KR20140112459A - 시스템의 유체 공급을 제어하기 위한 장치 - Google Patents

시스템의 유체 공급을 제어하기 위한 장치 Download PDF

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시릴 이브 살로몬
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본타즈 센트레 알앤디
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Abstract

가압 유체의 유입구(8) 및 배출구(10)와, 유입구(8)와 배출구(10)를 연결하는 메인 덕트(11)와, 제어 수단을 포함하는 가압 유체 공급원으로부터 시스템의 공급을 제어하기 위한 장치로서, 상기 제어 수단은, 공급 유입구(10)에 배출구(10)를 연결하는 보조 덕트(12)와, 메인 덕트(11)에서 유동을 차단하는 가동 씰링 부재(14)와, 보조 덕트에서 유동을 차단할 수 있는 씰링 장치와, 상기 유입구(8)에 연결되는 상기 가동 씰링 부재와 상기 씰링 수단 사이의 파일럿 챔버(18)를 포함하고, 상기 씰링 장치의 밀폐 상태에서 상기 가동 씰링 부재(14)는 상기 유입구(8)와 상기 배출구(10) 간의 유동의 순환을 차단하고, 상기 씰링 장치의 개방 상태에서, 상기 가동 씰링 부재는 상기 유입구(8)와 상기 배출구(10) 간의 유동을 가능하게 하는 제어 장치에 관한 것이다.

Description

시스템의 유체 공급을 제어하기 위한 장치{DEVICE FOR CONTROLLING THE FLUID SUPPLY OF A SYSTEM}
본 발명은 시스템의 유체 공급, 예를 들어 내연 기관의 피스톤 냉각 노즐로의 오일의 공급을 제어하기 위한 장치에 관한 것이다.
문헌 FR 2 935 771은 시스템의 유체 공급을 제어하는 장치, 특히 내연 기관의 피스톤 냉각 노즐로의 공급을 위해 구현되는 장치를 개시한다. 이러한 장치는 씰링 부재를 구비하는 밸브를 포함하고, 밸브의 개방은 최소 압력 값 보다 높은 유체 압력 값에 의해 제어되고, 밸브의 폐쇄는 최소 값 미만으로 압력을 감소시키거나 씰링 부재의 면 상으로 가압 유체를 분사함에 의해 밸브의 폐쇄가 이루어지도록 제어된다. 분사는 전자기 밸브에 의해 제어된다. 가압 유체를 씰링 부재의 제2 면에 접촉시키면서 이송하기 위해서, 제2 채널이 케이싱 내에 형성된다. 대기압과 연결되는 통기공(air vent)은 씰링 부재의 개방에 대항하는 압력의 발생을 피하기 위해 씰링 부재의 높이로 될 필요가 있다.
이러한 장치는 완전한 만족을 준다. 생산 원가의 감소 및 시스템의 단순화가 특히 자동차 분야에서 추구된다.
본 발명의 목적은, 종래의 제어 장치에 비해, 생산 원가가 감소되고, 간단히 실현될 수 있는, 시스템의 유체 공급을 제어하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
전술된 목적은 제어 장치에 의해 달성될 수 있다. 제어 장치는, 가압 유체 공급 유입구와, 유체를 공급받는 시스템으로의 배출구와, 공급 유입구와 배출구 간의 메인 덕트와, 유입구와 배출구 사이에 배치되고 메인 덕트를 통해 유입구와 배출구 간의 연통을 차단하거나 가능하게 할 수 있는 가동 씰링 부재와, 공급 유입구와 배출구를 연결하는 보조 채널과, 보조 덕트 내에 배치되어 보조 덕트를 명령에 따라 차단할 수 있는 씰링 수단을 포함하고, 가동 씰링 부재는, 씰링 수단와 함께 보조 덕트 내에서 공급 유입구와 영구적으로 유체 연통하는 파일럿 챔버를 구획한다(delimite). 씰링 수단이 보조 채널 내에서 유동을 차단할 경우, 유체는 가동 씰링 부재 상에 압력을 가하여 메인 덕트가 차단되도록 한다. 씰링 수단이 보조 채널 내에서 유동을 가능하게 할 경우, 그러한 메인 채널 내에서 유동이 가능하도록, 씰링 부재는 이동한다.
