JP2020139439A - Cylinder head of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、内燃機関のシリンダヘッドに関するものであり、タンブル流の強化を目的とする吸気ポートの改良技術を対象にしている。 The present invention relates to a cylinder head of an internal combustion engine, and is intended for an improved technique of an intake port for the purpose of strengthening a tumble flow.
内燃機関において、燃料と空気との混合性を高めて燃焼性を高めるための手段として、シリンダボアにタンブル流を生成することが有益である。そこで、強いタンブル流を生成させる手段が、従来から多々提案されている。 In an internal combustion engine, it is beneficial to generate a tumble flow in the cylinder bore as a means of increasing the mixture of fuel and air to improve combustibility. Therefore, many means for generating a strong tumble flow have been conventionally proposed.
その例として特許文献1には、直線状に延びる吸気ポートにおいて、一対の吸気ポートを、その中心線が下流に行くに従って広がるように非平行の姿勢に形成すると共に、両吸気ポートの下流側の端部を平面視で先広がりに形成することが開示されている。 As an example, in Patent Document 1, in a linearly extending intake port, a pair of intake ports are formed in a non-parallel posture so that the center line spreads toward the downstream side, and on the downstream side of both intake ports. It is disclosed that the end portion is formed to be widened in a plan view.
そして、特許文献1では、シリンダボアの上部に向かう吸気ポートの流速を大きくできるため、タンブル流を強化できると説明されている。 Then, Patent Document 1 explains that the tumble flow can be strengthened because the flow velocity of the intake port toward the upper part of the cylinder bore can be increased.
さて、タンブル流の強化のためには、特許文献1にも記載されているように、吸気の流速を大きくすることが有益であり、この場合、シリンダボアの上部に向かう吸気のみでなく、シリンダボアに流入する吸気の流速自体を大きくするのが有利であると解される。そして、吸気ポートの出口部の断面積を絞ると、シリンダボア内での吸気の流速を大きくすることができるが、断面積を過剰に絞り過ぎると、吸気の流入量が低下するおそれがある。従って、吸気の流入性能を確保しつつ、流速をできるだけ大きくする工夫が必要である。 By the way, in order to strengthen the tumble flow, it is beneficial to increase the flow velocity of the intake air as described in Patent Document 1. In this case, not only the intake air toward the upper part of the cylinder bore but also the cylinder bore. It is understood that it is advantageous to increase the flow velocity of the inflowing intake air itself. Then, if the cross section of the outlet portion of the intake port is narrowed, the flow velocity of the intake air in the cylinder bore can be increased, but if the cross section is too narrow, the inflow amount of the intake air may decrease. Therefore, it is necessary to devise to increase the flow velocity as much as possible while ensuring the inflow performance of the intake air.
他方、吸気の流れは、シリンダボアの内面に沿って下降してからピストンの頂面によって方向変換してタンブル流になるが、一対の吸気ポートから流出した吸気を互いに寄せて一体化した流れにすると、強いタンブル流を生成できると解される。 On the other hand, the flow of intake air descends along the inner surface of the cylinder bore and then changes direction by the top surface of the piston to become a tumble flow, but if the intake air flowing out from the pair of intake ports is brought together to form an integrated flow. , It is understood that a strong tumble flow can be generated.
しかし、特許文献1では、一対の吸気ポートは、中心線の間隔が下流に向けて広がるように配置されているため、吸気がシリンダボアの内部で拡散する傾向を呈して、必ずしもタンブル流の強化につながらないのではないかと推測される。また、吸気ポートの下流部が先広がりになっていると、吸気の速度は低下すると解されるため、タンブル流の強化とは相反するのではないかと思料される。 However, in Patent Document 1, since the pair of intake ports are arranged so that the distance between the center lines widens toward the downstream side, the intake air tends to diffuse inside the cylinder bore, which does not necessarily strengthen the tumble flow. It is speculated that it may not be connected. In addition, if the downstream part of the intake port is widened, it is understood that the intake speed will decrease, so it is thought that this may be contrary to the strengthening of the tumble flow.
