WO2017041952A1 - Schieberventil für ein abwärmerückgewinnungssystem - Google Patents

Schieberventil für ein abwärmerückgewinnungssystem Download PDF

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WO2017041952A1
WO2017041952A1 PCT/EP2016/067439 EP2016067439W WO2017041952A1 WO 2017041952 A1 WO2017041952 A1 WO 2017041952A1 EP 2016067439 W EP2016067439 W EP 2016067439W WO 2017041952 A1 WO2017041952 A1 WO 2017041952A1
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WO
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valve
slide
outlet
inlet
bore
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PCT/EP2016/067439
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English (en)
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Inventor
Manuel Stoll
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K11/00—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves
    • F16K11/02—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit
    • F16K11/06—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements
    • F16K11/065—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with linearly sliding closure members
    • F16K11/07—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with linearly sliding closure members with cylindrical slides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/101—Regulating means specially adapted therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K27/00—Construction of housing; Use of materials therefor
    • F16K27/04—Construction of housing; Use of materials therefor of sliding valves
    • F16K27/041—Construction of housing; Use of materials therefor of sliding valves cylindrical slide valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0603—Multiple-way valves
    • F16K31/061—Sliding valves
    • F16K31/0613—Sliding valves with cylindrical slides

Definitions

  • the invention relates to a slide valve, in particular for a
  • Waste heat recovery system of an internal combustion engine
  • Valves for exhaust heat recovery systems of internal combustion engines are also known from the prior art, for example from the published patent application DE 10 2013 211 875 AI.
  • the known valve is a
  • Distributor valve and can be used to divide a mass flow of a working medium on two evaporators of the waste heat recovery system.
  • the known valve comprises an inlet channel, a first outlet channel and a second outlet channel.
  • the mass flow of the working medium is divided from the inlet channel to the two outlet channels.
  • valve according to the invention is in contrast designed as a slide valve, in particular suitable for a waste heat recovery system
  • the slide valve comprises a valve housing, wherein in the valve housing an inlet channel, a first outlet channel and a second outlet channel are formed.
  • a substantially cylindrical slide is longitudinally movably guided in a guide bore.
  • Guide bore is hydraulic with the inlet channel, with the first
  • a working medium mass flow of the inlet channel to the first outlet channel and / or the second outlet channel can be divided proportionally.
  • the slide valve can divide the mass flow of the working medium flowing in from the inlet channel proportionally and steplessly onto the two outlet channels.
  • valve tube is arranged in the valve housing and the guide bore is formed in the valve tube.
  • the valve tube is comparatively easy to manufacture. All holes can be manufactured so inexpensively. Furthermore, more complex flow geometries can be designed thereby, since the valve housing and the valve tube can be manufactured separately from each other before assembly.
  • valve tube is pressed into the valve housing. This creates a media-tight connection between the valve housing and the valve tube.
  • targeted compressive residual stresses can be introduced into the valve tube so that the life of the valve tube and thus the life of the entire Gate valve rises.
  • this type of connection is a very cost effective connection.
  • At least one inlet bore, at least one first outlet bore and at least one second outlet bore are formed in the valve tube in the radial direction.
  • the at least one inlet bore is hydraulically connected to the inlet channel, the at least one first outlet bore with the first outlet channel and the at least one second outlet bore with the second outlet channel.
  • the valve tube with the inlet bore and the two outlet holes can be produced inexpensively. Furthermore, it is very easy to produce any shapes of holes, for example elliptical or star-shaped holes. The geometries of the holes can be optimally adapted to the desired distribution of the mass flow.
  • the slider has a closing body.
  • the closing body interacts with the at least one
  • Locking body free a first hydraulic connection from the inlet channel to the first outlet channel and / or a second hydraulic connection from the inlet channel to the second outlet channel. Due to the longitudinal movement of the slide or the stroke of the slide, the mass flow is divided proportionally to the first and second outlet channel.
  • a plurality of inlet bores are formed in the valve tube.
  • at least one first inlet bore and at least one second inlet bore are formed.
  • the at least one first inlet bore is a distance d offset from the at least one second inlet bore arranged.
  • the two inlet bores can thus be arranged such that, for example, the first inlet bore is essential for the flow cross section of the first hydraulic connection and the second inlet bore is essential for the flow cross section of the second
  • the closing body has a width b which is less than or equal to the distance d.
  • the closing body can interact simultaneously with both inlet bores, but nevertheless open both hydraulic connections, namely by covering only a part of the inlet bores, for example.
  • the closing body closes the second hydraulic connection in a first end position of the slide and, in a second end position of the slide, the first hydraulic connection.
  • the slider has a first closing body and a second closing body.
  • the first closing body cooperates with the at least one first outlet bore and the second closing body with the at least one second outlet bore.
  • the first closing body gives a first by the longitudinal movement of the slider Hydraulic connection from the inlet channel to the first outlet channel free, and / or the second closing body releases a second hydraulic connection from the inlet channel to the second outlet channel.
  • first closing body and / or the second closing body can also interact with the inlet bore, so that, for example, both the first hydraulic connection and the second hydraulic connection are closed.
  • the first closing body closes the first hydraulic connection in a first end position of the slide, and in a second end position of the slide, the second closing body closes the second hydraulic connection.
  • Outlet channels are completely interrupted.
  • the first closing body and / or the second closing body in a third end position also cooperate with the inlet bore, so that, for example, both the first hydraulic connection and the second hydraulic connection are closed.
  • the spool valve in the valve housing the
  • Auslassringnut and a second Auslassringnut formed.
  • the inlet ring groove connects the guide bore to the inlet channel
  • the first outlet ring groove connects the guide bore to the first outlet channel and the second one
  • Auslassringnut the guide bore with the second outlet channel.
  • the at least one inlet bore, the at least one first outlet bore and the at least one second outlet bore in arbitrary geometries, in arbitrary numbers and in arbitrary geometries, can thus be achieved for one annular groove
  • the slide valve according to the invention is arranged in a waste heat recovery system of an internal combustion engine.
  • the waste heat recovery system comprises a working medium carrying circuit, wherein the circuit in the flow direction of the working medium comprises a pump, an evaporator, a bypass valve, an expansion machine and a condenser. Parallel to the expansion machine, a bypass line is arranged, wherein the bypass valve controls the mass flow of the working medium to the expansion machine and the bypass line.
  • the bypass valve is the slide valve according to the invention. This allows the
  • Mass flow of the working medium can be divided as desired between the expander and the bypass line. This can be done, for example, in
  • valve according to the invention is arranged in a further waste heat recovery system of an internal combustion engine.
  • the further waste heat recovery system has a working medium leading circuit, wherein the circuit in the flow direction of the working medium, a pump, a distribution valve, two evaporators in
  • Parallel circuit, an expansion machine and a capacitor comprises.
  • the distribution valve controls the mass flows of the working medium to the two evaporators.
  • the distribution valve is the slide valve according to the invention.
  • the mass flow of the working medium to the two evaporators can be divided optimally proportional and continuously. Even with fast changing
  • Valve positions of the slide valve can be controlled quickly and thereby optimally controlled and regulated the respective working medium mass flows to the two evaporators.
  • Fig.l shows a longitudinal section of an embodiment of the slide valve according to the invention, wherein only the essential areas are shown.
  • FIG 3 shows a longitudinal section of a further embodiment of the slide valve according to the invention, wherein only the essential areas are shown.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a valve tube for an input-controlled inventive slide valve.
  • FIG 5 shows an electromagnetic control of the slide valve according to the invention.
  • Fig. 6 shows schematically a slide valve according to the invention within a waste heat recovery system.
  • FIG. 7 shows schematically a slide valve according to the invention within a further waste heat recovery system.
  • Fig.l shows a longitudinal section of an embodiment of the
  • the slide valve 1 is designed as a proportional valve to divide a mass flow of a working fluid steplessly.
  • the slide valve 1 is designed as an input-controlled slide valve.
  • the slide valve 1 comprises a valve housing 4, in which a valve tube 2 is arranged, for example, is pressed.
  • an inlet channel 5 having an inlet ring groove 5a, a first outlet channel 6 having a first outlet ring groove 6a and a second outlet channel 7 having a second outlet ring groove 7a are formed.
  • the inlet ring groove 5a, the first outlet ring groove 6a and the second outlet ring groove 7a are arranged radially surrounding the valve tube 2, wherein in the axial direction the inlet ring groove 5a is arranged between the two outlet ring grooves 6a, 7a.
  • the inlet channel 5 may also be formed on the front side, that is to say in the axial direction, for example through a bore in the slide 3.
  • valve tube 2 In the valve tube 2, a series of inlet bores 25, a first row of outlet bores 26 and a second row of outlet bores 27 are formed, each row being annular over the circumference of the
  • Valve tube 2 is arranged.
  • the series of inlet bores 25 comprises three inlet bores 25, the
  • Inlet holes 25 are each designed slit-shaped.
  • the rows of first outlet holes 26 and second outlet holes 27 in this embodiment each comprise six holes.
  • Outlet holes 27 any numbers (> 1) of holes are selected. It only needs to be taken care of for the mass flow of
  • valve tube 2 is positioned in the valve housing 4, that the
  • Inlet holes 25 are disposed radially inside the inlet ring groove 5a, the first outlet holes 26 inside the first outlet ring groove 6a, and the second outlet holes 27 inside the second outlet ring groove 7a.
  • a guide bore 20 is formed in the longitudinal direction, in which the inlet holes 25, the first outlet holes 26 and the second Outlet holes 27 open radially.
  • the row of inlet bores 25 is arranged between the rows of first outlet bores 26 and second outlet bores 27.
  • a slider 3 is arranged longitudinally movable, wherein the longitudinal movement of the slider 3 by a not shown
  • Control device is controlled.
