JP6293324B1 - Electronic circuit device and vehicle using electronic circuit device - Google Patents
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Abstract
【課題】外気に触れ得る外部に面した場所に外気温度検出のための専用の温度センサを配置すること無く、短時間で精度良く、低コストで外気温度を推定できる電子回路装置及びこの電子回路装置を使用した車両を提供する。【解決手段】回路基板131に搭載され、電源122から供給される電力を用いて第1の温度T1を検出する第1の温度センサ129と、回路基板131に搭載され、電源122から供給される電力を用いて第2の温度T2を検出する第2の温度センサ130とを結ぶ直線上であって前記回路基板の外部領域における回路基板外推定温度Taを、第1の温度T1と第2の温度T2とから、演算部が演算する。【選択図】図4An electronic circuit device capable of estimating the outside air temperature in a short time with high accuracy and low cost without disposing a dedicated temperature sensor for detecting the outside air temperature in a place facing the outside that can be exposed to outside air, and the electronic circuit A vehicle using the apparatus is provided. A first temperature sensor 129 that is mounted on a circuit board 131 and detects a first temperature T1 using electric power supplied from a power supply 122, and is mounted on the circuit board 131 and supplied from a power supply 122. The estimated temperature Ta outside the circuit board on the straight line connecting the second temperature sensor 130 that detects the second temperature T2 using electric power in the external region of the circuit board is the first temperature T1 and the second temperature T2. From the temperature T2, the calculation unit calculates. [Selection] Figure 4
Description
本発明は、電子回路装置、特に内燃機関の制御装置に用いられる電子回路装置と、この電子回路装置を使用した車両に関するものである。 The present invention relates to an electronic circuit device, and more particularly to an electronic circuit device used in a control device for an internal combustion engine, and a vehicle using the electronic circuit device.
従来より、車両には、ECU(Engine Control Unit)と呼ばれる内燃機関の電子制御装置が搭載されている。このECUは、主にマイコン、電源、パワーデバイス、入力処理回路、及び出力処理回路等で構成されており、車両の運転に関わる動作を制御するものである。このような制御には、様々なパラメータが関与している。制御に関与するパラメータの1つとして、外気温度情報が重要である。 Conventionally, an electronic control device for an internal combustion engine called an ECU (Engine Control Unit) is mounted on a vehicle. This ECU is mainly composed of a microcomputer, a power source, a power device, an input processing circuit, an output processing circuit, and the like, and controls operations related to driving of the vehicle. Various parameters are involved in such control. Outside temperature information is important as one of the parameters involved in the control.
外気温度は、通常、外気に触れ得る外部に面した場所に専用の温度センサを配置して測定することが最も正確である。他方、配置場所の確保、コストの削減等を考慮し、専用の温度センサを設けずに外気温度を間接的に推定する技術が知られている。例えば、外気に触れ得る外部に面した場所に専用の温度センサ設けること無く、吸い込まれた吸気に触れる内燃機関のシステム内部の吸気管内に温度センサを配置して吸気温センサとして用い、外気温度を推定する内燃機関の制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In general, the outside air temperature is most accurately measured by placing a dedicated temperature sensor in a place facing the outside where the outside air can be touched. On the other hand, a technique for indirectly estimating the outside air temperature without providing a dedicated temperature sensor is known in consideration of securing an arrangement location and cost reduction. For example, without providing a dedicated temperature sensor in an externally accessible place where outside air can be touched, a temperature sensor is placed in the intake pipe inside the system of an internal combustion engine that touches inhaled intake air, and is used as an intake air temperature sensor. A control device for an internal combustion engine to be estimated is known (for example, see Patent Document 1).
また、内燃機関に限定せず、3個以上の温度センサを用いて平面内の温度分布を推定する手法が知られている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, a technique for estimating a temperature distribution in a plane using three or more temperature sensors is known, not limited to an internal combustion engine (see, for example, Patent Document 2).
上記の特許文献1における内燃機関の制御装置では、外気温度の推定に対し、吸気温センサ以外に吸気量センサを用いる。すなわち、特許文献1の内燃機関の制御装置では、吸気温センサで検出した吸気温度と吸気量センサで検出した吸気量との関係から外気温度を推定するが、吸気温度センサ及び吸気量センサからの異なる2つのタイミングの信号が必要である。
In the control apparatus for an internal combustion engine in
この場合、予測精度とセンサ精度の見地から、2つの信号値の差異が十分大きくなるタイミングまで間隔を取るか、又は高い精度を有するセンサが必要になるなどの問題がある。従って、外気温推定までの所要時間又はセンサのコストに対して改善の余地がある。 In this case, there is a problem that, from the viewpoint of prediction accuracy and sensor accuracy, an interval is taken until the timing at which the difference between the two signal values becomes sufficiently large, or a sensor having high accuracy is required. Therefore, there is room for improvement with respect to the time required to estimate the outside air temperature or the cost of the sensor.
上記の特許文献2の温度分布を推定する平面内温度推手法では、車両の外気温度の推定に対して、車両のどのような位置に温度センサを配置すれば効率の良い推定が実現され得るか、検討の余地があった。また、この特許文献2の温度推手法では、温度推定を行うために温度センサが3個以上必要であり、コストに対する改善の余地があった。
In the in-plane temperature estimation method for estimating the temperature distribution of
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、外気に触れ得る外部に面した場所に外気温度検出のための専用の温度センサを配置すること無く、短時間で精度良く、低コストで外気温度を推定できる電子回路装置及びこの電子回路装置を使用した車両を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and without placing a dedicated temperature sensor for detecting the outside air temperature in a place facing the outside where the outside air can be touched, accurately in a short time, An object of the present invention is to provide an electronic circuit device capable of estimating the outside air temperature at low cost and a vehicle using the electronic circuit device.
