(57)【要約】【課題】簡易な構造でありながら気密性が低下することなく共振周波数を変えることができるトルクアップレゾネータを提供する。【解決手段】トルクアップレゾネータ１は、エンジン５０に空気を供給する吸気通路５４から外側に向けて延在する第１共鳴管１０及び第２共鳴管１２と、第１共鳴管１０及び第２共鳴管１２の延在した側の端部がその内部空間にあるように形成された１つの共鳴室２０と、第１共鳴管１０の延在した側の第１開口１１を開閉する弁３０とを備えている。該トルクアップレゾネータ１において、吸気通路５４と共鳴室２０とは第１共鳴管１０及び第２共鳴管１２を介して互いに連通しており、第１共鳴管１０及び第２共鳴管１２は互いに近接し且つ吸気通路５４において空気の流通方向でスロットル５７より下流側に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に空気を供給する吸気通路から外側に向けて延在する複数の共鳴管と、
複数の前記共鳴管の延在した側の端部がその内部空間にあるように形成された１つの共鳴室と
複数の前記共鳴管のうち少なくとも１本の前記共鳴管の延在した側の開口を開閉する弁とを備え、
前記吸気通路と前記共鳴室とは複数の前記共鳴管を介して互いに連通しており、
複数の前記共鳴管は互いに近接し且つ前記吸気通路において空気の流通方向でスロットルより下流側に配置されているトルクアップレゾネータ。
【請求項２】
複数の前記共鳴管は、インテークマニホールドのサージタンクに配置されている請求項１に記載のトルクアップレゾネータ。
【請求項３】
前記共鳴管は２本備えられており、それぞれの前記共鳴管からの距離が前記インテークマニホールドが有する複数のポートのいずれの前記ポートに対しても等しくなるように前記共鳴管が配置されている請求項２に記載のトルクアップレゾネータ。
【請求項４】
複数の前記共鳴管の長さは全て等しい請求項１から３のいずれか一項に記載のトルクアップレゾネータ。
【請求項５】
複数の前記共鳴管のうち少なくとも１本の前記共鳴管の通路断面積は他の前記共鳴管の通路断面積と異なっている請求項１から４のいずれか一項に記載のトルクアップレゾネータ。
【請求項６】
前記弁は複数の前記共鳴管の全てに備えられ、それぞれの前記弁は独立して開閉可能である請求項１から５のいずれか一項に記載のトルクアップレゾネータ。
【請求項７】
前記弁は負圧アクチュエータにより開閉され、
前記負圧アクチュエータはダイヤフラムを備えており、
前記弁、及び前記ダイヤフラムの大気側は共に前記共鳴室内にあり、
前記弁と前記ダイヤフラムにおいて前記弁の開閉方向の圧力を受ける受圧面積は等しい請求項１から６のいずれか一項に記載のトルクアップレゾネータ。
【請求項８】
前記弁はその外周全体に弾性部材を有し、
前記負圧アクチュエータは下部ケースをさらに備え、
前記弁が閉弁したときは前記弾性部材が前記共鳴管に当接して前記共鳴管をシールし、
前記弁が開弁したときは前記弾性部材が前記下部ケースに当接して前記ダイヤフラムをシールする請求項７に記載のトルクアップレゾネータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に搭載され、共振周波数を変えることができるトルクアップレゾネータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に内燃機関（以下、エンジンと称する）のエンジントルク（以下、トルクとも称する）は、回転数によらずできるだけ一定（フラット）であることが望ましいが、現実には回転数により変動している。そこで、エンジンのトルク特性をできるだけフラットにするために、従来よりトルクアップレゾネータ（以下、レゾネータと称する）が用いられている。レゾネータは、エンジンの吸気通路を流通する空気が燃焼室へ吸入されることに伴って生じる空気の脈動（吸気脈動）を増幅させて燃焼室への空気の吸入効率を向上させることにより、トルクを高める付加的な装置である。レゾネータはヘルムホルツ共鳴を利用して吸気脈動を増幅させており、吸気脈動の周波数（以下、脈動周波数と称する）がレゾネータの共振周波数に一致したときに吸気脈動が大きくなりトルクが増大する。
