WO2013037542A1 - Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Einspritzsystem - Google Patents

Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Einspritzsystem Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a high-pressure fuel pump for an injection system of an internal combustion engine having a pump housing and a guided in a pump cylinder, translationally movable up and down the pump piston, wherein a temperature sensor for determining a temperature of a funded by the high-pressure fuel pump medium, in particular fuel is provided. Furthermore, the invention relates to a method for operating a high-pressure fuel pump of an injection system of an internal combustion engine, wherein by the high-pressure fuel pump from a low pressure system supplied fuel is conveyed into a high-pressure accumulator.
  • Such a high-pressure fuel pump is known from DE 10 2006 048 717 A1.
  • This high-pressure fuel pump has a temperature sensor, which is arranged in a Ab Kunststofftechnisch the high-pressure fuel pump in a fuel tank.
  • the temperature sensor measures the temperature of the rejected fuel, which temperature is used when creating the pump map.
  • a pressure sensor is provided which measures the pressure prevailing in the corresponding line.
  • the measured fuel temperature is used to better take into account their influence on the pressure build-up within the high-pressure fuel pump and on the injected fuel quantity and, accordingly, on the metering accuracy.
  • the invention has for its object to provide a high-pressure fuel pump whose robustness is increased.
  • the temperature sensor is arranged on the high-pressure fuel pump, in particular in the region of the pump cylinder.
  • a fuel temperature in a region of the high-pressure fuel pump is measured by means of the temperature sensor and the measured value is used to control the cooling of the high-pressure fuel pump.
  • the robustness of the high-pressure fuel pump and thus of the entire injection system can thus be increased by increasing the high-pressure fuel pump flowing through the cooling amount of the fuel. Furthermore, after reaching a temperature limit and not further increasing the cooling amount, the delivery rate of the high-pressure fuel pump can be limited or reduced in order to avoid damage to the high-pressure fuel pump.
  • the temperature sensor is arranged in an upper plunger space. In the upper tappet space, the maximum expected fuel temperatures occur adjacent to the high-pressure pump working space, so that the area of the upper tappet space is particularly suitable for temperature measurement.
  • the temperature sensor is arranged in a connecting line between two upper tappet spaces of the high-pressure fuel pump.
  • This embodiment is particularly advantageous in a so-called two-stamp high-pressure fuel pump applicable because the connecting line connects the two respective upper plunger chambers together and thus with only one temperature sensor, the (mixing) temperature of the two upper plunger chambers can be determined. It can be assumed that the temperatures in the two upper tappet spaces normally have at least approximately the same values. However, if the temperature in an upper tappet space is significantly higher, this is at least approximately detected.
  • the temperature sensor is connected to a control device for controlling a low-pressure pump of the injection system.
  • a control device for controlling a low-pressure pump of the injection system.
  • the control unit can be an independent control unit only for controlling the low-pressure pump.
  • the control device is an internal combustion engine control unit that controls or regulates all functions of the internal combustion engine and in particular of the entire injection system. The additional function can be integrated into the control unit virtually without additional effort.
  • the high-pressure fuel pump is fuel-cooled. If the fuel pump from another medium, such as oil, cooled and lubricated, the subject of the invention is also applicable to such a high-pressure fuel pump by then the measured fuel temperature is used to control, for example, the oil pump.
  • Figure 1 is a schematic circuit diagram of a low-pressure circuit of an injection system with a high-pressure fuel pump and
  • Figure 2 is a side view of a high-pressure fuel pump shown schematically, which is designed as a two-stamp high-pressure fuel pump.
  • the low-pressure system of the injection system shown in FIG. 1 has a tank 1 from which fuel is conveyed from a low-pressure pump 2 via a filter 3 into an engine compartment 4 of a high-pressure fuel pump 5.
  • the low-pressure pump 2 is electrically operated and is thus easily controlled with respect to their capacity.
  • a camshaft 6 (Figure 2) rotatably mounted in a housing bearing 7 and a flange 8.
  • the housing bearing 7 and the flange bearing 8 are both fuel-lubricated, wherein the subset used for lubrication is discharged from the engine room 4 supplied amount of fuel via a return line 9 to the tank 1.
  • a further Partial flow of the fuel supplied to the engine compartment 4 is supplied to a metering unit 10, which determines the high pressure pump working chamber 11 via a suction valve 12 supplied amount of fuel.
  • the fuel supplied to the high-pressure pump working space 11 is conveyed by a pump piston 14 (FIG.
  • the side view of Figure 2 shows a schematically illustrated two-stamp high-pressure fuel pump 5, but the invention is also applicable to a stamped or three-stamp high-pressure fuel pump 5.
