JP4056681B2

JP4056681B2 - 電子制御装置

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Publication number: JP4056681B2
Application number: JP2000182836A
Authority: JP
Inventors: 健谷本; 晃栗本; 哲夫沢本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2020-06-19
Also published as: JP2002009467A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロコンピュータや各種駆動回路等を備えた電子制御装置を、例えば、車両のエンジンルーム内に搭載する場合、その電子制御装置には、振動の伝達を抑制するための防振構造が必要となっていた。具体的には、実開平１−６１４５８号公報では、エンジンの吸気マニホールドに電子制御装置が取付られている。その装置において、回路基板を防振ゴムを介してケースに固定することで、吸気マニホールドからの振動を抑制して回路基板に実装される各種電子部品の脱落等を防ぐようにしている。
【０００３】
なお同公報の装置では、四角形状の回路基板における角部近傍に４つの防振ゴムを配設し、その防振ゴムで回路基板の振動を抑制するようにしているが、これら防振ゴムは全て同じものが使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、エンジンルーム内では、負荷変動等により様々な周波数帯の振動が発生し、その振動周波数が防振ゴムによる振動系の共振周波数（共振点）と一致してしまうと、その振動を防ぐことができなくなる。つまり、従来技術のみでは、エンジンルーム等の高振動環境下における電子部品の脱落等を完全に回避することは困難であった。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、回路基板に搭載される電子部品の脱落等を回避することができる電子制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１及び２に記載の発明によれば、３つ又は４つの防振部材を介して回路基板がエンジン振動の伝わる取付位置に固定される。また、防振部材として、第１の防振部材、第２の防振部材、第３の防振部材を備え、第１の防振部材と第２の防振部材のバネ定数の偏差が第１の防振部材と第３の防振部材のバネ定数の偏差よりも小さいとき、第１の防振部材と前記第２の防振部材の回路基板上での距離が、第１の防振部材と第３の防振部材の回路基板上での距離より離れている。つまり、第１の防振部材による振動系が共振するとき、第１の防振部材とバネ定数の偏差が小さい第２の防振部材では、その振動を十分に抑制することができない。このため、第２の防振部材を、第１の防振部材に対して離して配置し、第１の防振部材とのバネ定数の偏差が大きい第３の防振部材を、第１の防振部材に対して第２の防振部材よりも近づけて配置する。よって、第１の防振部材による振動系が共振したとしても、その周波数帯の振動では、第１の防振部材に近い第３の防振部材による振動系は共振することはなく、振動を確実に抑制できる。従って、基板全体の振動が緩和される。その結果、回路基板に搭載される各種電子部品の脱落等が回避できる。
【０００７】
具体的には、請求項３に記載のように、回路基板の取付位置がエンジンまたはエンジン吸気系部材であると、特に高い振動が加わる場合に有用なものとなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態におけるエンジン制御システムの概略構成を示しており、同エンジン制御システムは車両のエンジンルーム内に設けられている。なお、このシステムにおいて、車載エンジン１は、例えばガソリン噴射式４気筒エンジンとして構成される。
【００１０】
図１に示すように、エンジン１の吸気系において、吸気管２の上流側にはエアクリーナ３が設けられており、吸気管２の下流側は吸気マニホールド５を介してエンジン１に接続されている。また、吸気管２にはスロットルバルブ６が配置されている。そして、吸入空気はエアクリーナ３、吸気管２、吸気マニホールド５を通過してエンジン１に供給され、スロットルバルブ６の開度によって吸入空気量が調整される。また、エンジン１の排気系において、エンジン１に排気マニホールド７が接続され、同排気マニホールド７は排気管８に接続されている。そして、エンジン１から排出される排ガスは、排気マニホールド７、排気管８等を経て大気に放出される。