シリンダボアは円形であるため、一対の吸気ポートからシリンダボアの内周面に向いて放出された吸気ポートは、シリンダボアの内面のガイド作用によって互いに近づくようにガイドされると云えるが、軽自動車用内燃機関や小型自動車用内燃機関のように排気量が小さい内燃機関では、特許文献1の構成であると、吸気ポートから噴出した吸気はすぐにシリンダボアの内面に到達するため、シリンダボアが円形であることによる収束効果よりも、シリンダボアの内面に衝突することによる拡散効果の方が大きくて、タンブル流の強化につながりにくいと推測される。 Since the cylinder bore is circular, it can be said that the intake ports discharged from the pair of intake ports toward the inner peripheral surface of the cylinder bore are guided toward each other by the guiding action of the inner surface of the cylinder bore. In an internal combustion engine having a small displacement, such as an internal combustion engine for an engine or a small automobile, in the configuration of Patent Document 1, the intake air ejected from the intake port immediately reaches the inner surface of the cylinder bore, so that the cylinder bore is circular. It is presumed that the diffusion effect by colliding with the inner surface of the cylinder bore is larger than the convergence effect by, and it is difficult to strengthen the tumble flow.
本願発明は、このような知見を基に成されたものであり、吸気量の低下を招来することなく強いタンブル流を生成できる吸気ポートの形態を実現せんとするものである。 The present invention has been made based on such findings, and aims to realize a form of an intake port capable of generating a strong tumble flow without causing a decrease in the intake amount.
本願発明は内燃機関のシリンダヘッドに関し、このシリンダヘッドは、
「各シリンダボアに対応して一対の吸気ポートが、シリンダボア軸線方向から見た平面視においてクランク軸線と直交した方向に略平行に延びるように形成されており、前記吸気ポートの出口は、それぞれ吸気バルブによって開閉される」
という基本構成なっている。
The present invention relates to a cylinder head of an internal combustion engine.
"A pair of intake ports corresponding to each cylinder bore are formed so as to extend substantially parallel to the direction orthogonal to the crank axis in a plan view seen from the cylinder bore axis direction, and the outlets of the intake ports are respectively intake valves. Opened and closed by "
It has a basic structure.
そして、上記基本構成において、
「前記平面視において、前記一対の吸気ポートは、その中心線が前記一対の吸気バルブの軸心間の間に位置するようにオフセットされており、かつ、両吸気ポートの下流側の部位は、平面視で先窄まりになるようにその側面が傾斜又は湾曲している」
という特徴を有している。
And in the above basic configuration
"In the plan view, the pair of intake ports are offset so that their center lines are located between the axes of the pair of intake valves, and the portions downstream of both intake ports are Its sides are tilted or curved so that it becomes constricted in plan view. "
It has the feature.
この場合、吸気ポートを先窄まりに形成する手段としては、吸気ポートの内外側面のうち外側面のみを傾斜又は湾曲させてもよいし、内側面のみを傾斜又は湾曲させてもよいし、内外両側面を傾斜又は湾曲させてもよい。内側面を傾斜又は湾曲させる場合は、一対の吸気ポートの中心線がハ字を成すように傾斜させると、一対の吸気ポ―トから噴出した吸気が合流しやすくなるため好ましい。 In this case, as a means for forming the intake port in a narrowed position, only the outer surface of the inner and outer surfaces of the intake port may be inclined or curved, only the inner surface may be inclined or curved, or the inner and outer surfaces may be inclined or curved. Both sides may be tilted or curved. When the inner surface is inclined or curved, it is preferable to incline the center lines of the pair of intake ports so as to form a V shape because the intake air ejected from the pair of intake ports can easily merge.
本願発明では、吸気ポートの中心線が吸気バルブの軸心に対して内側にオフセットされているため、吸気バルブの抵抗(特にステムの抵抗)を抑制して、必要な吸気量を確保することができる。また、一対の吸気ポートの間隔は一対の吸気バルブの間隔よりも小さくなっていることにより、一対の吸気ポートから放出された吸気は、吸気バルブのステムの抵抗によって流れを乱されることなく高い直進性を維持できるため、シリンダボア内で互いに一体化(合流)しやすくなっている。 In the present invention, since the center line of the intake port is offset inward with respect to the axis of the intake valve, it is possible to suppress the resistance of the intake valve (particularly the resistance of the stem) and secure the required intake amount. it can. In addition, since the distance between the pair of intake ports is smaller than the distance between the pair of intake valves, the intake air discharged from the pair of intake ports is high without being disturbed by the resistance of the stem of the intake valve. Since the straightness can be maintained, it is easy to integrate (merge) with each other in the cylinder bore.
