WO2018137860A1 - Gasventil für einen wärmekreislauf eines fahrzeugs und herstellungsverfahren für ein gasventil - Google Patents

Gasventil für einen wärmekreislauf eines fahrzeugs und herstellungsverfahren für ein gasventil Download PDF

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WO2018137860A1
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valve
switching position
valve body
turbine
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Benjamin Schweizer
Peter Schwaderer
Frank Scholz
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a gas valve for a heat cycle of a vehicle, an expansion engine for a heat cycle of a vehicle, a heat cycle for a vehicle and an exhaust heat utilization system for a vehicle. Likewise, the invention relates to a manufacturing method for a
  • a heat cycle manufacturing method and an exhaust heat utilization system manufacturing method are provided.
  • EP 1 923 644 A2 describes a device equipped with gas valves
  • Each of the gas valves has one coil and one spring each. Depending on a valve body of the gas valves is held by means of the associated spring in its closed position, while the gas valves are opened by energizing their coils.
  • the invention provides a gas valve for a heat cycle of a vehicle having the features of claim 1, an expansion machine for a
  • Claim 10 a manufacturing method for a gas valve with the features of claim 11
  • a manufacturing method for an expansion machine with the features of claim 13 a manufacturing method for a
  • the present invention provides possibilities for reducing a
  • the operation of the gas valve (or the device equipped with the gas valve according to the invention) can be effected by means of the additional / at least one permanent magnet.
  • second magnetic attraction or repulsion force are supported, whereby a power consumption / power consumption of the operation is reduced.
  • the gas valve according to the invention (or the device equipped therewith) has a higher efficiency.
  • Valve body between its first switching position and its second
  • Switching position can be achieved. For a faster switching of the gas valve according to the invention is possible.
  • the Ausgestattung of the gas valve according to the invention with the at least one on and / or in the valve housing immovable / fixedly arranged permanent magnet can be used to reduce by means of at least one cooperating magnetic coil to be effected power.
  • This also allows a minimization of the at least one magnetic coil, whereby a smaller and lighter construction of the gas valve according to the invention (or the device equipped therewith) is possible.
  • the minimization of the gas valve according to the invention (or the device equipped therewith) also facilitates an arrangement / installation of the gas valve (or device), for example on a vehicle.
  • By minimizing the Gas valve according to the invention (or the device equipped therewith) can also be saved materials, resulting in a reduction of weight and manufacturing costs.
  • the present invention also makes a comparatively simple construction of gas valves possible.
  • the at least one magnetic coil and the at least one permanent magnet are so arranged on and / or arranged in the valve housing that the valve body at
  • the at least one magnet coil and the at least one permanent magnet can also be arranged so undetachably on and / or in the valve housing, that the valve body against energizing the at least one magnetic coil by means of the first magnetic attraction or repulsive force and the second magnetic attraction or repulsion the spring force of the at least one spring from the first switching position in the second switching position is adjustable and when interrupting the energization by means of the spring force of the at least one spring against the second magnetic attraction or repulsive force from the second switching position is adjustable in the first switching position.
  • this embodiment of the gas valve has a comparatively low power consumption / power consumption, and can be relatively easily manufactured in a relatively small construction.
  • a first gas inlet or gas outlet opening, a second gas inlet or gas outlet opening and a third gas inlet or gas outlet opening may be formed on the valve housing, wherein by means of the present in the first switching position valve body one of the first
  • Gaseinberg- or gas outlet opening extending first connection path and one of the first gas inlet or gas outlet opening through the valve housing to the third Gaseinberg- or gas outlet opening extending second communication path are interrupted gas-tight, while means of the present in the second switching position valve body of the first
  • connection path interrupted gas-tight and the second connection path are enabled.
  • a type of valve can be used in many ways.
  • the gas valve is a bypass valve and / or a
  • Guaranteed expansion engine for a heat cycle of a vehicle which is equipped with such a gas valve, a turbine and a bypass line, wherein a gas flowing through the expander gas by means of the gas valve is selectively routed to the turbine or is conductive through the bypass line, and wherein a gas transfer of the is prevented by the bypass line flowing gas to the turbine.
  • the gas flowing through the expansion machine is present by means of the gas in the first switching position
  • Valve body to the turbine conductive and conductive by means of the present in the second switching position valve body through the bypass line. It is also advantageous if the gas flowing through the expansion machine can be conducted to the turbine by means of the valve body present in the second switching position and can be conducted through the bypass line by means of the valve body present in the first switching position. In both cases, a high efficiency during use of the expansion machine for energy production is ensured due to a relatively low energy consumption of the gas valve.
  • an exhaust heat utilization system for a vehicle having such a gas valve, an expansion engine with a turbine and a bypass line, wherein a gas flowing through the exhaust heat utilization system by the gas valve is selectively routed to the turbine or is conductive through the bypass line, and wherein a gas transfer of the through Bypass line flowing
  • Manufacturing method for a gas valve the advantages described above. It is expressly understood that the manufacturing method for a gas valve according to the embodiments of the gas valve described above can be developed. Furthermore, also create manufacturing processes for a
  • Expansion machine for a heat cycle or for a
  • Fig. La and lb are schematic representations of a first embodiment of the
  • Figures 2a and 2b are schematic representations of a second embodiment of the gas valve.
  • Fig. 3 is a schematic representation of an expansion machine, or a heat cycle or
  • Fig. La and lb show schematic representations of a first embodiment of the gas valve.
  • the gas valve represented schematically by means of FIGS. 1 a and 1 b comprises a valve housing 10 (partially illustrated) and a valve body 12 arranged adjustably in the valve housing 10 between a first switch position and a second switch position.
  • a first switch position can be understood as a first position of the valve body 12 with respect to the valve housing 10, in which the gas valve is switched to a first opening and / or closing state, while under the second switching position shown in Fig. Lb another / second position of
  • Valve body 12 with respect to the valve housing 10 can be understood, in which the gas valve in one of the first opening and / or
  • valve housing 10 a first gas inlet or gas outlet opening, a second Gaseintritt- or
  • Gas outlet opening and a third gas inlet or gas outlet opening may be formed, wherein, if the gas valve is switched to the first opening and / or closing state, by means of the in the first switching position
  • Connection path are interrupted gas-tight, and, if the gas valve is switched to the second opening and / or closing state, by means of the present in the second switching position valve body 12, the first connection path gas-tight interrupted and the second connection path are unlocked.
  • a designability of the gas valve is not limited to its equipment with the three gas inlet or gas outlet openings not shown in FIGS. 1a and 1b (or to a design of the gas valve as a 3/2-way gas valve).
  • the valve body 12 is at least partially formed of at least one metal.
  • the valve body 12 may be at least partially magnetized.
  • valve body 12 is exemplified as a (directly controlled) seat or slide valve.
  • the valve body 12 has a slide and an armature. It should be noted, however, that the shape of the valve body 12 shown in FIGS. 1a and 1b is to be interpreted only as an example. This later described gas valve is not limited to an equipment with a specific type of valve body.
  • the gas valve also has at least one spring 14 which is arranged in the valve housing 10 such that a Federkrafl / total spring force F sp ring of at least one spring 14 counteracts an adjustment of the valve body 12 from the first switching position to the second switching position.
  • the at least one spring 14 is a (single) compression spring 14.
  • the gas valve may also be at least one more
  • Compression spring and / or at least one tension spring than the at least one spring 14 include.
  • the gas valve also has at least one magnetic coil 16, which is arranged on and / or in the valve housing 10 immovable / fixed. A position and a position of the at least one magnetic coil 16 (with respect to the valve housing 10) are thus not affected by a movement of the valve body 12.
  • the at least one magnetic coil 16 may be fastened in a magnetic circuit 18 formed as part of the valve housing 10.
  • a first magnetic field Bl in the valve housing 10 so generated that by means of the generated first magnetic field Bl, a first magnetic attraction or repulsive force FMI on the valve body 12 is effected. Only by way of example only one (single) magnetic coil 16 is shown in FIGS. 1a and 1b.
  • the gas valve may also have a plurality of solenoid coils (as the at least one solenoid coil 16), in which case the first magnetic attraction or repulsion force FMI is a total force applied to the valve body 12 by the energization of the solenoid coils.
