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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil, das geeignet
ist, um in einem Kraftstoffeinspritzventil eines Verbrennungsmotors
verwendet zu werden, und das Kraftstoffeinspritzventil hat das Steuerventil,
im Speziellen für
ein Steuern eines unter Druck setzendenden Vorgangs eines Verstärkungselements,
das in dem Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen ist.
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Industrielle
Aufmerksamkeit erhält
ein Common-Rail-System,
in dem ein herkömmlicher
Druckspeicher (eine Common-Rail) Kraftstoff zuführt. Vor kurzem wurde gefordert,
einen Kraftstoffeinspritzdruck zu erhöhen, um eine Ausgabeleistung
des Verbrennungsmotors zu verbessern, um ein Kraftstoffverbrauchsverhalten
zu verbessern, und um Abgas sauber zu machen bzw. zu reinigen. WO-00-055496-A
offenbart eine Verstärkungsvorrichtung
für ein
Kraftstoffeinspritzventil, der die vorstehende Forderung in einer
einfachen Weise realisiert.
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Gewöhnlich ist
die Verstärkungsvorrichtung für das Kraftstoffeinspritzventil
mit einem Druckerhöhungskolben
versehen, um den Kraftstoff unter Druck zu setzen, der von der Common-Rail
zugeführt
wird, um den Kraftstoffeinspritzdruck zu erhöhen. 5 zeigt einen Aufbau der Verstärkungsvorrichtung
gemäß WO-00-055496-A,
die ein Beispiel von dieser Art der Verstärkungsvorrichtung für das Kraftstoffeinspritzventil
ist. Die Common-Rail 10 akkumuliert den Kraftstoff, der
von einem Kraftstofftank T zugeführt wird
und durch eine Hochdruckpumpe P unter Druck gesetzt wird, um den
Kraftstoff bei einem bestimmten Druck zu einem Öldruckspeicher 101 des
Kraftstoffeinspritzventils 100 zuzuführen. Ein Verstärkungselement,
das zwischen der Common-Rail 10 und dem Öldruckspeicher 101 gelegen
ist, setzt den Kraftstoff unter Druck, der der Druckerhöhungskammer 104 zugeführt werden
soll, unter Verwendung des Druckerhöhungskolbens 103,
und führt
anschließend den
Kraftstoff zu dem Öldruckspeicher 101 zu.
Der Druckerhöhungskolben 103 wird
durch ein Erhöhen und
Verringern des Kraftstoffdrucks in der Druckkammer 106 unter
Verwendung eines elektromagnetisch angetriebenen Verstärkungselementsteuerventils 105 betätigt.
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Der
Kraftstoff in der Common-Rail 10 wird auch zu einer Gegendruckkammer 108 einer
Nadel 109 zugeführt,
die ein Einspritzloch öffnet
und schließt.
Wenn ein Einspritzsteuerventil 107 öffnet, um den Kraftstoffdruck
in der Gegendruckkammer 108 zu verringern, bewegt sich
die Nadel 109 nach oben, um den Kraftstoff in der Common-Rail 10 oder den
Kraftstoff, der durch das Verstärkungselement unter
Druck gesetzt wird, einzuspritzen. Die Verstärkungsvorrichtung ermöglicht,
dass der Kraftstoff bei einem noch höheren Druck eingespritzt werden kann,
um ein gewünschtes
Kraftstoffeinspritzverhältnis
durch ein Durchführen
genauer Steuerungen gemäß einem
Fahrzustand beziehungsweise Antriebszustand zu realisieren.
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Das
Verstärkungselementsteuerventil 105, um
den Unter Druck setzenden Vorgang zu steuern, ist ein Zweipositions-Dreiwege-Ventil.
Das Verstärkungselementsteuerventil 105 erhöht und senkt
den Kraftstoffdruck in der Druckkammer 106 durch Umschalten
einer Sitzposition eines Ventilkörpers,
um wahlweise die Druckkammer 106 mit der Common-Rail 10 oder
einer Rückführpassage
zu verbinden. Im Allgemeinen ist der Ventilkörper des Zweipositions-Dreiwege-Ventils
ein Spulenventil, das einen zylindrischen Dichtabschnitt hat, oder
ein Ventil, das zwei verjüngte
Sitzabschnitte hat. JP-3452850-B2 offenbart ein Steuerventil für ein Steuern
einer Düse
eines Kraftstoffeinspritzventils, das ein Ventilelement hat, das
mit einem verjüngten
Sitz und einem rohrförmigen,
flachen Sitz versehen ist. Dieses Steuerventil hat einen Vorteil
dadurch, dass einer der Ventilsitzabschnitte flach ist, sodass eine übermäßig große Ausrichtgenauigkeit
beim Zusammenbauen nicht erfordert ist.
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Im
Allgemeinen braucht das Steuerventil, das einen großen Sitzdurchmesser
hat, um eine große
Kraftstoffströmungsmenge
zu steuern, eine hohe Antriebsenergie. In dem Dreiwege-Ventil gemäß JP-3452850-B2 sind ein oberer
Sitzdurchmesser und ein unterer Sitzdurchmesser gleich zueinander,
um den Kraftstoffdruck auszugleichen, und um die Antriebsenergie
des Steuerventils zu verringern, jedoch ist ein genaues Bearbeiten
notwendig beim Bearbeiten bzw. Herstellen des Dreiwege-Ventils,
um zu verhindern, dass Kraftstoff bei dem Rohrsitz entweicht. Des
Weiteren erzeugt eine Ölschicht
bei dem Rohrsitz eine Ventilöffnungskraft
in einer Ventilschließzeit, sodass
eine relativ große
Ventilschließkraft
notwendig ist, um diese Ventilöffnungskraft
zu verhindern.
