KR100287308B1 - 유압 설정 장치 - Google Patents

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KR100287308B1
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hydraulic
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헬무트램볼트
마틴뮐러
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

유압 설정 장치(10)는 그 압력 공간(14, 18)이 펌프(17)에 의해 작동될 수 있는 차동실린더(11)를 갖는다. 펌프와 2 개의 압력 공간(14, 18)사이의 압력 도관(15, 19)은 제어 도관(29, 33)에 의해 제어 밸브(31)에 연결된다. 제어 밸브의 대응의 작동에 의해 압력 매체를 누설시키므로써 압력 공간(14, 18)에 부분 압력이 설정될 수 있다.

Description

[발명의 명칭]
유압 설정 장치
[종래기술]
본 발명은 청구범위 제 1 항에 기재된 일반적인 형태의 유압 설정 장치에 관한 것이다. 미국 특허 제 3,516,331 호에는 차동피스톤의 대형 압력 작용면에 관련된 압력 공간이 3/2 웨이 밸브(3/2-way valve)에 의해 제어되는 차동실린더를 갖는 유압 설정 장치가 기재되어 있다. 조절 작용을 제공하는 압력 편차는 3/2 웨이 밸브를 펄스작동시키므로써 2 개의 압력 공간에 발생될 수 있다. 이러한 유압 설정 장치는 차동피스톤이 정지했을 때(즉, 움직이지 않을 때), 압력 공간에 매우 높은 압력이 존재하게 되며 이러한 압력은 조정 압력 보다 작지 않거나 또는 약간 작다. 이러한 이유로 인하여 차동피스톤의 고정 위치(정지 위치)에서는 높은 에너지 소모가 필요하게 되며, 이것은 유압 설정 장치의 작동 비용의 증가를 초래한다.
이러한 단점을 피할 수 있는 유압 설정 장치가 독일 공개공보 제 40 37 824 호에 기재되어 있다. 이러한 공지의 유압 설정 장치에 있어서, 차동실린더의 대형 피스톤 면적에 배치된 압력공간은 전자식으로 작용되는 제어 밸브에 의해 작동된다. 상기 제어 밸브는 그 중앙 위치에서 네거티브 오버랩(negative overlap)을 갖는 형태를 취하고 있다. 이것은 차동피스톤의 압력 공간에서의 압력이 거의 일정하게 되는 방식으로 또한 차동피스톤의 정지 위치에서는 지지 압력이 조정 압력보다 작게되는 방식으로 작동된다. 이러한 유압 설정 장치는 예를 들어 내연기관에서 캠축을 크랭크축에 대해 조절하는 장치를 작동시키기 위해 사용된다(독일 공개공보 제 36 16 234 호). 제어 밸브의 단부 위치에서 복귀 연결부에 대해 압력 이송 연결부를 안전하게 밀봉하기 위해 때로는 상기 제어 밸브의 밸브 요소들을 위해 좁고 긴 안내갭(guide gap)이 필요할 경우가 있다. 이러한 이유로 인하여, 제어 밸브는 그 환경에서는 먼지에 민감하게, 즉 밸브의 기능이 먼지 압력 매체(내연기관 엔진 오일)의 경우에 부여될 수 있다. 또한 이러한 제어 밸브는 작은 공차가 필요하기 때문에 제조 경비가 많이 소요된다.
[발명의 장점]
청구범위 제 1 항의 특징적 구성을 갖는 본 발명에 따른 유압 설정 장치는 차동피스톤의 조정 작용이 발생하지 않을 때 손실없이 작동가능하며 그 구성이 간단하고 제어밸브가 먼지에 민감하지 않다는 장점을 갖는다.
본 발명의 기타 특징 및 장점은 발명의 상세한 설명과 하기 청구범위에 기재되어 있다.
하기 상세한 설명 및 도면에는 본 발명의 2 개의 실시예가 상세히 기재 및 도시된다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 유압 설정 장치의 제 1 실시예를 도시한 도면.
제2도는 유압 설정 장치의 펌프를 도시한 도면.
제3도는 유압 설정 장치의 제어 밸브를 길이 방향으로 도시한 단면도.
