KR100241046B1 - 통내 분사식 연료 제어장치 - Google Patents

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다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시
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Abstract

내연 기관의 연료 공급계가 고장난 경우에 있어서 기관의 운전 및 주행 성능을 확보 하는 것으로,전자 제어 유닛(2)의 연산 결과에 근거하여 출력 신호에 의해 구동 되는 내연 기관의 각 기통에 연료를 공급하는 인젝터(3)를 구비하여 시동 직후의 엔진 고장 회수의 연산값 등에 의해 고압 연료계의 고장을 판단하고,고압 연료계의 고장의 경우에는 저압 연료 공급계로 변환하여 내연 기관을 운전 하는 것을 특징 으로 한다.

Description

통내 분사식 연료제어 장치
본 발명은 자용차용 가솔린 내연기관 등의 연료실내(통내)에 직접 연료를 분사하는 방식의 연료 공급계의 제어 장치에 관한 것이다.
내연기관의 연료실내에 직접 연료를 분사하는 통내 분사식의 연료 제어장치에 있어서는 하기와 같이 크게 4개의 효과가 기대될수 있다.
(배기중에 함유된 유해물질의 저감)
종래의 흡기관내(통외) 에서 연료를 분사하는 방식에서는 연료실내(통내)에 흡입되기 이전에 분사 연료의 일부가 흡기 밸브나 흡기관내에 부착하여 통내로의 연료공급 지연이 발생하기 때문에 연료가 기화하기 어려운 저온시의 시동 운전시 및 고속 응답이 필요한 과도 운전시에는 유해물질(CO,HC)을 배출하기 쉽다.
한편,통내 분사 방식에서는 직접 연료를 연료실내(통내)에 분사하므로 상술한 바와 같이 연료의 공급 지체가 없고,고정밀한 연료비 제어가 달성 될 수 있기 때문에 이상적인 연소에 의해 배기 가스중에 함유된 유해물질을 저감 할수 있다.
(2)연비저감
통내에 연료를 분사하는 경우,점화시에 점화 플러그 주변에 가연 연료를 형성 시키는 성층 연소가 가능 하기 때문에 통내에 흡입되는 공기량에 대하여 이론 공연비 보다도 작은 연료비로 연소 시킬수 있다.
또한 성층 연소의 실현에 의해 배기 가스 환류(EGR)에 의한 연소악화로의 영향이 작기 때문에 다량의 EGR 의 도입이 가능하게 되며,이것에 의해 펌핑 손실의 저감이 증가하여 연비의 향상을 도모 할 수가 있다.
(3)출력향상
성층 연소에 의해 점화 플러그 주변부에 가연 연료가 모아지는 것으로 노킹의 원인 으로 되는 앤드 가스(end gas)(연소 지연에 의해 잔류하는 혼합기)가 적고,내노킹성이 향상 하기 때문에 압축비를 크게 할수 있어 출력이 향상한다.
또한 통내에 분사된 연료가 기화 하는 것에 의해 흡입된 공기의 열을 빼았기 때문에 통내의 체적 밀도의 상승에 의한 체적 효율 향상이 도모 되며,그 결과 출력이 향상한다.
(4)운전성 향상
통내에 직접 연료를 분사하기 때문에 연료를 공급하는 것으로 부터 점화되는 연소 출력이 발생 할 때 까지의 일련의 지연이 종래의 통외 내연 분사 방식의 엔진과 비교하여 짧기 때문에 운전자의 조작 요구에 대하여 반응이 빠른 엔진을 실현 할수 있다.
종래부터 통내 분사식의 연료 제어 장치에 있어서,직접 분사식 스파크 점화 기관의 발명이 여러 가지 제안되어 있다.
특개소60-30420호 공보에는 부하의 증대에 따라서 연료 분사 시기를 빠르도록한 통내 직접 분사식 스파크 점화기관이 개시 되어 잇다.이 기관에서는 저 부하 운전시에는 압축 행정후 절반에 연료를 점화전 부근에 분사하고,점화전 부근에 연소 가능한 혼합기를 형성하여 양호한 착화와 연소를 얻도록 하고 한편 고부하 운전시에는 흡기 행정전 절반에 연료를 분사하고, 연료를 통내에 충분히 확산 시키는 것에 의해 공기 이용율을 높여 출력의 향상을 도모 하도록 하고 있다.
