KR102100063B1 - 내연기관의 출력증강을 위한 에어가속장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연기관의 출력증강을 위한 에어가속장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차와 같은 내연기관의 엔진에 연결된 흡기부 및 배기부의 에어 이동로에 설치하여, 에어를 회전시키면서 동시에 속도를 증가시켜 연소 및 배기효율을 향상시키도록 하며, 더불어 소음 및 매연의 감소시킬 수 있도록 발명한 것이다.
본 발명의 구성은, 내연기관의 흡, 배기관에 설치되어 관로 내부에 흐르는 공기에 와류를 발생시켜 공기의 흐름을 고속으로 유도해 흡기 및 배기효율을 높이는 에어가속장치(30)에 있어서;
상기 에어가속장치(30)는,
흡,배기관에서 공기의 흐름방향으로 입구부(D1)가 일측에 위치되고, 타측에 배출부(D2)가 위치하는 중공의 와류하우징(40)을 구비하되,
상기 와류하우징(40)은, 입구부(D1) 지름보다 배출부(D2) 지름이 갈수록 작아지게 경사진 하우징안내면(41)이 내경면에 형성되고,
상기 하우징안내면(41)에는 사선형을 갖는 와류생성판(42)이 일정 간격을 두고 와류하우징(40)의 길이 방향으로 형성되면서 상기 배출부(D2)의 지름 보다 중심방향으로 더 돌출되게 구비하여, 공기를 직접 유도하는 직접안내면(42a)이 일측면에 형성되고, 타측면에는 다른 와류생성판(42)의 직접안내면(42a)을 통해 안내된 공기를 간접 유도하는 간접안내면(42b)이 구비되며,
상기 와류하우징(40)을 중공의 케이싱(50)에 억지 끼워 연결하고, 상기 와류하우징(40)이 포함된 케이싱(50)을 흡, 배기관에 설치하여 달성된다.
또, 상기 와류생성판(42)은, 와류하우징(40)의 입구부(D1)에서 중심방향으로 경사진 전면경사면(42c)을 갖고, 직접안내면(42a)과 간접안내면(42b) 사이의 전면에 입구부(D1)를 통해 유입되는 공기를 직접안내면(42a)으로 유도하는 전면안내면(42d)이 경사 또는 곡선을 갖고 더 형성된다.
또한, 상기 와류하우징(40)의 배출부(D2)가 형성된 타면 외측 둘레에는 이동방지홈(45)이 간격을 두고 형성되고, 케이싱(50)의 타면 내측 둘레에는 상기 이동방지홈(45)에 대응해 간격을 두고 이동방지돌기(54)가 형성되어, 상기 이동방지돌기(54)를 이동방지홈(45)에 절곡시켜 와류하우징(40)과 케이싱(50)이 상호 결속되게 구성한다.
그리고, 상기 와류하우징(40)의 하우징안내면(41)에 형성되는 와류생성판(42)은 입구부(D1)에서 배출부(D2)를 향해 오른쪽 방향의 사선형 또는 입구부(D1)에서 배출부(D2)를 향해 왼쪽 방향의 사선형 중에서 어느 한 방향을 갖고 성형되게 한다.

Description

내연기관의 출력증강을 위한 에어가속장치{An air accelerator for enhancing the output of an internal combustion engine}
본 발명은 내연기관의 출력증강을 위한 에어가속장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차와 같은 내연기관의 엔진에 연결된 흡기부 및 배기부의 에어 이동로에 설치하여, 에어를 회전시키면서 동시에 속도를 증가시켜 연소 및 배기효율을 향상시키도록 하며, 더불어 소음 및 매연의 감소시킬 수 있도록 발명한 것이다.
일반적으로, 내연기관 엔진의 4행정 구동을 살펴보면 흡입, 압축, 폭발, 배기의 개략적인 순서로 작동하여 출력을 발생시키고 있다.
