander unterscheiden. Dies bedeutet beispielsweise, dass der Parameter der in dem Ansaugtrakt herrschende Druck ist oder den in dem Ansaugtrakt herrschenden Druck umfasst.For example, the gas engine has an intake tract, also referred to as an intake tract, through which at least the aforementioned air, which is also referred to as fresh air, can flow. In particular, the intake duct is part of the intake tract. By means of the intake tract, the air flowing through the intake tract is introduced into the combustion chamber within the respective working cycle. This allows a particularly advantageous operation to be achieved. In order to achieve a particularly advantageous combustion of the respective mixture and a particularly high efficiency of the gas engine, it has proven to be particularly advantageous if the first operating range and the second operating range in a respective pressure prevailing in the intake tract. This means, for example, that the parameter is the pressure prevailing in the intake tract or includes the pressure prevailing in the intake tract.

Insbesondere ist der Verdichter in dem Ansaugtrakt angeordnet.In particular, the compressor is arranged in the intake tract.

Beispielsweise weist der Gasmotor einen von dem Abgas aus dem Brennraum durchströmbaren Abgastrakt auf, wobei die Turbine in dem Abgastrakt angeordnet sein kann.For example, the gas engine has an exhaust tract through which the exhaust gas from the combustion chamber flows, wherein the turbine can be arranged in the exhaust tract.

Dabei hat es sich zur Realisierung eines besonders wirkungsgradgünstigen Betriebs als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn in wenigstens einem dritten Betriebsbereich des Gasmotors das jeweilige Einblasen in einem Bereich von einschließlich 180 Grad Kurbelwinkel, insbesondere von einschließlich 140 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 90 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt beginnt.In order to achieve particularly efficient operation, it has proven to be particularly advantageous if, in at least a third operating range of the gas engine, the respective injection begins in a range from 180 degrees crank angle inclusive, in particular from 140 degrees crank angle inclusive up to 90 degrees crank angle inclusive, before the top dead center of ignition.

Um einen besonders vorteilhaften und insbesondere wirkungsgradgünstigen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass sich der dritte Betriebsbereich von dem zweiten Betriebsbereich und/oder von dem ersten Betriebsbereich hinsichtlich eines Saugrohrdrucks und/oder eines Ladedrucks unterscheidet. Somit ist es beispielsweise denkbar, dass der zuvor genannte Parameter der Saugrohrdruck und/oder der Ladedruck ist oder den Saugrohrdruck und/oder den Ladedruck umfasst.In order to be able to implement a particularly advantageous and in particular efficient operation of the internal combustion engine, it is provided in a further embodiment of the invention that the third operating range differs from the second operating range and/or from the first operating range with regard to an intake manifold pressure and/or a boost pressure. It is therefore conceivable, for example, that the aforementioned parameter is the intake manifold pressure and/or the boost pressure or includes the intake manifold pressure and/or the boost pressure.

Durch die Erfindung und insbesondere durch die erfindungsgemäß vorgesehene, spezielle Auslegung des Zündelements und des Gaswechselventils bzw. der Gaswechselventile insbesondere ohne Hotspots insbesondere in Kombination mit einer Geometrie von, insbesondere allen, strömungsführenden Teilen und dem auch als Einblasinjektor bezeichneten Injektor kann eine Gemischbildung dargestellt werden, welche einer Vorentflammung des Gemisches, das heißt einer vor dem durch das Zündelement bewirkten Zündung des Gemisches stattfindenden Zündung des Gemisches, entgegenwirkt und gleichzeitig eine wirkungsgradgünstige oder wirkungsgradoptimierte Verbrennung ermöglicht. Außerdem liegen der Erfindung insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde:

Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Bei einem Betrieb eines beispielsweise als Wasserstoffmotor ausgebildeten Gasmotors, der in seinem befeuerten Betrieb mittels eines gasförmigen Kraftstoffs, insbesondere mittels Wasserstoff, betrieben wird, ist es von Vorteil, wenn zwischen wenigstens oder genau zwei, insbesondere zwischen wenigstens oder genau drei, unterschiedlichen Betriebsbereichen differenziert wird, insbesondere hinsichtlich einer auch als Einspritzstrategie oder Einblasestrategie bezeichneten Eindosierungsstrategie, gemäß welcher der gasförmige Kraftstoff, insbesondere direkt, in den Brennraum eingeblasen wird. In, insbesondere allen, Betriebsbereichen, in welchen beispielsweise der auch als Saugrohrdruck bezeichnete, in dem Ansaugtrakt herrschende Druck unterhalb des Umgebungsdrucks ist oder vorliegt, kann beispielsweise aufgrund der geringen Dichte des beispielsweise als Wasserstoff ausgebildeten, gasförmigen Kraftstoffes der Gasmotor durch eine frühe Einblasung entdrosselt werden. Unter dem Umgebungsdruck ist der in einer Umgebung des Gasmotors, insbesondere der Arbeitsmaschine oder des Kraftfahrzeugs insgesamt, herrschende Umgebungsdruck zu verstehen. In allen Betriebsbereichen, in denen der Saugrohrdruck unterhalb des Umgebungsdruck ist, kann über eine Verringerung der Ladungswechselverluste der Wirkungsgrad des Motors gesteigert werden. In diesem ersten Betriebsbereich ist es von Vorteil, wenn der Einblasebeginn in einem Bereich von einschließlich 320 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 190 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 290 Grad Kurbelwinkel, insbesondere von einschließlich 260 Grad Kurbelwinkel, bis einschließlich 310 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt, liegt.

Through the invention and in particular through the special design of the ignition element and the gas exchange valve or valves provided according to the invention, in particular without hotspots, in particular in combination with a geometry of, in particular, all flow-carrying parts and the injector, also referred to as a blow-in injector, a mixture formation can be achieved which counteracts pre-ignition of the mixture, i.e. ignition of the mixture taking place before the ignition of the mixture caused by the ignition element, and at the same time enables efficient or efficiency-optimized combustion. In addition, the invention is based in particular on the following findings and considerations:

The invention is based in particular on the following findings and considerations: When operating a gas engine, for example designed as a hydrogen engine, which is operated in its fired operation using a gaseous fuel, in particular hydrogen, it is advantageous if a distinction is made between at least or exactly two, in particular between at least or exactly three, different operating ranges, in particular with regard to a metering strategy, also referred to as an injection strategy or blowing-in strategy, according to which the gaseous fuel is blown into the combustion chamber, in particular directly. In, in particular all, operating ranges in which, for example, the pressure prevailing in the intake tract, also referred to as intake manifold pressure, is or is below the ambient pressure, the gas engine can be dethrottled by early blowing in, for example due to the low density of the gaseous fuel, for example in the form of hydrogen. The ambient pressure is to be understood as the ambient pressure prevailing in an environment of the gas engine, in particular the working machine or the motor vehicle as a whole. In all operating ranges in which the intake manifold pressure is below the ambient pressure, the efficiency of the engine can be increased by reducing the gas exchange losses. In this first operating range, it is advantageous if the injection start is in a range from 320 degrees crank angle up to and including 190 degrees crank angle before top dead center, in particular in a range from 290 degrees crank angle up to and including 260 degrees crank angle up to and including 310 degrees crank angle before top dead center.