  • the control device can thereby
  • an inlet-side closing body 35 is formed on the slide 3, which forms a slide seat 75 with the guide bore 20 in the region of
  • Inlet holes 25 to open the inlet holes 25 and to
  • the closing body 35 in the longitudinal direction 70 of the valve tube 2 preferably has a width b which is smaller than the extent of the
  • Cover inlet holes 25 partially but not completely. In this position, a first hydraulic connection from the inlet channel 5 to the first outlet channel 6 is opened and at the same time a second hydraulic connection from the inlet channel 5 to the second outlet channel 7. In contrast closes in a first end position of the slider 3 of the
  • the stroke of the slider 3 can also be adjusted so that in the first end position of the closing body 35, the second hydraulic connection does not close completely and that in the second end position of the closing body 35, the first hydraulic connection does not close completely. For example, 5% -10% of the
  • a first slider 36 and a second slider 37 are arranged opposite one another, which may have several tasks:
  • the first sliding body 36 cover the first outlet bore 26, or alternatively the second sliding body 37, the second outlet bore 27, so that the associated first hydraulic connection or second hydraulic connection
  • the closing body 35 closes the other hydraulic connection, so that both hydraulic connections are closed.
  • first, second and third end position one can also speak of first, second and third closed position.
  • the two outer end faces 36a, 37a of the two sliding bodies 36, 37 are subjected to the same pressure, so that the slide valve 1 is designed as a pressure-balanced valve.
  • This pressure may for example be atmospheric pressure but also the pressure prevailing in the inlet channel 5 or in the outlet channels 6, 7.
  • valve housing 4 shows a further embodiment of the spool valve 1 in section, in which the valve housing 4 and the valve tube 2 are integrally formed.
  • two inlet bores 25 or two inlet channels 5 are formed orthogonal to the guide bore 20.
  • only a single inlet bore 25 or a single inlet channel 5 with an enlarged diameter can be formed in the valve housing 4.
  • the middle position of the slide 3 - ie to two outlet holes 26, 27 and to both outlet channels 6, 7 completely open position - is the
  • Closing body 35 of the slider 3 is disposed in the guide bore 20 between the inlet holes 25, wherein it can also partially cover these. As a result, the closing body 35 thus acts with the slide seat 75
  • the two sliding bodies 36, 37 may have both a bearing and a valve function in this embodiment. Consequently, in their end positions they can interrupt the first hydraulic connection from the guide bore 20 or from the inlet channel 5 to the first outlet bore 26 or the first outlet channel 6 and also the second hydraulic connection from the guide bore 20 or the inlet channel 5 to the second outlet bore 27 or to the second outlet 7. Alternatively, here also the
  • FIG. 3 shows a longitudinal section of a further embodiment of the slide valve 1 according to the invention, wherein only the essential areas are shown.
  • the slide valve 1 is designed as an output-controlled slide valve.
  • the slide valve 1 comprises the valve housing 4, in which the valve tube 2 arranged, for example, pressed, is.
  • the inlet channel 5 with the inlet ring groove 5a, the first outlet channel 6 with the first outlet ring groove 6a and the second outlet channel 7 with the second outlet ring groove 7a are formed.
  • the inlet ring groove 5a, the first outlet ring groove 6a and the second outlet ring groove 7a are arranged radially surrounding the valve tube 2, wherein in the axial direction the inlet ring groove 5a between the two
  • Auslassringnuten 6a, 7a is arranged.
  • the inlet channel 5 may also be formed on the front side, that is to say in the axial direction, for example through a bore in the slide 3.
  • valve tube 2 In the valve tube 2, the series of inlet holes 25, the first row of outlet holes 26 and the second row of outlet holes 27 are formed, each row being annular over the circumference of the
  • Valve tube 2 is arranged.
  • the series of inlet bores 25 comprises four inlet bores 25.
  • the rows of first outlet bores 26 and of the second outlet bores 27 each comprise three bores in this exemplary embodiment.
  • Outlet holes 27 any numbers (> 1) of holes are selected. It only needs to be taken care of for the mass flow of
  • valve tube 2 is positioned in the valve housing 4, that the
  • Inlet holes 25 are disposed radially inside the inlet ring groove 5a, the first outlet holes 26 inside the first outlet ring groove 6a, and the second outlet holes 27 inside the second outlet ring groove 7a.
  • the guide bore 20 is formed in the longitudinal direction 70, into which the inlet bores 25, the first outlet bores 26 and the second outlet bores 27 open radially. In this case, viewed in the longitudinal direction, the row of inlet holes 25 between the rows of first
  • Outlet holes 26 and second outlet holes 27 arranged, wherein the
  • Inlet holes 25 - as already shown - can be arranged in principle arbitrary.
  • the slider 3 is arranged to be longitudinally movable, wherein the longitudinal movement of the slider 3 by a not shown
  • Control device is controlled.
  • the control device can thereby
  • the distribution of the mass flow is output-controlled, that is to say at the two outlet bores 26, 27.
  • a first closing body 35a are formed at one end of the slider 3 and at the opposite end a second closing body
  • Both closing bodies 35a, 35b form with the guide bore 20 each a slide seat 75a, 75b.
  • the first closing body 35a cooperates with the first outlet bore 26 and forms with it the first slide seat 75a in order to open and close the first outlet bore 26 and
  • Outlet bore 27 together and forms with it the second slide seat 75 b to open the second outlet bore 27 and close and
  • the first slide seat 75a wholly or partially and thus includes all or part of the first hydraulic connection, and in a second
  • the second closing body 35b completely or partially covers the second slide seat 75b and thus completely or partially closes the second hydraulic connection.
  • the entire mass flow or a large part, for example 85% -95%, of the mass flow of the working medium is then passed through the respective other hydraulic connection.
  • Slider valve 1 is designed as a pressure balanced valve. This pressure may for example be atmospheric pressure but also the pressure prevailing in the inlet channel 5 or in the outlet channels 6, 7.
  • valve tube 2 for an input-controlled slide valve 1 with staggered inlet bores 25.
  • six inlet bores 25 are distributed uniformly over the circumference of the valve tube 2 and of oval shape.
  • the longitudinal direction of the valve tube 2 are each three first inlet holes
  • first inlet holes 25a formed in the direction of the first outlet holes 26 at an axial height of the cylindrical valve tube 2.
  • three second inlet holes 25b are arranged, wherein these are formed in the direction of the second outlet holes 27 at an axial height of the cylindrical valve tube 2.
  • Inlet holes 25b selectable.
  • Inlet holes 25b to ensure optimum distribution of the mass flow of the working medium to the two outlet holes 26, 27 and outlet channels 6, 7. If the closing body 35 is arranged centrally or between the first inlet bores 25a and the second inlet bores 25b, then the mass flow is divided in each case by 50% onto the first outlet bore 26 and onto the second outlet bore 27.
  • the distance d and the width of the closing body 35 can be chosen so that the closing body 35 in its central position, the first inlet holes 25a and the second inlet holes 25b each partially covers or completely free.
  • FIG 5 shows an example of a slide valve 1 with an electromagnetic control of the slide valve 1.
  • the slide valve 1 is designed as an output-controlled slide valve. the same
  • the slide valve 1 is arranged in a two-part valve housing 4, with a first housing part 4a and a second housing part 4b.
  • the slider 3 is without intermediate arrangement of a valve tube in the first housing part
  • a valve tube can also be arranged radially between the slide 3 and the first housing part 4a-analogously to the embodiment of FIG.
  • the first housing part 4a is screwed with the interposition of a seal 15 with the second housing part 4b.
  • an electromagnetic actuator 13 is arranged with a coil.
  • an armature 14 is arranged, which is pushed away by an armature spring 12 from the actuator 13.
  • the armature spring 12 is arranged in a bore 13 formed in the actuator.
  • the armature 14 cooperates with the slide 3, in this specific embodiment, with the first closing body 35a of the slide 3.
  • a tension spring 11 is arranged in the first housing part 4a, which also cooperates with the slide 3, in the concrete embodiment of Figure 5 with the second closing body 35b.
  • the tension spring 11 counteracts the armature spring 12, so that the slider 3 is clamped between these two springs 11, 12.
  • the slide valve 1 is then in a position as shown in Fig.5.
  • the first closing body 35a releases the first outlet channel 6, and the second closing body 35b covers the second slider seat 75b and thus closes the second outlet channel 7.
  • the first hydraulic connection is open in this end position, and the second hydraulic connection is closed.
  • the slide valve 3 can be used as a proportional mass flow divider for the two outlet channels 6, 7.
  • FIG. 6 shows the slide valve 1 according to the invention inside
  • Waste heat recovery system 100 as a bypass valve.
  • the Waste heat recovery system 100 has a working medium leading circuit 100 a, in the flow direction of the working medium a
  • Slider valve 1 as a bypass valve, an expansion engine 104 and a condenser 105 includes.
  • the collecting container 101 may alternatively be connected via a supply line to the circuit 100a.
  • Liquid working medium is conveyed by the pump 102 from the collecting container 101 into the evaporator 103 and evaporated there by the heat energy of an exhaust gas of an internal combustion engine.
  • the evaporated working medium is
  • the slide valve 1 as a bypass valve for the
  • Expander 104 used.
  • a bypass line 106 is arranged parallel to the expansion machine 104.
  • a temperature sensor 107 is arranged in front of the condenser 105.
  • the temperature sensor 107 determines the temperature of the working medium in front of the condenser 105 and transmits a corresponding signal to a control unit 108.
  • the control unit 108 controls in
  • the control unit 50 is connected via the connecting line 54 to the slide valve 1.
  • the slide valve 1 is switched so that the working fluid either through the
  • Expansion machine 104 is guided, or through the bypass line 106. Thus, for example, can be ensured that working medium only in
  • the slide valve 1 is designed as a 3/3-way valve, the mass flow of the working medium can also be divided, so that part of the Working medium of the expansion machine 104 is supplied and another part of the bypass line 106th
  • FIG. 7 shows the slide valve 1 according to the invention within an alternative further waste heat recovery system 100 'as a distributor valve 1
  • the circuit 100a 'of this further waste heat recovery system 100' comprises a first evaporator 103a and a second evaporator 103b connected in parallel;
  • the first evaporator 103 a to an exhaust pipe of the internal combustion engine and the second evaporator 103 b to an exhaust gas recirculation line of
  • the slide valve 1 is designed as a proportional mass flow divider or as a distributor valve and arranged in front of the two evaporators 103a, 103b, so that it divides the mass flow of the working medium to the two evaporators 103a, 103b.