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Die
vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die zuvor erwähnten Sachverhalte
geschaffen, und hat eine Aufgabe ein Steuerventil vorzusehen, das leicht
hergestellt und zusammengebaut werden kann ohne eine übermäßig große Bearbeitungs-
und Ausrichtgenauigkeit, das eine Antriebsenergie verringert, und
das eine hohe Leistung und Zuverlässigkeit hat.
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Das
Steuerventil hat: ein Ventilgehäuse
mit einem ersten Zylinder, einem zweiten Zylinder koaxial zu dem
ersten Zylinder, einer Verbindungspassage, die den ersten Zylinder
und den zweiten Zylinder verbindet, einem ersten Anschluss, der
zu dem ersten Zylinder öffnet,
einem zweiten Anschluss, der zu dem zweiten Zylinder öffnet, und
einem Steueranschluss, der zu der Verbindungspassage öffnet, einem
ersten Ventilsitz für
ein Ermöglichen
und Verhindern einer Verbindung zwischen dem ersten Zylinder und
dem Steueranschluss, und einen zweiten Ventilsitz für ein Zulassen
und Verhindern einer Verbindung zwischen dem zweiten Zylinder und
dem Steueranschluss. Ein erster Ventilkörper ist gleitbar in dem ersten
Zylinder installiert, um den ersten Ventilsitz zu öffnen und
zu schließen.
Ein zweiter Ventilkörper
ist gleitbar in dem zweiten Zylinder installiert, um den zweiten
Ventilsitz zu öffnen
und zu schließen, wobei
der zweite Ventilkörper
mit dem ersten Ventilkörper
so verbunden ist, dass der erste Ventilkörper und der zweite Ventilkörper wahlweise
eine von einer Verbindung zwischen dem Steueranschluss und dem ersten
Anschluss und einer Verbindung zwischen dem Steueranschluss und
dem zweiten Anschluss ermöglichen.
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Andere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
erkannt, genauso wie Arbeitsverfahren und die Funktion der zugehörigen Teile,
von einem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, der
angehängten
Ansprüche und
der Zeichnungen, die alle einen Teil dieser Anmeldung ausbilden.
In den Zeichnungen ist:
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1 ein
schematisches Diagramm, das einen Gesamtaufbau eines Common-Rail
Kraftstoffeinspritzgeräts
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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2 ein
erklärendes
Diagramm, das einen Aufbau und einen Betrieb eines hydraulischen
Servoventils des Druckerhöhungs-Common-Rail-Kraftstoffeinspritzelements
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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3A eine
Querschnittsansicht, die einen detaillierten Aufbau des hydraulischen
Servoventils gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3B eine
Querschnittsansicht, die einen detaillierten Aufbau eines hydraulischen
Servoventils gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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3C eine
Querschnittsansicht, die einen detaillierten Aufbau eines hydraulischen
Servoelements gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3D eine
Querschnittsansicht, die einen detaillierten Aufbau eines hydraulischen
Servoventils gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3E eine
Draufsicht eines Ventilkörpers des
hydraulischen Servoventils gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4A eine
Querschnittsansicht, die einen detaillierten Aufbau eines hydraulischen
Servoventils gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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4B eine
Querschnittsansicht, die einen detaillierten Aufbau eines hydraulischen
Servoelements gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4C eine
Querschnittsansicht, die einen detaillierten Aufbau eines hydraulischen
Servoventils gemäß einer
siebten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ein
schematisches Diagramm, das einen Gesamtaufbau eines herkömmlichen
Common-Rail-Kraftstoffeinspritzgeräts zeigt.
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(Erste Ausführungsform)
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In
dem Folgenden wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt
einen Aufbau eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzgeräts 1 für einen
Dieselmotor, das mit einem hydraulischen Servoventil 3 versehen
ist, das heißt
mit einem Dreiwege-Steuerventil, das die vorliegende Erfindung anwendet.
In 1 ist das Kraftstoffeinspritzgerät 1 über eine
Hochdruckkraftstoffpassage 21, die eine Hochdruckfluidpassage
ist, mit der Common-Rail 2 für ein Anhäufen von Hochdruckkraftstoff
in dieser verbunden. Die Common-Rail 2 ist mit einer herkömmlichen
Hochdruckzuführpumpe 23 verbunden, die
mit einem variablen Auslassmengenmechanismus versehen ist. Die Zuführpumpe 23 setzt
den Kraftstoff in dem Kraftstoffbehälter 24 unter Druck und
führt den
unter Druck gesetzten Kraftstoff zu der Common-Rail 2 zu.
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Das
Kraftstoffeinspritzgerät 1 hat
eine Verstärkungsvorrichtung 4 für ein unter
Druck setzen des Kraftstoffs in der Common-Rail 2, und
eine Einspritzdüse 7 für ein Einspritzen
des Kraftstoffs, der durch die Verstärkungsvorrichtung 4 unter
Druck gesetzt ist. Ein elektromagnetisches Ventil 5 und
ein hydraulisches Servoventil 3 steuern Operationen beziehungsweise
einen Betrieb der Verstärkungsvorrichtung 4 und
der Einspritzdüse 7.
Das elektromagnetische Ventil 5 ist ein Zweipositions-Zweiwege-Ventil. Das
elektromagnetische Ventil 5 erhöht und verringert einen Druck
eines Steuerfluids in einer Servoventilsteuerkammer 13,
die eine Hydraulikkammer ist, durch Öffnen und Blockieren einer
Verbindung zwischen einer Rückführpassage 27,
die eine Niedrigdruckfluidpassage ist, die mit dem Kraftstoffbehälter 24 verbunden
ist, und dem hydraulischen Servoventil 3. Das elektromagnetische Ventil 5 hat
einen herkömmlichen
Aufbau, in dem ein elektrisches Betätigungselement, wie ein Solenoid,
einen Ventilkörper steuert,
um das Ventil zu öffnen
und zu schließen. Das
hydraulische Servoventil 3 ist ein charakteristischer Teil
der vorliegenden Erfindung und wird nachstehend im Detail beschrieben.
