JP2004505208A - 大型エンジン用一体型パワートレイン制御システム - Google Patents
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Abstract
内燃機関において電気信号をルーティングする一体型マニホルド組立体が開示される。この組立体は、新鮮な空気を内燃機関中へ引き込む吸気マニホルド(506)と、内燃機関の吸気マニホルド(506)に固定可能な主回路部分(508)と、主回路部分(508 )から延びていて、主回路部分(508)と複数のエンジンコンポーネント(512,514)を互いに接続する複数の回路ランナー部分(510)と、主回路部分(508)及び複数の回路ランナー部分(510)のうち少なくとも一方に接触した状態で吸気マニホルド(506)に取り付けられていて、回路ランナー部分中で生じた熱を消散させるヒートシンク(517)とを有している。
Description
【0001】
〔発明の分野〕
本発明は、一体型パワートレイン制御システムが取り付けられた車両パワートレインに関する。
【0002】
〔背景技術〕
代表的にはエンジン、例えば、内燃機関は、図1に示すようにエンジン30の外部から空気を引き込んでこの空気を各エンジンシリンダ32内へ差し向ける吸気マニホルド50を有している。外気は、吸気ダクト56を通って中央空気シリンダ内に流れ、そして、次にここから、個々のランナー又はチャネル54内に差し向けられ、そして、個々のエンジンシリンダの各々の中に差し向けられてここで燃焼が生じる。
【0003】
一般に、燃焼は、ガソリンエンジンのシリンダ32内の点火(スパーク)プラグから火花を生じさせ又はディーゼルエンジンのシリンダ内の予熱(グロー)プラグの作動により容易になる。かかる作動は一般に、パルス化又は連続した電気信号又は電力フィード量を点火プラグ又は予熱プラグに供給することによって達成される。これら電気信号又は電力フィードは、中央ディストリビュータ又は各シリンダのところの個々の点火コイル34から得られる。燃料噴射式エンジンでは、個々の電子燃料噴射器(EFI)94を各シリンダの近くに設け、燃料レール36から給電されるようにすることが望ましく、またこれらEFIでは、典型的にはマイクロプロセッサ制御式サブシステム38からの信号又は電力フィードが必要である。
【0004】
これら種々の信号及び(又は)電力フィードを容易に得るのに必要な配電系統は従来通り、ワイヤ42、ケーブル、ハーネス、コネクタ、締結具、ブラケット、絶縁体、応力除去装置及びこれらの要素を全て配置し、ルーティングし、そして支持する1以上の支持フレームから成る相当複雑なネットワークを必要としている。さらに、今日、大抵のエンジンは、種々の他の電気的エンジンサブシステム44、例えば、エンジン制御モジュール、空気質量流量センサ、センサモジュール、アンチロックブレーキ制御モジュール等を更に必要としている。これらサブシステムは各々、それに関連したワイヤ、ハーネス、コネクタ、ハウジング、締結具等を必要としており、これにより、エンジンの回転及びルーティング系統が一段と多くなる。これら種々のサブシステムは全て必要であり、これらの各々により、エンジンの総重量、スペース、複雑さ及びコストが増大する場合がある。
【0005】
したがって、エンジンの総重量、スペース的要件、コスト及び複雑さを軽減することによりエンジンシステムの種々の信号及び電力フィードに関する要望に適合する幾つかの手段を提供することが望ましい。
【0006】
〔発明の概要〕
本発明は、車両パワートレインの作動を制御するシステムを提供することにより従来方式の欠点を解決する。このシステムは、複数のパワートレイン動作信号を受け取り、動作信号を処理し、そして車両パワートレインを制御する複数のパワートレイン制御信号を出力するパワートレイン回路及び車両パワートレインのエンジンに固定でき、パワートレイン制御回路を受け入れるようになった吸気マニホルドを有している。
【0007】
本発明の実施形態によれば、パワートレイン回路は、フラットワイヤフレキシブル回路である。
【0008】
本発明の別の実施形態によれば、フラットワイヤフレキシブル回路は、パワートレイン回路外部装置又は回路に電気的に結合するフラットワイヤ導線を有している。
【0009】
本発明の更に別の実施形態によれば、内燃機関において電気信号をルーティングする一体型マニホルド組立体が提供される。この組立体は、新鮮な空気を内燃機関中へ引き込む吸気マニホルドと、内燃機関の吸気マニホルドに固定可能な主回路部分と、主回路部分から延びていて、主回路部分と複数のエンジンコンポーネントを互いに接続する複数の回路ランナー部分と、主回路部分及び複数の回路ランナー部分のうち少なくとも一方に接触した状態で吸気マニホルドに取り付けられていて、回路ランナー部分中で生じた熱を消散させるヒートシンクとを有している。
【0010】
本発明の更に別の実施形態によれば、吸気マニホルドは実質的に、プラスチックで構成されている。
【0011】
本発明の更に別の実施形態によれば、ヒートシンクは、熱伝導性材料で構成されている。
【0012】
本発明の更に別の実施形態によれば、主回路部分は、電気導体及び電気装置を支持する可撓性基板を更に有している。
【0013】
本発明の更に別の実施形態によれば、主回路部分は、吸気マニホルドに取り付けられているヒートシンクと接触している。
【0014】
本発明の更に別の実施形態によれば、主回路部分は、電気導体及び電気装置を支持する可撓性基板及び剛性基板を更に有していること特徴とする更に有している。
【0015】
本発明の更に別の実施形態によれば、複数の回路ランナー部分は、吸気マニホルドに取り付けられたヒートシンクと接触している。
【0016】
本発明の更に別の実施形態によれば、複数の回路ランナー部分は、吸気マニホルドに取り付けられたヒートシンクと接触している。
【0017】
本発明の更に別の実施形態によれば、主回路部分及び複数の回路ランナー部分は、吸気マニホルドに取り付けられたヒートシンクと接触している。
【0018】
本発明の更に別の実施形態によれば、上記組立体は、複数の電気導体及び複数の電気装置を更に有し、複数の電気装置は、主回路部分に取り付けられ、複数の電気導体は、主回路部分及び複数の回路ランナー部分に取り付けられている。
【0019】
本発明の更に別の実施形態によれば、上記組立体は、複数の電気導体及び複数の電気装置を更に有し、複数の電気装置及び複数の電気導体は、主回路部分及び複数の回路ランナー部分全体にわたって取り付けられている。
【0020】
本発明の更に別の実施形態によれば、内燃機関において電気信号をルーティングする一体型吸気及び回路組立体が提供される。この組立体は、新鮮な空気を内燃機関中へ引き込む吸気マニホルドと、吸気マニホルドと流体連通した状態で吸気マニホルドに取り付けられていて、内燃機関内への導入空気量を調節するスロットル(絞り)本体と、スロットル本体に固定可能な主回路部分と、主回路部分から延びていて、主回路部分と複数のエンジンコンポーネントを互いに接続する複数の回路ランナー部分と、主回路部分及び複数の回路ランナー部分のうち少なくとも一つに接触した状態でスロットル本体に取り付けられていて、回路ランナー部分中で生じた熱を消散させるヒートシンクとを有している。
【0021】
本発明の上記利点及び特徴並びに他の利点及び特徴は、添付の図面、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲の記載から明らかになろう。
【0022】
〔好ましい実施形態の詳細な説明〕
次に図面を参照すると、図3及び図4は、複数のシリンダ及び吸気マニホルド50を備えた内燃機関(図示せず)における電子信号をルーティングする本発明の実施形態100、即ち、フレキシブル又はフレックス回路を示している。この実施形態は、(1)本体部分104及び本体部分から外方に延びる少なくともn個のアーム部分106を備えていて、本体部分が吸気マニホルド50の頂面52と形状が全体として一致し、各アーム部分が全体としてそれぞれのシリンダの近くに配置されたフレキシブル回路基板102、(2)本体部分104の少なくとも1つの表面及び各アーム部分106の少なくとも1つの表面の近くに(即ち、その下又はその内部に)配置された複数の導電性回路トレース108、及び(3)外部信号源、外部電力源、外部信号行き先及び外部電力行き先(これらまとめて、参照符号70で示されている)のうちの少なくとも1つに接続され、基板102に取り付けられると共に回路トレース108のうちの少なくとも1つに電気的に接続される入出力コネクタ110を有している。この実施形態では、各アーム部分106によって支持された各回路トレースは、少なくとも1つの電気的エンジン要素90、例えば、点火コイル、電子燃料噴射器、点火プラグ及び(又は)予熱プラグと電気的に接続可能な端子108tで終端している。さらに、この実施形態は、マニホルド50に固定されていて、燃料噴射器94に供給する燃料レール60を有するのがよい。
【0023】
