JP4108251B2 - 吸気マニホールド - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブランチ形状を有する吸気マニホールドにおいて、特に、性能を犠牲にせず軽量化を図る技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
ブランチ形状を有する吸気マニホールドは、図10に示すように、吸気脈動を弱めるコレクタ(サージタンク)1と、コレクタ1内の吸気を各吸気ポートに導く複数の吸気管2と、図示しないシリンダヘッドへの取付部となるフランジ3と、を含んで構成される。かかる吸気マニホールドは、ブランチ形状、即ち、コレクタ1と吸気管2との接合形状が複雑であり、鋳造の際の型抜きが困難であため、中子を使用できる重力鋳造法により一体構造の鋳物として製造されるのが常であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸気マニホールドの軽量化を図るためには、例えば、実開平5−66258号及び実開平6−87654号に開示されるように、寸法精度が優れているダイキャスト法を採用し、薄肉化を通して軽量化を実現することが有効である。しかし、複雑なブランチ形状を有する吸気マニホールドにあっては、前述したように、鋳造の際に中子の使用が不可欠であり、そのままではダイキャスト法を採用することは極めて困難であった。また、ダイキャスト法で使用される鋳型は、重力鋳造法で使用される鋳型よりも高価であり、特に、長尺(全長800mm以上)の吸気マニホールドでは、鋳型の大型化による型費の高騰が問題となっていた。このため、複雑なブランチ形状を有する吸気マニホールドにあっては、ダイキャスト法の採用により軽量化を図りたくとも、中子及び型費等の問題から、その採用が見送られていた。
【0004】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、ブランチ形状を有する吸気マニホールドを分割構造とすることで、中子の使用を不要としてダイキャスト法を採用し、性能を犠牲にせず軽量化を実現した吸気マニホールドを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1記載の発明では、少なくとも一面が開口したコレクタ、該コレクタ内の吸気をシリンダヘッドの吸気ポートに導く吸気管、及び、該吸気管の先端に形成されてシリンダヘッドへの取付部となるフランジを備えた一体構造の鋳物からなる基本構造体を複数連結してなる本体部と、前記コレクタの開口部を閉塞する形状の鋳物からなるフタ部と、を含んで構成される吸気マニホールドにおいて、前記基本構造体のフランジは、前記連結部分においてその厚さ方向に重なり合うように形成されたことを特徴とする。
【0006】
かかる構成によれば、吸気マニホールドは、コレクタと吸気管とフランジとが一体構造の鋳物からなる基本構造体を複数連結してなる本体部と、コレクタの開口部を閉塞するフタ部と、を含んで構成される。このため、本体部を鋳造する際、本体部の内部形状及び鋳型の分割形状を適切に設計することで、鋳造後の鋳型の抜き取りが可能となり、ダイキャスト法の採用が可能となる。また、本体部を鋳造するための鋳型が小型化されることで、型費の低減を通してコスト低減が図られると共に、注湯後の鋳物が冷め易くなって生産サイクルも短縮される。一方、フタ部は、コレクタの開口部を閉塞するだけの簡単な形状をなしているため、ダイキャスト法により鋳造可能である。そして、ダイキャスト法の採用により鋳物の寸法精度が向上するため、吸気マニホールドの薄肉化及び肉抜き範囲の拡大が促進され、軽量化が実現される。このとき、吸気マニホールドは、鋳型の分割形状を適切に設定することで、角部の生成が防止され、吸気抵抗の増大を招くことも防止される。
【0009】
さらに、基本構造体のフランジは、連結部分において重なり合うように形成されているので、隣接した吸気ポートの間で共通するボルト等の締結部材が使用できるようになり、必要な締結部材の本数が低減される。
【0010】
請求項2記載の発明では、前記基本構造体のフランジは、前記重なり合い部分においてその厚さ方向に略円筒形状の円筒部材が嵌合されていることを特徴とする。
【0011】
かかる構成によれば、基本構造体のフランジは、重なり合い部分において円筒部材が嵌合されているので、円筒部材がノックピンとしての機能を奏し、基本構造体の位置決めが行われ、シリンダヘッドへの本体部の取り付けが容易になる。