上記の目的を達成するため、本発明に係る電子回路装置は、電子回路素子を搭載する回路基板に搭載され、電力を供給する電源と、前記回路基板に搭載され、前記電源から供給される前記電力を用いて第1の温度を検出する第1の温度センサと、前記回路基板に搭載され、前記電源から供給される前記電力を用いて第2の温度を検出する第2の温度センサと、前記第1の温度と前記第2の温度とに基づいて、前記回路基板の搭載面の外部である外部領域における回路基板外推定温度を演算する演算部とを備え、前記第2の温度センサは、実質的に前記第1の温度センサと前記外部領域を結ぶ直線上にあり、前記電源は、前記第1の温度センサから前記第2の温度センサへの方向と反対側に搭載してある。 In order to achieve the above object, an electronic circuit device according to the present invention is mounted on a circuit board on which an electronic circuit element is mounted , and a power source for supplying power, and the power source mounted on the circuit board and supplied from the power source A first temperature sensor that detects a first temperature using electric power; a second temperature sensor that is mounted on the circuit board and detects a second temperature using the electric power supplied from the power source; based on the first temperature and the second temperature, and a calculator for calculating the circuit board outside the estimated temperature in the outer region is an external mounting surface of the front SL circuit board, the second temperature sensor Is substantially on a straight line connecting the first temperature sensor and the external region, and the power source is mounted on the opposite side of the direction from the first temperature sensor to the second temperature sensor. .
また、本発明に係る車両では、外気取り入れ口から車両筐体内部の内燃機関へ外気を供給する吸気通路と、前記内燃機関に対する制御信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部に、前記演算部が推定した前記回路基板外推定温度を与える請求項1から12のいずれか1項に記載の電子回路装置とを備え、前記信号生成部は、前記回路基板外推定温度に基づいて前記制御信号を生成する。
Further, in the vehicle according to the present invention, an intake passage for supplying outside air from the outside air intake to the internal combustion engine inside the vehicle housing, a signal generation unit for generating a control signal for the internal combustion engine,
The electronic circuit device according to any one of
本発明では、回路基板に搭載され、電源から供給される電力を用いて第1の温度を検出する第1の温度センサと、回路基板に搭載され、電源から供給される電力を用いて第2の温度を検出する第2の温度センサとを結ぶ直線上であって前記回路基板の外部領域における回路基板外推定温度を、第1の温度と第2の温度から演算部が演算するように構成したので、外気に触れ得る外部に面した場所に外気温度検出のための専用の温度センサを配置することなく、短時間で精度よく、低コストで回路基板外温度を予測できる。 In the present invention, a first temperature sensor that detects a first temperature using power supplied from a power supply and mounted on a circuit board, and a second temperature sensor that uses power supplied from the power supply and mounted on the circuit board. The calculation unit is configured to calculate the estimated temperature outside the circuit board in a straight line connecting the second temperature sensor for detecting the temperature of the circuit board in the external region of the circuit board from the first temperature and the second temperature. Therefore, it is possible to predict the outside temperature of the circuit board in a short time with high accuracy and low cost without arranging a dedicated temperature sensor for detecting the outside air temperature at a place facing the outside where the outside air can be touched.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電子回路装置及び車両の種々の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, various embodiments of an electronic circuit device and a vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments.
<電子回路装置>
実施の形態1.
図1は、本発明に係る電子回路装置が適用される、よく知られた内燃機関の制御系統全体の構成を示す。内燃機関100は、吸気、圧縮、膨張、及び排気の4工程を1燃焼サイクルとして運転される4サイクルガソリンエンジンである。内燃機関100の吸気通路101には、上流側から、エアフィルタ102、スロットルバルブ103、及び前記吸気通路101の空気の吸気圧を検出する吸気圧センサ104が設けられている。吸気通路101には、スロットルバルブ103の上流側と下流側が連通する様にバイパス流路106とアイドルスピードコントロールバルブ107が設けられている。
<Electronic circuit device>
FIG. 1 shows a configuration of an entire control system of a well-known internal combustion engine to which an electronic circuit device according to the present invention is applied. The