基板102は好ましくは、実質的に可撓性の基板、例えば、フレックス回路を構成するのに用いられるポリエーテルイミド、ポリエステル又は他の材料のフィルム、シート又は積層品である。変形例として、基板102は、絶縁性、導電性及び(又は)誘電性材料の1以上の層が選択的に被着された(例えば、積層法、エッチング法又は他の追加法又は削減(除去)法により)1以上の金属箔又は金属シート(板金)から成っていてもよい。基板102は好ましくは全体として可撓性であるが、本体部分104は変形例として、残りの可撓性本体部分及び(又は)アーム部分に作動的に連結された少なくとも1つの剛性基板部分118(例えば、FR−4ドーターボード)を有していてもよい。これと同様に、本体部分104全体は、可撓性基板アーム部分106が作動的に取り付けられた剛性基板であってもよい。
【0024】
基板102は、これに設けられた回路トレース108に作動的に取り付けられた複数の電子部品114を有するのがよい。これら電子部品114は好ましくは、表面実装コンポーネント、例えば集積回路(IC)チップ、導線なしチップコンポーネント(LCC)、例えば抵抗及びキャパシタ、電力デバイス、相互連結装置、マイクロプロセッサ等である。他の別個の電子制御モジュール(これらモジュールとしては、エンジン制御モジュール、空気質量流量センサモジュール、アンチロックブレーキ制御モジュール、速度制御モジュール、スロットル制御モジュール、ヒューズボックスモジュール、排気ガス戻し(EGR)弁制御モジュール、エンジン温度センサ制御モジュールが挙げられるが、これらには限定されない)からコンポーネントを取得して、これらコンポーネントをこの実施形態のフレックス基板102上に集積することが可能である。これにより、もしそのようにしなければ個々のモジュール各々について必要な種々のハウジング、ワイヤ、ケーブル、ハーネス、バス、相互接続部、締結具等が不要であり、これらのうちから必要な部品(例えば、電子コンポーネント)だけをフレックス基板102上に設けることができ、これにより、パワートレインシステム全体についてのコスト、重量、スペース及び複雑さが減少するという利点が得られる。かくして、本発明は、パワートレイン制御エレクトロニクス(PCE)がパワートレインと一体の状態で、より詳細に説明すると、エンジンの吸気マニホルド内にパッケージ化されたパワートレインの作動を制御するシステム及び方法を提供する。
【0025】
基板102は、その本体部分104に設けられた穴116を更に有するのがよく、吸気マニホルド50の頂部又は吸気マニホルドダクト56の端部が、この穴を貫通することができる。基板102は又、吸気マニホルド50の頂面52に着脱自在に取付け可能であるのがよい。これは、例えば、基板をマニホルドに当接保持するための締結具を挿入できる穴を基板102に設けることにより、或いは、マニホルドに直接取り付けられる締結具(例えば、押しピン)を基板と一体に設けることにより達成できる。
【0026】
各アーム部分106は、その端部に設けられた剛性基板部材120を有するのがよく、この場合、各アーム部分106の各回路トレース108の端子は、図5に示すように剛性基板部材120上に設けられる。また、各アーム部分106の各回路トレース端子108tは、雄型プラグコネクタ122m、雌型ソケットコネクタ122f又は全体として平らな接触パッド122cpを有するのがよい。これらプラグコネクタ122m/122fを各アーム部分106の端部の剛性基板部材120に取り付けてもよく、或いはこれと一体に形成してもよいが、このようにするかどうかは任意である。
【0027】
導電性回路トレース108は、従来型剛性PCB及びフレックス回路に見受けられるもの、例えば、金属被覆又はかかる基板の平らな両側のうち一方又は両方に被着された銅又は導電性インキの経路と類似したものであるのがよい。トレース108は、基板102の表面に付着され、或いは、埋め込まれ、成形され又は基板の表面の下(即ち、基板の内部)に配置されたワイヤ又は他の電気導体であってもよい。
【0028】
1以上の基板回路トレース108(代表的には、多数のトレース)を1以上の外部電気要素70に接続するために入出力(I/O(i/Oとも表記する))コネクタ110が用いられている。エンジンの電気系統内の電気の流れに関する斜視図から、これら外部要素70は各々、I/Oコネクタ110に関して「上流側」源又は「下流側」行き先(又はこれら両方)であるのがよい。I/Oコネクタが接続されているこれら外部要素の各々への電気の流れ又はこれからの電気の流れは、「信号」強度(例えば、ミリアンペア、ミリボルト)又は「電力」強度(例えば、1+アンペア、1+ボルト)として表示できる。かくして、外部「電力源」は、12ボルト電池であり、「電力行き先」は、数アンペア/ボルトが作動するのに数アンペア/ボルトを必要とするソレノイドであり、「信号源」は、マイクロプロセッサから出力された150ミリボルトであり、「信号行き先」はこのマイクロプロセッサに入力される150ミリボルトである。さらに、I/Oコネクタ110に出入りする電気の流れは常時連続であってもよく、完結的/パルス化されたものであってもよく、或いはこれらの両方であってもよい。I/Oコネクタ110はそれ自体、可撓性の半剛性/剛性且つ可撓性、或いは剛性の基板102に作動的に連結できる当該技術分野で知られている多種多様なI/Oコネクタ形態のうちの任意のものであってよい。
【0029】
この実施形態は、図4に示すように、本体部分104の実質的に全て及び各アーム部分106の少なくとも一部を覆うことができるカバー152を更に有するのがよい。このカバー112は、プラスチック、金属、ガラス繊維等(又は、これらの組合せ)で作られたものであるのがよく、吸気マニホルド50に着脱自在に取付け可能であり、そして、下に位置する基板、トレース等の保護カバーとして役立つ。カバー112にはほぼ密封可能な穴を設けるのがよく、マニホルドの頂部又は吸気ダクトの端部が、この穴を通って延びることができる。
【0030】
この実施形態100は、その最も基本的な形態では、電気信号をルーティングしてこれらを配分し、エンジンの点火コイル、EFI、点火プラグ、予熱プラグ及び(又は)他の電気的エンジン要素90並びに車両の変速機を制御するための従来型パワートレイン制御システムで用いられているワイヤ、ケーブル、ハーネス、支持フレーム、パワートレイン制御回路及び他の関連要素に取って代わるように使用でき、かくして、エンジンシステム全体のコスト、スペース、重量及び複雑さが軽減される。上述したような1以上のエンジン制御モジュールから電子コンポーネントをさらに設けることにより、一段の軽減を達成することができる。さらに、本発明により可能になる上記の節約及び軽減は、パワートレインシステムの初期製造及び組立に関するだけでなく、パワートレインシステムの保守及び寿命にも関連している。この実施形態の使用の仕方に関する一例として、フレックス回路100は、(1)I/Oコネクタ110を介して信号及び電力を種々の外部源から取り入れ、(2)信号/電力を処理すると共に(或いは)これをフレックス回路それ自体の中で再ルーティングし、次に(3)I/Oコネクタ110とアーム部分回路トレースの両方を通って信号/電力フィードを種々の外部信号/電力行き先(例えば、ソレノイド入力、電動機接点、点火プラグ、点火コイル、予熱プラグ、EFI等)に送ってパワートレインの作動を制御することができるように電子コンポーネント(マイクロプロセッサ及び他の集積回路を含む)及び相互接続部を有する。
【0031】
この実施形態に関し、4つのシリンダ(即ち、n=4)を有するエンジンについて図6a〜図6cに示されるように多くの形態を想到できる。第1の例として、図6aに示すように、基板102は、各アーム部分106上又はその内部に設けられた回路トレース(図示せず)が、各アーム部分106のそれぞれのシリンダと関連した点火コイル、EFI、点火プラグ及び(又は)予熱プラグと電気的に接続可能な端子を有している正確に4つのアーム部分106(即ち、各シリンダについて1つずつ)を有するのがよい。この例では、各アーム部分106はそれぞれのシリンダと関連したランナー頂面54と形状がほぼ一致するのがよく、この場合、アーム部分は、それぞれのランナーの頂部に置かれ(そして、任意的にこれに取り付けられ)、そしてマニホルド52及びランナー54の頂部に置かれている本体及びアーム部分104/106と全体形状が一致したカバー112で覆われたものであるのがよい。第2の例では、図6bに示すように、基板102は、ちょうど4つのアーム部分106を有するのがよく、各アームは、さらに第1の枝部106′と第2の枝部106″にさらに分かれている。この場合、各第1の枝部106′上又はその内部に設けられた回路トレース(図示せず)は、点火コイルと電気的に接続可能な端子(例えば、雄型プラグコネクタ又は雌型ソケットコネクタ)を有し、各第2の枝部106″上又はその内部に設けられた回路トレースは、EFIと電気的に接続可能な端子を有している。第3の例では、図6cに示すように、基板102は、2n個のアーム部分106を有し、この場合、各アーム部分106の近くに位置する回路トレースは、点火コイル、EFI、点火プラグ及び予熱プラグのうちの1つに電気的に接続可能な端子を有している。本発明の範囲に属する他の多くの形態も実施可能である。何れの場合においても、一般に、フレックス回路基板102をマニホルド50の頂面52に予張りし、また、任意的に取り付けるのがよく、次に、上述したようなカバー112をフレックス回路102上に配置してマニホルド50に取り付けるのがよい。
【0032】
