JP7255471B2 - Fuel supply system, vehicle and fuel supply method - Google Patents
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Description
本開示は、燃料供給システム、車両および燃料供給方法に関する。 The present disclosure relates to fuel supply systems, vehicles, and fuel supply methods.
内燃機関の燃料として、例えば、液化天然ガス(Liquefied Natural Gas:LNG)などの液体燃料が知られている。タンク(LNGタンク)に充填されたLNG燃料は、ベーパライザ(蒸発器)や弁等を有する燃料供給系を介して、内燃機関のインテークマニホールドに設けられたインジェクタから噴射される(例えば、特許文献1)。 Liquid fuels such as liquefied natural gas (LNG) are known as fuels for internal combustion engines. LNG fuel filled in a tank (LNG tank) is injected from an injector provided in an intake manifold of an internal combustion engine via a fuel supply system having a vaporizer (evaporator) and valves (for example, Patent Document 1 ).
ところで、LNG燃料には、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどの成分が含まれる。各成分の沸点は相互に異なる。車載されたLNGタンクが低温に維持されない場合、各成分は、沸点の低いメタンから気化してしまう。これにより、LNG燃料を消費しないとLNG燃料の成分変化が発生し、残燃料は重質化する。また、新しい燃料を補給しても徐々に重質化する。その結果、LNG燃料のオクタン価が低下していく。 By the way, LNG fuel contains components such as methane, ethane, propane and butane. The boiling point of each component is different from each other. If the LNG tank on board is not kept cold, the components will vaporize from the low boiling point methane. As a result, if the LNG fuel is not consumed, the composition of the LNG fuel will change, and the residual fuel will become heavy. Even if new fuel is replenished, it will gradually become heavier. As a result, the octane number of the LNG fuel decreases.
また、LNG燃料の各成分は、オットーサイクルの燃料として使用するには、オクタン価が異なり、メタンが抜けていくと、オクタン価が下がって、ノッキングが発生し易くなる。 Further, each component of the LNG fuel has a different octane number for use as a fuel for the Otto cycle, and when methane escapes, the octane number decreases and knocking is likely to occur.
また、ノッキングを回避するために点火タイミングを遅めに設定した場合、最適な点火タイミングから離れるため、トルクが低下するとともに、排気温度が上昇する。さらに、排気温度が上昇して、エキゾーストマニホールドやターボチャージャーの耐熱温度を超えた場合、破損のおそれがあるという問題がある。 Further, if the ignition timing is set later to avoid knocking, the ignition timing is deviated from the optimum timing, resulting in a decrease in torque and an increase in exhaust temperature. Furthermore, if the temperature of the exhaust gas rises and exceeds the heat-resistant temperatures of the exhaust manifold and the turbocharger, there is a risk of damage.
本開示の目的は、LNG燃料が重質化した場合であっても、ノッキングの発生を防止することが可能な燃料供給システム、車両および燃料供給方法を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a fuel supply system, a vehicle, and a fuel supply method capable of preventing knocking even when LNG fuel becomes heavy.
上記の目的を達成するため、本開示における燃料供給システムは、
内燃機関に燃料を供給する燃料供給元である、LNG燃料を貯留するLNGタンクおよびCNG燃料を貯留するCNGタンクと、
前記燃料供給元を切り替える切り替え部と、
前記内燃機関に供給される前記LNG燃料が重質化した場合、前記燃料供給元を前記LNGタンクから前記CNGタンクに切り替えるように切り替え部を制御する制御部と、
を備える。
In order to achieve the above objects, the fuel supply system in the present disclosure is
A LNG tank storing LNG fuel and a CNG tank storing CNG fuel, which are fuel supply sources that supply fuel to the internal combustion engine;
a switching unit for switching the fuel supply source;
a control unit that controls a switching unit to switch the fuel supply source from the LNG tank to the CNG tank when the LNG fuel supplied to the internal combustion engine becomes heavy;
Prepare.
本開示における車両は、
上記燃料供給システムを備える。
A vehicle in the present disclosure is
The above fuel supply system is provided.