  • a first pressure sensor 111 after the first evaporator 103a and a second pressure sensor 112 after the second evaporator 103b are arranged, which can be used as control variables within the waste heat recovery system 100 '.
  • the signals of the two pressure sensors 111, 112 are supplied to the control unit 108 ', which determines a control for the control unit 50 from these data and controls the control unit 50 accordingly, so that the slide valve 1 optimally the mass flow of the working medium to the two evaporators 103a, 103b divides.
  • Sliding valve 1 is supplied.
  • the slide valve 1 is controlled by a control unit so that the mass flow of the working medium is divided proportionally to the two outlet channels 6, 7.
  • the slide valve 1 can be designed as an input-controlled or output-controlled valve.
  • the closing body 35 acts in such a way with the inlet bore or bores 25, 25 a, 25b and -channels 5 together that the working medium mass flow when entering the guide bore 20 from the closing body 35 is divided proportionally in the direction of the first outlet channel 6 and in the direction of the second outlet channel 7.
  • the closing body 35 forms with the guide bore 20 in the region of the inlet bores 25, 25a, 25b or in the region of the inlet channel 5 or the inlet annular groove 5a the sliding seat 75.
  • the working medium flows on one side of the closing body 35 through the first hydraulic connection in the direction of the first outlet channel 6 and / or on the opposite side of the closing body 35 through the second hydraulic connection in the direction of the second outlet channel 7 Any intermediate positions of the closing body 35 with proportional mass flow distribution to both outlet channels 6, 7 can be adjusted.
  • Working mass flows evenly divided between the first hydraulic connection and the second hydraulic connection.
  • the closing body 35 closes the second hydraulic connection, and in a second end position of the slide 3, the closing body 35 closes the first hydraulic connection.
  • the slide valve 1 is designed as an output-controlled slide valve 1, then the first closing body 35a cooperates with the first outlet bore 26 or with the first outlet channel 6 and at the same time the second
  • the first closing body 35a forms with the guide bore 20 in the region of the first outlet bore 26 or in the region of the first
  • the second closing body 35b forms with the guide bore 20 in the region of the second outlet bore 27 or in the region of the second outlet channel 7 or the second outlet annular groove 6a a second sliding seat 75b.
  • the working medium flows past the first closing body 35a past the first sliding seat 75 or through the first hydraulic connection in the direction of the first outlet channel 6 and / or on the opposite side of the slider 3 to the second closing body 35b through the second sliding seat 75b and through the second
  • Mass flow distribution to both outlet channels 6, 7 can be adjusted.
  • the slide 3 in a middle position of the slide 3, the
  • Working mass flows evenly divided between the first hydraulic connection and the second hydraulic connection.
  • first closing body 35a closes the first hydraulic connection by covering the first outlet bore 26 or the first outlet channel 6 or by covering the first sliding seat 75a.
  • second closing body 35b closes the second hydraulic connection by covering the second outlet bore 27 and the second outlet passage 7, respectively, by displacing the second one
  • the first closing body 35a or the second closing body 35b covers the inlet bore 25 or the inlet channel 5, so that both hydraulic connections

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Abstract

Schieberventil (1) mit einem Ventilgehäuse (4), wobei in dem Ventilgehäuse (4) ein Einlasskanal (5), ein erster Auslasskanal (6) und ein zweiter Auslasskanal (7) ausgebildet sind. In dem Ventilgehäuse (4) ist ein im Wesentlichen zylindrischer Schieber (3) in einer Führungsbohrung (20) längsbeweglich geführt ist. Die Führungsbohrung (20) ist hydraulisch mit dem Einlasskanal (5), mit dem ersten Auslasskanal (6) und mit dem zweiten Auslasskanal (7) verbindbar. Der Schieber (3) teilt durch seine Längsbewegung einen Arbeitsmediummassenstrom von dem Einlasskanal (5) auf den ersten Auslasskanal (6) und/oder den zweiten Auslasskanal (7) proportional auf.

Description

Titel
Schieberventil für ein Abwärmerückgewinnungssystem
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Schieberventil, insbesondere für ein
Abwärmerückgewinnungssystem einer Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Schieberventile sind in vielfältigen Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Ventile für Abwärmerückgewinnungssysteme von Brennkraftmaschinen sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2013 211 875 AI. Das bekannte Ventil ist ein
Verteilerventil und kann dazu verwendet werden, einen Massenstrom eines Arbeitsmediums auf zwei Verdampfer des Abwärmerückgewinnungssystems aufzuteilen.
Dazu umfasst das bekannte Ventil einen Einlasskanal, einen ersten Auslasskanal und einen zweiten Auslasskanal. Der Massenstrom des Arbeitsmediums wird vom Einlasskanal auf die beiden Auslasskanäle aufgeteilt.
Üblicherweise sind bei dem bekannten Ventil Auf- und Zu-Stellungen schnell und robust ansteuerbar, Zwischen-Stellungen mit einer proportionalen
Massenstromaufteilung auf den ersten und zweiten Auslasskanal jedoch nur durch zwei getrennte Ventile realisierbar. Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil ist demgegenüber als Schieberventil ausgeführt, insbesondere geeignet für ein Abwärmerückgewinnungssystem einer
Brennkraftmaschine. Dadurch ist der vom Einlasskanal kommende Massenstrom proportional auf den ersten Auslasskanal und auf den zweiten Auslasskanal aufteilbar. Weiterhin ist dazu lediglich ein einziges Schieberventil nötig.
Dazu umfasst das Schieberventil ein Ventilgehäuse, wobei in dem Ventilgehäuse ein Einlasskanal, ein erster Auslasskanal und ein zweiter Auslasskanal ausgebildet sind. In dem Ventilgehäuse ist ein im Wesentlichen zylindrischer Schieber in einer Führungsbohrung längsbeweglich geführt. Die
Führungsbohrung ist hydraulisch mit dem Einlasskanal, mit dem ersten
Auslasskanal und mit dem zweiten Auslasskanal verbindbar. Durch die
Längsbewegung des Schiebers ist ein Arbeitsmediummassenstrom von dem Einlasskanal auf den ersten Auslasskanal und/oder den zweiten Auslasskanal proportional aufteilbar.
Dadurch kann das Schieberventil den Massenstrom des vom Einlasskanal zuströmenden Arbeitsmediums proportional und stufenlos auf die beiden Auslasskanäle aufteilen.
In vorteilhaften Weiterbildungen des Schieberventils ist ein Ventilrohr in dem Ventilgehäuse angeordnet und die Führungsbohrung in dem Ventilrohr ausgebildet. Das Ventilrohr ist vergleichsweise einfach zu fertigen. Sämtliche Bohrungen können so kostengünstig gefertigt werden. Weiterhin können dadurch auch komplexere Strömungsgeometrien gestaltet werden, da das Ventilgehäuse und das Ventilrohr vor der Montage getrennt voneinander gefertigt werden können.
In einer vorteilhaften Ausführung ist das Ventilrohr in das Ventilgehäuse eingepresst. Dadurch entsteht zum einen eine mediendichte Verbindung zwischen Ventilgehäuse und Ventilrohr. Zum anderen können so auch gezielte Druckeigenspannungen in das Ventilrohr eingebracht werden, wodurch die Lebensdauer des Ventilrohrs und damit auch die Lebensdauer des gesamten Schieberventils steigt. Weiterhin ist diese Art der Verbindung eine sehr kostengünstige Verbindung.
In vorteilhaften Ausführungen sind in dem Ventilrohr in radialer Richtung zumindest eine Einlassbohrung, zumindest eine erste Auslassbohrung und zumindest eine zweite Auslassbohrung ausgebildet. Die zumindest eine
Einlassbohrung, die zumindest eine erste Auslassbohrung und die zumindest eine zweite Auslassbohrung münden jeweils in die Führungsbohrung. Die zumindest eine Einlassbohrung ist mit dem Einlasskanal hydraulisch verbunden, die zumindest eine erste Auslassbohrung mit dem ersten Auslasskanal und die zumindest eine zweite Auslassbohrung mit dem zweiten Auslasskanal. Das Ventilrohr mit der Einlassbohrung und den beiden Auslassbohrungen kann kostengünstig hergestellt werden. Weiterhin können so sehr einfach beliebige Formen an Bohrungen hergestellt werden, beispielsweise elliptische oder sternförmige Bohrungen. Die Geometrien der Bohrungen können so optimal auf die gewünschte Aufteilung des Massenstroms angepasst werden.
In vorteilhaften Weiterbildungen des Schieberventils weist der Schieber einen Schließkörper auf. Der Schließkörper wirkt mit der zumindest einen
Einlassbohrung zusammen. Durch die Längsbewegung des Schiebers gibt der
Schließkörper eine erste hydraulische Verbindung von dem Einlasskanal zu dem ersten Auslasskanal frei und/oder eine zweite hydraulische Verbindung von dem Einlasskanal zu dem zweiten Auslasskanal. Durch die Längsbewegung des Schiebers bzw. den Hub des Schiebers wird der Massenstrom proportional auf ersten und zweiten Auslasskanal aufgeteilt. Vorteilhafterweise werden die
Durchflussquerschnitte der ersten hydraulischen Verbindung und der zweiten hydraulischen Verbindung in Abhängigkeit des Hubs des Schiebers jeweils entgegengesetzt vergrößert bzw. verringert. Vorteilhafterweise geschieht dies dadurch, dass der Schieber die Einlassbohrung überfährt; man spricht dann von einem einlassgesteuerten Schieberventil.
