KR20060128665A - 내연기관 - Google Patents

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KR20060128665A
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마티아스 쇤겐
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Abstract

본 발명은 각각 하나의 실린더 헤드(21) 및 하나의 부싱(22)을 구비한 다수의 실린더 유닛(20)을 포함하는 내연기관에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 각각의 실린더 유닛(20)은 냉각수-시동 공기 안내장치(23)를 포함하며, 상기 냉각수-시동 공기 안내장치(23)는 상기 실린더 헤드(21)와 상기 부싱(22)을, 상기 실린더 헤드(21)와 상기 부싱(22)이 연결되는 섹션에서 둘러싸고, 상기 냉각수-시동 공기 안내장치(23), 상기 실린더 헤드(21) 및 상기 부싱(22)은 상기 해당 실린더 유닛의 시동 공기 공급 채널, 냉각수 공급 채널 및 냉각수 배출 채널의 채널 섹션을 한정한다.
내연기관, 실린더 유닛, 실린더 헤드, 부싱, 냉각수-시동 공기 안내장치, 시동 공기 공급 채널, 냉각수 공급 채널, 냉각수 배출 채널.

Description

내연기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
도 1은 3개의 일렬로 배치된 실린더 유닛 영역에서 본 발명에 따른 내연기관의 사시도.
도 2는 도 1에 따른 내연기관의 하나의 실린더 유닛의 사시도.
도 3은 도 2에 따른 실린더 유닛의 실린더 헤드의 사시도.
도 4는 도 2에 따른 실린더 유닛의 부싱의 사시도.
도 5는 도 2에 따른 실린더 유닛의 냉각수-시동 공기 안내 장치의 사시도.
도 6은 도 2에 따른 실린더 유닛의 평면도.
도 7은 도 6의 절단선 Ⅶ-Ⅶ 따른 도 2의 실린더 유닛의 횡단면도.
도 8은 도 6의 절단선 Ⅷ-Ⅷ 따른 도 2의 실린더 유닛의 다른 횡단면도.
도 9는 도 6의 절단선 Ⅸ-Ⅸ 따른 도 2의 실린더 유닛의 다른 횡단면도.
도 10은 도 6의 절단선 Ⅹ-Ⅹ을 따른 도 2의 실린더 유닛의 다른 횡단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
20: 실린더 유닛 21: 실린더 헤드
22: 부싱 23: 냉각수-시동 공기 안내장치
24: 유입 밸브 25: 유출 밸브
26, 37: 홀 27: 결합 세그먼트
28, 29, 30: 관 31, 32, 33: 화살표
34, 40, 41, 48: 링 채널 섹션 35: 상승 채널 섹션
36: 유출 채널 섹션 38: 자기 밸브
39: 제어 공기 채널 42: 링형 갭
43: 채널 섹션 44: 공동 챔버
45: 유입 채널 46: 유출 채널
47: 인출 채널 섹션
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연기관에 관한 것이다.
예컨대 선박에 사용되는 대형 디젤 엔진과 같은 내연기관은 다수의 실린더 유닛을 포함하며, 각각의 실린더 유닛은 실린더 헤드와 부싱을 갖는다. 실린더 헤드와 부싱 사이에는 실린더 헤드 시일이 형성되어, 각각의 실린더 유닛의 연소실을 실린더 헤드와 부싱 사이의 경계 지점에서 밀봉한다. 통상 실린더 유닛 내로 도입되는 연소 공기용 유입 밸브들과 실린더 유닛으로부터 배출되는 배기가스용 유출 밸브들이 실린더 헤드 내에 통합된다. 상기 유입 밸브 및 유출 밸브와 더불어, 통상 연료용 분사 밸브가 각각의 실린더 헤드 내에 통합된다. 실린더 유닛의 냉각을 위해, 실린더 유닛에 냉각수 흐름을 공급해야 하고, 실린더 유닛의 냉각 후에 냉각수 흐름을 실린더 유닛으로부터 배출해야 한다. 또한, 각각의 실린더 유닛 내에서 연료의 연소를 시작하기 위해, 내연기관용 소위 시동 공기가 각각의 실린더 유닛에 공급되어야 한다. 시동 공기의 공급을 위해 그리고 냉각수의 공급 및 배출을 위해 실제로 공지된 내연기관에서는 실린더 유닛에 대한 다수의 부착 장치 및 별도의 배관이 필요하다. 이는 내연기관의 복잡한 구성을 초래한다.