【０００３】
脈動周波数はエンジン回転数により変化するので、レゾネータは、トルクを増大させたい所望のエンジン回転数（脈動周波数）で共振が発生するように構成されている。しかし、レゾネータでは共振周波数からかい離するにつれてトルクの低下が起こるので、トルクを増大させたい回転数の幅が広いときには、複数の共振周波数を切り換える可変レゾネータが使用される。
【０００４】
特許文献１においては、エンジンに吸気を供給するサージタンクに設けられ、容積部、連通部、及び共振周波数切換手段を備えたレゾネータが開示されている。連通部は、サージタンクと容積部とを接続し、タンク室と容積室とを連通する連通路を有する。共振周波数切換手段は、スロットルの開度及びエンジンの回転数に応じて容積可変仕切板をアクチュエータで回動させて容積室の容積，連通路の断面積，連通路の長さを変化させ、レゾネータの共振周波数を第１所定周波数と第２所定周波数とに切り換える。
【０００５】
特許文献２においては、箱体の内部に仕切り板を設けてサージタンクから分割され、仕切り板にサージタンクとの連通孔を形成すると共に、複数の連通パイプを有しアクチェータにより回転操作される可動板を備えたレゾネータが開示されている。該レゾネータにおいては、エンジン駆動の状況に応じて可動板を回転させて複数の連通パイプの内の一つを連通孔に整合させる。これにより、サージタンクとレゾネータとが連通し、共振周波数が変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２４１７８７号公報
【特許文献２】特開２００１−１２３９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
レゾネータはインテークマニホールド内の吸気脈動を増幅させる役割をもつため、レゾネータの共鳴管や共鳴室には強い脈動が加わっても変形しない強度と、吸気脈動の圧力を保持する高い気密性が求められる。また、可変レゾネータにおいては、レゾネータとして共振周波数を大きく変化させるためには、共鳴室の容積、共鳴管の長さ、共鳴管の径のうち１つを大きく変化させるか、２つもしくは３つ全てを同時に変化させることが必要である。
【０００８】
特許文献１においては、容積可変仕切板が回動し、それと同時に第１扇形仕切板と第２扇形仕切板が互いに反対方向に回動することにより容積室の容積，連通路の断面積，連通路の長さの全てが大きく変化する。このため、レゾネータの構造が複雑になり且つ大型化するおそれがある。また、容積可変仕切板を回動させるアクチュエータは容積室の外部にあるため、容積可変仕切板や第１扇形仕切板，第２扇形仕切板が取り付けられているシャフト（アクチュエータの回転軸）が容積室の外部から内部に向けて貫通するように配置されている。そのため、たとえシールを設けたとしても、高い気密性を確保することが困難であるという問題があった。
【０００９】
特許文献２においては、アクチュエータはレゾネータ内部に備えられているが、所望の共振周波数を得るためには、可動板と連通孔との間の気密を確保し、サージタンクとレゾネータの間の空気の流通経路を連通孔と連通パイプだけにしなければならない。そのためには、特許文献２には明記されていないが、例えば、連通孔のレゾネータ側の開口の外周にゴム等のシールを設け、シールと当接した状態で可動板を回転させる必要がある。そのため、可動板の回転時には常にシールとの当接による摩擦力が発生し、可動板をスムーズに回転させるには大出力のアクチュエータが必要になるという問題があった。また、大出力のアクチュエータを用いることができたとしても、可動板の回転に伴ってシールが摩耗し、気密性が低下するという問題があった。
【００１０】
上記問題に鑑み、本発明は、簡易な構造でありながら気密性が低下することなく共振周波数を変えることができるトルクアップレゾネータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係るトルクアップレゾネータの特徴構成は、内燃機関に空気を供給する吸気通路から外側に向けて延在する複数の共鳴管と、複数の前記共鳴管の延在した側の端部がその内部空間にあるように形成された１つの共鳴室と、複数の前記共鳴管のうち少なくとも１本の前記共鳴管の延在した側の開口を開閉する弁とを備え、前記吸気通路と前記共鳴室とは複数の前記共鳴管を介して互いに連通しており、複数の前記共鳴管は互いに近接し且つ前記吸気通路において空気の流通方向でスロットルより下流側に配置されている点にある。