In besonders vorteilhaften Ausführungen sind in dem Ventilrohr mehrere Einlassbohrungen ausgebildet. Dabei sind zumindest eine erste Einlassbohrung und zumindest eine zweite Einlassbohrung ausgebildet. In axialer Richtung des Ventilrohrs ist die zumindest eine erste Einlassbohrung um einen Abstand d versetzt zu der zumindest einen zweiten Einlassbohrung angeordnet.
Vorteilhafterweise können damit die beiden Einlassbohrungen so angeordnet werden, dass beispielsweise die erste Einlassbohrung wesentlich für den Durchflussquerschnitt der ersten hydraulischen Verbindung ist und die zweite Einlassbohrung wesentlich für den Durchflussquerschnitt der zweiten
hydraulischen Verbindung. Weiterhin können der Abstand d sowie die
Bohrungsgeometrien somit gut auf die Geometrie des Schließkörpers
abgestimmt werden.
In vorteilhaften Weiterbildungen weist der Schließkörper eine Breite b auf, die kleiner oder gleich dem Abstand d ist. Dadurch kann der Schließkörper gleichzeitig mit beiden Einlassbohrungen zusammenwirken, aber dennoch beide hydraulische Verbindungen öffnen, nämlich indem er beispielsweise nur jeweils einen Teil der Einlassbohrungen überdeckt.
Vorteilhafterweise ist in einer Mittelstellung des Schiebers der
Arbeitsmediummassenstrom gleichmäßig auf die erste hydraulische Verbindung und die zweite hydraulische Verbindung aufgeteilt. Auf einfache Art und Weise ist dadurch ein Massenstromteiler realisiert. Vorteilhafterweise können gleichzeitig die beiden Einlassbohrungen und die Geometrie des Schließkörpers so ausgelegt werden, dass in dieser Mittelstellung der Schließkörper nicht drosselnd auf die beiden hydraulischen Verbindungen wirkt.
In vorteilhaften Weiterbildungen schließt der Schließkörper in einer ersten Endstellung des Schiebers die zweite hydraulische Verbindung und in einer zweiten Endstellung des Schiebers die erste hydraulische Verbindung. Dadurch kann auf einfache Weise in Abhängigkeit des Hubs des Schiebers die
hydraulische Verbindung zu jedem der beiden Auslasskanäle komplett unterbrochen werden.
In alternativen vorteilhaften Ausführungen weist der Schieber einen ersten Schließkörper und einen zweiten Schließkörper auf. Der erste Schließkörper wirkt mit der zumindest einen ersten Auslassbohrung zusammen und der zweite Schließkörper mit der zumindest einen zweiten Auslassbohrung. Der erste Schließkörper gibt durch die Längsbewegung des Schiebers eine erste hydraulische Verbindung von dem Einlasskanal zu dem ersten Auslasskanal frei, und/oder der zweite Schließkörper gibt eine zweite hydraulische Verbindung von dem Einlasskanal zu dem zweiten Auslasskanal frei. Dadurch ist ein
auslassgesteuertes Schieberventil realisiert.
In vorteilhaften Weiterbildungen kann der erste Schließkörper und/oder der zweite Schließkörper auch mit der Einlassbohrung zusammenwirken, so dass beispielsweise sowohl die erste hydraulische Verbindung als auch die zweite hydraulische Verbindung geschlossen werden.
Vorteilhafterweise ist in einer Mittelstellung des Schiebers der
Arbeitsmediummassenstrom gleichmäßig auf die erste hydraulische Verbindung und die zweite hydraulische Verbindung aufgeteilt. Auf einfache Art und Weise ist dadurch ein Massenstromteiler realisiert. Vorteilhafterweise können gleichzeitig die beiden Auslassbohrungen und die Geometrien der beiden Schließkörper so ausgelegt werden, dass in dieser Mittelstellung die Schließkörper nicht drosselnd auf die beiden hydraulischen Verbindungen wirken.
In vorteilhaften Weiterbildungen schließt der erste Schließkörper in einer ersten Endstellung des Schiebers die erste hydraulische Verbindung, und in einer zweiten Endstellung des Schiebers schließt der zweite Schließkörper die zweite hydraulische Verbindung. Dadurch kann auf einfache Weise in Abhängigkeit des Hubs des Schiebers die hydraulische Verbindung zu jedem der beiden
Auslasskanäle komplett unterbrochen werden. Vorzugsweise kann der erste Schließkörper und/oder der zweite Schließkörper in einer dritten Endstellung auch mit der Einlassbohrung zusammenwirken, so dass beispielsweise sowohl die erste hydraulische Verbindung als auch die zweite hydraulische Verbindung geschlossen werden. In vorteilhaften Ausführungen des Schieberventils sind im Ventilgehäuse die
Führungsbohrung radial umgebend eine Einlassringnut, eine erste
Auslassringnut und eine zweite Auslassringnut ausgebildet. Die Einlassringnut verbindet die Führungsbohrung mit dem Einlasskanal, die erste Auslassringnut die Führungsbohrung mit dem ersten Auslasskanal und die zweite
Auslassringnut die Führungsbohrung mit dem zweiten Auslasskanal. Durch die drei Ringnuten kann so zum einen eine gleichmäßige Strömung erreicht werden, zum anderen können dadurch die zumindest eine Einlassbohrung, die zumindest eine erste Auslassbohrung und die zumindest eine zweite Auslassbohrung in beliebigen Geometrien, in beliebigen Anzahlen und in beliebigen
Strömungsgeometrien gestaltet werden.
In einer vorteilhaften Ausführung ist das erfindungsgemäße Schieberventil in einem Abwärmerückgewinnungssystem einer Brennkraftmaschine angeordnet. Das Abwärmerückgewinnungssystem umfasst einen ein Arbeitsmedium führenden Kreislauf, wobei der Kreislauf in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Pumpe, einen Verdampfer, ein Bypass-Ventil, eine Expansionsmaschine und einen Kondensator umfasst. Parallel zur Expansionsmaschine ist eine Bypassleitung angeordnet, wobei das Bypass-Ventil den Massenstrom des Arbeitsmediums zur Expansionsmaschine und zur Bypassleitung steuert. Das Bypass-Ventil ist das erfindungsgemäße Schieberventil. Dadurch kann der
Massenstrom des Arbeitsmediums beliebig zwischen der Expansionsmaschine und der Bypassleitung aufgeteilt werden. Dies kann beispielsweise in
Abhängigkeit des Verdampfungsgrads des Arbeitsmediums oder der Temperatur des Arbeitsmediums erfolgen.
In einer anderen vorteilhaften Ausführung ist das erfindungsgemäße Ventil in einem weiteren Abwärmerückgewinnungssystem einer Brennkraftmaschine angeordnet. Das weitere Abwärmerückgewinnungssystem weist einen ein Arbeitsmedium führenden Kreislauf auf, wobei der Kreislauf in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Pumpe, ein Verteilerventil, zwei Verdampfer in
Parallelschaltung, eine Expansionsmaschine und einen Kondensator umfasst. Das Verteilerventil steuert die Massenströme des Arbeitsmediums zu den zwei Verdampfern. Das Verteilerventil ist das erfindungsgemäße Schieberventil.
Dadurch kann in Abhängigkeit der Leistungsfähigkeit der zwei Verdampfer der Massenstrom des Arbeitsmediums auf die zwei Verdampfer optimal proportional und stufenlos aufgeteilt werden. Auch bei sich schnell ändernden
Betriebssituationen der Brennkraftmaschine können somit beliebige
Ventilstellungen des Schieberventils schnell angesteuert werden und dadurch die jeweiligen Arbeitsmediummassenströme zu den beiden Verdampfern optimal gesteuert und geregelt werden. Zeichnungen
Fig.l zeigt Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schieberventils, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
Fig.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schieberventils im
Längsschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
Fig.3 zeigt einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schieberventils, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
Fig.4 zeigt eine Ausführungsform eines Ventilrohrs für ein eingangsgesteuertes erfindungsgemäßes Schieberventil.
Fig.5 zeigt eine elektromagnetische Ansteuerung des erfindungsgemäßen Schieberventils.
Fig.6 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Schieberventil innerhalb eines Abwärmerückgewinnungssystems.
Fig.7 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Schieberventil innerhalb eines weiteren Abwärmerückgewinnungssystems.
Beschreibung
Fig.l zeigt einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Schieberventils 1, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Das Schieberventil 1 ist als Proportionalventil ausgeführt, um einen Massenstrom eines Arbeitsfluids stufenlos aufzuteilen. Im
Ausführungsbeispiel der Fig.l ist das Schieberventil 1 als eingangsgesteuertes Schieberventil ausgeführt. Das Schieberventil 1 umfasst ein Ventilgehäuse 4, in dem ein Ventilrohr 2 angeordnet, beispielsweise eingepresst ist. In dem Ventilgehäuse 4 sind ein Einlasskanal 5 mit einer Einlassringnut 5a, ein erster Auslasskanal 6 mit einer ersten Auslassringnut 6a und ein zweiter Auslasskanal 7 mit einer zweiten Auslassringnut 7a ausgebildet. Die Einlassringnut 5a, die erste Auslassringnut 6a und die zweite Auslassringnut 7a sind dabei das Ventilrohr 2 radial umgebend angeordnet, wobei in axialer Richtung die Einlassringnut 5a zwischen den beiden Auslassringnuten 6a, 7a angeordnet ist. Alternativ dazu kann der Einlasskanal 5 auch stirnseitig, also in axialer Richtung ausgebildet sein, beispielsweise durch eine Bohrung im Schieber 3.
In dem Ventilrohr 2 sind eine Reihe von Einlassbohrungen 25, eine erste Reihe von Auslassbohrungen 26 und eine zweite Reihe von Auslassbohrungen 27 ausgebildet, wobei jede Reihe jeweils ringförmig über den Umfang des
Ventilrohrs 2 angeordnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Reihe von Einlassbohrungen 25 drei Einlassbohrungen 25, wobei die
Einlassbohrungen 25 jeweils schlitzförmig gestaltet sind. Die Reihen von ersten Auslassbohrungen 26 und von zweiten Auslassbohrungen 27 umfassen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils sechs Bohrungen.