【００１１】
前記吸気管２には吸気圧センサ１１が設けられ、同吸気圧センサ１１はスロットルバルブ６の下流側の吸入空気の圧力（吸気圧）を検出する。また、前記スロットルバルブ６には同バルブ６の開度（スロットル開度）を検出するためのスロットルセンサ１２が設けられ、このスロットルセンサ１２はスロットル開度に応じたアナログ信号を出力する。さらに、エンジン１の出力軸（クランク軸）１ａには、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ１３が設けられ、同クランク角センサ１３は所定クランク角毎（例えば、３０°ＣＡ毎）にパルス信号を出力する。
【００１２】
本実施の形態においては、エンジン１を制御するための電子制御装置（以下、ＥＣＵという）２１が吸気マニホールド５に取り付けられている。具体的には、ＥＣＵ２１は、上記各センサ１１，１２，１３等の検出信号を取り込み、これら各信号に基づいてエンジン運転状態を検知して、燃料噴射量、点火時期等を演算し、図示しないインジェクタ、点火プラグ等のアクチュエータを制御する。
【００１３】
次に、ＥＣＵ２１の構成を図２〜図４を用いて説明する。図２は、ＥＣＵ２１の概略構成を示す断面図であり、図３はＥＣＵ２１の下面図（図２のＸ方向から見た図）である。また、図４は、ＥＣＵ２１の防振構造を説明するための拡大断面図である。
【００１４】
図２に示すように、ＥＣＵ２１のケース２２は、ケース本体２３とカバー２４とからなる。同ケース２２において、ケース本体２３の下面側が開口しており、同開口を塞ぐようにカバー２４が被せられて、側面からネジ止めされている。ケース２２内には、図３に示すように長方形状の回路基板２５が収納されている。回路基板２５は、絶縁基板やセラミック基板に導体パターン（図示せず）が形成されたものであって、図２に示すように、同回路基板２５の両面に各種電子部品（例えば、抵抗、コンデンサ、トランジスタ、制御用ＩＣ等）２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈが搭載されている。つまり、回路基板２５には、各種電子部品２６ａ〜２６ｈと導体パターン（図示せず）とによって、前記センサ信号を取り込むための入力回路、制御回路、アクチュエータへの駆動信号を出力するための出力回路等が形成されている。ここで、各種電子部品２６ａ〜２６ｈとして、表面実装用の部品を用いており、同電子部品２６ａ〜２６ｈが回路基板２５の両面に表面実装されている。
【００１５】
また、ケース２２の一側面（図２の左側面）に形成された開口部２２ａに、コネクタ２７が配設されており、同コネクタ２７から延びる複数のリード端子２７ａが回路基板２５に接続されている。このコネクタ２７によってＥＣＵ２１が前記センサ１１，１２，１３やアクチュエータ（図示せず）に接続されるようになっている。
【００１６】
本実施の形態では、回路基板２５は、図２及び図３に示すように４つのゴム製のブッシュ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを介してカバー２４に固定されている。同ブッシュ３１ａ〜３１ｄが防振部材に相当する。ブッシュ３１ａ〜３１ｄは、円錐台状に形成されており、径の小さい上端面が回路基板２５に当接した状態でネジ止めされ、径の大きい下端面がカバー２４に当接した状態でネジ止めされている。
【００１７】
詳しくは、図４に示すように、ブッシュ３１ａにおいて、回路基板２５に形成された貫通孔２５ａとブッシュ３１ａの上端面とを位置合わせした状態で回路基板２５側からネジ３２を螺入することにより、回路基板２５とブッシュ３１ａとが結合される。一方、カバー２４に形成された貫通孔２４ａとブッシュ３１ａの下端面とを位置合わせした状態でカバー２４側からネジ３３を螺入することにより、カバー２４とブッシュ３１ａとが結合される。なお、他のブッシュ３１ｂ〜３１ｄも同様に、ネジ３２を用いて回路基板２５にネジ止めされるとともに、ネジ３３を用いてカバー２４にネジ止めされている。
【００１８】