즉, 제어 장치는, 유체의 압력이 제어를 지원하는데 이용되도록 형성되고, 이는 실질적인 방식으로 씰링 수단의 액추에이터의 사이즈를 감소시키는 것을 가능하게 한다. 예를 들어 작은 사이즈의 전자기 밸브와 같은 작은 사이즈의 씰링 수단을 위한 액추에이터를 사용하면서도 큰 사이즈, 특히 중요 부위의 및/또는 상당한 스트로크에 걸쳐 이동하는 씰링 요소를 구현하는 것이 가능하다.
게다가, 제어 장치는 대기압과 연결되는 통기공(air vent)을 필요로 하지 않기 때문에, 제어 장치는 단순화될 수 있다.
보조 채널 내에 설치되는 씰링 요소 수단의 제어는 전부 또는 전무형(all or nothing) 또는 비례형(proportional)일 수 있고, 이에 의해 제어 장치의 부분적인 개방 및 폐쇄 위치를 얻기 위한 보조 채널의 부분적인 개방, 개방 및 노즐 또는 다른 공급되는 장치의 조절된 공급이 가능하게 된다.
따라서, 본 발명의 주제는, 가압 유체 공급원(pressurized fluid source)으로부터 시스템의 공급을 제어하기 위한 제어 장치로서, 제어 장치는 가압 유체 공급 유입구와, 가압 유체 배출구와, 공급 유입구와 배출구를 연결하는 메인 덕트와, 제어 수단을 포함하고, 제어 수단은,
공급 유입구를 배출구에 연결하는 보조 덕트와,
메인 덕트 내의 유동을 차단할 수 있는 가동 씰링 부재 - 가동 씰링 부재는 제1 단부와 제2 단부를 포함하고, 가동 씰링 부재의 제1 단부는 공급 유입구의 위치에서 유체의 압력을 받으며, 가동 씰링 부재는 공급 유입구와 배출구 간의 연통 차단 상태에서 제1 단부에 의해 밸브 시트(valve seat) 상에 안착됨 - 와,
보조 덕트 내의 유동을 차단할 수 있는 씰링 수단(sealing means)과,
씰링 수단과 가동 씰링 부재에 의해 구획되는 파일럿 챔버(pilot chamber)와,
파일럿 챔버와 공급 유입구 사이의 영구적인 연통부(permanent communication)를 포함하고,
가압 유체가 작용하는 가동 씰링 부재의 제1 단부 및 제2 단부의 표면(surfaces) 및 보조 덕트의 제2 부분의 통로 섹션(section)은, 씰링 수단의 폐쇄 상태에서 가동 씰링 부재가 밸브 시트 상에 인접하게 유지되어 공급 유입구와 배출구 간의 유체의 순환을 차단하도록 하고, 씰링 수단의 개방 상태에서 가동 씰링 부재가 밸브 시트로부터 멀어지도록 이동하여 공급 유입구와 배출구 간의 유동이 가능하도록 한다.
예를 들어, 가동 씰링 부재는 상기 파일럿 챔버와 상기 공급 유입구 간의 영구적인 연통을 보장하는, 그의 제1 단부와 제2 단부를 연결하는 관통 통로를 포함한다.
씰링 수단은, 예를 들어, 씰링 부재와, 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 씰링 부재를 이동시키는 액추에이터를 포함할 수 있다.
씰링 부재는 제어 니들 밸브(control needle valve)일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 액추에이터는 전부 또는 전무형 액추에이터(all or nothing actuator)이다.
다른 실시예에 있어서, 액추에이터는 비례형 액추에이터(proportional actuactor)이다.
바람직하게는, 씰링 수단은 전자기 밸브(electromagnetic valve)로 형성된다.
본 발명의 주제는, 내연 기관의 적어도 하나의 피스톤을 냉각시키기 위한 시스템으로서, 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 제어 장치를 포함하고, 제어 장치의 공급 유입구는 가압 오일 공급원(pressurized oil source)에 연결되고, 배출구는 적어도 하나의 냉각 노즐에 연결된다.
