KR20070033874A - 캠 페이서용 오일 유동 제어 밸브 - Google Patents

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악셀 베른도르퍼
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델피 테크놀로지스 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 스풀(18), 스풀 하우징(16) 및 체크 밸브(40)를 포함하는 캠 페이서용 오일 유동 제어 밸브(10)에 관한 것으로, 스풀(18)은 관통보어(60)를 포함하고 체크 밸브(40)는 스풀 하우징(16)에 장착되고 체크 밸브는 관통보어(60)를 통하여 연장하여 체크 밸브(40)가 오일 유동 제어 밸브(10)의 하우징(16)에 통합되도록 하여 스풀(18)이 체크 밸브(40) 둘레에서 상호 이동하여 밸브 트레인에 의한 캠 페이서 내의 영향이 변화되어 오일 압력이 오일 유동 제어 밸브(10)에서 갑작스럽게 변화될 때 스풀(18)의 균형에 대한 어떠한 영향도 피할 수 있도록 하는 것이다.

Description

캠 페이서용 오일 유동 제어 밸브 {OIL FLOW CONTROL VALVE FOR A CAM PHASER}
도 1은 스풀의 관통보어를 통하여 연장하는 스풀 하우징 내에 장착된 체크 밸브를 구비한 본 발명에 따른 OCV의 종방향 단면도.
도 2는 관통보어를 구비한 스풀의 측방향 사시도.
도 3은 도 1의 OCV의 개략적인 종방향 단면도.
도 4는 도 3의 OCV의 개략적인 횡단면도.
도 5, 도 6 및 도 7은 도 3/도 4에서의 OCV의 다른 실시예의 개략적인 횡단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 오일 유동 제어 밸브 16 : 스풀 하우징
18 : 스풀 40 : 체크 밸브
44 : 스프링 편향 볼 48 : 케이지
60 : 관통보어
본 발명은 일반적으로 캠 페이서용 오일 유동 제어 밸브에 관한 것이다.
캠 페이서(cam phaser)는 엔진의 캠샤프트에 대한 풀리/스프로켓(sprocket)의 각도적 관계를 조정하기 위해 이용된다. 엔진이 작동되는 동안, 가변 캠 페이서(VCP)는 위상 관계의 변화를 허용한다. 통상적으로, 캠 페이서는 이중 오버헤드 캠 엔진 상의 흡입 캠을 변위시키도록 이용되어 엔진의 토크 곡선(torque curve)을 넓히고, 높은 rpm으로 피크 파워(peak power)를 증가시키고, 아이들 품질(idle quality)을 개선한다. 또한, 배기 캠은 캠 페이서에 의해 변위될 수 있어, HC 및 NOx 배출을 상당히 감소시킬 수 있는 내연 배출물 희석 제어부를 제공하거나, 연료 효율을 개선한다.
캠 페이서는 유압 시스템에 의해 제어되며, 유압 시스템은 엔진으로부터 가압된 윤활유를 이용하여 캠샤프트와 크랭크샤프트 사이의 상대적인 위치를 변화시켜, 밸브 타임을 변경시킨다. 캠샤프트의 전진 또는 지연 위치는 오일 유동 제어 밸브를 경유하여 제어된다. 오일 유동 제어 밸브(이하에서는 "OCV")는 오일 유동을 상이한 포트로 제어하여 캠 페이서로 유입하여, 풀리 또는 스프로켓에 대한 캠샤프트의 각도적 위치를 제어한다. 그러나, 캠 페이서의 챔버내에 들어있는 오일의 압력은 밸브 트레인(valve train)의 운동에 영향을 받아 캠 페이서 내부의 오일 압력이 정점에 도달하며, 이는 오일 제어 공급 압력, 즉 엔진에 의해 공급된 오일 압력 보다 더 높을 수 있다. 이는 OCV를 가로지르는 오일 역유동의 소정의 양을 초래할 수 있어, 캠 페이싱 시스템의 위상 비율 성능(phase rate performance)을 줄인다.
