JPH0385327A - Insulated two-cycle gasoline engine - Google Patents
Insulated two-cycle gasoline engineInfo
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
- F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
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- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、燃焼室内部が外部に対して断熱されている断
熱2サイクルガソリンエンジンに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an adiabatic two-stroke gasoline engine in which the inside of a combustion chamber is insulated from the outside.
(従来の技術)
従来、のエンジンは燃料の燃焼により発生する熱エネル
ギの内、約宛はエンジン本体に伝達され有効に利用され
ることなく冷却装置等により外部に放出され無駄に廃棄
されている。そこで、燃焼室内壁面を断熱層で被覆し、
熱エネルギの外部への伝達を遮断し、従来外部に伝達さ
れていた熱エネルギにより排気ガスの有するエネルギを
高め、排気タービン等により熱エネルギを有効に回収し
エンジンの熱効率を向上させる断熱エンジンが提案され
ている。(Conventional technology) Conventionally, in engines, of the heat energy generated by the combustion of fuel, about 20% of the heat energy is transferred to the engine body, is not used effectively, and is emitted to the outside by the cooling device, etc., and is wasted. . Therefore, the wall surface of the combustion chamber is covered with a heat insulating layer,
An adiabatic engine is proposed that blocks the transmission of thermal energy to the outside, increases the energy of exhaust gas by using the thermal energy that was conventionally transmitted to the outside, and effectively recovers the thermal energy using an exhaust turbine, etc. to improve the thermal efficiency of the engine. has been done.
また、エンジンの圧縮比を増加させると、エンジンの熱
効率が向上することが知られている。It is also known that increasing the compression ratio of an engine improves the thermal efficiency of the engine.
(発明が解決しようとする課11り
しかしながら、このような従来の断熱エンジンは、燃焼
室内壁面が高温度となるため吸入された空気は該壁面か
ら熱伝達を受は直ちに膨張し、後続する空気の流入を阻
害し吸入効率を低下させるという問題がある。また、圧
縮行程において、吸気は圧縮されると同時に燃焼室内壁
より熱エネルギの伝達を受け、膨張するため圧縮仕事が
一般の水冷式エンジンより増加し、サイクル効率の低下
をきたす。そして、圧縮端温度が該水冷式エンジンに比
べ高温度になり、燃焼ガスの温度も高温度となるため燃
焼ガス温度と内壁面温度との差が拡大し、断熱層を介し
て外部へ放熱される熱エネルギが増加するため熱効率が
低下する。また、燃焼ガスが高温度になると燃焼室内壁
が劣化するという問題がある。(Issues to be Solved by the Invention 11) However, in such a conventional adiabatic engine, the wall surface of the combustion chamber is at a high temperature, so the intake air receives heat transfer from the wall surface and immediately expands, causing the following air to In addition, during the compression stroke, the intake air is compressed and simultaneously receives heat energy from the combustion chamber wall and expands, so the compression work is greater than that of a typical water-cooled engine. The compression end temperature is higher than that of the water-cooled engine, and the combustion gas temperature is also higher, increasing the difference between the combustion gas temperature and the inner wall surface temperature. However, thermal efficiency decreases because the thermal energy radiated to the outside through the heat insulating layer increases.Furthermore, when the temperature of the combustion gas becomes high, there is a problem that the inner wall of the combustion chamber deteriorates.
更に、上記のような断熱エンジンの燃料にガソリンを使
用すると、圧縮端温度が高温であるためノッキングが発
生し、圧縮比を極端に低下させなければ運転できず、熱
効率が悪化するという問題が巧る。Furthermore, when gasoline is used as fuel for an adiabatic engine such as the one mentioned above, knocking occurs due to the high temperature at the compression end, making it impossible to operate the engine unless the compression ratio is extremely reduced, which leads to problems such as deterioration of thermal efficiency. Ru.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、吸入空気
量を増大させ圧縮比を増加させると共に圧縮端温度を低
下させノッキングの発生を抑えることにより熱効率が優
れた断熱2サイクルガソリンエンジンを提供しようとす
るものである。The present invention has been made in view of the above points, and provides an adiabatic two-stroke gasoline engine with excellent thermal efficiency by increasing the amount of intake air, increasing the compression ratio, and lowering the compression end temperature to suppress the occurrence of knocking. This is what we are trying to provide.