  • the gas valve is designed such that when the at least one magnetic coil 16 is energized (in particular at the beginning of energizing the at least one magnetic coil 16), the valve body 12 is displaceable from the first switching position to the second switching position or from the second switching position to the first switching position ,
  • the gas valve also has at least one permanent magnet 20, which is arranged immovable / fixed to and / or in the valve housing 10.
  • the at least one permanent magnet 20 is so on and / or in the
  • Valve housing 10 is formed / fixed, that a position and a position of the at least one permanent magnet 20 (with respect to the valve housing 10) is not affected by a movement of the valve body 12. (Under the at least one permanent magnet 20 is thus not a "part of the valve body 12" / no "component of the valve body 12" to understand.)
  • the at least one permanent magnet 20 causes (by means of its second magnetic field B2) a second magnetic attraction or repulsion force FM2
  • the gas valve may also comprise a plurality of permanent magnets instead of the (single) permanent magnet 20 shown in FIGS. 1a and 1b, in which case the second magnetic attraction or repulsion force FM2 is a total force exerted by the plurality of permanent magnets 20 on the valve body 12.
  • the second magnetic attraction or repulsion force FM2 (of the at least one permanent magnet 20 on the valve body 12) can be correlated with the first magnetic attraction or repulsive force FMI (caused by the energization of the at least one magnetic coil 16 on the valve body 12)
  • this enables a reduction in the first magnetic attraction or repulsive force FMI (caused by the energization of the at least one magnetic coil 16 on the valve body 12),
  • equipping the gas valve with the at least one permanent magnet 20 minimizes the at least one solenoid 16, which facilitates minimization of the gas valve and the manufacturing cost of the gas valve lowers.
  • Magnet coil 16 and the at least one permanent magnet 20 so immovably on and / or arranged in the valve housing 10, that the valve body 12 when energized, the at least one magnetic coil 16th
  • valve body 12 is in interruption of the energization (especially at the beginning of the interruption of the energization) by means of the second magnetic attraction or repulsion force FM2 against the spring force F sp rin g of at least one spring 14 from the first switching position to the second
  • Switch position adjustable / adjusted It is thus sufficient if the second magnetic attraction or repulsion force FM2 (effected by means of the at least one permanent magnet 20 on the valve body 12) is only slightly stronger than the spring force Fspring of the at least one spring 14 (by one of the adjusting movement of the valve body 12 from the first switching position to overcome in the second switching position counteracting friction).
  • the first magnetic attraction or repulsive force FMI (caused by the energization of the at least one magnetic coil 16 on the valve body 12) must counteract the second magnetic attraction or repulsion force FM2 only insofar as the spring force Fspring is greater than a vector sum FMI + M2 of the first magnetic Attraction or repulsive force FMI and the second magnetic attraction or repulsion force FM2 is (at one of the
  • Repulsion force FM2 may also be described as a "deletion / partial deletion" of the second magnetic attraction or repulsion force FM2 by the first magnetic attraction or repulsion force FMI Volume of the at least one magnetic coil 16 and / or by means of a
  • Current supply of the at least one magnetic coil 16 can be effected with a relatively low current.
  • first magnetic attraction and repulsion force FMI is / is the (by means of the at least one permanent magnet 20 on the valve body 12 effected) second magnetic attraction or repulsion force FM2 so far “deleted" that the at least one spring 14, the valve body 12 by means of their spring force Fspring in the first shift position presses.
  • FIG. 1b shows the gas valve during / after an interruption in the energization of the at least one magnetic coil 16 (ie when a current intensity I ⁇ 0 flows through the at least one magnetic coil 16).
  • no first magnetic attracting or repulsive force FMI acts on the valve body 12
  • the second magnetic attraction or repulsion force FM2 (caused by the at least one permanent magnet 20 on the valve body 12) pushes the valve body 12 against the spring force Fsp rin g second switch position.
  • Figs. 2a and 2b are schematic representations of a second
  • Embodiment of the gas valve Embodiment of the gas valve.
  • the gas valve shown schematically in FIGS. 2 a and 2 b differs from the previously described embodiment in that the at least one magnet coil 16 and the at least one permanent magnet 20 are arranged so as not to be fixed on and / or in the valve housing 10 such that the valve body 12 when the at least one magnetic coil 16 is energized (in particular when the at least one magnetic coil 16 is energized) by means of the first magnetic attraction or repulsive force FMI and the second magnetic attraction or repulsion force FM2 against the spring force Fspring of the at least one spring 14 from the first switching position in the second switching position is adjustable / is adjusted.
  • valve body 12 When interrupting the energization (especially at the beginning of the interruption of the energization) is / the valve body 12 is adjusted by the spring force Fspring of at least one spring 14 against the second magnetic attraction or repulsion force FM2 from the second switching position in the first switching position / adjusted.
  • FIG. 2a shows the gas valve during / after an interruption of the energization of the at least one magnetic coil 16 (ie when a current I ⁇ 0 flows through the at least one magnetic coil 16 and no first magnetic attraction or repulsive force FMI acts on the valve body 12).
  • the spring force F sp nng presses the valve body 12 in this case against the (by the at least one permanent magnet 20 on the valve body 12 effected) second magnetic attraction or repulsion force FM2 in the first switching position.
  • the spring force F S pnng must be the second magnetic attraction or
  • FIG. 2b shows the gas valve during energization of the at least one magnetic coil 16 with a current intensity I 0.
  • Current supply of the at least one magnetic coil 16 can be effected with a relatively low current.
  • gas valves described above can be easily installed in a vehicle / motor vehicle because of their comparatively small and easy formability. They are therefore particularly suitable for such
  • Vehicle type / vehicle type Vehicle type / vehicle type.
  • the above-described gas valves can also be used to advantage for a vehicle / motor vehicle.
  • Each of the gas valves described above may be a bypass valve and / or an exhaust heat bypass valve.
  • the gas valves described above may also be designed for a different purpose.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of an expansion machine, or a heat cycle or exhaust heat utilization system.
  • Exhaust heat recovery system (34) (in addition to a turbine 36) also includes a gas valve 38 (according to one of the embodiments described above) and a bypass line 40, wherein a through the
  • Exhaust gas utilization system 34 flowing gas by means of the gas valve 38 selectively to the turbine 36 of the expansion machine 30 or through the bypass line 40 is conductive.
  • the bypass passage 40 is formed so that gas transfer of the gas flowing through the bypass passage 40 to the turbine 36 of the expansion machine 30 is prohibited. Due to the low power requirement / power requirement of the gas valve 38, a power loss of the exhaust heat utilization system 34 is relatively low. The equipment of the exhaust heat utilization system 34 with the gas valve 38 thus contributes to
  • Vehicle / motor vehicle the expansion machine 30 / the heat cycle 32 / the exhaust heat utilization system 34 can also be advantageously used in the vehicle / motor vehicle, e.g. to use a residual waste heat for a thermodynamic steam cycle process for energy. It should be noted, however, that a usability of the
  • Exhaust heat utilization system 34 is not limited to vehicles / motor vehicles or a particular use.
  • the expansion engine 30 / the heat cycle 32 / the exhaust heat utilization system 34 may also be used outside of a vehicle / motor vehicle.
  • the gas valve 38 is connected in front of the turbine 36 and in front of the bypass line 40.
  • the gas valve 38 can thus conduct, as a "bypass valve", the gas guided into the gas valve 38 either via the turbine 36 to a condenser 42 or through the bypass line 40 C. directly to the condenser 42.
  • a thermodynamic steam power process Rankine process
  • the energy released can either be forwarded to a crankshaft via a transmission or converted into electrical energy by means of an electric machine and fed into a vehicle electrical system.
  • An efficiency of a powertrain can be significantly improved by this use of residual gas from the exhaust gas, so that about 2.5 to 5% fuel savings by means of the residual gas from exhaust gas can be achieved.
  • the gas can be "discharged" via the bypass line 40.
  • La exhaust gas heating system 34 are equipped with the gas valve 38 of Fig. La and lb, the gas can be passed through the present in the first switching position valve body 12 to the turbine 36 or by means of the present in the second switching position valve body 12 through the bypass line 40. Does the expansion machine 30 / the heat cycle 32 / the
  • Exhaust gas heat recovery system 34 the gas valve of Fig. 2a and 2b, the gas can be passed through the present in the second switching position valve body 12 to the turbine 36 or by means of the present in the first switching position valve body 12 through the bypass line 40.