특개평2-169834호 공보에는 기관 운전 상태에 따른 요구 연료 분사량을 흡기 행정과 압축 행정으로 분할하여 분사 가능한 통내 직접 분사식 스파크 점화 기관의 발명이 개시되며 요구 연료 분사량이 점화전에 의해 착화 가능한 혼합기를 형성하여 얻는 최소한 압축 행정 연료 분사량과, 통내에 균질하게 확산할때에 착화 스파크가 전파 가능한 최소한 흡기 행정 연료 분사량과의 합인 제1분사량 이하의 경우에는 요구 연료 분사량의 전량이 압축 행정에 있어서 분사되며,착화 및 연소 가능한 성층화 된 혼합기가 형성된다.또한 요구 연료량이 점화전에 의해 착화 가능한 균일 혼합기를 통내 전체에 형성 가능한 최소한 연료 분사량인 제2 분사량 보다 작고 또한 제1분사량 이상인 제3 분사량 이상의 경우에는 요구 분사량을 흡기 행정과 압축행정으로 분할 하여 분사하고 흡기 행정에 있어서 분사된 연료에 의해 화염 전파용의 희박 혼합기가 통내 전체에 형성되어 압축 행정에 있어서 분사된 연료에 의해 점화전 근방에 비교적 농후한 점화용의 혼합기를 형성 한다.
도10은 상기 특개평2-169834호 공보에 나타낸 내연 기관의 구성도를 나타내는 것이며,11은 기관본체,12는 서지탱크,13은 에어 클리너,14는 서지탱크(12)와 에어클리너(13)를 연결하는 흡기관,15는 각 기통내에 연료 분사하는 전기 변형식(electrostrictive type)의 연료 분사 밸브,65는 점화전,16은 고압용 리저버 탱크,17은 고압도관(18)을 거쳐 고압 연료를 리저버 탱크(16)에 압송하기 위해 토출압 제어 가능한 고압 연료 펌프,19는 연료 탱크,20은 도관(21)을 거쳐 연료 탱크(19)로 부터 고압 연료 펌프(17)에 연료를 공급하는 저압 연료 펌프,22는 연료 분사 밸브(15)의 피에조 압전 소자를 냉각 하기 위한 압전 소자 냉각용 도입관,23은 압전 소자 냉각 용 귀환관,24는 고압 연료 분사 밸브(15)를 고압용 리저버 탱크(16)에 접속하는 지관(branch pipe)이다.
전자 제어 유닛(40)은 쌍방향성 버스에 접속된ROM,RAM,CPU를 가지고,입력포트(25),출력포트(26)를 구비하고 있다. 이 전자제어 유닛(40)에는 고압용 리저버 탱크(16)내의 압력을 검출하는 압력 센서(27)의 검출 신호,내연회전수 Ne에 비례한 출력 펄스를 발생하는 크랭크각 센서(29)의 출력펄스,엑셀페달의 개도θA에 따라 발생하는 액셀 개도 센서(30)의 출력 전압이 각각 입력되고 있다.
종래의 통내 분사식 연료 제어 장치는 이상과 같은 것으로 구성 되어 있으며,연료 공급계통,특히 고압 연료 펌프(17),고압도관(18) 등의 고압 연료 계통에 고장이 발생한 경우 내연기관이 정상으로 동작하지 않는 다고 하는 문제가 있다.
또한 저압 연료 계통과 고압 연료 계통을 가지고,시동이 완료한 시점에서 저압 제어 모드에서 고압제어 모드로 변환하여 제어하는 통내 분사식 연료 제어 장치도 제안되어 있지만,시동후의 고압 제어 모드에서 연료의 압력이 고압으로 되지 않는 경우-예를들면 고압 연료 펌프나 연료압 변환 솔레노이드등 연료계의 고장의 경우에는 연료압력에 대하여 개방 밸브 시간이 짧아 지기 때문에 연료량이 부족하여 기관이 정상으로 동작 하지 않고 주행이 되지 않는 다고 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소 하기 위해서 된 것으로,통내 분사식 연료제어 장치에 있어서, 특히 고압의 연료 공급 계통이 고장난 경우에도 기관이 정상으로 동작 하지 않거나 주행되지 않는 다고 하는 사태를 회피하는 것이다.
