JP2000291437A - 内燃機関 - Google Patents

内燃機関

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JP2000291437A
JP2000291437A JP11094944A JP9494499A JP2000291437A JP 2000291437 A JP2000291437 A JP 2000291437A JP 11094944 A JP11094944 A JP 11094944A JP 9494499 A JP9494499 A JP 9494499A JP 2000291437 A JP2000291437 A JP 2000291437A
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passage
wall surface
internal combustion
combustion engine
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Toshihisa Sugiyama
敏久 杉山
Yasuo Ezaki
泰雄 江崎
Yoshimasa Kodama
好正 児玉
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Toyota Central R&D Labs Inc
Soken Inc
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Nippon Soken Inc
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料成分を含有する燃料成分含有ガスが流れ
る通路の壁面上に燃料成分が堆積するのを阻止する。 【解決手段】 燃料成分含有ガスが流れる通路100の
壁面101のうち燃料成分が堆積しやすい部分に凹部1
02又は凸部を形成することにより、通路の壁面102
に沿った燃料成分含有ガスの流れに乱流を形成し、通路
の壁面101上に燃料成分が堆積するのを阻止する。つ
まり、壁面上に堆積した煤が大きくなった後に壁面から
剥離し、内燃機関から排出されてしまうのを阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、燃焼室の壁面に煤が付着すること
に伴って燃焼条件が悪化するのを阻止すべく、燃焼室の
壁面にコーティングを施す内燃機関が知られている。こ
の種の内燃機関の例としては、例えば特開平2−176
148号公報に記載されたものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
2−176148号公報には、燃焼室の壁面に沿った燃
料成分含有ガスの流れに乱流を形成することにより、燃
焼室の壁面に煤が付着するのを阻止する方法については
開示されていない。また特開平2−176148号公報
には、煤が堆積しやすい部分の表面粗さを煤が堆積しづ
らい部分の表面粗さよりも小さくすることにより、燃焼
室の壁面に煤が付着するのを阻止する方法についても開
示されていない。
【0004】また特開平2−176148号公報には、
燃焼室の壁面に燃料成分を酸化するための触媒物質を配
置することにより、燃焼室の壁面に煤が付着するのを阻
止する方法についても開示されていない。また特開平2
−176148号公報には、燃焼室の壁面にコーティン
グを施す方法は開示されているものの、壁面の温度に応
じて有機系被覆層及び無機系被覆層のいずれか一方のコ
ーティングを施す方法については開示されていない。
【0005】前記問題点に鑑み、本発明は、特開平2−
176148号公報に記載された方法とは異なる方法に
より、燃料成分を含有する燃料成分含有ガスが流れる通
路の壁面上に燃料成分が堆積するのを阻止することがで
きる内燃機関を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
よれば、燃料成分を含有する燃料成分含有ガスが流れる
通路の壁面のうち燃料成分が堆積しやすい部分に凹部又
は凸部を形成することにより、通路の壁面に沿った燃料
成分含有ガスの流れに乱流を形成し、通路の壁面上に燃
料成分が堆積するのを阻止するようにした内燃機関が提