상술된 상황 하에서 오일 역유동을 피하기 위해, 체크 밸브는 실린더 헤드 또는 크랭크케이스 중 어느 하나의 오일 통로 내에 일체로 형성된다. 이러한 체크 밸브는 또한 오일 압력이 감소될 때, 예를 들면, 엔진이 정지할 때의 경우 캠 페이서가 비워지지 않는다. 그러나, 이러한 접근은 실린더 헤드 또는 엔진 블록에 대해 상당한 비용을 추가하게 된다. 또한, 체크 블록의 실시는 오일 경로 때문에, 상이할 수 있다. 또한, 체크 밸브는 여전히 효율적이 되도록 캠 페이서로부터 너무 멀리 배치되지 않아야 한다.
미국 특허 제 5,291,860호 또는 유럽 특허 제 1 447 602호로부터 OCV로 체크밸브가 통합되는 것이 공지되어 있다.
미국 특허 제 5,291,860호에서, 체크 밸브는 OCV의 스풀로 통합된다. 유럽 특허 1 447 602호에서, 체크 밸브는 OCV의 하우징의 측벽으로 통합된다. 체크 밸브는 원통부 형상을 가지는 스프링 블레이드이다. 체크 밸브로 이어지는 오일 채널내의 압력이 스프링 블레이드의 스프링력 보다 더 높을 때, 오일은 OCV로 유입될 수 있다. 한편, OCV 내의 오일 압력이 관련 오일 채널 내의 압력 보다 더 높은 압력에 도달하면, OCV 내의 오일은 폐쇄 위치로 가해지는 스프링 블레이드의 내측부에 대해 가압되어 오일 채널 내의 오일의 복귀 유동을 방지한다.
본 발명의 목적은 이러한 오일 제어 밸브의 개선된 일 실시예를 제공하는 것이다. 이러한 목적은 청구항 1에 청구된 바와 같은 캠 페이서용 OCV에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 스풀, 스풀 하우징 및 체크 밸브를 포함하는 캠 페이서용 오일 유동 제어 밸브는 상기 스풀이 관통보어를 포함하고 상기 체크 밸브는 스풀 하우징에 장착되고 관통보어를 통하여 연장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나의 기본적인 사상은 스풀의 압력 균형이 소정의 작동 상태 하에서 완전히 교란될 수 있기 때문에, 미국 특허 제 5,291,860호로부터 공지된 OCV의 스풀상의 체크 밸브가 스풀의 균형을 교란할 수 있다는 것을 기초로 한다. 체크 밸브 상의 증가되는 오일 압력은 스풀에 작용하고 하나의 방향으로 스풀에 힘을 가하는 힘을 발생시킨다. 그러나, 이는 캠 페이서 내의 오일 압력에 영향을 미칠 수 있어, 캠 페이서의 조정의 정밀도에 영향을 미칠 수 있다. 더욱이, 캠 페이서의 성능이 감소될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라, 체크 밸브는 OCV의 하우징에 일체로 형성되어 밸브 트레인에 의한 캠 페이서에서의 영향이 변화함에 따라 오일 압력이 OCV에서 갑작스럽게 변화될 때 OCV의 스풀의 균형의 어떠한 영향도 피하도록 한다. 본 발명은 OCV 및 캠 페이서의 향상된 제어가 가능하다. 이는 밸브 제어 시간이 더욱 정밀하게 되어 엔진 작동이 개선된다. 더욱이, OCV에 통합되는 체크 밸브는 실린더 헤드 기계 가공을 더 용이하게 하고 신뢰도가 개선된다.
본 발명의 추가의 장점은 체크 밸브가 캠 페이서의 가압 밸브에 가까이 근접될 수록, 챔버와 체크 밸브 사이에 포함되는 오일 용적이 줄어든다. 따라서, 캠 페이서에 의해 가압된 오일의 용적이 낮아서, 댐핑이 존재하지 않거나 적어서 밸브 제어 정밀도를 강화한다. 스풀은 체크 밸브를 포함하지 않기 때문에, 미국 특허 제 5,291,860호에 기재된 OCV의 스풀 보다 더 가볍다. 따라서, 본 발명에 따른 OCV에서의 수풀의 관성이 작아서, 스풀이 통합된 체크 밸브를 구비한 스풀 보다 더 빨리 반응할 수 있다. 더욱이, 스풀에서의 관통보어는 스풀의 질량 및 스풀의 관성을 추가로 감소시킨다.