【0012】
請求項3記載の発明では、少なくとも一面が開口したコレクタ、該コレクタ内の吸気をシリンダヘッドの吸気ポートに導く吸気管、及び、該吸気管の先端に形成されてシリンダヘッドへの取付部となるフランジを備えた一体構造の鋳物からなる基本構造体を複数連結してなる本体部と、前記コレクタの開口部を閉塞する形状の鋳物からなるフタ部と、を含んで構成される吸気マニホールドにおいて、前記基本構造体のフランジは、長手方向の両端面が長手方向の軸線に対して所定角度をなす斜め形状に形成されたことを特徴とする。
【0013】
かかる構成によれば、請求項1に係る発明の基本構造体の作用に代えて、基本構造体のフランジは、長手方向の両端面が斜め形状に形成されているので、斜め形状部分の先端部近傍でボルト等の締結部材によりフランジをシリンダヘッドに締結するようにすれば、必要な締結部材の本数が低減される。この場合、各基本構造体は、ダイキャスト法により高精度に製造されることと相俟って後加工が不要となり、製造工数の削減を通してさらなるコスト低減が図られる。
【0014】
請求項4記載の発明では、少なくとも一面が開口したコレクタ、該コレクタ内の吸気をシリンダヘッドの吸気ポートに導く吸気管、及び、該吸気管の先端に形成されてシリンダヘッドへの取付部となるフランジを備えた一体構造の鋳物からなる基本構造体を複数連結してなる本体部と、前記コレクタの開口部を閉塞する形状の鋳物からなるフタ部と、を含んで構成される吸気マニホールドにおいて、前記基本構造体のフランジは、長手方向の両端面において、該フランジをシリンダヘッドに締結する締結部材が略半分収納される略半円形状の凹溝が形成されたことを特徴とする。
【0015】
かかる構成によれば、請求項1に係る発明の基本構造体の作用に代えて、基本構造体のフランジは、長手方向の両端面に締結部材が略半分収納される凹溝が形成されているので、基本構造体の連結部では凹溝が合わさって略円形形状の円孔となり、この円孔を介してフランジをシリンダヘッドに締結することで、必要な締結部材の本数が低減される。一方、隣接する基本構造体がないフランジの他面では、締結部材の略半分が凹溝に収納されることとなるが、フランジは他の締結部材によりシリンダヘッドに強固に固定されているため、締結部材が凹溝から外れてしまうという不具合は発生することはない。従って、かかる構成によっても、請求項3記載の発明と同様に、必要な締結部材の本数が低減されると共に、製造工数の削減を通してさらなるコスト低減が図られる。
【0016】
請求項5記載の発明では、前記フタ部は、一体構造をなすことを特徴とする。
かかる構成によれば、フタ部は一体構造をなしているため、本体部を構成する複数の基本構造体をフタ部に締結することで、従来と同様な一体構造の吸気マニホールドとして取り扱うことが可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図1は、本発明の第1実施形態として、直列6気筒の内燃機関に取り付けられるブランチ形状を有する吸気マニホールドの全体構成を示す。
【0018】
吸気マニホールドIMは、分離可能な複数の部品、即ち、本体部10と、フタ部20と、アッパーダクト部30と、を含んで構成される。
本体部10は、一面(上面)が開口した略箱型形状のコレクタ12と、コレクタ12内の吸気を各吸気ポートに導く6本の吸気管14と、シリンダヘッドへの取付部となるフランジ16と、を含んだ一体構造の鋳物として製造される。コレクタ12の開口部には、フタ部20を取り付けるためのフランジ18が形成される。フランジ18の一端面には、フタ部20を締結するための締結部材としてのボルトが螺合される複数の雌螺子18aと、本体部10とフタ部20との間に介在される密閉部材としてのOリングが収納される環状の凹溝18bと、が形成される。
【0019】
フタ部20は、本体部10のフランジ18と当接することで、コレクタ12の開口部を閉塞する略矩形形状をなす一体構造の鋳物として製造される。フタ部20の略中央には、吸気をコレクタ12内に導入するための吸気導入孔22が形成される。また、フタ部20の上面には、フタ部20を本体部10に締結するボルトの軸部が挿通される複数の挿通孔24と、アッパーダクト30を締結するための締結部材としてのボルトが螺合される複数の雌螺子26と、が形成される。さらに、フタ部20の吸気導入孔22の両側には、コレクタ12内に導入される吸気流れを乱さないように、フタ部20下面からコレクタ12方向に突出し、角部の生成を防止するためのくぼみ28が形成される。