供される。尚、本明細書において内燃機関から排出され
る排気ガス中に含まれる燃料成分とは、燃焼によって生
じた煤及びSOF(可溶性有機物質)を含む。
【0007】請求項1に記載の内燃機関では、燃料成分
を含有する燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面のうち
燃料成分が堆積しやすい部分に凹部又は凸部を形成する
ことにより、通路の壁面に沿った燃料成分含有ガスの流
れに乱流が形成される。そのため、燃料成分を含有する
燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面上に燃料成分が堆
積するのを阻止することができる。つまり、壁面上に堆
積した煤が大きくなった後に壁面から剥離し、内燃機関
から排出されてしまうのを阻止することができる。
【0008】請求項2に記載の発明によれば、燃料成分
を含有する燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面のうち
燃料成分が堆積しやすい部分の表面粗さを燃料成分が堆
積しづらい部分の表面粗さよりも小さくすることによ
り、通路の壁面上に燃料成分が堆積するのを阻止するよ
うにした内燃機関が提供される。
【0009】請求項2に記載の内燃機関では、燃料成分
を含有する燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面のうち
燃料成分が堆積しやすい部分の表面粗さは燃料成分が堆
積しづらい部分の表面粗さよりも小さくされる。そのた
め、燃料成分を含有する燃料成分含有ガスが流れる通路
の壁面上に燃料成分が堆積するのを阻止することができ
る。つまり、壁面上に堆積した煤が大きくなった後に壁
面から剥離し、内燃機関から排出されてしまうのを阻止
することができる。
【0010】請求項3に記載の発明によれば、燃料成分
を含有する燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面のうち
燃料成分が堆積しやすい部分に燃料成分を酸化するため
の触媒物質を配置することにより、通路の壁面上に堆積
した未燃燃料成分を酸化せしめ、通路の壁面上に未燃燃
料成分が堆積するのを阻止するようにした内燃機関が提
供される。
【0011】請求項3に記載の内燃機関では、燃料成分
を含有する燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面のうち
燃料成分が堆積しやすい部分に燃料成分を酸化するため
の触媒物質が配置される。そのため、燃料成分を含有す
る燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面上に燃料成分が
堆積するのを阻止することができる。つまり、壁面上に
堆積した煤が大きくなった後に壁面から剥離し、内燃機
関から排出されてしまうのを阻止することができる。
【0012】請求項4に記載の発明によれば、燃料成分
を含有する燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面のうち
燃料成分が堆積しやすい部分に、その部分の温度に応じ
て有機系被覆層及び無機系被覆層のいずれか一方を形成
することにより、通路の壁面上に燃料成分が堆積するの
を阻止するようにした内燃機関が提供される。
【0013】請求項4に記載の内燃機関では、燃料成分
を含有する燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面のうち
燃料成分が堆積しやすい部分に、その部分の温度に応じ
て有機系被覆層及び無機系被覆層のいずれか一方が形成
される。詳細には、表面温度が比較的低い通路の壁面に
は有機系被覆層が形成され、表面温度が比較的高くなる
通路の壁面には無機系被覆層が形成される。そのため、
壁面の表面温度にかかわらず、燃料成分を含有する燃料
成分含有ガスが流れる通路の壁面上に燃料成分が堆積す
るのを阻止することができる。つまり、壁面上に堆積し
た煤が大きくなった後に壁面から剥離し、内燃機関から
排出されてしまうのを阻止することができる。
【0014】請求項5に記載の発明によれば、前記通路
が燃焼室である請求項1〜4のいずれか一項に記載の内
燃機関が提供される。
【0015】請求項5に記載の内燃機関では、燃焼室の