본 발명의 개요는 시동후의 연료압력이 고압으로 되지 않는 것을 검출하고,연료공급계통의 고장을 인식한 경우는 정상인 저압 공급측을 사용하여 시동후에도 강제적으로 저압 제어 모드로 하는 것에 의해 기관의 운전의 확보를 실현하는 것이다.그리고 고장 검출 수단으로서는 시동후의 소정 기간내에서 기관 정지가 소정 회수 반복된 경우 연료가 고압으로 유지 되지 않는 다고 하는 방법과,고압 연료 펌프의 토출측에 의해 하류에 설치된 압력 센서로의 출력방법의 2가지를 채용했다.
그리고 청구항1의 발명은 흡입 공기량 또는 이에 해당하는 매개 변수나 기관 회전 속도 등의 각종 정보를 근거로하여 내연기관 으로의 연료 공급량을 연산하는 전자 제어 유닛과,이 전자 제어 유닛의 연산 결과에 기초하여 출력 신호에 의해 구동되는 상기 내연 기관의 각 기통에 연료를 공급하는 인젝터와,상기 연료를 상기 인젝터 에 공급하는 고압 연료 공급계를 구비하고,상기 내연 기관의 각종 정보에 의해 고압 연료 공급계의 고장을 판정한 경우에는 연료압력이 저압의 연료 제어로 변환하여 내연기관을 운전하는 것을 특징으로 한다.
또한 청구항2의 발명은 흡입 공기량 또는 이에 해당하는 매개변수나 기관 회전 속도 등의 내연기관의 각종 정보를 근거로 하여 내연기관으로의 연료 공급량을 연산하는 전자 제어 유닛과,이 전자 제어 유닛의 연산 결과에 따라 출력 신호에 의해 구동되며 상기 내연기관의 각 기통에 연료를 공급하는 인젝터와,시동시 등에 상기 연료를 상기 인젝터에 공급하는 저압 연료 공급계와,상기 연료를 상기 인젝터에 공급하는 고압 연료 공급계와,상기 저압 연료 공급계와 상기 고압 연료 공급계통과를 변환하는 수단을 구비하며,상기 내연기관의 각종 정보에 의해 고압 연료 공급계의 고장을 판정한 경우에는 저압연료 공급계로 변환하여 내연 기관을 운전 하는 것을 특징 으로 한다.
청구항3의 발명은 내연기관의 시동 직후의 엔진 정지의 적산값에 의해 고압 연료계의 고장을 판정하는 것을 특징 으로 한다.
도1은 본 발명의 전제로 되는 통내 분사식 연료 제어 장치를 나타내는 개략도.
도2는 제1 실시예의 연료 공급계의 제어를 나타내는 흐름도.
도3은 제2 실시예의 연료 공급계의 제어의 일부를 나타내는 흐름도.
도4는 제3실시예의 연료 공급계의 제어의 일부를 나타내는 흐름도.
도5는 종래의 통내 분사식 연료 제어 장치를 나타내는 구성도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1:전자제어유닛 2:입력정보
3:인젝터 4:고압연료펌프
5:고압조정기 6:연료펌프
7:저압조정기 8:연료압변환솔레노이드
9:연료탱크
(실시예1)
우선 본 발명의 전제로 되는 통내 분사식 연료 제어 장치의 개략구성을 도1에 근거 하여 설명 한다.도면에 있어서 전자 제어 유닛(1)은 상호 쌍방향성 버스에 의해 접속된 ROM,RAM,CPU를 기본 구성으로 한 디지털 컴퓨터 이며,각종 센서로 부터 신호를 입력하기 위한 입력 포트와 각종 제어 대상을 구동하기 위한 출력 포트를 구비하고 있다.이 전자 제어 유닛(1)은 기관의 흡입 공기량 또는 이에 해당하는 매개변수나 기관 회전 속도,크랭크각도 위치,O2센서 신호 등의 각종 정보(2)에 근거하여 연료 공급량을 연산 한다.기관의 각 기통에 연료를 분사 공급하는 인젝터(3)는 전자 제어 유닛(1)의 연산 결과에 따라서 출력된 신호에 의해 구동되며,고압 연료 펌프(4)는 인젝터(3)에 대하여 고압 으로 가압한 연료를 압송하는 역할을 달성한다.고압 조정기(5)는 고압 연료 펌프(4)로 부터 토출된 연료의 압력을 조정한다.연료 펌프(6)는 연료탱크(9)내의 연료를 필터를 거쳐서 고압 연료 펌프(4)에 공급한다. 더욱이 이 연료 제어 장치는 고압 연료 펌프(4)에 공급된 연료의 압력을 조정하기 위한 저압 조정기(7)와,고압 조정기(5)를 바이패스(A)하기 위해 연료 통로를 변환하는 연료압 변환 솔레노이드(8)를 구비하며,고압 연료 펌프(4)는 기관에 의해 구동 되며 연료 펌프(6)는 전기적으로 구동 된다.