【0020】
アッパーダクト部30は、図示しない吸気ダクトを介して導入される吸気をコレクタ12内に導入すべく、横断面が略円形形状をなす一体構造の鋳物として製造される。アッパーダクト部30の軸線に沿った両端には、夫々、吸気ダクトが接続されるフランジ32と、フタ部20への取付部となるフランジ34と、が形成される。各フランジ32,34には、締結部材としてのボルトの軸部が挿通される複数の挿通孔32a,34aが夫々形成される。また、アッパーダクト部30の一側面には、排気の一部を吸気系に導入することで、燃焼温度の低下により窒素酸化物を低減する排気還流装置の一部を構成するEGRバルブの取付座36が形成される。
【0021】
ここで、吸気マニホールドIMを分割構造としたことにより、少なくとも、本体部10とフタ部20とをダイキャスト法で鋳造することが可能となる。即ち、図2〜図5に示すように、本体部10を鋳造する際に、図中の一点鎖線の位置で鋳型を分割するようにすれば、鋳造後の鋳型の抜き取りが可能となり、ダイキャスト法を採用することができるようになる。この場合、鋳型は、その移動方向の軸線が180度に近づくように分割するのが望ましい。一方、フタ部20は、本体部10と比べて簡単な形状をなしているため、ダイキャスト法により製造できることはいうまでもない。なお、フタ部20は、ダイキャスト法により鋳造される鋳物でなくとも、板金をプレス加工して製造したプレス加工品としてもよい。
【0022】
そして、ダイキャスト法の採用により鋳物の寸法精度が向上するため、吸気マニホールドIMの薄肉化及び肉抜き範囲の拡大が促進され、軽量化が実現される。このとき、図5に示す吸気マニホールドIMは、鋳型の分割形状を適切に設定しているため角部が生成されることがなく、吸気抵抗の増大を招くことがない。従って、吸気マニホールドIMの性能を犠牲にすることなく、その軽量化を図ることができる。また、鋳物の寸法精度が向上することにより、螺子穴の下穴加工、接合面の加工、座ぐり加工等の機械加工が不要となり、加工費の低減を図ることもできる。さらに、フタ部20を交換することにより、コレクタ12の容量を容易に変更できるため、内燃機関の特性に合わせたチューニングが容易に行なえるようになる。
【0023】
図6は、本発明に係る吸気マニホールドの第2実施形態を示す。
第2実施形態における本体部10は、6気筒一体型ではなく、その長手方向の略中央で分離される2分割形状の鋳物として鋳造される。2分割された基本構造体としての本体部10A,10Bは、夫々、一面のみが開口したコレクタ12を有しつつ、鋳物として略同一形状に形成される。一方、フタ部20の略中央には、2分割された本体部10A,10Bの各コレクタ12内に吸気を導入する2つの吸気導入孔22A,22Bが形成される。また、アッパーダクト部30には、フタ部20に形成された吸気導入孔22A,22Bを介して、各コレクタ12に吸気が略均等に導入されるように、横断面積を略1/2にする隔壁30aが形成される。
【0024】
ここで、本体部10を2分割したことにより、第1実施形態の作用・効果に加え、コスト低減及び生産サイクルの短縮を図ることができる。即ち、本体部10を2分割することで鋳型が小型化され、型費の低減を通してコスト低減が実現される。例えば、80cm程度の長尺形状の吸気マニホールドでは、型費を約1/3に抑えることができる。また、鋳型の小型化により、注湯後の鋳物が冷め易くなり、生産サイクルを短縮することもできる。さらに、2分割された本体部10A,10Bにより、各気筒への吸気配分性が改善され、排気還流の面からも有利となる。
【0025】
第2実施形態では、フタ部20を本体部10A,10Bに合わせて2分割構造としてもよいが、第1実施形態のような一体構造のフタ部20とすることで、次のような効果が奏される。即ち、本体部10A,10Bとフタ部20とアッパーダクト部30とを予め相互締結するようにすれば、従来と同様な一体構造の吸気マニホールドIMとして取り扱うことが可能となる。このため、内燃機関部品のモジュール化を行なった場合には、吸気マニホールドIMに関する部品点数及び組立工数の増加はなく、コスト上昇を抑制することができる。一方、吸気マニホールドIMの製造工程及び組立工程では、前述したように、鋳型の小型化による型費低減及び生産サイクル短縮という効果があるため、部品点数及び組立工数が多少増加しても、コストを大幅に低減することができる。