【００１２】
一般にレゾネータの共振周波数は共鳴管の通路断面積の平方根に比例し、通路断面積が大きいほど高い周波数で共振する。そのため、従来、複数の共振周波数を所望する場合は、特許文献２に開示されたレゾネータのように、それぞれの共振周波数に対応した通路断面積を持つ共鳴管を個別に設けていた。今回、本発明の発明者は、複数の共鳴管を近接配置し、その全てが連通した状態にあるときの共振周波数は、当該複数の共鳴管の通路断面積の合計と同じ通路断面積を有する１本の共鳴管を設けたときの共振周波数と同じになることを見出した。
【００１３】
複数の共鳴管を本構成のごとく近接配置することで、例えば、特に求められる吸気脈動を得るために共鳴管を全開した場合の最大開口面積を設定することができると共に、一部の共鳴管を連通させて異なる吸気脈動を得る状態を容易に設定することができる。よって、共振により増幅された複数種類の吸気脈動を容易に得ることができ、燃焼空気を内燃機関の燃焼室に効率よく伝えることができる。
【００１４】
さらに、複数の前記共鳴管の延在した側の端部が共鳴室の内部空間にあるように構成されているため、共鳴管の必要長さを確保しつつ、吸気通路に対して共鳴室を近づけて設置することが可能となる。よって、全体のサイズがコンパクトなものとなり、設置の自由度に優れたレゾネータを得ることができる。
【００１５】
本発明に係るトルクアップレゾネータにおいては、複数の前記共鳴管は、インテークマニホールドのサージタンクに配置されていると好適である。
【００１６】
このような構成とすれば、レゾネータが共振した時に増幅された吸気脈動をポートを通して内燃機関の燃焼室にダイレクトで伝達することができるので、燃焼室への空気の吸気効率を高めてエンジントルクの増大を図ることができる。
【００１７】
本発明に係るトルクアップレゾネータにおいては、前記共鳴管は２本備えられており、それぞれの前記共鳴管からの距離が前記インテークマニホールドが有する複数のポートのいずれの前記ポートに対しても等しくなるように前記共鳴管が配置されていると好適である。
【００１８】
このような構成とすれば、２本の共鳴管がいずれも開口した場合において、共振時に増幅した吸気脈動の波形を歪めることなくそのまま内燃機関の燃焼室に伝達することができる。
【００１９】
本発明に係るトルクアップレゾネータにおいては、複数の前記共鳴管の長さが全て等しいと好適である。
【００２０】
このような構成とすれば、複数の共鳴管を近接して配置してその全てが連通した状態にあるときの共振周波数を、当該複数の共鳴管の通路断面積の合計と同じ通路断面積を有する１本の共鳴管を設けたときの共振周波数と同じにすることができる。従って、所望の共振周波数に対応した通路断面積を有する専用の共鳴管を個別に設ける必要がなく、通路断面積の小さな複数の共鳴管を組み合わせて大きな通路断面積の共鳴管と同じ共振周波数を得ることができる。
【００２１】
本発明に係るトルクアップレゾネータにおいては、複数の前記共鳴管のうち少なくとも１本の前記共鳴管の通路断面積は他の前記共鳴管の通路断面積と異なっていると好適である。
【００２２】
このような構成とすれば、同一の通路断面積を有する複数の共鳴管の組み合わせでは実現することができない複数の共振周波数を有するレゾネータを得ることができる。
【００２３】
本発明に係るトルクアップレゾネータにおいては、前記弁は複数の前記共鳴管の全てに備えられ、それぞれの前記弁は独立して開閉可能であると好適である。
【００２４】
このような構成とすれば、例えば、２本の共鳴管であっても３通りの通路断面積を設定することができる。これにより、共振周波数も３通りに設定することができ、さらにトルクの谷を小さくした高トルクの内燃機関を得ることができる。
【００２５】