다음에 도1의 통내 분사식 연료 제어 장치에 의해 본 발명의 전제로 되는 연료 제어 장치의 일반적인 작동에 대해서 설명한다.
(저압제어모드)
기관을 시동하는 경우 전자제어 유닛(1)은 기관의 각종 정보(2)를 사용하여 시동을 판단하여 인젝터(3)를 구동하지만,기관에 의해 구동되는 고압 연료 펌프(4)는 이 시점에서는 가압 동작이 되지 않기 때문에 연료의 통로를 연료압 변환 솔레노이드(8)를 조작하여 바이패스 통로(A)로 변환 된다.따라서 인젝터(3)에는 전기적으로 구동되는 연료 펌프(6)에 의해 바이패스 통로를 경유하여 저압 조정기(7)로 조정된 저압의 연료가 공급된다.여기에서 통내(연소실)에 공급되는 연료량은 연료의 압력과 인젝터(3)의 밸브 개방 시간에 의해 결정 되기 때문에 전자 제어 유닛(1)은 연료의 압력(저압)에 대응한 밸브 개방 시간으로 되도록 구동 신호를 인젝터(3)로 출력한다.또한 구동의 타이밍은 연료의 압력이 저하하기 때문에 통내 압력이 저하하는 기관의 흡기 행정에서 분사되며,흡기공기와 혼합된 가연 재료가 다음의 압축행정으로 점화 된다.
(고압제어모드)
다음에 전자제어 유닛(1)은 기관의 각종 정보(2)에 의해 시동의 완료를 검출하고,이후의 제어를 저압제어 모드로 부터 고압 제어 모드로 변환한다.고압 제어 모드 에서는 연료압 변환 솔레노이드(8)를 조작하여 연료의 공급 통로를 시동 바이패스(A)로 부터 고압 조정기측(B)으로 변환되어 연료 펌프(6)로 부터 공급된 연료를 가압한 고압의 연료가 고압 연료 펌프(4)로 부터 인젝터(3)에 공급된다.이 높은 연료 압력을 이용하여 기관의 압축 행정에서 인젝터(3)를 구동하여 연료실내에 분사하여 성층 연소를 행한다.고압 제어 모드에서 인젝터(3)의 밸브 개방시는 저압시의 그것과 비교하여 언료압력이 높은 정도 짧게 된다.
이상과 같이 연료 제어 에서는 시동이 완료한 시점에서 저압 제어 모드로 부터 고압 제어 모드로 변환하여 제어 하고 있기 때문에 시동후의 고압 제어 모드에 있어서 연료의 압력이 고압으로 되지 않은 경우-예를 들면 고압 연료 펌프나 연료압 변환 솔레노이드 등의 연료계의 고장의 경우-에는 연료압력에 대하여 밸브 개방 시간이 짧아지기 때문에 연료량이 부족하여 기관이 정상으로 동작 하지 않고 주행 되지 않는 다고 하는 문제가 생긴다.
그래서 본 발명은 시동후에 있어서 연료압력이 고압으로 되지 않는 것을 검출하여 연료 공급계의 고장을 인식한 경우는 정상적인 저압 공급측을 사용하여 시동후에도 강제적으로 저압 제어 모드로 하는 것에 의해 기관의 운전 확보를 실현 하는 것이다.