본 발명의 과제는 간단한 구성을 가진 신규의 내연기관을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 1에 따른 내연기관에 의해 달성된다. 본 발명에 따라 각각의 실린더 유닛은 실린더 헤드 및 부싱과 더불어 냉각수-시동 공기 안내장치를 포함하며, 상기 냉각수-시동 공기 안내장치는 실린더 헤드 및 부싱을, 실린더 헤드와 부싱이 연결되는 섹션에서 둘러싼다. 냉각수-시동 공기 안내장치, 실린더 헤드 및 부싱은 각각의 실린더 유닛의 시동 공기 공급 채널, 냉각수 공급 채널 및 냉각수 배출 채널의 채널 섹션을 한정한다.
본 발명에서는 각각의 실린더 유닛이 실린더 헤드 및 부싱과 더불어 냉각수-시동 공기 안내장치를 포함한다. 각각의 실린더 유닛의 상기 냉각수-시동 공기 안내장치는 실린더 헤드 및 부싱을, 각각의 실린더 유닛의 실린더 헤드와 부싱이 연결되는 섹션 또는 영역에서 둘러싼다. 냉각수-시동 공기 안내장치, 실린더 헤드 및 부싱은 각각의 실린더 유닛의 시동 공기 공급 채널, 냉각수 공급 채널 및 냉각수 배출 채널의 채널 섹션을 단독으로 또는 서로 함께 한정한다. 이로 인해, 내연기관의 실린더 유닛의 매우 간단하고 컴팩트한 구성이 실현될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항 및 하기 설명에 제시된다. 본 발명의 실시예가 첨부된 도면을 참고로 상세히 설명되지만, 본 발명이 이것에 국한되는 것은 아니다.
이하, 본 발명을 도 1 내지 도 10을 참고로 구체적으로 설명한다.
도 1은 3개의 일렬로 배치된 실린더 유닛(20)의 영역에서 본 발명에 따른 내연기관의 일부를 나타낸다. 각각의 실린더 유닛(20)은 실린더 헤드(21), 부싱(22) 및 냉각수-시동 공기 안내장치(23)를 포함한다. 도시된 실시예에서는 연소 공기용 2개의 유입 밸브(24) 및 배기가스용 2개의 유출 밸브가 각각의 실린더 유닛(20)의 실린더 헤드(21) 내에 통합된다. 유입 밸브(24)와 유출 밸브(25) 사이에서 실린더 헤드(21) 내에 형성된 홀(26)(도 6 참고)의 영역에는 각각의 실린더 유닛(20) 내로 연료를 분사하기 위한 도시되지 않은 분사 밸브가 통합된다. 각각의 실린더 유닛(20)의 냉각수-시동 공기 안내장치(23)는 실린더 헤드(21), 및 상기 실린더 헤드(21)가 부싱(22)에 연결되는 섹션에서 각각의 실린더 유닛(20)의 부싱(22)을 둘러싼다. 이는 도 7 내지 도 10에 따른 단면도에 가장 잘 나타난다.