本発明の別の実施形態は、パワートレインを制御するための電気信号をルーティングする吸気マニホルドカバー200に関し、この場合、パワートレインは、図7〜図9に示すように、n個のシリンダ及び吸気マニホルド50を備えた内燃機関30を有している。この実施形態は、(1)吸気マニホルド50の頂面52と形状がほぼ一致していて、これに着脱自在に取付け可能な全体として剛性ハウジング230(図2に示す)、(2)ハウジング230から外方に延びる状態でハウジング230に取り付けられた少なくともn個のキャリヤ部材240(この場合、各キャリヤ部材は、それぞれのエンジンシリンダとほぼ近接した関係に配置されている)、(3)ハウジング230の表面232の上又はその下であって各キャリヤ部材230の上又はその内部に配置された複数の導電性回路トレース208、及び(4)外部信号源、外部パワー源、外部信号行き先及び外部電力行き先(これらはまとめて符号70で示されている)のうち少なくとも1つに接続可能な少なくとも1つの入出力コネクタ210を有し、各入出力コネクタ210は、ハウジング230に取り付けられると共に回路トレース208のうちの少なくとも1つに電気的に接続されている。実施形態200では、各キャリヤ240によって支持された各回路トレース208は、少なくとも1つの電気的エンジン要素90、例えば、点火コイル、EFI、点火プラグ及び(又は)予熱プラグに電気的に接続可能な端子208tで終端している。
【0033】
実施形態200は、実施形態100のフレックス基板102及びカバー112の特徴部の多くを組み合わせたものであるが、これら2つの要素を単に組み合わせただけのものではない。例えば、第1の実施形態100は、フレックス回路基板102を有しているが、この実施形態200は、必ずしもフレックス基板を有する必要はない。その代わりとして、本実施形態200のトレース208(及び電子コンポーネント214、例えば、集積回路及びこれに作動的に接続されたマイクロプロセッサ)をハウジング230の表面232(好ましくは、上面)に直接接続してもよく、それにより、フレックス基板が不要になる。当然のことながら、所望ならば可撓性基板及び(又は)剛性基板又は基板部分)を設けてもよく、トレース208及び電子コンポーネント214をフレックス回路基板に取り付けてもよく、この場合、この基板は、ハウジング230の下面又は他の表面232に取り付けられ、或いは、フレックス回路基板をまず最初に上面又は他の面232に取り付け、次に、トレース/コンポーネント208/214をこれに取り付けてもよい。
【0034】
全体として剛性のハウジング230は、幾分可撓性であってもよい(好ましくは可撓性である)。これは、取扱いの際(例えば、製造及び取付け中)その形状を全体として維持することができるが、例えば大抵の熱成形プラスチック部品の場合と同様に、幾分かの保有の可撓性を示すことができるので「全体として」剛性とのように記載してある。
【0035】
実施形態100と同様、実施形態200は、多くの互いに異なるが関連した形態をとることができる。例えば、図7に示すように、各キャリヤ部材240は、1以上の回路トレース208が被着され又は収納された電気絶縁性可撓性基板であってもよい。フレックス基板材料はこの場合、可撓性エラストマー、例えば、シリコーンであってもよく、或いは、ポリエステル、ポリエーテルイミド又は他の適当な材料で作られたものであってもよい。これらキャリヤ部材240を、ハウジング230の横方向縁部及び(又は)下面又は他の表面に接着剤、機械的締結具、鋳込み法等で取り付けるのがよく、これらキャリヤ部材は、信号/電力を少なくともI/Oコネクタ210と電気的エンジン要素90、例えば点火コイル、EFI、点火プラグ及び(又は)予熱プラグとの間で伝えるのに役立つ。例えば、各キャリヤ部材240は、I/Oコネクタ210及び(又は)任意的に用いられるエレクトロニクス214から信号/電力を、キャリヤ部材のそれぞれのシリンダと関連した点火コイル及び(又は)EFIに伝えるのに役立つことができる。
【0036】
ハウジング230は、本体部分230b及び本体部分から外方に延びる少なくともn個のアーム部分230aを有するのがよく、この場合、本体部分は、マニホルド50の頂面52と形状が全体として一致しており、各アーム部分230aは、図7に示すカバーの左側側部上に示されているようにそれぞれのシリンダと全体として近接した関係に配置される。変形例として、ハウジング230は、今説明したばかりの本体部分230b及び図8に示すカバーの右側の側部上に示されたように本体部分の一方の側縁部又は両方の側縁部のところで本体部分から外方に延びる少なくとも1つのシュラウド部分230sを有していてもよい。これら2つの形態のハウジングのいずれにおいても、アーム部分/シュラウド部分230a/230sは好ましくは、本体部分230sと一体に作られ、かくして、成形を容易に行うことができる単一部品が構成される。これら2つの形態では、各キャリヤ部材240は好ましくは、これに対応したアーム部分230a又はシュラウド部分230sに取り付けられるが、変形例として、これを本体部分230bに取り付けてもよい。
【0037】
各キャリヤ部材240及び(又は)(もし設けられていれば)各アーム部分230aを、それぞれのシリンダに全体として適合するよう構成するのがよい。変形例として、別個に設けないで幾何学的に類似したアーム部分230aとキャリヤ部材240を設ける代わりに、これら両方の特徴を、各キャリヤ部材240がハウジング230の外方に延びる一体アーム部分である形態を構成するよう組み合わせてもよい。即ち、回路トレースを支持し又は収納したキャリヤ部材を別々の対応関係をなすアーム部分230a又はシュラウド部分230sに取り付けないで、回路トレースを各アーム又はシュラウド部分230a/230sの下面(又は他の表面)上又はその内部に設けてもよく、各アーム/シュラウド部分は両方とも、本体部分230bから外方に延び、図9に示すようにアーム部分及びそれぞれのシリンダと関連した回路トレース208のキャリヤとして役立つ。
【0038】
本発明の別の実施形態300においても、吸気マニホルドカバー302は、図10に断面で示されており、この吸気マニホルドカバーは、(1)吸気マニホルド50の頂面52と形状が全体と一致していて、これに着脱自在に取付け可能であり、全体として各シリンダ上に延びる全体として剛性のハウジング330、(2)ハウジングの下面又は他の表面上又はその内部に配置されていて、各シリンダと全体として近接して延びる複数の導電性回路トレース308、(3)外部信号源、外部電力源、外部信号行き先及び外部電力行き先のうち少なくとも1つに接続可能であり、回路トレース308のうち少なくとも1つに電気的に接続された状態でハウジング330に取り付けられた少なくとも1つの入出力コネクタ、及び(4)ハウジング330内に鋳込み成形された少なくともn個の電気コネクタ350を有し、各コネクタ350は、回路トレース308のうち少なくとも1つに接続されていて、ハウジング330を吸気マニホルド50に取り付けると、電気的エンジン要素、例えば電子燃料噴射器94に直接接続可能にハウジング330内に配置されている。各シリンダ上に延びるハウジング部分は、図9と類似した一体アーム又はシュラウド部分を有するのがよい。
【0039】
図10に示すように、吸気マニホルドカバー302は、ハウジング330と一体の少なくとも1つの燃料レール360を更に有するのがよく、各燃料レールは、燃料レールとこれに接続可能な各EFIとを密封可能に流体連通させるよう少なくとも1つの電子燃料噴射器94に直接且つ密封自在に連結できる。このましくは、カバー302は、形成プラスチックで作られ、このカバーは、傾斜(スラント)型又はインライン型エンジンのための1つの燃料レール360又はV型エンジンのための2つの燃料レール360のいずれかを有している。燃料レール360は、ハウジング330内に成形されたインサートである従来型金属製燃料レールであってもよく、或いは(図10に示すように)ロストコア(lost−core )又は他の成形方法によりハウジング330内に形成された金属被覆又は非金属被覆チャネルであってもよい。
【0040】
本実施形態のマニホルドカバー302は、ハウジング330内に設けられたn個の電気コネクタ350を有するのがよい。各コネクタ350は、ハウジング330を例えば吸気マニホルド50の頂部に配置してこれに取り付けると、関連の電子燃料噴射器94の対をなす相手方の電気コネクタ部分94cと直接連結可能である。
【0041】
少なくとも回路トレース308のサブセットを、ハウジング330内に鋳込み成形してもよく、この回路トレースサブセットは、金属打抜き材、フレックス回路又はハウジング内の網状ワイヤであるのがよい。好ましくは、このトレースサブセットは各々、少なくともn個の電気コネクタ350に作動的に接続される。
【0042】
この実施形態の1つの利点は、カバー300を上述の電気コネクタ350がこれらとそれぞれ対応した関係にある電気的エンジン要素90に直接装着した状態で、マニホルド50に装着してこれに取り付けることができるということにある。例えば、カバーにはコネクタ350を鋳込み成形することができ、これらコネクタは、カバーをマニホルド50上に下降させてこれに取り付けると、コイル及びEFIをこれらの電力/信号源に接続するための追加の工程又は相互連結コンポーネント(例えば、ワイヤ、ハーネス又はケーブル)を必要としないで、n個の点火コイル及びn個の燃料噴射器の対をなす相手方の電気コネクタ部分と直接同時に嵌合することができる。上述のように燃料レール360を加えることにより、複雑さ及び取付け上の労力が一段と軽減される。
【0043】
