KR100228143B1 - 금속 실린더 헤드 개스킷 - Google Patents

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KR100228143B1
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독토 레르히너
엘링 크링거 게엠베하
독토 볼프
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Abstract

본 발명은 실린더 라이너(12)를 구비한 내연기관용 금속 실린더 헤드 개스킷에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 내연기관의 연소실(combustion chamber)에 대응하여 나란히 배열된 복수의 개국(3)을 갖는 적어도 하나의 커버 평판(flat cover plate, 1, 1')과 적어도 하나의 캐리어 평판(flat carrier plate, 2, 2')을 포함하는 금속 실린더 헤드 개스킷으로서, 각각의 커버 평판에 각 개구(3)를 둘러싸고 개구의 가장자리로부터 거리를 두고 배치된 1개의 비드(8)와 비드를 중심으로 하여 배치되고 연소공간의 상방 확장과 비드용 변형 제한자(limiter)로서 작용하는 환형(環形)의 두꺼운 부분(thickened portion)가 제공됨을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 개스킷에 관한 것이다. 개스킷은 실린더 라이너를 가진 내연기관에 적합해서 링(10)이나 적어도 하나의 캐리어 평판(2, 2')에 의해 형성된 각각의 두꺼운 부분을 그것들이 라이너 칼라(13)를 지탱하는 방법으로 적절한 개구(3)로부터 벗어난 각각의 비드(8) 한면에 맞도록 설치한다.

Description

금속 실린더 헤드 개스킷
제1도는 본 발명의 첫번째 구현예의 실린더 헤드 개스킷의 평면 개략도이다.
제2도는 실린더 헤드 개스킷과 그 아래 위치한 실린더 블럭을 보여주는 제1도의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도이다.
제3도는 본 발명의 두번째 구현예의 실린더 헤드 개스킷의 평면 개략도이다.
제4도~제8도는 제1도의-선 단면에서 실린더 헤드 개스킷의 다른 구현예를 보여주는 단면도이다.
제9도와 제10도는 하부 공간을 갖는 실린더 라이너를 구비한 내연기관에 장착한 상태에서 실린더 헤드 개스킷의 구현예를 각기 보여주는 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 커버 평판(cover plate) 2 : 캐리어 평판(carrier plate)
3 : 개구 4 : 나사홀
5 : 실리더 블럭 6~7 : 관통개구
8 : 비드(bead) 10 : 링
11 : 실린더 보어(cylinder bore) 12 : 실린더 라이너(cylinder liner)
13 : 라이너 칼라(liner collar) 15 : 중첩 영역(overlapping area)
16 : 환(環)부(annular section) 17 : 직각의 굴곡부
18 : 환형(環形) 인레이(annular inlay) 19 : 실린더 헤드(cylinder head)
본 발명은 실린더 라이너를 구비한 내연기관용 금속 실린더 헤드 개스킷에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 내연기관의 연소실(combustion chamber)에 대응하여 나란히 배열된 복수의 개구를 갖는 적어도 하나의 커버 평판(flat cover plate)과 적어도 하나의 캐리어 평판 (flat carrier plate)을 포함하는 금속 실린더 헤드 개스킷으로서, 각각의 커버 평판에 각 개구를 둘러싸고 개구의 가장자리로부터 거리를 두고 배치된 1개의 비드와, 비드를 중심으로 하여 배치되고 연소공간의 상방 확장과 비드용 변형 제한자(limiter)로서 작용하는 환형(環形)의 두꺼운 부분(thickened portion)이 제공됨을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 개스킷에 관한 것이다.
유럽특허 0 306 766호 및 0 230 804호에는 적어도 하나의 비드 커버 평판과 함께 캐리어 평판이 작동판으로 제공되는 내연기관용 금속 실린더 헤드 개스킷이 개시되어 있다. 내연기관의 실린더 헤드와 실린더 블럭 사이를 밀봉하는 실링 갭은 작동중에 고려하고 있는 각각의 실린더의 작동 싸이클의 함수로서 변화하기 때문에, 개스킷은 압력하에 일정하게 변해야 하며 만족할 만한 밀봉을 유지하기 위해 항구적인 탄성(resilience)을 가져야 한다.
