JPS5819844B2 - 機関用燃料供給装置 - Google Patents

機関用燃料供給装置

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JPS5819844B2
JPS5819844B2 JP53085356A JP8535678A JPS5819844B2 JP S5819844 B2 JPS5819844 B2 JP S5819844B2 JP 53085356 A JP53085356 A JP 53085356A JP 8535678 A JP8535678 A JP 8535678A JP S5819844 B2 JPS5819844 B2 JP S5819844B2
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valve
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三木隆雄
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福井豊明
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Mitsubishi Electric Corp
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Mikuni Corp
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    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/3094Controlling fuel injection the fuel injection being effected by at least two different injectors, e.g. one in the intake manifold and one in the cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • F02D41/185Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow using a vortex flow sensor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/02Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically specially for low-pressure fuel-injection
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
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    • F02M69/042Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit
    • F02M69/044Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit for injecting into the intake conduit downstream of an air throttle valve
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/20Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/32Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、吸気管へ向けて燃料を噴射しうる電磁弁を用
いて機関に燃料を供給するための装置に関し、特に吸入
空気量に応じて燃料供給量を電子制御しうるようにした
機関用燃料供給装置に関する。
従来の機関用燃料供給装置としては、吸入空気量を電気
信号に変換したのち、この電気信号に基づくパルス信号
で電磁弁を開閉制御することにより、燃料供給量を電子
制御するようにしたものが提案さ□れている。
ところで、一般に機関の全開最高速時における燃料供給
量は、その時の空気流量がアイドル時の30〜40倍に
なっていることから、アイドル時の30〜40倍必要で
ある。
したがって、従来のこの種の単一電磁弁式燃料供給装置
では、機関のアイドル状態から全開最高速状態までの広
範囲にわたって電磁弁を支障なく作動させるために、上
記パルス信号のパルス幅を極めて小さくしなければなら
ず、しかもこのようにパルス幅を小さくした場合は電磁