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Ein
Druckerhöhungskolben 44 ist
in einem abgestuften Zylinder 45 installiert, der zwei
(einen großen
und einen kleinen) Durchmesser hat, um gleitbar in einer Vertikalrichtung
in der Zeichnung zu sein. Das heißt der abgestufte Zylinder 45 hat
einen oberen Zylinder 30a, der den großen Durchmesser hat, und einen
unteren Zylinder 30b, der den kleinen Durchmesser hat.
Der Druckerhöhungskolben 44 hat eine
Druckerhöhungskammer 41 bei
einem unteren Endabschnitt von dem abgestuften Zylinder 45.
Die Verstärkungsvorrichtung 4 erhöht und verringert
einen Druck in der Druckerhöhungskammer 41 durch die
Gleitbewegung des Druckerhöhungskolbens 44. Der
Druckerhöhungskolben 44 hat
eine abgestufte Form mit zwei (einem großen und einem kleinen) Durchmessern,
das heißt
mit einem oberen Kolben mit dem großen Durchmesser und einem unteren Kolben
mit dem kleinen Durchmesser. Der obere Kolben gleitet in dem oberen
Zylinder 30a, und der untere Endabschnitt des unteren Kolbens
gleitet in dem unteren Zylinder 30b, um eine Öldichtheit
dazwischen sicherzustellen. Eine untere Endfläche des unteren Kolbens und
eine Innenumfangsfläche
des abgestuften Zylinders 45 definieren eine Kammerwand der
Druckerhöhungskammer 41.
Der Druckerhöhungskolben 44 hat
des Weiteren eine Hochdruckkammer 42 bei einem oberen Endabschnitt
des abgestuften Zylinders 45. Im Speziellen definieren
eine obere Endfläche
des oberen Kolbens und die Innenumfangsfläche des abgestuften Zylinders 45 die Kammerwand
der Hochdruckkammer 42. Die Hochdruckkammer 42 ist über die
Hochdruckkraftstoffpassage 21 mit der Common-Rail 2 verbunden.
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In
den oberen Zylinder 30a des Zylinders 45 ist eine
Verstärkungssteuerkammer 11 ausgebildet, um
den unteren Kolben des Druckerhöhungskolbens 44 zu
umgeben. Die Verstärkungssteuerkammer 11 ist
durch eine Verstärkungssteuerpassage 14,
die die Mündung
bzw. Öffnung 141 hat,
mit dem hydraulischen Servoventil 3 verbunden, und durch
eine Passage, die das Sperrventil bzw. Rückschlagventil 16 hat,
mit der Druckerhöhungskammer 41.
Die Verstärkungssteuerkammer 11 hat
in sich eine Feder 43 installiert, um den Druckerhöhungskolben 44 nach oben
zu drängen.
In diesem Zustand wird die obere Endfläche des Druckerhöhungskolbens 44 einem Kraftstoffdruck
in der Hochdruckkammer 42 ausgesetzt, und die untere Endfläche des
Druckerhöhungskolbens 44 wird
einer resultierenden Kraft eines Kraftstoffdrucks in der Verstärkungssteuerkammer 11 und
einer rückstellenden
Kraft der Feder 43 unterzogen. Eine Druckabnahme in der
Verstärkungssteuerkammer 11 bewegt
den Druckerhöhungskolben 44 nach
unten, um den Kraftstoff unter Druck zu setzen, der zu der Druckerhöhungskammer 41 zugeführt werden
soll.
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Die
Einspritzdüse 7 hat
einen Düsenkörper 72 und
eine Düsennadel 71,
die gleitbar in dem Düsenkörper 72 installiert
ist. Die Düsennadel 71 wird durch
einen Befehlskolben 73 angetrieben, um ein Einspritzloch 74 zu öffnen und
zu schließen,
das bei einem vorderen Endabschnitt des Düsenkörpers 72 vorgesehen
ist. Der Öldruckspeicher 75 ist
durch eine Passage 17 mit der Druckerhöhungskammer 41 verbunden.
Oberhalb des Befehlskolbens 73 ist eine Einspritzsteuerkammer 12 vorgesehen.
Die Einspritzsteuerkammer 12 ist durch eine Einspritzsteuerpassage 15,
die die Mündung
bzw. Öffnung 151 hat,
mit dem hydraulischen Servoventil 3 verbunden. Der Befehlskolben 73 hat
einen größeren Durchmesser
als die Düsennadel 71.
Eine Feder 76 ist angeordnet, um einen verbindenden Abschnitt
zwischen dem Befehlskolben 73 und der Düsennadel 71 zu umgeben,
um den Befehlskolben 73 nach oben zu drängen, und um die Düsennadel 71 nach
unten zu drängen.
In diesem Aufbau hebt eine Druckabnahme in der Einspritzsteuerkammer 12 den
Befehlskolben 73 und die Düsennadel 71 nach oben,
um den Kraftstoff einzuspritzen, der von dem Öldruckspeicher 75 zugeführt wird.