이때 밀봉은 연소공간을 따라 실린더 헤드 개스킷의 상방 확장과 그 뒤에 위치한 비드에 의해 이루워진다. 비드는 스프링 성분으로 작용하고, 발화(ignition)압력의 결과로 발생하는 실린더 블럭에 대한 실린더 헤드의 수직 상대 운동을 따른다.
한편, 비드에 최대 부하가 가해졌을때는 수용할 수 없을 정도의 큰 변형이 발생하지 않아야 하며, 반면 이완(release)은 완전히 일어나는 것이 아니라, 발생되는 연소공간의 최대 압력하에서 최소의 변형이 필요한 밀봉을 확실하게 할 수 있을 정도로만 일어나야만 한다. 비드의 작동범위는 이들 변형의 두 한계점 사이에 놓인다.
그러므로, 비드의 기능을 확실하게 하기 위해서, 비드는 개스킷을 설치중이나 동작중에 완전하게 변형되어서는 안된다. 공지의 개스킷에서는 개스킷의 평판에 대하여 수직으로의 비드의 수용할 수 없을 정도의 큰 변형을 일정 두께의 변형 제한자에 의해 방지되며, 이 변형 제한자는 연소공간을 따라 상방으로 개스킷을 확장하는 기능을 한다. 그러나, 상기한 개스킷들은 개스킷이 내부에 고정될때나 고정된 상태에서 발생하는 수직의 힘들이 연소공간의 가장자리에 가해지고, 이에 의해 실질적으로 실린더 라이너에 가해져 틸팅 모멘트(tilting moment)가 일어나기 때문에 실린더 라이너를 구비한 내연 기관용으로는 부적합하다. 이것은, 특히 인접한 실린더 보어(bore)들 사이의 거리가 작은 경우에 발생한다.
본 발명의 목적은 실린더 라이너들을 구비한 내연기관에 적합한 실린더 헤드 개스킷을 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 두꺼우 부분이 링 및 적어도 하나의 캐리어 평판으로 형성되며, 상기 두꺼운 부분이 인접 개구로부터 떨어져 마주하는 각각의 비드의 측부에 제공되어 라이너 칼라(liner collar)상에서 지탱되는 개스킷에 의해 달성된다.
이러한 구성에 의해 개스킷이 실린더 헤드와 실린더 블럭 사이에 고정(clamped)될 때 발생하는 수직의 힘은 라이너 칼라를 거쳐 실린더 블럭에 가해지므로 부가적인 틸팅 모멘트는 발생하지 않는다.
본 발명의 구성은 복수개의 연소실(combustion chamber)을 형성하는 실린더 블록을 가지고 있는 복수개의 내연기관에 사용되고, 상기 각 연소실에 배치된 실린더 라이너(linear)가 원통형 연소 공간을 형성하고, 상기연소 공간의 제1개구 끝 쪽으로 연장하는 칼라(collar)를 가지고 있는 금속 실린더 헤드 개스킷으로서 최외측의 제1커버 평판, 상기 커버 평판을 관통해서 대략 평행한 축을 형성하는 복수개의 원형 개구를 가지고 있고, 상기 개구는 상기 내연기관의 각 연소 공간의 동축이 되게 간격을 두고 배치되고, 상기 커버 평판은 상기 각 개구와 동축으로 상기 개구들 주위에서 연장되는 통합(integral) 탄성 비드를 가지고 있고, 상기 비드는 직경이 상기 각 개구의 직경을 초과하며, 이에 의해 상기 비드는 상기 개구의 가장자리(edge)로 부터 간격을 두고 배치되며, 적어도 하나의 제1캐리어(carrier)평판 및 상기 개스킷이 실린더 헤드(head)와 상기 내연기관의 실린더 블록 사이에서 조여질 때, 상기 내연기관의 연소 공간의 외주면으로 연장하는 링 실(ring seal)을 형성하도록 상호작용하는 상기 제1캐리어 평판 및 커버 평판의 상기 탄성 비드 및 상기 개스킷의 일반적인 링 형상의 변형 