しかも、一対の吸気ポートの外側面のうち出口寄り部位が、平面視で互いに近づくように傾斜又は湾曲していることにより、排気ポートの断面積が出口に向けて絞られているため、シリンダボアに流入する吸気の流速を大きくできると共に、両吸気ポートから放出された吸気は、シリンダボア軸線の内面のうち最も遠い部位に向かうように方向付けられる(流れが整流される。)。 Moreover, since the parts of the outer surface of the pair of intake ports near the outlet are inclined or curved so as to approach each other in a plan view, the cross-sectional area of the exhaust port is narrowed toward the outlet, so that the cylinder bore can be used. The flow velocity of the inflowing intake air can be increased, and the intake air discharged from both intake ports is directed toward the farthest part of the inner surface of the cylinder bore axis (the flow is rectified).
このように、一対の吸気ポートから放出された吸気は互いの間隔を狭めつつ、シリンダボアの内面のうち最も遠い部分に向かうように方向付けられると共に、流速も大きくなっているため、一対の吸気ポートから放出された吸気を一体化して(合流させて)、シリンダボアの内面によって下向きに向かう強い流れを生成できる。これにより、排気量が小さい内燃機関であっても、強いタンブル流を生成させることができる。その結果、燃料と吸気との混合性を向上させて、熱効率の向上や排気ガスの成分悪化防止に貢献できる。 In this way, the intake air discharged from the pair of intake ports is directed toward the farthest part of the inner surface of the cylinder bore while narrowing the distance between them, and the flow velocity is also large. Therefore, the pair of intake ports The intake air emitted from the can be integrated (merged) to create a strong downward flow through the inner surface of the cylinder bore. As a result, even an internal combustion engine having a small displacement can generate a strong tumble flow. As a result, the mixing property of the fuel and the intake air can be improved, which can contribute to the improvement of the thermal efficiency and the prevention of deterioration of the exhaust gas component.
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1).基本構造
次に、本願発明を車両用内燃機関に適用した実施形態を、図面に基づいて説明する。以下では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、前後方向はクランク軸線方向であり、左右方向は、クランク軸線及びシリンダボア軸線と直交した方向である。なお、図2,4では、断面表示は省略している。
(1). Basic Structure Next, an embodiment in which the present invention is applied to an internal combustion engine for a vehicle will be described with reference to the drawings. In the following, the front-back and left-right terms are used to specify the direction, but the front-back direction is the crank axis direction, and the left-right direction is the direction orthogonal to the crank axis and the cylinder bore axis. In FIGS. 2 and 4, the cross-sectional display is omitted.
内燃機関は、機関本体として、シリンダブロック1とその上面に固定されたシリンダヘッド2とを有している。シリンダブロック1には、複数のシリンダボア3が前後方向に並んで形成されており、各シリンダボア3にピストン4が摺動自在に嵌まっている。
The internal combustion engine has a cylinder block 1 and a