이러한, 엔진 출력의 근원은 실린더 내의 연소실에서 발생하는 열에너지이며, 상기 연소실은 엔진의 헤드부에 있고 그 안에 밀폐되어 있는 미립화된 연료와 공기를 순간적으로 연소시켜 동력을 얻게 되는데, 출력을 높이기 위해서는 단위 시간에 발생하는 에너지가 증가되도록 더욱 많은 연료를 연소시켜야 하며 이때는 보다 많은 흡입 공기량을 요구한다.
그리고, 통상적인 디젤 엔진에는 고속 주행시 배기의 과급으로 고속주행의 용이성을 제공하고, 또한 배기가스 규제 및 CO2 규제 등에 대응하기 위하여 기본적으로 터보 차저(Turbo Charger)와 인터쿨러(Intercooler)가 설치되고 있다.
상기 터보차저는 일종의 송풍기와 같으며 엔진의 배기 매니폴드로 빠져나가는 배기가스의 에너지를 이용한 것으로, 상기 배기가스의 에너지로 인하여 배기통로에 마련된 터보차저의 터빈이 회전을 하게 되고, 동시에 맞은편에 동축을 이루며 설치된 압축기가 회전함으로서, 상기 압축기에 의해서 혼합가스를 가압해 엔진 실린더의 연소실에 과급으로 공급한다.
이때, 상기 터보차저만 장착한 디젤 엔진의 경우에 흡입 공기의 압력은 증대시킬 수 있으나, 공기를 압축하는 과정에서 공기의 온도가 상승하는 문제로 연소온도 및 배기온도가 상승하는 문제로 실질적인 충진 효율 개선폭이 저하되는 현상이 있었다.
따라서, 상기 흡기라인에 인터쿨러를 설치하여 과급되는 공기를 인터쿨러에서 냉각시켜 실린더의 흡입 효율과 연소효유를 향상시켜 연비가 좋??고 이산화탄소 배출을 감소시킬 수 있도록 하였다.
그러나, 상기와 같은 디젤엔진은 연소효율 및 펌핑 로스(Pumping Loss)의 개선을 위해 다량의 공기를 흡입하여, 이중 일부를 순수 연소 반응에 이용하게 되는데, 이 경우 대기 중의 80% 정도 함유되어 있는 질소가 필수 불가결하게 흡입되며, 고온, 고압의 연소과정 중에서 산소와 반응하여 디젤 엔진에서 가장 문제가 되는 질소 산화물(Nox)을 생성하게 된다.
즉, 연소 조건을 개선하기 위해서는 고온, 고압의 연소실 분위기가 필요하나 상대적으로 이 조건에서 질소산화물의 생성이 용이하여 연소개선을 통한 연비 개선 및 스모크(SMOKE)와 같은 배출가스 성분을 줄이는데 한계가 있었다.
또한, 터보차저와 인터쿨러가 적용된 디젤엔진의 경우 터보차저 시스템을 통한 성능 향상은 가능하나, 터보차저의 특성 상 전 사용 영역에 대한 배기 특성 개선이 불가능하여 부득이 저속, 저부하와 같은 특정 구간에서의 성능저하 현상에 대한 문제점이 있었다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 터버차저에 웨이스트 게이트 밸브(Waste Gate Valve)를 장착하여 부분적인 배기 성능 개선을 하고 있으나 근본적인 개선에 어려움이 있는 실정이다.
그리고, 특허문헌 1 및 2에서와 같이 차량의 흡배기관내에 공기 와류발생기를 설치하여 공기의 흐름을 고속으로 유도하는 와류 발생장치를 통하여 공기의 흡입력과 배출력을 증대시켜 수명을 연장하는 기술이 제시된 바 있지만, 상기 선행기술의 와류날개의 구조가 복잡하고 이를 구성하는데 어려움이 있어, 고속의 공기 흐름에 와류날개가 유동되어 소음을 발생시키게 되고, 심하면 파손된 와류날개에 의해 엔진이 멈춰 차량 사고의 원인이 되는 문제점이 되고 있었다.