次に、図11を参照すると、従来型吸気マニホルド400が示されている。当該技術分野で周知のように、吸気マニホルド400は、スロットル本体402、燃料レール404及びマニホルドハウジング408に取り付けられた複数の燃料噴射器を有している。好ましくは、マニホルドハウジング408は、軽量プラスチックで作られている。吸気マニホルド組立体400は、従来通り、適当な空燃混合気を車両エンジンのシリンダに供給する。電子制御燃料噴射器及びコイル並びにスロットル本体402に接続された電源、ハウジング408に結合された他のセンサ及び弁は、従来方法でマニホルドワイヤハーネス(図示せず)に相互連結されている。作用を説明すると、外気をマニホルドハウジング408内に引き込んで、複数のエンジンシリンダへの種々の空気ダクト及び通路(図示せず)内へ差し向ける。
【0044】
次に、図12a〜図12cを参照すると、本発明の一体型電子パワートレイン制御マニホルドの好ましい実施形態が示されている。具体的に説明すると、図12aは、マニホルドハウジング506に結合されている電子基板504に取り付けられたパワートレイン制御エレクトロニクス502を備えた一体型電子マニホルド組立体500を示している。制御エレクトロニクス502は、集積回路、記憶装置チップ(例えば、読出し専用記憶装置及びランダムアクセス記憶装置)、論理回路(論理デバイス)、プログラム可能論理デバイス、マイクロプロセッサ、別個の電気コンポーネント及びこれらに類似したデバイスを含む。基板504は、主部分508及びランナー部分510を有している。一般に、パワートレイン制御エレクトロニクスは、実質的に主部分508上に配置されるが、追加の電子回路及びコンポーネントは、ランナー部分510に沿って設けられるのがよい。ランナー部分510は、種々の電気装置、例えば燃料噴射器512及びコイル相互接続部514並びにマニホルドハウジング506上又はこれに隣接して設けられた他のセンサ及び電気装置を相互に接続する。
【0045】
主部分508は好ましくは、基板504を受け入れるようになった表面518を備えるスロットル本体516に取り付けられる。スロットル本体516の表面518は、電気コンポーネント502によって放出された熱エネルギを引き込むヒートシンク517を有している。かくして、本発明は、過熱を防止するパワートレイン制御エレクトロニクスを冷却するシステムを構成する。マニホルドハウジング506は、マニホルドハウジング506の頂面522に沿って長手方向に延びる支持面520を更に有している。支持面520は、制御エレクトロニクスを実装したランナー510を担持するようになっている。
【0046】
図12bに示すように、一体型電子マニホルド組立体の変形実施形態が、全体を符号600で示されている。組立体600は、スロットル本体604に結合されたマニホルドハウジング602を有している。本実施形態では、電子基板606が、スロットル本体のヒートシンク表面608上でスロットル本体604に取り付けられている。ヒートシンク表面608は一般に、典型的には導電性材料で作られたスロットルハウジング610から作られる。基板606は、電子コンポーネント、例えば、集積回路、論理デバイス、アナログ及びディジタル回路、メモリーモジュール及び別々のコンポーネントを受け入れ、これらコンポーネントを作動的に相互に接続してこれらの間に電気的な連絡状態を生じさせるように構成されている。例えば、基板606は、車両パワートレインの作動を制御する制御エレクトロニクス及び回路構成612を有している。本実施形態では、基板606は、車両パワートレインを制御するのに用いられる電子装置のすべてを収納した主基板部分614を有している。加うるに、基板606は、種々の電気コンポーネント及び装置、例えば燃料噴射器620内の制御回路612と電気信号のやり取りをする電気回路トレース618を有するランナー部分616を有し、例えばコイル622を相互に接続する。かくして、本発明は、中央に位置したパワートレイン制御回路を構成し、遠隔配置される電子装置及びコンポーネントを不要にし、これは、特に自動車環境では望ましい。
【0047】
次に図12cを参照すると、本発明の一体型電子マニホルド組立体のさらに別の実施形態が示されている。一体型電子吸気マニホルド組立体700が、スロットル本体704に結合されたマニホルドハウジング702を有する状態で示されている。先の実施形態の場合と同様、車両パワートレインの作動を制御する電子制御回路及びコンポーネント708を受け入れる基板706が設けられている。基板706は、主部分710及びランナー部分712を有している。ヒートシンク表面が、マニホルドハウジング702と熱的に連絡した状態で基板706の下に設けられている。かくして、基板706及び電子回路708は、マニホルド702を通る空気によって冷却される。主部分710は、電子コンポーネント及び回路の実質的にすべてを有し、ランナー部分712は一般に、主部分710及び種々の電気装置と電気信号のやり取りをする回路トレース714を有している。かかる装置としては、例えば、燃料噴射器、コイル、弁、スイッチ類等が挙げられる。
【0048】
本発明の種々の他の設計変更例は疑いもなく、当業者に想到されよう。例えば、V型エンジンだけが図示されているが、本発明は、傾斜型エンジン、インライン型エンジン、ロータリーエンジン等にも関連している。また、本発明は、ガソリン内燃機関とディーゼル内燃機関の両方に関連すると共にハイブリッド電気/内燃機関に関連している。本発明は、点火プラグ、予熱プラグ又は圧縮点火専用方式のエンジン、キャブレタ、EFI又は他の関連システムを有するエンジン、及び中央ディストリビュータ、コイルオンプラグ(coil−on−plug)及び他の関連した火花作動システムを有するエンジンに利用できる。さらに、アーム部分、シュラウド部分及びキャリヤ部材をカバー、ハウジング又は本体部分に連結され又はこれを一体のものとして上述したが、アーム部分、ランナー部分、シュラウド部分及びキャリヤ部材をこれらの関連したカバー、ハウジング又は本体部分に例えば対をなす雄型/雌型電気コネクタを用いることにより着脱自在に接続できることは、本発明の範囲に属する。また、ハウジング又はカバーは、幾分かの量の空気を吸気ダクトから回路トレース及び任意的に用いられる電子コンポーネントを横切って差し向けて作動中これら要素を冷却するのに役立つようにするためのルーバ、羽根等を有してもよい。さらに、アーム部分、ランナー部分及びキャリヤ部材を点火コイル、EFI、点火プラグ及び予熱プラグに連結されるものとして種々の形態で説明したが、これら4つの特に取り上げて説明した要素に代えて又はこれに加えて他の電気的エンジン要素、例えば、エンジンセンサ、天候センサ、ソレノイド、スイッチ類等を使用すること、そして信号を本発明に送るにせよこれから受け取るにせよ、いずれにせよこのことは、本発明の範囲に属する。
【0049】
加うるに、本明細書で種々の形で用いる「信号」という用語は、間欠的なパルス又は連続した非パルス状形態で送るにせよ受け取るにせよ、いずれにせよ、比較的低い電圧/低いアンペア数のトリガ信号と比較的高い電圧/高いアンペア数の電力フィードの両方を含むことは理解されるべきである。最後に、本発明は、上述の実施形態と類似しているが、アーム部分を備えておらず、或いはn個未満のアーム部分を有し、また、必ずしも、全体として任意のエンジンシリンダに近接して位置し又はこれと関連した任意の要素を有する必要はないフレックス回路を更に有する。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及びその均等範囲によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
従来型エンジン吸気及び電気制御システムの分解図である。
【図2】
従来型エンジン吸気及び電気制御システムの平面図である。
【図3】
本発明の実施形態としての種々の自動車システムを制御するフレキシブル/セミフレキシブル回路の平面図である。
【図4】
本発明の実施形態としてのフレキシブル回路及び吸気マニホルド組立体の分解図である。
【図5】
本発明の実施形態のアーム部分及び端子の平面図である。
【図6a】
本発明の別の実施形態の平面図である。
【図6b】
本発明の別の実施形態の平面図である。
【図6c】
本発明の別の実施形態の平面図である。
【図7】
本発明の他の実施形態の平面図である。
【図8】
本発明の他の実施形態の平面図である。
【図9】
本発明の他の実施形態の平面図である。
【図10】
本発明の一体型パワートレイン制御モジュールハウジングが取り付けられた吸気マニホルドの断面側面図である。
【図11】
従来型吸気マニホルド及びスロットル本体の斜視図である。
【図12a】
吸気マニホルドに固定された本発明の実施形態の斜視図である。
【図12b】
吸気マニホルドに固定された本発明の実施形態の斜視図である。
【図12c】
吸気マニホルドに固定された本発明の実施形態の斜視図である。
〔発明の分野〕
本発明は、一体型パワートレイン制御システムが取り付けられた車両パワートレインに関する。
【0002】
〔背景技術〕
代表的にはエンジン、例えば、内燃機関は、図1に示すようにエンジン30の外部から空気を引き込んでこの空気を各エンジンシリンダ32内へ差し向ける吸気マニホルド50を有している。外気は、吸気ダクト56を通って中央空気シリンダ内に流れ、そして、次にここから、個々のランナー又はチャネル54内に差し向けられ、そして、個々のエンジンシリンダの各々の中に差し向けられてここで燃焼が生じる。