(課題を解決するための手段)
本発明社よれば、内壁が断熱層により被覆されている断
熱燃焼室と、該断熱燃焼室内部へ導入される吸気の圧力
を予め圧縮端圧力近傍まで昇圧するコンプレッサと、該
コンプレッサにより昇圧された吸気を上死点近傍時に断
熱燃焼室へ導入する吸気手段とを有することを特徴とす
る断熱2サイクルガソリンエンジンを提供できる。(Means for Solving the Problems) According to the present invention, the pressure of the adiabatic combustion chamber whose inner wall is covered with a heat insulating layer and the intake air introduced into the adiabatic combustion chamber is increased to near the compression end pressure in advance. It is possible to provide an adiabatic two-stroke gasoline engine characterized by having a compressor and an intake means for introducing intake air pressurized by the compressor into an adiabatic combustion chamber near top dead center.
(作用)
本発明の断熱2サイクルガソリンエンジンでは、断熱燃
焼室とは別に設けられたコンプレッサで空気を圧縮端圧
力近傍まで昇圧すると共に、該吸気をインタークーラで
冷却し、断熱2サイクルガソリンエンジンの燃焼行程直
前、すなわち従来のエンジンの圧縮行程終期から、膨張
行程初期に相当するタイミングに該昇圧された吸気を断
熱燃焼室内へ圧送するので、吸入効率が低下せず、かつ
、燃焼室内壁から吸気への受熱量が小であるため圧縮端
温度が高温度とならず、また、空気の圧縮が低温度のシ
リンダ内で実行されるため圧縮仕事の増大を招くことが
ない、そして、圧縮端温度が低温度であるため、燃料に
ガソリンを使用しても高圧縮比とすることができ熱効率
を向上させることができる。(Function) In the adiabatic two-stroke gasoline engine of the present invention, a compressor provided separately from the adiabatic combustion chamber increases the pressure of air to near the compression end pressure, and the intake air is cooled by an intercooler. Since the pressurized intake air is forced into the adiabatic combustion chamber immediately before the combustion stroke, that is, from the end of the compression stroke of a conventional engine to the beginning of the expansion stroke, the intake efficiency does not decrease, and the intake air is removed from the combustion chamber wall. Since the amount of heat received by the cylinder is small, the compression end temperature does not become high, and since the air is compressed in a low temperature cylinder, the compression work does not increase. Since the temperature is low, even if gasoline is used as fuel, a high compression ratio can be achieved and thermal efficiency can be improved.
(実施例)
以下、本発明の一実施例を図面に従って詳細に説明する
。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図は、本発明による断熱2サイクルガソリンエンジ
ンを示す機構図である。FIG. 1 is a mechanical diagram showing an adiabatic two-stroke gasoline engine according to the present invention.
図において、1はコンプレッサであり、後述するクラン
クシャフト33により駆動され、吸気管11からの吸気
を圧縮端圧力近傍まで昇圧する。In the figure, reference numeral 1 denotes a compressor, which is driven by a crankshaft 33, which will be described later, and increases the pressure of intake air from the intake pipe 11 to near the compression end pressure.
該吸気管11にはエアフローメータ12が設置されてお
り、該吸気管11内の吸気流量を検知し流量信号を出力
する。An air flow meter 12 is installed in the intake pipe 11 to detect the intake air flow rate in the intake pipe 11 and output a flow rate signal.