本発明に係るトルクアップレゾネータにおいては、前記弁は負圧アクチュエータにより開閉され、前記負圧アクチュエータはダイヤフラムを備えており、前記弁、及び前記ダイヤフラムの大気側は共に前記共鳴室内にあり、前記弁と前記ダイヤフラムにおいて前記弁の開閉方向の圧力を受ける受圧面積は等しいと好適である。
【００２６】
ダイヤフラムと弁は共に共鳴室内にあるので常時同じ内部圧力が作用する。そして、ダイヤフラムと弁において、弁の開閉方向の圧力を受ける受圧面積は等しい。そのため、共鳴室内においてダイヤフラムと弁とが受ける力は常に同一になるので、共鳴室で吸気脈動による内部圧力の変化があっても弁は開くことなく安定して閉じ状態を保つことができる。
【００２７】
本発明に係るトルクアップレゾネータにおいては、前記弁はその外周全体に弾性部材を有し、前記負圧アクチュエータは下部ケースをさらに備え、前記弁が閉弁したときは前記弾性部材が前記共鳴管に当接して前記共鳴管をシールし、前記弁が開弁したときは前記弾性部材が前記下部ケースに当接して前記ダイヤフラムをシールすると好適である。
【００２８】
弁が開き状態にあるときに弾性部材が下部ケースに当接してダイヤフラムをシールすると、共鳴室内での吸気脈動による内部圧力の変化が弾性部材で遮断されてダイヤフラムまで伝達されないので、内部圧力の変化からダイヤフラムを保護することができる。従って、１つの弾性部材で閉弁時と開弁時のシールの両方を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態に係るトルクアップレゾネータを含む吸気系の概略構成を表す断面図である。
【図２】図１のII-II線断面図である。
【図３】負圧アクチュエータの概略構造を表す断面図である。
【図４】トルクアップレゾネータを用いたときのエンジン回転数とエンジントルクとの関係を表すグラフである。
【図５】第２実施形態に係るトルクアップレゾネータを含む吸気系の概略構成を表す断面図である。
【図６】図５のVI-VI線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
１．第１実施形態
〔トルクアップレゾネータを含む吸気系の構造〕
以下、本発明の第１実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１に示すように、内燃機関としての４気筒エンジン（以下、単にエンジンと称する）５０の吸気系５１は、吸気管５２と、スロットルボディ５６と、インテークマニホールド６０と、トルクアップレゾネータ（以下、レゾネータと称する）１を備えている。
【００３１】
吸気管５２は、開口を有する円筒形状であり、内側に燃焼室５８に供給する空気を流通させる吸気通路５４を有している。スロットルボディ５６は空気の流通方向で吸気管５２の下流側に備えられ、吸気管５２とは気密に接続されている。スロットルボディ５６は、吸気通路５４を流通する空気の流量を調整するスロットル５７を有している。インテークマニホールド６０は空気の流通方向でスロットルボディ５６の下流側に備えられ、インテークマニホールド６０の吸入部６２とスロットルボディ５６とは気密に接続されている。
【００３２】
インテークマニホールド６０は、上述の吸入部６２と、吸入部６２に連結されたサージタンク６４と、サージタンク６４から分岐した４つのポート６６と、ポート６６に対してサージタンク６４とは反対側の端部に形成され且つ燃焼室５８に接続されたフランジ６８から構成されている。インテークマニホールド６０の主な機能は吸気通路５４を流通してきた空気を各気筒に均等に分配することである。空気は、エンジン５０の不図示のピストンの吸入行程で燃焼室５８内に生じる負圧によりインテークマニホールド６０を通って燃焼室５８に吸い込まれる。すなわち、空気は吸入部６２，サージタンク６４，ポート６６の内部を流通する。吸入部６２，サージタンク６４，ポート６６は吸気通路５４に含まれるものとする。インテークマニホールド６０は合成樹脂により一体的に形成される。この合成樹脂としては、強度、重量、成形性などを考慮して、例えばポリアミド樹脂（ＰＡ６）にガラス繊維を混入させたものが使用される。
【００３３】