종속항은 본 발명에 따른 장치의 실시예의 유용한 형태를 보여준다.
바람직하게는, 오일 유동 제어 밸브에서의 체크 밸브는 긴 케이지 및 이 케이지 내에 포함된 스프링 편향 볼(spring biased ball)을 포함한다. 스프링 편향 볼은 오일이 오일 채널로 역으로 유동하는 것을 방지하는 수단으로서 기능한다.
더욱, 바람직하게는, 체크 밸브의 케이지는 수직하게 배향된 스풀의 주축선과 케이지의 주축선의 중간 부분 근처에 위치한다. 따라서, 편향 스프링의 힘의 방향 및 스풀의 운동 방향은 또한 수직하게 배향된다. 편향 스프링의 힘의 방향은 오일 유동 제어 밸브로 유동되는 오일 채널의 중간 축선에 대해 평행하다.
본 발명에 따라, 관통보어는 하우징 내에서 스풀의 왕복 운동을 허용하는 긴 곡선 또는 원형 형상이다.
또한 본 발명에 따라, 오일 유동 제어 밸브는 측부로부터 공급되고 체크 밸브는 오일 유동 제어 밸브의 관련된 유입구 근처, 더욱 상세하게는 오일 공급 채널의 유입구 근처에 배치된다. 더욱 상세하게는, 체크 밸브는 오일 유동 제어 밸브의 관련 유입구 반대쪽에 배치되어 체크 밸브의 주축선 및 관련 오일 채널의 관련 유입구의 중앙 축선이 일치하거나 적어도 본질적으로 일치한다.
또한 본 발명에 따라, 체크 밸브의 케이지는 제공되는 하나 이상의 개구를 포함하여 오일이 케이지 내부로부터 관통 보어로 그리고 관통 보어로부터, 스풀의 위치에 따라, 캠 페이서의 후속하는 챔버로 통과하는 것을 허용한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따라, 체크 밸브는 두 개의 편향 스프링 및 상기 두 개의 편향 스프링에 의해 스프링 편향된 두 개의 볼을 포함한다. 따라서, 다른 실시예에 따른 체크 밸브는 상술된 실시예의 두 개의 체크 밸브의 조합체이다. 이러한 체크 밸브는 오일 유동 제어 밸브가 두 개의 측부 유입구를 경유하여 이로부터 공급될 때 유익하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 하우징의 주축선 및 스풀의 주축선이 평행하며 스풀이 하우징 중심 외에 배치된다. 따라서, 하우징의 단면은 바람직하게는 체크 밸브가 하우징으로 고정 장착되는 영역에 위치하는 겸상(sickle)의 가장 넓은 부분을 구비한 부분적인 겸상이다. 상술된 겸상부에서 하우징의 증가된 벽 크기는 하우징에서 체크 밸브의 개선된 고정을 허용한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 도면에 도시되고 비제한적인 예로서 주어진, 본 발명의 바람직한 일 실시예의 후술되는 상세한 설명으로부터 명백하다. 본 발명의 빠른 이해를 위해 요구되지 않은 구성 모두는 생략된다. 도면에서, 동일한 부재는 다양한 도면에서 동일한 도면부호가 제공된다.
지금부터, 본 발명에 다른 캠 페이서용 오일 유동 제어 밸브(OCV)의 바람직한 실시예가 설명된다.
후술되는 상세한 설명에서, 비제한적인 설명을 위해, 본 발명의 전체적인 이해를 위해, 특별한 실시예, 기술 등과 같은 설명이 특히 상세하게 설명된다. 그러 나, 본 발명은 이러한 특정 실시예에로부터 벗어나는 다른 실시예로 실시될 수 있음이 본 기술분야의 기술자에게 명백하게 된다.