즉, 특허문헌 1에서는 축의 외경면에 날개가 형성되어, 날개를 따라 이동하는 에어의 고속 이동에 따라 축 및 돌출된 날개부의 연결부위에 전달되는 피로도에 의해 상기 날개가 쉽게 유동되거나 파손되었으며,
특허문헌 2에서의 내경관과 외경관을 갖는 이중관 사이에 와류날개의 양단부를 고정하면서, 동시에 내경관의 내부에도 공기이동로를 갖도록 한 것으로, 상기 이중관 사이에 와류날개를 형성하는데 제작의 어려움이 있었으며, 동시에 와류날개를 통해 배출되는 와류와 내경관을 통해 배출되는 와류가 서로 간섭되어 에어의 흐름을 방해하는 문제점이 있었다.
[특허문헌 1]. 대한민국 등록특허 제 10-1754042호 ?? 차량의 흡배기관내 공기 와류발생기 (등록일자 2017년 06월 28일) [특허문헌 2]. 대한민국 등록특허 제 10-1907139호 ?? 내연기관의 출력 증강을 위한 소음 저감형 흡.배기 장치 (등록일자 2018년 10월 04일)
상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명은, 자동차의 흡,배기부의 에어이동로에 설치되어, 와류의 형성 및 이동속도를 향상시키도록 함으로서 흡입에어와 배출에어가 보다 원활하게 이동되어 엔진의 출력과 연소효율을 향상시켜 차량의 성능을 향상시키고 매연을 감소시켜 환경오염을 방지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 원통형의 케이싱에, 내경의 중심방향으로 와류생성판이 돌출된 와류하우징을 억지끼워 일체로 결합한 에어가속장치를 흡기관 및 배기관의 내부에 장착하여, 고속의 에어이동에도 와류하우징 및 와류생성판의 유동 및 파손을 방지해 소음발생 및 차량 사고의 위험을 방지할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 와류하우징의 입구부 지름 보다 배출부 지름을 더 작게 형성하면서 와류생성판의 전면에 에어유도면을 구비시켜 배출되는 에어의 회전 이동속도를 향상시킴과 더불어 비교적 간단한 구성을 갖고 제작되어 제작의 생산성 및 작업 편의성을 향상시켜 제품의 경쟁력을 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은,
내연기관의 흡, 배기관에 설치되어 관로 내부에 흐르는 공기에 와류를 발생시켜 공기의 흐름을 고속으로 유도해 흡기 및 배기효율을 높이는 에어가속장치(30)에 있어서;
상기 에어가속장치(30)는,
흡,배기관에서 공기의 흐름방향으로 입구부(D1)가 일측에 위치되고, 타측에 배출부(D2)가 위치하는 중공의 와류하우징(40)을 구비하되,
상기 와류하우징(40)은, 입구부(D1) 지름보다 배출부(D2) 지름이 갈수록 작아지게 경사진 하우징안내면(41)이 내경면에 형성되고,
상기 하우징안내면(41)에는 사선형을 갖는 와류생성판(42)이 일정 간격을 두고 와류하우징(40)의 길이 방향으로 형성되면서 상기 배출부(D2)의 지름 보다 중심방향으로 더 돌출되게 구비하여, 공기를 직접 유도하는 직접안내면(42a)이 일측면에 형성되고, 타측면에는 다른 와류생성판(42)의 직접안내면(42a)을 통해 안내된 공기를 간접 유도하는 간접안내면(42b)이 구비되며,
상기 와류하우징(40)을 중공의 케이싱(50)에 억지 끼워 연결하고, 상기 와류하우징(40)이 포함된 케이싱(50)을 흡, 배기관에 설치하여 달성된다.
또, 상기 와류생성판(42)은, 와류하우징(40)의 입구부(D1)에서 중심방향으로 경사진 전면경사면(42c)을 갖고, 직접안내면(42a)과 간접안내면(42b) 사이의 전면에 입구부(D1)를 통해 유입되는 공기를 직접안내면(42a)으로 유도하는 전면안내면(42d)이 경사 또는 곡선을 갖고 더 형성된다.