  • Embodiments of the gas valve 38 consume relatively little energy for the functions described herein.
  • the gas valve 38 can thus also energy consumption / fuel consumption of the vehicle / motor vehicle equipped therewith and / or a pollutant emission of
  • a turbomachine eg.
  • Turbomachinery or displacement machine (e.g., a reciprocating engine,
  • the heat cycle 32 is an ethanol heat cycle 32 having a
  • the intake and exhaust system 56 are still an exhaust gas turbocharger 58, an inlet cooler 60, a throttle valve 62, an AG R valve
  • a storage volume 72 is connected via a storage volume control valve 74 to the heat circuit 32.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining an embodiment of the gas valve manufacturing method.
  • a valve body is arranged adjustably in a valve housing by means of at least one spring between a first switching position and a second switching position. This is done so that a
  • Spring force counteracts the at least one spring of an adjusting movement of the valve body from the first switching position to the second switching position.
  • At least one magnetic coil is arranged in a process step S2 so immovable / fixed to and / or in the valve housing, that by means of energizing the at least one magnetic coil, a magnetic field is generated in the valve housing and by means of the generated magnetic field, a first magnetic attraction or repulsive force on the Valve body is effected.
  • the gas valve is designed such that the valve body by means of the energization of the at least one magnetic coil from the first
  • step S3 at least one permanent magnet which causes a second magnetic attraction or repulsion force on the valve body
  • the method steps Sl to S3 can be performed in any order and / or at least partially simultaneously.
  • the at least one magnetic coil and the at least one permanent magnet can be arranged so undetachably on and / or in the valve housing, that the valve body against the second magnetic attraction when energizing the at least one magnetic coil by means of the first magnetic Anziehungsoder repulsive force and the spring force of the at least one spring - Or repulsive force from the second switching position is adjusted to the first switching position and when interrupting the energization by means of the second magnetic attraction or repulsion force against the spring force of the at least one spring from the first
  • Switched position is adjusted to the second switching position, or that the
  • Valve body upon energization of the at least one magnetic coil by means of the first magnetic attraction or repulsion force and the second magnetic attraction or repulsion force against the spring force of the at least one spring from the first switching position to the second
  • Switching position is adjusted and is adjusted in interruption of the energization by means of the spring force of the at least one spring against the second magnetic attraction or repulsion force from the second switching position to the first switching position.
  • Exhaust heat utilization system can be made.
  • a bypass line is formed (with respect to a turbine) such that a gas is selectively directed by means of the gas valve to the turbine or through the bypass line, wherein a gas transfer of the gas flowing through the bypass line to the Turbine is prevented.
  • Articles can be used both in a vehicle / motor vehicle as well as vehicle-external.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gasventil für einen Wärmekreislauf eines Fahrzeugs mit einem in einem Ventilgehäuse (10) zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung verstellbar angeordneten Ventilkörper (12), mindestens einer Feder (14), deren Federkraft (Fspring) einer Verstellbewegung des Ventilkörpers (12) aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung entgegenwirkt, und mindestens einer Magnetspule (16), mittels deren Bestromung ein Magnetfeld (B1) in dem Ventilgehäuse (10) so erzeugbar ist, dass mittels des erzeugten Magnetfelds (B1) eine erste magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FM1) auf den Ventilkörper (12) bewirkbar ist, wobei das Gasventil mindestens einen Permanentmagneten (20) aufweist, welcher unverstellbar an und/oder in dem Ventilgehäuse (10) angeordnet ist und eine zweite magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FM2) auf den Ventilkörper (12) bewirkt. Ebenso betrifft die Erfindung eine Expansionsmaschine, einen Wärmekreislauf und ein Abgaswärmenutzungssystem (jeweils) für ein Fahrzeug und ein Herstellungsverfahren für ein Gasventil, eine Expansionsmaschine, einen Wärmekreislauf und ein Herstellungsverfahren oder ein Abgaswärmenutzungssystem.

Description

Beschreibung
Titel
Gasventil für einen Wärmekreislauf eines Fahrzeugs und Herstellungsverfahren für ein Gasventil
Die Erfindung betrifft ein Gasventil für einen Wärmekreislauf eines Fahrzeugs, eine Expansionsmaschine für einen Wärmekreislauf eines Fahrzeugs, einen Wärmekreislauf für ein Fahrzeug und ein Abgaswärmenutzungssystem für ein Fahrzeug. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein
Gasventil, ein Herstellungsverfahren für eine Expansionsmaschine, ein
Herstellungsverfahren für einen Wärmekreislauf und ein Herstellungsverfahren für ein Abgaswärmenutzungssystem.
Stand der Technik
Die EP 1 923 644 A2 beschreibt einen mit Gasventilen ausgestatteten
Wassererhitzer. Jedes der Gasventile weist je eine Spule und je eine Feder auf. Je ein Ventilkörper der Gasventile wird mittels der zugeordneten Feder in seiner Schließposition gehalten, während die Gasventile mittels eines Bestromens ihrer Spulen geöffnet werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft ein Gasventil für einen Wärmekreislauf eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Expansionsmaschine für einen
Wärmekreislauf eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 6, einen Wärmekreislauf für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9, ein Abgaswärmenutzungssystem für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des
Anspruchs 10, ein Herstellungsverfahren für ein Gasventil mit den Merkmalen des Anspruchs 11, ein Herstellungsverfahren für eine Expansionsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 13, ein Herstellungsverfahren für einen
Wärmekreislauf mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und ein
Herstellungsverfahren für ein Abgaswärmenutzungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft Möglichkeiten zum Reduzieren eines
Leistungsverbrauchs/Stromverbrauchs während eines Betriebs eines Gasventils, bzw. einer mit dem erfindungsgemäßen Gasventil ausgestatteten Vorrichtung.
Durch die zusätzliche Ausstattung des jeweiligen Gasventils mit dem mindestens einen unverstellbar/fest an und/oder in dem zugeordneten Ventilgehäuse angeordneten Permanentmagneten kann der Betrieb des Gasventils (bzw. der mit dem erfindungsgemäßen Gasventil ausgestatteten Vorrichtung) mittels der von dem mindestens einen Permanentmagneten bewirkten zusätzlichen/zweiten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft unterstützt werden, wodurch ein Leistungsbedarf/Strombedarf des Betriebs reduzierbar ist. Aufgrund seines geringeren Leistungsbedarfs/Strombedarfs hat das erfindungsgemäße Gasventil (bzw. die damit ausgestattete Vorrichtung) eine höhere Effizienz. Außerdem kann mittels der zusätzlichen/zweiten magnetischen Anziehungs- oder
Abstoßungskraft auch eine höhere Dynamik bei einem Verstellen des
Ventilkörpers zwischen seiner ersten Schaltstellung und seiner zweiten
Schaltstellung erreicht werden. Damit ist auch ein schnelleres Schalten des erfindungsgemäßen Gasventils möglich.
Die Ausgestattung des erfindungsgemäßen Gasventils mit dem mindestens einen an und/oder in dem Ventilgehäuse unverstellbar/fest angeordneten Permanentmagneten kann zur Reduzierung einer mittels der mindestens einen zusammenwirkenden Magnetspule zu bewirkenden Leistung genutzt werden. Dies erlaubt auch eine Minimierung der mindestens einen Magnetspule, wodurch eine kleinere und leichtere Bauweise des erfindungsgemäßen Gasventils (bzw. der damit ausgestatteten Vorrichtung) möglich ist. Die Minimierung des erfindungsgemäßen Gasventils (bzw. der damit ausgestatteten Vorrichtung) erleichtert auch eine Anordnung/einen Einbau des Gasventils (bzw. Vorrichtung), beispielsweise an einem Fahrzeug. Durch die Minimierung des erfindungsgemäßen Gasventils (bzw. der damit ausgestatteten Vorrichtung) können auch Materialien eingespart werden, was zu einer Reduzierung von Gewicht und Herstellungskosten führt. Außerdem wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch einen vergleichsweise einfachen Aufbau von Gasventilen möglich macht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Gasventils sind die mindestens eine Magnetspule und der mindestens eine Permanentmagnet derart unverstellbar an und/oder in dem Ventilgehäuse angeordnet, dass der Ventilkörper bei
Bestromung der mindestens einen Magnetspule mittels der ersten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft und der Federkraft der mindestens einen Feder entgegen der zweiten magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung verstellbar ist und bei Unterbrechung der Bestromung mittels der zweiten magnetischen Anziehungsoder Abstoßungskraft entgegen der Federkraft der mindestens einen Feder aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung verstellbar ist. Die mittels der Bestromung der mindestens einen Magnetspule bewirkte erste magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft dient somit lediglich dazu, eine Differenz zwischen der zweiten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft des mindestens einen Permanentmagneten und der Federkraft der mindestens einen Feder zu überwinden. Damit muss nur eine relativ geringe Leistung mittels der mindestens einen Magnetspule erbracht werden, so dass nur vergleichsweise wenig Energie zur Bestromung der mindestens einen Magnetspule aufzubringen ist. Zusätzlich kann bei dieser Ausführungsform des Gasventils die mindestens eine Magnetspule leicht verkleinert werden.
