JP2013251415A - エンジンコントロールユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】水、薬品、振動、熱、ノイズ等による問題の発生を抑制できるエンジンコントロールユニットを提供する。
【解決手段】ＥＣＵは、マイコン２１が搭載された略長方形のプリント回路基板１を備える。プリント回路基板１には、その長手方向に沿う一つの側縁部に接続端子５が並べて設けられたコネクタ部２を備える。コネクタ部２の接続端子は、設定位置を境に長手方向の一方側が入力用の接続端子５ａとされ、他方側が出力用の接続端子５ｂとされている。プリント回路基板１には、その長手方向の略中央部にマイコンが配置されている。長手方向の一方側に入力インターフェース回路２２としての電子部品が配置され、他方側に出力インターフェース回路２３としての電子部品が配置されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、マイクロコントローラが実装されたプリント回路基板を備え、オートバイ等の車両や、エンジンを備える各種汎用機で使用可能なエンジンコントロールユニットに関する。
自動車のＦＩ（フューエル インジェクション）システムでは、燃料噴射系の制御にエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと略す場合がある）が用いられる。近年、オートバイ（例えば自動二輪車、原動機付自転車）でもＥＣＵが用いられるようになっているとともに、より小型なオートバイでもＥＣＵが用いられるようになった。なお、ＥＣＵは、燃料噴射系の制御として、例えば、燃料噴射装置における燃料噴射タイミングの制御と、燃料の噴射量を制御するとともに、点火機構（点火プラグ）の点火時期の制御とアイドル回転数（アイドルスピードコントロール）の制御を行う。また、四輪自動車を含む車両の車種によって、燃料噴射を含む燃料系統の制御、点火機構の制御以外に、例えば、吸排気系統、動弁機構、始動制御、その他の制御を行う場合がある。
このような制御を行うＥＣＵは、例えば、マイクロコントローラ（マイコン）が実装されるとともに、一つの側縁部が複数の接続端子を有する雄型のコネクタ部とされたプリント回路基板と、このプリント回路基板のコネクタ部以外の部分を覆って収納するケースを備える（例えば、特許文献１参照）。
ＥＣＵのプリント基板のコネクタ部は、車両側の雌型のコネクタに接続される。車両側のコネクタは、車両に設けられて信号を出力する各種センサや、制御される車両の装置（被制御装置）からの配線がまとめて接続されている。
特開平８−３１６６５０号公報
ところで、車両に搭載されるＥＣＵ、特にオートバイに搭載されるＥＣＵにおいては、雨水の侵入、走行時の振動や衝撃、走行時等に接触する虞のある薬品の問題や、ＥＣＵの熱の問題、各種ノイズの問題等がある。また、オートバイにおいては、車両が小型になるほど、ＥＣＵの搭載スペースに対する制約がきつくなり、ＥＣＵの小型化が求められる。また、ＥＣＵには、各種センサから低電圧の信号が入力する部分と、被制御装置の制御のための比較的大きな電流を出力する部分とが混在し、大きな電流を流す部分で生じる熱やノイズが、低電圧の信号が入力する部分に悪影響を与えるという問題がある。
本発明は、前記事情に鑑みて為されたものであり、水、薬品、振動、熱、ノイズ等による問題の発生を抑制できるエンジンコントロールユニットを提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明のエンジンコントロールユニットは、マイクロコントローラが搭載された略長方形のプリント回路基板を備えるエンジンコントロールユニットであって、
前記プリント回路基板の長手方向に沿ったこのプリント回路基板の一つの側縁部は、この側縁部の少なくとも一面側に、前記長手方向に沿って並んで設けられた複数の接続端子を有するコネクタ部とされ、
前記コネクタ部には、前記長手方向の設定された位置を境にして前記長手方向の一方側に信号入力用の前記接続端子が設けられ、前記長手方向の他方側に制御出力用の前記接続端子が設けられ、