제4도는 유압 설정 장치의 제 2 실시예를 도시한 도면.
[실시예의 설명]
제 1 도에 도시된 유압 설정 장치(10)는 차동피스톤(12, 13)을 갖는 차동실린더(11)를 구비하고 있다. 차동피스톤(12)의 대형 피스톤 면적에서의 압력 공간(14)은 압력 도관(15)을 통하여 제 2 도에 상세히 도시된 펌프(17)의 펌프 작동 공간(16)에 연결된다. 차동피스톤(12)의 소형 피스톤 면적에서의 압력 공간(18)은 압력 도관(19)을 통하여 제 1 펌프 작동 공간(16)과는 대향방향에서 작동하는 펌프(17)의 작동 공간(20)에 연결된다.
펌프 작동 공간(16)에는 압력 도관(15)내로 개방된 공급도관(21)을 통하여 압력매체가 공급된다. 압력매체가 압력 매체원(PM)에서 펌프 작동 공간(16)으로 흐를 때 개방되는 비복귀 밸브(22)는 상기 공급도관(21)내에 삽입된다. 펌프 작동 공간(20)은 유사한 방법으로 비복귀 밸브(25)를 가지며 압력매체 도관(19)내에 개방되는 공급 도관(24)에 의해 압력매체원(PM)에 연결된다. 압력매체원(PM)은 예를 들어 내연기관의 윤활유 공급부나 압력매체 공급부를 위한 장치일 수도 있다.
압력매체가 펌프 작동 공간으로부터 압력 공간으로 흐를 때 개방되는 비복귀 밸브(26, 27)는 공급 도관(21, 24)사이의 압력도관(15, 19)과 압력 공간(14, 18)에 각각 배치된다.
제 3 도에 상세히 도시된 제어 밸브(31)의 연결부(30)에 연결되는 제어 도관(29)은 비복귀 밸브(26)와 압력 공간(14)사이의 압력 도관(15)으로부터 분기된다. 양호한 실시예에서 제어 밸브(31)는 3/2 웨이 시트 밸브이며, 비복귀 밸브(27)와 압력 공간(18)사이의 압력 도관(19)내에서 개방되는 제어 도관(33)은 3/2 웨이 시트 밸브의 제 2 연결부(32)로부터 돌출된다. 제어 밸브의 제 3 연결부는 복귀부(34)의 형태를 하고 있으며 용기(35)에 연결된다.
제 2 도에 개략적으로 도시된 펌프(17)는 반대 방향으로 작동하며 예를 들어 내연기관의 캠축으로부터 구동축(36)에 의해 구동되는 피스톤을 갖는 라디얼 피스톤 펌프이다. 차량의 캠축을 그 크랭크축에 대해 조정하기 위해 유압 설정 장치가 사용될 때(독일 공개공보 제 36 16 234 호), 예를들어 캠축은 펌프의 구동축으로 직접 사용될 수 있다. 2 개의 펌프 작동 공간(16, 20)은 서로에 대해 약 180°로 오프셋되며, 그 피스톤(37, 38)은 구동축(36)상에 배치된 편심부(40)에 의해 구동된다.
제 3 도에 도시된 제어 밸브(31)는 중앙 구멍(43)이 배치된 단부(42)에 거의 컵 형태의 하우징(41)을 갖는다. 2개의 슬리브형 연장부(44, 45)는 상기 단부(42)로부터 돌출되며, 상기 연장부(44)는 하우징(41)의 내측으로 돌출되며, 연장부(45)는 반대 방향으로 돌출된다. 연장부(44, 45)는 그 내부 공간과 구멍이 원통형 밸브 공간(46)을 형성하는 치수를 갖는다.
함몰부(48)는 연장부(45)의 자유 단부면으로부터 연장되어 단부면과 접촉하고 있는 캡(49)에 의해 그 한쪽 단부에서 폐쇄된다. 함몰부(48)는, 밸브 공간(46)내에 삽입되어 비자성물질로 제조된 슬리브(47)까지 연장된다. 슬리브(47) 및 연장부(45)는 제어 밸브의 복귀부(34)에 연결된 횡단 구멍(50)에 의해 관통되어 밸브 공간(46)을 용기(35)에 연결한다.