제한 영역을 형성하는데 상기 커버 평판과 상기 캐리어 평판에 상호작용하는 수단, 상기 커버 평판과 상기 캐리어 평판의 조합 두께를 초과하는 상기 커버 평판, 상기 캐리어 평판 및 상기 커버 평판의 상기 원형 개구의 축에 평행한 방향으로 측정된 상기 변형 제한 영역의 조합 두께, 상기 각 탄성 비드 주위의 적어도 일부에 대해서 동축으로 배열되고, 이 일부쪽으로 연장된 상기 변형 제한 영역, 상기 커버 평판의 개구에 대해서 방사상으로 외부로 상기 비드와 결합된 거리보다 긴 거리로 간격을 두고 있는 상기 변형 제한 영역, 상기 내연기관의 상기 실린더 라이너의 상기 칼라의 등록시에(in registration with) 적어도 일부가 상기 변형 제한 영역의 위치 결정에 선택되는 상기 외부 공간, 상기 탄성 비드의 변형을 제한하기 위해 상기 커버 평판과 상기 캐리어 평판과 상호작용하고, 이에 의해 상기 비드의 영역에서 상기 개스킷의 두께를 최소화하는 상기 일반적인 링 형상의 변형 제한 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 개스킷에 의하여 달성된다.
본 발명의 다른 구현예들은 다음의 설명과 청구항들에 의해 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면에 나타낸 본 발명의 예시적인 구현예(고정되지 않은 상태를 나타냄)에 대해 보다 상세하게 설명한다.
제1도와 제2도에 나타낸 다중층(multi-layer)실린더 헤드 개스킷은 작동층으로서의 커버 평판1과 캐리어 평판2를 포함하고 있다. 개스킷, 즉 커버 평판1과 캐리어 평판2에는 줄에서 나란히 배열되 있고 각각의 내연기관의 연소공간에 대응하여 1열로 배열된 개구 3과 실린더 헤드와 실린더 블럭 5를 고정하는데 사용하는 나사홀(screw holes)4 및 냉각수나 오일을 위한 관통개구 6, 7이 설치된다.
커버 평판 1은 일반적으로 스프링강으로 제조되거나 다른 평판이며, 각각의 개구3의 가장자리부의 평판부 9로부터 거리를 두고 위치하고 캐리어 평판 2방향으로 형성된 비드 8이 설치된다. 또한 커버 평판 1에는 관통 개구 6, 7과 나사홀 4를 둘러싸고 반쪽 비드(half bead)가 일반적으로 제공된다.
캐리어 평판 2에는 개구 3으로부터 떨어져 대향하는 쪽으로 개구 3을 중심으로, 따라서 비드 8을 중심으로 링 10이 배열된다. 링 10은 안경 모양으로 서로 교차하여 연결된다. 실린더 블럭 5는 실린더 라이너 12가 삽입된 실린더 보어(cylinder bore) 11을 갖고 있다. 실린더 라이너 12에는 실린더 헤드쪽을 라이너 칼라(liner collar) 13이 설치된다. 링 10은 라이너 칼라 13상에서 지탱되도록 설치되며, 이렇게 하여 실린더 헤드와 실린더 블럭 5사이에 개스킷이 고정될때 발생하는 수직의 힘이 라이너 칼라 13을 경유하여 실린더 블럭 5에 가해지며, 부가적인 틸팅 모멘트는 발생하지 않는다. 이때 링 10은 특정의 방법으로 실링력을 적용하기 위해서 연소공간을 상방으로 확장시키는데 사용되며, 비드 8의 변형 제한자로 작용하여 비드의 스프링 움직임을 제한한다.
제1도와 제2도에 나타낸 구현예에서 각 경우에 링 10의 인접한 두개의 링은 서로 접속되어 공통 웨브(web) 14를 형성하며, 웨브 14는 인접한 개구 3을 둘러싸고 있는 두개의 인접한 비드 8사이에 위치한다.
