(57)【要約】      （修正有）【課題】スペース効率の低下を招くことなくエンジンＥＣＵの温度管理と吸気温度の検出との両方を可能にできる内燃機関の電子制御モジュールを提供する。【解決手段】内燃機関の吸気通路５の内部に少なくとも一部１３ａが配置されるように、吸気通路５を画成する吸気通路体に取り付けられ、内燃機関を制御する電子制御装置１１と、電子制御装置１１における吸気通路５の内部に配置される部分１３ａに実装される温度センサ１２とを備え、温度センサ１２が電子制御装置１１の温度測定と吸気温度測定とを兼ねるように電子制御モジュール１０を構成する。これにより、電子制御装置１１に実装される温度センサ１２を１つにしてスペース効率を低下させずに、この温度センサ１２によって電子制御装置１１の温度測定と吸気温度測定との両方を可能にする。【選択図】図３
2015169590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路の内部に少なくとも一部が配置されるように、前記吸気通路を画成する吸気通路体に取り付けられ、前記内燃機関を制御する電子制御装置と、
前記電子制御装置における前記吸気通路の内部に配置される部分に実装される温度センサと
を備え、
前記温度センサが前記電子制御装置の温度測定と吸気温度測定とを兼ねることを特徴とする内燃機関の電子制御モジュール。
【請求項２】
前記電子制御装置は、電子素子が実装され、少なくとも一部が前記吸気通路の内部に配置される回路基板を有し、
前記温度センサは、前記回路基板における前記電子素子の発熱時に最も熱の影響を受けにくい領域に設置されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の電子制御モジュール。
【請求項３】
前記電子制御装置は、前記温度センサが検出した温度を吸気温度とし、前記温度センサが検出した温度に基づいて前記電子制御装置の温度を推定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の電子制御モジュール。
【請求項４】
前記電子制御装置は、前記温度センサが実装され、前記吸気通路の内部に配置される制御装置本体部と、前記吸気通路の外部に配置され、前記制御装置本体部に対して無線で給電およびデータの送受信を行う制御装置無線部とを有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の電子制御モジュール。
【請求項５】
前記制御装置本体部は、前記吸気通路体の壁内面に取り付けられ、前記制御装置無線部は、前記吸気通路体の壁を挟んで前記制御装置本体部と対向する位置で前記吸気通路体の壁外面に取り付けられたことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の電子制御モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を制御する電子制御装置に温度センサが実装された内燃機関の電子制御モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車に搭載される内燃機関の電子制御装置（ＥＣＵ）は、信号ハーネスのコスト削減や組み立て工数の削減などを目的として、従来のように車室に設けるのではなく、より温度が高いエンジンルーム内に設置されるようになってきている。一方、エンジンＥＣＵは、高性能化および小型化が進んでおり、小型化によって表面積が小さくなることにより放熱が困難になっている。
【０００３】
このような背景のもと、エンジンＥＣＵを吸気通路内に設けることで放熱性を高めたうえで、吸気通路における吸気抵抗の増大を抑制することなどを目的として、吸気通路体に固定される樹脂モールドコネクタ部と、吸気通路に配置される金属板上に固定され、電気回路部品が取り付けられる回路基板とを備え、金属板が空気の流れに沿った方向に長く形成された発明が提案されている（特許文献１）。また、特許文献１においては、空気流量測定用の発熱抵抗体および吸気温度測定用の感温抵抗体がハウジング内部に設けられた吸入空気量測定装置が金属板上に取り付けられ、エンジンＥＣＵと吸入空気流量測定装置とが一体化されることにより、ハーネス等が不要になり低コストでコンパクトな吸気系が構成されることも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２８２９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の電子制御モジュールは、吸気管内に配置されたエンジンＥＣＵに一体化される感温抵抗体によって吸気温度を検出しているだけである。そのため、エンジンＥＣＵの温度を管理するためのセンサをこの構成に取り付ける場合、電子制御モジュールに温度センサが複数搭載されることになってスペース効率が悪化する。