【0003】
一般に、燃焼は、ガソリンエンジンのシリンダ32内の点火(スパーク)プラグから火花を生じさせ又はディーゼルエンジンのシリンダ内の予熱(グロー)プラグの作動により容易になる。かかる作動は一般に、パルス化又は連続した電気信号又は電力フィード量を点火プラグ又は予熱プラグに供給することによって達成される。これら電気信号又は電力フィードは、中央ディストリビュータ又は各シリンダのところの個々の点火コイル34から得られる。燃料噴射式エンジンでは、個々の電子燃料噴射器(EFI)94を各シリンダの近くに設け、燃料レール36から給電されるようにすることが望ましく、またこれらEFIでは、典型的にはマイクロプロセッサ制御式サブシステム38からの信号又は電力フィードが必要である。
【0004】
これら種々の信号及び(又は)電力フィードを容易に得るのに必要な配電系統は従来通り、ワイヤ42、ケーブル、ハーネス、コネクタ、締結具、ブラケット、絶縁体、応力除去装置及びこれらの要素を全て配置し、ルーティングし、そして支持する1以上の支持フレームから成る相当複雑なネットワークを必要としている。さらに、今日、大抵のエンジンは、種々の他の電気的エンジンサブシステム44、例えば、エンジン制御モジュール、空気質量流量センサ、センサモジュール、アンチロックブレーキ制御モジュール等を更に必要としている。これらサブシステムは各々、それに関連したワイヤ、ハーネス、コネクタ、ハウジング、締結具等を必要としており、これにより、エンジンの回転及びルーティング系統が一段と多くなる。これら種々のサブシステムは全て必要であり、これらの各々により、エンジンの総重量、スペース、複雑さ及びコストが増大する場合がある。
【0005】
したがって、エンジンの総重量、スペース的要件、コスト及び複雑さを軽減することによりエンジンシステムの種々の信号及び電力フィードに関する要望に適合する幾つかの手段を提供することが望ましい。
【0006】
〔発明の概要〕
本発明は、車両パワートレインの作動を制御するシステムを提供することにより従来方式の欠点を解決する。このシステムは、複数のパワートレイン動作信号を受け取り、動作信号を処理し、そして車両パワートレインを制御する複数のパワートレイン制御信号を出力するパワートレイン回路及び車両パワートレインのエンジンに固定でき、パワートレイン制御回路を受け入れるようになった吸気マニホルドを有している。
【0007】
本発明の実施形態によれば、パワートレイン回路は、フラットワイヤフレキシブル回路である。
【0008】
本発明の別の実施形態によれば、フラットワイヤフレキシブル回路は、パワートレイン回路外部装置又は回路に電気的に結合するフラットワイヤ導線を有している。
【0009】
本発明の更に別の実施形態によれば、内燃機関において電気信号をルーティングする一体型マニホルド組立体が提供される。この組立体は、新鮮な空気を内燃機関中へ引き込む吸気マニホルドと、内燃機関の吸気マニホルドに固定可能な主回路部分と、主回路部分から延びていて、主回路部分と複数のエンジンコンポーネントを互いに接続する複数の回路ランナー部分と、主回路部分及び複数の回路ランナー部分のうち少なくとも一方に接触した状態で吸気マニホルドに取り付けられていて、回路ランナー部分中で生じた熱を消散させるヒートシンクとを有している。
【0010】
本発明の更に別の実施形態によれば、吸気マニホルドは実質的に、プラスチックで構成されている。
【0011】
本発明の更に別の実施形態によれば、ヒートシンクは、熱伝導性材料で構成されている。
【0012】
本発明の更に別の実施形態によれば、主回路部分は、電気導体及び電気装置を支持する可撓性基板を更に有している。
【0013】
本発明の更に別の実施形態によれば、主回路部分は、吸気マニホルドに取り付けられているヒートシンクと接触している。
【0014】
本発明の更に別の実施形態によれば、主回路部分は、電気導体及び電気装置を支持する可撓性基板及び剛性基板を更に有していること特徴とする更に有している。
【0015】
本発明の更に別の実施形態によれば、複数の回路ランナー部分は、吸気マニホルドに取り付けられたヒートシンクと接触している。
【0016】
本発明の更に別の実施形態によれば、複数の回路ランナー部分は、吸気マニホルドに取り付けられたヒートシンクと接触している。
【0017】
本発明の更に別の実施形態によれば、主回路部分及び複数の回路ランナー部分は、吸気マニホルドに取り付けられたヒートシンクと接触している。
【0018】
本発明の更に別の実施形態によれば、上記組立体は、複数の電気導体及び複数の電気装置を更に有し、複数の電気装置は、主回路部分に取り付けられ、複数の電気導体は、主回路部分及び複数の回路ランナー部分に取り付けられている。
【0019】
本発明の更に別の実施形態によれば、上記組立体は、複数の電気導体及び複数の電気装置を更に有し、複数の電気装置及び複数の電気導体は、主回路部分及び複数の回路ランナー部分全体にわたって取り付けられている。
【0020】
本発明の更に別の実施形態によれば、内燃機関において電気信号をルーティングする一体型吸気及び回路組立体が提供される。この組立体は、新鮮な空気を内燃機関中へ引き込む吸気マニホルドと、吸気マニホルドと流体連通した状態で吸気マニホルドに取り付けられていて、内燃機関内への導入空気量を調節するスロットル(絞り)本体と、スロットル本体に固定可能な主回路部分と、主回路部分から延びていて、主回路部分と複数のエンジンコンポーネントを互いに接続する複数の回路ランナー部分と、主回路部分及び複数の回路ランナー部分のうち少なくとも一つに接触した状態でスロットル本体に取り付けられていて、回路ランナー部分中で生じた熱を消散させるヒートシンクとを有している。
【0021】
本発明の上記利点及び特徴並びに他の利点及び特徴は、添付の図面、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲の記載から明らかになろう。
【0022】
〔好ましい実施形態の詳細な説明〕
次に図面を参照すると、図3及び図4は、複数のシリンダ及び吸気マニホルド50を備えた内燃機関(図示せず)における電子信号をルーティングする本発明の実施形態100、即ち、フレキシブル又はフレックス回路を示している。この実施形態は、(1)本体部分104及び本体部分から外方に延びる少なくともn個のアーム部分106を備えていて、本体部分が吸気マニホルド50の頂面52と形状が全体として一致し、各アーム部分が全体としてそれぞれのシリンダの近くに配置されたフレキシブル回路基板102、(2)本体部分104の少なくとも1つの表面及び各アーム部分106の少なくとも1つの表面の近くに(即ち、その下又はその内部に)配置された複数の導電性回路トレース108、及び(3)外部信号源、外部電力源、外部信号行き先及び外部電力行き先(これらまとめて、参照符号70で示されている)のうちの少なくとも1つに接続され、基板102に取り付けられると共に回路トレース108のうちの少なくとも1つに電気的に接続される入出力コネクタ110を有している。この実施形態では、各アーム部分106によって支持された各回路トレースは、少なくとも1つの電気的エンジン要素90、例えば、点火コイル、電子燃料噴射器、点火プラグ及び(又は)予熱プラグと電気的に接続可能な端子108tで終端している。さらに、この実施形態は、マニホルド50に固定されていて、燃料噴射器94に供給する燃料レール60を有するのがよい。
【0023】
基板102は好ましくは、実質的に可撓性の基板、例えば、フレックス回路を構成するのに用いられるポリエーテルイミド、ポリエステル又は他の材料のフィルム、シート又は積層品である。変形例として、基板102は、絶縁性、導電性及び(又は)誘電性材料の1以上の層が選択的に被着された(例えば、積層法、エッチング法又は他の追加法又は削減(除去)法により)1以上の金属箔又は金属シート(板金)から成っていてもよい。基板102は好ましくは全体として可撓性であるが、本体部分104は変形例として、残りの可撓性本体部分及び(又は)アーム部分に作動的に連結された少なくとも1つの剛性基板部分118(例えば、FR−4ドーターボード)を有していてもよい。これと同様に、本体部分104全体は、可撓性基板アーム部分106が作動的に取り付けられた剛性基板であってもよい。
【0024】
基板102は、これに設けられた回路トレース108に作動的に取り付けられた複数の電子部品114を有するのがよい。これら電子部品114は好ましくは、表面実装コンポーネント、例えば集積回路(IC)チップ、導線なしチップコンポーネント(LCC)、例えば抵抗及びキャパシタ、電力デバイス、相互連結装置、マイクロプロセッサ等である。他の別個の電子制御モジュール(これらモジュールとしては、エンジン制御モジュール、空気質量流量センサモジュール、アンチロックブレーキ制御モジュール、速度制御モジュール、スロットル制御モジュール、ヒューズボックスモジュール、排気ガス戻し(EGR)弁制御モジュール、エンジン温度センサ制御モジュールが挙げられるが、これらには限定されない)からコンポーネントを取得して、これらコンポーネントをこの実施形態のフレックス基板102上に集積することが可能である。これにより、もしそのようにしなければ個々のモジュール各々について必要な種々のハウジング、ワイヤ、ケーブル、ハーネス、バス、相互接続部、締結具等が不要であり、これらのうちから必要な部品(例えば、電子コンポーネント)だけをフレックス基板102上に設けることができ、これにより、パワートレインシステム全体についてのコスト、重量、スペース及び複雑さが減少するという利点が得られる。かくして、本発明は、パワートレイン制御エレクトロニクス(PCE)がパワートレインと一体の状態で、より詳細に説明すると、エンジンの吸気マニホルド内にパッケージ化されたパワートレインの作動を制御するシステム及び方法を提供する。