前記プリント回路基板には、前記長手方向の略中央部に前記マイクロコントローラが設けられ、かつ、前記プリント回路基板の前記長手方向の略中央部を境として前記長手方向の一方側に前記信号入力用の前記接続端子に接続されるとともに前記マイクロコントローラに接続される入力インターフェース用部品が設けられ、前記長手方向の他方側に前記制御出力用の前記接続端子に接続されるとともに前記マイクロコントローラに接続される出力インターフェース用部品が設けられていることを特徴とする。
このような構成によれば、例えばＥＣＵのプリント回路基板において、例えば長手方向に沿った一つの側縁部が複数の接続端子が長手方向に沿って並んだコネクタ部となる。この場合、長方形のプリント回路基盤において、例えば、車両等のエンジンを備える装置側のコネクタ装置（エンジン装置側コネクタ装置）に接続されるコネクタ部に沿ったプリント回路基板の長さがそれに直交するプリント回路基板の奥行きより長くなる。
したがって、プリント回路基板のエンジン装置側コネクタ装置に接続される部分の幅がプリント回路基板の奥行きより長くなり、長い距離に渡って、プリント回路基板がエンジン装置側コネクタ装置に接続されることにより、振動に対して強い構造になる。すなわち、プリント回路基板を支持する接続部分（コネクタ部）の幅が長く、プリント回路基板の上述の接続部分から離れる方向の距離（奥行き）が短いので、接続部分でのプリント回路基板（ＥＣＵ）を支持する強度を高めることができるとともに、振動時や衝撃時にＥＣＵが振れることにより上述の接続部分に作用する応力を低減できる。なお、ＥＣＵは、プリント回路基板が主な構成部品であり、プリント回路基板の縦横の長さにより縦横の長さがほぼ決まることになる。
また、プリント回路基板のコネクタ部が、プリント回路基板の長手方向に沿った側縁部に設けられているので、短い方の側縁部にコネクタ部を設けた場合よりも、接続端子を多く設けることができる。これにより、接続端子が不足するのを防止できる。また、余った接続端子を予備の接続端子とすることができ、ＥＣＵを複数種設ける場合や、ＥＣＵを改良して新たに製造するような場合に、現状より接続端子数の多いコネクタ部が必要となっても、現状の形状のコネクタ部のまま対応することができる。すなわち、現状よりグレードの高いＥＣＵを製造したり、改良されたＥＣＵを製造したりする際に、必要な接続端子の数が増加してもコネクタ部の形状が変わらないので、ＥＣＵが新しくなっても、エンジン装置側コネクタ装置側のコネクタの形状を変更しなくてもよい。
また、コネクタ部では、上述のように、設定位置の一方側に信号入力用の接続端子が配され、他方側に制御出力用の接続端子が配される。また、プリント回路基板の長手方向の略中央部に信号の入出力を行うマイコンが配置され、センサ等から入力する信号をマイコンに入力させる入力インターフェース用部品が、プリント回路基板の長手方向の一方側に配置され、被制御装置に制御用の信号（や電力）を供給する出力インターフェース用部品がプリント回路基板の長手方向の他方側に配置される。
また、これによって、プリント回路基板には、その長手方向の略中央部より一方側に、信号入力用の接続端子と、入力インターフェース用部品と、マイコンとを接続する配線パターンが配置される。また、プリント回路基板には、その長手方向の略中央部より他方側に、制御出力用の接続端子と、出力インターフェース用部品と、マイコンとを接続する配線パターンが配置される。
このように、信号の入出力を行うマイコンを中心として、電子部品、接続端子、配線パターンが、入力側と、出力側に分けられることにより、電子部品、配線パターンの配置のスペース効率を最適化することができ、プリント回路基板の面積の低減を図ることができる。これにより、ＥＣＵの小型化を図ることができる。
また、出力側は、被制御部品に対して比較的大きな電力を供給するので、発熱するとともにノイズが発生し易い状況となっているが、出力側の電子部品および配線パターンと入力側の電子部品および配線パターンが分かれて配置されているので、入力側の電子部品および配線パターンが、出力側の熱やノイズの影響を受けずらい構造とすることができる。
また、上述のように配線パターンのスペース効率が向上していることにより、配線パターンにおける配線の距離が短くなっており、さらにノイズの影響を受けづらい構造になっている。
本発明の上記構成において、前記プリント回路基板のコネクタ部を除く部分がトランスファ成形された樹脂により覆われて封止されていることが好ましい。