하우징(41)은 비자성물질의 원통형 커버(51)로 둘러싸인다. 상기 원통형 커버(51)는 하우징을 지나서 상부를 향하여 돌출되어 캡(52)에 의해 폐쇄되므로써 아마츄어 공간(53)을 형성한다.
슬리브형 연장부(44)를 둘러싸며 그 내경이 연장부(44)의 외경보다 큰 자석 코일(54)은 하우징(41)의 내부에 삽입된다. 압축 스프링(56)은 자석 코일(54)과 연장부(44)사이에 형성된 환형 공간(55)에 삽입된다. 상기 압축 스프링(56)의 한쪽 단부는 하우징의 단부(42)와 접촉하고 있으며 다른쪽 단부는 아마츄어 공간(53)에 배치된 디스크형 플랫 아마츄어(57)와 접촉하고 있다.
상기 플랫 아마츄어(57)는 슬리브(47)에서 안내되는 기본적으로 원통형인 밸브 요소(59)와 함께 작동한다. 밸브 요소(59)의 길이는 캡(49, 52)사이의 거리 보다 짧다. 밸브 요소(59)는 플랫 아마츄어(57)의 중심을 관통하여 이에 단단히 연결된다. 캡(52)을 향하여 대면하고 있는 그 단부면상에서 밸브 요소는 작은 직경의 계단부(60)를 갖는다. 계단부(60)의 자유 단부면은 캡(52)에서 밸브 시트 형태의 구멍(62)과 작용하며, 상기 구멍(62)은 제어 도관(33)에 연결된다.
밸브 요소(59)주위에서 플랫 아마츄어(57)는 압력 매체를 관통하도록 사용되는 복수개의 규칙적으로 배치된 구멍(65)에 의해 관통된다.
캡(49)을 향하여 대면하고 있는 밸브 요소(59)의 단부는 작은 직경의 계단부(66)를 가지며 그 단부면(67)이 캡(49)에서 밸브 시트 형태의 구멍(68)과 함께 작용하는 함몰부(48)내로 돌출된다. 상기 구멍(68)은 제어 밸브(31)의 제 1 연결부(30)로 사용되며 제어 도관(29)에 연결된다.
밸브 요소(59)는 슬리브(47)내에 소직경부(70)를 가지므로써 환형 공간(71)은 소직경부(70)와 슬리브(47)사이에 형성된다. 대직경의 외측부(72, 73)는 밸브 요소(59)를 슬리브(47)에 안내하며, 압력 매체를 통과시켜 흐르게 하는데 사용되는 평탄 지역(74, 75)을 갖는다.
유압 설정 장치(10)는 예를 들어 내연기관의 캠축을 크랭크축에 대해 연속적으로 조절하기 위한 장치에 사용되며, 상기 2 개의 축사이의 상이동(phase shift)은 이러한 수단에 의해 발생된다. 차동피스톤(12, 13)의 좌측(제 1 도)으로의 변위는 이러한 장치에서는 캠축을 "지연된(retarded)" 것으로, 즉 지연된 회전 위치 및 지연된 밸브 작동으로 조정하게 한다. 차동 피스톤의 우측으로의 조정은 "선행(advanced)" 조정이나 선행 회전 위치 및 선행 밸브 작동을 발생시킨다.
전원이 공급되지 않은 제어 밸브(31)의 제 1 도에 도시된 절환 위치에서 제어 도관(29)은 용기(34)에 연결되는 반면, 제어 도관(33)은 제어 밸브(31)에 의해 한쪽 단부에서 폐쇄된다. 이러한 절환 위치에서, 제 3 도에 도시된 밸브 요소(59)의 계단부(60)는 제어 도관(33)에 연결된 구멍(62)과 접촉하고 있고, 압축 스프링(56)의 작용에 의해 상기 구멍(62)을 폐쇄한다. 동시에 압력매체는 제어 도관(29)으로부터 구멍(68)을 통하여 함몰부(48)에 도달한다. 함몰부(48)에는 특히 슬리브(47)와 외측부(72)의 평탄지역(74) 및 환형 공간(71)을 통하여 횡단 구멍(50) 및 용기(35)로의 연결부가 있다. 이러한 수단에 의해 압력 도관(15) 및 차동실린더(11)의 압력 공간(14)은 용기(34)에 해제되며, 압력 공간(18)은 펌프 작동 공간(20)을 통하여 펌프(17)에 의해 압력을 받게 된다. 차동피스톤(12, 13)은 좌측으로 이동된다.