また、本実施の形態におけるブッシュ３１ａ〜３１ｄは、その大きさがそれぞれ異なるものが用いられている。具体的には、ブッシュ３１ａ→ブッシュ３１ｂ→ブッシュ３１ｃ→ブッシュ３１ｄの順に、上端面及び下端面の直径が大きなものが使用されている。つまり、図３に示すように、各ブッシュ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの下端面の直径Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄは、Ｄａ＜Ｄｂ＜Ｄｃ＜Ｄｄの関係を有している。
【００１９】
このように大きさが異なるブッシュ３１ａ〜３１ｄでは、全てのブッシュに対して同じ重量がかかる条件において、図５に示すように、各ブッシュを用いた場合の振動系の共振周波数（共振点）がそれぞれ異なる。図５の横軸には振動周波数をとり、縦軸には共振レベルをとっている。図５において、Ｐａはブッシュ３１ａを用いたときの共振点、Ｐｂはブッシュ３１ｂを用いたときの共振点、Ｐｃはブッシュ３１ｃを用いたときの共振点、Ｐｄはブッシュ３１ｄを用いたときの共振点である。つまり、共振する周波数帯は、ブッシュ３１ａが最も低く、ブッシュ３１ａ→ブッシュ３１ｂ→ブッシュ３１ｃ→ブッシュ３１ｄの順に高くなっている。
【００２０】
ここで、ブッシュ（防振部材）とその上に配置する部材で構成される振動系における固有角周波数ωｎは、次式のように表される。
【００２１】
【数１】

但し、ｋはブッシュのバネ定数、ｍはブッシュ上の部材の質量。
【００２２】
つまり、ブッシュに加わる振動の周波数が、固有角周波数ωｎに対応する周波数ｆ（＝ω／２π）と一致するとき、共振する。従って、バネ定数ｋが大きくなれば、その共振周波数ｆは高くなる。本実施の形態では、ブッシュ３１ａ→ブッシュ３１ｂ→ブッシュ３１ｃ→ブッシュ３１ｄの順に、上端面及び下端面における直径を大きくすることでその強度が増し、バネ定数ｋが大きくなる。このため、図５に示すように、ブッシュ３１ａ→ブッシュ３１ｂ→ブッシュ３１ｃ→ブッシュ３１ｄの順に、共振点が高くなる。
【００２３】
本実施の形態において、上述した４つのブッシュ３１ａ〜３１ｄは、図３に示すように回路基板２５の角部近傍に配設されているが、バネ定数（図５に示す共振点）が近いブッシュを離して配置している。つまり、ブッシュ３１ａを用いたときの共振点Ｐａとブッシュ３１ｂを用いたときの共振点Ｐｂは近いので、図３に示すようにケース２２内において、ブッシュ３１ａとブッシュ３１ｂとを対角線上に配置している。同様に、ブッシュ３１ｃを用いたときの共振点Ｐｃとブッシュ３１ｄを用いたときの共振点Ｐｄが近いので、ブッシュ３１ｃとブッシュ３１ｄとを対角線上に配置している。また、ブッシュ３１ｂを用いたときの共振点Ｐｂとブッシュ３１ｃを用いたときの共振点Ｐｃも比較的近いので、ブッシュ３１ｂとブッシュ３１ｃとを長方形の長辺となる位置に配設するようにしている。このように各ブッシュ３１ａ〜３１ｄを配置することにより、近接する２つのブッシュが同時に共振することが防止される。
【００２４】
本実施の形態において、ブッシュ３１ａを第１の防振部材とした場合、ブッシュ３１ｂが第２の防振部材、ブッシュ３１ｃが第３の防振部材に相当する。ここで、ブッシュ３１ａ（第１の防振部材）とブッシュ３１ｂ（第２の防振部材）のバネ定数の偏差が、ブッシュ３１ａ（第１の防振部材）とブッシュ３１ｃ（第３の防振部材）のバネ定数の偏差よりも小さい。よって、ブッシュ３１ａ（第１の防振部材）とブッシュ３１ｂ（第２の防振部材）の回路基板２５上での距離は、ブッシュ３１ａ（第１の防振部材）とブッシュ３１ｃ（第３の防振部材）の回路基板２５上での距離より離れている。
【００２５】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
エンジン運転時には、エンジン１の負荷や回転数等の条件に応じて様々な周波数帯の振動が発生する。また、ＥＣＵ２１はエンジン１の振動が直接伝わる吸気マニホールド５（エンジン吸気系部材）に配設されているので、エンジン１の運転に伴って高い振動がＥＣＵ２１に伝達される。この場合、ＥＣＵ２１内の回路基板２５に振動が伝達されようとするが、振動の伝達経路、つまり、ＥＣＵ２１のケース２２と回路基板２５との間に防振部材であるブッシュ３１ａ〜３１ｄが介在しているので、同ブッシュ３１ａ〜３１ｄにて振動の伝達が抑制される。また、エンジン１の振動周波数が、４つのブッシュ３１ａ〜３１ｄのうちいずれかの振動系の共振点と一致したとき、共振するブッシュを介して回路基板２５に振動が伝わってしまうが、他のブッシュによる振動系はその振動周波数では共振しない。そして、この共振しないブッシュによる振動系により回路基板２５の振動が抑制され、回路基板２５全体の振動が緩和される。その結果、回路基板２５に形成される導体パターンの損傷、回路基板２５と各種電子部品２６ａ〜２６ｈとの接合部（具体的には、はんだ接合部）の損傷、電子部品２６ａ〜２６ｈの脱落が回避される。
