JP3318842B2 - 4サイクルエンジンの過給装置 - Google Patents
4サイクルエンジンの過給装置Info
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Description
化を利用して過給を行う4サイクルエンジンの過給装置
に関するものである。
行うクランクケース過給方式の過給装置としては、エン
ジンのピストンを可動子としかつクランク室を圧縮室と
して容積型圧縮機を形成し、この圧縮機によって吸気を
吸気ポート側の吸気通路内に圧送するものがある。この
種の過給装置は、ピストンが上昇するときにクランク室
内に混合気を吸入し、ピストンが下降するときに吸気ポ
ート側の吸気通路に前記混合気を押出す構造になってい
た。
のエンジンの行程容積分だけ過給が行われることにな
り、このクランクケース過給方式の過給装置を4サイク
ルエンジンに適用すると、吸気行程で過給される量は2
倍となる。
うに構成された従来のクランクケース過給方式の過給装
置では、実際には数十パーセント程度しかエンジン出力
を向上させることができなかった。これは、クランク室
内の無駄容積や通路抵抗が大きいことや、過給される混
合気がエンジンの熱によって膨張して充填効率が低下す
ることに起因していた。
めるには、クランク室内の無駄容積を小さくして一次圧
縮比を大きくすればよい。なお、この一次圧縮比は、ピ
ストンが下死点に位置しているときのケース容積Vcに
行程容積Vhを加算し、この加算値を前記Vcで除して求
められる。しかし、前記ケース容積Vcとしてはクラン
ク軸のウェブ間の容積が大きく占めているためそれを小
さくするにも限度があった。
置としては、上述したようにピストンを可動子とする他
に、特開平2−136513号公報に示されたようにク
ランクケース内にキニー型真空ポンプと同等の圧縮機を
形成したものもあった。
クケース内にロータ室を設けると共に、このロータ室
に、クランク軸によって駆動されるロータが摺動自在に
装填されていた。そして、クランク軸が回転することに
よりロータが回動しつつ揺動して振り子運動を行い、ロ
ータとロータ室の内面との間に形成された圧縮室の容積
が変わることによって吸気が蓄圧室に圧送される構造に
なっていた。
吸気を圧送する構成を採ると、クランク軸にロータを連
結する構造が複雑になると共に、吸込側通路と吐出側通
路を閉塞するためのバルブをクランクケースに設けなけ
ればならない。このため、構造が複雑になると共に部品
点数が多くなってしまう。
ためになされたもので、部品点数が増えたり構造が複雑
になったりするのを抑えつつ一次圧縮比を大きくしてク
ランクケース過給の能力を大幅に増加させることを目的
とする。
エンジンの過給装置は、クランクケースにコンロッドが
摺接する内周壁を形成し、上死点近辺を除いたクランク
角度においてコンロッドによってクランクケース内を2
つの気室に仕切る構造とし、これらの気室のうち一方の
気室を新気導入室とするとともに他方の気室を圧縮室と
し、かつコンロッドを可動子とする容積型圧縮機を形成
し、前記新気導入室に新気を導く吸入通路と、圧縮室か
ら空気が吐出される吐出通路とを、各気室からクランク
軸の軸線方向とは直交する方向の一方と他方に延びるよ
うに形成してクランクケースの一側部と他側部とに開口
させ、前記吐出通路の吐出口と、シリンダヘッドの吸気
入口と、吸気タンクとをエンジンの同じ一側部に設けて
吸気タンクを介して吐出口を吸気入口に連通させるとと
もに、エンジンの他の一側部にシリンダヘッドの排気出
口と前記吸入通路の空気入口とを設けたものである。
積とコンロッド収容部の容積分だけ新気が燃焼室に圧送
されることとなるので、一次圧縮比を大きくすることが
できる。また、本発明に係る過給装置は、エンジンを構
成する部材だけで形成できる。さらに、本発明に係る過
給装置の容積型圧縮機は、圧縮室で空気が圧縮されると
きの空気の流動方向と、圧縮室に空気が吸い込まれる方
向および圧縮室から空気が吐出される方向が同方向にな
る。さらにまた、エンジンの吸気装置と排気装置とをシ
リンダの両側方にクランク軸の軸線方向に大きく突出す
ることなく設けることができる。
によって詳細に説明する。図1は本発明に係る過給装置
が設けられた4サイクルエンジンの断面図、図2は同じ
くエンジンボディの概略構成を示す斜視図で、同図はエ
ンジンボディをある位置で破断した状態を示す。図3は
本発明に係る過給装置に使用するクランク軸の概略構成