제3도에 나타낸 구현예에서, 실린더 보어는 상호간에 매우 근접하게 배열되며, 전기한 구현예의 링 10의 공통 웨브 14가 없고, 따라서 상방 확장은 공통 웨브 없이 이루워지며, 비드 8은 두개의 인접한 개구 3 사이의 영역에서 서로 결합하여 단일 비드를 형성한다.
제4도에 나타낸 구현예에서, 링 10은 커버 평판 1로부터 떨어져 대향하는 캐리어 평판 2측에 위치해 있다. 이때 개구 3은 캐리어 평판 2가 대략 비드 8의 외측(개구 3에 대해)까지만 연장될 정도로 캐리어 평판 2의 영역에서 커진다. 반면에 개구 3의 가장자리에 있는 링 10은 커버 평판 1과 근접하게 되거나 중첩 영역 15에서 캐리어 평판 2와 겹쳐져서 두꺼운 부분(thickened portion)을 형성한다. 이 두꺼운 부분은 비드 8의 외측에 위치하여, 특정의 방법으로 실링력을 가하기 위해 연소공간을 상방으로 확장시키고 비드 8의 변형을 제한하여 비드의 스프링 운동을 제한하는 작용을 한다.
개스킷을 고정한 상태에서 비드 8은 링 10에 의해 지지되며 그 결과 캐리어 평판 2는 제한된 정도로만 변형될 수 있고 압력을 받아 납짝해지지 않게 된다. 편의상 캐리어 평판 2와 링 10은 대략 같은 두께로 형성된다.
제5도에 나타낸 구현예에서는, 부가적으로 비드 커버 평판 1'가 제공되며, 커버 평판 1에 대해 거울쌍으로 배열된다.
여기서, 커버 평판 1과 1' 사이의 중첩 영역 15의 대칭 배열을 이루기 위해, 링 10을 직각으로 구부릴 수 있다.
제6도에 나타낸 구현예에서, 더 두꺼운 캐리어 평판 2'가 부가적으로 제공되고 캐리어 평판 2'는 편의상 중첩 영역 15에서 환(環)부 16을 갖는다.
환(環)부 16은 동일 방향으로 직각으로 구부러진 두 굴곡부로 형성되어 있으며, 대략 캐리어 평판 2의 두께만큼 캐리어 평판 2'에 대해 치우쳐져 있어 개스킷이 고정될때 중첩 영역 15에서 캐리어 평판 2를 어느 정도까지는 수용할 수 있다. 여기서, 커버 평판 1의 비드 8은 환(環)부 16에 의해 과대한 확장이 방지되며, 커버 평판 1'의 비드 8은 중첩 영역 15에 의해 과대한 확장이 방지된다.
제7도에 나타낸 구현예에서 링 10은 캐리어 평판 2'(캐리어 평판 2는 없음)의 환(環)부 16에 의해 부분적으로 접착되어 있다. 그 결과 링 10과 함께 캐리어 평판 2'는 캐리어 평판 2'의 양측에서 상방으로 확장 돌출되어 있고 상방 확장에 의해서 연소공간의 상방 확장과 개구 3으로부터 떨어져 있는 비드 8측에서의 비드 보호가 이루워진다.
제8도에 나타낸 구현예에서 거울쌍 방식으로 배열된 2개의 캐리어 평판 2'에는 역시 거울쌍으로 형성된 환(環)부 16이 제공되며, 환(環)부 16사이에 링 10이 삽입된다. 그 결과, 캐리어 평판 2'의 양측에서 돌출하여 상방 확장이 이루워지고, 상방 확장에 의해서 연소공간의 상방 확장과 개구 3으로부터 떨어져 있는 비드 8측에서의 비드 보호가 이루워 진다.
제6도~제8도에서 환(環)부 16은 링 10과 같이 실린더 보어 스페이싱에 대응하는 웨브 14를 구비하거나 구비하지 않거나 하여, 안경형상의 배치를 이룬다.
링 10은 예를 들면 용접(welding)이나 본딩(bonding)으로 캐리어 평판 2와 2'에 편의상 부착한다. 개스킷의 개개의 평판 표면은 적당한 경우, 그 일부 또는 전체에 걸쳐 탄성체 코팅(elastomer coating)이나 경금속(softener metal) 코팅된다.