壁面に凹部又は凸部が形成されるか、燃焼室の壁面の表
面粗さが他の部分の表面粗さよりも小さくされるか、燃
焼室の壁面に燃料成分を酸化するための触媒物質が配置
されるか、あるいは、燃焼室の壁面に有機系被覆層及び
無機系被覆層のいずれか一方が形成される。そのため、
燃焼室の壁面上に燃料成分が堆積するのを阻止すること
ができる。
【0016】請求項6に記載の発明によれば、前記通路
が排気通路である請求項1〜4のいずれか一項に記載の
内燃機関が提供される。
【0017】請求項6に記載の内燃機関では、排気通路
の壁面に凹部又は凸部が形成されるか、排気通路の壁面
の表面粗さが他の部分の表面粗さよりも小さくされる
か、排気通路の壁面に燃料成分を酸化するための触媒物
質が配置されるか、あるいは、排気通路の壁面に有機系
被覆層及び無機系被覆層のいずれか一方が形成される。
そのため、排気通路の壁面上に燃料成分が堆積するのを
阻止することができる。
【0018】請求項7に記載の発明によれば、前記通路
が排気ガス再循環通路である請求項1〜4のいずれか一
項に記載の内燃機関が提供される。
【0019】請求項7に記載の内燃機関では、排気ガス
再循環通路の壁面に凹部又は凸部が形成されるか、排気
ガス再循環通路の壁面の表面粗さが他の部分の表面粗さ
よりも小さくされるか、排気ガス再循環通路の壁面に燃
料成分を酸化するための触媒物質が配置されるか、ある
いは、排気ガス再循環通路の壁面に有機系被覆層及び無
機系被覆層のいずれか一方が形成される。そのため、排
気ガス再循環通路の壁面上に燃料成分が堆積するのを阻
止することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。
【0021】図1は本発明の内燃機関を4ストローク圧
縮着火式多気筒内燃機関に適用した第一の実施形態の概
略構成図を示している。図1を参照すると、1は機関本
体、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4は
ピストン、5は燃焼室、6は電気制御式燃料噴射弁、7
は吸気弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポ
ートを夫々示す。吸気ポート8は対応する吸気枝管11
を介してサージタンク12に連結され、サージタンク1
2は吸気ダクト13およびインタークーラ14を介して
過給機、例えば排気ターボチャージャ15のコンプレッ
サ16の出口部に連結される。コンプレッサ16の入口
部は空気吸込管17を介してエアクリーナ18に連結さ
れ、空気吸込管17内にはスロットル弁19が配置され
る。
【0022】一方、排気ポート10は排気マニホルド2
0を介して排気ターボチャージャ15の排気タービン2
1の入口部に連結され、排気タービン21の出口部は排
気管22を介して酸化機能を有する触媒23を内蔵した
触媒コンバータ24に連結される。触媒コンバータ24
は排気管25、26に連結され、排気管25と排気管2
6との間にはマフラ27が配置される。
【0023】排気マニホルド20とサージタンク12と
は排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路28を介
して互いに連結され、EGR通路28内にはEGR制御
弁29が配置される。また、EGR通路28内にはEG
R通路28内を流れるEGRガスを冷却するためのEG
Rクーラ30が配置される。一方、燃料噴射弁6には、
燃料ポンプ31により燃料が供給される。
【0024】本実施形態の内燃機関では、燃料成分を含
有する燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面のうち燃料
成分が堆積しやすい部分に凹部が形成される。図2は通
路の壁面に形成された凹部の断面図である。図2に示す
ように、通路100内の燃料成分含有ガスの流れのうち
壁面101から離れた燃料成分含有ガスの流れは安定し
た流れとなっている。一方、通路内の燃料成分含有ガス
のうち壁面に近い燃料成分含有ガスの流れは、壁面10
1上に形成された凹部102の影響により、突起部では
局所乱流を形成し、底部ではモファット渦を形成してい
る。そのため、この局所乱流とモファット渦とにより、
燃料成分、つまり煤が通路100の壁面101上に堆積
するのが阻止される。凹部102は例えば深さdが0.
