JP2024005736A - Crank shaft support structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、クランク軸の軸受を下方から支えるベアリングキャップが装備されたエンジンのクランク軸支持構造に関するものである。 The present invention relates to a crankshaft support structure for an engine equipped with a bearing cap that supports a crankshaft bearing from below.
一般に、産業用や自動車用などのエンジンにおいては、特許文献1に開示されるように、シリンダ部とクランクケース部とが一体化された形状のシリンダブロックが用いられ、シリンダブロックの下部、即ちクランクケース部に設けられるクランク軸は、クランクケース部の上部に加工されるジャーナル部と、クランクケース部の中央下面に組付けられるベアリングキャップとによって軸支されている。
Generally, in industrial and automobile engines, a cylinder block is used in which a cylinder part and a crankcase part are integrated, as disclosed in
例えば、農用トラクタに搭載されることを前提とした多気筒ディーゼルエンジンでは、クランクケース部(シリンダブロックの下部)がトラクタの機体フレームを兼ねる構造とされることが多いため(特許文献1など)、クランクケース部には強度や剛性が求められる。即ち、機体フレームを兼ねるクランクケース部とする場合は、図7(B)に示される略図のように、十分な強度・剛性が出せるように、下部クランクケース57を設ける構成を採ることが多い。
For example, in multi-cylinder diesel engines that are intended to be mounted on agricultural tractors, the crankcase section (lower part of the cylinder block) is often structured to also serve as the body frame of the tractor (see
図7(B)において、51はシリンダブロック、51Aはシリンダ部、51Bはクランクケース部、52はピストン、53はコネクティングロッド、54はクランク軸であり、クランクケース部51Bの中央下面に、クランク軸54を軸支するためのベアリングキャップ55がボルト56止めされている。そして、クランクケース部51Bの左右両端部の下面に、ベアリングキャップ55を覆うように無蓋箱状の(凹状の)下部クランクケース57がボルト止めにより組付けられている。
In FIG. 7(B), 51 is a cylinder block, 51A is a cylinder part, 51B is a crankcase part, 52 is a piston, 53 is a connecting rod, and 54 is a crankshaft. A
つまり、強度部材である下部クランクケース57をクランクケース部51Bの下に組付けて一体化させる構造とすることにより、機体フレームの機能が出せるように、クランクケース部kとしての強度・剛性を高める構成とされていた。
In other words, by assembling and integrating the
仕様変更や新規開発などにおいて、従来構造を保ったままエンジンの出力アップを図る場合、燃焼荷重の増大(爆発圧力の増大)によってベアリングキャップへの負担(挙動)が大きくなるため、何らかの対策が必要になってきた。対策としては、ベアリングキャップを下部クランクケースに一体化させる案や、ベアリングキャップへビームを追加する案が考えられる。 When increasing engine output while maintaining the conventional structure due to specification changes or new development, the burden (behavior) on the bearing cap increases due to the increase in combustion load (increase in explosion pressure), so some kind of countermeasure is required. It has become. Possible countermeasures include integrating the bearing cap into the lower crankcase or adding a beam to the bearing cap.
前者の案(ベアリングキャップと下部クランクケースの一体化)は、大がかりでコスト負担が大きく、実現が非常には困難であるため、後者の案が現実的である。しかしながら、コスト上の利点があるビーム追加手段を採る場合、ベアリングキャップは下部クランクケースに隙間少なく覆われているため、下部クランクケースやクランクケース部を大型化することなく新たにビームを設けることも簡単ではない〔図7(B)参照〕。 The former plan (integrating the bearing cap and the lower crankcase) is large-scale and costly, and is extremely difficult to realize, so the latter plan is more realistic. However, when adding a beam, which has a cost advantage, the bearing cap is covered with the lower crankcase with little clearance, so it is possible to add a new beam without increasing the size of the lower crankcase or crankcase section. It is not easy [see Figure 7(B)].