シリンダヘッド2には、シリンダボア3に向けて開口した山形(断面台形のテーパ状)の燃焼室(凹所)5が形成されており、燃焼室5に、クランク軸線方向から見て左右に分かれた状態で、前後一対ずつの吸気ポート6と排気ポート7とが開口している。
A chevron (trapezoidal tapered cross section) combustion chamber (recess) 5 opened toward the
すなわち、燃焼室5には、前後一対の吸気ポート6の出口(下流端)6aが開口していると共に、前後一対の排気ポート7の入口7aが開口しており、シリンダヘッド2には、吸気ポート6の出口6aを開閉する前後一対の吸気バルブ8と、排気ポート7の入口を開閉する前後一対の排気バルブ9とが、それぞれバルブガイド(ブッシュ)10,11を介して装着されている。バルブ8,9は、それぞれステム8a,9aと傘部8b,9bとを有しており、ステム8a,9aがバルブガイド10,11に摺動自在に嵌まっている。
That is, in the
一対の吸気ポート6はその全長に亙って互いに独立しており、入口(上流端)6bはシリンダヘッド2の吸気側面2aに開口している。従って、一対の吸気ポート6を隔てる隔壁12は、両吸気ポート6の全長にわたって延びている。但し、一対の吸気ポート6は、1つの集合入口部から分岐した形態とすることも可能である。
The pair of
各吸気ポート6のうち入口部の上面には、燃料噴射インジェクタ13の先端部を格納する凹部14が形成されている。図示は省略しているが、シリンダヘッド2の吸気側面2aには吸気マニホールドが固定されており、燃料噴射インジェクタ13は吸気マニホールドに取付けられている(シリンダヘッド2に取り付けることも可能である。)。
A
前後一対の排気ポート7は、1つに集合してその集合部(図示せず)がシリンダヘッド2の排気側面に開口した構造と、各排気ポート7が1つの内蔵式集合通路に連通した構造とのいずれも採用できる。前者の構造では、シリンダヘッド2の排気側面にはシリンダボア3の数に対応した排気口が開口し、後者の構造では、シリンダヘッド2の排気側面には1つの排気口が開口することになる。
The pair of front and
シリンダヘッド2には、各燃焼室5の中央部に貫通したプラグ配置穴15が空いており、プラグ配置穴15に点火プラグ16を装着している。
The
(2).吸気ポートの詳細
吸気ポート6は、基本的には円形又は横長楕円形(又は横長小判形)の断面形状であり、図1に示すように、その入口6bから出口6aに向けて高さが徐々に小さくなっている。すなわち、吸気ポート6は、縦断正面視では先窄まりになっている。
(2). Details of the intake port The
他方、図2に示すように、両吸気ポート6は、シリンダボア軸線方向から見た平面視では、隔壁12と接した内側面18は、出口6aの部分を除いて直線部になっている一方、隔壁12と反対側の外側面19は、出口6aに近い部分を除いた1/3〜3/4程度の範囲は内側面18と平行な直線部19aになって、出口6aの側の1/3〜1〜1/4程度の部分は、下流側に行くに従って隔壁12の中心線20に近づく(互いの間隔が狭まる)湾曲部19bになっている。
On the other hand, as shown in FIG. 2, both
従って、吸気ポート6は、平面視では、入口6bから始まって半分以上の範囲を占めるストレート部21と、出口側に位置した先窄まり部22とで構成されている。湾曲部19bに代えて、直線状の傾斜部とすることも可能である。なお、隔壁12の中心線20は、平面視でシリンダボア3の軸心を通っている。従って、隔壁12の中心線20は、シリンダボア3を前後に2分する横長中心線と呼ぶことも可能である。
Therefore, in a plan view, the
更に、両吸気ポート6は、その中心線23が2つの吸気バルブ8の軸心24で挟まれたエリアに位置するように、吸気バルブ8の軸心24よりも若干の寸法Eだけ隔壁12の中心線20の側に寄せている(オフセットさせている。)。従って、吸気ポート6の出口6aも、吸気バルブ8の軸心24よりも隔壁12の中心線20の側に寄るようにオフセットされており、かつ、吸気ポート6の出口6aの平面積は、吸気バルブ8の傘部8bの平面積(或いはバルブシート25の開口面積)よりも小さくなっている。
Further, both
一般に、内燃機関では、吸気ポート6の中心線23が吸気ポート6の軸心24を通るように設定されているが、本実施形態では、一対の吸気ポート6が互いに寄るようにオフセットされている。このため、吸気バルブ8が開いた吸気行程において、吸気は、シリンダボア3のうち最も遠い部分3aに向かい易くなっている。
Generally, in an internal combustion engine, the
しかも、両吸気ポート6における外側面19のうち出口寄り部位が隔壁12の中心線23に寄る湾曲部19bになっているため、そのガイド作用により、吸気は、図4に矢印26で示すように、シリンダボア3のうち最も遠い部分3aに収束するように方向性が付与される。また、吸気ポート6は、縦断正面視及び平面視で先窄まりになっているため、シリンダボア3に流入する吸気の流速は大きくなっている。
Moreover, since the portion of the
このように、本実施形態では、吸気ポート6の中心線23が内側にオフセットされていることと、吸気ポート6の外側面19のうち出口側部位が湾曲部19bになっていることと、吸気の流速がシリンダボア3内部で大きくなっていることとの相乗作用により、図3に示すように、吸気がシリンダボア3の内面に沿って下向きに流れてからピストン4の頂面で方向変換してタンブル流27が生成されるにおいて、タンブル流27を強いものとすることができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、吸気ポート6の中心線23が吸気バルブ8の軸心24から内側にずれているため(前後吸気ポート6の間隔が前後吸気バルブ8の間隔よりも小さくなっているため)、吸気バルブ8が吸気に対する抵抗になることを抑制して、必要な吸気量を確保することができる。