本開示における燃料供給方法は、
前記内燃機関に供給されるLNG燃料の性状を取得し、
前記取得された前記LNG燃料の性状に基づいて、前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給元を、前記LNG燃料を貯留するLNGタンクからCNG燃料を貯留するCNGタンクに切り替える制御を実行する。
The fuel supply method in the present disclosure includes:
Acquiring properties of LNG fuel supplied to the internal combustion engine,
Based on the obtained properties of the LNG fuel, control is executed to switch a fuel supply source that supplies fuel to the internal combustion engine from the LNG tank storing the LNG fuel to the CNG tank storing the CNG fuel.
本開示の燃料供給システムによれば、LNG燃料が重質化した場合であっても、ノッキングの発生を防止することができる。 According to the fuel supply system of the present disclosure, knocking can be prevented even when the LNG fuel becomes heavy.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本開示の実施の形態における燃料供給システム1の構成の一例を概略的に示す図である。ここでは、燃料供給システム1は、車両に搭載されている。
Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example configuration of a
燃料供給システム1は、LNG燃料をエンジンE(内燃機関)に供給するLNG燃料供給系統2A,2B、LNG燃料をLNGタンク4A,4Bに充填するためのLNG燃料充填系統20、および、圧縮天然ガス(Compressed Natural Gas:CNG)燃料をエンジンEに供給するCNG燃料供給系統30を備えている。
The
<LNG燃料供給系統2A>
先ず、LNG燃料供給系統2Aについて説明する。LNG燃料供給系統2Aは、LNGタンク4Aと、LNG燃料供給路5と、気化器6Aと、遮断弁7Aと、遮断弁7Cと、LNG用レギュレータ3と、燃料センサ9とを有している。
<LNG
First, the LNG
LNGタンク4Aは、エンジンEに燃料を供給する燃料供給元の一つであって、LNG燃料を貯留する。LNGタンク4Aには、LNG燃料の残量を検出する残量検出センサ8Aが設けられている。残量検出センサ8Aには、LNG燃料の残量を検出可能な公知のセンサ、例えば、LNGタンク4AのLNG燃料の液面レベルを検出するレベルセンサが用いられる。
The LNG
LNG燃料供給路5は、LNGタンク4Aを気化器6A、遮断弁7Aおよび遮断弁7Cを介してLNG用レギュレータ3に接続する。また、LNG燃料供給路5は、LNG用レギュレータ3とエンジンEとを接続する。
The LNG
気化器6Aは、LNGタンク4AからのLNG燃料を例えばエンジンEの冷却水で気化させる。エンジンEから気化器6Aへ冷却水通路(不図示)が延在している。
The
遮断弁7Aは、気化器6Aと遮断弁7Cとの間のLNG燃料供給路5を開閉する。
The
遮断弁7Cは、遮断弁7AとLNG用レギュレータ3との間のLNG燃料供給路5を開閉する。
The shutoff valve 7C opens and closes the LNG
LNG燃料供給系統2Aにおいては、遮断弁7Aが開かれ、かつ、遮断弁7Cが開かれた場合、LNG燃料がLNGタンク4Aから気化器6AおよびLNG用レギュレータ3を介してエンジンEへ供給される。遮断弁7Aが閉じられた場合、遮断弁7Cが開かれているか否かに拘わらず、LNGタンク4AからエンジンEへのLNG燃料の供給が停止される。
In the LNG
LNG用レギュレータ3は、気化器6Aで気化されたLNG燃料を減圧する。
The
燃料センサ9は、LNG用レギュレータ3とエンジンE(例えば、インテークマニホールド)との間のLNG燃料供給路5に配置される。燃料センサ9は、LNG燃料供給路5を通るLNG燃料の性状を検出する。ここで、「LNG燃料の性状」とは、LNG燃料に含まれる成分、および、成分の割合を含む。
The
<LNG燃料供給系統2B>
次に、LNG燃料供給系統2Bについて説明する。LNG燃料供給系統2Bは、LNGタンク4Bと、LNG燃料供給路5と、気化器6Bと、遮断弁7Bと、遮断弁7C(LNG燃料供給系統2Aの遮断弁7Cと共用)と、LNG用レギュレータ3(LNG燃料供給系統2AのLNG用レギュレータ3と共用)とを有している。LNGタンク4Bは、エンジンEに燃料を供給する燃料供給元の一つであって、LNG燃料を貯留する。なお、LNGタンク4B、気化器6B、遮断弁7B、および、残量検出センサ8Bの構成は、LNGタンク4A、気化器6A、遮断弁7A、および、残量検出センサ8Aの構成と同じであるため、それらの説明を省略する。