또한, 널리 공지된 방법의 상세한 설명은 본 발명의 상세한 설명이 불명확하게 되지 않도록 생략된다.
도 1에는 오일 공급 채널(12)로부터 내연 기관의 캠 페이서로의 오일 유동을 제어하기 위한 OCV(10)가 도시되어 있다. OCV(10)는 대체로 엔진 실린더 헤드(14) 내의 보어에 장착된다. OCV(10)는 하우징(16), 하우징(16)에 위치한 스풀(18), 및 하우징(16)내의 스풀(18)의 위치를 제어하기 위한 제어 유닛(20)을 포함한다.
OCV(10)의 하우징(16)은 실린더 헤드(14)에 배치되고 오일 채널(28, 30 및 32)과 협동하는 개구(22, 24, 및 26)를 포함하는 슬리브로서 형성된다.
OCV(10) 및 채널(28, 30 및 32)을 통한 오일 유동은 기술분야에 알려진 바와 같이 하우징(16)에 상호 장착되는 스풀(18)의 위치에 의해 필수적으로 제어된다. 하우징(16) 내의 스풀(18)의 배치는 바람직하게는 솔레노이드 액츄에이터를 포함하는 제어 유닛(20)에 의해 제어된다.
OCV에서, 체크 밸브(40)는 하우징(16)과 결합된다. 체크 밸브(40)는 하우징(16)의 내부 부품으로서 설계될 수 있지만, 이와 달리 하우징(16)에 직접 또는 간접적으로 고정될 수 있다. 이러한 체크 밸브(40)의 구조 및 동작은 후속하는 도면과 관련하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1의 실시예에서, 오일 공급 채널(12)이 하우징(16)의 중간 부분에 배치되어 하우징(16) 내의 개구에 의해 형성된 대기실(42)에서 종결되며, 오일 공급 채널 을 통하여 OCV(10)는 엔진으로부터의 가압 오일을 수용하여 캠 페이서로의 오일 공급을 제어하기 위해 채널(28, 30)로/로부터 오일을 분해/수용한다.
본 발명의 실시예에서, 엔진으로부터의 오일은 고압 하에서 대기실(42)로 유입된다. 대기실(42)이 오일로 채워진 경우, 오일은 스프링 편향 볼(44), 편향 스프링(46) 및 편향 볼(46) 및 볼(44)을 포함하는 케이지(48), 특히 긴 케이지(48)를 포함하는 체크 밸브(40)를 경유하여 OCV로 유입된다. 스풀(18) 내의 오일 압력과 이러한 편향 스프링(46)의 힘 둘다 볼(44)을 케이지(48)에 형성된 입구 통로(50)(도 3 참조), 특히 홀에 가압한다.
대기실(42) 내의 오일 압력이 편향 스프링(46)의 힘 및/또는 스풀(18) 내부 오일 압력을 초과하는 경우 체크 밸브(40)가 개방된다. 한편, 스풀(18) 내부의 오일 압력 및/또는 편향 스프링(46)의 힘이 대기실(42) 내의 오일 압력을 초과하는 경우, 예를 들면, 엔진으로부터의 오일 압력이 감소되는 경우, 볼(44)은 유입 통로(50)에 대해 가압되어 체크 밸브(40)가 폐쇄된다.
도 2는 스풀(18)의 측방향 사시도이다. 도 2로부터 볼 수 있는 바와 같이, 스풀(18)은 관통보어(60)를 포함한다.
도 3은 스풀(18)의 주축선을 따라 스풀(18) 및 하우징(16)을 통한 종방향 단면도이다. 도 3으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 체크 밸브(40)는 스풀 하우징(16)에 장착되고, 체크 밸브는 스풀(18) 내의 관통보어(60)를 통해 연장된다. 특히 도 3에 도시된 바와 같이, 체크 밸브(40)는 편향 스프링(46) 및 스프링 편향 볼(44)을 포함하는 케이지(48)를 포함한다. 도 3에 도시된 상태에 따라, 유입 통로(50)는 스프링 편향 볼(44)에 의해 차단되고 편향 스프링(46)은 유입 통로(50)가 차단되는 위치에서 볼(44)을 유지한다. 오일 공급 채널(12)로부터 또는 대기실(42)에서의 오일 압력이 많이 증가되어 편향 스프링(46)의 스프링력 및/또는 스풀(18) 내부의 오일 압력을 초과하는 경우, 유입 통로(50)가 개방된다.
