氢内燃机以及乘用车和商用车的制作方法

本发明涉及一种用于乘用车和商用车的氢内燃机。本发明还涉及一种分别具有这样的氢内燃机的乘用车和商用车。

背景技术：

1、氢内燃机是利用氢作为燃料来运行的内燃机。氢内燃机将化学能转化为机械功和热量，其基础是所谓的氢氧反应，氢在氢氧反应中燃烧。氢的自燃温度接近600℃。因此，在氢内燃机的入口阀和出口阀中出现特别高的热负荷。这使得有必要特别有效地冷却所提到的阀。从用于乘用车和商用车的以汽油燃料或柴油燃料工作的常规内燃机已知，将所提到的阀设计为所谓的金属空心阀，其具有内置的液态的冷却介质。通常适用于金属空心阀的是，该金属空心阀具有比实心阀更低的自重，并且由于所提到的以冷却介质的填充而允许改进的散热。

技术实现思路

1、因此，本发明的任务是，说明一种在氢内燃机的研发方面的新的途径。

2、根据本发明，该任务通过独立权利要求的主题来解决。有利的实施方式是从属权利要求的主题。

3、因此，本发明的基本构思是，如基于汽油燃料或柴油燃料的常规内燃机具有金属空心阀(该金属空心阀具有能以冷却介质填充的空腔)那样地设计氢内燃机的入口阀和出口阀。在此，对于本发明重要的是，空腔进而空心阀的限界出空腔的区段的壁厚的与作为燃料的氢的特性相匹配的尺寸设计。

4、已经证实的是，在该尺寸设计中尤其必须考虑到氢内燃机是在乘用车(pkw)还是商用车中被使用，在商用车中，氢内燃机和因此该氢内燃机的阀经受提高了的热负荷。广泛的实验研究已经得出的是，当空腔在阀杆的区域中的空腔直径在3mm至4.4mm之间且空心阀在阀杆的区域中的壁厚在0.8mm至1.4mm之间时，在用于乘用车的氢内燃机中实现了对空心阀的特别有效的冷却。尤其地，当在空腔中设置有合适的冷却介质时，这两个特性共同导致有效地从空心阀导走热量。如果氢内燃机应该使用在商用车中，那么当空腔在阀杆的区域中的空腔直径在3.5mm至7mm之间且空心阀在阀杆的区域中的壁厚在1.5mm至3.0mm之间时，实现了在那里出现提高了的机械和热负荷时对空心阀的最佳冷却。

5、详细地，根据本发明的第一方面，根据本发明的用于乘用车的氢内燃机包括至少一个缸，该缸包括用于使氢燃烧成水的燃烧室。此外，根据本发明的氢内燃机包括用于将氢导入燃烧室或用于将水从燃烧室导出的金属空心阀。因此，空心阀在前一情况中充当入口阀，而在后一情况中充当出口阀。“金属”当前意味着阀杆的材料和阀盘的材料是金属或包括金属。空心阀包括沿轴向方向延伸的、管状的阀杆，该阀杆沿轴向方向过渡成阀盘，该阀盘具有相对于阀杆增大的外直径。阀杆和阀盘共同限界出空腔。在此，空腔在阀杆的区域中的横向于轴向方向测量的空腔直径在3mm至4.4mm之间。空心阀在阀杆的区域中的横向于轴向方向测量的壁厚在0.8mm至1.4mm之间，优选为约1mm。

6、在优选的实施方式中，在阀盘的区域中的横向于轴向方向测量的空腔直径大于在阀杆的区域中的空腔直径。因此，相对于阀杆增大的体积可以用于空腔，从而在以冷却介质填充的情况下进一步改进了散热。

7、在另一优选的实施方式中，空心阀在阀盘的区域中的壁厚基本上相当于在阀杆的区域中的壁厚或者小于在阀杆的区域中的壁厚。这两个变型方案的区段式组合也是可想到的，这意味着，在阀盘的区域中的壁厚区段式地具有与在阀杆的区域中的壁厚相同的值并区段式地具有比在阀杆的区域中更小的值。