Alternativ können die mindestens eine Magnetspule und der mindestens eine Permanentmagnet auch derart unverstellbar an und/oder in dem Ventilgehäuse angeordnet sein, dass der Ventilkörper bei Bestromung der mindestens einen Magnetspule mittels der ersten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft und der zweiten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft entgegen der Federkraft der mindestens einen Feder aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung verstellbar ist und bei Unterbrechung der Bestromung mittels der Federkraft der mindestens einen Feder entgegen der zweiten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung verstellbar ist. Auch diese Ausführungsform des Gasventils weist einen vergleichsweise geringen Leistungsbedarf/Strombedarf auf, und kann vergleichsweise einfach in einer relativ kleinen Bauweise hergestellt werden.
Beispielsweise können an dem Ventilgehäuse eine erste Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung, eine zweite Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung und eine dritte Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung ausgebildet sein, wobei mittels des in der ersten Schaltstellung vorliegenden Ventilkörpers ein von der ersten
Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung durch das Ventilgehäuse zu der zweiten
Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung verlaufender erster Verbindungsweg freigeschaltet und ein von der ersten Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung durch das Ventilgehäuse zu der dritten Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung verlaufender zweiter Verbindungsweg gasdicht unterbrochen sind, während mittels des in der zweiten Schaltstellung vorliegenden Ventilkörpers der erste
Verbindungsweg gasdicht unterbrochen und der zweite Verbindungsweg freigeschaltet sind. Wie unten noch genauer erläutert wird, kann ein derartiger Ventiltyp vielseitig eingesetzt werden. Vorzugsweise ist das Gasventil ein Bypassventil und/oder ein
Abgaswärmebypassventil. Somit kann auf die Verwendung eines herkömmlichen Magnetventils (mit einem gegenüber dem erfindungsgemäßen Gasventil gesteigerten Leistungsbedarf/Strombedarf) für diese Verwendungszwecke verzichtet werden. Ebenso kann für diese Verwendungszwecke auf eine Nutzung eines herkömmlichen Ventils mit einer Druckluftansteuerung (bei einem mittels des Ventils zu leitenden Gas im Nassdampfbereich häufig problematisch) verzichtet werden.
Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch bei einer
Expansionsmaschine für einen Wärmekreislauf eines Fahrzeugs gewährleistet, welche mit einem derartigen Gasventil, einer Turbine und einer Bypassleitung ausgestattet ist, wobei ein durch die Expansionsmaschine strömendes Gas mittels des Gasventils wahlweise zu der Turbine leitbar ist oder durch die Bypassleitung leitbar ist, und wobei ein Gastransfer des durch die Bypassleitung strömenden Gases zu der Turbine unterbunden ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das durch die Expansionsmaschine strömende Gas mittels des in der ersten Schaltstellung vorliegenden
Ventilkörpers zu der Turbine leitbar und mittels des in der zweiten Schaltstellung vorliegenden Ventilkörpers durch die Bypassleitung leitbar. Vorteilhaft ist es auch, wenn das durch die Expansionsmaschine strömende Gas mittels des in der zweiten Schaltstellung vorliegenden Ventilkörpers zu der Turbine leitbar ist und mittels des in der ersten Schaltstellung vorliegenden Ventilkörpers durch die Bypassleitung leitbar ist. In beiden Fällen ist aufgrund eines vergleichsweise geringen Energieverbrauchs des Gasventils ein hoher Wirkungsgrad während eines Einsatzes der Expansionsmaschine zur Energiegewinnung sichergestellt.
Die oben beschriebenen Vorteile sind auch bewirkbar durch eine Verwendung eines Wärmekreislaufs für ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Gasventil, einer Expansionsmaschine mit einer Turbine und einer Bypassleitung, wobei ein durch den Wärmekreislauf strömendes Gas mittels des Gasventils wahlweise zu der Turbine leitbar ist oder durch die Bypassleitung leitbar ist, und wobei ein Gastransfer des durch die Bypassleitung strömenden Gases zu der Turbine unterbunden ist.
Auch ein Abgaswärmenutzungssystem für ein Fahrzeug mit einem derartigen Gasventil, einer Expansionsmaschine mit einer Turbine und einer Bypassleitung, wobei ein durch das Abgaswärmenutzungssystem strömendes Gas mittels des Gasventils wahlweise zu der Turbine leitbar ist oder durch die Bypassleitung leitbar ist, und wobei ein Gastransfer des durch die Bypassleitung strömenden
Gases zu der Turbine unterbunden ist, weist aufgrund der oben beschriebenen Vorteile des Gasventils einen relativ hohen Wirkungsgrad auf. Ebenso kann dieser Typ des Abgaswärmenutzungssystems billiger und mit einem reduzierten Bauraumbedarf hergestellt werden.
Zusätzlich bewirkt auch ein Ausführen eines korrespondierenden
Herstellungsverfahrens für ein Gasventil die oben beschriebenen Vorteile. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Herstellungsverfahren für ein Gasventil gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen des Gasventils weiterbildbar ist. Des Weiteren schaffen auch Herstellungsverfahren für eine
Expansionsmaschine, für einen Wärmekreislauf oder für ein
Abgaswärmenutzungssystem die oben schon erläuterten Vorteile. Auch diese Herstellungsverfahren können gemäß den oben beschriebenen
Ausführungsformen des Abgasventils, der Expansionsmaschine, des
Wärmekreislaufs oder des Abgaswärmenutzungssystems weitergebildet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. la und lb schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform des
Gasventils;
Fig. 2a und 2b schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des Gasventils;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Expansionsmaschine, bzw. eines Wärmekreislaufs oder
Abgaswärmenutzungssystems; und
Fig. 4 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des
Herstellungsverfahrens für ein Gasventil.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. la und lb zeigen schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform des Gasventils.
Das mittels der Fig. la und lb schematisch wiedergegebene Gasventil umfasst ein (teilweise dargestelltes) Ventilgehäuse 10 und einen in dem Ventilgehäuse 10 zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung verstellbar angeordneten Ventilkörper 12. Unter der in Fig. la dargestellten ersten Schaltstellung kann eine erste Stellung des Ventilkörpers 12 in Bezug zu dem Ventilgehäuse 10 verstanden werden, bei welcher das Gasventil in einen ersten Öffnungs- und/oder Schließzustand geschaltet ist, während unter der in Fig. lb dargestellten zweiten Schaltstellung eine andere/zweite Stellung des
Ventilkörpers 12 in Bezug zu dem Ventilgehäuse 10 verstanden werden kann, bei welcher das Gasventil in einen von dem ersten Öffnungs- und/oder
Schließzustand abweichenden zweiten Öffnungs- und/oder Schließzustand geschaltet ist. Beispielsweise können an dem Ventilgehäuse 10 eine erste Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung, eine zweite Gaseintritt- oder
Gasaustrittsöffnung und eine dritte Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung ausgebildet sein, wobei, sofern das Gasventil in den ersten Öffnungs- und/oder Schließzustand geschaltet ist, mittels des in der ersten Schaltstellung
vorliegenden Ventilkörpers 12 ein von der ersten Gaseintritt- oder
Gasaustrittsöffnung durch das Ventilgehäuse zu der zweiten Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung verlaufender erster Verbindungsweg freigeschaltet und ein von der ersten Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung durch das Ventilgehäuse zu der dritten Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung verlaufender zweiter
Verbindungsweg gasdicht unterbrochen sind, und, sofern das Gasventil in den zweiten Öffnungs- und/oder Schließzustand geschaltet ist, mittels des in der zweiten Schaltstellung vorliegenden Ventilkörpers 12 der erste Verbindungsweg gasdicht unterbrochen und der zweite Verbindungsweg freigeschalten sind. Eine Ausbildbarkeit des Gasventils ist jedoch nicht auf dessen Ausstattung mit den in Fig. la und lb nicht dargestellten drei Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnungen (bzw. auf eine Ausbildung des Gasventils als ein 3/2-Wege-Gasventil) beschränkt.