<LNG
Next, the LNG
遮断弁7Aから遮断弁7Cに向かって下流側へ延在するLNG燃料供給路5と、遮断弁7Bから遮断弁7Cに向かって下流側へ延在するLNG燃料供給路5とは、遮断弁7Cの上流側位置において合流している。
The LNG
LNG燃料供給系統2Bにおいては、遮断弁7Bが開かれ、かつ、遮断弁7Cが開かれた場合、LNG燃料がLNGタンク4Bから気化器6BおよびLNG用レギュレータ3を介してエンジンEへ供給される。遮断弁7Bが閉じられた場合、遮断弁7Cが開かれているか否かに拘わらず、LNGタンク4BからエンジンEへのLNG燃料の供給が停止される。
In the LNG
<LNG燃料充填系統20>
次に、LNG燃料充填系統20について説明する。LNG燃料充填系統20は、LNG燃料充填路21および充填弁22を有している。
<LNG
Next, the LNG
LNG燃料充填路21の一端部には充填口が配置されている。LNG燃料充填路21は、充填口側とLNGタンク4Aとを接続する。また、LNG燃料充填路21は、充填口側とLNGタンク4Bとを接続する。LNG燃料充填路21は、LNGタンク4A,4Bおのおのに逆止弁23A,23Bを設けておりLNGタンク4A,4Bに入った燃料は逆流しない構造になっている。
A filling port is arranged at one end of the LNG
充填弁22は、LNG燃料をLNGタンク4A,4Bに充填する場合に開かれる。充填弁22は、LNG燃料の充填が終了する場合に閉じられる。
The filling
<CNG燃料供給系統30>
次に、CNG燃料供給系統30について説明する。CNG燃料供給系統30は、CNG燃料供給路31と、CNGタンク32と、遮断弁34と、圧力センサ35と、遮断弁36と、CNG用レギュレータ33とを有している。
<CNG
Next, the CNG
CNG燃料供給路31は、CNGタンク32を遮断弁34および遮断弁36を介してCNG用レギュレータ33に接続する。また、CNG燃料供給路31は、CNG用レギュレータ33とエンジンEとを接続する。
The CNG
CNGタンク32は、エンジンEに燃料を供給する燃料供給元の一つであって、CNG燃料を貯留する。ここで、「CNG燃料」は、メタンが多く重質化していないLNG燃料と同等な燃料であるとする。
The
遮断弁34は、CNGタンク32と遮断弁36との間のCNG燃料供給路31を開閉する。
The
遮断弁36は、遮断弁34とCNG用レギュレータ33との間のCNG燃料供給路31を開閉する。
The
CNG用レギュレータ33は、CNGタンク32から供給されたCNG燃料を減圧する。CNG用レギュレータ33から下流側に延在するCNG燃料供給路31は、LNG用レギュレータ3とエンジンEとの間のLNG燃料供給路5に接続される。
The
圧力センサ35は、遮断弁34と遮断弁36との間のCNG燃料供給路31の内部圧力を検出する。燃料供給制御装置10(後述する)は、圧力センサ35の検出結果に基づいて、CNGタンク32内のCNG燃料の残量の有無を判定する。燃料供給制御装置10は、CNG燃料の残量が無いと判定した場合、燃料供給元をLNGタンク4A,4BからCNGタンク32に切り替えることなく、ノッキングが発生しないトルクまでトルクを低下させる制御を実行する。
A
<その他の構成>
以下、その他の構成について説明する。その他の構成としては、ガス排出路41と、タンクベントバルブ45A,45Bとを有している。
<Other configurations>
Other configurations will be described below. Other configurations include a
ガス排出路41は、LNGタンク4Aに接続される。また、ガス排出路41は、LNGタンク4Bに接続される。
The
タンクベントバルブ45Aは、ガス排出路41に接続されている。タンクベントバルブ45Aは、LNGタンク4Aにおけるガスを外部に排出する。タンクベントバルブ45Bは、ガス排出路41に接続されている。タンクベントバルブ45Bは、LNGタンク4Bにおけるガスを外部に排出する。
The
<燃料供給制御装置10>
燃料供給システム1は、燃料供給制御装置10(本開示の「制御部」に対応する)を備えている。燃料供給制御装置10は、例えば電子制御ユニット100(Electronic Control Unit:ECU)により構成される。ECU100は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、入力装置および出力装置を有している。CPUは、ROMに格納されたプログラムをRAMに展開して後述する各機能を実行する。燃料供給制御装置10は、取得部11、決定部12および弁制御部13としての各機能とを有する。
<Fuel
The