또한, 상기 와류하우징(40)의 배출부(D2)가 형성된 타면 외측 둘레에는 이동방지홈(45)이 간격을 두고 형성되고, 케이싱(50)의 타면 내측 둘레에는 상기 이동방지홈(45)에 대응해 간격을 두고 이동방지돌기(54)가 형성되어, 상기 이동방지돌기(54)를 이동방지홈(45)에 절곡시켜 와류하우징(40)과 케이싱(50)이 상호 결속되게 구성한다.
그리고, 상기 와류하우징(40)의 하우징안내면(41)에 형성되는 와류생성판(42)은 입구부(D1)에서 배출부(D2)를 향해 오른쪽 방향의 사선형 또는 입구부(D1)에서 배출부(D2)를 향해 왼쪽 방향의 사선형 중에서 어느 한 방향을 갖고 성형되게 한다.
이러한 본 발명에 의하면, 자동차의 흡,배기부의 에어이동로에 설치하여, 이동되는 에어의 와류 형성 및 이동속도를 향상시키도록 함으로서 흡입에어와 배출에어가 보다 원활하게 이동되게 함으로서, 엔진의 출력과 연소효율을 향상시켜 차량의 성능을 향상시키고 매연을 감소시켜 환경오염을 방지할 수 있게 된다.
또, 와류하우징의 중공 내면에서 중심방향으로 와류생성판이 보다 견고하게 돌출 형성되어, 에어의 고속이동에도 유동 및 파손을 방지할 수 있어 소음발생 및 차량 파손사고의 위험을 미연에 방지할 수 있다.
그리고, 합성수지재인 와류하우징과 금속재인 케이싱을 일체 조립되게 구성하여 제작 및 조립 편의성을 향상시킴과 더불어 와류생성판의 형상 및 각도를 변경해 에어의 회전 이동속도를 더 향상시켜 시장 경쟁력을 증대시킬 수 있는 효과 등도 있다.
도 1은 본 발명인 내연기관의 출력증강을 위한 에어가속장치의 분해 사시도.
도 2는 본 발명인 내연기관의 출력증강을 위한 에어가속장치의 전면 사시도.
도 3은 본 발명인 내연기관의 출력증강을 위한 에어가속장치의 배면 사시도.
도 4는 본 발명인 에어가속장치의 정면도.
도 5는 본 발명인 에어가속장치의 배면도.
도 6은 본 발명인 에어가속장치의 단면도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 구성인 와류생성판의 형상을 도시한 확대도.
본 발명인 내연기관의 출력증강을 위한 에어가속장치는 자동차와 같은 내연기관의 엔진에 연결된 흡기부 및 배기부의 에어 이동로에 설치하여, 에어를 회전시키면서 동시에 속도를 증가시켜 연소 및 배기효율을 향상시키도록 하며, 더불어 소음 및 매연의 감소시킬 수 있도록 발명한 것이다.
이하 본 발명에 따른 내연기관의 출력증강을 위한 에어가속장치의 구성을 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예들에 의해 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 실시 예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명인 에어가속장치(30)는, 내연기관의 흡, 배기관에 설치되어 관로 내부에 흐르는 공기가 내부 벤츄리(Venturi) 통로를 통과되면서 공기의 흐름이 매우 빠즐게 형성하면서 내벽여 형성된 와류생성판(42)으로 회전 와류를 발생시켜 흡기 및 배기효율을 높이는 장치이다.
상기의 벤츄리 효과에 대해서는 이미 일반적으로 공지된 내용과 효과이므로 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
상기 에어가속장치(30)는, 도 1 내지 도 6에서 도시된 바와 같이 합성수지재로 성형되는 중공의 와류하우징(40) 내벽면에 와류생성판(42)이 형성되고, 상기 와류하우징(40)을 금속재인 중공의 케이싱(50)에 억지 끼워 일체 구성함으로서, 상기 내연기관이 공기를 흡입하는 엔진부분과 배기하는 배기부분 사이의 에어이동라인에서 다양한 위치에 선택하여 설치가능하다.