만일 차동피스톤(12, 13)이 우측으로 이동된다면, 제어 밸브(31)는 자석 코일(54)의 대응의 작동에 의해 제 2 절환 위치로 절환되므로써, 밸브 요소(59)의 계단부(66)는 구멍(68)을 폐쇄하고 한쪽 단부에서 제어 도관(29)을 폐쇄한다. 이에 의해 대향의 구멍(62)은 아마츄어 공간(53)을 통하여 횡단 구멍(50), 복귀부 및 용기(35)에 연결되고 환형 공간(71)을 통하여 슬리브(47)와 외측부(73)의 평탄부(75)사이의 공간에 연결된다. 이러한 절환 위치에서, 압력 도관(19)과 압력 공간(18)은 용기(35)에 해제되고, 압력 공간(14)은 펌프 작동 공간(16) 및 압력 도관(15)을 통하여 펌프(17)에 의한 압력을 받게 된다.
차동피스톤(12, 13)의 정지 위치는 거의 펄스형인 제어 밸브(31)의 적절한 작동에 의해 성취되며, 압력은 제어 도관(29)에 설정되며, 따라서 압력공간(14)은 다른 피스톤의 복귀력(조절 장치로부터 작동되는)을 평형시키기에 충분하다. 차동피스톤의 정지 위치에서의 지지 압력은(급속) 조정 작용에 필요한 압력보다 상당히 적다.
자석 코일의 대응의 작동은 캠축의 회전 속도가 변화된 경우에도 상기 지지 압력이 캠축의 조정에 필요한 장치로부터의 복귀력을 충분히 수용할 정도의 레벨로 유지되는 것을 보장한다.
상술의 유압 설정 장치 및 제어 밸브(31)의 실시예는 제어 밸브나 유압 공급이 작동불능일 경우에도 내연기관의 비상 작동을 보장한다. 비작동 조건에서, 제어 밸브(31)는 스프링(56)의 작동으로 인하여 제 1 도에 도시된 절환 위치를 취한다. 그 결과 상술한 바와 같이, 압력 공간(18)은 압력을 받게 되는 반면, 압력 공간(14)은 용기(35)에 해제된다. 따라서 차동 피스톤은 좌측[지연된(retarded)]으로 조정된다. 만일 유압 공급이 불충분하다면, 차동피스톤(12, 13)은 캠축 조정 장치로 부터의 기계적 복귀력으로 인하여 좌측으로 이동된다. 상기 두가지 경우에서, 엔진의 비상 작동은 캠축의 지연된 회전 위치의 재설정으로 인하여 보장된다.
제어 밸브(31) 및 밸브 요소(59)의 상술한 실시예로 인하여 밸브 요소의 안내 지역에는 약간의 복귀 압력이 존재한다. 이에 의해, 밸브 요소를 위한 효과적인 안내 길이는 고압에 대한 밀봉 기능이 필요하지 않기 때문에 한편으로는 작게 된다. 다른 한편, 밸브 요소의 안내 지역에는 압력 편차가 없는데 이에 의해 먼지는 안내갭내로 분배될 수 있다. 자장 효과로 인해 밸브 요소의 지역에 금속 파편이 침착되는 것을 피하기 위하여, 안내에 사용된 슬리브는 비자성 물질로 제조된다. 제 3 도에 도시된 바와 같이 제어 밸브(31)는 평탄한 아마츄어와 함께 사용되거나 대응 형태의 자기 회로를 갖는 자기 밸브로 사용될 수 있다.