例えば、LNGタンク4A,4B内のLNG燃料が重質化し(オクタン価の低下)、オクタン価が低下したLNG燃料が、例えば、オットーサイクルの燃料として使用されると、ノッキングが発生する。ノッキングを回避するために点火タイミングを遅めに設定した場合、最適な点火タイミングから離れるため、トルクが低下するとともに、排気温度が上昇する。さらに、排気温度が上昇して、エキゾーストマニホールドやターボチャージャーの耐熱温度を超えた場合、破損のおそれがあるという問題がある。
For example, when the LNG fuel in the
そこで、取得部11は、燃料センサ9からLNG燃料の性状を取得する。ここで、「LNG燃料の性状」とは、例えば、LNG燃料に含まれるメタンの割合をいう。
Therefore, the
また、取得部11は、エンジン要求トルクセンサ(図1を参照)からエンジンEに要求されるトルク(要求トルク)を取得する。例えば、エンジン要求トルクセンサは、要求トルクをセンサ出力とするアクセル開度センサである。以下の説明において、要求トルクを「目標ブースト」という場合がある。
In addition, the
図2は、燃料タンク切替マップ(以下、マップ)の一例を示す図である。図2に示すマップでは、縦方向に目標ブーストの高さを示し、横方向にLNG燃料の性状(メタンの割合)を示す。図2において、縦横で交わるデータが「1」の場合、燃料供給元がCNGタンクであることを示す。縦横で交わるデータが「0」の場合、燃料供給元がLNGタンクであることを示す。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a fuel tank switching map (hereinafter referred to as map). In the map shown in FIG. 2, the vertical direction indicates the target boost height, and the horizontal direction indicates the properties of the LNG fuel (methane ratio). In FIG. 2, when the data intersecting vertically and horizontally is "1", it indicates that the fuel supply source is the CNG tank. If the vertically and horizontally crossed data are "0", it indicates that the fuel supply source is the LNG tank.
図2に示すマップにおいては、目標ブーストと、LNG燃料の性状と、燃料供給元との間の関係が規定されている。マップを参照することで、目標ブーストおよびLNG燃料の性状から燃料供給元が決定される。マップは、実験やシミュレーションにより求めることが可能である。マップは、ECU100の記憶部に格納される。
The map shown in FIG. 2 defines the relationship between the target boost, the properties of the LNG fuel, and the fuel supply source. By referring to the map, the fuel supply source is determined from the target boost and the properties of the LNG fuel. A map can be obtained by experiments or simulations. The map is stored in the storage section of
決定部12は、図2に示すマップを参照し、取得された目標ブーストおよびLNG燃料の性状に基づいて、燃料供給元を決定する。
The determining
弁制御部13は、決定部12により決定された燃料供給元がCNGタンクである場合、燃料供給元をLNGタンク4A,4BからCNGタンク32に切り替えるように、切り替え部を制御する。ここで、「切り替え部」は、遮断弁7C、遮断弁34および遮断弁36を含む。具体的には、弁制御部13は、決定部12により決定された燃料供給元がCNGタンクである場合、遮断弁7Cを閉じるように制御し、かつ、遮断弁34および遮断弁36を開くように制御する。なお、決定部12により決定された燃料供給元がLNGタンクである場合、燃料供給元は、LNGタンク4A,4Bに維持され、切り替わらない。
When the fuel supply source determined by the
次に、燃料供給処理の一例について図3を参照して説明する。図3は燃料供給処理の一例を示すフローチャートである。以下、取得部11、決定部12および弁制御部13としての機能を有するECU100が、燃料供給処理を行うものとして説明する。本フローは、例えば、ECU100が本フローの開始要求を受信したことにより開始される。なお、本フローの開始時においては、遮断弁7A,7B,7Cは開き、遮断弁34,36は閉じている。つまり、エンジンEへLNG燃料が供給され、CNG燃料が供給されない状態にある。