8、此外，根据本发明的第二方面，根据本发明的用于商用车的氢内燃机包括至少一个缸，该缸包括用于使氢燃烧成水的燃烧室。此外，根据本发明的氢内燃机包括用于将氢导入燃烧室中或用于将水从燃烧室导出的金属空心阀。因此，空心阀在前一情况中充当入口阀，而在后一情况中充当出口阀。“金属”当前意味着阀杆的材料和阀盘的材料是金属或包括金属。空心阀包括沿轴向方向延伸的、管状的阀杆，该阀杆沿轴向方向过渡成阀盘，该阀盘具有相对于阀杆增大的外直径。阀杆和阀盘共同限界出空腔。空腔在阀杆的区域中的横向于轴向方向测量的空腔直径在3.5mm至7mm之间。空心阀在阀杆的区域中的横向于轴向方向测量的壁厚在1.5mm至3.0mm之间，优选为约2mm。

9、在根据第二方面的根据本发明的氢内燃机的优选的实施方式中，在阀盘的区域中的横向于轴向方向测量的空腔直径大于在阀杆的区域中的空腔直径。因此，相对于阀杆增大的体积可以用于空腔，从而在以冷却介质填充的情况下进一步改进了散热。

10、根据有利的改进方案，根据第二方面的根据本发明的氢内燃机的空心阀在阀盘的区域中的壁厚基本上相当于在阀杆的区域中的壁厚或小于在阀杆的区域中的壁厚。这两个变型方案的区段式组合也是可想到的，这意味着，在阀盘的区域中的壁厚区段式地具有与在阀杆的区域中的壁厚相同的值并区段式地具有比在阀杆的区域中更小的值。

11、适宜地，在根据第一或第二方面的根据本发明的氢内燃机的空心阀中，空腔至少部分、优选部分但不完全地以冷却介质填充。这允许了借助冷却介质特别有效地将由空心阀在阀盘的区域中吸收的来自内燃机的燃烧室的热量导走。

12、特别优选地，冷却介质可以是钠或包括钠。替选于此地，冷却介质可以是不能蒸发的吸气合金，该吸气合金包含以下组成部分中的至少一种：锆；钒；铁；锰；至少一种稀土金属。

13、按照根据第一或第二方面的根据本发明的氢内燃机的有利的改进方案，至少一个缸可以具有围绕阀开口的烧结的阀座环，在空心阀的关闭位置中，空心阀的阀盘贴靠或可以贴靠在阀座环上。特别优选地，阀座环可以包括基于钴的硬质相。以该方式可以实现阀座环的高的耐磨性。

14、根据有利的改进方案，硬质相可以包含钼、铬和铁作为另外的组成部分。由此进一步改进了阀座环的硬度，由此也进一步提高了耐磨性。替选于此但也同样优选地，硬质相可以包括钼、铬和钒作为另外的组成部分。这也附加地提高了阀座环的硬度，由此也进一步提高了耐磨性。

15、根据有利的改进方案，空心阀在阀盘的区域中可以具有用于在关闭位置中贴靠在阀座环上的接触区段。在接触区段的区域中，空心阀铠装地(gepanzert)构造。接触区段的这种铠装可以优选借助等离子粉末堆焊、特别优选地在使用铁或钴作为添加材料的情况下来制造。该措施导致进一步改进空心阀的耐磨性。

16、本发明还涉及一种乘用车，该乘用车具有之前提出的根据第一方面的根据本发明的氢内燃机，从而使得根据第一方面的根据本发明的氢内燃机的优点转移至根据本发明的乘用车。

17、本发明还涉及一种商用车，该商用车具有之前提出的、根据第二方面的根据本发明的氢内燃机，从而使得根据第二方面的根据本发明的氢内燃机的优点转移至根据本发明的商用车。