吸気通路101において、吸気圧センサ104の下流側には、燃料タンク109から燃料ポンプ108によって汲み上げられた燃料を吸気ポート近傍に噴射供給するインジェクタ110が設けられている。
In the
内燃機関100には燃焼室105がある。燃焼室105には吸気用の吸気バルブ111が設けられており、また、燃焼室105の上部には、電極が突出した点火プラグ112が設けられている。燃焼室105の下部には、上下に往復運動するピストン113が設けられている。このピストン113は、コンロッド114を通じて、クランク軸115と連結されている。燃焼室105には、さらに、排気バルブ116が設けられており、排気バルブ116を経由して、排気通路117に繋がっている。
The
燃焼室105のクランク軸115付近には、クランク軸115の回転角度を検出するクランク角センサ118が設けられている。排気通路117の下流側には、三元触媒119が設けられている。また、三元触媒の上流にはO2センサ120が設けられている。
A
スロットルバルブ103は、スロットルの開度を調整する。エアフィルタ102でダストが除去された空気に対し、スロットルバルブ103は、吸気通路101を通って内燃機関100の燃焼室105へ供給される空気流量をスロットルの開度調整によって制御する。運転側からの視点で見ると、スロットルバルブ103は、運転手が操作するアクセル(図示せず)の操作量に応じて、スロットル開度調整の制御を行うものである。
The
なお、バイパス流路106に設けられたアイドルスピードコントロールバルブ107は、内燃機関100のアイドル運転時に内燃機関の回転数を制御すべく、バイパス流路106を流れる空気流量を調節するものである。
The idle
インジェクタ110は、吸気バルブ111の手前にて、吸気通路101を流通した空気に燃料を噴射して混合気を形成する。吸気バルブ111は、形成された混合気を燃焼室105に供給する。燃焼室105に設けられた点火プラグ112は、燃焼室105に供給された混合気に対して放電火花によって着火を行い、混合気を燃焼する。混合気の燃焼によって、外部へ仕事がなされる。
The
具体的には、ピストン113及びコンロッド114を介してクランク軸115が回転し、混合気の燃焼から回転エネルギが取り出される。なお排気バルブ116は、混合気の燃焼によって生じた排ガスを開動作によって排気通路117に排出する。クランク軸115と一体で回転するロータの外周部には、所定の間隔で設けられた複数の突起が設けてあり、クランク角センサ118は、これらの突起がこのクランク角センサ118を横切る時に、矩形状のクランク信号を出力する。上述した構成によって、内燃機関100は、燃料噴射及び混合気点火のタイミングを制御している。
Specifically, the
排気通路117に設けられた三元触媒119は、燃焼排ガスのNOx、HC及びCOを浄化する。三元触媒119の上流にあるO2センサ120は、排ガス中の酸素濃度に応じて、出力値を変化させるもので、混合気の燃焼について、空燃比が理論空燃比より小さい値か大きい値かを判断し、すなわち、リッチ状態かリーン状態かを判断し、燃焼制御条件に反映させる。
A three-
図2は、図1に示した内燃機関100の制御系統に、本発明の実施の形態による電子回路装置を備えたECU本体121を配置させたときの一実施例を示したものである。この実施例では、ECU本体121が内燃機関100の外気取り入れ口133に配置されている。なお、図1に示した部品の一部は図示が省略されている。
FIG. 2 shows an example when the ECU
図3は、本発明の実施の形態1による電子回路装置を含むECU本体内の電子回路素子の配置例を示す。ECU本体121は、ECU基板131に配置された、電源122、マイコン123、出力処理回路124、入力処理回路125、A/D変換回路126、パワーデバイス127、通信IC128等で構成されている。ECU本体121は、本発明に係る電子回路装置を搭載する一実施例であり、ECU基板131は、回路基板の一例である。
FIG. 3 shows an arrangement example of electronic circuit elements in the ECU main body including the electronic circuit device according to the first embodiment of the present invention. The ECU
ECU本体121は、吸気圧センサ104、クランク角センサ118、O2センサ120、及び車速センサ(図示せず)等の入力信号を取り込み、入力処理回路125に入力する。その後、入力信号は、A/D変換回路126を経由して、アナログ信号からデジタル信号に変換されてマイコン123に入力される。マイコン123では、予め構築された制御ロジックに基づいて、インジェクタ110による燃料噴射制御や点火プラグ112による点火制御処理等、内燃機関100の燃焼制御を行う。
The ECU
すなわち、マイコン123から制御値をパワーデバイス127に送ることで、インジェクタ110の燃料噴射間隔(噴射量)をコントロールするか、或いは点火プラグ112の電極でスパークを発生させるタイミングをコントロールする。点火プラグの場合は、パワーデバイス127からの制御に基づいて、別置きされた点火コイルを高電圧に誘電させて、スパークを発生させるなどの制御が行われることになる。
That is, by sending a control value from the
マイコン123は、主にCPU、メモリ、入出力系(I/O)、及びタイマーなどの機能を有するもので、データテーブルへの入出力や、各種演算など、基本的な制御ロジックが構築されるものである。また、内燃機関100の制御系統への制御信号を生成することもできる。さらに、マイコン123は、後述する第1の温度センサ129と第2の温度センサ130との検出値に基づいて筐体外推定温度を演算し、この演算結果に応じて内燃機関100を制御する信号を生成する。すなわち、マイコン123は、本実施の形態における演算部及び信号生成部の一例である。
The
上述したように、ECU本体121は、筐体外推定温度の演算と内燃機関100を制御する信号の生成とをマイコン123が行う構成とした。しかしながら、本発明はこの一例に限定されない。ECU本体121は、筐体外推定温度の演算を行う構成要素と内燃機関100を制御する信号の生成を行う構成要素とを別々に備えるように構成してもよい。別々に備える構成とすることによって、ECU本体121設計の自由度が大きくなる。
As described above, the ECU
ECU本体121自体は、電子回路基板であることから、降雨等に対応すべく、シールされたECU筐体121aに収納されて、ECU本体121を構成している。すなわち、ECU筐体121aは、電子部品を降雨等から守るように、適度な空間を設けてECU基板131によって覆われている。なお、ECU本体121とECU基板131とECU筐体121aは、一つの回路基板と考えてもよい。従って、筐体外推定温度は、言い換えれば、回路基板の外部領域における回路基板外推定温度であり、以下、回路基板外推定温度と称する。
Since the ECU
ECU本体121のECU基板131上には、第1の温度センサ129及び第2の温度センサ130が設けられている。この第1の温度センサ129及び第2の温度センサ130は、例えばIC温度センサであり、熱電変換器等が必要な外気温測定のための専用のセンサと比較して、1桁以上安価である。
A
ECU本体121は、上述したように吸気量センサを必要としないため、コストの改善が見込まれる。またECU本体121は、第1の温度センサ129及び第2の温度センサ130がケーブルを介さずにECU基板131上に直接搭載されているため、第1の温度センサ129及び第2の温度センサ130とECU本体121とを繋ぐケーブルが不要となり、第1の温度センサ129及び第2の温度センサ130のセンサ入力を変換する熱電変換器等も不要となり、コストの改善が見込まれる。更に、同様の構成を有する第1の温度センサ129及び第2の温度センサ130を用いており、組立工程に対する作業効率の改善が見込まれる。
Since the ECU
第1の温度センサ129は、電源122に隣接して配置される一方で、第2の温度センサ130は、ECU筐体121aの外周部付近で、第1の温度センサ129と十分離隔して配置されている。
The