연료 공급계의 고장을 검출하는 수단으로서 실시예 1에서는 시동후의 소정 시간내에서 기관 정지가 소정 회수 반복된 경우 연료가 고압으로 유지 되지 않는 다고하는 방법을 채용 한다.
다음에 실시예 1의 연료 공급계의 제어를 도2의 전자 제어 유닛(1)의 제어 흐름도에 기초하여 설명한다.
우선S101에 있어서 기관의 전원이 투입된 것을 검출 한다.다음에 S102에서 각종 기관 정보(2)에 의해 기관의 시동을 검출하고,연료 통로를 시동용 바이패스측(A)으로 변환하기 때문에 S103으로 연료압 변환 솔레노이드(8)를 구동하고,S104에서 저압 제어 모드로 기관의 연료 공급계의 제어를 행한다.또한 여기에서 저압 제어 모드시의 동작은 상술한 바대로 이다.
다음에 S105에서 각종 기관 정보(2)에 근거하여 시동이 완료했는 지를 판정한 후,S106에서 연료압 변환 솔레노이드(8)를 개방하여 고압 연료 펌프(4)에 연료를 공급하고,S107의 고압 제어 모드로 이행한다.이 고압 제어 모드 시의 동작은 상술한 바대로 이다.
고압 제어 모드로 이행한후 기관이 안정하여 운전하고 있는 경우,즉 엔진이 정지 하지 않는 경우는 S107 내지 S108에 의해 고압 제어 모드를 유지하여 성층 연소가 유지된다.또한 각종 기관 정보(2)를 사용한 각종 검출 및 판정에 대해서는 공지 이기 때문에 특히 설명 하지 않는다.또한 이상의 제어의 흐름은 일반적인 제어 이다.
실시예 1에서는 S107 에서 고압 제어 모드로 변환한후,S108 에서 엔진 정지 판정을 행하고 엔진이 정지 되지 않는 경우는 S107의 고압 제어 모드를 계속한다.엔진 정지 라고 판정한 경우는 S201에서 시동 판정 S105 로부터 소정 시간 경과 하였는 가를 비교한다.S201에서 소정 경과 시간은 통상의 엔진 정지와 연료계 고장에서의 엔진 정지를 구별하는 것이 가능한 값으로 설정된다.예를들면 운전자가 시동을 실패한 경우는 시동 판정으로 부터 빠른 시간에 엔진 정지에 도달하며 연료계의 고장의 경우는 비교적 시간이 경과한 후에 엔진 정지 하면 일단 거동을 이용하는 것이다.S201에서 시동후 소정 시간 경과한 엔진 정지 라고 판정한 경우는 S202에서 엔진 정지 회수 NS에 1을 가산하고,소정 시간 경과 하지 않는 엔진 정지라고 판단한 경우는 S203에서 엔진 정지 회수 NS를 리셋(NS=0)한다.S202 및 203은 엔진 정지의 연속성을 계산하는 것이다.연속한 엔진 정지 회수 NS는 일과성의 통상의 시동 실패와 구별하기 때문에 연료계 고장의 특징을 이용하여 그 검출의 확율을 높이는 값으로 설정 된다.
통상의 엔진 정지한 경우 운전자는 재차 시동 조작을 행하기 때문에 S102로 귀환하는 것으로 되어 S104에서 저압 제어 모드에서 시동시의 제어를 행함과 동시에 S204에서 엔진 정지 회수 NS가 소정값을 초월 하였는 가를 비교하여 초월하지 않는 경우는 상술한 통상의 제어 순차로 귀환하고,초월하는 경우는 S205에서 저압 제어 모드에서 운전을 계속한다.
(실시예2)
실시예1 에서는 연료 공급계의 고장을 검출하는 수단으로서 기관 시동후의 소정 기간 내에서의 기관 정지가 소정 회수 반복 되는 경우 연료가 고압으로 유지되지 않는 다고 판단 하도록 한 것이지만,실시예2 에서는 고압 연료 펌프의 토출측의 하류에 설치된 압력 센서에 의해 연료의 압력을 검출하여 연료 공급계의 고장을 판단한다.
도3은 실시예2의 연료 공급계의 제어 흐름도를 나타낸 것이며,도3의 S101로 부터 S108 까지는 기본적으로 도2의 연료 제어(일반 적인 제어)와 동일하다.