본 발명은 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 노즐로의 미-공급의 위치에 있는 일 실시예에 따른 제어 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 노즐로의 공급의 관점에서 중간 위치에 있는 도 1의 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 노즐로의 공급 위치에 있는 도 1의 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 노즐로의 공급의 차단의 관점에서 소정 위치에 있는 도 1의 장치의 개략적인 단면도이다.
아래의 상세한 설명에서, 제어 장치는 내연 기관(internal combustion engine)의 피스톤 냉각 노즐로의 공급에 적용될 것이다. 그러나, 본 발명은 유체를 사용하고 그들의 공급 제어를 필요로 하는 모든 분야에 적용된다. 또한, 단순화를 위해, 용어 "오일"은 제어 장치를 통해 순환하는 유체를 나타내는데 사용될 것이지만, 본 발명은 오일의 공급에 제한되지 않고 임의의 다른 유체가 구현될 수 있음을 알 것이다.
도 1 내지 4에 도시된 제어 장치(2)는 가압 오일 공급원과 적어도 하나의 냉각 노즐 사이에 배치되는 예시를 위한 것으로, 오일 노즐의 압력 공급원이 개략적으로 도시된다. 냉각 노즐은 내연 기관의 피스톤(도시되지 않음)의 하부에 대해 오일을 분사하기 위한 것이다. 제어 장치(2)는 하나 이상의 노즐로의 가압 오일 공급을 제어한다.
노즐로의 오일 공급의 제어의 경우에 있어서, 제어 장치는 크랭크케이스 상에 고정된다.
제어 장치는 공급 유입구(8)(이하, '유입구'라 함)와, 배출 유출구(10)(이하, '배출구'라 함)를 포함한다. 유입구(8)는 가압 오일 공급원(도시되지 않음), 예를 들어 오일 펌프에 연결되기 위한 것이고, 배출구(10)은 적어도 하나의 냉각 노즐(도시되지 않음)에 연결되기 위한 것이다. 유입구(8)와 배출구(10)는 메인 덕트(11)에 의해 연결된다.
제어 장치는, 유입구(8)와 배출구(10) 사이에 배치되어, 유입구(8)와 배출구(10) 사이의 유체의 연통(fluidic communication)을 제어하기 위한 수단을 더 포함한다.
제어 수단은 유입구(8)와 배출구(10) 사이의 메인 덕트(11)에 배치되어 유입구(8)와 배출구(10) 사이의 연통(communication)을 제어한다. 제어 수단은 유입구(8)와 배출구(10)를 연결하는 보조 덕트(secondary duct)(12)와, 유입구(8)와 씰링 수단(16) 사이에 위치되는 제1 부분(12.1)과, 씰링 수단(16)과 배출구(10) 사이에 위치되는 제2 부분(12.2)을 구획하고 보조 덕트(12)에 배치되는 씰링 수단(16)을 포함한다.
제어 수단은 제1 부분(12.1) 내에서 병진 운동을 하는 가동 씰링 부재(14)를 포함하고, 가동 씰링 부재(14)는 유입구(8)의 가장자리를 이루는 밸브 시트(valve seat)(17) 상에 안착된다. 가동 씰링 부재(14)는 세로 축 (lonfitudinal axis)(X)을 가지고, 세로 축(X)을 따라 제1 부분(12.1) 내에서 이동 가능하다.
파일럿 챔버(pilot chamber)(18)는 가동 씰링 부재(14)와 씰링 수단(16) 사이에 배치된다.
파일럿 챔버(18)는 영구적으로 유입구(8)와 연통한다. 도시된 예에 있어서, 가동 씰링 부재(14)는 유입구(8)와 파일럿 챔버(18) 간의 영구적인 연통을 보장하는 통로(20)를 포함한다. 도시된 예에 있어서, 통로는 가동 씰링 부재(14)의 축과 동축이지만, 씰링 부재의 상기 축에 대해서는 오프셋(offset)될 수 있다.