第1の温度センサ129は、電源122と第2の温度センサ130とを結ぶX方向の直線上に配置されており、第1の温度センサ129と第2の温度センサ130とを結ぶ直線上には、発熱素子が無い様に配置されている。また、同時に、第1の温度センサ129と第2の温度センサ130との間には、局所的なヒートシンクも無い様に配置されている。すなわち、ECU基板131上における第1の温度センサ129と第2の温度センサ130との間の領域が露出するように、ECU本体121が構成されている。
The
言い換えると、各温度センサ129,130とECU筐体121aとの間に空間があるようにECU本体121が構成されており、上記X方向の直線上の空間と、温度センサ129−130間の空間とが同じのものであることを前提としている。これにより、第1の温度センサ129が示す温度と第2の温度センサ130が示す温度とはほぼ線形になっていると見做した場合においても、その直線上の設定された位置での温度推定に対する誤差をできるだけ小さくすることができる。
In other words, the ECU
ここで、電源122は、ECU本体121の全体を賄う電源となっていることから、内燃機関100の運転状態、すなわち、ECU本体121の稼働状態に対して、経時的に温度変動が少ない。従って、比較的安定した発熱体として扱うことができる。
Here, since the
一方、パワーデバイス127などは、例えば、インジェクタ110のパルス発生を行ったりすることから、内燃機関100の運転状態等に依存して発熱量が大きく変化し、発熱体としては温度変動が大きい素子となる。従って、第1の温度センサ129は、パワーデバイス127のような温度変動が大きい構成要素よりも、電源122のような温度変動が小さい構成要素の近傍に設置することが望ましい。
On the other hand, the
なお、図3に示した、第1の温度センサ129及び第2の温度センサ130並びに他の素子の配置については、一例を示したもので、何らこれに限定されるものではない。
Note that the arrangement of the
図4は、本実施の形態1に係る電子回路装置を備えたECU本体121の周囲の温度分布曲線CTを示したもので、壁表面から大気への伝熱を考えた場合の、基本的な界面の物理現象を示している。第1の温度センサ129及び第2の温度センサ130は、ECU基板131上に設置されており、推定する外気温度は、ECU筐体121aの一部であるECU容器側壁132で隔てられている。
Figure 4 shows the temperature distribution curve C T around the
図4では、図3に示したX方向を横軸に、縦軸は温度とし、第1の温度センサ129の温度をT1(K)、第2の温度センサ130の温度をT2(K)、筐体121aの外部の位置における温度を回路基板外推定温度Ta(K)としている。
In FIG. 4, the X direction shown in FIG. 3 is the horizontal axis, the vertical axis is the temperature, the temperature of the
そこで、定数をU(W/K)(熱収支から得られる複数の定数を乗除したもの)、係数h(W/K)を用いて、回路基板外推定温度Ta(K)を、次式(1)で定義する。次式(1)を用い、マイコン123は回路基板外推定温度Ta(K)を演算する。
Ta=T2−U/h(T1−T2)・・・・・式(1)
Therefore, using the constant U (W / K) (multiplying a plurality of constants obtained from the heat balance) and the coefficient h (W / K), the estimated temperature Ta (K) outside the circuit board is expressed by the following formula ( It is defined in 1). Using the following equation (1), the
Ta = T2-U / h (T1-T2) (1)
なお、この式(1)では、T1とT2の温度差及び熱伝導率で定まる移動熱量と、T2と回路基板外推定温度Taの温度差及び熱伝導率で定まる熱移動量から定まる。図4に示した側壁132の左側の曲線状の温度分布は、壁表面と大気との厳密な分布を示すもので、一般的に大気温度は壁との距離に関係ないものとして近似される。したがって、本実施の形態においても、曲線状の温度分布が形成される距離は零と近似している。また、定数Uには、第1の温度センサ129及び第2の温度センサ130の位置情報が含まれており、これらの位置情報は、固定情報であるから、予め測定し、演算部としてのマイコン123に記憶しておけばよい。
In this equation (1), the amount of heat transferred is determined by the temperature difference between T1 and T2 and the thermal conductivity, and the amount of heat transfer determined by the temperature difference between T2 and the estimated temperature Ta outside the circuit board and the heat conductivity. The curved temperature distribution on the left side of the
ECU本体121は、車両が走行する際に、周囲の空気が直接流動空気の影響を受け難い環境に設けられている。例えば、二輪車では両者が共に座席シートの下部でパネルに囲まれた領域の場合である。乗用車の場合は、外気流動の影響の受けないエンジンルーム又は車内などが考えられる。車両用の内燃機関では、特に降雨等の環境の下、外気取り入れ口から燃焼室へ雨水が入り込むことを避けるために、上記のような配置が望ましい。さらには、外気取り入れ口は、車両の前進方向と逆向きの方が、雨水が入り難いなどの理由から、望ましい。
The
以上の結果から、外気温度情報を得るために、専用の温度センサ、配線、及び熱電変換器等を用いずに、ECU基板131に直接搭載した安価な温度センサによって、容易に外気温度を推定することが可能となる。また、第1の温度センサ129及び第2の温度センサ130は、内燃機関100の制御系統内に配置されており、ECU基板131上でも熱的に時間変動が比較的少ない電源122の近傍に設けられていることから、精度の高い温度推定が可能となる。従って、低コストで内燃機関の電子制御系統が実現できる。
From the above results, in order to obtain the outside air temperature information, the outside air temperature is easily estimated by an inexpensive temperature sensor directly mounted on the
ここで、ECU本体121は、図2の実施例において、内燃機関100のエアフィルタ102を設けた外気取り入れ口133の近傍に設けられ、さらに、第1の温度センサ129と第2の温度センサ130とを直線で結んだ−X方向が、概ね外気取り入れ口133の方向を向いているように配置されている。これにより、推定する外気温度と、外気取り入れ口133から取り込まれる吸気温度とが位置的に一致することとなる。
Here, in the embodiment of FIG. 2, the ECU
このように、ECU本体121の−X方向に外気取り入れ口133があることから、例えば、内燃機関100の周囲の外気に温度分布がある場合でも、内燃機関100に取り入れられる外気温度をより精度良く予測できる。
As described above, since the outside
また、回路基板外推定温度と吸気通路101に設けた吸気圧センサ104の吸気圧データとを合わせて、燃焼室105に導入される外気の密度等の状態をより正確に知ることができ、精度の高い燃焼制御が実現できる。
Further, by combining the estimated temperature outside the circuit board and the intake pressure data of the
実施の形態2.
