DE3524980A1

DE3524980A1 - Kraftstoffpumpvorrichtung zum liefern von kraftstoff zu einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3524980A1
Application number: DE19853524980
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Blois Bonin
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 1984-07-12
Filing date: 1985-07-12
Publication date: 1986-01-16
Anticipated expiration: 2005-07-13
Also published as: CA1263282A; IT8521558A0; GB2161624A; MX161341A; FR2567577B1; IT1185242B; JPS6134346A; GB2161624B; ES8701303A1; BR8503323A; ES545098A0; JPH0759918B2; DE3524980C2; SU1338786A3; FR2567577A1; US4770141A; GB8517246D0

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpvorrichtung zum Liefern von Kraftstoff zu einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzpumpe, die in zeitlich gesteuerter Beziehung mit der zugehörigen Brennkraftmaschine betrieben wird, mit einem druckempfindlichen Bauteil in der Einspritzpumpe und mit einer elektro-magnetisch betätigbaren Ventilanordnung zum Steuern des auf das Bauteil ausgeübten und von einer Niederdruckpumpe stammenden Drucks, wobei das druckempfindliche Bauteil zum Steuern eines Betriebsparameters der Vorrichtung betätigbar ist.

Ein Beispiel einer Vorrichtung der obigen Art ist in der GB-PS 2037365A beschrieben. Bei diesem Beispiel ist das Bauteil ein drehbares Verteilungsglied, dessen axiale Position, die von der Vorrichtung zu einer zugehörigen Brennkraftmaschine gelieferte Kraftstoffmenge bestimmt. Das Bauteil kann auch folgendes sein: ein Kolben, der die Taktfolge der Kraftstofflieferung durch die Vorrichtung steuert, oder ein Drosselglied, das den durch die Einspritzpumpe strömenden Kraftstoff und daher die durch die Vorrichtung gelieferte Kraftstoffmenge bestimmt. Bei den ersten beiden Beispielen ist das Bauteil bei Gebrauch der Vorrichtung Stoßbelastungen auf Grund von in der Vorrichtung erzeugten mechanischen Kräften ausgesetzt, so daß das Bauteil aus seiner beabsichtigten Einstellung verschoben werden kann. Eine einfache Art der Steuerung, die zum Beispiel folgendes verwendet: eine Drosselstelle in einem Kanal, der zu oder aus einer Kammer führt, in der das Bauteil freiliegt, und ein Ventil in einem weiteren Kanal, der aus oder zur Kammer führt, erlaubt nicht den gewünschten Grad an Steuerung, da die zum Glied gelieferten mechanischen Kräfte unerwünschte Bewegungen des Glieds verursachen. Selbst bei dem Beispiel, bei dem das Bauteil keinen mechanischen Kräften

ausgesetzt ist, ist die erzielte Steuerung nicht ausreichend genau.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der angegebenen Art in einfacher und zweckmäßiger Form.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die Ventilanordnung zwei Ventile zum Steuern der Strömung in zwei Kanälen aufweist, von denen einer mit der Niederdruckpumpe und der andere mit einem Ablauf verbunden ist, und daß die beiden Ventile elektro-magnetisch betätigbar und schließbar sind und das Bauteil außer zur Einstellung seiner Position hydraulisch verriegeln.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Form ein Beispiel einer Vorrichtung, bei der die Erfindung angewendet werden kann;

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche schematische Darstellung eines Beispiels einer Vorrichtung nach der Erfindung ;

Fig. 3, 4 und 5 weitere Beispiele der.Erfindung.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist im einzelnen in der Beschreibung der GB-PS 2037365 beschrieben. Der Vollständigkeithalber sei erwähnt, daß diese Vorrichtung eine Antriebswelle 10 aufweist, die einstückig mit einem ringförmigen Glied 11 mit vergrößertem Durchmesser verbunden ist, in dem sich ein drehbares Verteilungsglied 12 befindet, das in einem Gehäuseteil 7 der Vorrichtung aufgenommen ist. Das Verteilungsglied ist axial bewegbar und kann vom ringförmigen Glied 11 mit Hilfe von Antriebsgliedern angetrieben werden, die in radiale Einschnitte im Glied 11 ein-