Der Ventilkörper 12 ist zumindest teilweise aus mindestens einem Metall gebildet. Insbesondere kann der Ventilkörper 12 zumindest teilweise magnetisiert sein. Somit kann der Ventilkörper 12 mit einem magnetischen Feld
wechselwirken. In der Ausführungsform der Fig. la und lb ist der Ventilkörper 12 beispielhaft als ein (direkt gesteuertes) Sitz- oder Schiebeventil ausgebildet. Dazu weist der Ventilkörper 12 einen Schieber und einen Anker auf. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die in den Fig. la und lb gezeigte Form des Ventilkörpers 12 nur beispielhaft zu interpretieren ist. Das im Weiteren beschriebene Gasventil ist nicht auf eine Ausstattung mit einem bestimmten Ventilkörpertyp beschränkt.
Das Gasventil hat auch mindestens eine Feder 14, welche in dem Ventilgehäuse 10 derart angeordnet ist, dass eine Federkrafl/Gesamtfederkraft Fspring der mindestens einen Feder 14 einer Verstellbewegung des Ventilkörpers 12 aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung entgegenwirkt. Beispielhaft ist in der Ausführungsform der Fig. la und lb die mindestens eine Feder 14 eine (einzige) Druckfeder 14. Als Alternative oder als Ergänzung zu der (einzigen) Druckfeder 14 kann das Gasventil jedoch auch noch mindestens eine weitere
Druckfeder und/oder mindestens eine Zugfeder als die mindestens eine Feder 14 umfassen.
Das Gasventil weist auch mindestens eine Magnetspule 16 auf, welche an und/oder in dem Ventilgehäuse 10 unverstellbar/fest angeordnet ist. Eine Position und eine Stellung der mindestens einen Magnetspule 16 (in Bezug zu dem Ventilgehäuse 10) werden somit durch eine Bewegung des Ventilkörpers 12 nicht beeinträchtigt. Beispielsweise kann die mindestens eine Magnetspule 16 in einem als Teil des Ventilgehäuses 10 ausgebildeten Magnetkreis 18 befestigt sein. Außerdem ist mittels einer Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16 ein erstes Magnetfeld Bl in dem Ventilgehäuse 10 so erzeugbar, dass mittels des erzeugten ersten Magnetfelds Bl eine erste magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft FMI auf den Ventilkörper 12 bewirkbar ist. Lediglich beispielhaft ist in Fig. la und lb nur eine (einzige) Magnetspule 16 dargestellt. Das Gasventil kann jedoch auch mehrere Magnetspulen (als die mindestens eine Magnetspule 16) haben, wobei in diesem Fall die erste magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft FMI eine mittels der Bestromung der Magnetspulen auf den Ventilkörper 12 bewirkte Gesamtkraft ist. Das Gasventil ist so ausgebildet, dass der Ventilkörper 12 bei Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16 (insbesondere bei Beginn der Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16) aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung oder aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung verstellbar is1 verstellt wird.
Zusätzlich hat das Gasventil auch mindestens einen Permanentmagneten 20, welcher unverstellbar/fest an und/oder in dem Ventilgehäuse 10 angeordnet ist. Der mindestens eine Permanentmagnet 20 ist so an und/oder in dem
Ventilgehäuse 10 ausgebildet/befestigt, dass eine Position und eine Stellung des mindestens einen Permanentmagneten 20 (in Bezug zu dem Ventilgehäuse 10) durch eine Bewegung des Ventilkörpers 12 nicht beeinträchtigt wird. (Unter dem mindestens einen Permanentmagneten 20 ist somit kein„Teil des Ventilkörpers 12"/keine„Komponente des Ventilkörpers 12" zu verstehen.) Der mindestens eine Permanentmagnet 20 bewirkt (mittels seines zweiten Magnetfelds B2) eine zweite magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft FM2 auf den Ventilkörper 12. Das Gasventil kann anstelle des in Fig. la und lb dargestellten (einzigen) Permanentmagneten 20 auch mehrere Permanentmagneten aufweisen, wobei dann die zweite magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft FM2 eine von den mehreren Permanentmagneten 20 auf den Ventilkörper 12 ausgeübte Gesamtkraft ist.
Die zweite magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft FM2 (des mindestens einen Permanentmagneten 20 auf den Ventilkörper 12) kann mit der (mittels der Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16 auf den Ventilkörper 12 bewirkten) ersten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft FMI
„kombiniert" werden, um eine Verstellbewegung des Ventilkörpers 12 zu bewirken oder zu unterbinden. Wie nachfolgend genauer erläutert wird, ermöglicht dies eine Reduzierung der (mittels der Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16 auf den Ventilkörper 12bewirkten) ersten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft FMI, und damit eine Reduzierung eines Stromverbrauchs/Strombedarfs der mindestens einen Magnetspule 16 während eines Betriebs des Gasventils. Zusätzlich ermöglicht die Ausstattung des Gasventils mit dem mindestens einen Permanentmagneten 20 eine Minimierung der mindestens einen Magnetspule 16, was eine Minimierung des Gasventils erleichtert und die Herstellungskosten des Gasventils senkt.
Bei der Ausführungsform der Fig. la und lb sind die mindestens eine
Magnetspule 16 und der mindestens eine Permanentmagnet 20 derart unverstellbar an und/oder in dem Ventilgehäuse 10 angeordnet, dass der Ventilkörper 12 bei Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16
(insbesondere bei Beginn der Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16) mittels der ersten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft FMI und der Federkraft Fspring der mindestens einen Feder 14 entgegen der zweiten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft FM2 aus der zweiten
Schaltstellung in die erste Schaltstellung verstellbar is1 verstellt wird. Außerdem ist/wird der Ventilkörper 12 bei Unterbrechung der Bestromung (insbesondere zu Beginn der Unterbrechung der Bestromung) mittels der zweiten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft FM2 entgegen der Federkraft Fspring der mindestens einen Feder 14 aus der ersten Schaltstellung in die zweite
Schaltstellung verstellbar/verstellt. Es ist somit ausreichend, wenn die (mittels des mindestens einen Permanentmagneten 20 auf den Ventilkörper 12 bewirkte) zweite magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft FM2 lediglich geringfügig stärker als die Federkraft Fspring der mindestens einen Feder 14 ist (um eine der Verstellbewegung des Ventilkörpers 12 aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung entgegenwirkende Reibung zu überwinden). Die (mittels der Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16 auf den Ventilkörper 12 bewirkte) erste magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft FMI muss der zweiten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft FM2 nur insoweit entgegenwirken, dass die Federkraft Fspring größer als eine Vektorsumme FMI+M2 der ersten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft FMI und der zweiten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft FM2 ist (um eine der
Verstellbewegung des Ventilkörpers 12 aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung entgegenwirkende Reibung zu überwinden). Man kann die Vektorsumme FMI+M2 der ersten magnetischen Anziehungs- oder
Abstoßungskraft FMI und der zweiten magnetischen Anziehungs- oder
Abstoßungskraft FM2 auch als eine„Löschung/Teillöschung" der zweiten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft FM2 mittels der ersten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft FMI umschreiben. Eine für die Funktion des Gasventils ausreichende erste magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft FMI kann deshalb auch bei einem vergleichsweise kleinen Volumen der mindestens einen Magnetspule 16 und/oder mittels einer
Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16 mit einer relativ niedrigen Stromstärke bewirkt werden.