18、本发明的其他的重要的特征和优点由从属权利要求、附图以及借助附图的相关的附图描述得到。

19、应当理解，上述的和随后还将阐述的特征可以不仅在分别说明的组合中使得，而且也可以在其他的组合中使用或单独使用，而不会脱离本发明的保护范围。

技术特征：

1.用于乘用车的氢内燃机，所述氢内燃机具有：

2.根据权利要求1所述的氢内燃机，其特征在于，在所述阀盘(3)的区域中的横向于轴向方向(a)测量的空腔直径(hd2)大于在所述阀杆(2)的区域中的横向于轴向方向(a)测量的空腔直径(hd1)。

3.根据权利要求1或2所述的氢内燃机，其特征在于，所述空心阀(1)在所述阀盘(3)的区域中的壁厚(w2)至少区段式地基本上相当于在所述阀杆(2)的区域中的壁厚(w1)和/或小于在所述阀杆(2)的区域中的壁厚(w1)。

4.用于商用车的氢内燃机，所述氢内燃机具有：

5.根据权利要求4所述的氢内燃机，其特征在于，在所述阀盘(3)的区域中的横向于轴向方向(a)测量的空腔直径(hd2)大于在所述阀杆(2)的区域中的横向于轴向方向(a)测量的空腔直径(hd1)。

6.根据权利要求4或5所述的氢内燃机，其特征在于，所述空心阀(1)在所述阀盘(3)的区域中的壁厚(w2)区段式地基本上相当于在所述阀杆(2)的区域中的壁厚(w1)和/或小于在所述阀杆(2)的区域中的壁厚(w1)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的氢内燃机，其特征在于，所述空腔(4)至少部分地以冷却介质填充。

8.根据权利要求7所述的氢内燃机，其特征在于，所述冷却介质是钠或包含钠。

9.根据权利要求7所述的氢内燃机，其特征在于，除了冷却介质外，还存在不能蒸发的吸气合金，所述吸气合金包含以下组成部分中的至少一种：

10.根据前述权利要求中任一项所述的氢内燃机，其特征在于，所述缸具有围绕阀开口的、烧结的或铸造的阀座环，在所述空心阀(1)的关闭位置中，所述阀盘(3)贴靠在所述阀座环上。

11.根据权利要求10所述的氢内燃机，其特征在于，所述阀座环包括基于钴的硬质相。

12.根据权利要求11所述的氢内燃机，其特征在于，所述硬质相包含钼、铬和铁作为另外的组成部分。

13.根据权利要求11或12所述的氢内燃机，其特征在于，所述硬质相包含钼、铬和钒作为另外的组成部分。

14.乘用车，所述乘用车具有车身和根据权利要求1至3或7至13中任一项所述的氢内燃机。

15.商用车，所述商用车具有车身和根据权利要求4至13中任一项所述的氢内燃机。

技术总结
本发明涉及氢内燃机以及乘用车和商用车。用于乘用车的氢内燃机具有至少一个带有燃烧室的缸以及用于将氢导入燃烧室中或用于将水从燃烧室导出的金属空心阀(1)，其中，空心阀(1)包括沿轴向方向(A)延伸的、管状的阀杆(2)，该阀杆沿轴向方向(A)过渡成阀盘(3)，该阀盘具有相对于阀杆(2)增大的外直径(da)。阀杆(2)和阀盘(3)限界出空腔(4)，其中，空腔(4)在阀杆(2)的区域中的横向于轴向方向(A)测量的空腔直径(hd1)处在3.0mm至4.4mm之间。空心阀(1)在阀杆(2)的区域中的横向于轴向方向(A)测量的壁厚(w1)处在0.8mm至1.4mm之间。

技术研发人员：克里斯托夫·吕芬,亚历山大·米勒,亚历山大·普克
受保护的技术使用者：马勒国际有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15