하기에서 상세히 설명되는 바와 같이, 각각의 실린더 유닛(20)의 냉각수-시동 공기 안내 장치(23), 실린더 헤드(21) 및 부싱(22)은 단독으로 또는 서로 조합해서 각각의 실린더 유닛(20)의 시동 공기 공급 채널, 냉각수 공급 채널 및 냉각수 배출 채널의 채널 섹션을 한정하므로, 상기 채널들은 실린더 헤드(21) 및/또는 부싱(22) 및/또는 냉각수-시동 공기 안내장치(23)의 일체형 구성 부분이다. 이로 인해, 본 발명에 따른 내연기관의 실린더 유닛(20)의 매우 간단하고 컴팩트한 구성이 가능하다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 각각의 실린더 유닛(20)의 각각의 냉각수-시동 공기 안내장치(23)는 결합 세그먼트(27)를 갖는다. 인접한 실린더 유닛(20), 즉 인접한 실린더 유닛(20)의 시동 공기 공급 채널, 냉각수 공급 채널 및 냉각수 배출 채널은 결합 세그먼트(27) 및 상기 결합 세그먼트(27)와 상호작용하는 관들(28, 29 및 30)을 통해 결합 또는 연결될 수 있다. 도 1의 실시예에서 관(28)은 실린더 유닛(20)의 시동 공기 공급 채널의 결합에 사용되고, 관(29)은 냉각수 공급 채널의 결합에 사용되며, 관(30)은 냉각수 배출 채널의 결합에 사용된다. 이를 위해, 관들(28, 29, 30)은 결합 세그먼트들(27)의 상응하는 리세스들 내로 맞물린다.
이하, 실린더 유닛(20)의 시동 공기 공급 채널, 냉각수 공급 채널 및 냉각수 배출 채널의 구성, 그리고 실린더 유닛(20)의 실린더 헤드(21), 부싱(22) 및 냉각수-시동 공기 안내장치(23) 내로 상응하는 채널 섹션의 통합에 의한 이들의 구조적인 실시예를 도 7 내지 도 10의 단면도를 참고로 구체적으로 설명된다. 도 7 내지 도 10에서, 화살표 31은 시동 공기의 흐름을, 화살표 32는 냉각수의 공급을, 그리고 화살표 33은 냉각수의 배출을 나타낸다.
각각의 실린더 유닛(20)의 시동 공기 공급 채널은 실린더 유닛(20) 둘레에 링 채널 섹션(34)을 포함하고, 상기 링 채널 섹션(34)은 한편으로는 부싱(22)에 의해 그리고 다른 한편으로는 냉각수-시동 공기 안내장치(23)에 의해 한정된다. 링 채널 섹션(34)의 영역에서 부싱(22)은 프로파일되어 형성되고, 상기 프로파일은 부싱(22)의 영역에서 링 채널 섹션(34)의 표면/체적 비를 확대시켜 냉각 리브의 기능 을 제공한다. 이로 인해, 특히 간단한 수단으로 실린더 유닛(20) 내로 불꽃 방지 장치가 통합됨으로써, 링 채널(34) 내에 불꽃이 형성되는 경우 불꽃이 효과적으로 소화될 수 있다. 시동 공기 공급 채널의 링 채널 섹션(34)에는 상승 채널 섹션(35)이 연결되고, 상기 상승 채널 섹션(35)은 냉각수-시동 공기 안내장치(23) 내에 통합된다. 도시된 실시예에서, 시동 공기 공급 채널의 상승 채널 섹션(35)은 3개의 유출 채널 섹션(36) 내로 통하고, 상기 유출 채널 섹션(36)은 도시되지 않은 시동 공기 밸브에 의해 개폐될 수 있다. 시동 공기 공급 채널의 유출 채널 섹션(36)은 실린더 헤드(21) 내에 통합된다. 도시되지 않은 시동 공기 밸브는 실린더 헤드(21) 내부의 홀(37) 내에 안내된다. 시동 공기 밸브는 자기 밸브(38)에 의해 제어된다. 자기 밸브(38) 및 상기 자기 밸브(38)용 제어 공기 라인(39)은 각각의 실린더 유닛(20)의 실린더 헤드(21) 내로 통합되고, 자기 밸브(38)의 제어 공기 라인(39)은 시동 공기 공급 채널의 상승 채널 섹션(35)에 연결된다. 이에 따라 시동 공기 공급 채널 및 자기 밸브(38)용 제어 라인(39)에는 동일한 압력이 주어진다.