本実施の形態2は、上記の実施の形態1で得られた外気温度の推定値を利用して、内燃機関100の温度を推定するものである。マイコン123は、ECU本体121に設けられた第1の温度センサ129及び第2の温度センサ130から外気温度を推定し、この結果を利用して内燃機関100の本体温度を推定し、これら結果を燃焼制御に適用するものである。
In the second embodiment, the temperature of the
まず、マイコン123は、ECU基板131に設けられた第1の温度センサ129と第2の温度センサ130から推定された外気温度Taと、内燃機関100の本体のエネルギ収支QIN−QOUTとを算出する。内燃機関本体の温度をTENGとすると、下記の式(2)が成立する。
M・CP・ΔTENG/Δt=QIN−QOUT ・・・・・式(2)
First, the
M · C P · ΔT ENG / Δt = Q IN −Q OUT (2)
さらに、内燃機関から出力されるエネルギの総和は、下記の式(3)で表せる。
QOUT=Σ(Qj)+β(TENG−Ta) ・・・・・式(3)
なお、式(3)の右辺2項目は放熱量を示し、右辺第1項は、その他の出力エネルギを示す。ここで、M:内燃機関本体部の重量(kg)、CP:内燃機関本体部の比熱(J/(kg・K))、QIN:内燃機関本体部に入力されるエネルギの総和(J/s)、QOUT:内燃機関本体部から出力されるエネルギの総和(J/s)、Qj:内燃機関本体部からの個別要素jの出力エネルギ、t:時間(s)、β:定数(W/K)、である。
Furthermore, the sum total of the energy output from the internal combustion engine can be expressed by the following equation (3).
Q OUT = Σ (Qj) + β (T ENG −Ta) (3)
Note that the two items on the right side of Equation (3) indicate the amount of heat released, and the first item on the right side indicates other output energy. Where M is the weight of the internal combustion engine body (kg), C P is the specific heat of the internal combustion engine body (J / (kg · K)), and Q IN is the total energy input to the internal combustion engine body (J / S), Q OUT : Total energy output from the internal combustion engine body (J / s), Qj: Output energy of individual element j from the internal combustion engine body, t: Time (s), β: Constant ( W / K).
上記の式(2)は,時間tと内燃機関本体温度TENGとの微分方程式であり、時間変化分Δtに対する内燃機関温度TENGの変化分ΔTENGを示す。式(3)のエネルギ収支を時間に対して離散化することで、時間tでのTENGが求められ、式(2)の微分方程式を離散化することで、時間tにおけるTENGとΔTENGからΔt後、つまり時間(t+Δt)のTENGが求められる。これを繰り返すことで時間に対する内燃機関温度TENGが順次算出される。なお、最初は、時間t=0におけるTENGから時間ΔtでのTENGを算出することになるため、燃焼前の内燃機関本体部の温度を入力する。 Equation (2) is a differential equation between the time t and the engine body temperature T ENG, showing the variation [Delta] T ENG of the engine temperature T ENG with respect to time variation Delta] t. T ENG at time t is obtained by discretizing the energy balance of equation (3) with respect to time, and T ENG and ΔT ENG at time t are discretized by discretizing the differential equation of equation (2). after Delta] t, that is, T ENG time (t + Δt) is obtained from. By repeating this, the internal combustion engine temperature TENG with respect to time is sequentially calculated. Note that initially, because that will calculate the T ENG at time Δt from T ENG at time t = 0, inputs the temperature of the internal combustion engine main body prior to combustion.
これらの式(2)及び(3)と、上記の式(1)から得られたTaを式(3)に代入して、式(2)及び式(3)の連立方程式を解くことによって、内燃機関本体の推定温度TENGを算出する。 By substituting Ta in the equations (2) and (3) and the above equation (1) into the equation (3) and solving the simultaneous equations of the equations (2) and (3), An estimated temperature TENG of the internal combustion engine body is calculated.
なお、ここでの時間差Δtは、例えば、内燃機関の燃料噴射のタイミング間隔を示す。また当該演算では、初期状態の温度、すなわち、内燃機関を始動させて燃焼が始まる時点での初期温度を入力する。 Here, the time difference Δt indicates, for example, a fuel injection timing interval of the internal combustion engine. In the calculation, the initial temperature, that is, the initial temperature at the time when the internal combustion engine is started and combustion starts is input.
この初期温度算出方法は、例えば、
(1)停止時の温度を記憶しておき、次の運転開始までの経過時間をカウントして、経過時間と推定対象の熱容量から初期温度を推定する手法、
(2)電子制御装置内部やパワーデバイス等にある既設の抵抗の抵抗値を測定し、事前に関連付けられている抵抗値と温度の関係から抵抗の温度を知り、さらに事前に関連付けられている抵抗の温度と推定対象の温度から初期温度を推定する手法、及び
(3)内燃機関に吸引される外気の圧力値を知り、事前に関連付けられた圧力値と推定対象の温度の関係から初期温度を推定する手法、などが考えられる。なお、この初期値の推定方法については、一例を示したもので、これに限定されるものではない。
This initial temperature calculation method is, for example,
(1) A method of storing the temperature at the time of stopping, counting the elapsed time until the next operation start, and estimating the initial temperature from the elapsed time and the heat capacity of the estimation target,
(2) The resistance value of the existing resistor in the electronic control device or power device is measured, the temperature of the resistance is known from the relationship between the resistance value and the temperature associated in advance, and the resistance associated in advance. (3) Knowing the pressure value of the outside air sucked into the internal combustion engine, and determining the initial temperature from the relationship between the pressure value associated in advance and the temperature of the estimation target An estimation method can be considered. Note that this initial value estimation method is an example, and is not limited thereto.