  • the two-stamp high-pressure fuel pump 5 has a pump housing 16 in which the camshaft 6 is rotatably mounted. During a rotational movement of the camshaft 6, this moves with its cams in each case a roller tappet 17 of the two pump elements up and down. Each of the two roller tappet 17 cooperates with a pump piston 14, and is in a receptacle in the form of a bore 13 translationally guided up and down movable.
  • Each of the pump piston 14 acts - as already described under Figure 1 - with a high-pressure pump working space 1 1 for the promotion of fuel in a high pressure accumulator together.
  • a fuel pressure of about 1600 bar is set in the high-pressure accumulator.
  • the pump piston 14 and, together with it, the roller tappet 17 is supported by a pump spring 18, which is located on a pump cylinder head and a Pumpenkolbenfuß
  • the pump spring 18 is arranged in an upper plunger space 20 in the bore 13, wherein the upper plunger space 20 is connected via a connecting bore in the pump housing 16 with the engine room 4. Furthermore, the two upper plunger chambers 20 of the two pump elements via a connecting line 21, which is preferably designed as a bore, connected to each other.
  • the upper plunger space 20 is disposed near the high pressure pump working space 11 so that the upper plunger space 20 is a portion of the high pressure fuel pump 5 in which high fuel temperatures prevail.
  • a temperature sensor 22 is arranged in the region of the connecting conduit 21 or the upper plunger chamber 20 (with only one pump element).
  • the temperature sensor 22 detects the prevailing in the upper plunger chamber 20 or the connecting line 21 fuel temperature and leads to a control unit, which is for example the control unit for electronic diesel control (EDC) to.
  • EDC electronic diesel control
  • the electrically operated low-pressure pump 2 is controlled by this control unit as a function of the measured temperature. Particularly at high measured temperatures, the delivery rate of the electrically operated low-pressure pump 2 is increased and thus the cooling of the high-pressure fuel pump 5 is intensified.
  • the pump housing 16 has an inlet bore 23, via which the fuel delivered by the low-pressure electric pump enters the engine compartment 4.
  • a return bore 24 leads to the overflow valve 15 or the overflow valve 15 is inserted into the return bore and the return line 9 is connected to the return bore.
  • the metering unit is normally installed in the pump housing 16 contrary to the illustration of Figure 1 and by means of an internal

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe (5) für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (16) und einem in einem Pumpenzylinder geführten, translatorisch auf und ab bewegbaren Pumpenkolben (14), wobei ein Temperatursensor (22) zur Ermittlung einer Temperatur des von der Kraftstoffhochdruckpumpe (5) geförderten Kraftstoffs, vorgesehen ist. Erfindungsgemäß wird eine Kraftstoffhochdruckpumpe (5) bereitgestellt, deren Robustheit gesteigert ist. Erreicht wird dies dadurch, dass der Temperatursensor (22) im Bereich der Kraftstoffhochdruckpumpe (5) angeordnet ist. Insbesondere wird der Pumpenkolben (14) durch einen Stößel (17) bewegt, der in einer Aufnahme (13) geführt ist und in dieser einen oberen Stößelraum (20) begrenzt, und der Temperatursensor (22) ist im Bereich des oberen Stößelraums (20) oder einer Verbindungsleitung (21 ) zwischen zwei oberen Stößelräumen (20) angeordnet. Vorzugsweise wird die vom Temperatursensor (22) erfasste Temperatur zur Steuerung einer Niederdruckpumpe (2) und somit zur Regelung der Kühlung der Kraftstoffhochdruckpumpe (5) verwendet.

Description

Beschreibung Titel:
Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Einspritzsystem
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse und einem in einem Pumpenzylinder geführten, translatorisch auf und ab bewegbaren Pumpenkolben, wobei ein Temperatursensor zur Ermittlung einer Temperatur eines von der Kraftstoffhochdruckpumpe geförderten Mediums, insbesondere Kraftstoff, vorgesehen ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffhochdruckpumpe eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei von der Kraftstoffhochdruckpumpe von einem Niederdrucksystem zugeführter Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher gefördert wird.