In alternativen Ausführungsformen können für die einzelnen Reihen von
Einlassbohrungen 25, ersten Auslassbohrungen 26 und zweiten
Auslassbohrungen 27 beliebige Anzahlen (>1) von Bohrungen gewählt werden. Es muss lediglich darauf geachtet werden, für den Massenstrom des
Arbeitsfluids ausreichend große Strömungsquerschnitte der einzelnen
Bohrungsreihen bereitzustellen.
Das Ventilrohr 2 ist so im Ventilgehäuse 4 positioniert, dass die
Einlassbohrungen 25 radial innerhalb der Einlassringnut 5a angeordnet sind, die ersten Auslassbohrungen 26 innerhalb der ersten Auslassringnut 6a und die zweiten Auslassbohrungen 27 innerhalb der zweiten Auslassringnut 7a.
Im Ventilrohr 2 ist in Längsrichtung eine Führungsbohrung 20 ausgebildet, in die die Einlassbohrungen 25, die ersten Auslassbohrungen 26 und die zweiten Auslassbohrungen 27 radial münden. Dabei ist im Ausführungsbeispiel der Fig.l in Längsrichtung 70 betrachtet die Reihe der Einlassbohrungen 25 zwischen den Reihen von ersten Auslassbohrungen 26 und zweiten Auslassbohrungen 27 angeordnet.
In der Führungsbohrung 20 ist ein Schieber 3 längsbeweglich angeordnet, wobei die Längsbewegung des Schiebers 3 von einer nicht dargestellten
Steuervorrichtung gesteuert wird. Die Steuervorrichtung kann dabei
beispielsweise elektromagnetisch, piezoelektrisch, pneumatisch oder hydraulisch antreibbar sein, prinzipiell also mit einem Motor jeglicher Art. Durch die
Längsbewegung des Schiebers 3 wird der Massenstrom des Arbeitsfluids auf den ersten Auslasskanal 6 und auf den zweiten Auslasskanal 7 aufgeteilt. Im Ausführungsbeispiel der Fig.l erfolgt die Aufteilung des Massenstroms eingangsgesteuert, das heißt an der Einlassbohrung 25.
Dazu ist an dem Schieber 3 ein einlassseitiger Schließkörper 35 ausgebildet, der mit der Führungsbohrung 20 einen Schiebersitz 75 bildet im Bereich der
Einlassbohrungen 25, um die Einlassbohrungen 25 zu öffnen bzw. zu
verschließen, indem der Schließkörper 35 die Einlassbohrungen 25 freigibt bzw. überdeckt. Der Schließkörper 35 hat in Längsrichtung 70 des Ventilrohrs 2 vorzugsweise eine Breite b, die geringer ist als die Ausdehnung der
Einlassbohrungen 25 in dieser Richtung. Zu diesem Zweck können in
alternativen Ausführungsformen auch mehrere Einlassbohrungen 25 in
Längsrichtung 70 betrachtet versetzt angeordnet sein, wie in Fig.4 dargestellt.
In Mittelstellung des Schiebers 3 - also zu beiden Auslassbohrungen 26, 27 bzw. zu beiden Auslasskanälen 6, 7 geöffneter Stellung - ist der Schließkörper 35 des Schiebers 3 in der Führungsbohrung 20 in axialer Richtung bzw.
Längsrichtung 70 zwischen den Einlassbohrungen 25 angeordnet, er überdeckt also den Schiebersitz 75 mittig; dabei kann der Schließkörper 35 die
Einlassbohrungen 25 teilweise aber nicht vollständig überdecken. In dieser Stellung ist eine erste hydraulische Verbindung von dem Einlasskanal 5 zu dem ersten Auslasskanal 6 geöffnet und gleichzeitig auch eine zweite hydraulische Verbindung von dem Einlasskanal 5 zu dem zweiten Auslasskanal 7. Demgegenüber schließt in einer ersten Endstellung des Schiebers 3 der
Schließkörper 35 die zweite hydraulische Verbindung, und in einer zweiten Endstellung des Schiebers 3 die erste hydraulische Verbindung. Der gesamte Massenstrom des Arbeitsmediums wird dann durch die jeweils andere
hydraulische Verbindung geleitet. Alternativ dazu kann der Hub des Schiebers 3 auch so eingestellt werden, dass in der ersten Endstellung der Schließkörper 35 die zweite hydraulische Verbindung nicht vollständig schließt und dass in der zweiten Endstellung der Schließkörper 35 die erste hydraulische Verbindung nicht vollständig schließt. Beispielsweise können so 5%-10% des
Arbeitsmediummassenstroms durch die jeweils nicht ganz vollständig
geschlossene hydraulische Verbindung geleitet werden, um dadurch die jeweils nachgeschalteten Komponenten auf hohe Temperaturen zu bringen bzw. auf hohen Temperaturen zu halten.
An den Enden des Schiebers 3 sind gegenüberliegend ein erster Gleitkörper 36 und ein zweiter Gleitkörper 37 angeordnet, die mehrere Aufgaben haben können:
Radiale Lagerung des Schiebers 3 in der Führungsbohrung 20
Abdichtung zwischen Ventilrohr 2 und Schieber 3 außerhalb der Einlassbzw. Auslassbereiche bzw. außerhalb der hydraulischen Verbindungen Ausbilden weiterer Schiebersitze zum Öffnen bzw. Verschließen der ersten und zweiten Auslassbohrung 26, 27.
Vorzugsweise kann in einer dritten Endstellung des Schiebers 3 der erste Gleitkörper 36 die erste Auslassbohrung 26 überdecken, bzw. ersatzweise der zweite Gleitkörper 37 die zweite Auslassbohrung 27, so dass die zugehörige erste hydraulische Verbindung bzw. zweite hydraulische Verbindung
geschlossen wird. Gleichzeitig verschließt der Schließkörper 35 die andere hydraulische Verbindung, so dass beide hydraulische Verbindungen geschlossen sind. In dieser Ausführung würde die erste Endstellung bzw. die zweite
Endstellung genaugenommen zu einer Zwischenstellung, die jedoch immer noch jeweils eine der beiden hydraulischen Verbindungen komplett schließt. Anstatt von erster, zweiter und dritter Endstellung kann man auch von erster, zweiter und dritter Schließstellung sprechen. Dies gilt auch für die nachfolgenden weiteren Ausführungsbeispiele. In vorteilhaften Ausführungen sind die beiden äußeren Stirnflächen 36a, 37a der beiden Gleitkörper 36, 37 mit demselben Druck beaufschlagt, so dass das Schieberventil 1 als druckausgeglichenes Ventil gestaltet ist. Dieser Druck kann beispielsweise Atmosphärendruck aber auch der im Einlasskanal 5 oder in den Auslasskanälen 6, 7 herrschende Druck sein.
Fig.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schieberventils 1 im Schnitt, in welchem das Ventilgehäuse 4 und das Ventilrohr 2 einstückig ausgebildet sind. Im Ventilrohr 2 bzw. im Ventilgehäuse 4 sind zwei Einlassbohrungen 25 bzw. zwei Einlasskanäle 5 orthogonal zur Führungsbohrung 20 ausgebildet. Alternativ kann auch nur eine einzige Einlassbohrung 25 bzw. ein einziger Einlasskanal 5 mit vergrößertem Durchmesser in dem Ventilgehäuse 4 ausgebildet sein. In Mittelstellung des Schiebers 3 - also zu beiden Auslassbohrungen 26, 27 bzw. zu beiden Auslasskanälen 6, 7 komplett geöffneter Stellung - ist der
Schließkörper 35 des Schiebers 3 in der Führungsbohrung 20 zwischen den Einlassbohrungen 25 angeordnet, wobei er diese auch teilweise überdecken kann. Dadurch wirkt der Schließkörper 35 so mit dem Schiebersitz 75
zusammen, dass die erste hydraulische Verbindung von dem Einlasskanal 5 zu dem ersten Auslasskanal 6 geöffnet ist und gleichzeitig auch die zweite hydraulische Verbindung von dem Einlasskanal 5 zu dem zweiten Auslasskanal 7.
Die beiden Gleitkörper 36, 37 können in diesem Ausführungsbeispiel sowohl eine Lager- als auch eine Ventilfunktion besitzen. In ihren Endstellungen können sie demzufolge die erste hydraulische Verbindung von der Führungsbohrung 20 bzw. vom Einlasskanal 5 zur ersten Auslassbohrung 26 bzw. zum ersten Auslasskanal 6 unterbrechen und auch die zweite hydraulische Verbindung von der Führungsbohrung 20 bzw. vom Einlasskanal 5 zur zweiten Auslassbohrung 27 bzw. zum zweiten Auslasskanal 7. Alternativ kann auch hier die
Unterbrechung der beiden hydraulischen Verbindungen nicht komplett vollständig erfolgen, so dass immer mindestens ein geringfügiger Teilmassenstrom des Arbeitsmediums durch beide Auslasskanäle 6, 7 strömt.
Fig.3 zeigt einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schieberventils 1, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Im Ausführungsbeispiel der Fig.3 ist das Schieberventil 1 als ausgangsgesteuertes Schieberventil ausgeführt.
Das Schieberventil 1 umfasst das Ventilgehäuse 4, in dem das Ventilrohr 2 angeordnet, beispielsweise eingepresst, ist. In dem Ventilgehäuse 4 sind der Einlasskanal 5 mit der Einlassringnut 5a, der erste Auslasskanal 6 mit der ersten Auslassringnut 6a und der zweite Auslasskanal 7 mit der zweiten Auslassringnut 7a ausgebildet. Die Einlassringnut 5a, die erste Auslassringnut 6a und die zweite Auslassringnut 7a sind dabei das Ventilrohr 2 radial umgebend angeordnet, wobei in axialer Richtung die Einlassringnut 5a zwischen den beiden
Auslassringnuten 6a, 7a angeordnet ist. Alternativ dazu kann der Einlasskanal 5 auch stirnseitig, also in axialer Richtung ausgebildet sein, beispielsweise durch eine Bohrung im Schieber 3.