図5は、本実施の形態2に係る電子回路装置を備えたECU本体121からの外気温度推定と内燃機関本体部温度推定のフローチャートを示したものである。これは、ECU本体121が、車両が走行する際に、周囲の温度が直接流動空気の影響を受け難い環境に設置された場合のものである。推定のための定数、例えば、定数U及び係数hは不揮発メモリに記憶されており、その他必要な情報は、車両の電源ONに伴って入力される。
FIG. 5 shows a flowchart of the estimation of the outside air temperature from the ECU
これにより、本発明による回路基板外推定温度Taを、第1の温度センサ129及び第2の温度センサ130からの入力値より算出し、その結果を利用して、内燃機関本体部の温度TENGを推定することができる。
Thereby, the estimated temperature Ta outside the circuit board according to the present invention is calculated from the input values from the
すなわち、図5において、まず、燃焼前に内燃機関の初期状態情報、例えば各種センサからの情報と推定初期値(U,h,β)とが、車両の電源ONに伴って、マイコン123に入力される(ステップS1)。
That is, in FIG. 5, first, initial state information of the internal combustion engine, for example, information from various sensors and estimated initial values (U, h, β) are input to the
そして、燃焼前の内燃機関本体部の温度を求めた後(ステップS2)、第1の温度センサ129及び第2の温度センサ130からそれぞれの温度T1及びT2を入力する(ステップS3)。そして、上記の定数並びに温度T1及びT2から、上記の式(1)の回路基板外推定温度Taを算出する(ステップS4)。
And after calculating | requiring the temperature of the internal combustion engine main-body part before combustion (step S2), each temperature T1 and T2 are input from the
また同時に、内燃機関運転パラメータが、マイコン123に入力される(ステップS5)。マイコン123は、回路基板外推定温度Ta及び内燃機関パラメータを用いて、上記の式(2)〜(3)によるエネルギ収支式から、QIN及びQOUTを求め(ステップS6)、そして、時間差Δt後の内燃機関本体部の温度TENGを推定する(ステップS7)。なお、回路基板外推定温度Taの情報は、その後の燃焼制御(ステップS8)にも用いられる。
At the same time, the internal combustion engine operating parameters are input to the microcomputer 123 (step S5). The
また、Δt後のTENGは、改めて時刻t後のTENGとして、次のΔt後の内燃機関本体部の温度予測に用い(ステップS2)、これを繰り返すことで、事前に内燃機関本体部の温度を予測する。なお、内燃機関運転パラメータとは、内燃機関の運転状態によって定まるパラメータで、例えば、内燃機関の回転数および車速などがある。 Further, T ENG after Δt is used again as T ENG after time t for prediction of the temperature of the internal combustion engine main body after the next Δt (step S2). Predict temperature. The internal combustion engine operating parameter is a parameter determined by the operating state of the internal combustion engine, and includes, for example, the rotational speed and vehicle speed of the internal combustion engine.
実施の形態3.
図6は、本実施の形態3による電子回路装置での回路基板外温度の推定と内燃機関本体部温度推定のフローチャートを示したものである。
これは、ECU本体121が、車両が走行する際に、周囲の温度が直接流動空気の影響を良く受ける環境に設置された場合のものである。推定のための定数、例えば、定数U及び定数αは不揮発メモリに記憶されており、その他必要な情報は、車両の電源ONに伴って、入力される。
FIG. 6 shows a flowchart of the estimation of the outside temperature of the circuit board and the estimation of the internal combustion engine body temperature in the electronic circuit device according to the third embodiment.
This is a case where the ECU
本実施の形態3による回路基板外推定温度Taを、第1の温度センサ129及び第2の温度センサ130からの入力値と、車速Vをパラメータとする係数hから算出する。その結果を利用して、内燃機関本体部の温度TENGを推定することができる。
The estimated temperature Ta outside the circuit board according to the third embodiment is calculated from the input values from the
すなわち、図6において、上記の回路基板外推定温度Taを算出する時(ステップS4)、第1の温度センサ129及び第2の温度センサ130からの温度に加えて、車速Vをパラメータとする係数hを用いて(ステップS9)算出する点が、図5のフローチャートと異なっている。
That is, in FIG. 6, when calculating the estimated temperature Ta outside the circuit board (step S4), in addition to the temperature from the
すなわち、車両速度Vが閾値より高い場合は、下記の式(4)に示す概算式で表すことができる。すなわち、マイコン123は、式(4)を用いて回路基板外推定温度Ta(K)を演算することができる。
h=αV0.8・・・・・式(4)
ここで、αは比例定数であり、Vは車速である。この車速Vについては、例えば車速センサ(図示せず)から入力されるが、元々車両には、速度情報を得るための手段が設けられているので、これを利用することができる。
That is, when the vehicle speed V is higher than the threshold value, it can be expressed by the approximate expression shown in the following expression (4). That is, the
h = αV 0.8 ... Formula (4)
Here, α is a proportional constant, and V is the vehicle speed. The vehicle speed V is input from, for example, a vehicle speed sensor (not shown). Since the vehicle is originally provided with means for obtaining speed information, it can be used.
従来、内燃機関本体に温度センサを付設し、内燃機関本体の温度状態に応じて燃焼条件(例えば空気流量を設定するためのスロットル開度調整など)を制御していた。
上記の各実施の形態では、内燃機関本体の温度を推定することが可能になり、外気温度測定の専用の温度センサ及びその配線が不要化できるばかりか、内燃機関本体の高温対応の専用温度センサが不要化でき、さらにセンサ取付けに伴う内燃機関本体への加工の不要化、配線の不要化が可能になる。従って、より低コストで電子回路装置システムが実現できる。
Conventionally, a temperature sensor is attached to an internal combustion engine body, and combustion conditions (for example, throttle opening adjustment for setting an air flow rate) are controlled in accordance with the temperature state of the internal combustion engine body.