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greifen. Diese Einschnitte nehmen auch Nockenabtaster mit Schuhen 9 auf, die an ihren äußeren Enden Walzen 8 tragen zur Berührung mit der Innenumfangsflache eines nicht gezeigten umgebenden ringförmigen Nockens. Die Schuhe sind gegenüber dem Verteilungsglied axial festgelegt und in den Einschnitten des ringförmigen Glieds 11 radial verschiebbar. Die Schuhe berühren an ihren inneren Enden Kolben 13, die jeweils in einer diametralen Bohrung im Verteilungsglied untergebracht sind. Die Innenfläche des Glieds 11 ist konisch, während die Schuhe 9 mit komplementären Flächen versehen sind, so daß die axiale Position der Nockenabtaster gegenüber dem ringförmigen Glied die maximale Auswärtsbewegung der Kolben 13 bestimmt.

Das Mittelteil der Bohrung zwischen den Kolben steht über einen Kanal 14 mit einer Längsnut 15 am Umfang des Verteilungsglieds in Verbindung, wobei die Längsnut ihrerseits mit mehreren Einlaßbohrungen 16 im Gehäuseteil 7 zur Deckung kommen kann. Die Einlaßöffnungen 16 stehen mit dem Auslaß einer speisenden Niederdruckpumpe 17 in Verbindung, deren Druck durch ein Entlastungsventil 18 so gesteuert wird, daß er gemäß der Betriebsdrehzahl der Vorrichtung variiert. Mit den Einlaßöffnungen 16 abwechselnd sind mehrere Auslaßöffnungen 16A angeordnet, von denen nur eine dargestellt ist und die bei Gebrauch mit den jeweiligen Einspritzdüsen der zugehörigen Brennkraftmaschine verbunden sind.

Das Verteilungsglied wird von der Antriebswelle weg durch eine Schraubendruckfeder 19 vorgespannt, die zweckmäßig in einer Ausnehmung in der Antriebswelle angeordnet ist. Wenn das Verteilungsglied durch die Schraubendruckfeder bewegt wird, können sich die Kolben 13 weiter nach außen bewegen, während Kraftstoff durch die Bohrung zu einer Öffnung 16 und zur Längsnut 15 geliefert wird. Hierdurch wird die Kraftstoffmenge erhöht, die während der nächsten Einwärtsbewegung der pumpenden Kolben durch die Nockenkurven zu einem Auslaß geliefert wird.

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Die Bewegung des Verteilungsglieds 12 gegen die Schraubendruckfeder erfolgt durch Zuführen von unter Druck stehendem Kraftstoff zu einer Kammer 20, in die das von der Antriebswelle entfernte Ende des Verteilungsglieds ragt. Die Endfläche des Verteilungsglieds ist dem Druck des Kraftstoffs in der Kammer 20 ausgesetzt. Hierdurch wird eine Kraft erzeugt, die das Verteilungsglied gegen die Schraubendruckfeder 19 beaufschlagt.

Bei der in der oben angegebenen GB-Patentschrift angegebenen Vorrichtung wird unter Druck stehender Kraftstoff über eine Drosselstelle zur Kammer 20 geliefert. Es wird ein elektro-magnetisch betätigtes Ventil verwendet, welches Kraftstoff aus der Kammer entweichen läßt. Die Erregung

der
des Ventils erfolgt unter/Steuerung eines elektronischen Steuersystems. Beim speziellen Beispiel erstreckt sich ein Kanal 23 aus der Kammer 20 zu einem Ablauf, wobei der Kanal eine Drosselstelle 22 aufweist. Ein Ventil 21 befindet sich in einem Kanal, der sich vom Auslaß der Niederdruckpumpe 17 zur Kammer 20 erstreckt. Das Ventil 21 wird wie beim Beispiel der oben angegebenen Patentschrift elektromagnetisch betätigt, wobei die Steuerung des zum Ventil fließenden Stroms durch ein elektronisches Steuersystem erfolgt.