該コンプレッサ1からの高圧吸気を送気する送気管13
には、インタークーラ14が配設されており、コンプレ
ッサ1による圧縮に伴ない温度上昇した吸気を冷却する
。また、該送気管13にはコンプレッサ1からの送気流
量を外部からの78号により制御するスロットルバルブ
15と、外部からの信号により該送気管33内への燃料
噴射量を制御し、吸気と燃料との予混合気を製造する燃
料噴射ノズル16とが配設されている。そして、該予混
合気は送気管13を介して断熱シリンダ2へと送気され
る。Air supply pipe 13 for supplying high-pressure intake air from the compressor 1
An intercooler 14 is disposed in the intercooler 14 to cool intake air whose temperature has increased due to compression by the compressor 1. The air pipe 13 also includes a throttle valve 15 that controls the air flow rate from the compressor 1 using No. 78 from the outside, and a throttle valve 15 that controls the amount of fuel injected into the air pipe 33 based on an external signal. A fuel injection nozzle 16 for producing a premixture with fuel is provided. The premixed gas is then sent to the heat insulating cylinder 2 via the air pipe 13.
該断熱シリンダ2内には、断熱ピストン21が往復自在
に配設されている。該断熱ピストン21の頭部は、低熱
伝導率のセラミックス等からなる断熱層22により被覆
され、更に該断熱層22の表面は、耐熱性高強度材から
なる保護層23により被覆され強化されている。また、
断熱シリンダ2の上部内壁も、同じく低熱伝導率のセラ
ミックス等からなる断熱層24により被覆され、更に該
断熱層24の表面は、耐熱性高強度材からなる保護層2
5により被覆されている。そして、下部内壁は耐熱性高
強度材からなる保護層26のみにより被覆されている。A heat insulating piston 21 is disposed within the heat insulating cylinder 2 so as to be able to reciprocate. The head of the heat-insulating piston 21 is covered with a heat-insulating layer 22 made of ceramics or the like with low thermal conductivity, and the surface of the heat-insulating layer 22 is further covered and reinforced with a protective layer 23 made of a heat-resistant high-strength material. . Also,
The upper inner wall of the heat-insulating cylinder 2 is also covered with a heat-insulating layer 24 made of ceramics or the like having low thermal conductivity, and the surface of the heat-insulating layer 24 is covered with a protective layer 2 made of a heat-resistant high-strength material.
5. The lower inner wall is covered only with a protective layer 26 made of a heat-resistant, high-strength material.
該断熱シリンダ2の上部は送気管13と連通しており、
連通口すなわち吸気口には吸気バルブ27が配設されて
いる。また、同じく断熱シリンダ2の上部には、排気バ
ルブ28及び排気管路29が配設されている。尚、該吸
気バルブ27及び排気バルブ28は、カムシャフト30
により開閉駆動される。断熱シリンダ2の上部には更に
、スパークプラグ31が配設されており、断熱シリンダ
2と断熱ピストン21の頭部とにより形成される燃焼室
内の予混合気に点火する。The upper part of the heat insulating cylinder 2 communicates with the air pipe 13,
An intake valve 27 is provided at the communication port, that is, the intake port. Similarly, an exhaust valve 28 and an exhaust pipe line 29 are arranged at the upper part of the heat insulating cylinder 2. Note that the intake valve 27 and the exhaust valve 28 are connected to the camshaft 30.
It is driven to open and close by. A spark plug 31 is further disposed above the heat insulating cylinder 2 and ignites the premixed air in the combustion chamber formed by the heat insulating cylinder 2 and the head of the heat insulating piston 21 .
該断熱ピストン21は、コネクティングロッド32によ
りクランクシャフト33のビンジャーナル部と連結して
おり、該クランクシャフト33はベルト34を介して、
上記コンプレッサ1と連結し、該コンプレッサ1を駆動
する。The heat insulating piston 21 is connected to a bin journal portion of a crankshaft 33 via a connecting rod 32, and the crankshaft 33 is connected via a belt 34.
It is connected to the compressor 1 and drives the compressor 1.