In each of the above-described embodiments, the temperature of the internal combustion engine body can be estimated, and a dedicated temperature sensor for measuring the outside air temperature and wiring thereof can be eliminated. Can be eliminated, and further, it is possible to eliminate the processing of the internal combustion engine body accompanying the sensor mounting and the wiring. Therefore, an electronic circuit device system can be realized at a lower cost.
上記の各実施の形態は、以上のように説明し且つ記述した特定の詳細、及び代表的な実施の形態に限定されるものではない。当業者によって容易に導き出すことのできる変形例、及び効果も発明に含まれる。従って、特許請求項の範囲、及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 Each of the above embodiments is not limited to the specific details described and described above and to the representative embodiments. Modifications and effects that can be easily derived by those skilled in the art are also included in the invention. Accordingly, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the claims and their equivalents.
また、上記の実施の形態では、回路基板外推定温度の演算において、ECU本体121に設けた、電源122について説明したが、これに限定されるものではなく、定常的に安定した温度を示す発熱体であればよい。例えば、運転時の動作変動が大きいパワーデバイス127などと比べれば、マイコン123やA/D変換器の方が好ましい。
In the above-described embodiment, the
なお、上記の実施の形態では、電子回路装置として、ECUを例に挙げたが、これに限定されたものではなく、例えば、ハイブリッド制御ユニット(HCU)、電子制御ユニット(ECU)、モータ制御ユニット(MCU)、トランスミッション制御ユニット(TCU)などの制御ユニットを有し、かつ一部又は全部が別置きの場合、いずれの制御ユニットに適用した回路基板においても同様の効果が得られる。 In the above embodiment, the ECU is exemplified as the electronic circuit device. However, the electronic circuit device is not limited to this. For example, a hybrid control unit (HCU), an electronic control unit (ECU), a motor control unit is used. When a control unit such as an (MCU) or a transmission control unit (TCU) is provided and a part or all of the control units are separately provided, the same effect can be obtained in a circuit board applied to any control unit.
また、上記の実施の形態では、回路基板外推定温度を用いて、内燃機関本体の温度の温度を推定することを示したが、例えば、エアコンやエンジン冷却の制御に用いても良い。 In the above embodiment, the estimated temperature outside the circuit board is used to estimate the temperature of the internal combustion engine body. However, the temperature may be used for controlling an air conditioner or engine cooling, for example.
<電子回路装置を使用した車両>
実施の形態4.
図7は、上記の実施の形態1〜3に係る電子回路装置を自動二輪車へ適用した例を示している。この場合の自動二輪車200には、内燃機関100が搭載されている。2つの温度センサを設置したECU本体を自動二輪車200に搭載し、外気温度が異なる環境で、異なる運転条件下で、回路基板外推定温度と実測外気温度との差異を検証した。なお、車両には、自動車、又は二輪車などが含まれる。
<Vehicle using electronic circuit device>
FIG. 7 shows an example in which the electronic circuit device according to the first to third embodiments is applied to a motorcycle. In this case, the
その結果、本配置の場合、上記の式(1)に用いた係数h及び定数UによるU/hは、一定値として取り扱って温度推定できることが分かった。これによって、温度推定のための演算が単純化され、推定処理におけるマイコン123への負荷が軽減できる。
As a result, in the case of this arrangement, it was found that the coefficient h and the U / h by the constant U used in the above equation (1) can be handled as a constant value and the temperature can be estimated. Thereby, the calculation for temperature estimation is simplified, and the load on the
実施の形態5.
図8は、実施の形態5による電子回路装置を用いた自動二輪車200を示している。電子回路装置の構成は、上記の実施の形態1及び2と同じであるが、図8のECU本体121は、図7に示した実施の形態1の自動二輪車200とは、ECU本体121の配置が異なる。すなわち、図8のECU本体121は、自動二輪車200の車体前部に配置してあり、車両が走行する際に周囲の温度が流動空気の影響を受ける部位に設けたものである。
FIG. 8 shows a
この場合、図4に示したECU容器側壁132からの熱伝達が促進されることから、上記の式(1)に示した係数hが流速の関数として捉えることで、外気温度を推定することが可能になる。例えば、流れが乱流であれば、ECU容器側壁132からの熱伝達が速度の0.8乗に比例すると考えられる。ここで、αは比例定数である。
In this case, since heat transfer from the ECU
車両速度が高い場合は、上記の式(4)に示す概算式で外気温度Ta(K)を推定することができる。
これにより、ECU本体121は設置場所に依存することなく、ECU基板131に直接設けた安価な第1の温度センサ129及び第2の温度センサ130と車速とにより容易に回路基板の外部領域における温度を推定することが可能となる。
When the vehicle speed is high, the outside air temperature Ta (K) can be estimated by the approximate expression shown in the above expression (4).
As a result, the
以上のように本発明では、電子回路装置で得られた回路基板外推定温度を、例えば、車両の内燃機関の制御装置における制御信号の一つとして使用することができ、以て車両に専用の温度センサを配置する必要が無くなる。 As described above, in the present invention, the estimated temperature outside the circuit board obtained by the electronic circuit device can be used, for example, as one of the control signals in the control device of the internal combustion engine of the vehicle. There is no need to arrange a temperature sensor.