Das Ventil 21 kann von der in der GB-PS 2064720 beschriebenen Bauart sein, wobei der im Elektromagnet des Ventils fließende Strom durch das elektronische Steuersystem bestimmt wird gemäß einer Anzahl von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und von gewünschten Betriebsparametern.

Sollte bei einer Vorrichtung der oben angegebenen Art irgendeine wesentliche Druckänderung am Auslaß der Niederdruckpumpe auftreten, oder sollte auf das Verteilungsglied 12 eine mechanische Kraft ausgeübt werden, so ändert sich die axiale Position des Verteilungsglieds in unerwünschter Weise.

Auf das Verteilungsglied werden jedes Mal dann mechanische Kräfte ausgeübt, wenn die Oberflächen des Tragglieds 9 und des Glieds 11 einander berühren. Bei diesem Beispiel wird eine axiale Kraft erzeugt, die die Wirkung der Feder unterstützt. Die Gesamtwirkung besteht darin, daß die Position des Verteilungsglieds in unerwünschter Weise variieren kann, was zu Veränderungen der durch die Vorrichtung gelieferten Kraftstoffmenge führt.

Eine Lösung des Problems wird durch die in Fig. 2 gezeigte Abänderung ermöglicht. In diesem Fall werden das Ventil 21, das selbstverständlich von der Bauart mit kontinuierlicher Strömung ist, und die Drosselstelle 22 durch Absperrventile 24 bzw. 25 ersetzt. Das Ventil 24 wird geöffnet, wenn eine Druckerhöhung in der Kammer 20 erwünscht ist, während das Ventil 25 geöffnet wird, wenn eine Druckverringerung erwünscht ist. Wenn die Ventile geschlossen sind, wird in der Kammer 20 eine hydraulische Sperre erzeugt durch Verhindern einer Bewegung des Verteilungsglieds durch die darauf ausgeübten Kräfte und auch durch Abschirmen der Kammer gegenüber jeglichen Schwankungen des Auslaßdrucks der Niederdruckpumpe 17 außer bei geöffnetem Ventil 24. Die Ventile 24, 25 sind Absperrventile und werden durch Elektromagnete 24A bzw. 25A gesteuert, deren Stromfluß durch ein elektronisches Steuersystem 24B gesteuert wird.

Zweckmäßig öffnet das Steuersystem das eine oder andere der Ventile dann, wenn die Gefahr einer unvorschriftsmäßigen Positionierung auf Grund einer Druckschwankung oder der Ausübung einer mechanischen Kraft wenigstens wahrscheinlich auftritt. Daher muß das Steuersystem die Ventile nur zu einer gewissen Zeit während des Arbeitszyklus der Vorrichtung betätigen können. Das Steuersystem wird daher mit einem oder mehreren Signalen beliefert, von denen die vorschriftsmäßige Zeit für den Betrieb der Ventile abgeleitet werden kann.

- ίο -

Fig. 3 zeigt eine weitere Abänderung, bei der in der zur Kammer 20 führenden Leitung eine verengte öffnung 26 angeordnet ist. Die Wirkung dieser öffnung besteht im Einschränken des Strömungsdurchsatzes von Kraftstoff in die und aus der Kammer 20. Dies bewirkt eine Dämpfung der Bewegung des Verteilungsglieds, wenn eines der Ventile 24 und 25 geöffnet wird. Daher kann bei dieser Anordnung der Grad der Steuerung der Bewegung des Verteilungsglieds verbessert werden. Statt der einzigen öffnung 26 in Fig. 3 kann diese öffnung durch gesonderte öffnungen 26A, 26B ersetzt werden, die mit den jeweiligen Ventilen in Reihe angeordnet sind.