Stand der Technik
Eine derartige Kraftstoffhochdruckpumpe ist aus der DE 10 2006 048 717 A1 bekannt. Diese Kraftstoffhochdruckpumpe weist einen Temperatursensor auf, der in einer Absteuerleitung der Kraftstoffhochdruckpumpe in einen Kraftstofftank angeordnet ist. Der Temperatursensor misst die Temperatur des abgesteuerten Kraftstoffs, wobei diese Temperatur bei der Erstellung des Pumpenkennfeldes verwendet wird. Weiterhin ist ein Drucksensor vorgesehen, der den in der entsprechenden Leitung herrschenden Druck misst. Insbesondere die gemessene Kraftstofftemperatur wird verwendet, um deren Einfluss auf den Druckaufbau innerhalb der Kraftstoffhochdruckpumpe und auf die eingespritzte Kraftstoffmenge und dementsprechend auf die Zumessgenauigkeit besser berücksichtigen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffhochdruckpumpe bereit zu stellen, deren Robustheit gesteigert ist.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Temperatursensor an der Kraftstoffhochdruckpumpe, insbesondere im Bereich des Pumpenzylinders, angeordnet ist. Gemäß dem Verfahren zum Betreiben einer solchen Kraftstoffhochdruckpumpe wird mittels des Temperatursensors eine Kraftstofftemperatur in einem Bereich der Kraftstoffhoch- druckpumpe gemessen und der Messwert wird zur Steuerung der Kühlung der Kraftstoffhochdruckpumpe herangezogen. Durch diese Ausgestaltung ist eine effektive Kühlung der Kraftstoffhochdruckpumpe möglich, da nunmehr die tatsächlich auftretende Temperatur in den thermisch belasteten Bereichen der Kraftstoffhochdruckpumpe bekannt ist. Insbesondere bei hohen Temperaturen in der Kraftstoffhochdruckpumpe, hervorgerufen durch zum Beispiel schlecht schmierende oder niedrig viskose Kraftstoffe, kann somit über eine Erhöhung der die Kraftstoffhochdruckpumpe durchströmenden Kühlmenge des Kraftstoffs die Robustheit der Kraftstoffhochdruckpumpe und somit des gesamten Einspritzsystems gesteigert werden. Weiterhin kann nach dem Erreichen von einem Temperatur-Grenzwert und nicht weiter zu erhöhender Kühlmenge die Förderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe begrenzt oder reduziert werden, um eine Schädigung der Kraftstoffhochdruckpumpe zu vermeiden. In Weiterbildung der Erfindung ist der Temperatursensor in einem oberen Stößelraum angeordnet. In dem oberen Stößelraum treten benachbart zu dem Hochdruckpumpen- arbeitsraum die maximal zu erwartenden Kraftstofftemperaturen auf, so dass der Bereich des oberen Stößelraums besonders zur Temperaturmessung geeignet ist. In Weiterbildung der Erfindung ist der Temperatursensor in einer Verbindungsleitung zwischen zwei oberen Stößelräumen der Kraftstoffhochdruckpumpe angeordnet. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft bei einer sogenannten Zweistempel- Kraftstoffhochdruckpumpe anwendbar, da die Verbindungsleitung die beiden jeweiligen oberen Stößelräume miteinander verbindet und somit mit nur einem Temperatursensor die (Misch-) Temperatur der beiden oberen Stößelräume ermittelt werden kann. Hierbei ist davon auszugehen, dass die Temperaturen in den beiden oberen Stößelräumen normalerweise zumindest angenähert gleiche Werte aufweisen. Sollte aber die Temperatur in einem oberen Stößelraum deutlich höher sein, wird dies zumindest annäherungsweise erfasst.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Temperatursensor mit einem Steuergerät zur Steuerung einer Niederdruckpumpe des Einspritzsystems verschaltet. Dadurch kann die Förderung der Niederdruckpumpe, die bevorzugt eine elektrische Nieder- druckpumpe ist, in einfacher Weise gesteuert werden. Das Steuergerät kann ein eigenständiges Steuergerät nur zur Steuerung der Niederdruckpumpe sein. Bevorzugt ist das Steuergerät ein Brennkraftmaschinensteuergerät, das alle Funktionen der Brennkraftmaschine und insbesondere des gesamten Einspritzsystems steuert beziehungsweise regelt. Die zusätzliche Funktion ist praktisch ohne Mehraufwand in das Steuergerät integrierbar.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Kraftstoffhochdruckpumpe kraftstoffgekühlt. Ist die Kraftstoffpumpe von einem anderen Medium, beispielsweise Öl, gekühlt und geschmiert, ist der Gegenstand der Erfindung auch auf eine solche Kraftstoffhochdruckpumpe anwendbar, indem dann die gemessene Kraftstofftemperatur zur Regelung beispielsweise der Ölförderpumpe herangezogen wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Figur 1 ein schematisches Schaltschema eines Niederdruckkreislaufs eines Einspritzsystems mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe und
Figur 2 eine Seitenansicht einer schematisch dargestellten Kraftstoffhochdruckpumpe, die als Zweistempel-Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildet ist.