각각의 실린더 유닛(20)의 냉각수 공급 채널은 도 10에 가장 잘 나타나는 바와 같이, 2개의 링 채널 섹션(40, 41)을 포함한다. 제1 링 채널 섹션(40)은 부싱(22)과 냉각수-시동 공기 안내장치(23)에 의해 한정되고, 제2 링 채널 섹션(41)은 실린더 헤드(21)와 냉각수-시동 공기 안내장치(23)에 의해 한정된다. 제1 링 채널 섹션(40)은 링형 갭(42)의 형성 하에 제2 링 채널 섹션(41)으로 이어진다. 상기 링형 갭(42)의 적합한 치수 설계에 의해, 링 채널 섹션(40)으로부터 링 채널 섹션(41) 내로의 냉각수 이송이 조정되거나 또는 교정(calibrate)될 수 있다. 실린더 헤드(21) 및 냉각수-시동 공기 안내장치(23)에 의해 한정된 링 채널 섹션(41)은 실린더 헤드(21)의 바닥의 바닥측 채널 섹션(43)으로 이어지고, 상기 실린더 헤드(21)의 바닥측 채널 섹션(43)은 실린더 헤드(21)에 의해 한정된 물 챔버 또는 공동 챔버(44) 내로 통한다. 공동 챔버(44)는 특히 유입 밸브(24) 또는 유출 밸브(25)에 의해 작동되는, 실린더 헤드(21)의 유입 채널(45) 또는 유출 채널(46)을 포함하고, 냉각수에 의해 특히 뜨거운 배기가스 흐름을 이송하는 유출 채널(46)이 냉각된다.
냉각수는 실린더 헤드(21)에 의해 한정된 공동 챔버(44)를 관류한 후에, 실린더 유닛(20)으로부터 냉각수 배출 채널을 통해 배출되고, 상기 냉각수 배출 채널은 한편으로는 인출 채널 섹션(47)에 의해 그리고 다른 한편으로는 링 채널 섹션(48)에 의해 한정된다. 인출 채널 섹션(47)은 공동 챔버(44)의 가장 높은 지점에서 공동 챔버(44)와 연결된다. 이는 도 10에 가장 잘 나타나 있다. 냉각수는 공동 챔버(44)로부터 인출 채널 섹션(47)을 통해 인출되고 냉각수 배출 채널의 링 채널 섹션(48) 내로 도입된다. 냉각수 배출 채널의 링 채널 섹션(48)은 실린더 유닛(20)을 둘러싸며, 한편으로는 실린더 헤드(21)에 의해 그리고 다른 한편으로는 냉각수-시동 공기 안내장치(23)에 의해 한정된다. 실린더 헤드(21)의 공동 챔버(44)를 링 채널 섹션(48)과 연결하는 인출 채널 섹션(47)은 실린더 헤드(21) 내에 통합된다.
냉각수-시동 공기 안내장치(23)는 한편으로는 부싱(22)과 함께 그리고 다른 한편으로는 실린더 헤드(21)와 함께 각각 2개의 링 채널 섹션을 한정한다.
냉각수-시동 공기 안내장치(23)는 부싱(22)과 함께 시동 공기 공급 채널의 링 채널 섹션(34)과 냉각수 공급 채널의 제1 링 채널 섹션(40)을 한정한다. 냉각수-시동 공기 안내장치(23)는 실린더 헤드(21)와 함께 냉각수 공급 채널의 제2 링 채널 섹션(41)과 냉각수 배출 채널의 링 채널 섹션(48)을 한정한다. 상기 링 채널 섹션(34, 40, 41, 48)은 함께 각각의 실린더 유닛(20) 둘레에 서로 축방향 간격을 두고 배치되고 링 채널 섹션(34, 40) 및 링 채널 섹션(41, 48)은 인접하며 서로 밀봉된다. 인접한 링 채널 섹션들(40, 41) 사이에는 링형 갭(42)이 형성된다. 특히 도 10에 나타나는 바와 같이, 시동 공기 공급 채널, 냉각수 공급 채널 및 냉각수 배출 채널의 링 채널 섹션(34, 40, 41, 48)은 홀을 통해 결합 세그먼트(27)의 상응하는 채널 섹션에 연결됨으로써, 시동 공기가 각각의 실린더 유닛(20)에 안내되고, 냉각수가 각각의 실린더 유닛(20)에 안내되며 실린더 유닛으로부터 배출된다.