レゾネータ１は、図１，図２に示すように、サージタンク６４に対してポート６６が形成された側とは反対側に形成されている。レゾネータ１は、通路断面積の大きい円筒形状の第１共鳴管１０と、通路断面積の小さい円筒形状の第２共鳴管１２と、１つの共鳴室２０と、弁３０と、負圧アクチュエータ４０を備えている。第１共鳴管１０及び第２共鳴管１２は共鳴管の一例である。第１共鳴管１０の通路断面積は第２共鳴管１２の通路断面積の約３倍である。第１共鳴管１０及び第２共鳴管１２はそれぞれの軸芯が平行になるようにサージタンク６４の壁面から外側に向かって延在しており、それらのサージタンク６４と反対側の端面である第１開口１１及び第２開口１３は共鳴室２０の内部空間にある。第１共鳴管１０と第２共鳴管１２の管長は同じである。レゾネータ１はインテークマニホールド６０と同じポリアミド樹脂でできており、共鳴室２０を構成する壁部の一部はサージタンク６４の壁部と共用されている。共鳴室２０は、第１共鳴管１０及び第２共鳴管１２を介してサージタンク６４に連通している。なお、第１開口１１は開口の一例である。
【００３４】
第１共鳴管１０と第２共鳴管１２とはサージタンク６４の壁面から延在し、それぞれの共鳴管の延在した側の端部が共鳴室２０の内部空間に位置するよう構成されている。このため、第１共鳴管１０及び第２共鳴管１２の必要長さを確保しつつ、吸気通路５４であるサージタンク６４に対して共鳴室２０を近づけて設置することが可能となる。よって、全体のサイズがコンパクトとなり、設置の自由度に優れたレゾネータを得ることができる。
【００３５】
また、図１に示すように、共鳴室２０は燃焼室５８に対してサージタンク６４を挟んで反対側に配置されている。よってレゾネータ１の共振により増幅された吸気脈動がポート６６を通して燃焼室５８にダイレクトに伝達され、燃焼室５８への空気の吸気効率を高めてエンジントルクの増大を図ることができる。さらに、第１共鳴管１０及び第２共鳴管１２が共鳴室２０の側に突出することで、第１共鳴管１０及び第２共鳴管１２の端部に対して、負圧アクチュエータ４０から突出する弁３０の突出長さが短くなる。よって、弁３０の支持部の振動等が発生し難く弁３０の動作が安定なものとなり、さらに、負圧アクチュエータ４０の構成がよりコンパクトになる。
【００３６】
図１のII-II線に沿って見たとき、図２に示すように、第１共鳴管１０と第２共鳴管１２は中央よりのポート６６，６６の間に配置されており、互いに近接している。近接しているとは、例えば、第１共鳴管１０の外周面と第２共鳴管１２の外周面との最短距離が第２共鳴管１２の外径以下になることである。また、第１共鳴管１０及び第２共鳴管１２のそれぞれの軸芯とポート６６のそれぞれの軸芯とは平行であり、第１共鳴管１０及び第２共鳴管１２のそれぞれの軸芯から各々のポート６６の軸芯までの距離は等しい。これにより、第１共鳴管１０と第２共鳴管１２の両方が開口した場合において、共振時に増幅した吸気脈動の波形を歪めることなくそのまま各ポート６６を介して燃焼室５８に伝達することができる。
【００３７】
弁３０は、第１開口１１を塞ぐことにより第１共鳴管１０を介する共鳴室２０とサージタンク６４との連通を遮断する開閉可能な弁であり、負圧アクチュエータ４０により駆動される。弁３０は第１共鳴管１０の軸芯方向に沿って移動する。図３に示すように、弁３０は円板状の蓋部３２と、蓋部３２に対して鉛直方向に突出した操作ロッド３４と、蓋部３２の外周に嵌め込まれ且つゴム等の弾性部材でできたシール３６とを備えており、操作ロッド３４は負圧アクチュエータ４０のプレッシャープレート４３に接合されている。弁３０は、プレッシャープレート４３の動きに同期して移動する。弁３０が閉じ状態にあるときは、シール３６が第１開口１１の外周に当接して第１開口１１を封止し、第１共鳴管１０の内部の空気の流通を遮断している。なお、シール３６は弾性部材の一例である。
【００３８】
本実施形態においては、弁３０を共鳴室２０に設けているが、これはエンジントルクを低下させることなくエンジントルクの増大を図ることができるので、弁３０の配置場所として最も望ましい。もし仮に弁３０を第１共鳴管１０の内部に設置すれば第１共鳴管１０の内部通路における圧損で共鳴効果が低下する。またサージタンク６４側に設置すれば開弁時に吸気通路５４での圧損が増加する。いずれの場合もエンジントルクの低下につながるからである。