In dem Ventilrohr 2 sind die Reihe von Einlassbohrungen 25, die erste Reihe von Auslassbohrungen 26 und die zweite Reihe von Auslassbohrungen 27 ausgebildet, wobei jede Reihe jeweils ringförmig über den Umfang des
Ventilrohrs 2 angeordnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Reihe von Einlassbohrungen 25 vier Einlassbohrungen 25. Die Reihen von ersten Auslassbohrungen 26 und von zweiten Auslassbohrungen 27 umfassen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils drei Bohrungen.
In alternativen Ausführungsformen können für die einzelnen Reihen von
Einlassbohrungen 25, ersten Auslassbohrungen 26 und zweiten
Auslassbohrungen 27 beliebige Anzahlen (>1) von Bohrungen gewählt werden. Es muss lediglich darauf geachtet werden, für den Massenstrom des
Arbeitsfluids ausreichend große Strömungsquerschnitte der einzelnen
Bohrungsreihen bereitzustellen.
Das Ventilrohr 2 ist so im Ventilgehäuse 4 positioniert, dass die
Einlassbohrungen 25 radial innerhalb der Einlassringnut 5a angeordnet sind, die ersten Auslassbohrungen 26 innerhalb der ersten Auslassringnut 6a und die zweiten Auslassbohrungen 27 innerhalb der zweiten Auslassringnut 7a. Im Ventilrohr 2 ist in Längsrichtung 70 die Führungsbohrung 20 ausgebildet, in die die Einlassbohrungen 25, die ersten Auslassbohrungen 26 und die zweiten Auslassbohrungen 27 radial münden. Dabei ist in Längsrichtung betrachtet die Reihe der Einlassbohrungen 25 zwischen den Reihen von ersten
Auslassbohrungen 26 und zweiten Auslassbohrungen 27 angeordnet, wobei die
Einlassbohrungen 25 - wie bereits dargestellt - prinzipiell beliebig angeordnet sein können.
In der Führungsbohrung 20 ist der Schieber 3 längsbeweglich angeordnet, wobei die Längsbewegung des Schiebers 3 von einer nicht dargestellten
Steuervorrichtung gesteuert wird. Die Steuervorrichtung kann dabei
bekanntermaßen beispielsweise elektromagnetisch, piezoelektrisch,
pneumatisch oder hydraulisch antreibbar sein. Durch die Längsbewegung des Schiebers 3 wird der Massenstrom des Arbeitsfluids auf den ersten Auslasskanal 6 und auf den zweiten Auslasskanal 7 aufgeteilt. Im Ausführungsbeispiel der
Fig.3 erfolgt die Aufteilung des Massenstroms ausgangsgesteuert, das heißt an den beiden Auslassbohrungen 26, 27.
Dazu sind an einem Ende des Schiebers 3 ein erster Schließkörper 35a ausgebildet und an dem gegenüberliegenden Ende ein zweiter Schließkörper
35b. Beide Schließkörper 35a, 35b bilden mit der Führungsbohrung 20 jeweils einen Schiebersitz 75a, 75b. Der erste Schließkörper 35a wirkt dabei mit der ersten Auslassbohrung 26 zusammen und bildet mit ihr den ersten Schiebersitz 75a, um die erste Auslassbohrung 26 zu öffnen und zu schließen und
dementsprechend die erste hydraulische Verbindung von dem Einlasskanal 5 zu dem ersten Auslasskanal 6 zu öffnen und zu schließen. Gleichzeitig wirkt der zweite Schließkörper 35b im entgegengesetzten Maße mit der zweiten
Auslassbohrung 27 zusammen und bildet mit ihr den zweiten Schiebersitz 75b, um die zweite Auslassbohrung 27 zu öffnen und zu schließen und
dementsprechend die zweite hydraulische Verbindung von dem Einlasskanal 5 zu dem zweiten Auslasskanal 7 zu öffnen und zu schließen. Das heißt in dem Maße in welchem mit dem Hub des Schiebers 3 der Durchflussquerschnitt durch die erste hydraulische Verbindung vergrößert wird, wird der
Durchflussquerschnitt durch die zweite hydraulische Verbindung verringert und umgekehrt. In Mittelstellung des Schiebers 3 - also zu beiden Auslassbohrungen 26, 27 bzw. zu beiden Auslasskanälen 6, 7 geöffneter Stellung - können die beiden
Schließkörper 35a, 35b des Schiebers 3 die beiden Auslassbohrungen 26, 27 teilweise aber nicht vollständig überdecken. In dieser Stellung sind die erste hydraulische Verbindung und die zweite hydraulische Verbindung in gleichem Maße geöffnet, so dass die Massenströme in den ersten Auslasskanal 6 und in den zweiten Auslasskanal 7 gleich groß sind. In einer ersten Endstellung des Schiebers 3 überdeckt der erste Schließkörper
35a den ersten Schiebersitz 75a ganz oder teilweise und schließt somit ganz oder teilweise die erste hydraulische Verbindung, und in einer zweiten
Endstellung des Schiebers 3 überdeckt der zweite Schließkörper 35b ganz oder teilweise den zweiten Schiebersitz 75b und schließt somit ganz oder teilweise die zweite hydraulische Verbindung. Der gesamte Massenstrom bzw. ein Großteil, beispielweise 85%-95%, des Massenstroms des Arbeitsmediums wird dann durch die jeweils andere hydraulische Verbindung geleitet.
In vorteilhaften Ausführungen sind die erste äußere Stirnfläche 35aa des ersten Schließkörpers 35a und die zweite äußere Stirnfläche 35bb des zweiten
Schließkörpers 35b mit demselben Druck beaufschlagt, so dass das
Schieberventil 1 als druckausgeglichenes Ventil gestaltet ist. Dieser Druck kann beispielsweise Atmosphärendruck aber auch der im Einlasskanal 5 oder in den Auslasskanälen 6, 7 herrschende Druck sein.
Fig.4 zeigt eine Ausführungsform eines Ventilrohrs 2 für ein eingangsgesteuertes Schieberventil 1 mit versetzt angeordneten Einlassbohrungen 25. In diesem Ausführungsbeispiel sind sechs Einlassbohrungen 25 gleichmäßig über den Umfang des Ventilrohrs 2 verteilt angeordnet und von ovaler Form. In
Längsrichtung des Ventilrohrs 2 sind dabei jeweils drei erste Einlassbohrungen
25a in Richtung der ersten Auslassbohrungen 26 auf einer axialen Höhe des zylindrischen Ventilrohrs 2 ausgebildet. Um den Abstand d versetzt zu den ersten Einlassbohrungen 25a sind drei zweite Einlassbohrungen 25b angeordnet, wobei diese in Richtung der zweiten Auslassbohrungen 27 auf einer axialen Höhe des zylindrischen Ventilrohrs 2 ausgebildet sind. Alternativ sind beliebige Anzahlen und Anordnungen von ersten Einlassbohrungen 25a und zweiten
Einlassbohrungen 25b wählbar.
Es sollte eine Breite b des Schließkörpers 35 gewählt werden, die kleiner ist als der Abstand d zwischen den ersten Einlassbohrungen 25a und den zweiten
Einlassbohrungen 25b, um eine optimale Aufteilung des Massenstroms des Arbeitsmediums auf die beiden Auslassbohrungen 26, 27 bzw Auslasskanäle 6, 7 zu gewährleisten. Ist der Schließkörper 35 mittig bzw. zwischen den ersten Einlassbohrungen 25a und den zweiten Einlassbohrungen 25b angeordnet, so wird der Massenstrom jeweils zu 50% auf die erste Auslassbohrung 26 und auf die zweite Auslassbohrung 27 aufgeteilt. Der Abstand d und die Breite des Schließkörpers 35 können dabei so gewählt werden, dass der Schließkörper 35 in seiner mittigen Stellung die ersten Einlassbohrungen 25a und die zweiten Einlassbohrungen 25b jeweils teilweise überdeckt oder sie komplett frei gibt.
Die Fig.5 zeigt beispielhaft ein Schieberventil 1 mit einer elektromagnetischen Ansteuerung des Schieberventils 1. In dieser Ausführung ist das Schieberventil 1 als ausgangsgesteuertes Schieberventil ausgeführt. Dieselbe
elektromagnetische Ansteuerung ist jedoch auch für eingangsgesteuerte
Schieberventile verwendbar, wie sie beispielsweise in den Figuren 1, 2 und 4 gezeigt wurden.
Das Schieberventil 1 ist in einem zweiteiligen Ventilgehäuse 4, mit einem ersten Gehäuseteil 4a und einem zweiten Gehäuseteil 4b, angeordnet. Der Schieber 3 ist dabei ohne Zwischenanordnung eines Ventilrohrs in dem ersten Gehäuseteil
4a längsbeweglich geführt. In alternativen Ausführungen kann - analog zur Ausführung der Fig.l - jedoch auch ein Ventilrohr radial zwischen den Schieber 3 und dem ersten Gehäuseteil 4a angeordnet sein. Das erste Gehäuseteil 4a ist unter Zwischenlage einer Dichtung 15 mit dem zweiten Gehäuseteil 4b verschraubt. Im zweiten Gehäuseteil 4b ist ein elektromagnetischer Aktor 13 mit einer Spule angeordnet. In axialer Richtung an den Aktor 13 anschließend ist ein Anker 14 angeordnet, der von einer Ankerfeder 12 vom Aktor 13 weggedrückt wird. Die Ankerfeder 12 ist dabei in einer im Aktor 13 ausgebildeten Bohrung angeordnet. Der Anker 14 wirkt mit dem Schieber 3, in dieser konkreten Ausführung mit dem ersten Schließkörper 35a des Schiebers 3 zusammen. An der dem Anker 14 gegenüberliegenden Seite des Schiebers 3 ist im ersten Gehäuseteil 4a eine Spannfeder 11 angeordnet, welche auch mit dem Schieber 3 zusammenwirkt, in der konkreten Ausführung der Fig.5 mit dem zweiten Schließkörper 35b. Die Spannfeder 11 wirkt der Ankerfeder 12 entgegen, so dass der Schieber 3 zwischen diesen beiden Federn 11, 12 verspannt ist.