상기 와류하우징(40)은, 흡,배기관에서 공기의 흐름방향으로 입구부(D1)가 일측에 위치되고, 타측에 배출부(D2)가 위치하는 중공 형상을 갖고, 입구부(D1) 지름보다 배출부(D2) 지름이 갈수록 작아지게 경사진 하우징안내면(41)이 내경면에 형성된다.
또, 상기 하우징안내면(41)에는 입구부(D1)에서 배출부(D2) 방향으로 사선형을 갖는 와류생성판(42)이 일정 간격을 두고 와류하우징(40)의 길이 방향으로 형성되는데, 상기 배출부(D2)의 지름 보다 와류생성판(42)의 돌출면이 중심방향으로 더 돌출되게 구비하는 것이 바람직하다.
이때, 하우징안내면()과 와류생성판(42)은 부드럽게 라운드진 곡면부(미부호)가 양측에 형성도면서 와류생성판(42)이 돌출되도록 함으로서 입구부(D1)를 통해 유입된 공기가 상기 곡면부에 안내되면서 보다 용이하게 회전이동 될 수 있게 한다.
상기 와류생성판(42)은 입구부(D1)를 통해 유입되는 공기를 배출부(D2) 방향으로 직접 유도하는 직접안내면(42a)이 공기와 직접 접촉되는 방향인 일측면에 형성되고, 타측면에는 하우징안내면(41)을 따라서 복수개가 형성된 다른 와류생성판(42)의 직접안내면(42a)을 통해 안내된 공기가 간접적으로 부딪히며 배출부(D2) 방향으로 간접 유도하는 간접안내면(42b)이 구비된다.
그리고, 상기 와류생성판(42)은, 도 7a와 같이 와류하우징(40)의 입구부(D1)의 선단에서 배출부 방향의 중심방향으로 경사진 전면경사면(42c)을 갖도로 하여 유입되는 공기와의 마찰을 최소화하고, 직접안내면(42a)과 간접안내면(42b) 사이의 전면에서 입구부(D1)를 통해 유입되는 공기를 상기 직접안내면(42a)으로 보다 많은 량을 부드럽게 유도하기 위한 전면안내면(42d)이 경사 또는 곡선을 갖고 더 형성되도록 한다.
또한, 도 7b와 같이 와류생성판(42)은 와류하우징(40)의 입구부(D1)의 선단에서 배출부 방향으로 라운드진 굴곡형상을 갖게 형성시켜, 입구부(D1)를 통해 유입된 공기가 보다 큰 와류각도를 갖으면서 타 와류생성판(42)의 간접안내면(42b)에 부딪히며 배출부(D2)를 통해 배출될 수 있도록 하는 것도 본 발명에 포함됨을 밝혀둔다.
상기와 같이 와류하우징(40)의 하우징안내면(41)에 형성되는 와류생성판(42)은 입구부(D1)에서 배출부(D2)를 향해 도 4 및 도 5와 같이 오른쪽 방향의 사선형으로 성형되거나 또는 입구부(D1)에서 배출부(D2)를 향해 왼쪽 방향의 사선형으로 성형되는 형상 중에서 어느 한 방향을 갖고 성형되는 것도 본 발명에 포함된다.
그리고, 도 6에서와 같이 상기 와류하우징(40)은 금속재로 형성된 중공의 케이싱(50)에 억지 끼워져 일체 구성되는데, 상기 와류하우징(40)이 포함된 케이싱(50)을 흡, 배기관의 어느 일부에 설치하여 클램프(미도시)로 고정하여도 상기 케이싱(50)에 의해 와류하우징(40)이 보호될 수 있다.
이때, 상기 케이싱(50)의 전면에는 내경방향으로 경사진 케이싱경사면(51)이 더 형성되어, 상기 케이싱경사면(51)과 와류하우징(40)의 전면경사면(42c)을 통해 공기가 보다 원활히 유입될 수 있도록 한다.