弁開閉の応答性を上げるために電磁弁を大きくしかも非
常に高価なものにしなければならないという問題点があ
る。
本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
、燃料通路面積の異なる複数の電磁弁を吸気管集合部に
配設するとともに、作動させる電磁弁の個数や種類を吸
入空気量の範囲に応じて変更することにより、電磁弁の
高級化等を招くことなく、機関のアイドル時から全開最
高速時までの広範囲にわたって機関に燃料を供給しつる
ようにした機関用燃料供給装置を提供することを目的と
する。
このため、本発明の機関用燃料供給装置は、吸入空気量
に比例した周波数を有する電気信号を出力する空気量検
出装置と、吸気通路の集合部に設けられた燃料通路面積
の相違する複数の電磁弁と、これらの電磁弁への供給燃
料圧と燃料出口近傍の吸気圧力との差圧を一定に保持す
る燃圧レギュレータとをそなえ、上記空気量検出装置の
出力する電気信号の周波数が低い機関運転領域では、上
記の燃料通路面積の小さい電磁弁のみを上記電気信号の
周波数に一致した周波数またはこれを小さい分周率で分
周した周波数に同期するように開閉させるとともに、上
記空気量検出装置の出力する電気信号の周波数が高い機
関運転領域では、上記の燃料通路面積の大きい電磁弁の
みまたはこの燃料通路面積の大きい電磁弁と上記の燃料
通路面積゛の小さい電磁弁との両方を上記電気信号の周
波数を大きい分周率で分周した周波数に同期するように
開閉させる電気制御手段が設けられたことを特徴として
いる。
以下、図面により本発明の一実施例としての機関用燃料
供給装置について説明すると、第1図はその模式図、第
2図aはその空気量検出装置の出力波形を示すグラフ、
第2図b”−eはその電気制御手段が電磁弁に供給する
駆動パルス列を示すグラフ、第3図はその空気量検出装
置の作用を説明するための模式図、第4図はその電磁弁
の配設状態を拡大して示す部分縦断面図、第5図は第4
図の■−■矢視図である。
第1,3図に示すように、エアクリーナ1を経てスロッ
トルバルブ2へ至る吸気路3には、空気量検出装置4が
配設されている。
この空気量検出装置4は、吸気路3内に吸入空気の流通
方向に対してほぼ直角に配設された三角柱4aと、この
三角柱4aの配設位置より下流側における吸気路3の外
側壁に対向して配設された超音波発生器としてのスピー
カ4bおよび超音波受信器としてのマイクロフォン4c
とで構成されている。
なお符号5は空気を整流して空気量検出装置4に安定し
た作動を行なわせるための整流器を示している。
ところで吸気路3内に整流器5により整流された空気が
流れると、三角柱4aの下流側に第3図に示すような交
互に配列された非対称の渦動(カルマン渦列)が発生し
、しかも所定の条件下では、渦の発生周波数が吸気路3
内を流れる空気の流速に比例することが知られており、
したがって渦の発生周波数を計測すれば、空気の流速(
または体積流量)を検出できるのである。
すなわち、第3図に示すごとく、渦動が空気流速に比例
した周波数で三角柱4aよりも下流側に発生している状
態で、スピーカ4bから超音波SINを発生させると、
この超音波SINはこの渦により振幅変調および周波数
変調を受けて、マイクロフォン4cに受信される。
その後この変調された受信信号5OUTは、ローパスフ
ィルタ等を含む波形整形回路6にて高調波成分を除去さ
れることにより 包絡成分としての変調周波数のみが選
別されるようになっており、これにより空気流速即ち空
気流量に比例した周波数をもち且つ周期的に変動する交
番電圧信号E(I)(第2図aおよび第3図参照)が検
出されるようになっている。
この交番電圧信号E(I)は、電気制御手段としてのマ
イクロコンピュータ7におけるパルス発生回路7aによ
り、その周波数に同期したパルス列P。
)(第2図す参照)に変換される。
このようにして得られたパルス列P(、、は、演算回路
7bでその周波数が検出され、その値に応じて、同一周
波数の駆動パルス列Pωを出力されたり、適宜分周され
て更に低い周波数を有する駆動パルス列p! 、 p−
!とじて出力されたりするように3 なっている。
ここで、この演算回路7bの演算要領の一例を示すと次
のようになる。
(1)スタート (2)パルス列P(I)が有るか。
(a) イエスなら(3)へ (b) ノーなら(4)へ (3)パルス列P。
の周波数が、(a) 0〜400H2(低空気量域)な
らF端子から同一周波数の駆動パルス列P(I)を出力
せよ。
(b)400〜800Hz(中空気量域)なら分周率y
の分周回路にかけて、パルス列P(l、の周波数を〆に
分周してからG端子から駆動パルス列P皇を出力せよ。
(c) 800〜1200Hz(高空気量域)なら、
分周率イの分周回路にかけて、パルス列Pωの周波数を
イに分周してからF、G端子のいずれもから1駆動パル