を示す斜視図、図4は同じくコンロッドの概略構成を示
す斜視図、図5は同じくピストンの概略構成を示す斜視
図、図6は本発明に係る過給装置の概略構成を示す斜視
図である。
作を説明するための断面図で、図7はクランク軸が下死
点から約45度回った状態を示し、図8は90度回った
状態を示し、図9は約135度回った状態を示し、図1
0は180度回った状態を示し、図11は約225度回
った状態を示し、図12は270度回った状態を示し、
図13は約315度回った状態を示す。
給装置が設けられた4サイクルエンジン(以下、単にエ
ンジンという)で、本実施例では理解し易いように構造
が単純な単気筒型のものを示す。このエンジン1はクラ
ンク軸2を回転自在に支持するクランクケース3と、ピ
ストン4が嵌挿されるシリンダ孔5を有し前記クランク
ケース3上に固着されたシリンダブロック6と、前記ク
ランク軸2に前記ピストン4を連結するコンロッド7
と、前記シリンダブロック6上に固着されたシリンダヘ
ッド8等とから構成されている。
の動弁機構が設けられている。すなわち、燃焼室9に開
口する吸気ポート10および排気ポート11が吸気弁1
2および排気弁13によってそれぞれ開閉される構造に
なっている。吸気ポート10における吸気流の上流側開
口端は、シリンダヘッド8の一側部に開口し、このエン
ジン1に隣接して設けられた吸気タンク14に吸気管1
5を介して連通されている。また、排気ポート11にお
ける排気流の下流側開口端は、シリンダヘッド8の他側
部に開口し、不図示の排気管が接続されて消音器を介し
て大気に連通される構造になっている。前記吸気ポート
10の上流端の開口が本発明に係るシリンダヘッドの吸
気入口を構成し、排気ポート11の下流端の開口が本発
明に係るシリンダヘッドの排気出口を構成している。
各々の開閉時期通りに開閉させるためのカム軸で、この
カム軸16はシリンダヘッド8に回転自在に支持される
と共に、不図示の動力伝達手段を介してクランク軸2に
連結されている。
円板状に形成された一対のアーム部17,17をクラン
クピン18を介して連結して形成されている。2aはク
ランクケース3に支持されるジャーナル部である。そし
て、両アーム部17は、互いに対向する面(コンロッド
側の端面)が平坦に形成され、後述するコンロッド7が
両アーム部17どうしの間に介入できる寸法をもって離
間している。
コンロッド7は、図4に示すように細長い板状に形成さ
れており、クランク軸2の軸方向を指向する端面を平坦
に形成することによってその面にシール面7aが設けら
れている。また、このコンロッド7における前記クラン
クピン18が貫通する大端部と、ピストンピン19が貫
通する小端部には、各々の外周面を円弧状に形成するこ
とによってシール面7b,7cが設けられている。さら
に、これらのシール面7b,7cに一連に形成されたコ
ンロッド側面7dは直線状に形成されている。
され、スカート部に開口するコンロッド挿入用凹部が設
けられている。この凹部は、コンロッド7の小端部が摺
動自在に嵌入するように構成されており、コンロッド7
のクランク軸方向端面のシール面7aが摺接する平坦面
からなる摺接面4aと、小端部外周面のシール面7cが
摺接する凹曲面からなる周壁面4bと、この周壁面4b
に連なる平坦面からなる側壁4cとが形成されている。
図5中4dはピストンピン19が嵌入されるピストンピ
ン孔である。
コンロッド7およびピストン4は、従来のエンジンと同
様にしてコンロッド7の大端部をクランクピン18を介
してクランク軸2のアーム部17に連結すると共に、コ
ンロッド7の小端部をピストンピン19を介してピスト
ン4に連結することによって組立てられる。このクラン
ク軸組立体では、コンロッド7のクランク軸方向端面の
シール面7aがクランク軸2のアーム部17とピストン
4の摺接面4aに摺接し、コンロッド7の小端部外周面
のシール面7cがピストン4の周壁面4bに摺接するこ
とになる。
6との組立体からなるエンジンボディ20には、図2に
示すように、クランク軸2のアーム部17が回転自在に
嵌入する円形凹部21と、シリンダ孔5に連通されかつ
コンロッド7が移動する空間となるコンロッド収容部2
2と、このコンロッド収容部22とエンジン外とを連通
する吸入通路23,吐出通路24とが一連に形成されて
いる。前記円形凹部21の内径および深さ寸法は、アー
ム部17の外径および厚み寸法より僅かに大きく設定さ
れ、円形凹部21内にアーム部17が微小間隙をおいて
