KR20110053856A - 4밸브 엔진의 밸브 모듈 - Google Patents

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KR20110053856A KR1020090110544A KR20090110544A KR20110053856A KR 20110053856 A KR20110053856 A KR 20110053856A KR 1020090110544 A KR1020090110544 A KR 1020090110544A KR 20090110544 A KR20090110544 A KR 20090110544A KR 20110053856 A KR20110053856 A KR 20110053856A
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두산인프라코어 주식회사
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Abstract

본 발명은 4밸브 엔진에서 캘리퍼에 연결된 밸브를 수직 방향으로 유동시킴과 동시에 밸브를 회전시켜 밸브 시트링의 편마모와 카본의 퇴적을 방지하는 4밸브 엔진의 밸브 모듈에 관한 것이다.
보다 구체적으로는 본 발명은 캠의 회전에 따라 상하 방향으로 이동하는 푸쉬로드에 로커암 일단이 연결되고, 중공된 로커암 중앙부가 축에 의해 관통되어 상기 축을 중심으로 회전 유동하며, 상기 푸쉬로드에 연결된 상기 로커암 일단의 상하 방향 운동을 상기 축을 중심으로 상기 로커암 일단과 대향되는 로커암 타단으로 전달하도록 구비되는 로커암; 캘리퍼 상단이 상기 로커암 타단에 연결되고 캘리퍼 하단에는 적어도 둘 이상의 밸브가 연결되도록 밸브 관통공이 형성되어, 상기 로커암 타단의 상하 방향 운동을 상기 밸브로 전달하는 캘리퍼; 실린더 헤드와 상기 밸브 관통공을 관통하며 상하 방향으로 유동하되, 상기 밸브 관통공에 밸브 스템부가 결합되는 밸브; 를 포함하되, 상기 밸브가 상기 밸브 관통공을 슬라이딩하며 상하 방향으로 유동하면서 회전되도록 돌기와 나선 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
4밸브 엔진, 캘리퍼, 밸브, 나선 구조, 회전 운동

Description

4밸브 엔진의 밸브 모듈{Valve module for 4 valve-type Engine}
본 발명은 4밸브 엔진에서 캘리퍼에 연결된 밸브를 수직 방향으로 유동시킴과 동시에 밸브를 회전시켜 밸브 시트링의 편마모와 카본의 퇴적을 방지하는 4밸브 엔진의 밸브 모듈에 관한 것이다.
도 1 은 4밸브 엔진에서의 밸브 모듈 구동을 개략적으로 나타내는 사시도를 나타낸다. 도 1 은 종래의 경우와 본 발명이 동일하므로 도 1 을 참조하여 종래의 4밸브 엔진에서의 밸브 구조를 설명하기로 한다.
도 1 을 참조하면 4밸브 엔진에서는 로커암(100)에 연결된 캘리퍼(200)를 이용하여 하나의 상기 로커암(100)에 의해 2개의 밸브(300)를 구동할 수 있도록 형성된다. 이 경우, 상기 로커암(100)의 유동에 의해 상기 캘리퍼(200)가 상하 방향으로 이동한다. 상기 캘리퍼(200)의 상하 방향 운동에 따라 상기 캘리퍼(200)에 연결된 2개의 상기 밸브(300)가 상하 방향으로 왕복 운동하며 피스톤 행정을 수행하게 된다.
이러한 종래의 4밸브 엔진에서의 밸브 모듈은,
첫째, 밸브가 상하 방향으로 왕복 운동만을 반복하게 되므로 밸브 스트링의 편마모를 비롯하여 밸브 모듈의 각 부위에서 일 측에만 마모가 발생하는 문제점이 있다.
둘째, 밸브가 회전하지 않고 왕복 운동만을 반복하게 되므로 밸브가 회전과 동시에 왕복 운동을 하는 경우에 비하여 탄소의 퇴적량이 증가하므로 이로 인해 엔진의 수명이 단축되고 연비가 감소하는 단점이 있다.