Fig. la zeigt das Gasventil während einer Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16 mit einer Stromstärke I 0. Mittels der (durch Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16 auf den Ventilkörper 12 bewirkten) ersten magnetischen Anziehungs- und Abstoßungskraft FMI wird/ist die (mittels des mindestens einen Permanentmagneten 20 auf den Ventilkörper 12 bewirkte) zweite magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft FM2 soweit„gelöscht", dass die mindestens eine Feder 14 den Ventilkörper 12 mittels ihrer Federkraft Fspring in die erste Schaltstellung drückt.
Demgegenüber zeigt Fig. lb das Gasventil bei/nach einer Unterbrechung der Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16 (d.h. wenn eine Stromstärke I ~ 0 durch die mindestens eine Magnetspule 16 fließt). Damit wirkt keine erste magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft FMI auf den Ventilkörper 12, und die (mittels des mindestens einen Permanentmagneten 20 auf den Ventilkörper 12 bewirkte) zweite magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft FM2 drückt den Ventilkörper 12 entgegen der Federkraft Fspring in die zweite Schaltstellung.
Fig. 2a und 2b zeigen schematische Darstellungen einer zweiten
Ausführungsform des Gasventils.
Das in Fig. 2a und 2b schematisch wiedergegebene Gasventil unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform darin, dass die mindestens eine Magnetspule 16 und der mindestens eine Permanentmagnet 20 derart unverstellbar/fest an und/oder in dem Ventilgehäuse 10 angeordnet sind, dass der Ventilkörper 12 bei Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16 (insbesondere bei Beginn der Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16) mittels der ersten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft FMI und der zweiten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft FM2 entgegen der Federkraft Fspring der mindestens einen Feder 14 aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung verstellbar ist/verstellt wird. Bei Unterbrechung der Bestromung (insbesondere zu Beginn der Unterbrechung der Bestromung) ist/wird der Ventilkörper 12 mittels der Federkraft Fspring der mindestens einen Feder 14 entgegen der zweiten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft FM2 aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung verstellbar/verstellt.
Fig. 2a zeigt das Gasventil bei/nach einer Unterbrechung der Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16 (d.h. wenn eine Stromstärke I ~ 0 durch die mindestens eine Magnetspule 16 fließt und keine erste magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft FMI auf den Ventilkörper 12 wirkt). Die Federkraft Fspnng drückt den Ventilkörper 12 in diesem Fall entgegen der (mittels des mindestens einen Permanentmagneten 20 auf den Ventilkörper 12 bewirkten) zweiten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft FM2 in die erste Schaltstellung. Die Federkraft FSpnng muss der zweiten magnetischen Anziehungs- oder
Abstoßungskraft FM2 nur insoweit entgegenwirken, dass eine der
Verstellbewegung des Ventilkörpers 12 aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung entgegenwirkende Reibung überwunden ist/wird. Demgegenüber zeigt Fig. 2b das Gasventil während einer Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16 mit einer Stromstärke I 0. Mittels der (durch Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16 auf den Ventilkörper 12 bewirkten) ersten magnetischen Anziehungs- und Abstoßungskraft FMI wird/ist die (mittels des mindestens einen Permanentmagneten 20 auf den Ventilkörper 12 bewirkte) zweite magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft FM2 soweit
„verstärkt", dass die Vektorsumme FMI+M2 der ersten magnetischen Anziehungsoder Abstoßungskraft FMI und der zweiten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft FM2 den Ventilkörper 12 entgegen der Federkraft FSpnng in die zweite Schaltstellung drückt. Deshalb kann auch bei dieser Ausführungsform eine für die Funktion des Gasventils ausreichende erste magnetische
Anziehungs- oder Abstoßungskraft FMI bei einem vergleichsweise kleinen Volumen der mindestens einen Magnetspule 16 und/oder mittels einer
Bestromung der mindestens einen Magnetspule 16 mit einer relativ niedrigen Stromstärke bewirkt werden.
Bezüglich weiterer Merkmale des Gasventils der Fig. 2a und 2b wird auf die zuvor beschriebene Ausführungsform verwiesen.
Die oben beschriebenen Gasventile können aufgrund ihrer vergleichsweise kleinen und leichten Ausbildbarkeit einfach in einem Fahrzeug/Kraftfahrzeug verbaut werden. Sie eignen sich deshalb besonders für eine derartige
Verwendung ohne eine Beschränkung auf einen bestimmten
Fahrzeugtyp/Kraftfahrzeugtyp. Natürlich können die oben beschriebenen Gasventile auch außerhalt eines Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs vorteilhaft eingesetzt werden. Jedes der oben beschriebenen Gasventile kann ein Bypassventil und/oder ein Abgaswärmebypassventil sein. Die oben beschriebenen Gasventile können jedoch auch für einen anderen Verwendungszweck ausgebildet sein.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Expansionsmaschine, bzw. eines Wärmekreislaufs oder Abgaswärmenutzungssystems.
Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Expansionsmaschine 30, bzw. der damit ausgestattete Wärmekreislauf 32 oder das damit bestückte
Abgaswärmenutzungssystem 34 (Exhaust Heat Recovery System), weist (außer einer Turbine 36) auch ein Gasventil 38 (gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen) und eine Bypassleitung 40 auf, wobei ein durch die
Expansionsmaschine 30/den Wärmekreislauf 32/das
Abgaswärmenutzungssystem 34 strömendes Gas mittels des Gasventils 38 wahlweise zu der Turbine 36 der Expansionsmaschine 30 oder durch die Bypassleitung 40 leitbar ist. Außerdem ist die Bypassleitung 40 so ausgebildet, dass ein Gastransfer des durch die Bypassleitung 40 strömenden Gases zu der Turbine 36 der Expansionsmaschine 30 unterbunden ist. Aufgrund des geringen Strombedarfs/Leistungsbedarfs des Gasventils 38 ist auch ein Leistungsverlust des Abgaswärmenutzungssystems 34 relativ gering. Die Ausstattung des Abgaswärmenutzungssystems 34 mit dem Gasventil 38 trägt damit zur
Steigerung seines Wirkungsgrads bei. Da sich das Gasventil 38, wie oben erläutert, gut für einen Einsatz in einem
Fahrzeug/Kraftfahrzeug eignet, können auch die Expansionsmaschine 30/der Wärmekreislauf 32/das Abgaswärmenutzungssystem 34 vorteilhaft in dem Fahrzeug/Kraftfahrzeug eingesetzt werden, z.B. um eine Abgasrestwärme für einen thermodynamischen Dampfkreisprozess zur Energiegewinnung zu nutzen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Verwendbarkeit der
Expansionsmaschine 30/des Wärmekreislaufs 32/des
Abgaswärmenutzungssystems 34 nicht auf Fahrzeuge/Kraftfahrzeuge oder einen bestimmten Verwendungszweck beschränkt ist. Die Expansionsmaschine 30/der Wärmekreislauf 32/das Abgaswärmenutzungssystem 34 können auch außerhalb eines Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Das Gasventil 38 ist vor die Turbine 36 und vor die Bypassleitung 40 geschaltet. Das Gasventil 38 kann somit als„Bypassventil" das in das Gasventil 38 geleitete Gas entweder über die Turbine 36 zu einem Kondensator 42 oder durch die Bypassleitung 40 C.direkt") zu dem Kondensator 42 leiten. Somit kann wahlweise in der Turbine 36 ein thermodynamischer Dampfkraftprozess (Rankine-Prozess) zur Erzeugung von mechanischer Energie ausgeführt werden, indem das eingeleitete Gas (als dampfförmiges überhitztes Arbeitsmedium) unter Abgabe von Energie an eine Expanderwelle 44 expandiert. Die abgegebene Energie kann entweder über ein Getriebe an eine Kurbelwelle weitergeleitet oder mittels einer elektrischen Maschine in elektrische Energie umgewandelt und in ein Bordnetz einspeist werden. Ein Wirkungsgrad eines Antriebsstrangs kann durch diese Nutzung der Ab gas restwärme deutlich verbessert werden, so dass etwa 2,5 bis 5 % Kraftstoffeinsparung mittels der Ab gas restwärme erreicht werden. Wahlweise kann jedoch auch, sofern ein Antrieb der Expanderwelle 44 unerwünscht ist oder sich das Gas im Nassdampfbereich befindet, das Gas über die Bypassleitung 40„abgeleitet' werden.