Das in der Figur 1 dargestellte Niederdrucksystem eines des Einspritzsystems weist einen Tank 1 auf, aus dem von einer Niederdruckpumpe 2 Kraftstoff über einen Filter 3 in einen Triebwerksraum 4 einer Kraftstoffhochdruckpumpe 5 gefördert wird. Die Niederdruckpumpe 2 wird elektrisch betrieben und ist somit bezüglich ihrer Förderleistung leicht regelbar.
In dem Triebwerksraum 4 der Kraftstoffhochdruckpumpe 5 ist eine Nockenwelle 6 (Figur 2) drehbar in einem Gehäuselager 7 und einem Flanschlager 8 gelagert. Das Gehäuselager 7 und das Flanschlager 8 sind beide kraftstoffgeschmiert, wobei die zur Schmierung herangezogene Teilmenge von der dem Triebwerksraum 4 zugeführten Kraftstoffmenge über eine Rücklaufleitung 9 zu dem Tank 1 abgeführt wird. Ein weite- rer Teilstrom des dem Triebwerksraum 4 zugeführten Kraftstoffs wird einer Zumesseinheit 10 zugeführt, die die dem Hochdruckpumpenarbeitsraum 11 über ein Saugventil 12 zugeführte Kraftstoffmenge bestimmt. Der dem Hochdruckpumpenarbeitsraum 11 zugeführte Kraftstoff wird von einem in einem Pumpenzylinder von der Nockenwelle 6 translatorisch auf und ab bewegten Pumpenkolben 14 (Figur 2) über ein Rückschlagventil in einen Hochdruckspeicher des Kraftstoffeinspritzsystems gefördert. Aus dem Hochdruckspeicher wird von Kraftstoffinjektoren Kraftstoff bedarfsweise zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine entnommen.
Vor der Zuführung zu der Zumesseinheit 10 zweigt eine Leitung ab, in die ein Überströmventil 15 eingesetzt ist und wobei der Ausgang aus dem Überströmventil 15 in die Rücklaufleitung 9 einmündet. Von der Zumesseinheit 10 nicht in den Hochdruckpumpenarbeitsraum 11 weitergeführter Kraftstoff wird somit über das Überströmventil 15 und die Rücklaufleitung 9 zurück in den Tank 1 geleitet.
Die Seitenansicht der in Figur 2 zeigt eine schematisch dargestellte Zweistempel- Kraftstoffhochdruckpumpe 5, wobei die Erfindung aber auch bei einer Einstempel-oder Dreistempel-Kraftstoffhochdruckpumpe 5 anwendbar ist. Die Zweistempel- Kraftstoffhochdruckpumpe 5 weist ein Pumpengehäuse 16 auf, in dem die Nockenwelle 6 drehbar gelagert ist. Bei einer Drehbewegung der Nockenwelle 6 bewegt diese mit ihren Nocken jeweils einen Rollenstößel 17 der beiden Pumpenelemente auf und ab. Jeder der beiden Rollenstößel 17 wirkt mit einem Pumpenkolben 14 zusammen, und ist in einer Aufnahme in Form einer Bohrung 13 translatorisch auf und ab bewegbar geführt. Jeder der Pumpenkolben 14 wirkt - wie bereits unter Figur 1 beschrieben - mit einem Hochdruckpumpenarbeitsraum 1 1 zur Förderung von Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher zusammen. Dabei wird in dem Hochdruckspeicher beispielsweise ein Kraftstoff druck von circa 1600 bar eingestellt.