도 2로부터 명백한 바와 같이, 관통보어(60)는 하우징(16) 내의 스풀(18)의 상호 이동을 허용하는 긴 원형상이다.
케이지(48)에는 케이지(48)로부터 관통보어(60)로 그리고 관통보어로부터 개구(22, 24, 26)를 경유하여 캠 페이서의 오일 포트로서 기능하는 후속하는 오일 채널(28, 30, 32)로 오일이 통과하도록 제공된 하나 이상의 개구(62)가 제공된다.
대기실(42)은 대기실(42)의 영역 내의 하우징(16) 둘레 주변에 배치되는 필터(64)를 포함한다. 필터(64)에는 입자 재료가 OCV(10)로 유입되는 것을 방지하기 위한 수단이 제공된다.
체크 밸브(40)가 하우징(16)에 고정되게 장착되므로, 특히 밸브 트레인에 의한 캠 페이서 내에서의 압력 피크에 의해 발생된 체크 밸브(40) 상에 작용하는 어떠한 힘도 하우징(16) 내의 스풀(18)의 위치에 영향을 미치지 않는다.
도 4는 도 3의 단면선 III-III을 따른 OCV의 개략적인 단면도이며 스프링 편향 볼(44) 뿐만 아니라 편향 스프링(46) 및 체크 밸브(40)의 케이지(48)를 보여준다. 또한 도 4에서 체크 밸브(40)로부터 관통보어(60)로 그리고 관통 보어(60)로부터 후속하는 오일 채널(28, 30, 32)로 스풀의 수직 위치에 따라 오일의 통과를 허용하는, 케이지(48) 내의 하나 이상의 개구(62)가 명백하다. 도 4의 실시예에 서, 케이지(48)는 4개의 개구(60)를 포함하는데, 케이지(48)의 중앙을 통한 단면에 의해 3개의 개구만이 볼수 있다.
도 5는 도 3 또는 도 4에서 OCV의 다른 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 다른 실시예에 따라 OCV(10)는 각각 두 개의 스프링 편향 볼(44) 및 두 개의 편향 스프링(46)을 구비하는 케이지(48)를 포함한다. 기능은 두 개의 측부로부터 오일 공급 채널(12)용 오일을 수용하기 위해 제공되는 이러한 선택적인 OCV(10)로부터 벗어나고 위에서 설명된 기능과 본질적으로 동일하다.
도 6은 도 5에 도시된 다른 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 다른 실시예에 따른 OCV(10)는 케이지(48)로 삽입되거나 케이지(48)와 일체로 형성된 분리기(66)에 의해 분리되는 두 개의 편향 스프링(46)을 포함한다. 기능은 두 개의 측부로부터 오일 공급 채널(12)용 오일을 수용하기 위해 제공되는 이러한 선택적인 OCV(10)와 달리 상술된 것과 본질적으로 동일한데, 각각의 스프링에 대해 내부 및 외부 오일 압력의 균형과 무관하게 작용하는 가능성을 구비한다.
도 7은 도 3 또는 도 4에서 OCV의 다른 선택적인 실시예의 개략적인 단면도이다. 이러한 선택적인 실시예에 따른 OCV(10)에서, 스풀(18)의 주축선 및 하우징(16)의 주축선이 평행하고, 스풀(18)은 하우징(16) 내에서 중심 외에 배치되어 있다. 따라서, 하우징(16)의 단면은 바람직하게는 체크 밸브(40)가 하우징(16)으로 고정되게 장착되는 영역에 위치하는 겸형(sickle)의 가장 넓은 부분을 구비하는 부분적인 겸형상이다. 상술된 겸형상부에서의 하우징(16)의 증가된 벽 크기는 하우징(16)에서 체크 밸브(40)의 개선된 고정을 위해 허용된다.