【００２６】
また、実開平１−６１４５８号公報において、電子部品の接合部の損傷を防止すべく、ＥＣＵ内にゲル状シリコンを充填する技術が開示されている。同公報のように、エンジン制御用のＥＣＵ２１において、ゲル状シリコンを充填した場合、コストが高くなって実用的ではないが、本実施の形態では、バネ定数の異なる４つのブッシュ３１ａ〜３１ｄを用いることにより低コストで回路基板２５からの電子部品２６ａ〜２６ｈの脱落等を回避できる。
【００２７】
さらに、エンジン１にて発生する振動の周波数帯域では共振が起きないブッシュを用いることも考えられる。この場合、ブッシュ自体が大きくなり、そのコストが高くなることに加えて、回路基板２５においてブッシュを配置するための面積が必要となる。つまり、回路基板２５における電子部品の実装面積を十分に確保できなくなってしまう。これに対し、本実施の形態では、バネ定数の異なる４つのブッシュ３１ａ〜３１ｄを用いることにより、比較的小さなブッシュにて振動が抑制される。このため、回路基板２５における電子部品の実装面積を確保できる。
【００２８】
また、高振動環境下となるエンジンルームに置かれるＥＣＵにおいて、回路基板のスルーホールにリード端子を挿入して実装する挿入実装用の電子部品を用いると、振動によってリード端子が切断されて回路基板から脱落するおそれがある。そこで、本実施の形態におけるＥＣＵ２１では、電子部品として回路基板２５から脱落し難い表面実装用部品を用いている。
【００２９】
このように、本実施の形態は、下記の特徴を有する。
（１）電子部品２６ａ〜２６ｈを実装する回路基板２５が、ケース２２を介してエンジン振動の伝わる吸気マニホールド５に配設されるＥＣＵ２１において、回路基板２５は、複数のブッシュ３１ａ〜３１ｄを介して吸気マニホールド５に固定される。また、複数のブッシュ３１ａ〜３１ｄの大きさを変えることによりバネ定数がそれぞれ異なっている。よって、ＥＣＵ２１に加えられる振動周波数が複数のブッシュ３１ａ〜３１ｄのうちのいずれかを用いた場合の共振周波数（共振点）と一致したとき、そのブッシュを介して回路基板２５に振動が伝達したとしても、他のバネ定数の異なるブッシュを介しての振動伝達は抑えられる。従って、基板全体の振動が緩和される。その結果、回路基板２５に搭載される各種電子部品２６ａ〜２６ｈの脱落等が回避できる。
【００３０】
（２）回路基板２５の取付位置がエンジン吸気系部材としての吸気マニホールド５であり、特に高い振動が加わる環境下にあるので有用である。例えば、吸気系モジュール（吸気管２、エアクリーナ３、吸気マニホールド５、スロットルバルブ６等の複数の吸気系の部品を用いて構成したモジュール）に回路基板２５を取り付ける場合に適用すると、特に有用である。
【００３１】
（３）４つのブッシュ３１ａ〜３１ｄのうち、そのバネ定数が近いブッシュを、バネ定数が遠いブッシュに比べ離して配置した。具体的には、例えば、ブッシュ３１ａとのブッシュ３１ｂのバネ定数の偏差は、ブッシュ３１ａとブッシュ３１ｃのバネ定数の偏差よりも小さく、ブッシュ３１ａとブッシュ３１ｂの回路基板２５上での距離を、ブッシュ３１ａとブッシュ３１ｃとの距離より離すようにした。つまり、ブッシュ３１ａによる振動系が共振するとき、ブッシュ３１ａとバネ定数の偏差が小さいブッシュ３１ｂでは、その振動を十分に抑制することができない。このため、ブッシュ３１ｂを、ブッシュ３１ａに対して離して配置し、ブッシュ３１ａとのバネ定数の偏差が大きいブッシュ３１ｃを、ブッシュ３１ａに対してブッシュ３１ｂよりも近づけて配置した。よって、ブッシュ３１ａによる振動系が共振したとしても、その周波数帯の振動では、ブッシュ３１ａに近いブッシュ３１ｃによる振動系は共振することはなく、振動を確実に抑制できる。
【００３２】
なお本発明は、上記以外に次の形態にて具体化できる。
上記実施の形態では、回路基板２５をケース２２を介して吸気マニホールド５の外壁面に取り付けるものであったが、これに限定するものではない。例えば、図６に示すように、回路基板２５をケースなしで直接、吸気管２の内壁面に取り付ける場合に適用してもよい。なおこの場合、回路基板２５を、バネ定数が異なる防振部材４１ａ，４１ｂを介して吸気管２の内壁面に取り付ける。このようにしても、回路基板２５の振動を抑制でき、回路基板２５に搭載される電子部品の脱落等を回避することができる。