【０００６】
本発明は、このような背景に鑑み、スペース効率の低下を招くことなくエンジンＥＣＵの温度管理と吸気温度の検出との両方を可能にできる内燃機関の電子制御モジュール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】
【０００７】
このような課題を解決するために、本発明に係る内燃機関（１）の電子制御モジュール（１０）は、内燃機関（１）の吸気通路（５）の内部に少なくとも一部（１３ａ）が配置されるように、前記吸気通路（５）を画成する吸気通路体（６）に取り付けられ、前記内燃機関（１）を制御する電子制御装置（１１）と、前記電子制御装置（１１）における前記吸気通路（５）の内部に配置される部分（１３ａ）に実装される温度センサ（１２）とを備え、前記温度センサ（１２）が前記電子制御装置（１１）の温度測定と吸気温度測定とを兼ねることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、電子制御装置に実装される温度センサを１つにしてスペース効率を低下させずに、この温度センサによって電子制御装置の温度測定と吸気温度測定との両方を行うことができる。
【０００９】
また、上記の発明において、前記電子制御装置（１１）は、電子素子（１３ｂ）が実装され、少なくとも一部が前記吸気通路（５）の内部に配置される回路基板（１３ａ）を有し、前記温度センサ（１２）は、前記回路基板（１３ａ）における前記電子素子（１３ｂ）の発熱時に最も熱の影響を受けにくい領域（１５）に設置される構成とすることができる。
【００１０】
この構成によれば、温度センサの検出値を吸気温度に近付けさせ、吸気温度の測定精度を向上させることができる。
【００１１】
また、上記の発明において、前記電子制御装置（１１）は、前記温度センサ（１２）が検出した温度を吸気温度とし、前記温度センサ（１２）が検出した温度に基づいて前記電子制御装置（１１）の温度を推定する構成とすることができる。
【００１２】
この構成によれば、温度センサが検出した温度を補正することによって正確に電子制御装置の温度を推定することができる。
【００１３】
また、上記の発明において、前記電子制御装置（１１）は、前記温度センサ（１２）が実装され、前記吸気通路（５）の内部に配置される制御装置本体部（１３）と、前記吸気通路（５）の外部に配置され、前記制御装置本体部（１３）に対して無線で給電およびデータの送受信を行う制御装置無線部（１４）とを有する構成とすることができる。
【００１４】
この構成によれば、制御装置本体部に対する給電およびデータの送受信用のハーネスを通すために吸気通路体に貫通孔を設ける必要がなくなるため、吸気通路体の気密性が向上する。
【００１５】
また、上記の発明において、前記制御装置本体部（１３）は、前記吸気通路体（６）の壁内面（６ｉ）に取り付けられ、前記制御装置無線部（１４）は、前記吸気通路体（６）の壁（６ｗ）を挟んで前記制御装置本体部（１３）と対向する位置で前記吸気通路体（６）の壁外面（６ｏ）に取り付けられた構成とすることができる。
【００１６】
この構成によれば、制御装置無線部と制御装置本体部とを近接配置することができるため、給電性およびデータ通信性を良好にすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明によれば、スペース効率の低下を招くことなくエンジンＥＣＵの温度管理と吸気温度の検出とを可能にした内燃機関の電子制御モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係る内燃機関の電子制御モジュールの配置構造を示す模式図
【図２】図１に示す電子制御モジュールの取付状態を示す平面図
【図３】図１に示す電子制御モジュールの取付状態を示す平断面図
【図４】図２に示す回路基板の温度分布を示す正面図
【図５】ＥＣＵ中心雰囲気温度推定用データの説明図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明を自動車の内燃機関１に適用した実施形態について詳細に説明する。内燃機関１は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＨＣＣＩエンジン等の公知のエンジンであってよい。本実施形態では、内燃機関１がガソリンエンジンの例について説明する。
【００２０】
図１に示すように、内燃機関１は自動車のエンジンルーム２に設置される。詳細な図示は省略するが、内燃機関１は、４つのシリンダボアが形成されたシリンダブロックと、シリンダブロックの上部に接合され、燃焼室及び吸気ポート、排気ポートを有するシリンダヘッドと、シリンダヘッドの上部に接合され、シリンダヘッドとの間に動弁室を形成するヘッドカバーと、シリンダブロックの下部に接合されたオイルパンとを含む。内燃機関１のシリンダブロックには吸気系３及び排気系４が接合されている。