Further, since the
なお、吸気ポート6の中心線23が吸気バルブ8の軸心を通る従来タイプでは、図4に点線の矢印28で示すように、吸気はシリンダボア3の内面に衝突して前後方向に分散する傾向を呈するため、シリンダボア3の内部で吸気の強い流れを形成し難く、このため、タンブル流を強化し難いと云える。特許文献1では、一対の吸気ポート6は平面視で離反する方向に向いているため、特に、吸気が分散する傾向が強いと推測される。
In the conventional type in which the
これに対して、本実施形態では、上記したように、吸気ポート6のオフセット態様と外側面19の形態との相乗効果により、シリンダボア3の内部で吸気の強い流れを形成して、タンブル流を強化できると云える。特に、軽自動車用内燃機関や小型自動車用内燃機関のようにシリンダボア3の内径が小さい場合は、吸気ポート6から放出された吸気がすぐにシリンダボア3の内面に到達するため、吸気の流れに強い方向性を持たせることができて、タンブル流の強化も確実化できると云える。
On the other hand, in the present embodiment, as described above, a strong intake flow is formed inside the cylinder bore 3 by the synergistic effect of the offset mode of the
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、実施形態では、吸気ポート6は縦断正面視で先窄まりに形成したが、縦断正面視でストレート状に形成することも可能である。また、本願発明は、ポート噴射方式でなく直噴タイプ(筒内噴射タイプ)の内燃機関にも適用できる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be variously embodied. For example, in the embodiment, the
吸気ポート6を先窄まりに形成する手段として、内側面18のみ又は内外側面18,19を傾斜又は湾曲させてもよいことは既に述べたが、内外両側面19,19を傾斜又は湾曲させる場合、内側面18の傾斜を緩くしたり湾曲の程度を小さくしたりするというように、内外側面において傾斜又は湾曲の程度を異ならせることも可能である。
Although it has already been described that only the
本願発明は、内燃機関のシリンダヘッドに具体化できる。従って、産業上利用できる。 The present invention can be embodied in a cylinder head of an internal combustion engine. Therefore, it can be used industrially.
1 シリンダブロック
2 シリンダヘッド
3 シリンダボア
4 ピストン
5 燃焼室
6 吸気ポート
6a 吸気ポートの出口(下流端)
6b 吸気ポートの入口(上流端)
7 排気ポート
8 吸気バルブ
12 隔壁
18 吸気ポートの内側面
19 吸気ポートの外側面
19a 直線部
19b 湾曲部
20 隔壁の中心線
23 吸気ポートの中心線
24 吸気ポートの軸心
1
6b Intake port inlet (upstream end)
7
Claims (1)
前記平面視において、前記一対の吸気ポートは、その中心線が前記一対の吸気バルブの軸心間の間に位置するようにオフセットされており、
かつ、両吸気ポートの下流側の部位は、平面視で先窄まりになるようにその側面が傾斜又は湾曲している、
内燃機関のシリンダヘッド。 A pair of intake ports corresponding to each cylinder bore are formed so as to extend substantially parallel to the direction orthogonal to the crank axis in a plan view seen from the cylinder bore axis direction, and the outlets of the intake ports are respectively formed by an intake valve. It has a structure that opens and closes
In the plan view, the pair of intake ports are offset so that their center lines are located between the axes of the pair of intake valves.
In addition, the side surface of both intake ports on the downstream side is inclined or curved so as to be constricted in a plan view.
Cylinder head of internal combustion engine.
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