挿入されるように構成されている。
2aが嵌入する軸受孔、図1中26は空気吸込管で、こ
の空気吸込管26は前記吸入通路23に嵌入されてクラ
ンクケース3に固着されている。
部21に前記クランク軸組立体のクランク軸2を装着さ
せてピストン4を往復動作させたときのコンロッド7の
外縁部分の移動軌跡と略対応する形状に開口されてい
る。そして、このコンロッド収容部22をエンジンボデ
ィ20に形成することによって、エンジンボディ20に
はコンロッド7のクランク軸方向端面のシール面7aが
摺接する平坦面からなる摺接面27と、コンロッド7の
大端部外周面のシール面7bが摺接する凹曲面からなる
周壁面28とが形成されている。
軸組立体を装着すると、図1に示すようにピストン4が
下死点に位置するときにはエンジンボディ20内はコン
ロッド7およびピストン4によって2室に仕切られ、吸
入通路23側の気室Aと吐出通路24側の気室Bとが設
けられることになる。前記気室Aが本発明に係る新気導
入室を構成し、前記気室Bが本発明に係る圧縮室を構成
している。
気室Aからクランク軸2の軸線方向とは直交する方向で
あって同図の右方に延びるように形成され、クランクケ
ース3における前記排気ポート11の排気出口と同じ一
側部(図1においては右側部)に開口している。また、
前記吐出通路24は、気室Bからクランク軸2の軸線方
向とは直交する方向であって図1の左方に延びるように
形成され、クランクケース3の他側部(吸気ポート10
の吸気入口と同じ側部)に開口しており、クランクケー
ス3に取付けられたリード弁装置29を介して前記吸気
タンク14内に連通されている。このリード弁装置29
は、空気圧力によって弾性変形して通路を開く板状弁体
29aを備え、空気が吸気タンク14へのみ流れるよう
に構成されている。吸気タンク14は、吐出通路24に
連通される開口部と、前記吸気管15が貫通する部分と
がそれぞれ気密を保つように形成され、エンジン1の側
部に固定されている。
ンク軸組立体を装着させてクランク軸2を回転させる
と、ピストン4がシリンダ孔5内を往復すると共に、コ
ンロッド7がコンロッド収容部22内で揺動しつつ上下
動して振り子運動するようになる。このときのコンロッ
ド7の大端部中心が描く回転軌跡を図1中に二点鎖線C
で示す。
死点に位置する状態から矢印で示すようクランク軸2が
時計回りに回転することによって、気室Bは容積が次第
に減少してその内部の空気がリード弁装置29を介して
吸気タンク14に押し出されると共に、気室Aは容積が
次第に増加してその内部には空気吸込管26から新気が
導入されるようになる。また、吸気タンク14に圧送さ
れた空気は、吸気弁12が開くと同時に燃焼室9内に押
し込まれる。
部22を圧縮室としかつピストン4およびコンロッド7
を可動子とする容積型圧縮機が形成され、この圧縮機に
よって過給を行うことができる。なお、このエンジン1
は、燃料が不図示の燃料噴射装置によって吸気ポート1
0内に供給される構造になっている。
置の動作を図7〜図13によってさらに詳細に説明す
る。図7〜図13は、エンジン1の圧縮行程が開始され
るときから爆発行程が終了するまでの一連の動作を示し
ている。先ず、図1に示した状態からクランク軸2が時
計回りに回転すると、図7に示したように気室Bが狭め
られると共に気室Aが拡張される。このときには、コン
ロッド7の大端部と小端部のシール面7b,7cがエン
ジンボディ20の周壁面28とピストン4の周壁面4b
にそれぞれ摺接しており、コンロッド7のクランク軸方
向端面のシール面7aがクランク軸2のアーム部17,
エンジンボディ20の摺接面27およびピストン4の摺
接面4aに摺接しているために、気室Aと気室Bとが連
通されることはない。
て圧縮されたその部分の空気がリード弁装置29を通っ
て吸気タンク14へ圧送される。また、気室Aはコンロ
ッド移動分とピストン上昇分(図7における塗りつぶし
部分)だけ容積が増えて減圧されるから、気室Aには減
圧分だけ空気吸込管26から新気が吸い込まれる。
ことによって次第に狭められ、図8に示すように、コン
ロッド7の大端部外周面のシール面7bが吐出通路24
の下側開口縁に達したときに最も狭くなる。すなわち、
図8に示す状態になるまで吸気タンク14に空気が圧送
されることになる。圧縮行程ではエンジン1の吸気弁1
2は閉じている関係から、気室Bから吐出された空気は
吸気タンク14に蓄えられることになる。なお、図8の