100 内燃機関、101 吸気通路、102 エアフィルタ、103 スロットルバルブ、104 吸気圧センサ、105 燃焼室、106 バイパス流路、107 アイドルスピードコントロールバルブ、108 燃料ポンプ、109 燃料タンク、110 インジェクタ、111 吸気バルブ、112 点火プラグ、113 ピストン、114 コンロッド、115 クランク軸、116 排気バルブ、117 排気通路、118 クランク角センサ、119 三元触媒、120 O2センサ、121 ECU本体、121a ECU筐体、122 電源、123 マイコン、124 出力処理回路、125 入力処理回路、126 A/D変換回路、127 パワーデバイス、128 通信IC、129 第1の温度センサ、130 第2の温度センサ、131 ECU基板、132 ECU容器側壁、133 外気取り入れ口、200 自動二輪車。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記回路基板に搭載され、前記電源から供給される前記電力を用いて第1の温度を検出する第1の温度センサと、
前記回路基板に搭載され、前記電源から供給される前記電力を用いて第2の温度を検出する第2の温度センサと、
前記第1の温度と前記第2の温度とに基づいて、前記回路基板の搭載面の外部である外部領域における回路基板外推定温度を演算する演算部とを備え、
前記第2の温度センサは、実質的に前記第1の温度センサと前記外部領域を結ぶ直線上にあり、前記電源は、前記第1の温度センサから前記第2の温度センサへの方向と反対側に搭載されている
電子回路装置。 A power supply that is mounted on a circuit board on which electronic circuit elements are mounted and supplies power;
A first temperature sensor mounted on the circuit board and detecting a first temperature using the power supplied from the power source;
A second temperature sensor mounted on the circuit board and detecting a second temperature using the power supplied from the power source;
Based on the first temperature and the second temperature, and a calculator for calculating the circuit board outside the estimated temperature in the outer region is an external mounting surface of the front SL circuit board,
The second temperature sensor is substantially on a straight line connecting the first temperature sensor and the external region, and the power source is opposite to the direction from the first temperature sensor to the second temperature sensor. Electronic circuit device mounted on the side .
Ta=T2−U/h(T1−T2)
請求項1に記載の電子回路装置。 When the first temperature is T1, the second temperature is T2, the constant is U, and the coefficient is h, the estimated temperature Ta (K) outside the circuit board is obtained from the following equation: Ta = T2-U / H (T1-T2)
The electronic circuit device according to claim 1.
請求項2に記載の電子回路装置。 The electronic apparatus according to claim 2, wherein the constant U includes position information of the first temperature sensor and position information of the second temperature sensor, and the position information is stored in advance in the calculation unit. Circuit device.
前記信号生成部は、前記演算部が推定した前記回路基板外推定温度に基づいて前記制御信号を生成する
請求項1に記載の電子回路装置。 A signal generator for generating a control signal for the internal combustion engine;
The electronic circuit device according to claim 1, wherein the signal generation unit generates the control signal based on the estimated temperature outside the circuit board estimated by the calculation unit.
請求項4に記載の電子回路装置。 The electronic circuit device according to claim 4, wherein the power source, the arithmetic unit, and the signal generation unit are arranged on the circuit board separated from the straight line.
請求項1から5のいずれか1項に記載の電子回路装置。 The electronic circuit device according to claim 1, wherein the first temperature sensor is provided in the vicinity of the power source.
請求項1から6のいずれか1項に記載の電子回路装置。 The said 1st temperature sensor and the said 2nd temperature sensor are arrange | positioned on the said straight line, and are arrange | positioned between the external area | region of the said circuit board, and the said power supply. The electronic circuit device according to 1.
前記回路基板は、前記直線上における前記第1の温度センサと前記第2の温度センサとの間の領域において露出している
請求項1から7のいずれか1項に記載の電子回路装置。 On the circuit board, the first temperature sensor and the second temperature sensor are sealed from the outside air,
The electronic circuit device according to claim 1, wherein the circuit board is exposed in a region between the first temperature sensor and the second temperature sensor on the straight line.
請求項1又は7に記載の電子回路装置。 The electronic circuit device according to claim 1, wherein an external region of the circuit board is located in a vicinity of an outer periphery of the circuit board.
請求項1から9のいずれか1項に記載の電子回路装置。 The electronic circuit device according to any one of claims 1 to 9, wherein the electronic circuit device is installed at a site that is not affected by a flow of outside air generated around the vehicle according to a vehicle speed.
前記信号生成部は、前記第1の回路基板外推定温度と前記第2の回路基板外推定温度とに基づく前記内燃機関のエネルギ収支に応じて前記制御信号を生成し、前記内燃機関の燃焼制御を行う
請求項4に記載の電子回路装置。 The calculation unit calculates, as the estimated temperature outside the circuit board, a first estimated temperature outside the circuit board when the internal combustion engine is in an initial state, and a second estimated temperature outside the circuit board after the initial state,
The signal generation unit generates the control signal according to an energy balance of the internal combustion engine based on the first estimated temperature outside the circuit board and the second estimated temperature outside the circuit board, and controls combustion of the internal combustion engine The electronic circuit device according to claim 4.
請求項2に記載の電子回路装置。 The electronic circuit device according to claim 2, wherein, when the vehicle speed is higher than a threshold value, the calculation unit calculates the estimated temperature Ta (K) outside the circuit board by including the vehicle speed in the coefficient h.
前記内燃機関に対する制御信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部に、前記演算部が推定した前記回路基板外推定温度を与える請求項1から12のいずれか1項に記載の電子回路装置とを備え、
前記信号生成部は、前記回路基板外推定温度に基づいて前記制御信号を生成する
車両。 An intake passage for supplying outside air from the outside air intake to the internal combustion engine inside the vehicle housing;
A signal generator for generating a control signal for the internal combustion engine;
The electronic circuit device according to any one of claims 1 to 12, wherein the signal generation unit is provided with the estimated temperature outside the circuit board estimated by the arithmetic unit.
The signal generation unit generates the control signal based on the estimated temperature outside the circuit board.
請求項13に記載の車両。 The vehicle according to claim 13, wherein an external region of the circuit board of the electronic circuit device is located at the outside air intake.
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