따라서, 4밸브 엔진에서 로커암에 캘리퍼가 연결되고 캘리퍼에 복수 개의 밸브가 결합되어 동시에 유동되는 타입의 경우에 밸브가 상하 방향으로 왕복 운동을 함과 동시에 회전할 수 있는 밸브 모듈의 개발이 요구되어 왔다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 캘리퍼에 연결되는 밸브가 상하 방향으로 왕복 운동을 하면서 동시에 밸브가 캘리퍼에 결합된 상태로 회전할 수 있는 4밸브 엔진의 밸브 모듈을 제공하고자 개발되었다.
본 발명은 캠(10)의 회전에 따라 상하 방향으로 이동하는 푸쉬로드(20)에 로커암 일단(110)이 연결되고, 중공된 로커암 중앙부(120)가 축(30)에 의해 관통되어 상기 축(30)을 중심으로 회전 유동하며, 상기 푸쉬로드(20)에 연결된 상기 로커암 일단(110)의 상하 방향 운동을 상기 축(30)을 중심으로 상기 로커암 일단(110)과 대향되는 로커암 타단(130)으로 전달하도록 구비되는 로커암(100); 캘리퍼 상단(210)이 상기 로커암 타단(130)에 연결되고 캘리퍼 하단(220)에는 적어도 둘 이상의 밸브(300)가 연결되도록 밸브 관통공(230)이 형성되어, 상기 로커암 타단(130)의 상하 방향 운동을 상기 밸브(300)로 전달하는 캘리퍼(200); 실린더 헤드(50)와 상기 밸브 관통공(230)을 관통하며 상하 방향으로 유동하되, 상기 밸브 관통공(230)에 밸브 스템부(310)가 결합되는 밸브(300); 를 포함하되, 상기 밸브(300)가 상기 밸브 관통공(230)을 슬라이딩하며 상하 방향으로 유동하면서 회전되도록 상기 밸브 관통공(230)의 내주면에는 돌기(231)가 형성되고, 상기 밸브 스템부(310)의 외주면에는 상기 돌기(231)에 대응되는 나선 홈(311)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 밸브(300)가 적어도 둘 이상으로 형성됨에 따라 적어도 둘 이상으로 형성되는 상기 밸브 스템부(310)에 각각 구비되는 상기 나선 홈(311)의 나선 방향은 각각의 상기 밸브 스템부(310)마다 동일한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 4밸브 엔진의 밸브 모듈은,
첫째, 캘리퍼와 밸브의 스템부에 돌기와 나선 홈이 가공되어 이에 의해 캘리퍼에 연결된 밸브가 상하 방향으로 왕복 운동할 때 돌기가 나선 홈을 따라 슬라이딩함에 따라 밸브의 직선 왕복 운동과 회전 운동이 동시에 수행되므로 밸브 모듈의 편마모를 방지하는 장점이 있다.
둘째, 상술한 바와 같이 밸브가 직선 왕복 운동과 회전 운동을 병행하게 되므로, 밸브가 상하 방향으로 왕복 운동만을 하는 경우에 비해 탄소의 퇴적량이 감소하게 되어 탄소 퇴적으로 인한 엔진 수명 단축과 연비 감소의 문제를 해소할 수 있는 효과가 있다.
일반적으로 엔진은 밸브의 개수에 따라 하나의 실린더에 흡기밸브와 배기밸브가 각각 하나씩 구비되는 2밸브 엔진과 하나의 실린더에 흡기밸브와 배기밸브가 각각 2개씩 구비되는 4밸브 엔진으로 구분될 수 있다.
밸브는 흡기구 또는 배기구를 개폐시키기 위한 것으로, 이러한 흡기구와 배기구를 개폐시키기 위해 실린더 헤드를 관통하며 일정 경로를 상하 방향으로 왕복 운동한다. 그러나 밸브가 상하 방향으로 직선 운동만 할 경우 밸브면과 밸브 시트에 탄소가 퇴적되는 문제가 있으므로 밸브를 상하 방향으로 직선 운동 시킴과 동시에 회전 운동을 시키는 것이 바람직하다.