【００３９】
負圧アクチュエータ４０は、上部ケース４１，下部ケース４２，プレッシャープレート４３，ダイヤフラム４４，スプリング４５を備えている。下部ケース４２は共鳴室２０の壁部と一体的に形成されており、共鳴室２０の内部空間に向けて突出し、中央に貫通孔４６が設けられている。貫通孔４６の内径は操作ロッド３４の外径よりも十分大きく、操作ロッド３４が貫通している。上部ケース４１は下部ケース４２に溶接等の方法により接合されており、気密が維持されている。下部ケース４２を共鳴室２０の壁部と一体的に形成しないのであれば、上部ケース４１と下部ケース４２との接合以外に、下部ケース４２と共鳴室２０の壁部との接合も必要となるため、組立工数がかかると共に、気密を保つことができずに空気が漏出するリスクが高まる。
【００４０】
ダイヤフラム４４は、上部ケース４１と下部ケース４２とでその外周端が保持されており、上部ケース４１とダイヤフラム４４とで負圧室４８が形成され、下部ケース４２とダイヤフラム４４とで大気圧室４７が形成されている。負圧室４８と大気圧室４７との間は気密が保たれている。大気圧室４７と共鳴室２０とは貫通孔４６を介して連通しているので、共鳴室２０内にあるダイヤフラム４４と弁３０には常時同じ内部圧力が作用する。また、ダイヤフラム４４のうち前記弁３０に対向する部位の全投影面積と、弁３０のうち前記ダイヤフラム４４に対向する部位の全投影面積とが等しいため、共鳴室２０の内圧がこれらダイヤフラム４４及び弁３０を押圧する力は一定となる。よって、共鳴室２０の内部で吸気脈動による内部圧力の変化があっても弁３０は誤動作せず安定して閉じ状態を保つことができる。なお、ダイヤフラム４４はゴム等の薄い弾性部材で構成されており、その中央部分が図３の上下方向に移動可能となる形状を有している。
【００４１】
負圧室４８の内部にはダイヤフラム４４に当接してプレッシャープレート４３が取り付けられており、プレッシャープレート４３はダイヤフラム４４と一体となって上下方向に移動する。プレッシャープレート４３と上部ケース４１との間にはスプリング４５が取り付けられており、その付勢力によってプレッシャープレート４３（ダイヤフラム４４）を下方向に付勢している。
【００４２】
上述したように、操作ロッド３４はプレッシャープレート４３に接合されているので、負圧室４８と大気圧室４７（共鳴室２０）との内部圧力が等しいときは、弁３０はスプリング４５の付勢力により下方に突出し、第１開口１１の外周に当接して閉じ状態となっている。そして、不図示の真空ポンプにより負圧室４８の内部圧力を共鳴室２０の内部圧力よりも低下させると、共鳴室２０と負圧室４８の内部圧力の差にダイヤフラム４４の面積を乗じた力がダイヤフラム４４に作用する。そして、ダイヤフラム４４に作用する上向きの力がスプリング４５の付勢力を上回ったときは、ダイヤフラム４４は上向きに移動する。これに伴い、弁３０（シール３６）も第１開口１１の周囲から離間する。ダイヤフラム４４に作用する上向きの力がさらに大きくなると、シール３６が下部ケース４２に当接し、ダイヤフラム４４を封止した状態で、弁３０は開き状態になる。弁３０が開き状態にあるときにシール３６が下部ケース４２に当接してダイヤフラム４４を封止すると、共鳴室２０内での吸気脈動による内部圧力の変化がシール３６で遮断されてダイヤフラム４４まで伝達されないので、内部圧力の変化からダイヤフラム４４を保護することができる。従って、シール３６だけで、閉弁時の第１開口１１の封止と開弁時のダイヤフラム４４の封止の両方を実現することができる。
【００４３】
〔トルクアップレゾネータの動作〕
一般に共鳴管の管長が同じであれば、レゾネータの共振周波数は通路断面積の平方根に比例し、通路断面積が大きいほど高いエンジン回転数で共振する。そのため、従来、複数の共振周波数を所望する場合は、特許文献２に開示されたレゾネータのように、それぞれの共振周波数に対応した通路断面積を持つ専用の共鳴管を個別に設けていた。今回、本発明の発明者は、複数の共鳴管を近接して配置してその全てが連通した状態にあるときの共振周波数は、当該複数の共鳴管の通路断面積の合計と同じ通路断面積を有する１本の共鳴管を設けたときの共振周波数と同じになることを見出した。例えば、２本の共鳴管によって２つの共振周波数を得たい場合は、低い方の共振周波数を発生させる通路断面積を有する共鳴管を１本備え、２本の共鳴管の通路断面積の合計が高い方の共振周波数を発生させるような通路断面積を有する共鳴管を１本備えることにより実現できるのである。これは、複数の共鳴管を近接して配置すると、共鳴による吸気脈動の波が互いに悪影響を及ぼさないためと思われる。このような構成により、通路断面積の小さな複数の共鳴管を組み合わせて大きな通路断面積の共鳴管と同じ共振周波数を得ることができる。