2mm以上2mm以下のディンプル状のものであるが、
半球状、円錐状(凹部が90°以下)等であってもよ
い。
【0025】燃料成分を含有する燃料成分含有ガスが流
れる通路とは、具体的には、燃焼室5、ピストン4頂面
とシリンダヘッド3下面との間に形成された空間、排気
ポート10、排気マニホルド20、排気タービン21、
排気管22、触媒コンバータ24、排気管25、26、
マフラ27及びEGR通路28が該当する。また、EG
R通路28内を流れるEGRガス(再循環排気ガス)中
に燃料成分が多く含まれる場合、上述した燃料成分を含
有する燃料成分含有ガスが流れる通路には、更に、EG
R通路28との合流部よりも下流側の吸気枝管11及び
吸気ポート8も含まれる。
【0026】上述したように本実施形態では、燃料成分
を含有する燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面のうち
燃料成分が堆積しやすい部分に凹部が形成されるが、こ
の燃料成分が堆積しやすい部分とは、例えば通路の断面
積が広くガスの流れが比較的小さい部分や、ガスの流れ
が比較的弱い屈曲した通路の内側の壁面等をいう。
【0027】本実施形態によれば、燃料成分を含有する
燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面上に燃料成分が堆
積するのを阻止することができる。つまり、壁面上に堆
積した煤が大きくなった後、機関加速運転時やレーシン
グ時に壁面から剥離し、内燃機関から排出されてしまう
のを阻止することができる。尚、本実施形態では通路の
壁面上に凹部が形成されているが、通路の壁面に沿った
燃料成分含有ガスの流れに乱流を形成できるものであれ
ば、凹部の代わりに高さが2mm以上の凸部を壁面上に
形成することも可能である。
【0028】以下、本発明の内燃機関の第二の実施形態
について説明する。本実施形態の概略構成は図1に示し
た第一の実施形態のものとほぼ同様である。
【0029】本実施形態の内燃機関では、燃料成分を含
有する燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面のうち燃料
成分が堆積しやすい部分の表面粗さは、燃料成分が堆積
しづらい部分の表面粗さよりも小さくされる。例えば、
燃料成分が堆積しやすい部分の表面粗さ(10点平均粗
さ)は0.2Z以下にされる。尚、燃料成分が堆積しづ
らい部分の表面粗さは、例えばピストン4では9Z程度
に、排気ポート10及び排気マニホルド20では50Z
〜100Z程度に、排気管22、25、26では50Z
程度にされている。具体的には、表面粗さを0.2Z以
下にすべき表面は、素材面を鏡面仕上げすることにより
形成されるか、素材面上にメッキ処理を施すことにより
形成される。
【0030】燃料成分を含有する燃料成分含有ガスが流
れる通路とは、具体的には第一の実施形態の場合と同様
に、燃焼室5、ピストン4頂面とシリンダヘッド3下面
との間に形成された空間、排気ポート10、排気マニホ
ルド20、排気タービン21、触媒コンバータ24、排
気管25、26、マフラ27及びEGR通路28が該当
する。また、EGR通路28内を流れるEGRガス(再
循環排気ガス)中に燃料成分が多く含まれる場合、燃料
成分を含有する燃料成分含有ガスが流れる通路には、E
GR通路28との合流部よりも下流側の吸気枝管11及
び吸気ポート8も含まれる。
【0031】上述したように本実施形態では、上記燃料
成分を含有する燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面の
うち燃料成分が堆積しやすい部分の表面粗さは燃料成分
が堆積しづらい部分の表面粗さよりも小さくされるが、
この燃料成分が堆積しやすい部分とは、例えば通路の断
面積が広くガスの流れが比較的小さい部分や、ガスの流
れが比較的弱い屈曲した通路の内側の壁面等をいう。
【0032】本実施形態によれば、燃料成分を含有する
燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面上に燃料成分が堆
積するのを阻止することができる。つまり、壁面上に堆
積した煤が大きくなった後、機関加速運転時やレーシン
グ時に壁面から剥離し、内燃機関から排出されてしまう
のを阻止することができる。
【0033】以下、本発明の内燃機関の第三の実施形態
について説明する。本実施形態の概略構成は図1に示し
た第一の実施形態のものとほぼ同様である。
【0034】本実施形態の内燃機関では、燃料成分を含