ス列p(1)を出力せよ。
(4)ストップ・エンド 3 ところで、スロットルバルブ2の下流側における吸気管
9の集合部9aには、燃料通路面積の相違する2つの電
磁弁8,8′が配設されており、電磁弁8はその燃料通
路面積が電磁弁8′の燃料通路面積の牙になるように構
成されている。
そして、電磁弁8のソレノイドコイル8aはマイクロコ
ンピュータ7のF端子に接続され、電磁弁8′のソレノ
イドコイル8′aはマイクロコンピュータ7のG端子に
接続されている。
したがって、空気量検出装置の出力する交番電圧信号E
(1)の周波数が低い(0〜400Hz)ような機関運
転領域即ち低空気量時では、燃料通路面積の小さい電磁
弁8のみを、交番電圧信号E(I)の周波数即ちパルス
列P。
の周波数に一致した周波数に同期するように開閉させる
ことができ、また交番電圧信号E(、の周波数が更に高
くなった(400〜800Hz)ような機関運転領域即
ち中空気量時では、燃料通路面積の大きい電磁弁8′の
みを、パルス列P。
)の周波数をイ分周した周波数(200〜400Hz)
に同期するように開閉させることができる。
さらに交番電圧信号E(I)の周波数が高い(800〜
1200Hz)ような機関運転領域即ち高空気量時には
、電磁弁8,8′の両方を、パルス列P。
)の周波数をに分周した周波数(267〜400Hz)
に同期するように開閉させることができる。
このように、高速運転領域になっていても、電磁弁8,
8′の作動する周波数領域は最高400Hzにおさえら
れるようになっている。
ている。
ところで、電磁弁8におけるソレノイドコイル8aの影
響を受ける弁ケース8b内の空間には、プランジャ8c
が嵌装されていて、このプランジャ8cの一端は、ニー
ドルバルブ8dと一体に形成され、他端はニードルバル
ブ8dを閉鎖する方向に付勢するスプリング8eを介し
て弁ケース8bに支持されている。
したがって、この電磁弁8のソレノイドコイル8aにマ
イクロコンピュータ7からの駆動パルス列が印加されて
、パルスが人力されると、プランジャ8cがスプリング
8eの付勢力に抗して一定のストロークだけ吸引される
ので、ニードルバルブ8dが燃料出口8fを開き、また
パルス人力がないときは、プランジャ8cがスプリング
8eにより押圧されてニードルバルブ8dが燃料出口8
fを閉じるようになっている。
そして、電磁弁8′も電磁弁8とほぼ同様の構造を有し
ており、電磁弁8の各構成部材を示す符号8a〜8fに
ダッシュを符したもの8’a〜8′fは電磁弁8の各構
成部材8a〜8fとほぼ同様の部材を示している。
なお、第1図では、電磁弁8,8′が互いに間隔をあけ
て配設されているが、実際は第4,5図に示すように、
吸気管9の集合部9aに各燃料出口8 f 、 8’f
が密集するように設けられている。
燃圧レギュレータ10は、ダイアフラム10aで仕切ら
れた第1チヤンバ10bおよび第2チヤンバ10cをそ
なえており、第1チヤンバ10bは燃料供給管11を介
して各電磁弁8,8′に接続されるとともに、第2チヤ
ンバ’10cは負圧管12を介して吸気管9内における
燃料出口8f、8’fの近傍箇所に接続されている。
また、この第1チヤンバ10bと燃料クンク13との間
にはミ電動式燃料ポンプP付き燃料供給管14と、これ
に並設された戻し管15とが介装されている。
ダイアフラム、10aの第1チヤンバ10b側には、戻
し管15の端部の開度を調整して燃料の戻し率を制御す
るバルブ10dが一体に設けられ、このダイアフラム1
0aの第2チヤンバ10c側には、バネ受10eが取付
けられていて、このバネ受10eと燃圧レギュレータ1
0の本体との間には、スプリング10fが装填されてお
り、このスプリング10fはバネ受10eおよびダイア
フラム10aを介してバルブ10dを閉じる方向に付勢
している。
したがって、例えば吸気管9内の圧力が下がると、第2
チヤンバ10c内の圧力も下がり、ダイアフラム10a
がスプリング10fの付勢力に抗して吸引されるため、
バルブ10dが開いて燃料の一部が戻し管15を介して
再び燃料タンク13へ戻されるようになり、これにより
電磁弁8へ供給される燃料圧力も下がるので、電磁弁8
への供給燃料圧と燃料出口近傍の吸気圧力(吸気マニホ
ルド負圧)との差圧が一定に保持されるようになってい
る。
また、機関の冷却水温度、機関の負荷状態、機関の加速
や減速の程度あるいは機関の運転状態を検出して、その
状態に応じた電気信号を出力する運転状態検出手段が設
けられている。
すなわちこの運転状態検出手段は、機関の冷却水温度を
検出するセンサ16a、’機関の負荷状態を検出するセ
ンサ16b、機関の加速や減速の程度を検出するセンサ
16cおよび機関排気の酸素濃度を検出するセンサ16
dをそなえるとともに。
各センサ16a〜16dからの信号を受けてこれらの運