以上の実情に鑑みることにより、本発明の目的は、前記2つの案のうち、コスト的に有利な後者(ビームの追加)の案に着目し、さらなる構造工夫により、クランクケースを大型化することなくビームが一体化されたベアリングキャップ体を構成できるようにして、クランクケースとしての強度・剛性の向上が図れるクランク軸支持構造を提供する点にある。 In view of the above circumstances, the purpose of the present invention is to focus on the latter option (addition of a beam) which is more cost-effective out of the above two options, and to increase the size of the crankcase through further structural innovation. An object of the present invention is to provide a crankshaft support structure that can improve the strength and rigidity of a crankcase by making it possible to construct a bearing cap body with an integrated beam.
本発明は、クランク軸支持構造において、
クランク軸をシリンダブロックの下部に軸支する複数のベアリングキャップを、前記クランク軸の軸心方向に延びるビームで一体化してなるベアリングキャップ体が設けられ、
前記ビームは、前記クランク軸の回転軌跡の外側領域で、かつ、前記シリンダブロックの下に組付けられる下部クランクケースの内側領域となる空隙箇所に、前記空隙箇所の断面形状と相似又は似た形状の断面を有する状態に構成されていることを特徴とする。
The present invention provides a crankshaft support structure including:
A bearing cap body is provided in which a plurality of bearing caps that pivotally support a crankshaft at a lower part of a cylinder block are integrated with a beam extending in the axial direction of the crankshaft,
The beam has a shape similar to or similar to the cross-sectional shape of the gap, which is an area outside the rotation locus of the crankshaft and an inside area of the lower crankcase assembled under the cylinder block. It is characterized by being configured to have a cross section of .
この場合、前記ビームにおける前記クランク軸の最大回転軌跡に対応するピーク箇所は、前記最大回転軌跡に近接する径内面を有する断面形状に設定されていると好都合である。その他の本発明については、特許請求の範囲の請求項3~5を参照のこと。
In this case, it is advantageous that the peak portion of the beam corresponding to the maximum rotation locus of the crankshaft is set to have a cross-sectional shape having an inner diameter close to the maximum rotation locus. For other aspects of the present invention, please refer to
本発明によれば、クランク軸の回転軌跡(大端部やカウンタウェイトの回転軌跡)とベアリングキャップのボルト座面と下部クランクケースで覆われた三角部(空隙箇所)にビームを設置し、ベアリングキャップとビームとを繋いでベアリングキャップ体を構成してある。ビームは、空隙箇所の断面形状に沿った又は似た形状の断面を有するので、下部クランクケースを変えないでも、従来よりも大きな断面積をとることができる。 According to the present invention, beams are installed in the rotation locus of the crankshaft (rotation locus of the big end and counterweight), the bolt seating surface of the bearing cap, and the triangular part (gap area) covered by the lower crankcase, and the bearing A bearing cap body is constructed by connecting the cap and the beam. Since the beam has a cross-sectional shape that follows or is similar to the cross-sectional shape of the gap, it is possible to have a larger cross-sectional area than before without changing the lower crankcase.
従って、ビームの追加により、互いにベアリングキャップが独立していた従来では4本のボルトで負担していた燃焼荷重を、隣のベアリングキャップのボルトでも負担でき、ベアリングキャップの挙動を小さくできて、振動・騒音の悪化が抑制できる。 Therefore, by adding a beam, the combustion load that was borne by four bolts in the past when the bearing caps were independent from each other can now be borne by the bolts of the adjacent bearing cap, reducing the behavior of the bearing cap and causing vibrations.・Deterioration of noise can be suppressed.
その結果、下部クランクケース(クランクケース)を大型化することなくビーム一体型のベアリングキャップ体を構成できたので、コスト安にクランクケースとしての強度・剛性の向上が図れるクランク軸支持構造を提供することができる。 As a result, a beam-integrated bearing cap body can be constructed without increasing the size of the lower crankcase (crankcase), thereby providing a crankshaft support structure that can improve the strength and rigidity of the crankcase at a low cost. be able to.