Gemäß Fig. 4 wird die Aufgabe der Ventile 24 und 25 von einem Schieberventil 27 übernommen, das ein Ventilglied mit einer zentralen Ringnut hat, die in ständiger Verbindung mit der Kammer 20 steht, und Stege hat, die in der dargestellten geschlossenen Stellung die zum Auslaß der Niederdruckpumpe 17 bzw. zum Ablauf führenden öffnungen bedecken. Das Schieber "ventil kann von einer elektro-magnetischen Vorrichtung 27A gesteuert werden, die in diesem Fall in der Lage sein muß, das Ventilglied in der Zwischenstellung zu halten oder es in die eine oder andere ihrer Extremlagen zu bewegen. Hierzu kann eine Solenoidvorrichtung oder ein Schrittmotor verwendet werden.

Wenn in den Beispielen von Fig. 2, 3 und 4 die Ventile 24, 25 geschlossen sind, ist jeglicher Leckverlust an Kraftstoff in die Kammer 20 aus den Auslassen 16A oder aus der Nut 15 längs des Arbeitsspiels zwischen dem Verteilungsglied 12 und seiner Bohrung bestrebt, den Druck in der Kammer 20 zu erhöhen und hierdurch das Verteilungsglied so zu beaufschlagen, daß die zur zugehörigen Brennkraftmaschine gelieferte Kraftstoffmenge verringert wird.

Bei den in Verbindung mit Fig. 1 bis 4 beschriebenen Bei-

spielen kann ein Problem entstehen, wenn das elektronische Steuersystem ausfällt, so daß der Druck in der Kammer verringert wird. Bei Abwesenheit von unter Druck stehendem Kraftstoff in der Kammer 20 bewegt die Schraubendruckfeder 19 das Verteilungsglied zur Stellung für maximalen Kraftstoff, was zu einer überhöhten Drehzahl der zugehörigen Brennkraftmaschine führen kann. Dieses Problem wird vermindert durch Vorsehen eines Absperrventils 30 in der Verbindung zwischen dem Auslaß der Niederdruckpumpe 17 und der Einlaßöffnung 16. Wenn dieses Ventil geschlossen ist, hört die Kraftstoffzufuhr zur zugehörigen Brennkraftmaschine unabhängig von der Stellung des Verteilungsglieds auf. Die in der GB-PS 2037365 beschriebene Vorrichtung enthält ein solches Ventil.

Wenn die Brennkraftmaschine angehalten werden muß, bewegt sich jedoch unter normalen Umständen das Ventil beim Beispiel von Fig. 1 so, daß es der Kraftstoffströmung einen geringsten Widerstand entgegensetzt. Beim Anhalten der Brennkraftmaschine bewegt sich folglich das Verteilungsglied in die Stellung für minimalen Kraftstoff, was das Anhalten der Brennkraftmaschine selbst dann bewirken kann, wenn das erwähnte Absperrventil 30 schadhaft ist. Im Fall eines schadhaften Absperrventils 30 und bei einer Schadenssituation, in der das Ventil 21 geschlossen bleibt, besteht die Gefahr einer überdrehzahl der Brennkraftmaschine.

In den Beispielen von Fig. 2 bis 4 bewegen sich beim Abschalten der Brennkraftmaschine die Ventile 24, 25 in die Schließstellung, weshalb das Verteilungsglied verriegelt ist. Jeder Schaden des Absperrventils ist der Bedienungsperson der Brennkraftmaschine dadurch kenntlich, daß die Brennkraftmaschine nicht angehalten hat. Daher wird das Absperrventil jedes Mal geprüft, wenn die Brennkraftmaschine angehalten wird, wobei die Gefahr vermindert wird, daß das Absperrventil nicht arbeitet, wenn zum Beispiel das Ventil

in der Öffnungsstellung schadhaft ist.