보조 덕트(12)의 제2 부분(12.2)은, 배출구(10)로의 파일럿 챔버(18)의 유량(flow rate)이 파일럿 챔버(18)로의 유입구(8)의 유량 보다 크게 되도록 이루어진다. 예를 들어, 보조 덕트(12)의 제2 부분(12.2)의 통로의 단면은 가동 씰링 부재(14)를 통한 통로의 단면 보다 크다.
도시된 예에 있어서, 씰링 수단(16)은 액추에이터에 의해 병진으로 이동 가능한 제어 니들 밸브(control needle valve)로 형성된다. 씰링 수단은, 예를 들어 전자기 밸브(electromagnetic valve)로 형성될 수 있다. 명령에 따라 유동을 가능하게 하거나 차단할 수 있는 모든 수단이 구현될 수 있다. 예를 들어, 압전(piezoeletric) 또는 공압(pneumatic) 액추에에터에 의해 구동되는 밸브를 구현하는 것도 예상 가능하다. 다른 응용에 있어서, 수동 제어 씰링 수단(manual control sealing means)이 예상될 수 있다.
가동 씰링 부재(14)는 유입구(8)에서 유체의 압력을 받는 제1 세로방향 단부(14.1)와, 파일럿 챔버(18) 내에서 유체의 압력을 받는 제2 세로방향 단부(14.2)를 포함한다. 가압 오일(pressurized oil)을 마주하는 제2 세로방향 단부(14.2)의 면은 가압 유체(pressurized fluid)를 마주하는 제1 세로방향 단부(14.1)의 표면 보다 크고, 그에 따라 유입구(8)와 파일럿 챔버(18)에 동일 압력이 존재할 경우, 가동 씰링 부재(14)는 밸브 시트(17) 쪽으로 밀리고, 유입구(8)와 배출구(10) 간의 연통을 차단한다.
도시된 예에 있어서, 제1 단부(14.1)는 원뿔형 콘 형상(truncated corn shape)을 가지고, 유체를 마주하는 씰링 부재의 제1 단부(14.1)의 표면은, 씰링 부재가 밸브 시트로부터 멀어지도록 이동할 경우, 씰링 부재의 제2 단부의 표면과 동일한 면이다. 그러나, 오일 유동과 수두 손실(head losses) 때문에, 메인 덕트(11) 내의 압력은 유입구(8)의 압력인 파일럿 챔버(18) 내의 압력 보다 작다. 다른 형상을 가지는 씰링 부재는 본 발명의 범위를 넘어서지 않는다.
이제, 본 발명에 따른 제어 장치의 작동에 대해 설명한다.
냉각 노즐로의 공급에의 적용에 있어서, 제어 장치는 정상적으로 개방(도 3에 도시된 상태)되고, 노즐로의 공급을 가능하게 한다. 다른 응용으로, 그것은 정상적으로 폐쇄된 상태에 있을 수 있고, 공급이 차단된다.
도 1에 도시된 바와 같이 공급 차단의 위치에서, 니들 밸브(16)는 파일럿 챔버(18)로부터 보조 덕트(12)의 제2 부분(12.2)으로의 유동을 차단한다. 유입구(8)와 파일럿 챔버(18) 간의 영구적인 연통과 니들 밸브의 폐쇄된 상태 때문에, 파일럿 챔버(18) 내의 오일 압력은 유입구(8)에서의 오일 압력과 동일하다. 파일럿 챔버(18)의 오일이 작용하는 가동 씰링 부재(14)의 제2 세로방향 단부(14.2)의 면은 오일이 유입구(8)에서 작용하는 가동 씰링 부재(14)의 제1 세로방향 단부(14.1)의 면 보다 크고, 파일럿 챔버(18) 내에서 가동 씰링 부재(14) 상에 작용하는 힘은 가동 씰링 부재(14)를 밸브 시트(17) 쪽으로 가압한다. 이에 의해 유입구(8)와 배출구(10) 간의 연통은 차단된다. 노즐에 오일이 공급되지 않는다.