실시예2 에서는 S107에 의해 고압 제어 모드로의 제어중 S108에서 엔진이 정지 하는 가를 판정하여 엔진이 정지 하지 않는 경우는 S301에서 고압 연료 펌프(4)의 토출구로 부터 하류측에 설치한 연료의 압력을 검출 하는 압력 센서(도시 않음)의 지시값이 소정의 값 이하인가를 비교하고,소정값 이상 확보 하고 있는 경우는 고압 제어 모드 S107을 계속하고,S302에서 소정의 압력값을 설정한 소정 시간을 하회하고 있다고 판정한 경우는 연료계의 고장 으로서 S303의 저압 제어 모드로 변환하여 제어한다.
(실시예3)
실시예2는 기관 시동후의 통상 운전 상태에 있어서 연료계가 고장난 경우의 제어의 일예이지만,시동 직후에 연료계의 고장을 판정하는 방법을 도4를 사용하여 설명한다.도4의 S101 로부터 S108 의 동작은 실시예1의 일반적 제어의 흐름과 동일하다.
S105에서 시동이 완료한 것을 검출한후 S106에서 연료압 변환 솔레노이드(8)를 개방하여 연료의 바이패스 통로를 폐쇄하는 조작을 행한다.이후 S401에서 고압 연료 펌프(4)의 토출구 보다 하류측에 설치된 연료의 압력을 검출하는 압력 센서(도시 않음)의 지시값이 소정의 값 이하 인가를 비교하고,소정값 이상 확보 하고 있는 경우는 통상대로 S107에서 고압 제어 모드로 하지만,S401에서 검출된 연료 압력이 소정값을 하회하고 있는 경우는 연료계의 고장으로서 S402에서 연료압 변환 솔레노이드(8)를 구동하여 재차 바이패스통로(A)를 변환하여 S403의 저압 제어 모드로 제어한다.
이상과 같이 본 발명은 연료계의 고장을 검출하는 수단을 설치함과 동시에 연료계통의 고장을 검출한 경우에 저압 제어 모드로 제어하도록 구성한 것이며,특히 고압의 연료계통의 고장이 발생하여도 종래와 같은 주행불능을 회피하여 운전을 계속 하는 것이 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 흡입 공기량 또는 이에 해당하는 매개변수나 기관 회전속도 등의 내연기관의 각종 정보를 기초로 내연기관 으로의 연료 공급량을 연산하는 전자제어 유닛과,상기 전자 제어 유닛의 연산 결과에 근거하여 출력 신호에 의해 구동되는 상기 내연 기관의 각 기통에 연료를 공급 하는 인젝터와,상기 연료를 상기 인젝터에 공급하는 고압 연료 공급계를 구비하는 통내 분사식 연료 제어 장치에 있어서,
    상기 내연 기관의 각종 정보에 의해 고압 연료 공급계의 고장을 판정한 경우에는 연료압력이 저압의 연료 제어로 변환하여 내연 기관을 운전하는 것을 특징으로 하는 통내 분사식 연료 제어 장치.
  2. 흡입 공기량 또는 이에 해당하는 매개변수나 기관 회전속도 등의 내연기관의 각종 정보를 기초로 내연기관 으로의 연료 공급량을 연산하는 전자제어 유닛과,상기 전자 제어 유닛의 연산 결과에 근거하여 출력 신호에 의해 구동되는 상기 내연 기관의 각 기통에 연료를 공급 하는 인젝터와, 시동 시에 상기 연료를 상기 인젝터에 공급하는 저압 연료 공급계와, 상기 연료를 상기 인젝터에 공급하는 고압 연료 공급계와, 상기 저압 연료 공급계와 상기 고압 연료 공급계를 변환하는 수단을 구비하는 통내 분사식 연료 제어 장치에 있어서,
    상기 내연 기관의 각종 정보에 의해 고압 연료 공급계의 고장을 판정한 경우에는 저압연료 공급계로 변환하여 내연 기관을 운전하는 것을 특징으로 하는 통내 분사식 연료 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,상기 내연 기관의 시동 직후의 연료 정지 회수의 연산값에 의해 고압 연료계의 고장을 판정하는 것을 특징으로 하는 통내 분사식 연료 제어 장치.
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