본 발명에 따른 내연기관은 실제로 공지된 내연기관에 비해 다수의 장점을 갖는다. 내연기관의 각각의 실린더 유닛(20)의 냉각수-시동 공기 안내장치(23)에 의해 그리고 시동 공기 공급 채널, 냉각수 공급 채널 및 냉각수 배출 채널의 통합 실시예에 의해, 매우 컴팩트한 구성이 얻어진다. 인접한 실린더 유닛(20)의 시동 공기 공급 채널, 냉각수 공급 채널 및 냉각수 배출 채널은 결합 세그먼트(27) 및 관들(28, 29, 30)을 통해 서로 간단히 결합될 수 있다. 또한, 불꽃 방지 장치, 자기 밸브 및 링형 갭이 실린더 유닛(20) 내로 통합되고, 각각의 실린더 유닛(20)의 냉각수 공급 채널의 링 채널 섹션(40, 41) 사이의 링형 갭(42)을 통해 부싱(22)과 실린더 헤드(21) 사이의 규정된 냉각수 이송이 이루어짐으로써 균일한 온도 분포가 이루어질 수 있다. 실린더 유닛(20) 내에 불꽃 방지 장치 및 자기 밸브를 통합함으로써, 내연기관의 구성이 재차 간단해질 수 있다. 공동 챔버(44)의 가장 높은 지점에서 상기 공동 챔버(44)로부터 냉각수를 인출함으로써, 공동 챔버(44)의 환기가 이루어지고, 그 결과, 공동 챔버(44)용의 별도의 환기 장치가 필요 없게 된다.
실린더 헤드(21)의 유출 채널(46)이 가급적 짧게 구현됨으로써, 유출 채널(46)의 영역에서 에너지 손실이 작다. 이로 인해, 배기가스 과급식 내연기관에서 연료 소비가 감소될 수 있다.
본 발명에서는 각각의 실린더 유닛이 실린더 헤드 및 부싱과 더불어 냉각수-시동 공기 안내장치를 포함한다. 각각의 실린더 유닛의 상기 냉각수-시동 공기 안내장치는 실린더 헤드 및 부싱을, 각각의 실린더 유닛의 실린더 헤드와 부싱이 연결되는 섹션 또는 영역에서 둘러싼다. 냉각수-시동 공기 안내장치, 실린더 헤드 및 부싱은 각각의 실린더 유닛의 시동 공기 공급 채널, 냉각수 공급 채널 및 냉각수 배출 채널의 채널 섹션을 단독으로 또는 서로 함께 한정한다. 이로 인해, 내연기관의 실린더 유닛의 매우 간단하고 컴팩트한 구성이 실현될 수 있다.

Claims (10)

  1. 각각 실린더 헤드(21) 및 부싱(22)을 구비한 다수의 실린더 유닛(20)을 포함하는 내연기관에 있어서,
    각각의 실린더 유닛(20)은 냉각수-시동 공기 안내장치(23)을 포함하며, 상기 냉각수-시동 공기 안내장치(23)는 상기 실린더 헤드(21)와 상기 부싱(22)을, 상기 실린더 헤드(21)와 상기 부싱(22)이 연결되는 섹션에서 둘러싸고, 상기 냉각수-시동 공기 안내장치(23), 상기 실린더 헤드(21) 및 상기 부싱(22)은 해당 실린더 유닛(20)의 시동 공기 공급 채널, 냉각수 공급 채널 및 냉각수 배출 채널의 채널 섹션을 한정하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 실린더 유닛(20)의 상기 냉각수-시동 공기 안내장치(23)는 결합 세그먼트(27)를 포함하며, 상기 결합 세그먼트(27)를 통해 인접한 실린더 유닛(20)의 상기 시동 공기 공급 채널들, 냉각수 공급 채널들 및 냉각수 배출 채널들이 결합 또는 연결되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 실린더 유닛(20)의 상기 시동 공기 공급 채널은 상기 실린더 유닛(20) 둘레에 상기 냉각수-시동 공기 안내장치(23) 및 상기 부싱(22)에 의해 한정된 링 채널 섹션(34)을 가지며, 불꽃 방지 장치가 상기 시동 공기 공급 채널의 상기 링 채널 섹션(34) 내에 통합되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  4. 