Im Beispiel von Fig. 3 kann die Verwendung von zwei öffnungen 26A, 26B anstelle der einzigen öffnung 26 einen Notbetrieb der Brennkraftmaschine für den Fall vorsehen, daß eines der Ventile in der öffnungsstellung schadhaft ist. Das andere Ventil kann so betrieben werden,daß es eine Kontrollmaßnahme über den Druck in der Kammer 20 und folglich die Kraftstoffmenge bewirkt, die durch die Vorrichtung zur zugehörigen Brennkraftmaschine geliefert wird.

Gemäß Fig.5 ist das Ventil 25 gesperrt, wobei sich stromab des Ventils eine verengte Öffnung 22 befindet. Das Ventil ist jedoch durch eine andere Form von Ventil 31 ersetzt, das ein Ventilverschlußglied 28, zweckmäßigerweise in der Form einer Kugel, enthält. Die Kugel wird durch die von einer elektro-magnetischen Vorrichtung 29 entwickelten Kraft in Berührung mit dem Sitz gedrückt. Die Vorrichtung 29 und der das Ventil 25 steuernde Elektromagnet werden durch das elektronische Steuersystem gesteuert. Der Betrieb der Anordnung von Fig. 5 ist daher unter normalen Umständen genau derselbe wie bei Fig. 2 mit der Ausnahme, daß das Ausmaß des Entweiciiens von Kraftstoff aus der Kammer 20 durch die Öffnung 22 gesteuert wird.

Im Fall eines Schadens des elektronischen Steuersystems und einer Beendigung der Stromzufuhr zur Vorrichtung 29 wird das Verteilungsglied automatisch in die Stellung für minimalen Kraftstoff bewegt. Dies kann ein Anhalten der zugehörigen Brennkraftmaschine auf Grund einer unzureichenden Kraftstoffzufuhr unabhängig davon bewirken, ob im Einlaß ein Absperrventil 30 eingebaut ist.

Bei der Anordnung von Fig. 5 ist es möglich, eine begrenzte Kraftstoffzufuhr zur zugehörigen Brennkraftmaschine für deren Betrieb vorzusehen, um zum Beispiel einem von der

Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeug ein Bewegen in eine sichere Situation zu ermöglichen. Für diesen Zweck ist vorgesehen, daß das schadhafte Steuersystem einen begrenzten Stromfluß in der Vorrichtung 29 vorsieht, um eine kleine Kraft auszuüben, die ein Schließen des Ventils 28 bewirkt. Das Ventil 25 ist dann in öffnungsstellung. Wenn daher ein Anlassen der Brennkraftmaschine versucht wird, befindet sich das Verteilungsglied auf Grund der Wirkung der Schraubendruckfeder 19 in seiner Einstellung für maximalen Kraftstoff. Die Brennkraftmaschine wird daher starten, sobald der Ausgangsdruck der Niederdruckpumpe über einen gegebenen Wert ansteigt, der durch die auf das Ventilverschlußglied 28 ausgeübte Kraft bestimmt ist. Das Ventilglied 28 wird dann von seinem Sitz angehoben, wobei unter Druck stehender Kraftstoff zur Kammer 20 geliefert wird. Dies bewirkt eine Bewegung des Verteilungsglieds zur Stellung für minimalen Kraftstoff. Jedoch hängt die endgültige Stellung des Verteilungsglieds vom Druck in der Kammer 20 ab. Dieser Druck hängt ab vom Ausgangsdruck der Niederdruckpumpe, der wirksamen Größe der durch das Ventil 31 gebildeten Öffnung und der Größe der Öffnung 22. Diese können so ausgelegt werden, daß die Brennkraftmaschine bei einer sicheren Drehzahl arbeitet, um das Bewegen des Fahrzeugs zu ermöglichen.