このような構成によれば、プリント回路基板のコネクタ部を除く部分がトランスファ成形されたモールド樹脂により封止されているので、耐水性、耐薬品性に優れる。また、電子部品がモールド樹脂で覆われることにより、熱がこもり易くなる虞があるが、上述のように出力側の電子部品や配線パターンと、入力側の電子部品や配線パターンとを分けて配置しているので、入力側の信号入力関係の電子部品が熱の影響を受けるのを抑制することができる。
また、モールド樹脂は、比較的大きな弾性を有するとともに、成形時に比較的高い収縮率で収縮してひずみが生じることから、成形後に応力が生じる。したがって、モールド樹脂部分の体積が大きいと、成形後に反りが生じる虞がある。そこで、プリント回路基板は、モールド樹脂のサイズを小さくするために、面積が小さいことが好ましく、上述のスペース効率の高い配置とすることによって、プリント回路基板の面積を小さくすることにより、モールド樹脂のサイズを小さくして、反りの発生を抑制することが好ましい。
本発明の上記構成において、前記プリント回路基板は、４層以上とされ、前記入力インターフェース用部品が接続される小電力用グラウンドが設けられる層と、前記出力インターフェース用部品が接続される大電力用グラウンドが設けられる層とを分けていることが好ましい。
このような構成によれば、４層以上の層を有する基板において、入力インターフェース用部品が接続される小電力用グラウンドが設けられる層と、出力インターフェース用部品が接続される大電力用グラウンドが設けられる層とを分けているので、出力側の熱やノイズが入力側に影響するのを防止できる。
本発明によれば、ＥＣＵを、走行時の振動や衝撃に強い構造とすることができる。また、大きな電流を流す場合がある出力側の電子部品と入力側の電子部品とを分けて配置することにより、電子部品および配線パターンのスペース効率を向上し、かつ、出力側の電子部品等で生じる熱やノイズが、入力側の電子部品に影響するのを防止できる。
本発明の実施形態のＥＣＵのプリント回路基板を示す平面図である。 前記ＥＣＵを示す斜視図である。 前記ＥＣＵを示す上面図である。 前記ＥＣＵを示す底面図である。 前記ＥＣＵを示す正面図である。 前記ＥＣＵを示す側面図である。 前記プリント回路基板の概略構成を示すブロック図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
この実施形態のＥＣＵは、例えば、車両としてのオートバイに用いられるもので、ＦＩシステムで燃料噴射装置の燃料噴射タイミングおよび燃料の噴射量と、アイドル回転数（アイドルスピードコントロ−ルバルブ）と、点火機構の点火時期を制御するＥＣＵである。このＥＣＵには、例えば、燃料噴射装置、燃料ポンプ、アイドルスピードコントロ−ルバルブの駆動装置、イグニッションコイルの駆動回路等の被制御装置が接続され、これらの制御のために、例えば、クランク角センサ、吸気温度センサ、吸気圧センサ、エンジン温度センサ、スロットルセンサ等のセンサが接続されている。
このようなＥＣＵは、図１に示すプリント回路基板１を備え、図２〜図６に示すように、このプリント回路基板１には、後述のコネクタ部２を除く部分を覆って封止するモールド樹脂３がトランスファ成形により設けられている。なお、図１には、図示されていないが、プリント回路基板１が、二つの側面を有し、各側面に回路パターンが形成されているとともに、電子部品が実装されている。なお、ここでは、プリント回路基板１の一方の側面を表面とし、他方の側面を裏面とする。なお、表面と裏面とを入れ替えてもよい。
プリント回路基板１は、４層基板であり、例えば、２つの露出する側面である２つの層と、内部の２層とを備え、露出している２つの層には、配線パターンが設けられるとともに電子部品が実装されている。内部の２層は、それぞれ電源およびグラウンド用のパターンを備える層となっている。
プリント回路基板１は、略長方形（矩形）であり、短い辺に対して長い辺が例えば１．１倍以上となっており、この実施形態では、１．８倍程度（１．６倍から２倍程度）となっているが、それ以上の倍率であってもよい。