In, insbesondere allen, Betriebsbereichen, in welchen Vorentflammungen auftreten können, sind dagegen Einblasebeginne vorteilhaft, welche später als 190 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt liegen, wobei vorzugsweise ein jeweiliges Ende der jeweiligen Einblasung nicht später als der Zündzeitpunkt liegen sollte. Mit anderen Worten, innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels des Gasmotors wird das jeweilige Gemisch zu dem genannten Zündzeitpunkt gezündet, zu welchem somit die zuvor genannte Zündung des Gemisches stattfindet oder beginnt. Außerdem ist es vorgesehen, dass innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels die jeweilige, innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels auftretende Einblasung an ihrem auch als Einblaseende bezeichneten Ende endet, wobei es beispielsweise vorgesehen ist, dass sich innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels die jeweilige Einblasung von ihrem jeweiligen Einblasebeginn, insbesondere durchgängig oder unterbrechungsfrei, bis zu ihrem jeweiligen Einblaseende erstreckt. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass, insbesondere in dem zweiten Betriebsbereich, das Einblaseende innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels nicht später als der Zündzeitpunkt liegt. Eine besonders gute Wirkung bezüglich einer Verringerung von Vorentflammungen sind Einblasebeginne, die in einem Bereich von einschließlich 180 Grad Kurbelwinkel, insbesondere von einschließlich 160 Grad Kurbelwinkel, bis einschließlich 90 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 180 Grad Kurbelwinkel, insbesondere von einschließlich 160 Grad Kurbelwinkel, bis 110 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt, liegen. Insbesondere im Falle sehr hoher Injektordurchflusswerte ist es von Vorteil, wenn in dem zweiten Betriebsbereich der jeweilige Einblasebeginn in einem Bereich von einschließlich 180 Grad Kurbelwinkel, insbesondere von einschließlich 160 Grad Kurbelwinkel, bis einschließlich 90 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt liegt.In, in particular, all operating ranges in which pre-ignitions can occur, injection starts are advantageous which are later than 190 degrees crank angle before the top dead center of ignition, whereby preferably a respective end of the respective injection should not be later than the ignition time. In other words, within the respective working cycle of the gas engine, the respective mixture is ignited at the ignition time mentioned, at which the aforementioned ignition of the mixture thus takes place or begins. In addition, it is provided that within the respective working cycle, the respective injection occurring within the respective working cycle ends at its end, also referred to as the injection end, whereby it is provided, for example, that within the respective working cycle the respective injection extends from its respective injection start, in particular continuously or without interruption, to its respective injection end. It is preferably provided that, in particular in the second operating range, the injection end within the respective working for example not later than the ignition point. A particularly good effect in terms of reducing pre-ignition is achieved when the injection starts in a range from 180 degrees crank angle inclusive, in particular from 160 degrees crank angle inclusive, up to 90 degrees crank angle inclusive before top dead center, in particular in a range from 180 degrees crank angle inclusive, in particular from 160 degrees crank angle inclusive, up to 110 degrees crank angle inclusive before top dead center. In particular in the case of very high injector flow values, it is advantageous if the respective injection start in the second operating range is in a range from 180 degrees crank angle inclusive, in particular from 160 degrees crank angle inclusive, up to 90 degrees crank angle inclusive before top dead center.

Ist beispielsweise der, insbesondere maximal, mögliche Ladedruck begrenzt, sind relativ späte Einblasebeginne ebenfalls von Vorteil, da hier die geringere Dichte des beispielsweise als Wasserstoff ausgebildeten, gasförmigen Kraftstoffes keine nennenswerten Nachteile auf die Füllung hat und gleichzeitig die Verluste aufgrund erhöhter Kompressionsarbeit besonders gering gehalten werden können. Beides führt zu einer vorteilhaft hohen Leistung und zu einem vorteilhaft hohen Wirkungsgrad des Gasmotors. Auch hier sind Einblasebeginne vorteilhaft, die in einem Bereich von einschließlich 180 Grad Kurbelwinkel, insbesondere von einschließlich 160 Grad Kurbelwinkel, bis einschließlich 90 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 160 Grad Kurbelwinkel, insbesondere von einschließlich 140 Grad Kurbelwinkel, bis einschließlich 90 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt, liegen.If, for example, the possible boost pressure is limited, in particular the maximum, relatively late injection starts are also advantageous, since the lower density of the gaseous fuel, for example in the form of hydrogen, has no significant disadvantages for the charge and at the same time the losses due to increased compression work can be kept particularly low. Both lead to an advantageously high output and to an advantageously high efficiency of the gas engine. Here, too, injection starts are advantageous which lie in a range from 180 degrees crank angle inclusive, in particular from 160 degrees crank angle inclusive, up to and including 90 degrees crank angle before top dead center, in particular in a range from 160 degrees crank angle inclusive, in particular from 140 degrees crank angle inclusive, up to and including 90 degrees crank angle before top dead center.

Insbesondere kann durch die tumbleförmige Strömung der Luft in den Brennraum das vorteilhaft homogenisierte Gemisch insbesondere im Bereich des unteren Totpunkts des Kolbens in die Kolbenmulde des Kolbens gelangen, dessen einfach auch als Mulde bezeichnete Kolbenmulde beispielsweise zumindest im Wesentlichen wannenförmig oder Wok-förmig oder linsenförmig ist. Insbesondere wird das Gemisch mittels der Kolbenmulde insbesondere um zumindest im Wesentlichen 180 Grad umgelenkt und kann in der Folge strömungsgünstig von dem Kolben in Richtung des Zündelements strömen oder geschoben werden, wodurch Vorentflammungen vermieden werden können.In particular, the tumble-shaped flow of air into the combustion chamber allows the advantageously homogenized mixture to reach the piston bowl of the piston, particularly in the area of the piston's bottom dead center, the piston bowl of which, also referred to simply as the bowl, is, for example, at least essentially trough-shaped, wok-shaped or lens-shaped. In particular, the mixture is deflected by at least essentially 180 degrees by means of the piston bowl and can then flow or be pushed in a streamlined manner from the piston in the direction of the ignition element, whereby pre-ignition can be avoided.

Als ferner vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn, insbesondere innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels, in dem Brennraum ein Spitzendruck auftritt, welcher insbesondre im aufgeladenem Betrieb beispielsweise in einem Bereich von einschließlich 180 bar bis einschließlich 240 bar oder in einem Bereich von einschließlich 200 bar bis einschließlich 260 bar liegt. Liegt der Spitzendruck in einem Bereich von einschließlich 180 bar bis einschließlich 240 bar, so ist dies besonders dann vorteilhaft, wenn das Kraftfahrzeug als ein Personenkraftwagen ausgebildet ist. Liegt der Spitzendruck beispielsweise in einem Bereich von einschließlich 200 bar bis einschließlich 260 bar, so ist dies insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn das Kraftfahrzeug als ein Nutzfahrzeug ausgebildet ist.It has also been shown to be advantageous if, particularly within the respective working cycle, a peak pressure occurs in the combustion chamber, which is particularly in supercharged operation, for example, in a range from 180 bar to 240 bar or in a range from 200 bar to 260 bar. If the peak pressure is in a range from 180 bar to 240 bar, this is particularly advantageous if the motor vehicle is designed as a passenger car. If the peak pressure is, for example, in a range from 200 bar to 260 bar, this is particularly advantageous if the motor vehicle is designed as a commercial vehicle.

Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn, insbesondere in einem Hauptfahrbereich, der Gasmotor mager und somit mit einem Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird, welches mindestens 2,0 beträgt, vorzugsweise größer als 2,0 ist. Ganz vorzugsweise beträgt das Verbrennungsluftverhältnis mindestens 2,2 oder insbesondere kann das Verbrennungsluftverhältnis größer als 2,2 sein. Hierdurch kann ein guter thermodynamischer Wirkungsgrad realisiert werden, und eine übermäßige, auch als Brennraumtemperatur bezeichnete Temperatur im Bauraum kann vermieden werden. Übermäßig heiße Stellen im Brennraum können vermieden werden oder eine Anzahl von solchen, übermäßig heißen Stellen kann gering gehalten werden, sodass sich Stickoxid-Emissionen vorteilhaft gering halten lassen.It has also been shown to be particularly advantageous if, particularly in a main driving range, the gas engine is operated lean and thus with a combustion air ratio that is at least 2.0, preferably greater than 2.0. The combustion air ratio is very preferably at least 2.2 or in particular the combustion air ratio can be greater than 2.2. This makes it possible to achieve good thermodynamic efficiency and to avoid an excessive temperature in the installation space, also known as the combustion chamber temperature. Excessively hot spots in the combustion chamber can be avoided or the number of such excessively hot spots can be kept low, so that nitrogen oxide emissions can be advantageously kept low.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention.

Die Zeichnung zeigt in:

1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer als Gasmotor, insbesondere als Wasserstoffmotor, ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs; und
2 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Gasmotors;
3 eine schematische Schnittansicht eines Gaswechselventils des Gasmotors; und
4 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines als Zündkerze ausgebildeten Zündelements des Gasmotors.

The drawing shows in:

1 a partial schematic sectional view of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, designed as a gas engine, in particular as a hydrogen engine; and
2 a further schematic sectional view of the gas engine;
3 a schematic sectional view of a gas exchange valve of the gas engine; and
4 A schematic perspective view of a gas engine ignition element designed as a spark plug.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with identical reference symbols.

1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine als Gasmotor 10 ausgebildete Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand den Gasmotor 10 aufweist und mittels des Gasmotors 10 antreibbar ist. Hierfür wird der Gasmotor 10 beispielsweise in seinem befeuerten Betrieb betrieben. Der Gasmotor 10 wird auch als einfach als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichnet. Im Folgenden wird anhand von 1 und 2 ein Verfahren zum Betreiben des Gasmotors 10 beschrieben, wobei der Gasmotor 10 bei dem Verfahren in dem befeuerten Betrieb betrieben wird. Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Gasmotor 10 ein Wasserstoffmotor, welcher in seinem befeuerten Betrieb mittels eines als Wasserstoff ausgebildeten, gasförmigen Kraftstoffs betrieben wird. 1 shows a schematic sectional view of a combustion engine designed as a gas engine 10, in particular of a motor vehicle. This means that the motor vehicle in its fully manufactured state has the gas engine 10 and can be driven by means of the gas engine 10. For this purpose, the gas engine 10 is operated, for example, in its fired mode. The gas engine 10 is also referred to simply as an engine or combustion engine. In the following, 1 and 2 a method for operating the gas engine 10 is described, wherein the gas engine 10 is operated in the method in the fired mode. In the embodiment shown in the figures, the gas engine 10 is a hydrogen engine which is operated in its fired mode by means of a gaseous fuel in the form of hydrogen.

Der Gasmotor 10 wenigstens einen Brennraum 12 auf, welcher teilweise durch einen Zylinder 14, teilweise durch einen Kolben 16 und teilweise durch ein Brennraumdach 18 des Gasmotors 10 begrenzt ist. Der Kolben 16 ist translatorisch bewegbar in dem Zylinder 14 aufgenommen und dabei zwischen einem unteren Totpunkt (UT) und einem oberen Totpunkt (OT) bewegbar, das heißt hin- und herbewegbar. Der Zylinder 14 ist, insbesondere direkt, durch eine Zylinderwand 20 begrenzt und somit gebildet. Die Zylinderwand 20 ist eine Wandung eines Gehäuseelements des Gasmotors 10, dessen Gehäuseelement beispielsweise ein Zylindergehäuse, insbesondere ein Zylinderkurbelgehäuse, ist. Somit ist der Kolben 16 relativ zu dem Gehäuseelement translatorisch bewegbar, das heißt hin- und herbewegbar. Der Kolben 16 kann somit zwischen seinem oberen Totpunkt und seinem unteren Totpunkt hin- und herbewegt werden. Der Gasmotor 10 weist auch eine als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, die um eine Abtriebswellendrehachse relativ zu dem Gehäuseelement drehbar ist. Der Kolben 16 ist über ein Pleuel gelenkig mit der Abtriebswelle verbunden, sodass translatorische Bewegungen des Kolbens 16 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umwandelbar sind oder umgewandelt werden, welche sich somit um die Abtriebswellendrehachse relativ zu dem Gehäuseelement dreht. Das Brennraumdach ist durch einen Zylinderkopf des Gasmotors 10 begrenzt. Dabei sind der Zylinderkopf und das Gehäuseelement separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden.The gas engine 10 has at least one combustion chamber 12, which is partially delimited by a cylinder 14, partially by a piston 16, and partially by a combustion chamber roof 18 of the gas engine 10. The piston 16 is accommodated in the cylinder 14 so that it can be moved in translation and can be moved between a bottom dead center (BDC) and a top dead center (TDC), i.e. can be moved back and forth. The cylinder 14 is delimited, in particular directly, by a cylinder wall 20 and thus formed. The cylinder wall 20 is a wall of a housing element of the gas engine 10, the housing element of which is, for example, a cylinder housing, in particular a cylinder crankcase. The piston 16 is thus translationally movable relative to the housing element, i.e. can be moved back and forth. The piston 16 can thus be moved back and forth between its top dead center and its bottom dead center. The gas engine 10 also has an output shaft designed as a crankshaft, which can be rotated about an output shaft axis of rotation relative to the housing element. The piston 16 is connected to the output shaft in an articulated manner via a connecting rod, so that translational movements of the piston 16 can be converted or are converted into a rotary movement of the crankshaft, which thus rotates about the output shaft axis of rotation relative to the housing element. The combustion chamber roof is delimited by a cylinder head of the gas engine 10. The cylinder head and the housing element are designed separately from one another and connected to one another.