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In
dem Folgenden ist ein Aufbau des hydraulischen Servoventils 3,
das ein charakteristisches Teil der vorliegenden Erfindung ist,
mit Bezug auf 2 beschrieben. Wie in 2 gezeigt
ist, hat das hydraulische Servoventil 3 einen Zylinder 65,
der in einem Ventilgehäuse
vorgesehen ist, und ein oberes Ventil 31 und ein unteres
Ventil 32, die in dem Zylinder 65 installiert
sind. Das obere Ventil 31 dient als ein erstes Ventilelement
der vorliegenden Erfindung, und das untere Ventil 32 dient
als ein zweites Ventilelement der vorliegenden Erfindung. Das obere
Ventil 31 hat eine ungefähr zylindrische Form und sein oberes
Ende ist geschlossen. Das obere Ventil 31 hat einen oberen
Hälftenabschnitt,
der als ein Gleitabschnitt dient, und einen unteren Hälftenabschnitt,
der einen kleineren Durchmesser hat als der obere Hälftenabschnitt.
Der untere Hälftenabschnitt
des oberen Ventils 31 hat einen oberen Ventilkopf 33,
der eine sich verjüngende
Fläche
(eine konische Fläche)
hat, deren Durchmesser sich zu einem sich öffnenden Endabschnitt des unteren
Hälftenabschnitts
allmählich
verringert. Das untere Ventil 32 hat eine ungefähr zylindrische
Form. Ein oberer Hälftenabschnitt
des unteren Ventils 32 ist in dem Zylinder des oberen Ventils 31 installiert
und durch diesen abgestützt.
Ein unterer Endabschnitt des unteren Ventils 32 hat einen
unteren Ventilkopf 33, der eine sich verjüngende Fläche (eine
konische Fläche)
hat, deren Durchmesser sich zu einem unteren Endabschnitt von diesem hin
allmählich
erhöht.
Der Zylinder 65 hat eine abgestufte Form, in der ein länglicher
Mittelabschnitt 30c einen kleineren Durchmesser hat als
andere Abschnitte. Ein Stufenabschnitt bei einem oberen Ende des
Mittelabschnitts 30c dient als ein oberer Ventilsitz 63,
der ein erster Ventilsitz gemäß der vorliegenden Erfindung
ist, an dem das obere Ventil 31 sitzt. Ein weiterer Stufenabschnitt
bei einem unteren Ende des Mittelabschnitts 30c dient als
ein unterer Ventilsitz 64, der ein zweiter Ventilsitz gemäß der vorliegenden Erfindung
ist, an dem das untere Ventil 32 sitzt. Das untere Ventil 32 erstreckt
sich von dem Mittelabschnitt 30c des Zylinders 65 nach
unten. Der untere Endabschnitt des unteren Ventils 32,
der mit dem unteren Ventilskopf 33 versehen ist, ist in
dem unteren Endabschnitt des Zylinders 65 installiert.
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Ein
Ventilgehäuse
besteht aus einem Sitzflächenelement 61,
in dem der Mittelabschnitt 30c des Zylinders 65 ausgebildet
ist, der die Ventilsitze 63, 64 hat, und aus einem
Gehäuseelement 62,
in den der untere Endabschnitt des Zylinders 65 ausgebildet
ist. Das Sitzflächenelement 61 und
das Gehäuseelement 92 stoßen gegeneinander.
Das Sitzflächenelement 61 ist
mit einem Rückführanschluss 28 versehen,
der als ein erster Anschluss gemäß der vorliegenden
Erfindung dient. Ein Ende des Rückführanschlusses 28 öffnet zu
einer Seitenfläche
des Zylinders 65 bei seinem Abschnitt oberhalb des oberen Ventilsitzes 63,
um mit einem Raum um den unteren Hälftenabschnitt des oberen Ventils 31 herum
verbunden zu sein. Das andere Ende des Rückführanschlusses 28 ist
mit der Rückführpassage 27 verbunden.
Das Sitzflächenelement 61 ist
des Weiteren mit einer Verstärkungssteuerpassage 14 und
einer Einspritzsteuerpassage 15 versehen. Ein Ende der
Verstärkungssteuerpassage 14 beziehungsweise
der Einspritzsteuerpassage 15 öffnet zu der Seitenfläche des
Zylinders 65 bei seinem Abschnitt zwischen den Ventilsitzen 63, 64,
um mit einem Raum um den Mittelabschnitt des unteren Ventils 32 herum
verbunden zu sein. Die anderen Enden der Verstärkungssteuerpassage 14 beziehungsweise
der Einspritzsteuerpassage 15 sind mit der Verstärkungssteuerkammer 11 der
Verstärkungsvorrichtung 4 oder
der Einspritzsteuerkammer 12 der Einspritzdüse 7 verbunden. Das
Gehäuseelement 62 ist
mit einem Hochdruckanschluss 22 versehen, der als ein zweiter
Anschluss gemäß der vorliegenden
Erfindung dient. Der Hochdruckanschluss 22 öffnet zu
einem Zentrum an einer unteren Endfläche des Zylinders 65 und
ist mit einem Raum um den unteren Endabschnitt des unteren Ventils 31 herum
verbunden. Die untere Endfläche des
unteren Ventils 32, die dem Hochdruckanschluss 22 gegenüberliegt,
ist mit einer halbkugelförmigen Vertiefung
versehen, sodass eine Kraftstoffströmung, die von dem Hochdruckanschluss 22 einströmt, nicht gedrosselt
wird, wenn das untere Ventil 32 öffnet.
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Die
Servoventilsteuerkammer 13 ist bei einem oberen Endabschnitt
des Zylinders vorgesehen, der in sich gleitbar das obere Ventil 31 hat.
Eine obere Endfläche
des oberen Ventils 31 und die Innenwandfläche des
Zylinders 65 definieren eine Kammerwand der Servoventilsteuerkammer 13.
Die Servoventilsteuerkammer 13 ist durch eine Passage,
die zu der Seitenfläche
von ihr öffnet
und mit einer Einströmmündung bzw.