以下に、本発明によるクランク軸支持構造の実施の形態を、産業用直列多気筒ディーゼルエンジンについて、図面を参照しながら説明する。産業用ディーゼルエンジン(以下、エンジンと略称する)Eにおいては、冷却ファン10の有る側を前、フライホイール7(フライホイールハウジング7A)の有る側を後、排気マニホルド31のある側を左、排気マニホルド31の無い側〔吸気マニホルド(図示省略)のある側〕を右とする。
Embodiments of the crankshaft support structure according to the present invention will be described below with reference to the drawings for an industrial in-line multi-cylinder diesel engine. In an industrial diesel engine (hereinafter referred to as engine) E, the side with the
図1~図3に示されるように、エンジン〔立型の直列4気筒(多気筒)水冷エンジン〕Eでは、シリンダブロック1の上にシリンダヘッド2が組付けられ、シリンダヘッド2の上にヘッドカバー3が組付けられ、シリンダブロック1の下にオイルパン4が組付けられている。5はクランク軸、6はピストン、7はフライホイール、8は伝動ベルト、9はウォータポンプ、10は冷却ファン、11はラジエータである。32は過給機、33は排気処理装置である。
As shown in FIGS. 1 to 3, in an engine [a vertical in-line four-cylinder (multi-cylinder) water-cooled engine] E, a
シリンダブロック1の上部は、ピストン6を内嵌するシリンダ部1Aに形成され、シリンダ部1Aの下側はクランクケース部Cに形成されている。クランクケース部kは、シリンダ部1Aに一体形成されている上部クランクケース1Bと、上部クランクケース1Bの下に組付けられる下部クランクケース1C〔図6(A)も参照〕とにより構成されている。オイルパン4は、下部クランクケース1Cの下に組付けられている。
The upper part of the
図3に示されるように、クランク軸5は、上部クランクケース1Bと、上部クランクケース1Bの下に複数のボルトにより組付けられるベアリングキャップ体Bとにより軸支されている。つまり、上部クランクケース1Bの下面には、下部クランクケース1Cとベアリングキャップ体Bとが組付けられており、ベアリングキャップ体Bは下部クランクケース1Cの内部に隙間なく収容されたような状態に構成されている。
As shown in FIG. 3, the
図4、図5に示されるように、ベアリングキャップ体Bは、前後に並ぶ複数カ所(5カ所)のベアリングキャップ(ベアリングキャップ部)18と、隣合うベアリングキャップ18どうしを繋いで一体化する計8カ所のビーム(ビーム部)19とを備えた略梯子状〔図4(A)を参照〕の構造体に構成されている。つまり、クランク軸5をシリンダブロック1の下部に軸支するベアリングキャップ18の複数を、クランク軸5の軸心P方向に延びるビーム19で一体化してなるベアリングキャップ体Bが設けられている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the bearing cap body B includes a plurality of bearing caps (bearing cap portions) 18 arranged in front and back (5 locations) and a plan in which
各ベアリングキャップ18は、上部クランクケース1Bに垂下形成されている複数の軸受壁20の下面に、左右の2カ所でボルト止めされている。つまり、ベアリングキャップ体Bは、10本のボルト21〔図7(A)を参照〕によって上部クランクケース1Bに取付けられている。
Each bearing
ベアリングキャップ18は、キャップ本体18Aに、軸受(すべり軸受けなど)22を載せ付ける半周状の内周面18aと、左右一対の取付座面18bとを備えて形成されており、その下部における左右両端それぞれにビーム19が接続されている。軸受22は、クランク軸5のジャーナル5aを軸支する部分であり、軸受壁20下部のジャーナル部(符記省略)にも装着される(図5参照)。
The