최근 엔진의 효율과 마력이 중시되면서 고효율, 고마력의 엔진을 구현하기 위해 4밸브 엔진이 활용되고 있는 실정이다. 이러한 4밸브 엔진의 경우 하나의 실린더에 흡기밸브와 배기밸브를 각각 2개씩 구비해야 하므로 캘리퍼를 이용하여 하나의 로커암에 캘리퍼를 연결하여 두개의 밸브를 결합하여 동시에 동작시키는 방법을 사용하고 있다. 종래의 2밸브 엔진의 경우 하나의 실린더에 흡기밸브와 배기밸브가 각각 하나씩 구비되므로 밸브를 상하 방향으로 왕복 운동 시킴과 동시에 회전할 수 있는 구조이다. 다시 말해서 2밸브 엔진은 밸브의 편심을 이용하여 구조적으로 밸브를 회전시킬 수 있는 구조이다.
이에 비하여 4밸브 엔진의 경우 하나의 실린더에 4개의 밸브가 구비되므로 하나의 로커암에 2개의 밸브가 결합되어 2개의 밸브를 동시에 구동시켜야 하는 구조적인 한계로 인해 밸브를 회전시키기 어려운 문제가 있다. 이러한 4밸브 엔진의 구조적인 문제로 인하여 밸브를 회전시킬 수 없어 상술한 바와 같이 밸브 모듈의 마모 및 탄소 퇴적의 문제가 발생한다.
이하, 상술한 4밸브 엔진의 구조로 인한 문제점을 해결하기 위해 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 의한 4밸브 엔진에서의 밸브 모듈 구동을 개략적으로 나타내는 사시도를, 도 2 는 본 발명에 의한 4밸브 엔진에서의 밸브 모듈이 실린더 헤드에 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도를, 도 3 은 본 발명에 의한 밸브의 구조를 나타낸 정면도를, 도 4 는 본 발명에 의한 캘리퍼의 구조를 나타낸 사시도를, 도 5 는 본 발명에 의한 밸브와 캘리퍼 및 로커암의 결합 상태와 작동 상태를 나타낸 구조도를, 도 6 은 본 발명에 의한 밸브와 캘리퍼의 결합 상태와 나선 방향을 표현한 구조도를 나타낸다.
도 1 및 도 2 를 참조하면 본 발명에 의한 4밸브 엔진의 밸브 모듈은 로커암(100), 캘리퍼(200), 밸브(300)를 구비한다.
도 1, 도 2, 도 5 를 참조하면 상기 로커암(100)은 로커암 일단(110), 로커암 중앙부(120), 로커암 타단(130)으로 형성될 수 있다. 상기 로커암(100)은 캠(10)의 회전에 따라 상하 방향으로 이동하는 푸쉬로드(20)에 로커암 일단(110)이 연결된다. 상기 캠(10)은 회전 운동을 하는 특수한 윤곽이나 홈이 있는 판상장치(板狀裝置)이다. 상기 캠(10)을 원동체로 종동체(從動體)에 왕복운동 또는 요동운동을 하게 한다. 상기 캠(10)은 윤곽 또는 홈이 평면곡선으로 나타나는 평면캠으로 특히 판(板)캠일 수 있다. 상기 캠(10)은 등속회전운동(等速回轉運動)을 등속왕복운동으로 바꾸는 것으로, 종동체를 밀어 올릴 때에는 상기 캠(10)의 구동에 의하고 종동체를 하방으로 내릴 때에는 중력 또는 탄성체에 의한 탄성력에 의할 수 있다. 상기 캠(10)은 내연기관의 흡배기(吸排氣) 밸브를 움직이는 데에 사용되는 일반적인 캠과 동일하므로 보다 자세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 푸쉬로드(20)는 상기 캠(10)에 의해 등속회전운동에서 등속왕복운동으로 변환된 왕복 운동 에너지를 상기 로커암(100)의 상기 로커암 일단(110)으로 전달한다.