状態からさらにクランク軸2が回って図9に示すように
シール面7bが周壁面28から離間すると、リード弁装
置29はコンロッド収容部22側の圧力が低下すること
に起因して閉じる。このため、吸気タンク14内の圧力
空気がコンロッド収容部22内(気室A側に)逆流する
ことはない。
られてからも引き続き増え、図9の状態になるまで増加
される。このときには、シリンダ孔5内を塗りつぶして
示すピストン上昇分に相当する容積が主な容積増加分と
なる。
し、図10に示すようにピストン4が上死点に達するこ
とでエンジン1の圧縮行程が終了する。なお、吸気ポー
ト10には図10の状態に達する以前に燃料が噴射され
る。そして、不図示の点火プラグが点火して燃焼室9内
で爆発が起こると、図11〜図12に示すようにピスト
ン4が下降してクランク軸2が回転する。
の大端部外周面のシール面7bが周壁面28に摺接する
ようになると、コンロッド収容部22内が再びA,B2
気室に画成されるようになる。すなわち、気室Bには、
それまでコンロッド収容部22内に吸入された空気が入
ることになる。
と、図13に示すように気室Bの容積が次第に減少する
と共に気室Aの容積が次第に増加するようになり、吸気
タンク14に再び空気が圧送されると共に、コンロッド
収容室22内に新気が吸い込まれることになる。図13
の状態からさらにクランク軸2が回転することによって
図1に示した状態となる。
クランク軸2が1回転する毎にコンロッド収容部22内
の空間の容積と、ピストンの行程容積(図7〜図9に示
した塗りつぶし部分の容積)とを加算した容積の空気が
吸気タンク14に圧送されて蓄えられることになる。そ
して、エンジン1の吸入行程で吸気弁12が開くときに
は、前記クランク軸1回転分の圧送空気の2倍の空気が
燃焼室9内に供給される。
収容部22内の空気の2倍の空気量にピストン行程容積
に相当する空気量を加えた量となる。また、この過給装
置は、クランクケース3内の新気導入室(気室A)に新
気を導く吸入通路23と、圧縮室(気室B)から空気が
吐出される吐出通路24とを、各気室からクランク軸2
の軸線方向とは直交する方向の一方と他方に延びるよう
に形成してクランクケース3の一側部(図1において右
側部)と他側部(図1において左側部)とに開口させて
いるから、圧縮室で空気が圧縮されるときの空気の流動
方向と、圧縮室に空気が吸い込まれる方向および圧縮室
から空気が吐出される方向が同方向になる。このため、
空気の流れる方向がクランク軸の軸線とは直交する平面
に沿う方向のみになる。さらに、この過給装置は、吐出
通路24の吐出口(リード弁装置29取付部分)と、シ
リンダヘッド8の吸気入口(吸気管15)と、吸気タン
ク14とをエンジン1の同じ一側部に設けて吸気タンク
14を介して吐出口を吸気入口に連通させるとともに、
エンジン1の他の一側部にシリンダヘッド8の排気出口
と前記吸入通路23の空気入口(空気吸込管26)とを
設けたから、エンジン1の吸気装置と排気装置とをシリ
ンダの両側方にクランク軸2の軸線方向に大きく突出す
ることなく設けることができる。
ク軸方向端面の全面にシール面7aを形成したが、同等
の機能を果たすことができればシール面7aの構造は適
宜変更することができる。また、クランク軸2のアーム
部17,コンロッド7,ピストン4およびエンジンボデ
ィ20の各摺接部分には、摩擦抵抗を減らすと共に気密
を高めるために、ルーツ型過給装置のロータに採用され
ているようにフッ素樹脂をコーティングすることもでき
る。
クによる構成を示したが、片側のみのジャーナル部2
a,同じく片側のみのアーム部17およびクランクピン
18により形成される片持ちクランクによって構成する
こともできる。
クルエンジンの過給装置は、クランクケースにコンロッ
ドが摺接する内周壁を形成し、上死点近辺を除いたクラ
ンク角度においてコンロッドによってクランクケース内
を2つの気室に仕切る構造とし、これらの気室のうち一
方の気室を新気導入室とするとともに他方の気室を圧縮
室とし、かつコンロッドを可動子とする容積型圧縮機を
形成し、前記新気導入室に新気を導く吸入通路と、圧縮
室から空気が吐出される吐出通路とを、各気室からクラ
ンク軸の軸線方向とは直交する方向の一方と他方に延び
るように形成してクランクケースの一側部と他側部とに
開口させ、前記吐出通路の吐出口と、シリンダヘッドの
吸気入口と、吸気タンクとをエンジンの同じ一側部に設
けて吸気タンクを介して吐出口を吸気入口に連通させる