Einströmöffnung 25 versehen ist,
mit der Hochdruckkammer 42 der Verstärkungsvorrichtung 4 verbunden.
Die Servoventilsteuerkammer 13 ist des Weiteren durch eine
Passage, die zu der oberen Fläche
von ihr öffnet
und mit einer Ausströmmündung bzw.
Ausströmöffnung 26 versehen ist,
mit der Rückführpassage 27 über das
elektromagnetische Ventil 5 verbunden. Durch Antreiben
beziehungsweise Betreiben des elektromagnetischen Ventils 5 wird
eine Verbindung zwischen der Servoventilsteuerkammer 13 und
der Rückführpassage 27 gesteuert,
um das obere Ventil 31 und das untere Ventil 32 einstückig nach
oben und nach unten zu bewegen. Im Speziellen wird, wie in 3A und 3E gezeigt
ist, die obere Endfläche
des oberen Ventils 31 bei ihrem zentralen Abschnitt niedergedrückt. Ein
Außenumfangsabschnitt
der oberen Endfläche
des oberen Ventils 31, der nach oben hervorsteht, ist mit
einer sich radial erstreckenden Nut 311 bei einer Position
von ihm versehen. Die Nut 311 ist aufgebaut, damit der
Kraftstoff von der Einströmöffnung 25 zu
der Servoventilsteuerkammer 13 strömen kann, sogar dann, wenn
das obere Ventil 31 bei einer oberen Position ist.
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In
dem hydraulischen Servoventil 3 ist eine Fläche A1 der
oberen Endfläche
des oberen Ventils 31 größer als eine Fläche A4 der
unteren Endfläche des
unteren Ventils 32. Das hydraulische Servoventil 3 ist
mit einem Niederdruckabschnitt zwischen dem Gleitabschnitt und dem
oberen Ventilkopf 33 versehen, um mit dem Rückführanschluss 28 verbunden zu
sein. In der vorliegenden Ausführungsform
sind der Bereich bzw. die Fläche
des oberen Ventilkopfs 33 und der Bereich bzw. die Fläche des
unteren Ventilkopfs 32 festgelegt, um gleich zueinander
zu sein; jedoch können
sie voneinander verschieden sein, vorausgesetzt, dass die Fläche A4 der
unteren Endfläche
größer ist
als der obere Ventilkopf 33. Durch diesen Aufbau schaltet
der Druck in der Servosteuerkammer 13 eine Sitzposition
um. Ein großer
Druck in der Servoventilsteuerkammer 13 erhöht eine
nach unten wirkende hydraulische Kraft, um den oberen Ventilsitz 33 des
hydraulischen Servoventils 3 zu schließen. Ein niedriger Druck in
der Servosteuerkammer 13 erhöht eine nach oben wirkende
hydraulische Kraft, um den unteren Ventilkopf 33 zu schließen.
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In
dem Folgenden ist der Betrieb des hydraulischen Servoelements 3 und
des Kraftstoffeispritzgeräts 1 mit
Bezug auf die 1 und 2 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, ist das elektromagnetische Ventil
(Zweipositions-Zweiwege-Ventil) 5 aufgebaut, um in einem
nicht erregten Zustand zu schließen, um eine Verbindung zwischen
der Ausströmöffnung 26 und
der Rückführpassage 27 in
dem hydraulischen Servoventil 3 zu unterbrechen. In diesem
Zustand, wie in 2 gezeigt ist, macht ein Druck
der Common-Rail 25, der durch die Einströmöffnung 25 übertragen
wird, den Druck in der Servoventilsteuerkammer 13 groß. Somit
wird der obere Ventilkopf 33 des oberen Ventils 33 auf
den oberen Ventilsitz 63 gesetzt und der untere Ventilkopf 33 des
unteren Ventils 32 wird von dem unteren Ventilkopf 33 weggehoben
bzw. wegbewegt. Demzufolge sind die Verstärkungssteuerpassage 14 und
die Einspritzsteuerpassage 15 mit dem Hochdruckanschluss 22 verbunden,
und der Druck in der Verstärkungssteuerkammer 11 und
der Einspritzsteuerkammer 12 ist groß. Somit ist die Düsennadel 71 der
Einspritzdüse 7 bei einer
untersten Position, um den Kraftstoff nicht einzuspritzen.
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Zur
Kraftstoffeinspritzstartzeit wird das elektromagnetische Ventil 5 erregt,
um das elektromagnetische Ventil 5 zu öffnen, sodass die Ausströmöffnung 26 und
die Rückführpassage 27 in
dem hydraulischen Servoventil 3 miteinander verbunden sind, um
den Kraftstoffdruck in der Servoventilsteuerkammer 13 klein
zu machen ("Einschalten" des elektromagnetischen
Ventils in der 2). In dieser Zeit ist eine
folgende Beziehung erfüllt: Nach oben wirkende Kraft
(= (A2 + A4) × Fp) > Nach unten wirkende
Kraft (= A5 × Fp) (1)
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Somit
bewegen sich das obere und das untere Ventil 31, 32 in
der Zeichnung nach oben durch einen Unterschied zwischen einem Hydraulikdruck oberhalb
der Ventile 31, 32 und dem unterhalb der Ventile 31, 32.
Demzufolge bewegt sich der obere Ventilkopf 33 des oberen
Ventils 31 von dem oberen Ventilsitz 63 weg, und
dann setzt sich der untere Ventilkopf 33 des unteren Ventils 32 auf
den unteren Ventilsitz 64, um eine folgende Beziehung zu
erfüllen: Nach oben wirkende Kraft
(= A4 × Fp) > Nach unten wirkende
Kraft (= A5 × Fp) (2)
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Somit
wird der untere Ventilkopf 33 des unteren Ventils 32 geschlossen
gehalten.