또, 상기 와류하우징(40)의 배출부(D2)가 형성된 타면 외측 둘레에는 이동방지홈(45)이 간격을 두고 형성되고, 케이싱(50)의 타면 둘레에는 내측에 위치한 상기 이동방지홈(45)에 대응해 간격을 두고 양측에 절개부(미부호)를 갖는 이동방지돌기(54)가 형성되어, 상기 이동방지돌기(54)를 이동방지홈(45) 방향으로 절곡시키게 되면, 상기 와류하우징(40)과 케이싱(50)이 상호 결속되어, 더불어, 케이싱(50)과 와류하우징(40)의 미세한 결합부위에 오일이 유입되는 경우에도 와류하우징(40)의 유동을 방지할 수 있게 한다.
이상에서와 같이 상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
30. 에어가속장치 40. 와류하우징
41. 하우징안내면 42. 와류생성판
42a. 직접안내면 42b. 간접안내면
42c. 전면경사면 42d. 전면안내면
45. 이동방지홈 50. 케이싱
51. 케이싱경사면 54. 이동방지돌기
D1. 입구부 D2. 배출부

Claims (4)

  1. 내연기관의 흡, 배기관에 설치되어 관로 내부에 흐르는 공기에 와류를 발생시켜 공기의 흐름을 고속으로 유도해 흡기 및 배기효율을 높이는 에어가속장치(30)에 있어서;
    상기 에어가속장치(30)는,
    흡,배기관에서 공기의 흐름방향으로 입구부(D1)가 일측에 위치되고, 타측에 배출부(D2)가 위치하게 설치되며, 입구부(D1) 지름보다 배출부(D2) 지름이 갈수록 작아지게 경사진 하우징안내면(41)이 내경면에 형성되고, 상기 하우징안내면(41)에는 사선형을 갖는 와류생성판(42)이 일정 간격을 두고 와류하우징(40)의 길이 방향으로 형성된 와류하우징(40)과;
    상기 와류하우징(40)을 억지 끼워 흡, 배기관에 설치되는 케이싱(50)을 포함해 구성하되;
    상기 화류하우징(40)의 와류생성판(42)은 상기 배출부(D2)의 지름 보다 중심방향으로 더 돌출되게 구비하여, 공기를 직접 유도하는 직접안내면(42a)이 일측면에 형성되고, 타측면에는 다른 와류생성판(42)의 직접안내면(42a)을 통해 안내된 공기를 간접 유도하는 간접안내면(42b)이 구비되며, 전면에 와류하우징(40)의 입구부(D1)에서 중심방향으로 경사진 전면경사면(42c)이 형성되면서,
    상기 케이싱(50)의 전면을 내경방향으로 경사져 상기 와류하우징(40)의 전면경사면(42c)과 연결하는 케이싱경사면(51)이 더 포함되게 구성한 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력증강을 위한 에어가속장치
  2. 청구항 1에 있어서, 와류생성판(42)은, 전면에 와류하우징(40)의 입구부(D1)를 통해 유입되는 공기를 직접안내면(42a)으로 유도하는 전면안내면(42d)이 경사 또는 곡선을 갖고 더 형성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력증강을 위한 에어가속장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 와류하우징(40)의 배출부(D2)가 형성된 타면 외측 둘레에는 이동방지홈(45)이 간격을 두고 형성되고, 케이싱(50)의 타면 내측 둘레에는 상기 이동방지홈(45)에 대응해 간격을 두고 이동방지돌기(54)가 형성되어, 상기 이탈방지홈(45)에 이동방지돌기(54)가 끼워져 상기 와류하우징(40)의 유동이 방지되도록 결합 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력증강을 위한 에어가속장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 와류하우징(40)의 하우징안내면(41)에 형성되는 와류생성판(42)은 입구부(D1)에서 배출부(D2)를 향해 오른쪽 방향의 사선형 또는 입구부(D1)에서 배출부(D2)를 향해 왼쪽 방향의 사선형 중에서 어느 한 방향을 갖고 성형됨을 특징으로 하는 내연기관의 출력증강을 위한 에어가속장치.





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