転状態を総合的に判断して予めプログラムされた演算手
段により電気信号を出力する制御回路16をそなえてい
る。
この制御回路16はマイクロコンピュータ7内に組込ま
れており、各センサ16a〜16dからの入力信号はA
−D端子を介してこの制御回路16に入力されるように
なっており、その後マイクロコンピュータ7内の主制御
回路にこの情報が入力される。
主制御回路では、各電磁弁8,8′に印加される駆動パ
ルス列P(1) 、p=およびP9のあらかじめ設3 定されたパルス幅γを、運転状態検出手段を構成する制
御回路16からの電気信号に応じて増減補正する。
したがって、このように補正されたパルス幅をd、e参
照)がマイクロコンピュータ7のFおよびG端子から出
力されて、その後電磁弁8,8′に印加されるのである
なお、第1図中、符号17は自動車の機関、18は排気
管を示している。
本発明の機関用燃料供給装置は、上述のごとく構成され
ているので、エアクリーナ1を通じて空気が吸入される
と、空気の流速または体積流量は、空気量検出装置4に
より、空気流速等に比例した周波数を有する交番電圧信
号E(1)(第2図a参照)に変換されたのち、マイク
ロコンピュータ7により、上記周波数に同期したパルス
列P(I)(第2図す参照)に変換される。
ついで、このパルス列P(1)は、演算回路7bにて吸
入空気量に応じて演算制御されて駆動パルス列P (7
J 7 p= 、 P=に変換されたのち、Fおよび/
府3 またはG から出力されて、電磁弁8および/または
電磁弁8′を開閉駆動する。
このように、低空気量域(アイドル時)から高空気量域
(全開最高速時)までの間に、3段階にわたって駆動パ
ルス列の周期が変更されるので、各電磁弁8,8′の作
動周波数領域が最高400Hzにおさえられ、これによ
り吸入路3を流れる空気の速度が大きくなっていっても
電磁弁8,8′の負担は増大してゆくことがないため、
機関のアイドル状態から全開最高速状態に至る広い範囲
にわたって安定した燃料の供給を行なうことができる。
このとき、電磁弁8,8′に供給される燃料の圧力即ち
燃圧レギュレータ10の第1チヤンバ10b内の燃料圧
力は次のように制御されている。
すなわち、ダイアフラム10aに作用する吸気管9内の
吸気マニホルド負圧による吸引力とスプリング10fの
付勢力との合力より第1チヤンバ10b内の燃料圧力が
上昇すると、バルブ10dは開き、上記合力より上記燃
料圧力が低下すると。
バルブ10dは閉じ、このバルブ10dの開閉により、
第1チヤンバ10b内の燃料圧力は上記合力に略一致し
た値に保持され、この調圧された燃料が各電磁弁8,8
′へ供給され、各電磁弁8,8′の開閉に応じて吸気マ
ニホルド圧と一定の差圧を有する燃料が吸気管9内へ噴
射される。
このような状態において、前述の機関の運転状態のいず
れかが変化していずれかのセンサ16a〜16dから制
御回路16へ信号が人力されると、この制御回路16は
人力信号に対応する出力信号をマイクロコンピュータ7
の主制御回路に送るので、主制御回路は、各電磁弁に印
加される駆動パルス列P(1) 、p=またはP!のパ
ルス幅γを上記側3 御回路16からの電気信号に応じて増減補正してFおよ
び/またはG端子から電磁弁8,8′に供給して、電磁
弁8,8′を開閉駆動する。
これにより電磁弁8および/または8′の開弁時間幅が
変更されるので、燃料噴射量は、前述の運転状態に応じ
て変動し、その結果燃料噴射が、機関の運転状態に応じ
た最適の状態に電子制御されるのである。
このように、本発明の機関用燃料供給装置は、吸気マニ
ホルド負圧と一定の差圧を有する燃料が、吸入空気量に
比例した周波数を有する交番電圧信号E(1)の周波数
またはこれを分周した周波数に同期するように開閉制御
される電磁弁8,8′を介して吸気管9へ噴射され、し
かも燃料通路面積φ相違する2個の電磁弁8,8′を単
独または組合おせて作動させるようになっているので、
燃料供給を電子的に制御するにあたって、機関のアイド
ル時から全開最高速時までの広い範囲にわたり、精度お
よび信頼性の高い燃料供給を行なえる。
なお、電磁弁の数や燃料通路面積比と分周率との関係は
、前述の実施例では、2個の電磁弁を使ってその燃料通
路面積比を2:1に選び且つ分周率を1.犀2%に選ん
だが、その他3個以上の電磁弁を使用して各種の組合わ
せが考えられることはいうまでもない。
また前述の実施例では電磁弁をスロットルバルブ2の下
流側に設けたが、スロットルバルブ2の上流側に設けて
もよい。
さらに、前述の実施例のごとく、空気量検出装置4とし
てスピーカ4bとマイクロフォン40′(!:から成る
ものを用いる代わりに、サーミスタセンサの抵抗変化を
利用したものを用いてカルマン渦の周波数を検出するよ
うにしてもよい。
この場合は、一対のサーミスタセンサが三角柱4aの前