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Demzufolge
sind die Verstärkungssteuerpassage 14 und
die Einspritzsteuerpassage 15 mit dem Rückführanschluss 28 verbunden,
und der Kraftstoff in der Verstärkungssteuerkammer 11 und der
Einspritzsteuerkammer 12 fließt durch den oberen Ventilkopf 33 des
hydraulischen Servoventils 3 zu der Rückführpassage 27. Wenn
der Kraftstoffdruck in der Einspritzsteuerkammer 12 abnimmt
und der Ventilöffnungshydraulikdruck
die rückstellende
Kraft der Feder 76 übersteigt, öffnet die
Düsennadel 71,
um zu ermöglichen,
dass ein Kraftstoff zu dem Einspritzloch 74 strömt. Wenn
der Druck in der Verstärkungssteuerkammer 11 abnimmt,
bewegt sich der Druckerhöhungskolben 44 in
der Zeichnung nach unten, um einen oberen Hydraulikdruck mit einem
unteren Hydraulikdruck auszugleichen, um den Kraftstoff in der Druckerhöhungskammer 41 unter
Druck zu setzen, und sendet den Kraftstoff zu dem Kraftstoffdruckspeicher 75.
Somit ist es möglich
den druckerhöhten Kraftstoff
einzuspritzen.
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Die
Verstärkungssteuerpassage 14,
die mit der Verstärkungssteuerkammer 11 verbunden
ist, ist unabhängig
von der Einspritzsteuerpassage 15, die mit der Einspritzsteuerkammer 12 verbunden
ist, sodass es möglich
ist, eine Strömungsmenge
der Verstärkungssteuerpassage 14 durch
die Mündung 141 unabhängig von
der Strömungsmenge
der Einspritzsteuerpassage 15 durch die Mündung 151 zu
steuern. In der vorliegenden Ausführungsform nimmt der Druck
in der Einspritzsteuerkammer 12 zuerst ab, sodass der Ventilöffnungsvorgang
der Düsennadel 71 schnell
ist, um ein Einspritzantwortverhalten zu verbessern. In diesem Fall
ist der Einspritzdruck bei dem Common-Rail Druck bei einer anfänglichen
Einspritzzeit. Der Einspritzdruck erreicht einen superhohen (sehr
hohen) Druck während
einer Einspritzung durch den Druckerhöhungskolben 44, um
den Kraftstoff in der Druckerhöhungskammer 41 unter
Druck zu setzen. Somit ist es möglich
eine deltaförmige
Einspritzverhältniswellenform
zu erhalten, in der ein anfängliches
Einspritzverhältnis
klein ist und ein späteres
Einspritzverhältnis
groß ist.
Dies ist effektiv für
ein Verringern von Emissionen und ein Erhöhen einer Ausgabeleistung.
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Zur
Kraftstoffeinspritzstartzeit wird eine Zuführung von elektrischer Energie
zu dem elektromagnetischen Ventil 5 gestoppt, um das elektromagnetische
Ventil 5 zu öffnen,
um die Verbindung zwischen der Ausströmmündung 26 und der Rückführpassage 27 in
dem hydraulischen Servoventil 3 zu unterbrechen. Somit
erhöht
sich der Kraftstoffdruck in der Servoventilsteuerkammer 13 wieder,
um ein Hochdruck zu sein ("Abschalten" des elektromagnetischen Ventils
in 2). Zu dieser Zeit ist eine folgende Beziehung
erfüllt: Nach oben wirkende Kraft
(= A4 × Fp) < Nach unten wirkende
Kraft (= (A1 + A5) × Fp) (3)
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Somit
bewegen sich das obere und das untere Ventil 31, 32 in
der Zeichnung nach unten durch einen Unterschied zwischen dem Hydraulikdruck
oberhalb der Ventile 31, 32 und dem unterhalb
der Ventile 31, 32. Demzufolge bewegt sich der
obere Ventilkopf 33 des oberen Ventils 32 von
dem oberen Ventilsitz 64 weg, und anschließend setzt
sich der obere Ventilkopf 33 des oberen Ventils 31 auf
den oberen Ventilsitz 63, um eine folgende Beziehung zu
erfüllen: Nach oben wirkende Kraft
(= (A2 + A4) × Fp) < Nach unten wirkende
Kraft (= (A1 + A3) × Fp) (4)
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Somit
wird der obere Ventilkopf 33 des oberen Ventils 33 geschlossen
gehalten.
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Demzufolge
sind die Verstärkungssteuerpassage 14 und
die Einspritzsteuerpassage 15 mit dem Hochdruckanschluss 22 verbunden,
und der Kraftstoff bei dem Common-Rail Druck strömt durch den unteren Ventilkopf 33 des
hydraulischen Servoventils 3 zu der Verstärkungssteuerkammer 11 und der
Einspritzsteuerkammer 12, um den Druck in der Verstärkungssteuerkammer 11 und
der Einspritzsteuerkammer 12 wieder zu erhöhen. Dann
bewegt sich die Düsennadel 71 der
Einspritzdüse 7 nach
unten, um das Einspritzloch 74 zu schließen, um
den Druckerhöhungskolben 44 der
Verstärkungsvorrichtung 4 zu
der ursprünglichen
Position zurückzuführen.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, ist es möglich eine Strömungsmenge
der Verstärkungssteuerpassage 14 durch
die Mündung 141 unabhängig von der
Strömungsmenge
der Einspritzsteuerpassage 15 durch die Mündung 151 zu steuern.