도 1, 도 2, 도 5 를 참조하면 상기 로커암(100)은 중공된 상기 로커암 중앙부(120)가 축(30)에 의해 관통되어 상기 축(30)을 중심으로 회전 유동한다. 상기 로커암 타단(130)은 상기 푸쉬로드(20)에 연결된 상기 로커암 일단(110)의 상하 방향 운동을 전달받을 수 있도록 상기 축(30)을 중심으로 상기 로커암 일단(110)과 대향되는 위치에 형성된다. 상기 축(30)은 상기 로커암(100)의 상기 로커암 중앙부(120)를 관통하도록 형성되며, 상기 로커암(100)이 상기 축(30)을 기준으로 회전 유동하면서 상기 푸쉬로드(20)에 의해 전달된 왕복 운동의 구동력을 반대 방향으로 전환하여 상기 로커암 타단(130)으로 전달하게 된다. 따라서, 상기 푸쉬로드(20)가 상승하는 경우 상기 푸쉬로드(20)에 연결된 상기 로커암(100)의 상기 로커암 일단(110)이 상승한다. 이와 동시에 상기 축(30)을 기준으로 상기 로커암(100)이 회전 유동하면서 상기 로커암 일단(110)과 대향되는 위치에 형성되는 상기 로커암 타단(130)으로 운동 에너지를 전달한다. 이 때 운동 방향은 반대 방향이 되므로 상기 로커암 일단(110)이 상승하는 경우, 상기 로커암 타단(130)은 하강하게 된다. 마찬가지로 상기 로커암 일단(110)이 하강하는 경우, 상기 로커암 타단(130)은 상승하게 된다.
도 1, 도 2, 도 5 를 참조하면 상기 캘리퍼(200)는 캘리퍼 상단(210), 캘리 퍼 하단(220), 밸브 관통공(230)이 형성될 수 있다. 상기 캘리퍼 상단(210)은 상기 로커암(100)에 연결되어 상기 로커암(100)과 일체로 유동한다. 따라서 상기 로커암(100)의 상승시 상기 캘리퍼(200)도 상승하게 되고, 상기 로커암(100)의 하강시 상기 캘리퍼(200)도 하강한다. 따라서 상기 로커암 타단(130)의 상하 방향 운동에 따라 상기 캘리퍼(200)도 일체로 유동하게 된다. 상기 캘리퍼 상단(210)과 대향되는 측면인 상기 캘리퍼 하단(220)에는 적어도 둘 이상의 상기 밸브(300)가 연결되도록 상기 밸브 관통공(230)이 형성된다. 상기 밸브 관통공(230)은 상기 밸브(300)가 유동할 수 있는 공간으로, 상기 밸브(300)의 상하 방향 운동에 따라 상기 밸브(300)는 상기 밸브 관통공(230)을 관통하여 상승하거나 또는 하강할 수 있다. 도 4 에서는 상기 캘리퍼(200)의 구체적인 형상에 대한 일실시예를 도시하고 있다. 도 4a 를 참조하면 상기 캘리퍼 상단(210)이 상기 로커암 타단(130)에 연결되어 결합되고, 상기 캘리퍼 상단(210)을 중심으로 두 갈래로 갈라져 이등변 삼각형 형상으로 상기 캘리퍼 하단(220)이 구비됨을 확인할 수 있다. 또한, 상기 캘리퍼 하단(220)에 상기 밸브 관통공(230)이 천공되어 있음을 확인할 수 있다. 도 4b 는 상기 캘리퍼(200)를 상기 캘리퍼 하단(220)측에서 상기 캘리퍼 상단(210)측으로 올려다 본 경우를 도시하고 있다.
도 1, 도 2, 도 5 를 참조하면 상기 밸브(300)는 밸브 스템부(310)를 구비할 수 있다. 도 3 에서 도시한 바와 같이 상기 밸브 스템부(310)는 상기 밸브(300)의 상단 끝단부에 형성된다. 상기 밸브 스템부(310)는 상기 밸브 관통공(230)에 결합되어, 상기 밸브(300)가 상기 밸브 관통공(230)을 통과하면서 상기 캘리퍼(200)에 결합되어 상하 방향으로 유동할 수 있도록 한다. 도 2 를 참조하면 상기 밸브(300)는 하단부가 실린더 헤드(50)를 관통하면서 상하 방향으로 유동함을 알 수 있다. 상기 실린더 헤드(Cylinder Head)(50)는 헤드 개스킷을 사이에 두고 실린더 블록에 체결 수단에 의해 구비될 수 있으며, 피스톤 및 실린더와 연소실을 형성한다. 상기 실린더 헤드(50)의 구체적인 구조와 형상은 엔진의 종류에 따라 달라질 수 있으므로 구체적인 구조와 형태는 한정되지 않는다. 상기 밸브(300)의 상하 방향 유동에 따라 연소실에서의 4행정 사이클이 수행될 수 있다.