有する燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面のうち燃料
成分が堆積しやすい部分に燃料成分を酸化するための触
媒物質(図示せず)が配置される。燃料成分が堆積しや
すい部分のうち比較的高温(例えば500℃以上)にな
る部分にはPt系触媒コーティングが施され、煤が燃焼
除去される。燃料成分含有ガスが流れる通路のうち比較
的高温になる部分とは、例えば排気ポート10、排気マ
ニホルド20と排気管22、25のうちの上流部分(例
えば連結部分から100mm程度)が該当する。一方、
燃料成分が堆積しやすい部分のうち燃焼室内には低温活
性するPd系触媒コーティングが施され、主にSOF
(可溶性有機物質)が酸化され、界面剥離力が弱められ
る。Pd系触媒コーティングは例えば燃焼室5内、シリ
ンダヘッド3下面に施される。触媒配置の詳細について
は図3及び図4に示す。
【0035】燃料成分を含有する燃料成分含有ガスが流
れる通路とは、具体的には第一の実施形態の場合と同様
に、燃焼室5、ピストン4頂面とシリンダヘッド3下面
との間に形成された空間、排気ポート10、排気マニホ
ルド20、排気タービン21、触媒コンバータ24、排
気管25、26、マフラ27及びEGR通路28が該当
する。また、EGR通路28内を流れるEGRガス(再
循環排気ガス)中に燃料成分が多く含まれる場合、燃料
成分を含有する燃料成分含有ガスが流れる通路には、E
GR通路28との合流部よりも下流側の吸気枝管11及
び吸気ポート8も含まれる。
【0036】上述したように本実施形態では、上記燃料
成分を含有する燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面の
うち燃料成分が堆積しやすい部分に燃料成分を酸化する
ための触媒物質が配置されるが、この燃料成分が堆積し
やすい部分とは、例えば通路の断面積が広くガスの流れ
が比較的小さい部分や、ガスの流れが比較的弱い屈曲し
た通路の内側の壁面等をいう。
【0037】本実施形態によれば、通路の壁面上にコー
ティングされた触媒物質により燃料成分の煤やSOF分
が酸化されるため、燃料成分含有ガスが流れる通路の壁
面上にこのような煤やSOF分を含む燃料成分が堆積す
るのを阻止することができる。つまり、壁面上に堆積し
た煤が大きくなった後、機関加速運転時やレーシング時
に壁面から剥離し、内燃機関から排出されてしまうのを
阻止することができる。
【0038】以下、本発明の内燃機関の第四の実施形態
について説明する。本実施形態の概略構成は図1に示し
た第一の実施形態のものとほぼ同様である。
【0039】本実施形態の内燃機関では、燃料成分を含
有する燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面のうち燃料
成分が堆積しやすい部分に、その部分の温度に応じて有
機系被覆層及び無機系被覆層のいずれか一方が形成され
る。詳細には、表面温度が比較的低い通路の壁面には有
機系被覆層が形成される。この比較的低い温度とは30
0°C以下をいう。有機系被覆層の例としては、例えば
撥水剤コーティング、フッ素コーティング(カーボン
系、シリコーン系)等がある。一方、表面温度が比較的
高くなる通路の壁面には無機系被覆層が形成される。こ
の比較的高い温度とは500°C以上も含む温度をい
う。無機系被覆層の例としては、例えばフッ化カーボン
(CF)、酸化ホウ素(B2 3 )、ホウ珪酸ガラス、
アルミナ系ホーロ等がある。
【0040】燃料成分を含有する燃料成分含有ガスが流
れる通路とは、具体的には第一の実施形態の場合と同様
に、燃焼室5、ピストン4頂面とシリンダヘッド3下面
との間に形成された空間、排気ポート10、排気マニホ
ルド20、排気タービン21、触媒コンバータ24、排
気管25、26、マフラ27及びEGR通路28が該当
する。また、EGR通路28内を流れるEGRガス(再
循環排気ガス)中に燃料成分が多く含まれる場合、燃料
成分を含有する燃料成分含有ガスが流れる通路には、E
GR通路28との合流部よりも下流側の吸気枝管11及
び吸気ポート8も含まれる。
【0041】本実施形態によれば、燃料成分を含有する
燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面上に燃料成分が堆
積するのを阻止することができる。つまり、壁面上に堆
積した煤が大きくなった後、機関加速運転時やレーシン
グ時に壁面から剥離し、内燃機関から排出されてしまう
のを阻止することができる。
【0042】
【発明の効果】請求項1〜4に記載の発明によれば、燃
料成分を含有する燃料成分含有ガスが流れる通路の壁面