Das Vorliegende ist so aufgebaut, dass sich der Kraftstoffdruck
in der Einspritzsteuerkammer 12 im Voraus erhöht. Demzufolge
wird der Druck in der Einspritzsteuerkammer 12 zuerst groß, und dann
führt der
Unterschied zwischen dem Bereich bzw. der Fläche des Befehlskolben 73 und
dem Bereich bzw. der Fläche
der Düsennadel 71 sehr
schnell ein Ventilschließen
der Düsennadel 71 durch,
um einen scharfen Schnitt (schnellen Abbruch) der Kraftstoffeinspritzung
zu realisieren. Anschließend
wird der Druck in der Verstärkungssteuerkammer 11 groß, und die
Feder 43 bewegt den Druckerhöhungskolben 44 in
eine Rückführrichtung (nach
oben in der Zeichnung). Zu dieser Zeit strömt der Kraftstoff von dem Rückschlagventil 16 in
die Druckerhöhungskammer 41,
um den Common-Rail Druck in ihr zu halten.
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In
dieser weise spart gemäß der vorliegenden
Erfindung das hydraulische Druckventil 6 eine Antriebsenergie
des elektromagnetischen Ventils 5 ein, und reduziert eine
konstante Entweichmenge des Kraftstoffs ohne eine hochgenaue Bearbeitungsgenauigkeit
und Ausrichtgenauigkeit. Des Weiteren besteht das hydraulische Servoventil 3 aus
einer Vielzahl von Ventilelementen, d.h. dem oberen Ventil 31,
das den oberen Ventilkopf 33 hat, und dem unteren Ventil 32,
das den unteren Ventilkopf 32 hat, sodass das obere und
das untere Ventil 63, 64 in das Sitzflächenelement 61,
das den oberen und den unteren Ventilsitz 63, 64 hat,
von beiden Seiten eingesetzt werden können, um das hydraulische Servoventil 3 leicht
zusammenzubauen. Wie in 3A gezeigt
ist, wird das untere Ventil 32 durch das zentrale Loch
des oberen Ventils 31 grob geführt, und wird eingestellt,
um eine bestimmte Hubhöhe
zu reservieren bzw. vorzusehen, wenn die sich verjüngende Fläche des
unteren Ventilsitzes 34, 32 mit dem unteren Ventil 64 in
Kontakt ist. Wenn der obere Ventilkopf 33 das obere Ventil 63 schließt, drückt das
obere Ventil 31 somit das untere Ventil 32 nach
unten, um zu bewirken, dass der untere Ventilkopf 33 das
untere Ventil 64 öffnet.
Wenn der untere Ventilkopf 33 das untere Ventil 64 schließt, drückt das
untere Ventil 32 das obere Ventil 31 nach oben,
um zu bewirken, dass der obere Ventilkopf 33 das obere
Ventil 63 öffnet.
In dieser Hinsicht wird das untere Ventil 32 leicht aus
dem oberen Ventil 31 herausgezogen, nach einer Ventilöffnung des
oberen oder des unteren Ventils 63, 64, um eine
Ventilsitzenergie zu verteilen, um einen Stoß des oberen und des unteren
Ventils 32, 34 zu verhindern.
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(Andere Ausführungsformen)
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3B bis 3D zeigen
jeweils ein hydraulisches Servoventil 3 gemäß einer
zweiten bis vierten Ausführungsform
der Erfindung. 3B zeigt die zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In der zweiten Ausführungsform hat die Sitzfläche des
oberen Ventilsitzes 63, an der der obere Ventilkopf 33 des
oberen Ventils 31 sitzt, eine sich verjüngende Fläche, die einen Durchmesser
hat, der sich nach unten allmählich
verringert, genauso wie der obere Ventilkopf 33, der dem
oberen Ventilsitz 63 gegenüberliegt. In derselben Weise
hat die Sitzfläche des
unteren Ventilsitzes 64, an der der untere Ventilkopf 34 des
unteren Ventils 32 sitzt, eine sich verjüngende Fläche mit
einem Durchmesser, der sich nach unten allmählich erhöht, genauso wie der untere
Ventilkopf 34, der dem oberen Ventilsitz 64 gegenüberliegt.
Durch die sich verjüngenden
Formen der Sitzflächen
der Ventilköpfe 33, 34 und
der Ventilsitze 63, 64, ist eine Zuverlässigkeit
des hydraulischen Servoventils 3 mit einem einfachen Bearbeitungsprozess erhöht.
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3C zeigt
die dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die den oberen und den unteren Ventilsitz 63, 64 hat,
die die sich verjüngenden Flächen haben,
wie diejenigen in der zweiten Ausführungsform. Ein Merkmal der
dritten Ausführungsform ist,
dass der untere Ventilkopf 33 des unteren Ventils 32 eine
kugelförmige
Fläche
hat. Gemäß diesem
Aufbau kann sich der untere Ventilkopf 33 auf das untere Ventil 64 setzen,
sogar dann, wenn eine Achse des unteren Ventils 32 zu einer
Achse des Zylinders 65 geneigt ist, um eine Zuverlässigkeit
des hydraulischen Servoventils 3 zu verbessern.