【００４４】
図４の破線に示すように、レゾネータ１を備えないエンジン５０においては、車両に搭載されるエンジン５０の吸気系５１は、上流からクールエアダクト，エアクリーナ（いずれも不図示），吸気管５２，スロットル５７，サージタンク６４，ポート６６という吸気通路５４がある。このため、これらの吸気通路５４全ての気柱振動による共鳴周波数による低回転側のトルクピーク（図４では１５００ｒｐｍ域）と、吸気管５２とポート６６による慣性過給効果による高回転側のトルクピーク（図４では４５００ｒｐｍ域）という、２つ山のトルクカーブとなるため、この２つの山の間のトルクの谷が特に問題となる。
【００４５】
本実施形態に係るレゾネータ１においては、エンジン５０の回転数が低いときには、第１共鳴管１０は弁３０により閉じられており、第２共鳴管１２だけが開口している。この場合には、レゾネータ１がない場合と比較して１５００ｒｐｍ域を超えてもエンジントルクが増大し続け、エンジン５０の回転数が２０００ｒｐｍ域で最大になる。これは、第２共鳴管１２の通路断面積に対応している２０００ｒｐｍ域が共振周波数となって吸気脈動が大きくなり、燃焼室５８への空気の吸入効率が高まるからである。しかし、２０００ｒｐｍよりエンジン５０の回転数が高くなると共振周波数からかい離していくのでエンジントルクが徐々に低下する。
【００４６】
そこで、２５００ｒｐｍ近傍で弁３０を開弁して第１共鳴管１０も開口させる。こうすると共振周波数が切り換わり、第１共鳴管１０の通路断面積と第２共鳴管１２の通路断面積の合計の通路断面積に応じたエンジン５０の回転数で再度共振し吸気脈動が大きくなる。具体的には、第１共鳴管１０の通路断面積は第２共鳴管１２の通路断面積の約３倍なので、第１共鳴管１０を開口させると第１共鳴管１０の通路断面積と第２共鳴管１２の通路断面積の合計の通路断面積は、第２共鳴管１２の通路断面積の４倍になる。通路断面積が４倍になると共振周波数は２倍、すなわち４０００ｒｐｍで共振することになる。従って、エンジントルクは４０００ｒｐｍに向けて再度増加に転じ、４０００ｒｐｍ域で再びトルクが最大になる。
【００４７】
このように、本実施形態のレゾネータ１は、第１共鳴管１０と第２共鳴管１２と共鳴室２０からなり、弁３０を開閉することにより連通する共鳴管の数を変化させることでレゾネータ１の共振周波数を変化させる。すなわち、レゾネータ１の可動部は弁３０だけである。このため、容量可変仕切板を回動させる特許文献１のレゾネータや可動板を回転させる特許文献２のレゾネータと比較して、可動部を非常にコンパクトにすることができ、可動部の受圧面積が小さくなる。レゾネータ１の内部では吸気脈動により可動部に作用する圧力も大きく変化するため、受圧面積が小さい可動部の方が吸気脈動の影響を受けにくく、安定して作動させることができる。また、弁３０は第１共鳴管１０の端面に対して鉛直方向に直線的に動く。このため、運動方向を変えることなく直線に作動する負圧アクチュエータ４０で駆動させることができる。これにより、リンクや軸受け等が不要となり部品点数低減とコスト低減が可能となる。また、レゾネータ１においては、弁３０の受圧面積が小さいため負圧アクチュエータ４０を小型，軽量，低コストにすることが可能となる。
【００４８】
本実施形態においては、第１共鳴管１０にのみ弁３０を設けたが、これに限られるものではなく、第２共鳴管１２にのみ弁３０を設けても良い。また、第１共鳴管１０と第２共鳴管１２の両方にそれぞれ弁３０を設けても良い。第１共鳴管１０と第２共鳴管１２の弁３０をそれぞれ独立して開閉するように構成すれば、第１共鳴管１０のみ開口、第２共鳴管１２のみ開口、第１共鳴管１０と第２共鳴管１２の両方が開口の３通りの通路断面積を設定することができる。これにより、共振周波数も３通りに設定することができ、さらにエンジントルクの谷を小さくした高トルクのエンジン５０を得ることができる。