上記エアフローメータ12、スロットルバルブ15及び
燃料噴射ノズル16は、コントロールユニット4に接続
されている。そして、該コントロールユニット4は、エ
アフローメータ12からの流量信号を入力し、スロット
ルバルブ15及び燃料噴射ノズル16へ制御信号を出力
する。The air flow meter 12, throttle valve 15, and fuel injection nozzle 16 are connected to the control unit 4. The control unit 4 receives a flow rate signal from the air flow meter 12 and outputs a control signal to the throttle valve 15 and fuel injection nozzle 16.
該コントロールユニット4は、エアフローメータ12、
スロットルバルブ15及び燃料噴射ノズル16との信号
の入出力を司る入出力インターフェイス、プログラムや
各種関係テーブルを記憶するROM、該ROMに記憶さ
れたプログラムの下に演算を行なうCPU、演算結果や
データを一時記憶するRAM、コントロールユニット4
内部の信号の流れをコントロールするコントロールメモ
リ等から構成されている。The control unit 4 includes an air flow meter 12,
An input/output interface that controls input and output of signals to and from the throttle valve 15 and fuel injection nozzle 16, a ROM that stores programs and various related tables, a CPU that performs calculations based on the programs stored in the ROM, and a CPU that stores calculation results and data. RAM for temporary storage, control unit 4
It consists of a control memory etc. that controls the flow of internal signals.
次に、本発明の断熱2サイクルガソリンエンジンの作用
について説明する。Next, the operation of the adiabatic two-stroke gasoline engine of the present invention will be explained.
第2図は、クランク角と吸排気バルブの開閉状態との関
係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the crank angle and the opening and closing states of the intake and exhaust valves.
本図は、クランク角θに対する吸排気バルブの開度を縦
軸に示す。In this figure, the vertical axis shows the opening degree of the intake and exhaust valves with respect to the crank angle θ.
上死点(TDC)前近傍位置にて、燃焼室内の混合気が
スパークプラグ31によって点火されると、該混合気は
燃焼し膨張するためピストン21を降下させる。そして
、断熱ピストン21が下死点(BDC)に到達する直前
に、排気バルブ28を開放する。すると、燃焼室内部の
燃焼ガスは、内圧と、下死点(BDC)を経て上昇する
ピストン21とにより、排気管路29から排出される。When the air-fuel mixture in the combustion chamber is ignited by the spark plug 31 at a position near top dead center (TDC), the air-fuel mixture burns and expands, causing the piston 21 to descend. Then, just before the heat insulating piston 21 reaches the bottom dead center (BDC), the exhaust valve 28 is opened. Then, the combustion gas inside the combustion chamber is discharged from the exhaust pipe line 29 due to the internal pressure and the piston 21 rising through the bottom dead center (BDC).
そして、ピストン21が所定位置まで上昇すると、排気
バルブ28を閉鎖すると共に、吸気バルブ27を開放す
る。すると、送気管13内の高圧予混合気が燃焼室内に
急速に流入する0次に、上死点(TDC)前近傍位置心
て吸気バルブ27を閉鎮すると共に、スパークプラグ3
1に通電し、予混合気に点火する。Then, when the piston 21 rises to a predetermined position, the exhaust valve 28 is closed and the intake valve 27 is opened. Then, the high-pressure premixture in the air pipe 13 rapidly flows into the combustion chamber, and the intake valve 27 is closed at a position near the top dead center (TDC), and the spark plug 3 is closed.
1 and ignites the premixed mixture.
尚、燃焼室内に流入する予混合気流量は、アクセルペダ
ル(図示せず)の踏込量に基づき、コントロールユニッ
ト4からスロットルバルブ15に制御信号を出力し、吸
気流量を制限する。そして、コントロールユニット4は
、エアフローメータ12から出力される吸気の流量信号
に基づいて燃料噴射量を演算し、所定の空燃比になるよ
うに、燃料噴射ノズル16に制御信号を出力する。Note that the flow rate of the premixture flowing into the combustion chamber is determined by outputting a control signal from the control unit 4 to the throttle valve 15 based on the amount of depression of an accelerator pedal (not shown), thereby limiting the intake flow rate. Then, the control unit 4 calculates the fuel injection amount based on the intake air flow rate signal output from the air flow meter 12, and outputs a control signal to the fuel injection nozzle 16 so that a predetermined air-fuel ratio is achieved.