도 5 를 참조하여 상기 밸브(300)의 유동에 따른 연소실의 사이클을 설명한다. 도 5a 는 상기 캠(10)의 회전각에 따라 상기 푸쉬로드(20)가 하강하고, 상기 푸쉬로드(20)의 하강에 따라 상기 로커암 일단(110)이 하강하며, 상기 로커암 타단(130) 및 상기 캘리퍼(200)가 상승하게 된다. 이에 따라 상기 캘리퍼(200)에 결합된 상기 밸브(300)가 상승하여 상기 밸브(300)가 상기 실린더 헤드(50)에 밀착되므로 압축 행정 상태가 된다. 도 5b 는 상기 캠(10)의 회전각이 변화함에 따라 상기 푸쉬로드(20)가 상승 중인 상태이다. 상기 푸쉬로드(20)의 상승에 따라 상기 로커암 일단(110)이 상승하고, 상기 로커암 타단 및 상기 캘리퍼(200)는 하강하기 시작한다. 상기 캘리퍼(200)에 결합된 상기 밸브(300)가 하강하기 시작하면서 흡기 행정 및 배기 행정이 시작된다. 도 5c 는 상기 캠(10)이 도 5a 에 비해 180도 회전하여 상기 푸쉬로드(20)를 최대로 상승시킨 상태를 도시하고 있다. 상기 푸쉬로드(20)와 상기 로커암 일단(110)이 상승하고, 상기 로커암 타단(130) 및 상기 캘리퍼(200)가 하강한다. 이에 따라 상기 밸브(300)가 최대로 하강하게 되며 흡기 행정 및 배기 행정이 완료되어 상기 밸브(300)가 완전히 개방된 상태이다.
도 3 내지 도 5 를 참조하면 상기 밸브 관통공(230)의 내주면과 상기 밸브 스템부(310)의 외주면에는 돌기(231)와 상기 돌기(231)에 대응되도록 형성되는 나선 홈(311)이 구비될 수 있다. 상기 돌기(231)와 상기 나선 홈(311)에 의해 상기 밸브(300)가 상기 밸브 관통공(230)을 슬라이딩하며 상하 방향으로 왕복 운동함과 동시에 회전할 수 있다. 상기 돌기(231)가 상기 밸브 스템부(310)의 외주면에 형성되고 상기 나선 홈(311)이 상기 밸브 관통공(230)의 내주면에 형성되는 실시예와, 상기 돌기(231)가 상기 밸브 관통공(230)의 내주면에 형성되고 상기 나선 홈(311)이 상기 밸브 스템부(310)의 외주면에 형성되는 실시예를 고려할 수 있다. 다만, 후자와 같이 상기 돌기(231)는 상기 밸브 관통공(230)의 내주면에 형성되고, 상기 나선 홈(311)은 상기 밸브 스템부(310)의 외주면에 형성되는 것이 상기 밸브(300)의 유동을 위해 더 바람직하다. 이와 같은 상기 돌기(231)와 상기 나선 홈(311)의 구조에 의해, 상기 밸브(300)가 상기 밸브 관통공(230)을 따라 상하 방향으로 유동될 때 왕복 운동과 동시에 회전하게 된다. 이에 의해서 상기 밸브(300)는 왕복 운동과 회전 운동을 동시에 수행하게 되어 상술한 바와 같은 문제점을 극복할 수 있다.