제9도에 나타낸 실린더 헤드 개스킷의 구현예는 제7도에 나타낸 개스킷과 본질적으로 대응되고 캐리어 평판 2는 얇아지고 부가적으로 각각의 개구 3에 인접한 직각의 굴곡부 17이 제공되며, 캐리어 평판 2에서 직각으로 굴곡되고 개구 3을 둘러싸고 있는 영역에는 환형의 인레이(inlay) 18이 제공된다.
이런 방식으로 두꺼워지는 것은, 링 10과 캐리어 평판 2에 의해 형성된 두꺼운 부분이 두께에 최대한 같아지며 개구 3의 인접한 영역에서 연소 잔류물의 퇴적을 방지하며 실린더 블럭 5와 실린더 헤드 19가 고정될 때 비드 8의 정확한 스프링 압축을 일으킨다. 그러나 개스킷이 실린더 헤드 19와 실린더 블럭 5사이에 개스킷이 고정될 때 발생하는 수직의 힘은 부가적인 틸팅 모멘트의 발생없이 라이너 칼라 13을 거쳐 실린더 블럭 5에 작용한다.
두꺼운 부분의 두께는 실린더 라이너 12의 라이너 칼라 13의 상부 공간이나 하부공간(하부 공간이 도시되어 있음)을 보충하도록 설정된다.
제10도에 나타낸 구현예에서, 각각의 링 10은 캐리어 평판 2에서 비드 8의 외측면의 각각의 개구 3에서 끝나는 가장자리 전체를 접어 포개서(가능하면 직각으로 구부림) 형성된다. 연소공간에서, 환형이 인레이 18은 제9도에 나타낸 구현예와 동일한 목적으로 비드 8에 인접하여 삽입된다.

Claims (12)

  1. 복수개의 연소실(combustion chamber)을 형성하는 실린더 블록을 가지고 있는 복수개의 내연기관에 사용되고, 상기 각 연소실에 배치된 실린더 라이너(linear)가 원통형 연소 공간을 형성하고, 상기연소 공간의 제 1개구 끝 쪽으로 연장하는 칼라(collar)를 가지고 있는 금속 실린더 헤드 개스킷에 있어서, 상기 금속 실린더 헤드 개스킷은, 최외측의 제1커버 평판, 상기 커버 평판을 관통해서 대략 평행한 축을 형성하는 복수개의 원형개구를 가지고 있고, 상기 개구는 상기 내연기관의 각 연소 공간과 동축이 되게 간격을 두고 배치되고, 상기 커버 평판은 상기 각 개구와 동축으로 상기 개구들 주위에서 연장되는 통합(integral) 탄성 비드를 가지고 있고, 상기 비드는 직경이 상기 각 개구의 직경을 초과하며, 이에 의해 상기 비드는 상기 개구의 가장자리(edge)로부터 간격을 두고 배치되며 적어도 하나의 제1캐리어(carrier)평판, 상기 개스킷이 실린더 헤드(head)와 상기 내연기관의 실린더 블록 사이에서 조여질 때, 상기 내연기관의 연소 공간의 외주면으로 연장하는 링 실(ring seal)을 형성하도록 상호작용하는 상기 제1캐리어 평판 및 상기 커버 평판의 상기 탄성 비드, 상기 개스킷의 일반적인 링 형상의 변형 제한 영역을 형성하는데 상기 커버 평판과 상기 캐리어 평판에 상호작용하는 수단, 상기 커버 평판과 상기 캐리어 평판의 조합 두께를 초과하는 상기 커버 평판, 상기 캐리어 평판 및 상기 커버 평판의 상기 원형 개구의 축에 평행한 방향으로 측정된 상기 변형 제한 영역의 조합 두께, 상기 각 탄성 비드 주위의 적어도 일부에 대해서 동축으로 배열되고, 이 일부쪽으로 연장된 상기 변형 제한 영역, 상기 커버 평판의 개구에 대해서 방사상으로 외부로 상기 비드와 결합된 거리보다 긴 거리로 간격을 두고 있는 상기 변형 제한 영역, 상기 내연기관의 상기 실린더 라이너의 상기 칼라의 등록시에(in registration with) 적어도 일부가 상기 변형 제한 영역의 위치 결정에 선택되는 상기 외부 공간, 상기 탄성 비드의 변형을 제한하기 위해 상기 커버 평판과 상기 캐리어 평판과 상호작용하고,이에 의해 상기 비드의 영역에서 상기 개스킷의 두께를 최소화하는 상기 일반적인 링 형상의 변형 제한 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 개스킷.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 일반적인 링형상의 변형 제한 영역이 스펙타클 방식으로 서로 통합 접속되는 것을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 개스킷.