とともに、エンジンの他の一側部にシリンダヘッドの排
気出口と前記吸入通路の空気入口とを設けたため、クラ
ンク軸が1回転する毎にピストンの行程容積とコンロッ
ド収容部の容積分だけ新気が燃焼室に圧送されることに
なる。
たって一次圧縮比を大きくとれるので、過給性能を高め
ることができる。
を構成する部材だけで形成できるから、従来の過給装置
に較べて構造が簡素化されると共に部品点数が減少す
る。特に、空気吸込側に逆止弁を設ける必要がないの
で、従来の基本的なクランクケース過給装置に較べて吸
気抵抗を減らすことができ、しかも、構造が簡単にな
る。さらに、本発明に係る過給装置は、圧縮室で空気が
圧縮されるときの空気の流動方向と、圧縮室に空気が吸
い込まれる方向および圧縮室から空気が吐出される方向
が同方向になるから、空気の流れる方向がクランク軸の
軸線とは直交する平面に沿う方向のみになる。すなわ
ち、圧縮室に出入りするときの空気の流動方向がクラン
ク軸の軸線方向である場合に較べて空気が流れるときの
抵抗が小さくなるから、本願発明に係る過給装置は、空
気を効率よく圧縮して吐出することができる。さらにま
た、本発明に係る過給装置は、エンジンの吸気装置と排
気装置とをシリンダの両側方にクランク軸の軸線方向に
大きく突出することなく設けることができる。このた
め、この過給装置を多気筒エンジンに設けることによっ
て、エンジンの小型化を図りながら、より一層の出力向
上を図ることができる。
装置を安価に得ることができる。
ッドの幅とエンジンのボア,ストロークによって吐出量
が決まるので、吐出量設計の自由度が高い。
エンジンの断面図である。
エンジンのエンジンボディの概略構成を示す斜視図で、
同図はエンジンボディをある位置で破断した状態を示
す。
概略構成を示す斜視図である。
概略構成を示す斜視図である。
略構成を示す斜視図である。
である。
要部の断面図である。
部の断面図である。
の要部の断面図である。
の要部の断面図である。
態の要部の断面図である。
の要部の断面図である。
態の要部の断面図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 クランクケースにコンロッドが摺接する
内周壁を形成し、上死点近辺を除いたクランク角度にお
いてコンロッドによってクランクケース内を2つの気室
に仕切る構造とし、これらの気室のうち一方の気室を新
気導入室とするとともに他方の気室を圧縮室とし、かつ
コンロッドを可動子とする容積型圧縮機を形成し、前記
新気導入室に新気を導く吸入通路と、圧縮室から空気が
吐出される吐出通路とを、各気室からクランク軸の軸線
方向とは直交する方向の一方と他方に延びるように形成
してクランクケースの一側部と他側部とに開口させ、前
記吐出通路の吐出口と、シリンダヘッドの吸気入口と、
吸気タンクとをエンジンの同じ一側部に設けて吸気タン
クを介して吐出口を吸気入口に連通させるとともに、エ
ンジンの他の一側部にシリンダヘッドの排気出口と前記
吸入通路の空気入口とを設けたことを特徴とする4サイ
クルエンジンの過給装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26415792A JP3318842B2 (ja) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | 4サイクルエンジンの過給装置 |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JPH0693869A JPH0693869A (ja) | 1994-04-05 |
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Family
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|---|
KR20020038912A (ko) * | 2000-11-18 | 2002-05-24 | 김경환 | 단기통 내연엔진 |
-
1992
- 1992-09-08 JP JP26415792A patent/JP3318842B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH0693869A (ja) | 1994-04-05 |
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