Sofern die Expansionsmaschine 30/der Wärmekreislauf 32/das
Abgaswärmenutzungssystem 34 mit dem Gasventil 38 der Fig. la und lb ausgestattet sind, kann das Gas mittels des in der ersten Schaltstellung vorliegenden Ventilkörpers 12 zu der Turbine 36 oder mittels des in der zweiten Schaltstellung vorliegenden Ventilkörpers 12 durch die Bypassleitung 40 geleitet werden. Weist die Expansionsmaschine 30/der Wärmekreislauf 32/das
Abgaswärmenutzungssystem 34 das Gasventil der Fig. 2a und 2b auf, so kann das Gas mittels des in der zweiten Schaltstellung vorliegenden Ventilkörpers 12 zu der Turbine 36 oder mittels des in der ersten Schaltstellung vorliegenden Ventilkörpers 12 durch die Bypassleitung 40 geleitet werden. Beide
Ausführungsformen des Gasventils 38 verbrauchen für die hier beschriebenen Funktionen nur relativ wenig Energie. Mittels des Gasventils 38 können somit auch ein Energieverbrauch/Kraftstoffverbrauch des damit ausgestatteten Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs und/oder eine Schadstoffemission des
Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs reduziert werden. Als Expansionsmaschine 30 kann eine Strömungsmaschine (z.B. eine
Turbomaschine) oder Verdrängermaschine (z.B. eine Kolbenmaschine,
Schraubenmaschine oder Scroll-Maschine) eingesetzt sein. Lediglich beispielhaft ist der Wärmekreislauf 32 ein Ethanol-Wärmekreislauf 32 mit einer
Wärmekreislaufpumpe 33. Außerdem ist ein Kühlwasserkreislauf 46 mit einer
Kühlpumpe 48, einem Ventil 50 und einem Kühler 52 an dem Kondensator 42 angebunden. Über einen weiteren Kondensator 54 ist der Wärmekreislauf 32 an einen Ansaug- und Abgasstrang 56 des Fahrzeugs- Kraftfahrzeugs angebunden. Als mögliche Komponenten des Ansaug- und Abgasstrangs 56 sind noch ein Abgasturbolader 58, ein Einlasskühler 60, eine Drosselklappe 62, ein AG R- Ventil
64, ein AGR-Kühler 66, ein Abgas- Bypassventil 68 und eine Abgas- Bypassleitung 70 in Fig. 3 dargestellt. Zusätzlich ist auch ein Speichervolumen 72 über ein Speichervolumen-Kontrollventil 74 an den Wärmekreislauf 32 angebunden.
Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein Gasventil.
In einem Verfahrensschritt Sl wird ein Ventilkörper in einem Ventilgehäuse mittels mindestens einer Feder zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung verstellbar angeordnet. Dies erfolgt so, dass eine
Federkraft der mindestens einen Feder einer Verstellbewegung des Ventilkörpers aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung entgegenwirkt.
Mindestens eine Magnetspule wird in einem Verfahrensschritt S2 derart unverstellbar/fest an und/oder in dem Ventilgehäuse angeordnet, dass mittels einer Bestromung der mindestens einen Magnetspule ein Magnetfeld in dem Ventilgehäuse erzeugt wird und mittels des erzeugten Magnetfelds eine erste magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft auf den Ventilkörper bewirkt wird. Außerdem wird das Gasventil derart ausgebildet, dass der Ventilkörper mittels der Bestromung der mindestens einen Magnetspule aus der ersten
Schaltstellung in die zweite Schaltstellung oder aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung verstellt wird. In einem weiteren Verfahrensschritt S3 wird mindestens ein Permanentmagnet, welcher eine zweite magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft auf den Ventilkörper bewirkt,
unverstellbar/fest an und/oder in dem Ventilgehäuse. Die Verfahrensschritte Sl bis S3 können in beliebiger Reihenfolge und/oder zumindest teilweise gleichzeitig ausgeführt werden.
Das auf diese Weise hergestellte Gasventil weist die oben schon beschriebenen Vorteile auf. Beispielsweise können die mindestens eine Magnetspule und der mindestens eine Permanentmagnet derart unverstellbar an und/oder in dem Ventilgehäuse angeordnet werden, dass der Ventilkörper bei Bestromung der mindestens einen Magnetspule mittels der ersten magnetischen Anziehungsoder Abstoßungskraft und der Federkraft der mindestens einen Feder entgegen der zweiten magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung verstellt wird und bei Unterbrechung der Bestromung mittels der zweiten magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft entgegen der Federkraft der mindestens einen Feder aus der ersten
Schaltstellung in die zweite Schaltstellung verstellt wird, oder dass der
Ventilkörper bei Bestromung der mindestens einen Magnetspule mittels der ersten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft und der zweiten magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft entgegen der Federkraft der mindestens einen Feder aus der ersten Schaltstellung in die zweite
Schaltstellung verstellt wird und bei Unterbrechung der Bestromung mittels der Federkraft der mindestens einen Feder entgegen der zweiten magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung verstellt wird.
In einer Weiterbildung des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens können auch eine Expansionsmaschine, ein Wärmekreislauf oder ein
Abgaswärmenutzungssystem hergestellt werden. Dazu wird in einem weiteren (optionalen) Verfahrensschritt S4 eine Bypassleitung derart (in Bezug zu einer Turbine) ausgebildet, dass ein Gas mittels des Gasventils wahlweise zu der Turbine oder durch die Bypassleitung geleitet wird, wobei ein Gastransfer des durch die Bypassleitung strömenden Gases zu der Turbine unterbunden ist.
Die mittels des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens hergestellten
Gegenstände können sowohl in einem Fahrzeug/Kraftfahrzeug als auch fahrzeug-extern eingesetzt werden.

Claims

Ansprüche
1. Gasventil (38) für einen Wärmekreislauf (32) eines Fahrzeugs mit: einem Ventilgehäuse (10); einem in dem Ventilgehäuse (10) zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung verstellbar angeordneten Ventilkörper (12); mindestens einer Feder (14), welche in dem Ventilgehäuse (10) derart angeordnet ist, dass eine Federkraft (FSpnng) der mindestens einen Feder (14) einer Verstellbewegung des Ventilkörpers (12) aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung entgegenwirkt; und mindestens einer Magnetspule (16), welche unverstellbar an und/oder in dem Ventilgehäuse (10) angeordnet ist und mittels deren Bestromung ein Magnetfeld (Bl) in dem Ventilgehäuse (10) so erzeugbar ist, dass mittels des erzeugten Magnetfelds (Bl) eine erste magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FMI) auf den Ventilkörper (12) bewirkbar ist; wobei das Gasventil (38) so ausgebildet ist, dass der Ventilkörper (12) mittels der Bestromung der mindestens einen Magnetspule (16) aus der ersten
Schaltstellung in die zweite Schaltstellung oder aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung verstellbar ist; gekennzeichnet durch mindestens einen Permanentmagneten (20), welcher unverstellbar an und/oder in dem Ventilgehäuse (10) angeordnet ist und eine zweite magnetische
Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FM2) auf den Ventilkörper (12) bewirkt.
2. Gasventil (38) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine
Magnetspule (16) und der mindestens eine Permanentmagnet (20) derart unverstellbar an und/oder in dem Ventilgehäuse (10) angeordnet sind, dass der Ventilkörper (12) bei Bestromung der mindestens einen Magnetspule (16) mittels der ersten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FMI) und der
Federkraft (FSpnng) der mindestens einen Feder (14) entgegen der zweiten magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FM2) aus der zweiten
Schaltstellung in die erste Schaltstellung verstellbar ist und bei Unterbrechung der Bestromung mittels der zweiten magnetischen Anziehungs- oder
Abstoßungskraft (FM2) entgegen der Federkraft (Fspnng) der mindestens einen
Feder (14) aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung verstellbar ist.
3. Gasventil (38) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine
Magnetspule (16) und der mindestens eine Permanentmagnet (20) derart unverstellbar an und/oder in dem Ventilgehäuse (10) angeordnet sind, dass der Ventilkörper (12) bei Bestromung der mindestens einen Magnetspule (16) mittels der ersten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FMI) und der zweiten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FM2) entgegen der Federkraft (FSpnng) der mindestens einen Feder (14) aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung verstellbar ist und bei Unterbrechung der Bestromung mittels der Federkraft (FSpnng) der mindestens einen Feder (14) entgegen der zweiten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FM2) aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung verstellbar ist.