Next, an example of fuel supply processing will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flow chart showing an example of fuel supply processing. In the following description, it is assumed that the
先ず、ステップS100において、ECU100は、燃料センサ9からLNG燃料の性状を取得する。
First, in step S<b>100 , the
ステップS110において、ECU100は、エンジン要求トルクセンサから目標ブーストを取得する。
In step S110, the
ステップS120において、ECU100は、LNG燃料の性状および目標ブーストに基づいて、図2に示すマップを参照して、燃料供給元を決定する。
In step S120, the
次に、ステップS130において、ECU100は、決定された燃料供給元がCNGタンクか否かについて判定する。燃料供給元がCNGタンクである場合(ステップS130:YES)、処理はステップS140に遷移する。燃料供給元がCNGタンクでない場合(ステップS130:NO)、図3に示す処理は終了する。
Next, in step S130, the
ステップS140において、ECU100は、CNGタンク32に十分な燃料があるかを判断し、残量がある場合(ステップS140:YES)はステップS150に遷移し、ステップ150においてECU100は、燃料供給元をLNGタンク4A,4BからCNGタンク32に切り替えるように、切り替え部(遮断弁7C、遮断弁34および遮断弁36)を制御する。その後、図3に示す処理は終了する。ECU100の制御により、遮断弁7Cが閉じ、遮断弁34および遮断弁36が開く。その結果、エンジンEへCNG燃料が供給され、LNG燃料が供給されない状態となる。ステップS140においてCNGタンク32に燃料がないと判断した時(ステップS140:NO)にはステップS160に遷移し、LNG燃料のままになり、ノッキングが発生しないようにトルク制限を行う。
In step S140, the
上記実施の形態における燃料供給システム1は、エンジンEに燃料を供給する燃料供給元である、LNG燃料を貯留するLNGタンク4A,4BおよびCNG燃料を貯留するCNGタンク32と、燃料供給元を切り替える切り替え部と、エンジンEに供給されるLNG燃料が重質化した場合、燃料供給元をLNGタンク4A,4BからCNGタンク32に切り替えるように切り替え部を制御する燃料供給制御装置10と、を備える。
The
上記構成により、LNG燃料が重質化した場合、燃料供給元がLNGタンク4A,4BからCNGタンク32に切り替えられ、メタンが多く重質化していないLNG燃料と同等の燃料であるCNG燃料がエンジンEに供給されるため、ノッキングの発生を防止することが可能となる。
With the above configuration, when the LNG fuel becomes heavy, the fuel supply source is switched from the
また、上記実施の形態における燃料供給システム1においては、LNG燃料が重質化した場合、ノッキングを回避によるトルク制限をしないため、車両の走行に支障を来すことがない運行が可能となる。
Further, in the
また、通常の車両においては、LNGタンク4A,4Bは大型のものが搭載されているが、CNGタンク32は小さなものしか搭載されていないので、CNG燃料の使用頻度が大きい場合、CNG燃料が急速に減少し、LNG燃料が重質化し、かつ、エンジンEが高負荷状態であるとき、CNG燃料を使用することができないで、結果的に航続距離が減少してしまうという問題がある。上記実施の形態における燃料供給システム1においては、ノッキングが発生し難い低負荷状態ではLNG燃料を使用し、ノッキングが発生し易い高負荷状態のみCNG燃料を使用するため、CNG燃料の急速な減少を抑えることができ、航続距離の著しい減少を防止することが可能となる。
Also, in a normal vehicle, large-
その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施をするにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 In addition, the above-described embodiments are merely examples of specific implementations of the present disclosure, and the technical scope of the present disclosure should not be construed to be limited by these. . That is, the present disclosure can be embodied in various forms without departing from its spirit or key features.