この略長方形のプリント回路基板１の長手方向に沿った側縁部（長い方の側縁部）の一つがコネクタ部２となっている。コネクタ部２には、その両面に、プリント回路基板１の長手方向に沿って複数の接続端子５が等間隔に並んで設けられている。また、プリント回路基板１のコネクタ部２の左右には、半円状の切欠部８が設けられ、この切欠部８からプリント回路基板１のコネクタ部２側の側縁までがコネクタ部２とされ、モールド樹脂３から露出するようになっている。
また、コネクタ部２には、プリント回路基板１の長手方向の中央部の近傍で、中央から少しずれた位置に、コネクタ部２の側縁側に開放し、プリント回路基板１の長手方向と直交する方向に沿って長いスリット６が設けられている。スリット６の前記長手方向に沿った幅は、接続端子５が一つ配置可能な長さとなっているが、スリット６があるので、接続端子５が配置されず、このスリット６を挟んで配置される接続端子５どうしの間隔は、他の部分より長くなっている。また、コネクタ部２はプリント回路基板１の一部として板状の部材であり、コネクタ部２の両面（表裏面）にそれぞれ設けられる接続端子５は、例えば、銅メッキ等の金属であり、コネクタ部２の表裏面に固定されている。
なお、スリット６は、プリント回路基板１へのモールド樹脂３の成形時や、プリント回路基板１のコネクタ部２の車両側コネクタへの接続時に、プリント回路基板１の表裏面を判別できるように、コネクタ部２のプリント回路基板１の長手方向の中央に対して少しずれた位置にオフセットして配置されている。
コネクタ部２以外の部分は、図２〜図６に示すように、モールド樹脂３で覆われている。モールド樹脂３内部は、基本的にできるだけ空隙がないように成形され、すなわち、中実に成形されている。モールド樹脂３は、プリント回路基板１のコネクタ部２を除く部分の表裏面とコネクタ部２を除く、三つの側縁部を覆うように形成されている。
モールド樹脂３は、肉厚の板状に成形されるとともに、プリント回路基板の短い側の側縁部の側面が略半円柱状に湾曲した形状とされている。したがって、モールド樹脂３をプリント回路基板１のコネクタ部２が露出する正面側から見ると、左右の側面が半円状になっている。
また、モールド樹脂３の厚さの略半分となる位置にプリント回路基板が配置されている。
また、モールド樹脂３の表面（上面）には、ＥＣＵのコネクタ部２が接続される車両側コネクタ（図示略）に設けられ、ＥＣＵのモールド樹脂３の外周を覆う筒状のカバーの係止孔に係止される係止用凸部７が設けられている。これにより、ＥＣＵのコネクタ部２が車両側コネクタから外れないようにされている。
また、モールド樹脂３の左右側面には、それぞれ、前記カバーの内周面に設けられ、カバー内へのＥＣＵの挿入をガイドするためのガイド部にガイドされるリブ状のガイド凸部１２が設けられている。また、モールド樹脂３の表面に一対の凸部１０が設けられ、モールド樹脂３の裏面に一対の凸部１１が設けられ、これら凸部１１，１２は、カバーの内周面に略当接した状態とされている。これら凸部１０，１１．と、ガイド凸部１２と、係止用凸部７とにより、カバー内のＥＣＵの移動（振れ）が規制されている。
このようなＥＣＵにおいて、プリント回路基板１では、図７のブロック図に示すように電子部品（図示略）が配置されて表面実装されている。
長方形のプリント回路基板１には、上述のようにプリント回路基板１の長手方向に沿った一つの側縁部に長手方向に沿って並べて設けられた接続端子５を有するコネクタ部２が設けられている。このコネクタ部２において、プリント回路基板１の長手方向の設定位置として、長手方向の略中央部に配置されたスリット６を境に長手方向の一方側（図７中右側）の接続端子５は、例えば、上述の各種センサからの配線が接続されてセンサからの信号が入力される信号入力用の接続端子５ａとされている。なお、入力用の接続端子５ａには、配線が接続されていない予備の接続端子がある。予備の接続端子は、例えば、ＥＣＵの仕様が変更された新たな製品で利用される場合がある。
また、コネクタ部２において、プリント回路基板１の長手方向の設定位置としてのスリット６を境に長手方向の他方側（図７中左側）の接続端子５は、例えば、上述の燃料噴射装置等のＥＣＵに制御される被制御装置へ制御用出力として制御信号や駆動電力等を出力するための制御出力用の接続端子５ｂとされている。なお、制御出力用の接続端子５ｂにも、配線が接続されていない予備の接続端子がある。予備の接続端子は、例えば、ＥＣＵの仕様が変更された新たな製品で利用される場合がある。