내연기관 및 구동축(36)의 전체 회전 속도 범위에 걸쳐 차동피스톤의 조정률을 일정하게 하기 위하여, 제어 밸브(31)는 압력 제어 밸브로 사용될 수 있다. 자력(자석 코일의 작동에 대응하는)의 대응의 계량(metering)은 밸브 요소가 적절한 압력 발생에 필요한 힘만으로 밸브 시트상에 가압되게 한다. 구동축의 회전 속도의 작용으로 조정력이 다르기 때문에, 대응하는 형태의 자기 회로를 갖는 제어 밸브를 비례적인 자기 밸브로 하는 것이 유리하다. 차동피스톤(12, 13)을 정지 위치에 유지하기 위하여, 자기 코일(54)이 작동하며 이에 의해 제어 도관(29) 및 압력 공간(14)내의 압력이 차동피스톤상에 작용하는 복귀력과 평형을 이루게 된다.
유압 설정 장치의 제 1 실시예의 양호한 실시예에서, 펌프(17)는 예를 들어 슬롯 제어형 흡입 개방에 의해 흡입측으로 개방된다. 이것은 내연기간 및 구동축의 완전한 회전 속도에 대해 일정한 분배량 곡선을 얻게 한다. 펌프와 흡입 개방도(throttling)는 일정한 분배 범위(일정한 분배 매체 흐름)의 시작이 작동 범위의 하한 회전 속도(예를 들어 내연기관의 공회전 속도)와 일치되는 방법으로 전개된다. 펌프의 분배율은 차동실린더의 희망의 조정률과 조화된다. 이 경우 제어 밸브(31)는 상술한 바와 같은 압력 제어 기능이 필요없기 때문에 플랫 아마츄어를 갖는 간단한 자기 밸브로 설계된다. 차동피스톤의 조정률은 이와는 별도로 자기 밸브를 펄스화시키므로써 영향을 받는다. 지지기능(차동실린더의 정지 위치)은 제어 밸브의 대응의 펄스 작동에 의해 작동될 수 있다. 펌프의 일정한 분배 범위로 압력 매체 공급의 변동에 기인한 펌프 작동 공간의 차동 충진(differential filling)을 피하기 위해, 저장조(용기)로부터 펌프로 압력 매체가 공급된다.
제 4 도에 도시된 유압 설정 장치의 제 2 실시예에서, 펌프(17a)는 2 개의 압력 도관(81, 82)이 돌출되는 공통의 분배 도관(80)내로 분배된다. 압력 제어된 비복귀 밸브(83, 84)는 펌프 분배 흐름을 절환하기 위해 2 개의 압력 도관(81, 82)에 연결된다. 비복귀 밸브(83)는 출구 단부에서는 압력 도관(15)에 연결되며, 비복귀 밸브(84)는 압력 도관(19)에 연결된다. 비복귀 밸브(83, 84)는 압력 매체가 펌프(16a)로부터 차동실린더(11)로 흐를 경우에 개방되는 형태를 취한다. 이를 위하여 각각의 밸브 요소(85, 86)는 하나의 압력 스프링(87 또는 88)에 의해 각각 작동되며 또한 제어 도관(89 또는 90)의 압력에 의해 작동된다. 비복귀 밸브(83)상의 제어 도관(89)은 다른쪽 단부에서 압력 도관(19)에 연결되며, 비복귀 밸브(84)상의 제어 도관(90)은 압력 도관(15)으로 연결된다.
트로틀(91)은 제어 도관(90)과 비복귀 밸브(83)사이의 압력 도관(15)에 삽입된다. 트로틀(92)도 마찬가지로 비복귀 밸브(84)와 제어 도관(89)사이의 압력 도관(19)에 삽입된다.
제어 밸브(31)는 비복귀 밸브로 이어지는 각각의 제어 도관(90, 89)과 차동실린더(11)사이의 제어 도관(29, 33)에 의해 압력 도관(15, 19)에 각각 연결된다.