【0025】
基板102は、その本体部分104に設けられた穴116を更に有するのがよく、吸気マニホルド50の頂部又は吸気マニホルドダクト56の端部が、この穴を貫通することができる。基板102は又、吸気マニホルド50の頂面52に着脱自在に取付け可能であるのがよい。これは、例えば、基板をマニホルドに当接保持するための締結具を挿入できる穴を基板102に設けることにより、或いは、マニホルドに直接取り付けられる締結具(例えば、押しピン)を基板と一体に設けることにより達成できる。
【0026】
各アーム部分106は、その端部に設けられた剛性基板部材120を有するのがよく、この場合、各アーム部分106の各回路トレース108の端子は、図5に示すように剛性基板部材120上に設けられる。また、各アーム部分106の各回路トレース端子108tは、雄型プラグコネクタ122m、雌型ソケットコネクタ122f又は全体として平らな接触パッド122cpを有するのがよい。これらプラグコネクタ122m/122fを各アーム部分106の端部の剛性基板部材120に取り付けてもよく、或いはこれと一体に形成してもよいが、このようにするかどうかは任意である。
【0027】
導電性回路トレース108は、従来型剛性PCB及びフレックス回路に見受けられるもの、例えば、金属被覆又はかかる基板の平らな両側のうち一方又は両方に被着された銅又は導電性インキの経路と類似したものであるのがよい。トレース108は、基板102の表面に付着され、或いは、埋め込まれ、成形され又は基板の表面の下(即ち、基板の内部)に配置されたワイヤ又は他の電気導体であってもよい。
【0028】
1以上の基板回路トレース108(代表的には、多数のトレース)を1以上の外部電気要素70に接続するために入出力(I/O(i/Oとも表記する))コネクタ110が用いられている。エンジンの電気系統内の電気の流れに関する斜視図から、これら外部要素70は各々、I/Oコネクタ110に関して「上流側」源又は「下流側」行き先(又はこれら両方)であるのがよい。I/Oコネクタが接続されているこれら外部要素の各々への電気の流れ又はこれからの電気の流れは、「信号」強度(例えば、ミリアンペア、ミリボルト)又は「電力」強度(例えば、1+アンペア、1+ボルト)として表示できる。かくして、外部「電力源」は、12ボルト電池であり、「電力行き先」は、数アンペア/ボルトが作動するのに数アンペア/ボルトを必要とするソレノイドであり、「信号源」は、マイクロプロセッサから出力された150ミリボルトであり、「信号行き先」はこのマイクロプロセッサに入力される150ミリボルトである。さらに、I/Oコネクタ110に出入りする電気の流れは常時連続であってもよく、完結的/パルス化されたものであってもよく、或いはこれらの両方であってもよい。I/Oコネクタ110はそれ自体、可撓性の半剛性/剛性且つ可撓性、或いは剛性の基板102に作動的に連結できる当該技術分野で知られている多種多様なI/Oコネクタ形態のうちの任意のものであってよい。
【0029】
この実施形態は、図4に示すように、本体部分104の実質的に全て及び各アーム部分106の少なくとも一部を覆うことができるカバー152を更に有するのがよい。このカバー112は、プラスチック、金属、ガラス繊維等(又は、これらの組合せ)で作られたものであるのがよく、吸気マニホルド50に着脱自在に取付け可能であり、そして、下に位置する基板、トレース等の保護カバーとして役立つ。カバー112にはほぼ密封可能な穴を設けるのがよく、マニホルドの頂部又は吸気ダクトの端部が、この穴を通って延びることができる。
【0030】
この実施形態100は、その最も基本的な形態では、電気信号をルーティングしてこれらを配分し、エンジンの点火コイル、EFI、点火プラグ、予熱プラグ及び(又は)他の電気的エンジン要素90並びに車両の変速機を制御するための従来型パワートレイン制御システムで用いられているワイヤ、ケーブル、ハーネス、支持フレーム、パワートレイン制御回路及び他の関連要素に取って代わるように使用でき、かくして、エンジンシステム全体のコスト、スペース、重量及び複雑さが軽減される。上述したような1以上のエンジン制御モジュールから電子コンポーネントをさらに設けることにより、一段の軽減を達成することができる。さらに、本発明により可能になる上記の節約及び軽減は、パワートレインシステムの初期製造及び組立に関するだけでなく、パワートレインシステムの保守及び寿命にも関連している。この実施形態の使用の仕方に関する一例として、フレックス回路100は、(1)I/Oコネクタ110を介して信号及び電力を種々の外部源から取り入れ、(2)信号/電力を処理すると共に(或いは)これをフレックス回路それ自体の中で再ルーティングし、次に(3)I/Oコネクタ110とアーム部分回路トレースの両方を通って信号/電力フィードを種々の外部信号/電力行き先(例えば、ソレノイド入力、電動機接点、点火プラグ、点火コイル、予熱プラグ、EFI等)に送ってパワートレインの作動を制御することができるように電子コンポーネント(マイクロプロセッサ及び他の集積回路を含む)及び相互接続部を有する。
【0031】
この実施形態に関し、4つのシリンダ(即ち、n=4)を有するエンジンについて図6a〜図6cに示されるように多くの形態を想到できる。第1の例として、図6aに示すように、基板102は、各アーム部分106上又はその内部に設けられた回路トレース(図示せず)が、各アーム部分106のそれぞれのシリンダと関連した点火コイル、EFI、点火プラグ及び(又は)予熱プラグと電気的に接続可能な端子を有している正確に4つのアーム部分106(即ち、各シリンダについて1つずつ)を有するのがよい。この例では、各アーム部分106はそれぞれのシリンダと関連したランナー頂面54と形状がほぼ一致するのがよく、この場合、アーム部分は、それぞれのランナーの頂部に置かれ(そして、任意的にこれに取り付けられ)、そしてマニホルド52及びランナー54の頂部に置かれている本体及びアーム部分104/106と全体形状が一致したカバー112で覆われたものであるのがよい。第2の例では、図6bに示すように、基板102は、ちょうど4つのアーム部分106を有するのがよく、各アームは、さらに第1の枝部106′と第2の枝部106″にさらに分かれている。この場合、各第1の枝部106′上又はその内部に設けられた回路トレース(図示せず)は、点火コイルと電気的に接続可能な端子(例えば、雄型プラグコネクタ又は雌型ソケットコネクタ)を有し、各第2の枝部106″上又はその内部に設けられた回路トレースは、EFIと電気的に接続可能な端子を有している。第3の例では、図6cに示すように、基板102は、2n個のアーム部分106を有し、この場合、各アーム部分106の近くに位置する回路トレースは、点火コイル、EFI、点火プラグ及び予熱プラグのうちの1つに電気的に接続可能な端子を有している。本発明の範囲に属する他の多くの形態も実施可能である。何れの場合においても、一般に、フレックス回路基板102をマニホルド50の頂面52に予張りし、また、任意的に取り付けるのがよく、次に、上述したようなカバー112をフレックス回路102上に配置してマニホルド50に取り付けるのがよい。
【0032】
本発明の別の実施形態は、パワートレインを制御するための電気信号をルーティングする吸気マニホルドカバー200に関し、この場合、パワートレインは、図7〜図9に示すように、n個のシリンダ及び吸気マニホルド50を備えた内燃機関30を有している。この実施形態は、(1)吸気マニホルド50の頂面52と形状がほぼ一致していて、これに着脱自在に取付け可能な全体として剛性ハウジング230(図2に示す)、(2)ハウジング230から外方に延びる状態でハウジング230に取り付けられた少なくともn個のキャリヤ部材240(この場合、各キャリヤ部材は、それぞれのエンジンシリンダとほぼ近接した関係に配置されている)、(3)ハウジング230の表面232の上又はその下であって各キャリヤ部材230の上又はその内部に配置された複数の導電性回路トレース208、及び(4)外部信号源、外部パワー源、外部信号行き先及び外部電力行き先(これらはまとめて符号70で示されている)のうち少なくとも1つに接続可能な少なくとも1つの入出力コネクタ210を有し、各入出力コネクタ210は、ハウジング230に取り付けられると共に回路トレース208のうちの少なくとも1つに電気的に接続されている。実施形態200では、各キャリヤ240によって支持された各回路トレース208は、少なくとも1つの電気的エンジン要素90、例えば、点火コイル、EFI、点火プラグ及び(又は)予熱プラグに電気的に接続可能な端子208tで終端している。
【0033】