Der Pumpenkolben 14 und mit diesem zusammen der Rollenstößel 17 wird von einer Pumpenfeder 18, die sich an einem Pumpenzylinderkopf und einem Pumpenkolbenfuß
19 abstützt, gegen die Nockenwelle 6 gedrückt. Die Pumpenfeder 18 ist in einem oberen Stößelraum 20 in der Bohrung 13 angeordnet, wobei der obere Stößelraum 20 über eine Verbindungsbohrung in dem Pumpengehäuse 16 mit dem Triebwerksraum 4 verbunden ist. Weiterhin sind die beiden oberen Stößelräume 20 der beiden Pumpen- elemente über eine Verbindungsleitung 21 , die bevorzugt als Bohrung ausgebildet ist, miteinander verbunden. Der obere Stößelraum 20 ist nahe dem Hochdruckpumpenarbeitsraum 11 angeordnet, so dass der obere Stößelraum 20 ein Bereich der Kraftstoffhochdruckpumpe 5 ist, in dem hohe Kraftstofftemperaturen herrschen. Bei Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe 5 erfolgt ein intensiver Kraftstoffaustausch zwischen dem Triebwerksraum 4 und den beiden durch die Verbindungsleitung 21 miteinander verbundenen oberen Stößelräumen 20. Ein Temperatursensor 22 wird im Be- reich der Verbindungsleitung 21 oder des oberen Stößelraums 20 (bei nur einem Pumpenelement) angeordnet. Der Temperatursensor 22 erfasst die in dem oberen Stößelraum 20 oder der Verbindungsleitung 21 herrschende Kraftstofftemperatur und führt diese einem Steuergerät, das beispielsweise das Steuergerät zur elektronischen Dieselregelung (EDC) ist, zu. Von diesem Steuergerät wird unter anderem die elektrisch betriebene Niederdruckpumpe 2 in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur gesteuert. Insbesondere bei hohen gemessenen Temperaturen wird die Förderleistung der elektrisch betriebenen Niederdruckpumpe 2 erhöht und somit die Kühlung der Kraftstoffhochdruckpumpe 5 intensiviert. Das Pumpengehäuse 16 weist schließlich eine Zulaufbohrung 23 auf, über die der von der elektrischen Niederdruckpumpe geförderte Kraftstoff in den Triebwerksraum 4 eintritt. Eine Rücklaufbohrung 24 führt zu dem Überströmventil 15 oder das Überströmventil 15 ist in die Rücklaufbohrung eingesetzt und die Rücklaufleitung 9 ist an die Rücklaufbohrung angeschlossen. Die Zumesseinheit ist entgegen der Darstellung der Figur 1 normalerweise in das Pumpengehäuse 16 eingebaut und mittels einer internen
Verbindung mit dem Hochdruckpumpenarbeitsraum über das Saugventil verbunden.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffhochdruckpumpe (5) für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (16) und mit wenigstens einem in einem Pumpenzylinder geführten, translatorisch auf und ab bewegbaren Pumpenkolben (14), wobei ein Temperatursensor (22) zur Ermittlung einer Temperatur eines von der Kraftstoffhochdruckpumpe (5) geförderten Mediums, insbesondere Kraftstoff, vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (22) an der Kraftstoffhochdruckpumpe (5) angeordnet ist.
2. Kraftstoffhochdruckpumpe (5) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben über einen Stößel (17) bewegbar ist, der in einer Aufnahme (13) geführt ist und dass der Temperatursensor (22) im Bereich der Aufnahme (13) angeordnet ist.
3. Kraftstoffhochdruckpumpe (5) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (17) in der Aufnahme (13) einen einer Antriebswelle (6) abgewandten oberen Stößelraum (20) begrenzt und dass der Temperatursensor (22) in dem oberen Stößelraum (20) angeordnet ist.
4. Kraftstoffhochdruckpumpe (5) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (17) in der Aufnahme (13) einen einer Antriebswelle (6) abgewandten oberen Stößelraum (20) begrenzt, dass zwei Pumpenkolben (14) mit jeweils einem Stößel (17) vorgesehen sind und dass der Temperatursensor (22) in einer Verbindungsleitung (21) zwischen zwei oberen Stößelräumen (20) der Kraftstoffhochdruckpumpe (5) angeordnet ist.
5. Kraftstoffhochdruckpumpe (5) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (22) mit einem Steuergerät zur Steuerung einer Niederdruckpumpe (2) des Einspritzsystems verschaltet ist.
6. Kraftstoffhochdruckpumpe (5) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckpumpe (2) eine elektrisch betriebene Niederdruckpumpe (2) ist.
7. Kraftstoffhochdruckpumpe (5) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffhochdruckpumpe (5) kraftstoffgekühlt ist.
8. Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffhochdruckpumpe (5) eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei von der Kraftstoffhochdruckpumpe (5) von einem Niederdrucksystem zugeführter Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher gefördert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftstofftemperatur in einem Bereich der Kraftstoffhochdruckpumpe (5) mittels eines Temperatursensors (22) erfasst wird und dass ein ermittelter Temperaturwert zur Steuerung der Kühlung der Kraftstoffhochdruckpumpe (5) herangezogen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Triebwerksraum (4) der Kraftstoffhochdruckpumpe (5) von mittels einer elektrischen Niederdruckpumpe (2) geförderten Kraftstoff gekühlt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleistung der elektrischen Niederdruckpumpe (2) zur Einstellung der Kühlung der Hochdruckpumpe (5) geregelt wird.
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