도 6 을 참조하면 상기 밸브(300)가 적어도 둘 이상으로 형성됨에 따라 적어도 둘 이상으로 형성되는 상기 밸브 스템부(310)에 각각 구비되는 상기 나선 홈(311)의 나선 방향을 도시하고 있다. 상기 밸브 스템부(310)에 각각 구비되는 상기 나선 홈(311)의 나선 방향은 동일한 방향으로 형성되는 것이 바람직하다. 따라 서, 상기 나선 홈(311)은 모두 오른 나사 방향 또는 모두 왼 나사 방향으로 구비되는 것이 좋다. 상기 나선 홈(311)의 방향에 따라 상기 캘리퍼(200)에 구비되는 상기 밸브(300)가 상승 또는 하강할 때, 상기 밸브(300)가 동일한 방향으로 회전하게 된다.
본 발명의 상기한 실시예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
도 1 은 본 발명에 의한 4밸브 엔진에서의 밸브 모듈 구동을 개략적으로 나타내는 사시도.
도 2 는 본 발명에 의한 4밸브 엔진에서의 밸브 모듈이 실린더 헤드에 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 3 은 본 발명에 의한 밸브의 구조를 나타낸 정면도.
도 4 는 본 발명에 의한 캘리퍼의 구조를 나타낸 사시도.
도 5 는 본 발명에 의한 밸브와 캘리퍼 및 로커암의 결합 상태와 작동 상태를 나타낸 구조도.
도 6 은 본 발명에 의한 밸브와 캘리퍼의 결합 상태와 나선 방향을 표현한 구조도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 캠 20 : 푸쉬로드
30 : 축 50 : 실린더 헤드
100 : 로커암 110 : 로커암 일단
120 : 로커암 중앙부 130 : 로커암 타단
200 : 캘리퍼 210 : 캘리퍼 상단
220 : 캘리퍼 하단 230 : 밸브 관통공
231 : 돌기
300 : 밸브 310 : 밸브 스템부
311 : 나선 홈

Claims (2)

  1. 캠(10)의 회전에 따라 상하 방향으로 이동하는 푸쉬로드(20)에 로커암 일단(110)이 연결되고, 중공된 로커암 중앙부(120)가 축(30)에 의해 관통되어 상기 축(30)을 중심으로 회전 유동하며, 상기 푸쉬로드(20)에 연결된 상기 로커암 일단(110)의 상하 방향 운동을 상기 축(30)을 중심으로 상기 로커암 일단(110)과 대향되는 로커암 타단(130)으로 전달하도록 구비되는 로커암(100);
    캘리퍼 상단(210)이 상기 로커암 타단(130)에 연결되고 캘리퍼 하단(220)에는 적어도 둘 이상의 밸브(300)가 연결되도록 밸브 관통공(230)이 형성되어, 상기 로커암 타단(130)의 상하 방향 운동을 상기 밸브(300)로 전달하는 캘리퍼(200);
    실린더 헤드(50)와 상기 밸브 관통공(230)을 관통하며 상하 방향으로 유동하되, 상기 밸브 관통공(230)에 밸브 스템부(310)가 결합되는 밸브(300);
    를 포함하되, 상기 밸브(300)가 상기 밸브 관통공(230)을 슬라이딩하며 상하 방향으로 유동하면서 회전되도록 상기 밸브 관통공(230)의 내주면에는 돌기(231)가 형성되고, 상기 밸브 스템부(310)의 외주면에는 상기 돌기(231)에 대응되는 나선 홈(311)이 형성되는 것을 특징으로 하는 4밸브 엔진의 밸브 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브(300)가 적어도 둘 이상으로 형성됨에 따라 적어도 둘 이상으로 형 성되는 상기 밸브 스템부(310)에 각각 구비되는 상기 나선 홈(311)의 나선 방향은 각각의 상기 밸브 스템부(310)마다 동일한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 4밸브 엔진의 밸브 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108487958A (zh) * 2018-01-30 2018-09-04 重庆科马工贸有限公司 一种气门摇臂
CN109058406A (zh) * 2018-07-22 2018-12-21 青海新源动力技术有限公司 一种将往复直线运动转变为连续旋转运动的摇盘机构

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