■/ill··

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Claims

Patentanwälte
BEETZ & PARTNER 67-37.842P 12; Juli. 1985
Steinsdorfstr. 10,8000 München 22
LUCA
S INDUSTRIES public limited company Birmingham, Großbritannien

Kraftstoffpumpvorrichtung zum Liefern von Kraftstoff zu einer Brennkraftmaschine

Ansprüche

Kraftstoffpumpvorrichtung zum Liefern von Kraftstoff zu einer Brennkraftmaschine,mit einer Einspritzpumpe, die in zeitlich gesteuerter Beziehung mit der zugehörigen Brennkraftmaschine betrieben wird, mit einem druckempfindlichen Bauteil in der Einspritzpumpe und mit einer elektro-magnetisch betätigbaren Ventilanordnung zum Steuern des auf das Bauteil ausgeübten und von einer Niederdruckpumpe stammenden Drucks, wobei das druckempfindliche Bauteil zum Steuern eines Betriebsparameters der Vorrichtung betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung zwei Ventile (24, 25; 27; 25, 31) zum Steuern der Strömung in zwei Kanälen aufweist, von denen einer mit der Niederdruckpumpe (17) und der andere (23) mit einem Ablauf verbunden ist, und daß die beiden Ventile (24, 25; 27; 25, 31) elektromagnetisch betätigbar und schließbar sind und das Bauteil (12) außer zur Einstellung seiner Position hydraulisch verriegeln.
6.7-GMT/JM/31037T

_ 2 —

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Ventile (24, 25; 27; 25, 31) durch entsprechende elektro-magnetische Vorrichtungen (24A, 25A; 29A; 29) gesteuert werden, deren Speisung mit elektrischem Strom durch ein elektronisches Steuersystem (24B) erfolgt, und

daß das druckempfindliche Bauteil (12) die durch die Einspritzpumpe gelieferte Kraftstoffmenge steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Ventile (27) gekoppelte Ventilelemente umfassen, deren Position durch eine elektro-magnetische Vorrichtung (27A) bestimmt wird,

daß die Stromzufuhr zur Vorrichtung (27A) durch ein elektronisches Steuersystem erfolgt und daß das druckempfindliche Bauteil (12) die durch die Einspritzpumpe gelieferte Kraftstoffmenge steuert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet

durch eine Drosselstelle (26) in einem Kanal, durch den die Ventile (24, 25) mit dem druckempfindlichen Bauteil (12) in Verbindung stehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß jeder der beiden Kanäle eine Drosselstelle (26A; 26B) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet

durch ein durch das Steuersystem gesteuertes Absperrventil (30), das den Kraftstoffstrom zur Einspritzpumpe steuert und das zum Anhalten der Brennkraftmaschine

geschlossen wird, wobei die beiden Ventile (24, 25; 27; 25, 3.1) zum Anhalten der Brennkraftmaschine in die Schließstellung bewegt werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 in Abhängigkeit von Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Steuersystem (24B) für den Fall, daß eines der beiden Ventile (24, 25; 17; 25, 31) bei Öffnung des anderen des beiden Ventile (24, 25; 17; 25, 31) ausfällt, derart betrieben werden kann, daß es den auf das druckempfindliche Element (12) ausgeübten Druck steuert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2,
gekennzeichnet

durch eine Drosselstelle (22) im anderen Kanal (23), wobei das Ventil (31) im einen Kanal ein elastisch belastetes Ventilverschlußglied (28) aufweist, das dem durch die Niederdruckpumpe (17) entwickelten Druck ausgesetzt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß bei Ausfall des Steuersystems (24B) sich das Ventil (25) im anderen Kanal (23) in die Öffnungsstellung bewegt und die mit dem Ventil (31) im einen Kanal verbundene elektro-magnetische Vorrichtung (29) geringfügig in die Schließstellung vorgespannt ist, und daß das druckempfindliche Element (12) derart angeordnet ist, daß bei Verringerung des darauf ausgeübten Drucks die durch die Vorrichtung gelieferte Kraftstoffmenge erhöht wird, wodurch die zugehörige Brennkraftmaschine gestartet werden kann, und der zum Bauteil (12) gelieferte Druck bei Drehzahlzunahme der Brennkraftmaschine zunimmt, um die Drehzahl auf eine sichere Drehzahl zu begrenzen.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Steuersystem (24B) die Ventile (24, 25; 27; 25, 31) synchron mit der Einspritzpumpe betreibt.