ところで、通常の水冷ガソリンエンジンでは、圧縮比を
ノッキング発生限界である9〜1oに設定しており、そ
れ以上圧縮比を増加させると、圧縮端温度が上昇しノッ
キングが発生する。By the way, in a normal water-cooled gasoline engine, the compression ratio is set to 9 to 1o, which is the limit for knocking, and if the compression ratio is increased beyond that, the compression end temperature will rise and knocking will occur.
本発明のよる断熱2サイクルガソリンエンジンは、上記
で説明したごとく、吸気が燃焼室とは分離されているコ
ンプレッサ1で昇圧され、更にインタークーラ14で冷
却された吸気と燃料との予混合気を、上死点(TDC)
前近傍位置で燃焼室内に圧送し、圧送後直ちに点火する
ので、吸気圧力すなわち圧縮比を従来の圧縮比より増加
させてもノッキングが発生しない、また、本発明の断熱
2サイクルガソリンエンジンでは通常のレシプロガソリ
ンエンジンの様に圧縮比に制限される事なく高い膨張比
(一般エンジンの圧縮比)で膨張することが可能で、一
般エンジンの圧縮比を20以上に設定することが可能で
あり、圧縮比を増加することにより熱効率が改善される
。As explained above, the adiabatic two-stroke gasoline engine according to the present invention boosts the pressure of intake air in the compressor 1 which is separated from the combustion chamber, and generates a premixed mixture of intake air and fuel that is further cooled in the intercooler 14. , top dead center (TDC)
Since the air is forced into the combustion chamber at a position near the front and ignited immediately after being fed, knocking does not occur even if the intake pressure or compression ratio is increased compared to the conventional compression ratio. It is possible to expand at a high expansion ratio (compression ratio of general engines) without being limited by the compression ratio like a reciprocating gasoline engine, and it is possible to set the compression ratio of general engines to 20 or higher. Increasing the ratio improves thermal efficiency.
また予混合気の温度が低温度であると、燃焼ガスの温度
は、いわゆる断熱エンジンより低温度となり燃焼室内壁
との温度差が小となるため、燃焼室内壁から伝達される
熱エネルギ量が減少する。Furthermore, if the temperature of the premixture is low, the temperature of the combustion gas will be lower than in a so-called adiabatic engine, and the temperature difference with the combustion chamber wall will be small, so the amount of heat energy transferred from the combustion chamber wall will be reduced. Decrease.
よって、燃焼温度が異常に高温度とならないため、外部
へ伝達される放熱量が小であり、窒素酸化物(NOx)
の生成も抑制される。Therefore, the combustion temperature does not become abnormally high, so the amount of heat transferred to the outside is small, and nitrogen oxides (NOx) are
The production of is also suppressed.
尚、上記説明にて、吸気バルブ27の閉鎖タイくングを
上死点(TDC)前近傍位置にて説明したが、上死点(
TDC)後近傍位置にて閉鎖しても、本願の趣旨から外
れるものではない。In the above explanation, the closing timing of the intake valve 27 was explained at a position near the top dead center (TDC).
TDC) Closing at a position near the rear does not depart from the spirit of the present application.
以上本発明について詳細に説明したが、本発明の精神か
ら逸れないかぎりで、種々の異なる実施例は容易に槽底
できるから、本発明は前記特許請求の範囲において記載
した限定以外、特定の実施例に制約されるものではない
。Although the present invention has been described in detail above, it is understood that various different embodiments can be easily made without departing from the spirit of the invention. The examples are not intended to be limiting.