냉각 노즐에 오일을 공급하려 할 경우, 제어 니들 밸브가 미끄러져 파일럿 챔버(18)와 보조 덕트의 제2 부분(12.2) 간의 연통을 가능하게 한다(도 2 참조). 이러한 연통은, 제2 부분(12.2)을 통해 파일럿 챔버 내에 수용된 유체가 배출구(10)로 유동되게 한다. 또한, 제2 부분(12.2)을 통한 유량은 파일럿 챔버(18) 내에서 유입구(8)의 유량 보다 크고, 배출구(10)의 방향으로의 제2 부분(12.2)을 통한 유동 때문에 파일럿 챔버(18) 내의 압력은 감소한다. 그에 따라, 유입구 압력으로부터 배출구 압력으로 갈수록 압력이 감소한다. 가동 씰링 부재의 제1 단부 상에 작용하는 공급 유입구(8)의 높이에서의 오일 압력은 파일럿 챔버(18) 내의 가동 씰링 부재(14)의 제2 단부 상에 작용하는 압력 보다 크고, 가입 오일에 의해 가동 씰링 부재(14)의 제1 세로방향 단부(14.1) 상에 작용하는 힘이 파일럿 챔버(18)에 수용된 오일에 의해 제2 세로방향 단부(14.2) 상에 작용하는 힘 보다 크게 되도록 한다. 이후, 가동 씰링 부재(14)는, 파일럿 챔버(18)의 체적(volume)을 감소시키는 의미에서 보조 덕트(12)의 제1 구역(12.1)으로 슬라이딩한다. 동적 압력(dynamic pressure) 및 정적 압력(static pressure) 때문에 가동 씰링 부재(14)는 밸브 시트(17)로부터 멀어지도록 이동하고, 이에 의해 메인 덕트(11)를 통해 공급 유입구(8)로부터 배출구(10)로의 오일 유동이 가능하게 된다(도 3 참조).
노즐의 오일 공급을 차단하도록 결정되면, 제어 니들 밸브가 미끄러져 보조 덕트(12)의 제1 부분(12.1)과 제2 부분(12.2) 간의 연통이 다시 차단된다. 파일럿 챔버(18)에는 항상 가동 씰링 부재(14)를 통해 오일이 공급되지만, 오일은 제2 부분(12.2)을 통해 더 이상 배출되지 않는다. 파일럿 챔버(18) 내의 압력은 공급 유입구(8)에서의 압력 값에 도달할 때까지 상승한다. 오일의 유동 및 수두 손실 때문에 메인 덕트(11) 내의 압력은 유입구(8)의 압력인 파일럿 챔버(18) 내의 압력 보다 작고, 힘이 밸브 시트(17)의 방향으로 가동 씰링 부재(14) 상에 작용하고, 이에 의해 완전히 차단할 때까지 유체의 통로를 감소시킨다. 공급 유입구(8)와 배출구(10) 간의 유동은, 이후 다시 차단된다(도 1 참조).
설명되는 예에 있어서, 씰링 수단의 개방 및 폐쇄는 전부 또는 전무(all or nothing)이지만, 씰링 수단의 비례 개방 수단(proportional opening means)을 제공함으로써 보조 덕트(12)의 제2 부분(12.2)과 파일럿 챔버(18) 간의 연통의 부분적 개방 또는 부분적 폐쇄가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 씰링 부재의 제어는 파일럿 챔버 내의 압력에 의해 도움을 받기 때문에, 씰링 수단이 매우 작은 스트로크(stroke)와 사이즈(size)을 갖도록 유지하면서, 큰 사이즈의 및/또는 중요한 스트로크를 갖는 가동 씰링 부재가 구현될 수 있다. 그리고, 제어 장치가 대폭으로 소형화될 수 있다.
게다가, 제어장치는 공급 유입구와 배출구 사이에 보조 채널(secondary channel)만을 필요로 할 뿐 대기압으로의 통기공(air vent)을 필요로 하지 않기 때문에 제어 장치는 간단하게 실현될 수 있다.
또한, 제어 장치는 기존의 냉각 서킷(cooling circuits)에 매우 쉽게 통합된다.