제3항에 있어서, 상기 불꽃 방지 장치가 상기 부싱(22)의 프로파일된 섹션으로 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 각각의 실린더 유닛(20)의 상기 시동 공기 공급 채널의 상기 링 채널 섹션(34)에는 상기 시동 공기 공급 채널의 상승 채널 섹션(35)이 연결되고, 상기 상승 채널 섹션(35)은 상기 냉각수-시동 공기 안내장치(23) 내에 통합되며 상기 시동 공기 공급 채널의 하나 이상의 유출 채널 섹션(36) 내로 이어지고, 상기 유출 채널 섹션(36)은 각각 상기 실린더 유닛(20)의 상기 실린더 헤드(21) 내에 통합되며, 상기 유출 채널 섹션(36)은 각각 시동 공기 밸브에 의해 폐쇄되거나 또는 개방될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항 또는 다수 항에 있어서, 상기 시동 공기 밸브의 제어를 위한 자기 밸브(38) 및 상기 시동 공기 밸브용 제어 공기 라인(39)이 각각의 실린더 유닛(20)의 상기 실린더 헤드(21) 내에 통합되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항 또는 다수 항에 있어서, 각각의 실린더 유닛(20)의 상기 냉각수 공급 채널은 상기 실린더 유닛(20) 둘레에 상기 냉각수-시동 공기 안내장치(23) 및 상기 부싱(22)에 의해 한정된 링 채널 섹션(40)을 가지며, 상기 링 채널 섹션은 마찬가지로 상기 실린더 유닛(20) 둘레에 상기 냉각수-시동 공기 안내장치(23) 및 상기 실린더 헤드(21)에 의해 한정된 링 채널 섹션(41)으로 이어지고, 상기 냉각수 공급 채널의 상기 2개의 링 채널 섹션들(40, 41) 사이에는 링형 갭(42)이 형성되고, 상기 링형 갭을 통해 냉각수 이송이 규정되어 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  8. 제7항에 있어서, 상기 냉각수-시동 공기 안내장치(23) 및 상기 실린더 헤드(21)에 의해 한정된 상기 냉각수 공급 채널의 상기 링 채널 섹션(41)은 상기 실린더 헤드(21)의 하나 이상의 바닥측 채널 섹션(43) 내로 이어지고, 상기 실린더 헤드의 상기 바닥측 채널 섹션(43)은 각각 상기 실린더 헤드(21)에 의해 한정되고 상기 실린더 유닛(20)의 배기가스 채널(46)을 둘러싸는 공동 챔버(44) 내로 통하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항 또는 다수 항에 있어서, 각각의 실린더 유닛(20)의 상기 냉각수 배출 채널은 상기 실린더 유닛(20) 둘레에 상기 냉각수-시동 공기 안내장치(23) 및 상기 실린더 헤드(21)에 의해 한정된 링 채널 섹션(48)을 포함하며, 상기 링 채널 섹션은 상기 실린더 헤드(21) 내에 통합된 인출 채널 섹션(47)을 통해, 상기 실린더 헤드(21)에 의해 한정되고 상기 실린더 유닛(20)의 배기가스 채널(46)을 둘러싸는 공동 챔버(44)에 연결되고, 상기 인출 채널 섹션(47)을 통해 냉각수가 상기 해당 실린더 유닛(20)의 상기 공동 챔버(44)로부터 배출될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  10. 제9항에 있어서, 상기 인출 채널 챔버(47)가 상기 공동 챔버(44)의 최고 지점에서 상기 공동 챔버에 연결되어, 상기 공동 챔버(44)의 상기 최고 지점에서 상기 공동 챔버로부터 냉각수가 인출되고 상기 냉각수 배출 채널을 통해 상기 해당 실린더 유닛(20)으로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
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