【００２１】
吸気系３は、吸気通路５（図３参照）を画成する管部材６ａなどの吸気通路体６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ）によって構成される。排気系４は、排気通路を画成する管部材７ａなどの排気通路体７（７ａ、７ｂ・・）によって構成される。吸気系３は、上流端から内燃機関１までの経路上に、吸気口５ａを形成するインテーク管６ｂや、エアクリーナ６ｃ、スロットルボディ６ｄ、吸気マニホールド６ｅ等をそれぞれ吸気通路体６として含んでいる。排気系４は、内燃機関１から下流端までの経路上に、排気マニホールド７ｂ、触媒コンバータ、消音器等をそれぞれ排気通路体７として含んでいる。
【００２２】
エンジンルーム２には、電源としてバッテリ８が搭載されている。インテーク管６ｂは、概ね矩形の閉断面形状を呈しており、概ね鉛直に延在するその側壁には電子制御モジュール１０が取り付けられている。
【００２３】
電子制御モジュール１０は、内燃機関１やスロットルボディ６ｄに設けられた各種電動機器を制御する電子制御装置１１と、吸気温度を測定する温度センサ１２とを備えており、バッテリ８からハーネス９を介して供給される電力で作動する。電子制御装置１１の制御対象となる電動機器には、内燃機関１の始動用電動機、燃料噴射装置、電動フューエルポンプ、点火装置、スロットルバルブ、ＥＧＲバルブ、オイルコントロールバルブなどが含まれる。
【００２４】
図２および図３に示すように、電子制御装置１１は、内燃機関１やスロットルボディ６ｄに設けられた各種電動機器を制御する制御装置本体部１３と、制御装置本体部１３に対して無線で給電およびデータの送受信を行う制御装置無線部１４とを有している。制御装置本体部１３は、インテーク管６ｂの壁内面６ｉに取り付けられ、吸気通路５の内部に配置される。制御装置無線部１４は、インテーク管６ｂの壁６ｗを挟んで制御装置本体部１３と対向する位置でインテーク管６ｂの壁外面６ｏに取り付けられ、吸気通路５の外部すなわちエンジンルーム２に露出するように配置される。したがって、インテーク管６ｂの壁６ｗには貫通孔は形成されていない。
【００２５】
制御装置本体部１３は、インテーク管６ｂの壁内面６ｉに接合される回路基板１３ａと、回路基板１３ａの表面（本実施形態では片面）に実装されたＣＰＵなどの複数の電子素子１３ｂと、回路基板１３ａにおける電子素子１３ｂが実装された側の表面に実装された無線受電部１３ｃおよび無線通信部１３ｄとを有している。前述した温度センサ１２も、回路基板１３ａにおける電子素子１３ｂが実装された側の表面に実装されている。
【００２６】
回路基板１３ａは、絶縁層上に外部回路層がプリントされたプリント基板であり、本実施形態では外部回路層が片面のみに形成された片面基板、かつセラミックを素材とするセラミック基板とされている。なお、回路基板１３ａは、外部回路層が両面に形成された両面基板や、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させたガラス・エポキシ基板、絶縁層に挟まれた高熱伝導層としてコアメタル層を有するメタルコア基板、一方の面のみに絶縁層が積層されるメタルベース層を高熱伝導層として有するメタルベース基板、比較的剛性の高いリジッド基板、変形可能なフレキシブル基板、剛性の高い部分と変形可能な部分とを有するリジッド・フレキシブル基板などであってもよい。
【００２７】
温度センサ１２は、本実施形態では、酸化物の電気抵抗変化を利用して温度を測定するサーミスタ測温体とされており、吸気通路５の内部に設けられて、吸気温度を検出する。なお、温度センサ１２は、金属の電気抵抗変化を利用する温度を測定する測温抵抗体や、２種類の異なる金属の接点間に生じる起電力を利用して温度を測定する熱電対などであってもよい。
【００２８】
制御装置無線部１４は、インテーク管６ｂの壁外面６ｏに接合される回路基板１４ａと、回路基板１４ａの表面（本実施形態では片面）にそれぞれ実装された無線送電部１４ｃおよび無線通信部１４ｄと、回路基板１４ａの側面（吸気上流側の側面）に設けられ、ハーネス９（図１）が接続されるコネクタ１４ｅとを有している。
【００２９】