【0026】
また、吸気マニホールドIMをシリンダヘッドに取り付ける際、取付ボルトの本数を削減するために、従来から図7(A)に示すような工夫がなされている。即ち、フランジFにおいて、隣接した吸気ポートIPの間で取付ボルトBを締結するようにすることで、例えば、6気筒の内燃機関では、取付ボルトBの本数を24本から14本に削減している。このような工夫を2分割された本体部10A,10Bに適用するために、図7(B)及び(C)に示すように、吸気マニホールドIMの略中央に位置する本体部10A,10Bのフランジ16端部は、その厚さ方向において当接しつつ重なり合うように形成される。この場合、鋳型の共通化を行うためには、本体部10A,10Bのフランジ16を切削加工する必要があるが、異なる鋳型を用いることに比べたら、トータルとしてのコストが遥かに少なくて済む。そして、重なり合ったフランジ16の挿通孔16aを介して、取付ボルトをシリンダヘッドの雌螺子に螺合することで、夫々の本体部10A,10Bが共締めされる。
【0027】
さらに、フランジ16の挿通孔16aのピッチをシリンダヘッドの雌螺子のピッチに合わせるために、2分割された本体部10A,10Bの位置決めを行う工夫がなされている。即ち、フランジ16を図7(B)及び(C)のように重ね合わせたとき、その重ね合わせ状態が常に略同一となるようにするため、図8(A)に示すように、フランジ16の挿通孔16aの直径が大に形成され、ここにノックピンとしての機能を奏する円筒部材としての略円筒形状のカラー(スペーサ)40が挿入又は圧入される。カラー40の全長lは、位置決め可能な長さ、具体的には、重なり合った部分における一方のフランジ厚さt1より長く、重なり合っていない部分におけるフランジ厚さtより短くなるように(t1<l<t)設定される。そして、カラー40により本体部10A,10Bの位置決めを行った後、図8(B)に示すように、取付ボルト42により吸気マニホールドIMをシリンダヘッドに締結する。ここで、図8(B)は、振動遮断用の吸気マニホールド、即ち、吸気マニホールドとシリンダヘッドとの間にラバー等の振動吸収部材を介在させたものを示している。
【0028】
この他、吸気マニホールドIMをシリンダヘッドに取り付ける取付ボルトの本数を削減するために、次のような工夫をしてもよい。
即ち、図9(A)に示すように、本体部10A,10Bのフランジ16の両端面を、その長手方向の軸線に対して所定角度(本実施形態では約45度)をなす斜め形状に形成し、各斜め形状部分に取付ボルトが挿通される挿通孔16aを1つ形成してもよい。この場合、本体部10A,10Bを取り付けるのに、合計12本の取付ボルトが使用されることとなり、図7(B)及び(C)に示すものに比べて、さらなる取付ボルトの低減が図られる。
【0029】
また、図9(B)に示すように、本体部10A,10Bのフランジ16の両端面に、取付ボルトが略半分収納される略半円形状の凹溝16bを形成してもよい。この場合、本体部10Aと10Bとの連結部分では、略半円形状の凹溝16bが向かい合うことで、略円形状の挿通孔が形成される。一方、本体部10A,10Bの他面は、略半円形状の凹溝16bのみとなるが、本体部10A,10Bはその長手方向に動くことがないため、取付ボルトの略半分のみが凹溝16bに収まりつつ本体部10A,10Bをシリンダヘッドに締結しても、何ら問題が生じない。
【0030】
ここで、図9(A)及び(B)に示す構成では、本体部10A,10Bは、ダイキャスト法により高精度に製造されることと相俟って、切削加工等の後加工が不要となり、図7及び図8のものに比べて、製造工数の削減を通してさらなるコスト低減を図ることができる。
【0031】
なお、以上説明した吸気マニホールドは、本体部,フタ部及びアッパーダクト部から構成されているが、本体部をその横断面に沿ってさらに分割した構成としてもよい。また、本体部は、3気筒づつに分割される構成に限らず、少なくとも、各気筒づつに分割する構成としてもよい。これらの場合には、本体部の鋳型がさらに小型化され、型費をより一層低減することができる。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の発明によれば、ダイキャスト法により吸気マニホールドを鋳造することができるようになり、吸気抵抗の増大を防止しつつ薄肉化及び肉抜き範囲の拡大が促進され、性能を犠牲にせず軽量化を図ることができる。