プリント回路基板１には、例えば、上述の燃料噴射装置等の被制御装置の制御を行うための周知のマイコン２１が設けられている。マイコン２１は、プリント回路基板１の一方の側面（たとえば表面）の長手方向の略中央部に配置される。マイコン２１は、例えば、ＣＰＵコアを備えるとともに、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを備えた例えばワンチップマイコンである。
上述の各種センサからの信号が、信号入力用接続端子５ａと、入力インターフェース回路２２になる入力インターフェース用部品と、プリント回路基板１に設けられた配線パターンとを介してマイコン２１に入力されるようになっている。
この入力インターフェース回路２２となる複数の電子部品（一つの電子部品であってもよい）は、プリント回路基板１の長手方向の略中央部よりこの長手方向の一方側（図７中右側）に配置されている。この入力インターフェース回路２２になる複数の電子部品は、例えば、外部から入力される信号をマイコン２１の入力端子から入力可能な形態に変換するものである。基本的に入力インターフェース用の電子部品は、０．５Ｖ等の低電圧の信号を扱うもので、高い電流を必要とせず、小電力で作動する。
また、マイコン２１から上述の各種の被制御装置に、これら被制御装置を制御するための制御信号や被制御装置を駆動するための駆動電力が、マイコン２１から出力インターフェース回路２３になる出力インターフェース用電子部品と、プリント回路基板１に設けられた配線パターンとを介して、制御出力用接続端子５ａから被制御装置に出力されるようになっている。
この出力インターフェース回路２２となる複数の電子部品（一つの電子部品であってもよい）は、プリント回路基板１の長手方向の略中央部よりこの長手方向の他方側（図７中左側）に配置されている。この出力インターフェース回路２２となる電子部品は、マイコンから出力される制御用信号に基づいて、被制御装置に対応した制御信号や駆動電流を出力するものである。この出力の電流は、場合によっては、例えば、２アンペア近いものとなる可能性がある。
また、４層基板であるプリント回路基板１において、入力インターフェース回路２２としての入力インターフェース用部品のグランドの端子が接続される上述のグラウンドが設けられる内部の層と、出力インターフェース回路２３としての出力インターフェース用部品のグランドの端子が接続されるグランドが設けられる内部の層とは、別の層とされている。
プリント回路基板１は、表面の層と、裏面の層との両方に電子部品を実装可能であり、例えば、表面にマイコン２１が実装されるとともに、入力インターフェース用部品および出力インターフェース用部品が上述のように実装され、裏面側においても、入力インターフェース用部品と、出力インターフェース用部品とが上述のように長手方向の一方側と他方側に分けて配置される。
このようなＥＣＵにあっては、比較的大きな電力を扱う出力インターフェース回路２３側では、発熱による温度上昇やノイズの発生量が入力インターフェース回路２２側より大きくなり、これが入力インターフェース側に悪影響を与える可能性がある。それに対してこの実施形態では、上述のように、入力側の接続端子５ａ、基板上の入力側の配線パターン、入力側の電子部品（入力インターフェース回路２２）とが配置される領域と、出力側の接続端子５ｂ、基板上の出力側の配線パターン、出力側の電子部品（出力インターフェース回路２３）とが配置される領域とを分けたので、出力側の熱やノイズが、入力側に悪影響を与えるのを抑制することができる。
また、長方形状のプリント回路基板１において、その長手方向の略中央部に入出力端子を有するマイコンを配置し、このマイコン２１の入力端子側に接続される配線パターン、入力側電子部品、入力側の接続端子５ａと、マイコン２１の出力端子側に接続される配線パターン、出力側電子部品、出力側の接続端子５ｂとをプリント回路基板１の長手方向の略中央より一方側と、他方側に分けて配置することで、これらを効率的に配置することが可能になり、電子部品の配置の所為で配線が長くなったりするのを防止して、配線パターンの配線を短くすることができる。