  3. 제2항에 있어서, 상기 변형 제한 영역의 적어도 일부는 상기 인접한 개구들 사이의 지역에서 공통 부분을 공유하는 것을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 개스킷.
  4. 제2항에 있어서, 상기 변형 제한 영역은 상기 인접한 개구들 사이 지역에서 비연속적인 것을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 개스킷.
  5. 제1항에 있어서, 상기 캐리어 평판은 복수개의 개구를 형성하고, 상기 캐리어 평판 개구는 관련된 커버 평판 개구와 축 방향으로 일렬로 나열되어 있고, 상기 각 캐리어 평판 개구는 상기 연합한 커버 평판 개구 주위로 연장된 상기 비드의 외측 직경과 적어도 같은 직경을 갖고 상기 변형 제한 영역을 한정하기 위한 수단은 상기 캐리어 평판과 적어도 부분적으로 중첩되는 링 부재를 갖고, 상기 각 링 부재는 상기 캐리어 평판의 개구의 가장자리에 실질적으로 동일 면에 배치된 것을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 개스킷.
  6. 제5항에 있어서, 상기 링 부재는 캐리어 평판과 통합된 것을 특징으로하는 금속 실린더 헤드 개스킷.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1캐리어 평판은 평면이고, 상기 평면에 관하여 갈라져 나온 환상 부분을 갖고, 상기 환상부분은 상기 변형 제한 영역 및 상기 커버 평판의 사이에 배치되어 있고, 상기 변형 제한 영역을 부분적으로 수용하는 것을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 개스킷.
  8. 제7항에 있어서, 상기 변형 제한 영역에서의 상기 개스킷의 두께는 상기 환상 부분 및 상기 변형 제한 영역의 두께의 조합에 의하여 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 개스킷.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1캐리어 평판 환상 부분과 적어도 부분적으로 중첩되는 제2캐리어 평판을 포함하고, 상기 변형 제한 영역은 적어도 제2캐리어 평판과 중첩되도록 배열되고 상기 커버 평판의 상기 개구의 가장자리에서 플러시(flush)되는 것을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 개스킷.
  10. 제8항에 있어서,제1캐리어 평판과 거울상 대칭인 제2캐리어 평판을 추가로 포하하고, 상기 두 캐리어 평판은 상기 변형 제한 영역이 상기 환형 부분의 사이에 수용되는 것을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 개스킷.
  11. 제1항에 있어서, 상기 캐리어 평판은 제1평면을 형성하고, 상기 커버 평판 개구과 축방향으로 일렬로 나열되어 배치된 개구가 제공되어 있고, 상기 캐리어 평판 개구는 각 직경을 갖고, 상기 변형 제한 영역은 상기 제1평면과 실질적으로 평행한 제2평면에 상기 캐리어 평판이 포개진 부분에 의하여 형성되고, 상기 포개진 부분은 상기 캐리어 평판 개구의 직경을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 개스킷.
  12. 제1항에 있어서, 상기 캐리어 평판의 두께와 같이, 상기 변형 제한 지역의 두께의 최고치와 대응하는 두께를 갖는 환형 인레이(inray)를 포함하고, 상기 인레이는 상기 커버 평판 개구와 인접한 곳에 위치하는 것을 특징으로 하는 금속 실린더 헤드 개스킷.
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