実施形態200は、実施形態100のフレックス基板102及びカバー112の特徴部の多くを組み合わせたものであるが、これら2つの要素を単に組み合わせただけのものではない。例えば、第1の実施形態100は、フレックス回路基板102を有しているが、この実施形態200は、必ずしもフレックス基板を有する必要はない。その代わりとして、本実施形態200のトレース208(及び電子コンポーネント214、例えば、集積回路及びこれに作動的に接続されたマイクロプロセッサ)をハウジング230の表面232(好ましくは、上面)に直接接続してもよく、それにより、フレックス基板が不要になる。当然のことながら、所望ならば可撓性基板及び(又は)剛性基板又は基板部分)を設けてもよく、トレース208及び電子コンポーネント214をフレックス回路基板に取り付けてもよく、この場合、この基板は、ハウジング230の下面又は他の表面232に取り付けられ、或いは、フレックス回路基板をまず最初に上面又は他の面232に取り付け、次に、トレース/コンポーネント208/214をこれに取り付けてもよい。
【0034】
全体として剛性のハウジング230は、幾分可撓性であってもよい(好ましくは可撓性である)。これは、取扱いの際(例えば、製造及び取付け中)その形状を全体として維持することができるが、例えば大抵の熱成形プラスチック部品の場合と同様に、幾分かの保有の可撓性を示すことができるので「全体として」剛性とのように記載してある。
【0035】
実施形態100と同様、実施形態200は、多くの互いに異なるが関連した形態をとることができる。例えば、図7に示すように、各キャリヤ部材240は、1以上の回路トレース208が被着され又は収納された電気絶縁性可撓性基板であってもよい。フレックス基板材料はこの場合、可撓性エラストマー、例えば、シリコーンであってもよく、或いは、ポリエステル、ポリエーテルイミド又は他の適当な材料で作られたものであってもよい。これらキャリヤ部材240を、ハウジング230の横方向縁部及び(又は)下面又は他の表面に接着剤、機械的締結具、鋳込み法等で取り付けるのがよく、これらキャリヤ部材は、信号/電力を少なくともI/Oコネクタ210と電気的エンジン要素90、例えば点火コイル、EFI、点火プラグ及び(又は)予熱プラグとの間で伝えるのに役立つ。例えば、各キャリヤ部材240は、I/Oコネクタ210及び(又は)任意的に用いられるエレクトロニクス214から信号/電力を、キャリヤ部材のそれぞれのシリンダと関連した点火コイル及び(又は)EFIに伝えるのに役立つことができる。
【0036】
ハウジング230は、本体部分230b及び本体部分から外方に延びる少なくともn個のアーム部分230aを有するのがよく、この場合、本体部分は、マニホルド50の頂面52と形状が全体として一致しており、各アーム部分230aは、図7に示すカバーの左側側部上に示されているようにそれぞれのシリンダと全体として近接した関係に配置される。変形例として、ハウジング230は、今説明したばかりの本体部分230b及び図8に示すカバーの右側の側部上に示されたように本体部分の一方の側縁部又は両方の側縁部のところで本体部分から外方に延びる少なくとも1つのシュラウド部分230sを有していてもよい。これら2つの形態のハウジングのいずれにおいても、アーム部分/シュラウド部分230a/230sは好ましくは、本体部分230sと一体に作られ、かくして、成形を容易に行うことができる単一部品が構成される。これら2つの形態では、各キャリヤ部材240は好ましくは、これに対応したアーム部分230a又はシュラウド部分230sに取り付けられるが、変形例として、これを本体部分230bに取り付けてもよい。
【0037】
各キャリヤ部材240及び(又は)(もし設けられていれば)各アーム部分230aを、それぞれのシリンダに全体として適合するよう構成するのがよい。変形例として、別個に設けないで幾何学的に類似したアーム部分230aとキャリヤ部材240を設ける代わりに、これら両方の特徴を、各キャリヤ部材240がハウジング230の外方に延びる一体アーム部分である形態を構成するよう組み合わせてもよい。即ち、回路トレースを支持し又は収納したキャリヤ部材を別々の対応関係をなすアーム部分230a又はシュラウド部分230sに取り付けないで、回路トレースを各アーム又はシュラウド部分230a/230sの下面(又は他の表面)上又はその内部に設けてもよく、各アーム/シュラウド部分は両方とも、本体部分230bから外方に延び、図9に示すようにアーム部分及びそれぞれのシリンダと関連した回路トレース208のキャリヤとして役立つ。
【0038】
本発明の別の実施形態300においても、吸気マニホルドカバー302は、図10に断面で示されており、この吸気マニホルドカバーは、(1)吸気マニホルド50の頂面52と形状が全体と一致していて、これに着脱自在に取付け可能であり、全体として各シリンダ上に延びる全体として剛性のハウジング330、(2)ハウジングの下面又は他の表面上又はその内部に配置されていて、各シリンダと全体として近接して延びる複数の導電性回路トレース308、(3)外部信号源、外部電力源、外部信号行き先及び外部電力行き先のうち少なくとも1つに接続可能であり、回路トレース308のうち少なくとも1つに電気的に接続された状態でハウジング330に取り付けられた少なくとも1つの入出力コネクタ、及び(4)ハウジング330内に鋳込み成形された少なくともn個の電気コネクタ350を有し、各コネクタ350は、回路トレース308のうち少なくとも1つに接続されていて、ハウジング330を吸気マニホルド50に取り付けると、電気的エンジン要素、例えば電子燃料噴射器94に直接接続可能にハウジング330内に配置されている。各シリンダ上に延びるハウジング部分は、図9と類似した一体アーム又はシュラウド部分を有するのがよい。
【0039】
図10に示すように、吸気マニホルドカバー302は、ハウジング330と一体の少なくとも1つの燃料レール360を更に有するのがよく、各燃料レールは、燃料レールとこれに接続可能な各EFIとを密封可能に流体連通させるよう少なくとも1つの電子燃料噴射器94に直接且つ密封自在に連結できる。このましくは、カバー302は、形成プラスチックで作られ、このカバーは、傾斜(スラント)型又はインライン型エンジンのための1つの燃料レール360又はV型エンジンのための2つの燃料レール360のいずれかを有している。燃料レール360は、ハウジング330内に成形されたインサートである従来型金属製燃料レールであってもよく、或いは(図10に示すように)ロストコア(lost−core )又は他の成形方法によりハウジング330内に形成された金属被覆又は非金属被覆チャネルであってもよい。
【0040】
本実施形態のマニホルドカバー302は、ハウジング330内に設けられたn個の電気コネクタ350を有するのがよい。各コネクタ350は、ハウジング330を例えば吸気マニホルド50の頂部に配置してこれに取り付けると、関連の電子燃料噴射器94の対をなす相手方の電気コネクタ部分94cと直接連結可能である。
【0041】
少なくとも回路トレース308のサブセットを、ハウジング330内に鋳込み成形してもよく、この回路トレースサブセットは、金属打抜き材、フレックス回路又はハウジング内の網状ワイヤであるのがよい。好ましくは、このトレースサブセットは各々、少なくともn個の電気コネクタ350に作動的に接続される。
【0042】
この実施形態の1つの利点は、カバー300を上述の電気コネクタ350がこれらとそれぞれ対応した関係にある電気的エンジン要素90に直接装着した状態で、マニホルド50に装着してこれに取り付けることができるということにある。例えば、カバーにはコネクタ350を鋳込み成形することができ、これらコネクタは、カバーをマニホルド50上に下降させてこれに取り付けると、コイル及びEFIをこれらの電力/信号源に接続するための追加の工程又は相互連結コンポーネント(例えば、ワイヤ、ハーネス又はケーブル)を必要としないで、n個の点火コイル及びn個の燃料噴射器の対をなす相手方の電気コネクタ部分と直接同時に嵌合することができる。上述のように燃料レール360を加えることにより、複雑さ及び取付け上の労力が一段と軽減される。
【0043】
次に、図11を参照すると、従来型吸気マニホルド400が示されている。当該技術分野で周知のように、吸気マニホルド400は、スロットル本体402、燃料レール404及びマニホルドハウジング408に取り付けられた複数の燃料噴射器を有している。好ましくは、マニホルドハウジング408は、軽量プラスチックで作られている。吸気マニホルド組立体400は、従来通り、適当な空燃混合気を車両エンジンのシリンダに供給する。電子制御燃料噴射器及びコイル並びにスロットル本体402に接続された電源、ハウジング408に結合された他のセンサ及び弁は、従来方法でマニホルドワイヤハーネス(図示せず)に相互連結されている。作用を説明すると、外気をマニホルドハウジング408内に引き込んで、複数のエンジンシリンダへの種々の空気ダクト及び通路(図示せず)内へ差し向ける。
【0044】
次に、図12a〜図12cを参照すると、本発明の一体型電子パワートレイン制御マニホルドの好ましい実施形態が示されている。具体的に説明すると、図12aは、マニホルドハウジング506に結合されている電子基板504に取り付けられたパワートレイン制御エレクトロニクス502を備えた一体型電子マニホルド組立体500を示している。制御エレクトロニクス502は、集積回路、記憶装置チップ(例えば、読出し専用記憶装置及びランダムアクセス記憶装置)、論理回路(論理デバイス)、プログラム可能論理デバイス、マイクロプロセッサ、別個の電気コンポーネント及びこれらに類似したデバイスを含む。基板504は、主部分508及びランナー部分510を有している。一般に、パワートレイン制御エレクトロニクスは、実質的に主部分508上に配置されるが、追加の電子回路及びコンポーネントは、ランナー部分510に沿って設けられるのがよい。ランナー部分510は、種々の電気装置、例えば燃料噴射器512及びコイル相互接続部514並びにマニホルドハウジング506上又はこれに隣接して設けられた他のセンサ及び電気装置を相互に接続する。