【0033】
また、本体部を鋳造するための鋳型が小型化されることで、型費の低減を通してコスト低減が図られると共に、注湯後の鋳物が冷め易くなって生産サイクルも短縮することができる。
【0034】
さらに、基本構造体のフランジは、連結部分において重なり合うように形成されているので、隣接した吸気ポートの間で共通するボルト等の締結部材が使用できるようになり、必要な締結部材の本数を低減することができる。
【0035】
請求項2記載の発明によれば、シリンダヘッドへの本体部の取り付けを容易にすることができる。
請求項3及び請求項4記載の発明によれば、請求項1に係る本願発明の効果に加え、製造工数の削減を通してさらなるコスト低減を図ることができる。
【0036】
請求項5記載の発明によれば、本体部を構成する複数の基本構造体をフタ部に締結することで、従来と同様な一体構造の吸気マニホールドとして取り扱うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る吸気マニホールドの第1実施形態を示す全体構成図
【図2】吸気マニホールドの第1分割形状を示す横断面図
【図3】吸気マニホールドの第2分割形状を示す横断面図
【図4】吸気マニホールドの第3分割形状を示す横断面図
【図5】吸気マニホールドの第4分割形状を示す横断面図
【図6】本発明に係る吸気マニホールドの第2実施形態を示す全体構成図
【図7】フランジ取付ボルトを削減する工夫を説明し、(A)は従来技術における工夫の説明図、(B)は本発明における工夫の説明図、(C)は(B)中のA−A断面図
【図8】本体部の位置決めを行う工夫を説明し、(A)はカラーの挿入状態の説明図、(B)は要部拡大図
【図9】フランジ取付ボルトを削減する他の工夫を説明し、(A)はその一例の説明図、(B)はその他の例の説明図
【図10】ブランチ形状を有する従来の吸気マニホールドの全体構成図
【符号の説明】
IM 吸気マニホールド
10,10A,10B 本体部
12 コレクタ
14 吸気管
16 フランジ
16b 凹溝
20 フタ部
40 カラー
Claims (5)
- 少なくとも一面が開口したコレクタ、該コレクタ内の吸気をシリンダヘッドの吸気ポートに導く吸気管、及び、該吸気管の先端に形成されてシリンダヘッドへの取付部となるフランジを備えた一体構造の鋳物からなる基本構造体を複数連結してなる本体部と、
前記コレクタの開口部を閉塞する形状の鋳物からなるフタ部と、
を含んで構成される吸気マニホールドにおいて、
前記基本構造体のフランジは、前記連結部分においてその厚さ方向に重なり合うように形成されたことを特徴とする吸気マニホールド。 - 前記基本構造体のフランジは、前記重なり合い部分においてその厚さ方向に略円筒形状の円筒部材が嵌合されていることを特徴とする請求項1記載の吸気マニホールド。
- 少なくとも一面が開口したコレクタ、該コレクタ内の吸気をシリンダヘッドの吸気ポートに導く吸気管、及び、該吸気管の先端に形成されてシリンダヘッドへの取付部となるフランジを備えた一体構造の鋳物からなる基本構造体を複数連結してなる本体部と、
前記コレクタの開口部を閉塞する形状の鋳物からなるフタ部と、
を含んで構成される吸気マニホールドにおいて、
前記基本構造体のフランジは、長手方向の両端面が長手方向の軸線に対して所定角度をなす斜め形状に形成されたことを特徴とする吸気マニホールド。 - 少なくとも一面が開口したコレクタ、該コレクタ内の吸気をシリンダヘッドの吸気ポートに導く吸気管、及び、該吸気管の先端に形成されてシリンダヘッドへの取付部となるフランジを備えた一体構造の鋳物からなる基本構造体を複数連結してなる本体部と、
前記コレクタの開口部を閉塞する形状の鋳物からなるフタ部と、
を含んで構成される吸気マニホールドにおいて、
前記基本構造体のフランジは、長手方向の両端面において、該フランジをシリンダヘッドに締結する締結部材が略半分収納される略半円形状の凹溝が形成されたことを特徴とする吸気マニホールド。 - 前記フタ部は、一体構造をなすことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の吸気マニホールド。
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