상술된 상세한 설명에서 본 발명에 따라 OCV(10)의 바람직한 일실시예에서, OCV(10)의 추가 실시예의 원리, 예를 들면 OCV의 하우징(16) 내에서의 체크 밸브40)의 다른 배치로부터 벗어나지 않고 본 발명의 범위에 있음이 본 발명의 기술자에게 명백하다.
따라서, 요약하면, 본 발명은 스풀(18), 스풀 하우징(16) 및 체크 밸브(40)를 포함하는 캠 페이서용 오일 유동 제어 밸브(10)에 관한 것으로, 스풀(18)은 관통보어(60)를 포함하고 체크 밸브(40)는 스풀 하우징(16)에 장착되고 체크 밸브는 관통보어(60)를 통하여 연장하여 체크 밸브(40)가 오일 유동 제어 밸브(10)의 하우징(16)에 통합되도록 하여 스풀(18)이 체크 밸브(40) 둘레에서 상호 이동하여 밸브 트레인에 의한 캠 페이서 내의 영향이 변화되어 오일 압력이 오일 유동 제어 밸브(10)에서의 갑작스럽게 변화될 때 스풀(18)의 균형에 대한 어떠한 영향도 피할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명에 따라, 체크 밸브는 OCV의 하우징에 일체로 형성되어 밸브 트레인에 의한 캠 페이서에서의 영향이 변화함에 따라 오일 압력이 OCV에서 갑작스럽게 변화될 때 OCV의 스풀의 균형의 어떠한 영향도 피하도록 한다. 본 발명은 OCV 및 캠 페이서의 향상된 제어가 가능하다. 이는 밸브 제어 시간이 더욱 정밀하게 되어 엔진 작동이 개선된다. 더욱이, OCV에 통합되는 체크 밸브는 실린더 헤드 기계 가공을 더 용이하게 하고 신뢰도가 개선된다.

Claims (9)

  1. 스풀(18), 스풀 하우징(16) 및 체크 밸브(40)를 포함하는 캠 페이서용 오일 유동 제어 밸브(10)에 있어서,
    상기 스풀(18)은 관통보어(60)를 포함하고 상기 체크 밸브(40)는 상기 스풀 하우징(16)에 장착되고 상기 체크 밸브는 상기 관통보어(60)를 통하여 연장하는 것을 특징으로 하는,
    오일 유동 제어 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 체크 밸브(40)는 긴 케이지(48) 및 상기 케이지(48)에 포함되는 스프링 편향 볼(44)을 포함하는,
    오일 유동 제어 밸브.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 케이지(48)는 상기 스풀(18)의 중간 부분 근처에 위치하며 상기 스풀(18)의 주축선 및 상기 케이지(48)의 주축선이 수직하게 배향되는,
    오일 유동 제어 밸브.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통보어(60)는 상기 하우징(16) 내에서의 상기 스풀(18)의 상호 이동을 허용하는 긴 원 형상인,
    오일 유동 제어 밸브.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오일 유동 제어 밸브(10)는 측부로부터 공급되고 상기 체크 밸브(40)는 상기 오일 유동 제어 밸브(10)의 관련 유입구(12) 근처에 배치되는,
    오일 유동 제어 밸브.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이지(48)는 상기 케이지(48) 내부로부터 상기 관통보어(60)로 오일이 통과하도록 제공되는 하나 이상의 개구(62)를 포함하는,
    오일 유동 제어 밸브.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 체크 밸브(40)는 두 개의 편향 스프링(46) 및 상기 편향 스프링(46)에 의해 스프링 편향된 두 개의 볼(44)을 포함하는,
    오일 유동 제어 밸브.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 두 개의 편향 스프링(46)이 분리기(66)에 의해 분리되는,
    오일 유동 제어 밸브.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징(16)의 주축선 및 상기 스풀(18)의 주축선이 평행하고 상기 스풀(18)은 상기 하우징(16)의 중심 외에 배치되는,
    오일 유동 제어 밸브.
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