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3D zeigt
die vierte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, in der der untere Ventilkopf 33 des
unteren Ventils 32 eine flache Form hat. Gemäß diesem
Aufbau, wenn das obere Ventil 31 und das untere Ventil 32 zueinander
nicht genau ausgerichtet sind, kann der untere Ventilkopf 34 des
unteren Ventils 32 den unteren Ventilsitz 64 sicher
abdichten, sogar wenn ein Abstand zwischen einer Innenumfangsfläche des
zentralen Loch des oberen Ventils 31 und der Außenumfangsfläche des
unteren Ventils 32 besteht. Des Weiteren wird ein Flächendruck
(Flächenpressung)
klein, wenn der untere Ventilkopf 34 auf dem unteren Ventilsitz 64 sitzt,
um eine Zuverlässigkeit
des hydraulischen Servoventils 6 sicherzustellen, sogar
wenn es in einem Hochdrucksystem angewendet wird. Des Weiteren hat
die vorliegende Ausführungsform
ein Durchgangsloch 35, das durch das obere Ventil 31 und
das untere Ventil 32 hindurch geht, und eine Einströmmündung bzw. -öffnung 25 bei
einem oberen Endabschnitt des Durchgangslochs 25. Somit
ist die Sevoventilsteuerkammer 13 über den Hochdruckanschluss 22 mit
der Common-Rail 2 verbunden, um eine Konstruktion der Passagen
zu vereinfachen.
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4A bis 4C zeigen
eine fünfte
bis siebte Ausführungsform
des hydraulischen Servoventils 3 gemäß der vorliegenden Erfindung.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
wird das untere Ventil 32 in das zentrale Loch des oberen
Ventils 31 eingesetzt und durch dieses gehalten. In der fünften bis
siebten Ausführungsform,
wie in 4A bis 4C gezeigt
ist, ist das obere Ventil 31 mit einem Schaft versehen,
um das untere Ventil 32 zu führen, und eine Feder (Drängelement) 37 drückt das untere
Ventil 32 so an das obere Ventil 31, dass sich das
obere und untere Ventil 31, 32 einstückig miteinander
bewegen.
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4A zeigt
das hydraulische Servoventil 3 gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. In der fünften
Ausführungsform
hat das obere Ventil 31 einen Führungsschaft 36, der sich
von dem oberen Ventilkopf 33 nach unten erstreckt. Ein
unteres Ende des Führungsschafts 36 ist in
dem unteren, großen
Durchmesserabschnitt des Zylinders 65 positioniert. Das
untere Ventil 32 hat eine Halbkugelform. Der untere Ventilkopf 34 des
unteren Ventils 32 hat eine halbkugelige Fläche, die
mit einem vertieften Abschnitt 38 bei ihrem zentralen Abschnitt
versehen ist, in den der Führungsschaft 36 eingepasst
bzw. presseingepasst ist. Die Feder 37, die unterhalb des
unteren Ventils 32 angeordnet ist, drückt das untere Ventil 32 so,
dass das untere Ventil 32 nicht von dem oberen Ventil 31 getrennt
wird.
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4B zeigt
das hydraulische Servoventil 3 gemäß der sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In der sechsten Ausführungsform hat der untere Ventilkopf 34 des
unteren Ventils 32 eine sich verjüngende Fläche anstelle des kugelförmigen, unteren
Ventilkopfs 34 des unteren Ventils 32 in der fünften Ausführungsform. 4C zeigt
das hydraulische Servoventil 3 gemäß der siebten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In der siebten Ausführungsform hat das untere Ventil 32 einen
T-förmigen
Querschnitt. Der untere Ventilkopf 34 des unteren Ventils 32 hat
eine flache Form anstelle des kugelförmigen unteren Ventilkopfs 34 des
unteren Ventils 32 in der fünften Ausführungsform. Die Feder 37 ist
angeordnet, um einen kleinen Durchmesserabschnitt des unteren Ventils 32 bei
einem unteren Abschnitt von diesem zu umgeben. In diesem Aufbau
ist das untere Ventil 32 nicht mit dem vertieften Abschnitt 38 versehen,
sodass der untere Ventilkopf 34 des unteren Ventils 32 sicher
auf dem unteren Ventilsitz 64 sitzen kann, sogar dann,
wenn das obere Ventil 31 und das untere Ventil 32 nicht
richtig zueinander ausgerichtet sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
ein Steuerventil zu erhalten, das eine hochgenaue Druckerhöhungssteuerung
und Kraftstoffeinspritzsteuerung mit einer einfachen Konstruktion durchführen kann.
Die vorliegende Erfindung kann auch für ein Steuerventil, das durch
einen kleinen Solenoid angetrieben wird, in einem herkömmlichen Druckerhöhungskraftstoffeinspritzelement,
das zwei Betätigungselemente
hat, und für
ein Fluidsteuerventil verwendet werden, das anders ist als das Kraftstoffeinspritzventil.
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Diese
Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und somit ist es beabsichtigt,
dass Änderungen,
die nicht von dem Kern der Erfindung abweichen, innerhalb dem Umfang
der Erfindung sind. Solche Änderungen
sind nicht als eine Abweichung von dem Umfang der Erfindung zu betrachten.
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Ein
Steuerventil (3) hat einen ersten Zylinder (30a),
einen zweiten Zylinder (30b) und eine Verbindungspassage
(30c) die den ersten Zylinder (30a) und den zweiten
Zylinder (30b) verbindet. Ein erster Anschluss (28) öffnet zu
dem ersten Zylinder (30a), ein zweiter Anschluss (22) öffnet zu
dem zweiten Zylinder (30b) und ein Steueranschluss (14a, 15a) öffnet zu
der Verbindungspassage (30c). Ein erster Ventilkörper (31)
gleitet in dem ersten Zylinder (30a), um den ersten Ventilsitz
(63) zu öffnen
und zu schließen.
Ein zweiter Ventilkörper
(32) gleitet in dem zweiten Zylinder (30b), um
den zweiten Ventilsitz (64) zu öffnen und zu schließen. Der
zweite Ventilkörper
(32) ist mit dem ersten Ventilkörper (31) so verbunden, dass
der erste Ventilkörper
(31) und der zweite Ventilkörper (32) eine Verbindung
zwischen dem Steueranschluss (14a, 15a) und einem
von dem ersten Anschluss (28) und dem zweiten Anschluss
(22) zulassen.