공급 제어 장치는, 특히 내연 기관용의 적어도 하나 이상의 피스톤 냉각 노즐의 공급의 제어에 적합하다. 그러나, 본 발명에 따른 제어 장치는 유체를 구현하고 유체 공급의 제어를 필요로 하는 모든 시스템에 적합하다.
2 : 제어 장치
8 : 공급 유입구
10 : 배출구
11 : 메인 덕트
12 : 보조 덕트
14 : 가동 씰링 부재
16 : 씰링 수단
18 : 파일럿 챔버

Claims (10)

  1. 가압 유체 공급원(pressurized fluid source)으로부터 시스템의 공급을 제어하기 위한 제어 장치로서, 상기 제어 장치는 가압 유체 공급 유입구(8)와, 가압 유체 배출구(10)와, 상기 공급 유입구(8)와 상기 배출구(10)를 연결하는 메인 덕트(11)와, 제어 수단을 포함하고, 상기 제어 수단은,
    상기 공급 유입구(8)를 상기 배출구(10)에 연결하는 보조 덕트(12)와,
    상기 메인 덕트(11) 내의 유동을 차단할 수 있는 가동 씰링 부재(12) - 상기 가동 씰링 부재(14)는 제1 단부(14.1)와 제2 단부(14.2)를 포함하고, 상기 가동 씰링 부재(14)의 상기 제1 단부(14.1)는 상기 공급 유입구(8)의 위치에서 유체의 압력을 받으며, 상기 가동 씰링 부재(12)는 상기 공급 유입구(8)와 상기 배출구(10) 간의 연통 차단 상태에서 상기 제1 단부(14.1)에 의해 밸브 시트(valve seat)(17) 상에 안착됨 - 와,
    상기 보조 덕트 내의 유동을 차단할 수 있는 씰링 수단(sealing means)과,
    상기 씰링 수단과 상기 가동 씰링 부재(14)에 의해 구획되는 파일럿 챔버(pilot chamber)(18)와,
    상기 파일럿 챔버(18)와 상기 공급 유입구(8) 사이의 영구적인 연통부(permanent communication)를 포함하고,
    가압 유체가 작용하는 상기 가동 씰링 부재(14)의 상기 제1 단부(14.1) 및 상기 제2 단부(14.2)의 표면(surfaces) 및 상기 보조 덕트의 상기 제2 부분(12.1)의 통로 섹션(section)은, 상기 씰링 수단의 폐쇄 상태에서 상기 가동 씰링 부재(14)가 상기 밸브 시트(17) 상에 인접하게 유지되어 상기 공급 유입구(8)와 상기 배출구(10) 간의 유체의 순환을 차단하도록 하고, 상기 씰링 수단의 개방 상태에서 상기 가동 씰링 부재가 상기 밸브 시트(17)로부터 멀어지도록 이동하여 상기 공급 유입구(8)와 상기 배출구(10) 간의 유동이 가능하도록 하는
    제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가동 씰링 부재(14)는, 상기 파일럿 챔버(18)와 상기 공급 유입구(8) 간의 영구적인 연통을 보장하는 상기 제1 단부(14.1)와 상기 제2 단부(14.2)를 연결하는 관통 통로를 포함하는
    제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 씰링 수단은 씰링 부재와, 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 상기 씰링 부재를 이동시키는 액추에이터를 포함하는
    제어 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 씰링 부재는 제어 니들 밸브(control needle valve)인
    제어 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 액추에이터는 전부 또는 전무형 액추에이터(all or nothing actuator)인
    제어 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 액추에이터는 비례형 액추에이터(proportional actuactor)인
    제어 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 액추에이터는 전부 또는 전무형 액추에이터인
    제어 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 액추에인터는 비례 액추에이터인
    제어 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 씰링 수단은 전자기 밸브(electromagnetic valve)로 형성되는
    제어 장치.
  10. 내연 기관의 적어도 하나의 피스톤을 냉각시키기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 제어 장치를 포함하고, 상기 제어 장치의 상기 공급 유입구(8)는 가압 오일 공급원(pressurized oil source)에 연결되고, 상기 배출구(10)는 적어도 하나의 냉각 노즐에 연결되는
    시스템.
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