制御装置無線部１４は、コネクタ１４ｅに接続されたハーネス９から電力の供給を受け、無線送電部１４ｃを介して制御装置本体部１３の無線受電部１３ｃに電力を供給する。無線送電部１４ｃから無線受電部１３ｃへの電力の伝送は、相互誘導作用を利用して行われる。また、ハーネス９は、図示しない各種センサユニットに接続されている。センサユニットには、クランク角を検出するクランク角センサ、スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサ、アクセルペダルの操作量（踏み込み量）を検出するアクセルペダルセンサ、排気系４に設けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する排ガス酸素濃度センサ、吸気系３に設けられ、吸気系３内の吸気流量を検出するエアフローセンサ、シリンダブロック内を流れる冷却水の温度を検出する冷却水温センサ、シリンダブロックに設けられ、シリンダブロックの振動からノッキングの有無を検出するノックセンサ等が含まれる。センサユニットから送信される検出値信号は、ハーネス９からコネクタ１４ｅを介して制御装置無線部１４に入力され、無線通信部１４ｄを介して制御装置本体部１３の無線通信部１３ｄに送信される。
【００３０】
制御装置本体部１３は、無線受電部１３ｃで受けた電力で作動し、通信部で受信した各種センサユニットからの検出値信号や、温度センサ１２の検出値信号に基づいて、ＲＯＭに予め記憶されたプログラムを実行して各種電動機器に対する制御信号を生成し、無線通信部１３ｄから制御信号を送信する。送信された制御信号は、制御装置無線部１４の無線通信部１４ｄで受信され、コネクタ１４ｅからハーネス９を介して各電動機器に送られる。このようにして内燃機関１やスロットルボディ６ｄに設けられた電動機器が電子制御装置１１によって制御される。
【００３１】
電子素子１３ｂのうち、パワーＭＯＳトランジスタ等からなるＣＰＵ、電源回路、駆動回路等の発熱量が大きい素子は、負荷が大きくなると発熱して回路基板１３ａや制御装置本体部１３、電子制御装置１１全体を昇温させる。そのため、詳細は後述するが電子制御モジュール１０は、温度センサ１２が検出した温度（検出値信号）に基づいて、電子制御装置１１の中心部付近の雰囲気温度（空気温度）を測定（推定）し、この値を電子制御装置１１の温度とみなして電子制御装置１１の温度管理を行う。なお、本実施形態では、電子制御装置１１が制御装置本体部１３と制御装置通信部とを有しているため、制御装置本体部１３の中心部付近の雰囲気温度を電子制御装置１１の中心部付近の雰囲気温度、すなわち電子制御装置１１の温度とする。
【００３２】
ここで、電子制御モジュール１０が行う電子制御装置１１の温度管理は、例えば温度によって変化する回路特性の補正を目的とするものである。具体的には、電子制御装置１１が電流を検出する場合に検出される電流値は温度によって実電流と異なった値となるため、電子制御装置１１の温度を−４０℃、４０℃、１２０℃等の比較的大きな温度範囲で区切って各温度範囲に応じた補正を検出電流に加えることで、精度よく電流を検出することが可能になる。また、電子制御モジュール１０は、例えば電子制御装置１１の保護目的でも温度管理を行う。具体的には、電子制御装置１１の温度が異常に高い場合、電子制御モジュール１０が電子制御装置１１の負荷を下げることにより、電子制御装置１１の暴走や破損を防止する。
【００３３】
図４は、温度シミュレーションに基づく回路基板１３ａの温度分布を示している。図示するように、回路基板１３ａは、図中に破線で示す電子素子１３ｂ（引出線を付していないものを含む）の発熱時に、引出線を付して示すＣＰＵ、電源回路、駆動回路などの電子素子１３ｂが取り付けられた領域で最も温度が高くなり、これらの電子素子１３ｂが取り付けられた領域から遠ざかるほど低くなっている。図４は、回路基板１３ａが鉛直に設置された状態での温度分布を示しており、これらの領域（１３ｂで示す領域）から水平方向に同じ距離だけ離れた位置では、これらの領域に対して上側に離れた領域よりも、同じ距離だけ下側に離れた領域で温度がより低くなる。そして、回路基板１３ａの図中右下の隅部１５において温度が最も低くなっており、この隅部１５に温度センサ１２が設けられる。なお、温度センサ１２は、図３に示すように吸気通路５の上流側かつ下側の隅部１５に配置される。
【００３４】
したがって、電子制御装置１１が作動して電子素子１３ｂが発熱したときに最も電子素子１３ｂの熱の影響を受けにくい位置に温度センサ１２が配置され、電子制御装置１１は、温度センサ１２が検出する温度を吸気温度として各種電動機器の制御に利用する。一方、前述したように、電子制御装置１１は、温度センサ１２が検出する温度に基づいて、電子制御装置１１の温度を推定する。
【００３５】