面に対称的に埋設されて、ブリッジ回路の2辺を構成す
るように配設され、さらに定電流電源により微弱な電流
が供給されるように構成される。
このようにサーミスタセンサを配設すると、空気が流れ
て交互に発生する渦により、一対のサーミスタセンサの
抵抗が渦の発生周波数と同じ周期を有して交番的に変化
し、これによりブリッジは対の渦の発生ごとに1サイク
ルの交番電圧信号を発生するため、空気流速に比例した
周波数を有する電圧信号を検出することができる。
なお、マイクロコンピュータ7内に波形整形回路6がパ
ッケージされるように集積化してもよいが、別途に波形
整形回路6を設けてもよい。
さらに、前述の実施例では、機関の運転状態に応じて、
パルス幅を制御することにより、各電磁弁8,8′の開
閉時間を増減補正することが行なわれているが、その他
機関の運転状態に応じて各電磁弁8,8′へ供給される
燃料の圧力を増減補正するようにしてもよい。
以上詳述したように、本発明の機関用燃料供給装置によ
れば、空気量検出装置の出力する電気信号の周波数が低
い機関運転領域では、燃料通路面積の小さい電磁弁のみ
が、上記電気信号の周波数に一致した周波数またはこれ
を小さい分周率で分周した周波数に同期するように開閉
制御され、さらに上記空気量検出装置の出力する電気信
号の周波数が高い機関運転領域では、燃料通路面積の大
きい電磁弁のみまたはこの燃料通路面積の大きい電磁弁
と上記の燃料通路面積の小さい電磁弁との両方が上記電
気信号の周波数を大きい分周率で分周した周波数に同期
するように開閉制御されるので、アイドル時から全開最
高速時までの広い範囲にわたって、精度および信頼性の
高い電子制御による燃料供給を行なえる利点がある。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の一実施例としての機関用燃料供給装置を示
すもので、第1図はその模式図、第2図aはその空気量
検出装置の出力波形を示すグラフ、第2図b〜eはその
電気制御手段が電磁弁に供給する駆動パルス列を示すグ
ラフ、第3図はその空気量検出装置の作用を説明するた
めの模式図、第4図はその電磁弁の配設状態を拡大して
示す部分縦断面図、第5図は第4図の■−■矢視図であ
る。 1・・・・・・エアクリーナ、2・・・・・・スロット
ルバルブ、3・・・・・・吸気路、4・・・・・・空気
量検出装置、4a・・・・・・三角柱、4b・・・・・
・スピーカ、4c・・・・・・マイクロフォン、5・・
・・・・整流器、6・・・・・・波形整形回路、7・・
・・・・電気制御手段としてのマイクロコンピュータ、
7a・・・・・・パルス発生回路、7b・・・・・・演
算回路、8゜8′・・・・・・電磁弁、8 a 、 8
’a・・・・−・ソレノイドコイル、8b、8’b・・
・・・・弁ケース、8c、8’c・・・・・・プランジ
ャ、8 a 、 8’a ・・−・−ニードルバルブ、
8e、8’e・・・・・・スプリング、8f、8’f・
・・・・・燃料出口、9・・・・・・吸気管、9a・・
・・・・吸気管9の集合部、10・・・・・・燃圧レギ
ュレータ、10a・・・・・・ダイアフラム、10b、
10c・・・・・・チャンバ、10d・・・・・・バル
ブ、10e・・・・・・バネ受、10f・・曲スプリン
グ、11・・・・・・燃料供給管、12・・・・・・負
圧管、13・聞・燃料タンク、14・・・・・・燃料供
給管、15・・・・・・戻し管、16・・・・・・制御
回路、16a〜16d・・・・・・センサ、17・・・
・・・機関、18・・・・・・排気管。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 吸入空気量に比例した周波数を有する電気信号を出
    力する空気量検出装置と、吸気通路の集合部に設けられ
    た燃料通路面積の相違する複数の電磁弁と、これらの電
    磁弁への供給燃料圧と燃料出口近傍の吸気圧力との差圧
    を一定に保持する燃圧レギュレータとをそなえ、上記空
    気量検出装置の出力する電気信号の周波数が低い機関運
    転領域では、上記の燃料通路面積の小さい電磁弁のみを
    上記電気信号の周波数に一致した周波数またはこれを小
    さい分周率で分周した周波数に同期するように開閉させ
    るとともに、上記空気量検出装置の出力する電気信号の
    周波数が高い機関運転領域では、上記の燃料通路面積の
    大きい電磁弁のみまたはこの燃料通路面積の大きい電磁
    弁と上記の燃料通路面積の小さい電磁弁との両方を上記
    電気信号の周波数を大きい分周率で分周した周波数に同
    期するように開閉させる電気制御手段が設けられたこと
    を特徴とする、機関用燃料供給装置。
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