Bei dem Verfahren wird innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels des Gasmotors 10 der zuvor genannte, als Wasserstoff ausgebildete, gasförmige Kraftstoff direkt in den Brennraum 12 eingeblasen, vorliegend mittels eines Injektors 22, welcher auch als Einblaseventil oder Einbringelement bezeichnet wird. Der Wasserstoff, der innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels mittels des Injektors 22 direkt in den Brennraum 12 eingeblasen wird, ist in 1 besonders schematisch dargestellt und mit 24 bezeichnet. Der Wasserstoff wird innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels mittels des Injektors 22 in einem gasförmigen Zustand des Wasserstoffs 24 direkt eingeblasen, und zwar mit einem auch als Einblasedruck bezeichneten Druck, welcher vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich 3 bar bis einschließlich 50 bar, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 5 bar bis einschließlich 35 bar, liegt.In the method, the aforementioned gaseous fuel, which is in the form of hydrogen, is injected directly into the combustion chamber 12 within a respective working cycle of the gas engine 10, in this case by means of an injector 22, which is also referred to as an injection valve or injection element. The hydrogen, which is injected directly into the combustion chamber 12 within the respective working cycle by means of the injector 22, is in 1 shown particularly schematically and designated 24. The hydrogen is blown in directly within the respective working cycle by means of the injector 22 in a gaseous state of the hydrogen 24, specifically at a pressure also referred to as injection pressure, which is preferably in a range from 3 bar to 50 bar inclusive, in particular in a range from 5 bar to 35 bar inclusive.

In dem Brennraum 12 ist wenigstens ein Einlasskanal 26 zugeordnet. Der Einlasskanal 26 ist Bestandteil eines auch als Einlasstrakt bezeichneten Ansaugtrakts des Gasmotors 10, dessen Ansaugtrakt von Luft durchströmbar ist beziehungsweise während des Verfahrens von Luft durchströmt wird. Somit ist der Einlasskanal 26 von der Luft durchströmbar. Mittels des Einlasskanals 26 ist die Luft in den Brennraum 12 einleitbar. Es ist beispielsweise vorgesehen, dass bei dem Verfahren innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels die den Einlasskanal 26 durchströmende Luft mittels des Einlasskanals 26 in dem Brennraum eingeleitet wird. Insbesondere erstreckt sich der Einlasskanal 26 in dem Zylinderkopf, sodass beispielsweise der Einlasskanal 26 durch den Zylinderkopf gebildet ist. Dem Einlasskanal 26 und somit dem Brennraum 12 ist ein erstes Gaswechselventil in Form eines Einlassventils 28 zugeordnet. Das Einlassventil 28 ist relativ zu dem Zylinderkopf und translatorisch zwischen einer in 1 gezeigten Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegbar. In der Schließstellung ist der Einlasskanal 26 durch das zugehörige Einlassventil 28 fluidisch versperrt, und in der Offenstellung gibt das Einlassventil 28 den zugehörigen Einlasskanal 26 frei, sodass in der Offenstellung des Einlassventils 28 die den Einlasskanal 26 durchströmende Luft über den Einlasskanal 26 in den Brennraum 12 eingeleitet wird.At least one intake duct 26 is assigned to the combustion chamber 12. The intake duct 26 is part of an intake duct of the gas engine 10, also referred to as an intake tract, through whose intake duct air can flow or is flowed through during the process. Air can thus flow through the intake duct 26. The air can be introduced into the combustion chamber 12 by means of the intake duct 26. It is provided, for example, that during the process, within the respective working cycle, the air flowing through the intake duct 26 is introduced into the combustion chamber by means of the intake duct 26. In particular, the intake duct 26 extends in the cylinder head, so that, for example, the intake duct 26 is formed by the cylinder head. A first gas exchange valve in the form of an intake valve 28 is assigned to the intake duct 26 and thus to the combustion chamber 12. The intake valve 28 is relative to the cylinder head and translationally between a 1 shown closed position and at least one open position. In the closed position, the inlet channel 26 is fluidically blocked by the associated inlet valve 28, and in the open position, the inlet valve 28 releases the associated inlet channel 26, so that in the open position of the inlet valve 28, the air flowing through the inlet channel 26 is introduced into the combustion chamber 12 via the inlet channel 26.

Dem Brennraum 12 ist auch ein Zündelement 30 zugeordnet, dessen Gerade, mithin sich entlang einer Geraden erstreckende Mittelachse in 1 mit 32 bezeichnet ist. Die Luft, die innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels in den Brennraum 12 eingeleitet wird, und der Wasserstoff, der innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels mittels des Injektors 22 direkt in den Brennraum 12 eingeblasen wird, bilden ein jeweiliges Gemisch, welches auch als Kraftstoff-Luft-Gemisch bezeichnet wird. Das Gemisch wird innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels mittels des Zündelements 30, welches beispielsweise als Zündkerze ausgebildet ist, zu einem jeweiligen Zündzeitpunkt gezündet, wodurch das Gemisch verbrannt wird. Hierdurch wird der Kolben 16 angetrieben und dadurch insbesondere in seinen oder in Richtung seines unteren Totpunkts bewegt. Hierdurch wird über das Pleuel die Abtriebswelle angetrieben und somit um die Abtriebswellendrehachse relativ zu dem Gehäuseelement gedreht. Der Zylinder 14, dessen einfach auch als Achse bezeichnete Zylinderachse in 1 mit 34 bezeichnet ist, begrenzt den Brennraum 12 teilweise. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Zündelement 30 mittig zu dem Zylinder 14 angeordnet ist, sodass beispielsweise die Mittelachse 32 mit der Zylinderachse 34 zusammenfällt beziehungsweise umgekehrt. Der Injektor 22, dessen insbesondere gerade und somit entlang einer Geraden verlaufende Mittelachse mit 36 bezeichnet ist, ist vorzugsweise außermittig bezüglich des Zylinders 14 angeordnet, vorliegend derart, dass die Mittelachse 36 mit der Zylinderachse 34 einen von 0 Grad und von 180 Grad und vorzugsweise von 90 Grad unterschiedlichen Winkel einschließt, der beispielsweise in einem Bereich von einschließlich 10 Grad bis einschließlich 90 Grad, insbesondere bis einschließlich 60 Grad, liegt. Der Winkel kann 90 Grad betragen, oder der Winkel ist ein von 90 Grad unterschiedlicher Winkel. Insbesondere durch einen Winkel von 90 Grad kann eine senkrechte Lage oder Position des Injektors dargestellt werden.The combustion chamber 12 is also associated with an ignition element 30, the straight line, i.e. the center axis extending along a straight line, in 1 designated 32. The air that is introduced into the combustion chamber 12 during the respective working cycle and the hydrogen that is blown directly into the combustion chamber 12 during the respective working cycle by means of the injector 22 form a respective mixture, which is also referred to as a fuel-air mixture. The mixture is ignited within the respective working cycle by means of the ignition element 30, which is designed, for example, as a spark plug, at a respective ignition time point, whereby the mixture is burned. This drives the piston 16 and thereby moves it in particular to or towards its bottom dead center. This drives the output shaft via the connecting rod and thus rotates it about the output shaft axis of rotation relative to the housing element. The cylinder 14, whose cylinder axis, also simply referred to as the axis, is in 1 designated with 34, partially delimits the combustion chamber 12. Preferably, the ignition element 30 is arranged centrally to the cylinder 14, so that, for example, the central axis 32 coincides with the cylinder axis 34 or vice versa. The injector 22, whose central axis is designated with 36, which is in particular straight and thus runs along a straight line, is preferably arranged off-center with respect to the cylinder 14, in this case such that the central axis 36 with the cylinder axis 34 encloses an angle that is different from 0 degrees and from 180 degrees and preferably from 90 degrees, which is for example in a range from 10 degrees to 90 degrees inclusive, in particular up to and including 60 degrees. The angle can be 90 degrees, or the angle is an angle other than 90 degrees. In particular, an angle of 90 degrees can represent a vertical position of the injector.