(発明の効果)
以上説明したように、本発明によれば、断熱燃焼室とは
別に設けられたコンプレッサで空気を圧縮端圧力近傍ま
で昇圧すると共に、該吸気をインタークーラで冷却し、
断熱2サイクルガソリンエンジンの燃焼行程直前から直
後、すなわち従来のエンジンの圧縮行程終期に相当する
タイミングに、該昇圧された吸気を断熱燃焼室内へ圧送
するので、吸入′効率が低下しない、そして、燃焼室内
壁から吸気への受熱量が小であるため、圧縮端温度が高
温度とならず、また、空気の圧縮が低温度のシリンダ内
で実行されるため、圧縮仕事の増大を招くことがない、
そして、圧縮端温度が低温度であるため、燃料Cガソリ
ンを使用しても高圧縮比とすることができ、熱効率を向
上させることができる断熱2サイクルガソリンエンジン
を提供できる。(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, the compressor provided separately from the adiabatic combustion chamber increases the pressure of air to near the compression end pressure, and the intake air is cooled by the intercooler,
Since the pressurized intake air is forced into the adiabatic combustion chamber immediately before and immediately after the combustion stroke of an adiabatic two-cycle gasoline engine, that is, at a timing corresponding to the end of the compression stroke of a conventional engine, the intake efficiency does not decrease, and the combustion Since the amount of heat received from the indoor wall to the intake air is small, the compression end temperature does not become high, and since the air is compressed in a low-temperature cylinder, there is no increase in compression work. ,
Since the compression end temperature is low, a high compression ratio can be achieved even when fuel C gasoline is used, and an adiabatic two-stroke gasoline engine that can improve thermal efficiency can be provided.
第1図は、本発明による断熱2サイクルガソリンエンジ
ンを示す機構図、第2図は、クランク角と吸排気バルブ
の開閉状態との関係を示す図である。
1・・・コンプレッサ、2・・・断熱シリンダ、4・・
・コントロールユニット、14・・・インタークーラ、
15、・・・スロットルバルブ、16・・・燃料噴射ノ
ズル、21・・・断熱ピストン、22・24・・・断熱
層、31・・・スパークプラグ。FIG. 1 is a mechanical diagram showing an adiabatic two-stroke gasoline engine according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the crank angle and the opening and closing states of intake and exhaust valves. 1...Compressor, 2...Insulated cylinder, 4...
・Control unit, 14... intercooler,
15... Throttle valve, 16... Fuel injection nozzle, 21... Heat insulating piston, 22, 24... Heat insulating layer, 31... Spark plug.
Claims (2)
、該断熱燃焼室内部へ導入される吸気の圧力を予め圧縮
端圧力近傍まで昇圧するコンプレッサと、該コンプレッ
サにより昇圧された吸気を上死点近傍時に断熱燃焼室へ
導入する吸気手段とを有することを特徴とする断熱2サ
イクルガソリンエンジン。(1) An adiabatic combustion chamber whose inner wall is covered with a heat insulating layer, a compressor that increases the pressure of the intake air introduced into the adiabatic combustion chamber to near the compression end pressure, and a compressor that increases the pressure of the intake air that has been boosted by the compressor. 1. An adiabatic two-stroke gasoline engine, comprising an intake means for introducing air into an adiabatic combustion chamber near dead center.
、コンプレッサにより昇圧された吸気を断熱燃焼室に導
入される前に冷却するインタークーラを有することを特
徴とする請求項(1)記載の断熱2サイクルガソリンエ
ンジン。(2) The device according to claim (1), further comprising an intercooler provided between the compressor and the adiabatic combustion chamber and cooling the intake air pressurized by the compressor before being introduced into the adiabatic combustion chamber. Adiabatic 2-stroke gasoline engine.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22105089A JPH0385327A (en) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | Insulated two-cycle gasoline engine |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP22105089A JPH0385327A (en) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | Insulated two-cycle gasoline engine |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH0385327A true JPH0385327A (en) | 1991-04-10 |
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ID=16760711
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP22105089A Pending JPH0385327A (en) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | Insulated two-cycle gasoline engine |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0385327A (en) |
Cited By (2)
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1989
- 1989-08-28 JP JP22105089A patent/JPH0385327A/en active Pending
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