Bei Bestromung des Aktors 13 zieht dieser den Anker 14 entgegen der
Federkraft der Ankerfeder 12 an, so dass die Spannfeder 11 den Schieber 3 in Richtung des Aktors 13 verschieben kann. Das Schieberventil 1 befindet sich dann in einer Position, wie in Fig.5 dargestellt. Der erste Schließkörper 35a gibt den ersten Auslasskanal 6 frei, und der zweite Schließkörper 35b überdeckt den zweiten Schiebersitz 75b und verschließt so den zweiten Auslasskanal 7. Die erste hydraulische Verbindung ist in dieser Endstellung geöffnet, die zweite hydraulische Verbindung geschlossen.
Wird die Bestromung des Aktors 13 beendet, so drückt die Ankerfeder 12 den Schieber 3 entgegen der Federkraft der Spannfeder 11 in eine Richtung weg vom Aktor 13. Der erste Schließkörper 35a überdeckt dann den ersten
Schiebersitz 75a und verschließt so den ersten Auslasskanal 6, und der zweite Schließkörper 35b gibt den zweiten Auslasskanal 7 frei. Die erste hydraulische Verbindung ist in dieser entgegengesetzten Endstellung geschlossen, die zweite hydraulische Verbindung geöffnet.
Durch spezifische Auslegungen der beiden Federn 11, 12, beispielsweise auch als progressive Federn, und durch Ändern der Aktorkraft des Aktors 13 aufgrund des Änderns der Stärke der Bestromung kann der Schieber 3 auch in beliebige Zwischenstellungen gebracht werden. Dadurch kann das Schieberventil 3 als proportionaler Massenstromteiler für die beiden Auslasskanäle 6, 7 verwendet werden.
Fig.6 zeigt das erfindungsgemäße Schieberventil 1 innerhalb
Abwärmerückgewinnungssystems 100 als Bypass-Ventil. Das Abwärmerückgewinnungssystem 100 weist einen ein Arbeitsmedium führenden Kreislauf 100a auf, der in Flussrichtung des Arbeitsmediums einen
Sammelbehälter 101, eine Pumpe 102, einen Verdampfer 103, das
Schieberventil 1 als Bypass-Ventil, eine Expansionsmaschine 104 und einen Kondensator 105 umfasst. Der Sammelbehälter 101 kann dabei alternativ auch über eine Zuführleitung an den Kreislauf 100a angebunden sein. Flüssiges Arbeitsmedium wird durch die Pumpe 102 aus dem Sammelbehälter 101 in den Verdampfer 103 gefördert und dort durch die Wärmeenergie eines Abgases einer Brennkraftmaschine verdampft. Das verdampfte Arbeitsmedium wird
anschließend in der Expansionsmaschine unter Abgabe mechanischer Energie, beispielsweise an einen nicht dargestellten Generator oder an ein nicht dargestelltes Getriebe, entspannt. Anschließend wird das Arbeitsmedium im Kondensator 105 wieder verflüssigt und in den Sammelbehälter 101
zurückgeführt.
Erfindungsgemäß wird das Schieberventil 1 als ein Bypassventil für die
Expansionsmaschine 104 verwendet. Dazu ist eine Bypassleitung 106 parallel zur Expansionsmaschine 104 angeordnet. Je nach Betriebszustand der
Brennkraftmaschine und daraus resultierender Größen, beispielsweise
Temperaturen des Arbeitsmediums, wird das Arbeitsmedium der
Expansionsmaschine 104 zugeführt oder durch die Bypassleitung 106 an der Expansionsmaschine vorbeigeführt. Beispielhaft ist ein Temperatursensor 107 vor dem Kondensator 105 angeordnet. Der Temperatursensor 107 ermittelt die Temperatur des Arbeitsmediums vor dem Kondensator 105 und übermittelt ein entsprechendes Signal an ein Steuergerät 108. Das Steuergerät 108 steuert in
Abhängigkeit verschiedener Daten, wie beispielsweise der Temperatur des Arbeitsmediums vor dem Kondensator 105, über die beiden elektrischen
Anschlüsse 61, 62 die Steuereinheit 50 an. Die Steuereinheit 50 ist über die Anschlussleitung 54 mit dem Schieberventil 1 verbunden. Das Schieberventil 1 wird so geschaltet, dass das Arbeitsmedium entweder durch die
Expansionsmaschine 104 geführt wird, oder durch die Bypassleitung 106. Damit kann beispielsweise sichergestellt werden, dass Arbeitsmedium nur im
überhitzten Dampfzustand durch die Expansionsmaschine 104 geleitet wird, falls erforderlich. Da das Schieberventil 1 als 3/3-Wegeventil ausgebildet ist, kann der Massenstrom des Arbeitsmediums auch aufgeteilt werden, so dass ein Teil des Arbeitsmediums der Expansionsmaschine 104 zugeführt wird und ein weiterer Teil der Bypassleitung 106.
Fig.7 zeigt das erfindungsgemäße Schieberventil 1 innerhalb eines alternativen weiteren Abwärmerückgewinnungssystems 100' als Verteilerventil 1. Im
Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Fig.6 umfasst der Kreislauf 100a' dieses weiteren Abwärmerückgewinnungssystems 100' einen ersten Verdampfer 103a und einen zweiten Verdampfer 103b in Parallelschaltung; beispielsweise kann der erste Verdampfer 103a an eine Abgasleitung der Brennkraftmaschine und der zweite Verdampfer 103b an eine Abgasrückführleitung der
Brennkraftmaschine angeschlossen sein.
Das erfindungsgemäße Schieberventil 1 ist als proportionaler Massenstromteiler bzw. als Verteilerventil ausgebildet und vor den beiden Verdampfern 103a, 103b angeordnet, so dass es den Massenstrom des Arbeitsmediums zu den beiden Verdampfern 103a, 103b aufteilt. Beispielhaft sind ein erster Drucksensor 111 nach dem ersten Verdampfer 103a und ein zweiter Drucksensor 112 nach dem zweiten Verdampfer 103b angeordnet, die als Steuergrößen innerhalb des Abwärmerückgewinnungssystems 100' verwendet werden können. Die Signale der beiden Drucksensoren 111, 112 werden dem Steuergerät 108' zugeführt, welches aus diesen Daten eine Ansteuerung für die Steuereinheit 50 ermittelt und die Steuereinheit 50 entsprechend ansteuert, so dass das Schieberventil 1 den Massenstrom des Arbeitsmediums optimal auf die beiden Verdampfer 103a, 103b aufteilt.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Schieberventils 1 ist wie folgt:
Über den Einlasskanal 5 wird das zu fördernde Arbeitsmedium dem
Schieberventil 1 zugeführt. Das Schieberventil 1 wird von einer Steuereinheit so angesteuert, dass der Massenstrom des Arbeitsmediums proportional auf die beiden Auslasskanäle 6, 7 aufgeteilt wird. Dazu kann das Schieberventil 1 als eingangs- oder ausgangsgesteuertes Ventil ausgeführt sein.
Ist das Schieberventil 1 als eingangsgesteuertes Schieberventil 1 ausgeführt, so wirkt der Schließkörper 35 derart mit der oder den Eingangsbohrungen 25, 25a, 25b bzw. -kanälen 5 zusammen, dass der Arbeitsmediummassenstrom beim Eintritt in die Führungsbohrung 20 vom Schließkörper 35 proportional in Richtung des ersten Auslasskanals 6 und in Richtung des zweiten Auslasskanals 7 aufgeteilt wird. Der Schließkörper 35 bildet mit der Führungsbohrung 20 im Bereich der Einlassbohrungen 25, 25a, 25b bzw. im Bereich des Einlasskanals 5 oder der Einlassringnut 5a den Schiebesitz 75 aus. Je nach axialer Stellung des Schiebers 3 strömt das Arbeitsmedium an einer Seite des Schließkörpers 35 durch die erste hydraulische Verbindung in Richtung des ersten Auslasskanals 6 und/oder an der entgegengesetzten Seite des Schließkörpers 35 durch die zweite hydraulische Verbindung in Richtung des zweiten Auslasskanals 7. Dabei können beliebige Zwischenstellungen des Schließkörpers 35 mit proportionaler Massenstromaufteilung zu beiden Auslasskanälen 6, 7 eingestellt werden.
Vorteilhafterweise sind in einer Mittelstellung des Schiebers 3 die
Arbeitsmediummassenströme gleichmäßig auf die erste hydraulische Verbindung und die zweite hydraulische Verbindung aufgeteilt. In einer ersten Endstellung des Schiebers 3 verschließt der Schließkörper 35 die zweite hydraulische Verbindung, und in einer zweiten Endstellung des Schiebers 3 verschließt der Schließkörper 35 die erste hydraulische Verbindung.