これにより、プリント回路基板１の面積の縮小を図り、ＥＣＵの小型化を図ることができる。また、配線パターンの配線を短くすることにより、ノイズに対する耐性を高めることができる。また、４層基板であるプリント回路基板１において、入力インターフェース用部品のグランドの端子が接続されるグラウンドが設けられた内部の層と、出力インターフェース用部品のグラウンドの端子が接続さられるグラウンドが設けられる内部の層とが互いに異なる層とされることにより、さらに、出力側のノイズや熱が入力側に悪影響を与えるのを防止できる。
また、コネクタ部２がプリント回路基板１の長手方向に沿った長い側の側縁部に設けられているので、短い側の側縁部にコネクタ部を設けた場合よりも、より多くの接続端子５を設けることができる。この場合に、現状の製品で接続端子が余っていれば、新たな製品を開発した際に必要な接続端子数が増えても、現状と同形状のコネクタ部２を使用することができる。これにより、必要な接続端子が増えた新たな製品でも、コネクタ部２およびコネクタ部２に接続される車両側のコネクタとして、旧製品と同じ形状のものを使用できるので、新たにコネクタ部２や、このコネクタ部２に接続されるコネクタを新たに設計したり、製造装置の一部を変更したりする必要がなく、コストの低減を図ることができる。
また、車両走行時に、ＥＣＵに振動や衝撃が作用するが、車両側のコネクタに接続されるコネクタ部２の長さが、コネクタから離れる方向に沿ったＥＣＵの長さより長くなり、振動や衝撃の影響を受け難い構造とすることができる。また、ＥＣＵは、プリント回路基板１のコネクタ部２を除く部分がモールド樹脂に覆われて重くなっているが、上述のようにＥＣＵのコネクタ部２から延出する長さを短くすることで、振動時や衝撃時にコネクタ部２と車両側コネクタとの接続部に作用する応力を低減し、接続部に大きな負荷がかかるのを防止できる。
この発明のＥＣＵは、車両で用いられる以外に、例えば、草刈り機、チェーンソー、農薬散布機、自家発電機等の各種汎用機でエンジン制御に用いることが可能である。
１ プリント回路基板
２ コネクタ部
３ モールド樹脂
５ 接続端子
５ａ 信号入力用の接続端子
５ｂ 制御出力用の接続端子
６ スリット（設定位置）
２１ マイコン（マイクロコントローラ）
２２ 入力インターフェース回路（入力インターフェース用部品）
２３ 出力インターフェース回路（出力インターフェース用部品）

Claims (3)

  1. マイクロコントローラが搭載された略長方形のプリント回路基板を備えるエンジンコントロールユニットであって、
    前記プリント回路基板の長手方向に沿ったこのプリント回路基板の一つの側縁部は、この側縁部の少なくとも一面側に、前記長手方向に沿って並んで設けられた複数の接続端子を有するコネクタ部とされ、
    前記コネクタ部には、前記長手方向の設定された位置を境にして前記長手方向の一方側に信号入力用の前記接続端子が設けられ、前記長手方向の他方側に制御出力用の前記接続端子が設けられ、
    前記プリント回路基板には、前記長手方向の略中央部に前記マイクロコントローラが設けられ、かつ、前記プリント回路基板の前記長手方向の略中央部を境として前記長手方向の一方側に前記信号入力用の前記接続端子に接続されるとともに前記マイクロコントローラに接続される入力インターフェース用部品が設けられ、前記長手方向の他方側に前記制御出力用の前記接続端子に接続されるとともに前記マイクロコントローラに接続される出力インターフェース用部品が設けられていることを特徴とするエンジンコントロールユニット。
  2. 前記プリント回路基板のコネクタ部を除く部分がトランスファ成形された樹脂により覆われて封止されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンコントロールユニット。
  3. 前記プリント回路基板は、４層以上とされ、前記入力インターフェース用部品が接続される小電力用グラウンドが設けられる層と、前記出力インターフェース用部品が接続される大電力用グラウンドが設けられる層とを分けていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のエンジンコントロールユニット。
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