Dem Brennraum 12 ist außerdem wenigstens ein Auslasskanal 38 zugeordnet. Durch das Zünden und Verbrennen des Gemischs entsteht Abgas des Gasmotors 10, dessen Abgas aus dem Brennraum 12 ausströmen und in den Auslasskanal 38 einströmen und daraufhin den Auslasskanal 38 durchströmen kann. Der Auslasskanal 38 ist Bestandteil eines Abgastrakts des Gasmotors 10, dessen Abgastrakt von dem Abgas durchströmbar ist oder durchströmt wird. Dem Auslasskanal 38 und somit dem Brennraum 12 ist ein zweites Gaswechselventil in Form eines Auslassventils 40 zugeordnet, welches, insbesondere relativ zu dem Zylinderkopf und/oder translatorisch, zwischen einer in 1 gezeigten Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegbar ist. In der Schließstellung ist durch das Auslassventil 40 der Auslasskanal 38 fluidisch versperrt, sodass kein Gas und insbesondere kein Abgas aus dem Brennraum 12 in den Auslasskanal 38 strömen kann. In der Offenstellung gibt das Auslassventil 40 den zugehörigen Auslasskanal 38 frei, sodass in der Offenstellung des Auslassventils 40 das Abgas aus dem Brennraum 12 ausströmen und in den Auslasskanal 38 einströmen kann.The combustion chamber 12 is also assigned at least one exhaust duct 38. The ignition and combustion of the mixture produces exhaust gas from the gas engine 10, the exhaust gas of which can flow out of the combustion chamber 12 and into the exhaust duct 38 and then flow through the exhaust duct 38. The exhaust duct 38 is part of an exhaust tract of the gas engine 10, the exhaust tract of which can be or is flowed through by the exhaust gas. The exhaust duct 38 and thus the combustion chamber 12 is assigned a second gas exchange valve in the form of an exhaust valve 40, which, in particular relative to the cylinder head and/or translationally, is between a 1 shown closed position and at least one open position. In the closed position, the outlet channel 38 is fluidically blocked by the outlet valve 40, so that no gas and in particular no exhaust gas can flow from the combustion chamber 12 into the outlet channel 38. In the open position, the outlet valve 40 releases the associated outlet channel 38, so that in the open position of the outlet valve 40 the exhaust gas can flow out of the combustion chamber 12 and into the outlet channel 38.

Innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels des Gasmotors 10 wird wenigstens oder genau eine Einblasung durchgeführt, bei der oder durch die der Wasserstoff 24 mittels des Injektors 22 direkt in den Brennraum 12 eingeblasen wird. Innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels beginnt die jeweilige Einblasung zu einem ersten Zeitpunkt, und innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels endet die jeweilige Einblasung zu einem jeweiligen, zweiten Zeitpunkt, wobei der erste Zeitpunkt auch als Einblasebeginn und der zweite Zeitpunkt auch als Einblaseende bezeichnet wird. Insbesondere ist es vorgesehen, dass sich die jeweilige Einblasung innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels, insbesondere durchgängig und somit unterbrechungsfrei, von dem jeweiligen Einblasebeginn bis zum jeweiligen Einblaseende erstreckt, sodass beispielsweise innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Wasserstoff 24 durchgängig und somit unterbrechungsfrei von dem jeweiligen, ersten Zeitpunkt zum jeweiligen, zweiten Zeitpunkt direkt in den Brennraum 12 eingeblasen wird. In einer weiteren Ausprägung können in einem Arbeitsspiel oder innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiel mehrere Einblasungen erfolgen, um die Homogenität des Gemisches zu verbessern oder gezielt Inhomogenitäten zu erzeugen. Hier ist in Einspritzstrategien mit mehreren Einblasungen nur vor dem Zündzeitpunkt und ein oder mehreren Einblasungen vor dem Zündzeitpunk und ein oder mehrerer Einblasungen vor und nach dem Zündzeitpunkt vorgesehen.Within the respective working cycle of the gas engine 10, at least or exactly one injection is carried out, during which or through which the hydrogen 24 is blown directly into the combustion chamber 12 by means of the injector 22. Within the respective working cycle, the respective injection begins at a first point in time, and within the respective working cycle, the respective injection ends at a respective second point in time, wherein the first point in time is also referred to as the start of injection and the second point in time is also referred to as the end of injection. In particular, it is provided that the respective injection within the respective working cycle extends, in particular continuously and thus without interruption, from the respective start of injection to the respective end of injection, so that, for example, within the respective working cycle, the hydrogen 24 is blown directly into the combustion chamber 12 continuously and thus without interruption from the respective first point in time to the respective second point in time. In a further variant, several injections can take place in one working cycle or within the respective working cycle in order to improve the homogeneity of the mixture or to deliberately create inhomogeneities. Here, injection strategies with several injections only before the ignition point and one or more injections before the ignition point and one or more injections before and after the ignition point are provided.

Bei dem Verfahren wird der Gasmotor 10 in einem ersten Betriebsbereich betrieben, insbesondere während einer ersten Zeitspanne. Ferner wird der Gasmotor 10 bei dem Verfahren in einem von dem ersten Betriebsbereich unterschiedlichen, zweiten Betriebsbereich betrieben, insbesondere während einer zweiten Zeitspanne, wobei die zweite Zeitspanne beispielsweise der ersten Zeitspanne zeitlich vorweggeht, oder wobei sich beispielsweise die zweite Zeitspanne an die erste Zeitspanne anschließt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Gasmotor 10 sowohl in dem ersten Betriebsbereich als auch in dem zweiten Betriebsbereich befeuert, das heißt in seinem befeuerten Betrieb betrieben wird. In dem befeuerten Betrieb läuft innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels des Gasmotors 10 ein jeweiliger Verbrennungsvorgang ab, bei dem das Gemisch infolge der genannten Zündung verbrannt wird.In the method, the gas engine 10 is operated in a first operating range, in particular during a first period of time. Furthermore, in the method, the gas engine 10 is operated in a second operating range that is different from the first operating range, in particular during a second period of time, wherein the second period of time precedes the first period of time, for example, or wherein the second period of time follows the first period of time, for example. In particular, it is provided that the gas engine 10 is fired both in the first operating range and in the second operating range, i.e. is operated in its fired mode. In the fired mode, a respective combustion process takes place within the respective working cycle of the gas engine 10, in which the mixture is burned as a result of the aforementioned ignition.

Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb des Gasmotors 10 realisieren zu können, ist es vorgesehen, dass in dem ersten Betriebsbereich das jeweilige Einblasen in einem Bereich von einschließlich 320 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 180 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens 16 liegt. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass in dem ersten Betriebsbereich der Einblasebeginn innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels in einem Bereich von einschließlich 320 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 190 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens 16 liegt. Außerdem ist es vorgesehen, dass in dem zweiten Betriebsbereich des Gasmotors 10 das jeweilige Einblasen später als 190 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens 16 beginnt, sodass in dem zweiten Betriebsbereich der Einblasebeginn innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels später als 190 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens 16 liegt. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn in dem ersten Betriebsbereich der Einblasebeginn innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels in einem Bereich von einschließlich 290 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 210 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens 16 liegt. Ferner hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn in dem zweiten Betriebsbereich der Einblasebeginn innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels in einem Bereich von einschließlich 180 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 90 Grad Kurbelwinkel vor den oberen Zündtotpunkt des Kolbens 16 liegt. Ganz vorzugsweise ist es vorgesehen, dass in dem zweiten Betriebsbereich der Einblasebeginn innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels in einem Bereich von einschließlich 180 Grad Kurbelwinkel bis einschließlich 110 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens 16 liegt.In order to be able to implement a particularly advantageous operation of the gas engine 10, it is provided that in the first operating range the respective injection is in a range from 320 degrees crank angle inclusive to 180 degrees crank angle inclusive before the top dead center of ignition of the piston 16. In other words, it is provided that in the first operating range the start of injection within the respective working cycle is in a range from 320 degrees crank angle inclusive to 190 degrees crank angle inclusive before the top dead center of ignition of the piston 16. In addition, it is provided that in the second operating range of the gas engine 10 the the respective injection begins later than 190 degrees crank angle before the top dead center of the ignition of the piston 16, so that in the second operating range the start of injection within the respective working cycle is later than 190 degrees crank angle before the top dead center of the ignition of the piston 16. It has proven to be particularly advantageous if, in the first operating range, the start of injection within the respective working cycle is in a range from 290 degrees crank angle inclusive to 210 degrees crank angle inclusive before the top dead center of the ignition of the piston 16. Furthermore, it has proven to be particularly advantageous if, in the second operating range, the start of injection within the respective working cycle is in a range from 180 degrees crank angle inclusive to 90 degrees crank angle inclusive before the top dead center of the ignition of the piston 16. It is very preferably provided that in the second operating range the start of injection within the respective working cycle is in a range from 180 degrees crank angle up to and including 110 degrees crank angle before the top dead center of ignition of the piston 16.

In 1 veranschaulichen Pfeile 42 eine Strömung der Luft und somit des Gemisches in dem Brennraum 12. Es ist erkennbar, dass die durch die Pfeile 42 veranschaulichte Strömung des Gemisches in dem Brennraum 12 eine Tumble-Strömung, mithin eine tumbleförmige Strömung ist. Somit ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass insbesondere innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels die in 1 anhand der Pfeile 42 veranschaulichte Tumble-Strömung des Gemisches in dem Brennraum 12 bewirkt wird, sodass innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels das Gemisch tumbleförmig in den Brennraum 12 strömt.In 1 Arrows 42 illustrate a flow of air and thus of the mixture in the combustion chamber 12. It can be seen that the flow of the mixture in the combustion chamber 12 illustrated by the arrows 42 is a tumble flow, and thus a tumble-shaped flow. Thus, the method provides that, in particular within the respective working cycle, the 1 tumble flow of the mixture in the combustion chamber 12, as illustrated by the arrows 42, is effected, so that within the respective working cycle the mixture flows in a tumble-like manner into the combustion chamber 12.

Außerdem ist aus 1 erkennbar, dass der Kolben 16 eine auch als Brennraummulde oder Mulde bezeichnete Kolbenmulde 44 aufweist, welche insbesondere ein Teil des Brennraums 12 sein kann. Die Kolbenmulde 44 ist Wok- oder wannenförmig, wobei die Kolbenmulde 44 konvex gewölbt ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Kolbenmulde 44 bezüglich der Zylinderachse 34 zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist und/oder die Kolbenmulde 44 kann bezüglich einer Symmetrieebene, in welcher die Zylinderachse 34 verläuft, spiegelsymmetrisch ausgebildet sein.In addition, 1 It can be seen that the piston 16 has a piston recess 44, also referred to as a combustion chamber recess or recess, which can in particular be part of the combustion chamber 12. The piston recess 44 is wok-shaped or tub-shaped, with the piston recess 44 being convexly curved. In particular, it is provided that the piston recess 44 is at least substantially rotationally symmetrical with respect to the cylinder axis 34 and/or the piston recess 44 can be mirror-symmetrical with respect to a plane of symmetry in which the cylinder axis 34 runs.

In 1 befindet sich der Kolben 16 in seinem unteren Totpunkt. In 2 befindet sich der Kolben 16 in einer Zwischenstellung, wobei der Kolben 16 die in 2 gezeigte Zwischenstellung bei 100 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens 16 einnimmt.In 1 the piston 16 is at its bottom dead center. In 2 the piston 16 is in an intermediate position, whereby the piston 16 2 shown intermediate position at 100 degrees crank angle before the top dead center of the piston 16.

Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Einlasskanal 26 als ein Tumble-Kanal ausgebildet ist, mittels welchem die in dem Brennraum 14 stattfindende, auch als Tumble-Strömung bezeichnete, tumbleförmige Strömung der Luft und somit des Gemisches bewirkbar ist oder bewirkt wird.Thus, it is preferably provided that the inlet channel 26 is designed as a tumble channel, by means of which the tumble-shaped flow of air and thus of the mixture taking place in the combustion chamber 14, also referred to as tumble flow, can be or is effected.

4 zeigt das Zündelement 30 ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht. Das Zündelement weist wenigstens zwei Elektroden 46 und 48 auf, wobei beispielsweise die Elektrode 46 auch als erste Element und die Element 48 auch als zweite Element bezeichnet werden. Insbesondere ist denkbar, dass das Zündelement 30 die Elektrode 46 und mehrere, zweite Elektroden 48 aufweist. Mittels der Elektroden kann innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels wenigstens oder genau ein jeweiliger Zündfunke erzeugt werden, mittels welchem das jeweilige Gemisch des jeweiligen Arbeitsspiels zu zünden ist oder gezündet wird. Wird mittels der Elektroden 46 und 48 der Zündfunke erzeugt, so bildet sich der Zündfunke zwischen den Elektroden 46 und 48, insbesondere zwischen jeweiligen auch als Elektrodenbereiche bezeichneten Zündbereichen der Elektroden 46 und 48, aus, sodass ein erster der Zündbereiche der Zündbereich der Elektrode 46 und ein zweiter der Zündbereiche der Zündbereich der Elektrode 48 ist. Dabei sind die Elektroden 46 und 48, insbesondere die Zündbereiche, in einem Elektrodenabstand zueinander angeordnet. Um Vorentflammungen zu vermeiden und somit einen besonders vorteilhaften Betrieb des Gasmotors 10 realisieren zu können, liegt der Elektrodenabstand in einem Bereich von einschließlich 0,1 Millimeter bis einschließlich 1,5 Millimeter, insbesondere zwischen 0,3 Millimeter und 0,7 Millimeter. 4 shows the ignition element 30 in detail in a schematic perspective view. The ignition element has at least two electrodes 46 and 48, wherein, for example, the electrode 46 is also referred to as the first element and the element 48 is also referred to as the second element. In particular, it is conceivable that the ignition element 30 has the electrode 46 and several second electrodes 48. By means of the electrodes, at least or exactly one respective ignition spark can be generated within the respective working cycle, by means of which the respective mixture of the respective working cycle is to be ignited or is ignited. If the ignition spark is generated by means of the electrodes 46 and 48, the ignition spark forms between the electrodes 46 and 48, in particular between respective ignition regions of the electrodes 46 and 48, also referred to as electrode regions, so that a first of the ignition regions is the ignition region of the electrode 46 and a second of the ignition regions is the ignition region of the electrode 48. The electrodes 46 and 48, in particular the ignition areas, are arranged at an electrode distance from one another. In order to avoid pre-ignition and thus to be able to realize a particularly advantageous operation of the gas engine 10, the electrode distance is in a range from 0.1 millimeters to 1.5 millimeters inclusive, in particular between 0.3 millimeters and 0.7 millimeters.