図4、図5、図6(B)に示されるように、ビーム19は、ベアリングキャップ18に連続される前ビーム部19a及び後ビーム部19bと、中間部19cとを有している。なお、前後端の左右それぞれの4カ所のビーム19においては、前ビーム部19aや後ビーム部19bは、左右への張出しを規制して斜め梁のような形状に形成されている〔図4(A)参照〕。ビーム19は、クランク軸5の回転軌跡tの外側領域で、かつ、下部クランクケース1Cの内側領域となる空隙箇所Sに、空隙箇所Sの断面形状に沿った又は似た形状の断面を有する状態に構成されている(図5参照)。
As shown in FIGS. 4, 5, and 6B, the
クランク軸5において、回転軌跡tが大きくなる箇所としては、上端部にピストン6を枢支するコンロッド23の大端部23Aと、大端部23Aの両隣り(前後)それぞれに近接配置されるカウンタウェイト24,24であり、最も回転軌跡(回転半径)が大きい(最大回転軌跡st)箇所は大端部23Aである。従って、ビーム19は、一対のカウンタウェイト24,24及び大端部23Aとの干渉を避けるべく、それら三者24,23A,24の回転軌跡(最大回転軌跡)tの外側領域にあるサイド内面19s,19s及び中央内面19dを有して、左右方向視で略V字状(略U字状)の形状を持つ状態に形成されている〔図6(B)参照〕。
In the
図1,2、図5、図6(A)に示されるように、下部クランクケース1Cは、前壁25,後壁26、左側壁27、右側壁28、前後中間にある底壁29を有し、また、軸受壁20に対応した前後3カ所に、左右に延びる補強リブ壁30が形成されている。前壁25及び後壁26には、クランク軸5を通すために左右中央部において上端から下方に凹入する切欠き部25A,26A〔図6(A)参照〕が形成されている。
As shown in FIGS. 1, 2, 5, and 6A, the
図5に示されるように、各ビーム19の左右の外側面は19L,19Rは、下部クランクケース1Cの対応する左右の内側面27A,28Aに近接して沿うように設定され、かつ、各ビーム19の底面19Bは、底壁29の上面29Aに近接して沿うように設定されている。加えて、前後方向で回転軌跡tが最大となる最大回転軌跡stの箇所に位置する中間部19cの上面(傾斜上面)である中央内面19dは、回転軌跡tに近接して沿うように設定されている。その結果、中間部19cは、左外側面は19L、右外側面19R、傾斜した中央内面19d、及び左右中央側の短側面19eを有する異形四角形の断面形状を有している。
As shown in FIG. 5, the left and right
つまり、ビーム19におけるクランク軸5の最大回転軌跡stに対応する中間部(「ピーク箇所」の一例)19cは、最大回転軌跡stに近接する中央内面(「径内面」の一例)19dを有する断面形状に設定されている。そして、ビーム19の断面積(左右方向で切った断面の面積)が、ピーク箇所である中間部19cから前後に行くに従って(ベアリングキャップ18への接続部位に行くに従って)大となる漸増状態に設定されている。中間部19cは、下部クランクケース1Cの内側面27A,28Aに沿う外側面19L,19Rと、下部クランクケース1Cの上面29Aに沿う底面19Bとを有している。
In other words, an intermediate portion (an example of a "peak point") 19c corresponding to the maximum rotation locus st of the
中間部19cの左右幅は、即ち、短側面19eの左右方向の位置は、中間部19cに応力集中が起き難いように(底面19Bと中央内面19dとが直接交わって鋭角先端部が形成されないように)、ある程度の長さを有する断面四角形が確保される程度の短い長さに設定されている。また、ベアリングキャップ18を軸受壁20に取付けるボルト(図示省略)着脱やその回し工具の操作が行える範囲内で、極力左右方向で内側に寄せた位置に短側面19eが設けられている、とも言える。
The left-right width of the
〔作用効果について〕
下部クランクケース1Cを上部クランクケース1Bに取付けてあるので、クランクケース部kの強度・剛性が大きく向上し、クランクケース部kが機体フレームを兼ねる作業機(農用トラクタなど)に好適に用いることができる。そして、クランク軸5を軸支するためのベアリングキャップ18の隣り合うものどうしを繋いで一体化するビーム19を設けたので、ベアリングキャップ18の強度・剛性が向上し、出力アップによって燃焼荷重が増大しても、ベアリングキャップ18(ベアリングキャップ体B)の挙動が大きくならないようになった。
[About effects]
Since the lower crankcase 1C is attached to the
