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.