上記実施の形態では、メタンの割合(LNG燃料の性状)が少ない場合、LNG燃料の重質化した場合としたが、本開示はこれに限らず、例えば、LNG燃料の供給量に対するエンジンEの出力が閾値未満である場合、LNG燃料が重質化した場合としてもよい。この場合、エンジンEの出力が閾値未満である否かを、燃料供給制御装置10が判定すればよい。
In the above embodiment, when the proportion of methane (the properties of the LNG fuel) is small, and when the LNG fuel is heavy, the present disclosure is not limited to this. If the output is less than the threshold, it may be assumed that the LNG fuel has become heavy. In this case, the fuel
また、上記実施の形態では、決定部12がエンジンEに要求されるトルク(目標ブースト)に基づいて、燃料供給元を決定したが、本開示はこれに限らず、例えば、エンジンEにかかる負荷の大きさに基づいて、燃料供給元を決定してもよい。この場合、エンジンEにかかる負荷を、トルクセンサ、例えば、クランクシャフトに接着されたひずみゲージにより測定すればよい。
Further, in the above-described embodiment, the
本開示は、LNG燃料が重質化した場合であっても、ノッキングの発生を防止することが要求される燃料供給システムを備えた車両に好適に利用される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present disclosure is suitably used for vehicles equipped with a fuel supply system that requires prevention of knocking even when LNG fuel becomes heavy.
1 燃料供給システム
2A,2B LNG燃料供給系統
3 LNG用レギュレータ
4A,4B LNGタンク
5 LNG燃料供給路
6A,6B 気化器
7A,7B,7C 遮断弁
8A,8B 残量検出センサ
9 燃料センサ
10 燃料供給制御装置
11 取得部
12 決定部
13 弁制御部
20 LNG燃料充填系統
21 LNG燃料充填路
22 充填弁
23A,23B 逆止弁
30 CNG燃料供給系統
31 CNG燃料供給路
32 CNGタンク
33 CNG用レギュレータ
34,36 遮断弁
35 圧力センサ
41 ガス排出路
45A,45B タンクベントバルブ
100 ECU
1
Claims (6)
前記燃料供給元を切り替える切り替え部と、
前記内燃機関に供給される前記LNG燃料が重質化した場合、前記燃料供給元を前記LNGタンクから前記CNGタンクに切り替えるように切り替え部を制御する制御部と、
を備える、
燃料供給システム。 A LNG tank storing LNG fuel and a CNG tank storing CNG fuel, which are fuel supply sources that supply fuel to the internal combustion engine;
a switching unit for switching the fuel supply source;
a control unit that controls a switching unit to switch the fuel supply source from the LNG tank to the CNG tank when the LNG fuel supplied to the internal combustion engine becomes heavy;
comprising
fuel supply system.
請求項1に記載の燃料供給システム。 When the LNG fuel is heavy, including when the output of the internal combustion engine with respect to the supply amount of the LNG fuel is less than a threshold,
The fuel supply system according to claim 1.
請求項1または2に記載の燃料供給システム。 The control unit further controls the switching unit to switch the fuel supply source when the magnitude of the load required for the internal combustion engine exceeds a threshold.
The fuel supply system according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料供給システム。 The control unit further controls the switching unit to switch the fuel supply source when the magnitude of the load applied to the internal combustion engine exceeds a threshold.
The fuel supply system according to any one of claims 1 to 3.
前記取得された前記LNG燃料の性状に基づいて、前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給元を、前記LNG燃料を貯留するLNGタンクからCNG燃料を貯留するCNGタンクに切り替える制御を実行する、
燃料供給方法。
Acquiring the properties of the LNG fuel supplied to the internal combustion engine,
Based on the acquired properties of the LNG fuel, control is performed to switch a fuel supply source that supplies fuel to the internal combustion engine from the LNG tank that stores the LNG fuel to the CNG tank that stores the CNG fuel.
Fuel supply method.
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