【0045】
主部分508は好ましくは、基板504を受け入れるようになった表面518を備えるスロットル本体516に取り付けられる。スロットル本体516の表面518は、電気コンポーネント502によって放出された熱エネルギを引き込むヒートシンク517を有している。かくして、本発明は、過熱を防止するパワートレイン制御エレクトロニクスを冷却するシステムを構成する。マニホルドハウジング506は、マニホルドハウジング506の頂面522に沿って長手方向に延びる支持面520を更に有している。支持面520は、制御エレクトロニクスを実装したランナー510を担持するようになっている。
【0046】
図12bに示すように、一体型電子マニホルド組立体の変形実施形態が、全体を符号600で示されている。組立体600は、スロットル本体604に結合されたマニホルドハウジング602を有している。本実施形態では、電子基板606が、スロットル本体のヒートシンク表面608上でスロットル本体604に取り付けられている。ヒートシンク表面608は一般に、典型的には導電性材料で作られたスロットルハウジング610から作られる。基板606は、電子コンポーネント、例えば、集積回路、論理デバイス、アナログ及びディジタル回路、メモリーモジュール及び別々のコンポーネントを受け入れ、これらコンポーネントを作動的に相互に接続してこれらの間に電気的な連絡状態を生じさせるように構成されている。例えば、基板606は、車両パワートレインの作動を制御する制御エレクトロニクス及び回路構成612を有している。本実施形態では、基板606は、車両パワートレインを制御するのに用いられる電子装置のすべてを収納した主基板部分614を有している。加うるに、基板606は、種々の電気コンポーネント及び装置、例えば燃料噴射器620内の制御回路612と電気信号のやり取りをする電気回路トレース618を有するランナー部分616を有し、例えばコイル622を相互に接続する。かくして、本発明は、中央に位置したパワートレイン制御回路を構成し、遠隔配置される電子装置及びコンポーネントを不要にし、これは、特に自動車環境では望ましい。
【0047】
次に図12cを参照すると、本発明の一体型電子マニホルド組立体のさらに別の実施形態が示されている。一体型電子吸気マニホルド組立体700が、スロットル本体704に結合されたマニホルドハウジング702を有する状態で示されている。先の実施形態の場合と同様、車両パワートレインの作動を制御する電子制御回路及びコンポーネント708を受け入れる基板706が設けられている。基板706は、主部分710及びランナー部分712を有している。ヒートシンク表面が、マニホルドハウジング702と熱的に連絡した状態で基板706の下に設けられている。かくして、基板706及び電子回路708は、マニホルド702を通る空気によって冷却される。主部分710は、電子コンポーネント及び回路の実質的にすべてを有し、ランナー部分712は一般に、主部分710及び種々の電気装置と電気信号のやり取りをする回路トレース714を有している。かかる装置としては、例えば、燃料噴射器、コイル、弁、スイッチ類等が挙げられる。
【0048】
本発明の種々の他の設計変更例は疑いもなく、当業者に想到されよう。例えば、V型エンジンだけが図示されているが、本発明は、傾斜型エンジン、インライン型エンジン、ロータリーエンジン等にも関連している。また、本発明は、ガソリン内燃機関とディーゼル内燃機関の両方に関連すると共にハイブリッド電気/内燃機関に関連している。本発明は、点火プラグ、予熱プラグ又は圧縮点火専用方式のエンジン、キャブレタ、EFI又は他の関連システムを有するエンジン、及び中央ディストリビュータ、コイルオンプラグ(coil−on−plug)及び他の関連した火花作動システムを有するエンジンに利用できる。さらに、アーム部分、シュラウド部分及びキャリヤ部材をカバー、ハウジング又は本体部分に連結され又はこれを一体のものとして上述したが、アーム部分、ランナー部分、シュラウド部分及びキャリヤ部材をこれらの関連したカバー、ハウジング又は本体部分に例えば対をなす雄型/雌型電気コネクタを用いることにより着脱自在に接続できることは、本発明の範囲に属する。また、ハウジング又はカバーは、幾分かの量の空気を吸気ダクトから回路トレース及び任意的に用いられる電子コンポーネントを横切って差し向けて作動中これら要素を冷却するのに役立つようにするためのルーバ、羽根等を有してもよい。さらに、アーム部分、ランナー部分及びキャリヤ部材を点火コイル、EFI、点火プラグ及び予熱プラグに連結されるものとして種々の形態で説明したが、これら4つの特に取り上げて説明した要素に代えて又はこれに加えて他の電気的エンジン要素、例えば、エンジンセンサ、天候センサ、ソレノイド、スイッチ類等を使用すること、そして信号を本発明に送るにせよこれから受け取るにせよ、いずれにせよこのことは、本発明の範囲に属する。
【0049】
加うるに、本明細書で種々の形で用いる「信号」という用語は、間欠的なパルス又は連続した非パルス状形態で送るにせよ受け取るにせよ、いずれにせよ、比較的低い電圧/低いアンペア数のトリガ信号と比較的高い電圧/高いアンペア数の電力フィードの両方を含むことは理解されるべきである。最後に、本発明は、上述の実施形態と類似しているが、アーム部分を備えておらず、或いはn個未満のアーム部分を有し、また、必ずしも、全体として任意のエンジンシリンダに近接して位置し又はこれと関連した任意の要素を有する必要はないフレックス回路を更に有する。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及びその均等範囲によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
従来型エンジン吸気及び電気制御システムの分解図である。
【図2】
従来型エンジン吸気及び電気制御システムの平面図である。
【図3】
本発明の実施形態としての種々の自動車システムを制御するフレキシブル/セミフレキシブル回路の平面図である。
【図4】
本発明の実施形態としてのフレキシブル回路及び吸気マニホルド組立体の分解図である。
【図5】
本発明の実施形態のアーム部分及び端子の平面図である。
【図6a】
本発明の別の実施形態の平面図である。
【図6b】
本発明の別の実施形態の平面図である。
【図6c】
本発明の別の実施形態の平面図である。
【図7】
本発明の他の実施形態の平面図である。
【図8】
本発明の他の実施形態の平面図である。
【図9】
本発明の他の実施形態の平面図である。
【図10】
本発明の一体型パワートレイン制御モジュールハウジングが取り付けられた吸気マニホルドの断面側面図である。
【図11】
従来型吸気マニホルド及びスロットル本体の斜視図である。
【図12a】
吸気マニホルドに固定された本発明の実施形態の斜視図である。
【図12b】
吸気マニホルドに固定された本発明の実施形態の斜視図である。
【図12c】
吸気マニホルドに固定された本発明の実施形態の斜視図である。
Claims (10)
- 内燃機関において電気信号をルーティングする一体型マニホルド組立体であって、新鮮な空気を内燃機関中へ引き込む吸気マニホルドと、内燃機関の吸気マニホルドに固定可能な主回路部分と、主回路部分から延びていて、主回路部分と複数のエンジンコンポーネントを互いに接続する複数の回路ランナー部分と、主回路部分及び複数の回路ランナー部分のうち少なくとも一方に接触した状態で吸気マニホルドに取り付けられていて、回路ランナー部分中で生じた熱を消散させるヒートシンクとを有していることを特徴とする組立体。
- 吸気マニホルドは実質的に、プラスチックで構成されていることを特徴とする請求項1記載の組立体。
- ヒートシンクは、熱伝導性材料で構成されていることを特徴とする請求項1記載の組立体。
- 主回路部分は、電気導体及び電気装置を支持する可撓性基板を更に有していることを特徴とする請求項1記載の組立体。
- 主回路部分は、可撓性基板及び電気導体及び電気装置を支持する剛性基板を更に有していることを特徴とする請求項1記載の組立体。
- 主回路部分は、吸気マニホルドに取り付けられているヒートシンクと接触していることを特徴とする請求項1記載の組立体。
- 複数の回路ランナー部分は、吸気マニホルドに取り付けられたヒートシンクと接触していることを特徴とする請求項1記載の組立体。
- 主回路部分及び複数の回路ランナー部分は、吸気マニホルドに取り付けられたヒートシンクと接触していることを特徴とする請求項1記載の組立体。
- 複数の電気導体及び複数の電気装置を更に有し、複数の電気装置は、主回路部分に取り付けられ、複数の電気導体は、主回路部分及び複数の回路ランナー部分に取り付けられていることを特徴とする請求項1記載の組立体。
- 複数の電気導体及び複数の電気装置を更に有し、複数の電気装置及び複数の電気導体は、主回路部分及び複数の回路ランナー部分全体にわたって取り付けられていることを特徴とする請求項1記載の組立体。
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