Ist das Schieberventil 1 als ausgangsgesteuertes Schieberventil 1 ausgeführt, so wirkt der erste Schließkörper 35a derart mit der ersten Auslassbohrung 26 bzw. mit dem ersten Auslasskanal 6 zusammen und gleichzeitig der zweite
Schließkörper 35b mit der zweiten Auslassbohrung 26 bzw. mit dem zweiten Auslasskanal 7, dass der Arbeitsmediummassenstrom beim Eintritt in die Führungsbohrung 20 von den beiden Schließkörpern 35a, 35b proportional in Richtung des ersten Auslasskanals 6 und in Richtung des zweiten Auslasskanals 7 aufgeteilt wird. Der erste Schließkörper 35a bildet mit der Führungsbohrung 20 im Bereich der ersten Auslassbohrung 26 bzw. im Bereich des ersten
Auslasskanals 6 oder der ersten Auslassringnut 6a einen ersten Schiebesitz 75a aus. Der zweite Schließkörper 35b bildet mit der Führungsbohrung 20 im Bereich der zweiten Auslassbohrung 27 bzw. im Bereich des zweiten Auslasskanals 7 oder der zweiten Auslassringnut 6a einen zweiten Schiebesitz 75b aus. Je nach axialer Stellung des Schiebers 3 strömt das Arbeitsmedium an dem ersten Schließkörper 35a vorbei durch den ersten Schiebesitz 75 bzw. durch die erste hydraulische Verbindung in Richtung des ersten Auslasskanals 6 und/oder an der entgegengesetzten Seite des Schiebers 3 an dem zweiten Schließkörper 35b vorbei durch den zweiten Schiebesitz 75b bzw. durch die zweite
hydraulische Verbindung in Richtung des zweiten Auslasskanals 7. Dabei können beliebige Zwischenstellungen des Schiebers 3 mit proportionaler
Massenstromaufteilung zu beiden Auslasskanälen 6, 7 eingestellt werden. Vorteilhafterweise sind in einer Mittelstellung des Schiebers 3 die
Arbeitsmediummassenströme gleichmäßig auf die erste hydraulische Verbindung und die zweite hydraulische Verbindung aufgeteilt. In einer ersten Endstellung des Schiebers 3 verschließt der erste Schließkörper 35a die erste hydraulische Verbindung, indem er die erste Auslassbohrung 26 bzw. den ersten Auslasskanal 6 überdeckt bzw. indem er den ersten Schiebesitz 75a überdeckt. In einer zweiten Endstellung des Schiebers 3 verschließt der zweite Schließkörper 35b die zweite hydraulische Verbindung, indem er die zweite Auslassbohrung 27 bzw. den zweiten Auslasskanal 7 überdeckt bzw. indem er den zweiten
Schiebesitz 75b überdeckt. Vorzugsweise gibt es noch eine dritte Endstellung des Schiebers 3, die beispielsweise über die erste Endstellung oder über die zweite Endstellung hinausgehen kann, so dass die erste Endstellung bzw. die zweite Endstellung genaugenommen zu einer Zwischenstellung wird, die jedoch immer noch jeweils eine der beiden hydraulischen Verbindungen komplett schließt. In der dritten Endstellung des Schiebers 3 überdeckt entweder der erste Schließkörper 35a oder der zweite Schließkörper 35b die Eingangsbohrung 25 bzw. den Eingangskanal 5, so dass beide hydraulische Verbindungen
verschlossen sind.
Die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schieberventils 1 eignen sich sehr gut für die Verwendung innerhalb eines Abwärmerückgewinnungssystems
100, 100' einer Brennkraftmaschine, wie in den Figuren 6 und 7 dargestellt, da dort eine proportionale Aufteilung des Arbeitsmediummassenstroms,
beispielsweise bei der Verwendung von zwei parallelen Verdampfern 103a, 103b erforderlich sein kann. Weiterhin können die oben dargestellten Schieberventile sehr gut auf die Erfordernisse eines Abwärmerückgewinnungssystems 100, 100', insbesondere auf die darin strömenden Arbeitsmedien angepasst werden.

Claims

Ansprüche
1. Schieberventil (1), insbesondere für ein Abwärmerückgewinnungssystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Ventilgehäuse (4), wobei in dem
Ventilgehäuse (4) ein Einlasskanal (5), ein erster Auslasskanal (6) und ein zweiter Auslasskanal (7) ausgebildet sind, wobei in dem Ventilgehäuse (4) ein im Wesentlichen zylindrischer Schieber (3) in einer Führungsbohrung (20) längsbeweglich geführt ist, wobei die Führungsbohrung (20) hydraulisch mit dem Einlasskanal (5), mit dem ersten Auslasskanal (6) und mit dem zweiten
Auslasskanal (7) verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch die Längsbewegung des Schiebers (3) ein Arbeitsmediummassenstrom von dem Einlasskanal (5) auf den ersten Auslasskanal (6) und/oder den zweiten Auslasskanal (7) proportional aufteilbar ist.
2. Schieberventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilrohr (2) in dem Ventilgehäuse (4) angeordnet ist und dass die
Führungsbohrung (20) in dem Ventilrohr (20) ausgebildet ist.
3. Schieberventil (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Ventilrohr (2) in das Ventilgehäuse (4) eingepresst ist.
4. Schieberventil (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ventilrohr (2) in radialer Richtung eine Einlassbohrung (25), eine erste Auslassbohrung (26) und eine zweite Auslassbohrung (27) ausgebildet sind, wobei die Einlassbohrung (25), die erste Auslassbohrung (26) und die zweite Auslassbohrung (27) jeweils in die Führungsbohrung (20) münden, und wobei die Einlassbohrung (25) mit dem Einlasskanal (5), die erste Auslassbohrung (26) mit dem ersten Auslasskanal (6) und die zweite Auslassbohrung (27) mit dem zweiten Auslasskanal (7) hydraulisch verbunden ist.
5. Schieberventil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (3) einen Schließkörper (35) aufweist, wobei der Schließkörper (35) mit der zumindest einen Einlassbohrung (25) zusammenwirkt und wobei der
Schließkörper (35) durch die Längsbewegung des Schiebers (3) eine erste hydraulische Verbindung von dem Einlasskanal (5) zu dem ersten Auslasskanal (6) freigibt und/oder eine zweite hydraulische Verbindung von dem Einlasskanal (5) zu dem zweiten Auslasskanal (7) freigibt.
6. Schieberventil (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem
Ventilrohr (2) mehrere Einlassbohrungen (25) ausgebildet sind, jedoch zumindest eine erste Einlassbohrung (25a) und zumindest eine zweite Einlassbohrung (25b), wobei in axialer Richtung des Ventilrohrs (2) die zumindest eine erste Einlassbohrung (25a) um einen axialen Abstand d versetzt zu der zumindest einen zweiten Einlassbohrung (25b) angeordnet ist.
7. Schieberventil (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper eine Breite b aufweist, die kleiner oder gleich dem Abstand d ist.
8. Schieberventil (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass in einer Mittelstellung des Schiebers (3) der
Arbeitsmediummassenstrom gleichmäßig auf die erste hydraulische Verbindung und die zweite hydraulische Verbindung aufgeteilt ist.
9. Schieberventil (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass in einer ersten Endstellung des Schiebers (3) der
Schließkörper (35) die zweite hydraulische Verbindung schließt und dass in einer zweiten Endstellung des Schiebers (3) der Schließkörper (35) die erste hydraulische Verbindung schließt.
10. Schieberventil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (3) einen ersten Schließkörper (35a) und einen zweiten Schließkörper (35b) aufweist, wobei der erste Schließkörper (35a) mit der ersten
Auslassbohrung (26) zusammenwirkt und wobei der zweite Schließkörper (35b) mit der zweiten Auslassbohrung (27) zusammenwirkt, wobei der erste Schließkörper (35a) durch die Längsbewegung des Schiebers (3) eine erste hydraulische Verbindung von dem Einlasskanal (5) zu dem ersten Auslasskanal (6) freigibt und/oder der zweite Schließkörper (35b) eine zweite hydraulische Verbindung von dem Einlasskanal (5) zu dem zweiten Auslasskanal (7) freigibt.
11. Schieberventil (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Mittelstellung des Schiebers (3) der Arbeitsmediummassenstrom gleichmäßig auf die erste hydraulische Verbindung und die zweite hydraulische Verbindung aufgeteilt ist.
12. Schieberventil (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Endstellung des Schiebers (3) der erste Schließkörper (35a) die erste hydraulische Verbindung schließt und dass in einer zweiten Endstellung des Schiebers (3) der zweite Schließkörper (35b) die zweite hydraulische Verbindung schließt.
13. Schieberventil (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass im Ventilgehäuse (4) die Führungsbohrung (20) radial umgebend eine Einlassringnut (5a), eine erste Auslassringnut (6a) und eine zweite Auslassringnut (7a) ausgebildet sind, wobei die Einlassringnut (5a) die Führungsbohrung (20) mit dem Einlasskanal (5) verbindet, wobei die erste Auslassringnut (6a) die Führungsbohrung (20) mit dem ersten Auslasskanal (6) verbindet und wobei die zweite Auslassringnut (7a) die Führungsbohrung (20) mit dem zweiten Auslasskanal (7) verbindet.
14. Abwärmerückgewinnungssystem (100) mit einem ein Arbeitsmedium führenden Kreislauf (100a), wobei der Kreislauf (100a) in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Pumpe (102), einen Verdampfer (103), ein Bypass-Ventil (1), eine Expansionsmaschine (104) und einen Kondensator (105) umfasst, wobei parallel zur Expansionsmaschine (104) eine Bypassleitung (106) angeordnet ist und wobei das Bypass-Ventil (1) den Massenstrom des
Arbeitsmediums zur Expansionsmaschine (104) und zur Bypassleitung (106) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypass-Ventil (1) ein Schieberventil (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13 ist.
15. Abwärmerückgewinnungssystem (100') mit einem ein Arbeitsmedium führenden Kreislauf (100a'), wobei der Kreislauf (100a') in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Pumpe (102'), ein Verteilerventil (1), zwei Verdampfer (103a, 103b) in Parallelschaltung, eine Expansionsmaschine (104') und einen Kondensator (105') umfasst, wobei das Verteilerventil (1) die Massenströme des
Arbeitsmediums zu den zwei Verdampfern (103a, 103b) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerventil (1) ein Schieberventil (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13 ist.
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