具体的には、電子制御装置１１は、ＲＯＭに予め記憶されたテーブルを読み出し、温度センサ１２の検出値すなわち吸気温度をアドレスとして電子制御装置１１の温度（制御装置本体部１３の中心部付近の雰囲気温度）を推定する。このテーブルは次にようにして予め設定されている。まず、回路基板１３ａの最大負荷モード（最大発熱モード）の条件において温度シミュレーションと流体シミュレーションとを行い、温度センサ１２設置領域の温度と制御装置本体部１３の中心部付近の雰囲気温度との相関データをとる（図５のグラフ中の実線）。また、これとは別に実機について、回路基板１３ａの最大負荷モード（最大発熱モード）の条件において実際に測温を行い、温度センサ１２設置領域の温度と制御装置本体部１３の中心部付近の雰囲気温度との相関データをとる（図５のグラフ中の破線）。そして、両相関データに基づいて、温度センサ１２が検出した温度と制御装置本体部１３の中心部付近の雰囲気温度との相関を決定する。本実施形態では、両相関データ（図５のグラフ中の実線および破線）の中間値を温度推定用データ（図５のグラフ中の一点鎖線）とする。
【００３６】
このように、電子制御装置１１は、吸気通路５の内部に配置される制御装置本体部１３を有し、制御装置本体部１３に実装された温度センサ１２の検出値を吸気温度とし、シミュレーションの結果と実測の結果とに基づくテーブルを用いて、温度センサ１２の検出値に基づいて電子制御装置１１の温度を推定する。すなわち、温度センサ１２が吸気温度測定と電子制御装置１１の温度測定とを兼ねるものとなる。これにより、電子制御装置１１に実装される温度センサ１２を１つにしてスペース効率を低下させずに、電子制御装置１１の温度測定と吸気温度測定との両方を行うことが可能になる。また、温度センサ１２の検出値を補正することによって正確に電子制御装置１１の温度を推定することが可能になる。なお、推定した電子制御装置１１の温度は、最大発熱モードでの温度すなわち電子制御装置１１の中心部付近がとり得る最高温度ということになるが、電子制御装置１１の温度管理が上記目的で行われることから、この推定値を用いることで用が足りる。
【００３７】
また、本実施形態では、電子素子１３ｂが実装されて吸気通路５の内部に配置される回路基板１３ａを電子制御装置１１の制御装置本体部１３が有し、温度センサ１２が回路基板１３ａにおける電子素子１３ｂの発熱時に最も温度が低い領域に設置される。これにより、回路基板１３ａ上における電子素子１３ｂの熱の影響を最も受けにくい領域に温度センサ１２が設置され、温度センサ１２の検出値が実際の吸気温度に近付き、吸気温度の測定精度が向上する。
【００３８】
本実施形態では、温度センサ１２が実装され、吸気通路５の内部に配置された制御装置本体部１３と、吸気通路５の外部に配置され、制御装置本体部１３に対して無線で給電およびデータの送受信を行う制御装置無線部１４とを、電子制御装置１１が有している。これにより、制御装置本体部１３に対する給電およびデータの送受信用のハーネス９を通すために吸気通路体６に貫通孔を設ける必要がなく、吸気通路体６の気密性が向上する。
【００３９】
さらに本実施形態では、制御装置本体部１３が吸気通路体６の壁内面６ｉに取り付けられ、制御装置無線部１４が吸気通路体６の壁６ｗを挟んで制御装置本体部１３と対向する位置で吸気通路体６の壁外面６ｏに取り付けられている。これにより、制御装置無線部１４と制御装置本体部１３との近接配置が可能になり、給電性およびデータ通信性が良好になる。
【００４０】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、一例として自動車の内燃機関１に電子制御モジュール１０を適用して説明を行ったが、鉄道車両や航空機などにも広く適用することができる。また、上記実施形態では、電子制御モジュール１０がインテーク管６ｂに取り付けられているが、エアクリーナ６ｃや吸気マニホールド６ｅ、管部材６ａなどの吸気通路体６に取り付けられてもよい。さらに、上記実施形態では、制御装置本体部１３と制御装置無線部１４とから電子制御装置１１が構成されているが、電子制御装置１１は、単一部材として構成されて少なくとも一部が吸気通路５の内部に配置されてもよい。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、角度など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した電子制御モジュール１０の各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１      内燃機関
５      吸気通路
６      吸気通路体
６ｂ    インテーク管
６ｉ    壁内面
６ｏ    壁外面
６ｗ    壁
１０    電子制御モジュール
１１    電子制御装置
１２    温度センサ
１３    制御装置本体部
１３ａ  回路基板
１３ｂ  電子素子
１４    制御装置無線部
１５    隅部（最も温度が低い領域）
【図１】
2015169590.tif 000003
【図２】
2015169590.tif 000004
【図３】
2015169590.tif 000005
【図４】
2015169590.tif 000006
【図５】
2015169590.tif 000007