제어 밸브(31)와 비복귀 밸브(83, 84)의 도시된 위치에서, 2개의 비복귀 밸브(83, 84)는 펌프(17a)가 작동되기 시작될 때 처음에 가압되지 않은 설정 장치의 경우에 개방될 수 있다. 트로틀(92)을 지나 압력 도관(19)에도 존재하는 이러한 압력은 압력 도관(81, 82)과 압력 도관(15, 19)에서 트로틀(91, 92)의 전방에 축적된다. 이러한 압력은 압력 도관(15)이 제어 밸브(31)를 통하여 용기에 해제되기 때문에 트로틀(91) 뒤에는 축적될 수가 없다.
입력 도관(19)에 존재하는 압력은 비복귀 밸브(83)상의 제어 도관(89)을 통해서도 작동되므로 비복귀 밸브(83)는 압축 스프링(87)의 추가 작동력으로 인하여 폐쇄된다. 차동피스톤은 압력 공간(18)에 축적된 압력과 압력 챔버(14)의 용기로의 해제로 인하여 좌측("지연된")으로 이동된다.
차동피스톤을 우측("선행된")으로 조정하기 위하여, 제어 밸브(31)는 자석 코일의 적절한 여자에 의해 제 2 절환 위치내로 이동되므로써 압력 도관(19)은 용기로 해제된다. 상술의 절환 위치에 대응하여 비복귀 밸브(84)는 폐쇄 위치로 이동되므로 차동피스톤의 우측으로의 이동은 압력 공간(18)이 해제될 때와 압력 공간(14)이 압력을 받게될 때 발생된다.
지지 위치(차동피스톤의 정지 위치)는 제어 밸브의 적절한 펄스 작동이나 부분적으로 여자된 자석 코일에 의한 압력 제어에 의해 성취될 수 있다. 유압 설정 장치의 실력(失力 : lost power)을 제한하기 위하여 트로틀(91, 92)에서의 압력 강하는 예를 들어 5 내지 10bar 사이에서 제한되어야 한다.

Claims (8)

  1. 유압 펌프(17, 17a)와, 차동 실린더(11)와, 상기 유압 펌프(17, 17a)로부터 돌출되어 압력 공간(14, 18)중 제 1 압력 공간(14)내로 개방되는 제 1 도관 장치(15; 15, 81, 80)와, 상기 유압 펌프(17, 17a)로부터 돌출되어 압력 공간(14, 18)중 제 2 압력 공간(18)내로 개방되는 제 2 도관 장치(19; 19, 82, 80)를 포함하며, 각각의 압력 공간(14, 18)에는 전자기식으로 작동되는 제어 밸브(31)를 통하여 압력 매체의 부분적인 유동에 의해 부분 압력이 설정되며, 상기 부분 압력은 연속적이거나 비연속적인 방법으로 제어 밸브의 대응의 작동에 의해 상기 기준들의 함수로 변화될 수 있으며, 조정 압력보다 상당히 적은 지지 압력이 차동 피스톤의 정지 위치에 설정되는 유압 설정 장치(10)에 있어서, 전자기식 제어 밸브(31)가 상기 2 개의 도관 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 유압 설정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제어 밸브(31)는 시트 형태의 3/2 웨이 밸브인 것을 특징으로 하는 유압 설정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제어 밸브(31)는 복귀부(34)에 연결되며, 복귀부내의 압력은 밸브 요소(59)의 안내 지역에서 작동하는 것을 특징으로 하는 유압 설정 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 압력 도관(15, 19)은 펌프(17)의 적어도 하나의 압력 도관(15, 19)에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 유압 설정 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 셧오프 밸브(83, 84)는 각각의 압력 도관(15, 19)에 배치되며, 상기 셧오프 밸브(83, 84)는 다른 도관(19, 15)내의 압력에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 유압 설정 장치.
  6. 제5항에 있어서, 셧오프 밸브(83, 84)는 그 밸브 요소(85, 86)가 압축 스프링 및 제어 도관(89, 90)내의 압력에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 유압 설정 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 트로틀(91, 92)은 각각의 압력 도관(15, 81; 19, 82)에 배치되는 것을 특징으로 하는 유압 설정 장치.
  8. 제7항에 있어서, 트로틀(91, 92)은 다른 압력 도관에서 비복귀 밸브(84, 83)를 제어하는 제어 도관(90, 89)과 비복귀 밸브(83, 84) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 유압 설정 장치.
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