【００４９】
本実施形態においては、共鳴管を２本用いたがこれに限られるものではなく、共鳴管を３本以上用いても良いのは言うまでもない。また、３本以上の共鳴管の任意の共鳴管（単数又は複数）に弁３０を設けることができる。これにより、所望のエンジン回転数でエンジントルクの増大を図ることができる。また、同時に複数の共鳴管を開閉するのであれば、１本の共鳴管に１つの負圧アクチュエータ４０を備えるのではなく、１つの負圧アクチュエータ４０で複数の共鳴管を開閉させるように構成しても良い。
【００５０】
本実施形態においては、第１共鳴管１０と第２共鳴管１２の通路断面積は異なっていたがこれに限られるものではない。所望する２種類の共振周波数において、低い方の共振周波数の１．４倍が高い方の共振周波数であれば、第１共鳴管１０と第２共鳴管１２の通路断面積を同じにしても良いことは言うまでもない。
【００５１】
本実施形態においては、第１共鳴管１０と第２共鳴管１２とはサージタンク６４から突出させたがこれに限られるものではない。空気の流通方向でスロットル５７より下流側にあれば、サージタンク６４よりも上流側に第１共鳴管１０と第２共鳴管１２を設けても良い。
【００５２】
本実施形態においては、弁３０を開閉するために負圧アクチュエータ４０を用いたがこれに限られるものではない。電動リニアアクチュエータ等を用いて弁３０を開閉する構造であってもよい。
【００５３】
２．第２実施形態
以下、本発明の第２実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。本実施形態においては、共鳴室２０の位置が第１実施形態とは異なっており、その他の構造は同じである。よって、本実施形態の説明においては、第１実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。
【００５４】
図５，図６に示すように、本実施形態において、インテークマニホールド６０の４本のポート６６の通路は内部で４つに分かれているが、外側の壁同士は互いにつながっている。また、ポート６６はサージタンク６４からＵ字状に延出している。レゾネータ１の共鳴室２０は、サージタンク６４の壁部及びポート６６をつなげることにより形成された壁部を利用して形成されている。このように共鳴室２０を形成することにより、デッドスペースを有効に活用することができる。
【００５５】
第１共鳴管１０と第２共鳴管１２とは、サージタンク６４の壁部から延在しているが、第１実施形態とは異なり、Ｌ字状に延在している。
【００５６】
本実施形態におけるレゾネータ１の動作、作用及び効果は第１実施形態と同様である。また、第１実施形態で適用可能として列挙した構成はそのまま本実施形態についても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、内燃機関に搭載され、共振周波数を変えることができるトルクアップレゾネータに利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１          トルクアップレゾネータ
１０        第１共鳴管（共鳴管）
１１        第１開口（開口）
１２        第２共鳴管（共鳴管）
２０        共鳴室
３０        弁
３６        シール（弾性部材）
４０        負圧アクチュエータ
４２        下部ケース
４４        ダイヤフラム
５０        エンジン（内燃機関）
５４        吸気通路
５７        スロットル
６０        インテークマニホールド
６４        サージタンク
６６        ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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