4 zeigt das Auslassventil 40 in einer schematischen Schnittansicht. Aus 3 ist erkennbar, dass das Auslassventil 40 in seinem Inneren 50 genau einen auch als Hohlraum bezeichneten oder als Hohlraum ausgebildeten Aufnahmeraum 52 aufweist, in welchem ein Wärmeabfuhrmittel 54 aufgenommen ist. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Wärmeabfuhrmittel 54 Natrium, sodass das Auslassventil 40 ein natriumgefülltes und somit natriumgekühltes Auslassventil ist. Es ist erkennbar, dass der Aufnahmeraum 52 nicht vollständig mit dem Wärmeabfuhrmittel 54 gefüllt ist, sondern der Aufnahmeraum 52 ist beispielsweise zu höchstens 80%, insbesondere zu höchstens 60% und ganz insbesondere zu höchstens 50% mit dem Wärmeabfuhrmittel 54 gefüllt. Das Auslassventil 40 ist beispielsweise aus wenigstens oder genau zwei separat voneinander ausgebildeten und miteinander verbundenen Ventilteilen 56 und 58 zusammengesetzt, die beispielsweise unter Ausbildung wenigstens einer Schweißnaht 60 miteinander verschweißt und dadurch miteinander verbunden sind. 4 shows the outlet valve 40 in a schematic sectional view. 3 It can be seen that the outlet valve 40 has in its interior 50 exactly one receiving space 52, also referred to as a cavity or designed as a cavity, in which a heat dissipation means 54 is accommodated. In the 3 In the embodiment shown, the heat dissipation medium 54 is sodium, so that the outlet valve 40 is a sodium-filled and thus sodium-cooled outlet valve. It can be seen that the receiving space 52 is not completely filled with the heat dissipation medium 54, but the receiving space 52 is, for example, filled to a maximum of 80%, in particular to a maximum of 60% and most particularly to a maximum of 50% with the heat dissipation medium 54. The outlet valve 40 is composed, for example, of at least or exactly two valve parts 56 and 58 which are formed separately from one another and connected to one another, which are welded together, for example, to form at least one weld seam 60 and are thereby connected to one another.

Mittels der Wärmeabfuhrmittels 54 kann Wärme von einem ersten Teilbereich T1 des Auslassventils 40 in einen von dem ersten Teilbereich T1 unterschiedlichen, zweiten Teilbereich T2 des Auslassventils 40 abgeführt, mithin geleitet werden, wobei sich beispielsweise der Teilbereich T2, insbesondere direkt, an den Teilbereich T1 anschließt. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass der Aufnahmeraum 52 jeweils teilweise sowohl in dem Teilbereich T1 als auch in dem Teilbereich T2 angeordnet ist. Insbesondere umfasst der Teilbereich T1 zumindest einen Teil eines Ventiltellers des vorliegend als Tellerventil ausgebildeten Auslassventils 40, dessen Ventilteller in der Schließstellung des Auslassventils 40 auf einem korrespondierenden Ventilsitz sitzt, wodurch der Auslasskanal 38 fluidisch versperrt ist. Der Teilbereich T2 umfasst zumindest einen Teil eines Ventilschafts des Auslassventils 40, welches über seinen Ventilschaft geführt an dem Zylinderkopf gehalten und dadurch relativ zu dem Zylinderkopf zwischen der Schließstellung und der Offenstellung geführt bewegbar, insbesondere verschiebbar, ist.By means of the heat dissipation means 54, heat can be dissipated, and thus conducted, from a first partial region T1 of the outlet valve 40 into a second partial region T2 of the outlet valve 40 that is different from the first partial region T1, with the partial region T2, for example, adjoining the partial region T1, in particular directly. In this case, it is provided in particular that the receiving space 52 is arranged partially in both the partial region T1 and the partial region T2. In particular, the partial region T1 comprises at least part of a valve plate of the outlet valve 40, which is designed as a plate valve in the present case, the valve plate of which sits on a corresponding valve seat in the closed position of the outlet valve 40, as a result of which the outlet channel 38 is fluidically blocked. The partial region T2 comprises at least a part of a valve stem of the exhaust valve 40, which is held on the cylinder head via its valve stem and is thus movable, in particular displaceable, relative to the cylinder head between the closed position and the open position.

Beispielsweise weist das Auslassventil 40 einen Grundkörper 62 auf, dessen von dem Aufnahmeraum 52 abgewandte, außenumfangsseitige Oberfläche 64 zumindest oder ausschließlich lokal und somit teilweise mit einer Beschichtung 66 versehen ist, die insbesondere direkt auf die Oberfläche 64 aufgebracht ist. Der Grundkörper 62 ist beispielsweise aus einem ersten Material wie beispielsweise einem Stahl gebildet, wobei beispielsweise die Beschichtung 66 aus einem von dem ersten Material unterschiedlichen, zweiten Material gebildet ist. Insbesondere ist das zweite Material eine Chrom-Nickel-Legierung.For example, the outlet valve 40 has a base body 62, the outer peripheral surface 64 of which, facing away from the receiving space 52, is at least or exclusively locally and thus partially provided with a coating 66, which is in particular applied directly to the surface 64. The base body 62 is formed, for example, from a first material such as steel, wherein, for example, the coating 66 is formed from a second material that is different from the first material. In particular, the second material is a chromium-nickel alloy.

Vorzugsweise weist der Gasmotor 10 ein auch mit ε bezeichnetes Verdichtungsverhältnis auf, welches in einem Bereich von einschließlich 10 bis einschließlich 14, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 10 bis 13, liegt.Preferably, the gas engine 10 has a compression ratio, also designated ε, which lies in a range from 10 to 14 inclusive, in particular in a range from 10 to 13 inclusive.