【００３３】
上記実施の形態において、ブッシュ３１ａ〜３１ｄは円錐台状のものを使用していたがこれに限定するものではない。例えば、円柱状のものや角柱状のものを用いてもよい。
【００３４】
上記実施の形態では、ブッシュ３１ａ〜３１ｄの大きさにより各ブッシュ３１ａ〜３１ｄのバネ定数を異ならせるようにしていたが、ブッシュの材質を変更することによりバネ定数を異ならせるようにしてもよい。また、円柱状、角柱状等の防振部材の形状を変えることにより、バネ定数を異ならせるようにしてもよい。
【００３５】
さらに、上記実施の形態では、４つのブッシュ３１ａ〜３１ｄのバネ定数全てが異なるものであったが、これに限定するものではない。複数の防振部材のうち少なくとも一つの防振部材のバネ定数が、他のいずれかの防振部材のバネ定数と異なるものであればよい。例えば、２種類のブッシュを用いる場合、バネ定数の同じブッシュ同士を対角線上に配置し、バネ定数が異なるブッシュ同士をそれ以外の部位に配置する。このようにすれば、一方の対角線上に配置したブッシュによる振動系が共振したとしても、もう一方の対角線上に配置したブッシュによる振動系は共振することなく、振動を確実に防止できる。
【００３６】
勿論、ブッシュ３１ａ〜３１ｄの数は４つに限定するものでない。但し、ブッシュの数が増えると、コストの増加や電子部品の実装面積の減少を招くので、ブッシュの数は少ない方が好ましい。
【００３７】
上記実施の形態において、ＥＣＵ２１はエンジン制御を行うためのものであったが、これに限ることなく、車両制御用（例えば、ＡＢＳ制御用）のＥＣＵやボディ制御用（例えば、エアコン制御用）のＥＣＵ等に適用してもよい。
【００３８】
ＥＣＵ２１の配置箇所に関して、近年のエンジン制御ＥＣＵは、車室内の空間の拡大やワイヤハーネスの短縮化を狙ってエンジンルームに搭載するケースが増加しているが、このエンジンルームに搭載されるＥＣＵに適用してもよい。特に、ＥＣＵをエンジン１に直接取り付ける場合、上記実施の形態のようにＥＣＵを吸気マニホールド５、或いは吸気管２やエアクリーナ３といったエンジン吸気系部材に取り付ける場合には、高い振動が加わる環境下にあるので有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概要を示す構成図。
【図２】実施の形態におけるＥＣＵの構成を示す断面図。
【図３】ＥＣＵの下面図。
【図４】防振構造を示す拡大断面図。
【図５】各ブッシュの共振特性を示す図。
【図６】他の実施の形態における回路基板の取付位置を示す図。
【符号の説明】
５…エンジン吸気系部材としての吸気マニホールド、２１…電子制御装置（ＥＣＵ）、２２…ケース、２３…ケースを構成するケース本体、２４…ケースを構成するカバー、２５…回路基板、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ…防振部材としてのブッシュ、４１ａ，４１ｂ…防振部材。

Claims

電子部品を実装する回路基板が、エンジン振動の伝わる取付位置に配設される電子制御装置において、
前記回路基板は、３つ又は４つの防振部材を介して前記取付位置に固定されるものであり、
前記防振部材として、第１の防振部材、第２の防振部材、第３の防振部材を備え、
前記第１の防振部材と前記第２の防振部材のバネ定数の偏差が前記第１の防振部材と前記第３の防振部材のバネ定数の偏差よりも小さいとき、前記第１の防振部材と前記第２の防振部材の前記回路基板上での距離は、前記第１の防振部材と前記第３の防振部材の前記回路基板上での距離より離れていることを特徴とする電子制御装置。
電子部品を実装する回路基板が、ケースを介してエンジン振動の伝わる取付位置に配設される電子制御装置において、
前記回路基板は、３つ又は４つの防振部材を介して前記取付位置に固定されるものであり、
前記防振部材として、第１の防振部材、第２の防振部材、第３の防振部材を備え、
前記第１の防振部材と前記第２の防振部材のバネ定数の偏差が前記第１の防振部材と前記第３の防振部材のバネ定数の偏差よりも小さいとき、前記第１の防振部材と前記第２の防振部材の前記回路基板上での距離は、前記第１の防振部材と前記第３の防振部材の前記回路基板上での距離より離れていることを特徴とする電子制御装置。
前記取付位置は、エンジンまたはエンジン吸気系部材であることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。