上に燃料成分が堆積するのを阻止することができる。つ
まり、壁面上に堆積した燃料成分が大きくなった後に壁
面から剥離し、内燃機関から排出されてしまうのを阻止
することができる。
【0043】請求項5に記載の発明によれば、燃焼室の
壁面上に燃料成分が堆積するのを阻止することができ
る。
【0044】請求項6に記載の発明によれば、排気通路
の壁面上に燃料成分が堆積するのを阻止することができ
る。
【0045】請求項7に記載の発明によれば、排気ガス
再循環通路の壁面上に燃料成分が堆積するのを阻止する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の内燃機関を4ストローク圧縮着火式内
燃機関に適用した第一の実施形態の概略構成図である。
【図2】通路の壁面に形成された凹部の断面図である。
【図3】Pt系触媒の配置を示した図である。
【図4】Pd系触媒の配置を示した図である。
【符号の説明】
100…通路 101…壁面 103…凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 9/04 F02D 9/04 E 4J038 9/10 9/10 H F02F 1/42 F02F 1/42 B 3/14 3/14 3/26 3/26 C F02M 25/07 F02M 25/07 A 580 580D // C09D 1/00 C09D 1/00 201/00 201/00 (74)上記1名の代理人 100077517 弁理士 石田 敬 (外2名) (72)発明者 杉山 敏久 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 江崎 泰雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 児玉 好正 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 Fターム(参考) 3G004 AA01 DA01 DA12 DA15 GA07 3G023 AA03 AA15 AB05 AC05 AD02 AD04 AD09 AE05 AE06 AG03 3G024 AA02 AA11 BA25 DA02 DA03 DA08 DA25 FA00 GA00 GA18 HA13 HA15 3G062 AA05 CA06 ED08 ED09 ED10 3G065 AA01 AA04 CA00 HA21 4J038 AA011 DL001 HA021 HA211 HA471 HA561 NA05 NA14 PB07 PC02

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料成分を含有する燃料成分含有ガスが
    流れる通路の壁面のうち燃料成分が堆積しやすい部分に
    凹部又は凸部を形成することにより、通路の壁面に沿っ
    た燃料成分含有ガスの流れに乱流を形成し、通路の壁面
    上に燃料成分が堆積するのを阻止するようにした内燃機
    関。
  2. 【請求項2】 燃料成分を含有する燃料成分含有ガスが
    流れる通路の壁面のうち燃料成分が堆積しやすい部分の
    表面粗さを燃料成分が堆積しづらい部分の表面粗さより
    も小さくすることにより、通路の壁面上に燃料成分が堆
    積するのを阻止するようにした内燃機関。
  3. 【請求項3】 燃料成分を含有する燃料成分含有ガスが
    流れる通路の壁面のうち燃料成分が堆積しやすい部分に
    燃料成分を酸化するための触媒物質を配置することによ
    り、通路の壁面上に堆積した未燃燃料成分を酸化せし
    め、通路の壁面上に未燃燃料成分が堆積するのを阻止す
    るようにした内燃機関。
  4. 【請求項4】 燃料成分を含有する燃料成分含有ガスが
    流れる通路の壁面のうち燃料成分が堆積しやすい部分
    に、その部分の温度に応じて有機系被覆層及び無機系被
    覆層のいずれか一方を形成することにより、通路の壁面
    上に燃料成分が堆積するのを阻止するようにした内燃機
    関。
  5. 【請求項5】 前記通路が燃焼室である請求項1〜4の
    いずれか一項に記載の内燃機関。
  6. 【請求項6】 前記通路が排気通路である請求項1〜4
    のいずれか一項に記載の内燃機関。
  7. 【請求項7】 前記通路が排気ガス再循環通路である請
    求項1〜4のいずれか一項に記載の内燃機関。
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