本発明においては、図7(A)に示すように、クランク軸5の最大回転軌跡stの外側領域で、かつ、下部クランクケース(ライナーケース)1Cの内側領域に収まる範囲で、極力大きい断面積が取れるようにしてビームを設けたので、下部クランクケース1Cの大きさを変えることなく、強度・剛性のあるビーム19が構成でき、従って、ベアリングキャップ体Bとして十分な強度・剛性を持たせることができた。なお、図7(A)において、空隙箇所Sを示す左右のハッチング付きの略三角形部分は、ボルト21の頭部(符記省略)が配置されるスペースを含んで描いてあるが、ボルト21の無い部分では、下部クランクケース1Cの上面29A(図5参照)がベアリングキャップ18の底に近付いて、前述の略三角形部分は、その底がベアリングキャップ18の底の位置まで上がってさらに小さくなることがある。
In the present invention, as shown in FIG. 7(A), the cross-sectional area is as large as possible in the outer region of the maximum rotation locus st of the
つまり、クランク軸5の回転軌跡t(大端部23Aやカウンタウェイト24の回転軌跡など)とベアリングキャップ18のボルト座面と下部クランクケース1Cで覆われた三角部(空隙箇所S)にビーム19を設置し、ベアリングキャップ18とビーム19とを繋いでベアリングキャップ体Bを構成した。
ビーム19の追加により、互いにベアリングキャップが独立していた従来では4本のボルトで負担していた燃焼荷重を、隣のベアリングキャップのボルト21でも負担でき、ベアリングキャップ18の挙動を小さくできて、振動・騒音の悪化が抑制できる。
In other words, the
By adding the
そして、図6(B)に示されるように、ビーム19の形状を、中間部19cからベアリングキャップ18に近付くに連れて断面積が大きくなるように前及び後ビーム部19a,19bが形成されているので、最小断面積の部分は中間部19cだけになり、ビーム19としての強度・剛性が大きく向上し、結果として、ベアリングキャップ体Bの強度・剛性も大きく向上する利点もある。
As shown in FIG. 6(B), the shape of the
〔別実施形態〕
ビーム19の中間部19c(最大回転軌跡stに対応する箇所)の断面形状を、部品間隙間の寸法公差が許される範囲内で、下部クランクケース1Cの内面や最大回転軌跡stにより近づけて大面積にしてもよい。
[Another embodiment]
The cross-sectional shape of the
1 シリンダブロック
1C 下部クランクケース
5 クランク軸
18 ベアリングキャップ
19 ビーム
19L,19R 外側面
19c ピーク箇所
19d 径内面
27A,28A 内側面
B ベアリングキャップ体
P 軸心
S 空隙箇所
t 回転軌跡
st 最大回転軌跡
1
Claims (5)
前記ビームは、前記クランク軸の回転軌跡の外側領域で、かつ、前記シリンダブロックの下に組付けられる下部クランクケースの内側領域となる空隙箇所に、前記空隙箇所の断面形状に沿った又は似た形状の断面を有する状態に構成されているクランク軸支持構造。 A bearing cap body is provided in which a plurality of bearing caps that pivotally support the crankshaft at the lower part of the cylinder block are integrated with a beam extending in the axial direction of the crankshaft,
The beam is located at a gap location that is an area outside the rotational locus of the crankshaft and an inside area of the lower crankcase assembled under the cylinder block, and has a shape that is along or similar to the cross-sectional shape of the gap area. A crankshaft support structure configured to have a shaped cross section.
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