4. Gasventil (38) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem Ventilgehäuse (10) eine erste Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung, eine zweite Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung und eine dritte Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung ausgebildet sind, und wobei mittels des in der ersten Schaltstellung vorliegenden Ventilkörpers (12) ein von der ersten Gaseintrittoder Gasaustrittsöffnung durch das Ventilgehäuse (10) zu der zweiten
Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung verlaufender erster Verbindungsweg freigeschaltet und ein von der ersten Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung durch das Ventilgehäuse (10) zu der dritten Gaseintritt- oder Gasaustrittsöffnung verlaufender zweiter Verbindungsweg gasdicht unterbrochen sind, während mittels des in der zweiten Schaltstellung vorliegenden Ventilkörpers (12) der erste Verbindungsweg gasdicht unterbrochen und der zweite Verbindungsweg freigeschalten sind.
5. Gasventil (38) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gasventil (38) ein Bypassventil und/oder ein Abgaswärmebypassventil ist.
6. Expansionsmaschine (30) für einen Wärmekreislauf (32) eines
Fahrzeugs mit: einem Gasventil (38) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; einer Turbine (36); und einer Bypassleitung (40); wobei ein durch die Expansionsmaschine (30) strömendes Gas mittels des Gasventils (38) wahlweise zu der Turbine (36) leitbar ist oder durch die
Bypassleitung (40) leitbar ist, und wobei ein Gastransfer des durch die
Bypassleitung (40) strömenden Gases zu der Turbine (36) unterbunden ist.
7. Expansionsmaschine (30) nach Anspruch 6 mit dem Gasventil (38) nach Anspruch 2, wobei das durch die Expansionsmaschine (30) strömende Gas mittels des in der ersten Schaltstellung vorliegenden Ventilkörpers (12) zu der Turbine leitbar (36) ist und mittels des in der zweiten Schaltstellung vorliegenden Ventilkörpers (12) durch die Bypassleitung (40) leitbar ist.
8. Expansionsmaschine (30) nach Anspruch 6 mit dem Gasventil (38) nach Anspruch 3, wobei das durch die Expansionsmaschine (30) strömende Gas mittels des in der zweiten Schaltstellung vorliegenden Ventilkörpers (12) zu der Turbine (36) leitbar ist und mittels des in der ersten Schaltstellung vorliegenden Ventilkörpers (12) durch die Bypassleitung (40) leitbar ist.
9. Wärmekreislauf (32) für ein Fahrzeug mit: einem Gasventil (38) nach einem der Ansprüche 1 bis 5; einer Expansionsmaschine (30) mit einer Turbine (36); und einer Bypassleitung (40); wobei ein durch den Wärmekreislauf (32) strömendes Gas mittels des Gasventils (38) wahlweise zu der Turbine (36) leitbar ist oder durch die Bypassleitung (40) leitbar ist, und wobei ein Gastransfer des durch die Bypassleitung (40) strömenden Gases zu der Turbine (36) unterbunden ist.
10. Abgaswärmenutzungssystem (34) für ein Fahrzeug mit: einem Gasventil (38) nach einem der Ansprüche 1 bis 5; einer Expansionsmaschine (30) mit einer Turbine (36); und einer Bypassleitung (40); wobei ein durch das Abgaswärmenutzungssystem (34) strömendes Gas mittels des Gasventils (38) wahlweise zu der Turbine (36) leitbar ist oder durch die Bypassleitung (40) leitbar ist, und wobei ein Gastransfer des durch die
Bypassleitung (40) strömenden Gases zu der Turbine (36) unterbunden ist.
11. Herstellungsverfahren für ein Gasventil (38) mit den Schritten:
Anordnen eines Ventilkörpers (12) in einem Ventilgehäuse (10), wobei der Ventilkörper (12) mittels mindestens einer Feder (14) derart zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung verstellbar in dem
Ventilgehäuse (10) angeordnet wird, dass eine Federkraft (FSpnng) der mindestens einen Feder (14) einer Verstellbewegung des Ventilkörpers (12) aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung entgegenwirkt (Sl);
Anordnen mindestens einer Magnetspule (16) derart unverstellbar an und/oder in dem Ventilgehäuse (10), dass mittels einer Bestromung der mindestens einen Magnetspule (16) ein Magnetfeld (Bl) in dem Ventilgehäuse (10) so erzeugt wird, dass mittels des erzeugten Magnetfelds (Bl) eine erste magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FMI) auf den Ventilkörper (12) bewirkt wird
(S2); wobei das Gasventil (38) derart ausgebildet wird, dass der Ventilkörper (12) mittels der Bestromung der mindestens einen Magnetspule (16) aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung oder aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung verstellt wird; gekennzeichnet durch den Schritt:
Anordnen mindestens einen Permanentmagneten (20), welcher eine zweite magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FM2) auf den Ventilkörper (12) bewirkt, unverstellbar an und/oder in dem Ventilgehäuse (10) (S3).
12. Herstellungsverfahren nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine Magnetspule (16) und der mindestens eine Permanentmagnet (20) derart unverstellbar an und/oder in dem Ventilgehäuse (10) angeordnet werden, dass der Ventilkörper (12) bei Bestromung der mindestens einen Magnetspule (16) mittels der ersten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FMI) und der Federkraft (FSpnng) der mindestens einen Feder (14) entgegen der zweiten magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FM2) aus der zweiten
Schaltstellung in die erste Schaltstellung verstellt wird und bei Unterbrechung der Bestromung mittels der zweiten magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FM2) entgegen der Federkraft (FSpnng) der mindestens einen Feder (14) aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung verstellt wird, oder dass der Ventilkörper (12) bei Bestromung der mindestens einen Magnetspule (16) mittels der ersten magnetischen Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FMI) und der zweiten magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FM2) entgegen der Federkraft (FSpnng) der mindestens einen Feder (14) aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung verstellt wird und bei Unterbrechung der Bestromung mittels der Federkraft (FSpnng) der mindestens einen Feder (14) entgegen der zweiten magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft (FM2) aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung verstellt wird.
13. Herstellungsverfahren für eine Expansionsmaschine (30) mit den Schritten: Anordnen eines gemäß dem Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 hergestellten
Gasventils (38) in der Expansionsmaschine (30);
Anordnen einer Turbine (36) in der Expansionsmaschine (30); und Ausbilden einer Bypassleitung (40) durch die Expansionsmaschine (30) derart, dass ein durch die Expansionsmaschine (30) strömendes Gas mittels des Gasventils (38) wahlweise zu der Turbine (36) oder durch die Bypassleitung (40) geleitet wird, wobei ein Gastransfer des durch die Bypassleitung (40) strömenden Gases zu der Turbine (36) unterbunden ist (S4).
14. Herstellungsverfahren für einen Wärmekreislauf (32) mit den Schritten:
Anordnen eines gemäß dem Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 hergestellten Gasventils (38) in dem Wärmekreislauf (40);
Anordnen einer Expansionsmaschine (36) mit einer Turbine (36) in dem
Wärmekreislauf (32); und
Ausbilden einer Bypassleitung (40) durch den Wärmekreislauf (32) derart, dass ein durch den Wärmekreislauf (32) strömendes Gas mittels des Gasventils (38) wahlweise zu der Turbine (36) oder durch die Bypassleitung (40) geleitet wird, wobei ein Gastransfer des durch die Bypassleitung (40) strömenden Gases zu der Turbine (36) unterbunden ist (S4).
15. Herstellungsverfahren für ein Abgaswärmenutzungssystem (34) mit den
Schritten:
Anordnen eines gemäß dem Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 hergestellten Gasventils (38) in dem Abgaswärmenutzungssystem (34); Anordnen einer Expansionsmaschine (30) mit einer Turbine (36) in dem
Abgaswärmenutzungssystem (34); und
Ausbilden einer Bypassleitung (40) durch das Abgaswärmenutzungssystem (34) derart, dass ein durch das Abgaswärmenutzungssystem (34) strömendes Gas mittels des Gasventils (38) wahlweise zu der Turbine (36) oder durch die Bypassleitung (40) geleitet wird, wobei ein Gastransfer des durch die
Bypassleitung (40) strömenden Gases zu der Turbine (36) unterbunden ist.
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