Der Injektor 22 weist wenigstens oder genau eine beispielsweise als Bohrung ausgebildete Austrittsöffnung auf, welche von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbar ist. Dies bedeutet, dass dann, wenn innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels mittels des Injektors 22 der gasförmige Kraftstoff direkt in den Brennraum 14 eingeblasen wird, der gasförmige Kraftstoff die Austrittsöffnung des Injektors 22 durchströmt, und zwar insbesondere entlang einer auch als Durchdringrichtung oder Durchdringungsrichtung bezeichneten Durchgangsrichtung der Austrittsöffnung. Die Durchdringrichtung der Austrittsöffnung verläuft gerade, mithin entlang einer Geraden, die beispielsweise mit einer dritten Mittelachse der Austrittsöffnung zusammenfällt. Insbesondere ist die Austrittsöffnung bezüglich der dritten, geraden Mittelachse der Austrittsöffnung zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Dabei ist es denkbar, dass die Austrittsöffnung kreisrund und somit in Form eines Kreises ausgebildet ist, dessen Mittelpunkt auf der Geraden und somit auf der dritten Mittelachse der Austrittsöffnung liegt. Insbesondere verläuft die dritte Mittelachse der Austrittsöffnung senkrecht zu einer Ebene, in welcher sich die Austrittsöffnung erstreckt. Dabei ist vorzugsweise eine Schräglage der Austrittsöffnung bezüglich der Zylinderachse 34 vorgesehen, sodass die dritte Mittelachse der Austrittsöffnung mit der Zylinderachse 32 einen von 0 Grad und von 180 Grad und beispielsweise auch von 90 Grad unterschiedlichen Winkel, welcher auch als Öffnungswinkel bezeichnet wird, einschließt, wobei der Öffnungswinkel vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich 10 Grad bis einschließlich 60 Grad liegt. Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel fällt die dritte Mittelachse der Austrittsöffnung mit der Mittelachse 36 des Injektors 22 zusammen, sodass die Mittelachse 36 des Injektors 22 die Mittelachse der Austrittsöffnung ist.The injector 22 has at least or exactly one outlet opening, for example designed as a bore, through which the gaseous fuel can flow. This means that when the gaseous fuel is blown directly into the combustion chamber 14 by means of the injector 22 during the respective working cycle, the gaseous fuel flows through the outlet opening of the injector 22, in particular along a direction of passage of the outlet opening, also referred to as the penetration direction or penetration direction. The penetration direction of the outlet opening is straight, thus along a straight line that coincides, for example, with a third central axis of the outlet opening. In particular, the outlet opening is at least substantially rotationally symmetrical with respect to the third, straight central axis of the outlet opening. It is conceivable that the outlet opening is circular and thus in the shape of a circle, the center of which lies on the straight line and thus on the third central axis of the outlet opening. In particular, the third central axis of the outlet opening runs perpendicular to a plane in which the outlet opening extends. In this case, an inclined position of the outlet opening with respect to the cylinder axis 34 is preferably provided, so that the third central axis of the outlet opening forms an angle with the cylinder axis 32 that is different from 0 degrees and from 180 degrees and, for example, from 90 degrees, which angle is also referred to as the opening angle, wherein the opening angle is preferably in a range from 10 degrees to 60 degrees inclusive. In the embodiment shown in the figures, the third central axis of the outlet opening coincides with the central axis 36 of the injector 22, so that the central axis 36 of the injector 22 is the central axis of the outlet opening.

Bei dem Gasmotor 10 können übermäßig heiße Stellen, mithin Hotspots vermieden werden oder eine Anzahl von solchen Hotspots kann besonders gering gehalten werden, sodass Vorentflammungen vermieden werden können. Außerdem ist ein besonders wirkungsgradgünstiger Betrieb des Gasmotors 10 darstellbar, sodass der Gasmotor 10 vorteilhaft betrieben werden kann.In the gas engine 10, excessively hot spots can be avoided or the number of such hot spots can be kept particularly low so that pre-ignitions can be avoided. In addition, a particularly efficient operation of the gas engine 10 can be demonstrated so that the gas engine 10 can be operated advantageously.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: GasmotorGas engine
1212: Zylindercylinder
1414: BrennraumCombustion chamber
1616: KolbenPistons
1818: BrennraumdachCombustion chamber roof
2020: ZylinderwandCylinder wall
2222: InjektorInjector
2424: Wasserstoffhydrogen
2626: EinlasskanalInlet channel
2828: EinlassventilInlet valve
3030: ZündelementIgnition element
3232: MittelachseCentral axis
3434: ZylinderachseCylinder axis
3636: MittelachseCentral axis
3838: AuslasskanalExhaust channel
4040: Auslassventiloutlet valve
4242: PfeileArrows
4444: KolbenmuldePiston recess
4646: Elektrodeelectrode
4848: Elektrodeelectrode
5050: InneresInterior
5252: AufnahmeraumRecording room
5454: WärmeabfuhrmittelHeat dissipation agent
5656: VentilteilValve part
5858: VentilteilValve part
6060: SchweißnahtWeld seam
6262: GrundkörperBase body
6464: Oberflächesurface
6666: BeschichtungCoating

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19853357 A1 [0002]
DE 19929944 B4 [0002]
DE 19932119 C2 [0002]

Claims

Gas engine (10) with at least one combustion chamber (12) which can be supplied with a gaseous fuel (24), with an ignition element (30) assigned to the combustion chamber (12), which has two electrodes (46, 48) arranged at an electrode distance from one another, by means of which at least one ignition spark can be generated for igniting a mixture comprising at least the gaseous fuel and air, and with at least one gas exchange valve (40) assigned to the combustion chamber (12), characterized in that: - the electrode distance is in a range from 0.1 millimeters to 1.4 millimeters inclusive; and - the gas exchange valve (40) has a receiving space (52) in its interior (50) in which a heat dissipation means (54) is accommodated, by means of which heat can be dissipated from a first partial region (T1) of the gas exchange valve (40) to a second partial region (T2) of the gas exchange valve (40).

Gas engine (10) after Claim 1 , characterized in that the gas engine (10) has a compression ratio which lies in a range from 10 to 14 inclusive.

Gas engine (10) after Claim 2 , characterized in that the compression ratio is in a range from 10 to 13 inclusive.

Gas engine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the gas engine (10) is designed to form a tumble-shaped flow of air in the combustion chamber (12).

Gas engine (10) after Claim 4 , characterized in that the gas engine (10) is designed to form the tumble-shaped flow of air such that the tumble-shaped flow has a tumble number which lies in a range from 1.5 to 5 inclusive.

Gas engine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that: - the combustion chamber (12) is assigned an injector (22) which has an outlet opening through which the gaseous fuel can flow, via which the gaseous fuel can be discharged from the injector (22) and blown directly into the combustion chamber (12); and - the combustion chamber (12) is partially formed by a cylinder (14) having a diameter, the cylinder axis (34) of which is arranged at a distance from the outlet opening.

Gas engine (10) after Claim 6 , characterized in that the distance is in a range from 3% to 50% of the diameter inclusive.

Gas engine (10) after Claim 6 or 7 , characterized in that a central axis (36) of the injector (22) encloses an angle with the cylinder axis (34) which lies in a range from 10 degrees to 90 degrees inclusive, in particular in a range from 10 degrees to 60 degrees inclusive.

Gas engine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the gas engine (10) is designed to inject the gaseous fuel directly into the combustion chamber (12) at a pressure which is in a range from 3 bar to 200 bar, in particular up to and including 50 bar.

Gas engine (10) after Claim 9 , characterized in that the pressure is in a range from 3 bar to 35 bar inclusive.

Gas engine (10) after Claim 9 or 10 , characterized in that the pressure is 20 bar.

Gas engine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the gas engine (10) is designed as a hydrogen engine.

Method for operating a gas engine (10) according to one of the preceding claims.

Motor vehicle, with a gas engine (10) according to one of the Claims 1 until 12 , wherein the motor vehicle can be driven by means of the gas engine (10).

Working machine, with a gas engine (10) according to one of the Claims 1 until 12 .