米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 測定; 光学 -> トヨタ自動車株式会社

発明の名称 ECU冷却装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−209436(P2001−209436A)
公開日 平成13年8月3日(2001.8.3)
出願番号 特願2000−17610(P2000−17610)
出願日 平成12年1月26日(2000.1.26)
代理人 【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
【テーマコード(参考)】
5H323
【Fターム(参考)】
5H323 AA06 BB11 CA09 CB18 CB25 CB33 DA02 DA03 DB02 FF03 GG04 NN04 QQ08 
発明者 西村 邦夫
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 直流定電圧電源からの電圧をトランジスタにより一定電圧に変換して内部に供給する内部電源を有するECUの内部温度を低下させるECU冷却装置であって、ECUの内部温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段によって測定されたECUの内部温度が基準温度を超えた場合に、前記トランジスタの消費電力が小さくなる方向にECU内の電源電圧を変更する手段と、を具備することを特徴とするECU冷却装置。
【請求項2】 直流定電圧電源からの電圧をトランジスタにより一定電圧に変換して内部に供給する内部電源を有するECUの内部温度を低下させるECU冷却装置であって、ECUの内部温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段によって測定されたECUの内部温度が基準温度を超えたときに、制御モードの変更によりECUの内部電流値を低下させる手段と、を具備することを特徴とするECU冷却装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ECUと呼ばれる電子制御装置の内部温度を低下させるECU冷却装置に関し、特に、エンジンが搭載された車両のパワートレーンの制御に使用されるECUの内部温度の管理に好適に用いられるECU冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】エンジンを搭載する車両では、エンジン、トランスミッションといったパワートレーンが、ECUにより広範囲に且つ統括的に制御されている。ECUは、通常、車両のエンジンルームに搭載されるが、エンジンルームは、熱的に過酷な環境であるため、エンジンルームに搭載されるECUには、そのオーバーヒートの防止を目的とした熱的な保護対策が必要である。特に、ECU内の大きな発熱源であるレギュレータに対する保護対策が重要である。
【0003】即ち、エンジンを搭載する車両のパワートレーンを制御するECUでは、バッテリー電圧(14V)がトランジスタを用いたレギュレータにより5V程度の一定の電源電圧に変換されてECU内部に供給され、この電源電圧により、ECU内のCPUを始めとする各種のデバイスが駆動される。レギュレータを構成するトランジスタは、ECU内の各種デバイスのなかでも発熱量が大きく、その温度を接合温度の許容上限値以下に抑制することが破壊防止のために重要である。
【0004】この保護対策として、従来、レギュレータを構成するトランジスタをヒートシンクに取付けて、トランジスタの放熱を促進することが行われている。また、エンジンルームに設けられた電動ファンにより、エンジンルーム内の温度を低下させて、ヒートシンクの放熱を促進することも行われている。
【0005】特開平11−198492号公報には、トランジスタ(FET)を固定するヒートシンクにサーミスタを接触させ、このサーミスタが出力する温度信号に基づいて電動ファンの回転数を制御することにより、トランジスタを冷却して、電子機器の昇温を防止する構成が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述した各構成では、熱的に過酷なエンジンルーム内のECU、とりわけレギュレータを構成するトランジスタを効果的に冷却するためには、放熱性のよい大型のヒートシンクが必要となり、また、電動ファンについても大型のものが必要となる。
【0007】エンジンルームにスペース的な余裕がある場合は、特に問題はないが、最近の車両では、エンジンルームのスペースが小さくなっており、放熱性のよいヒートシンクをもつ大型のECU、大型の電動ファン等を設けることは容易でない。そのため、エンジンルーム内を冷却する装置の小型化が要望されている。
【0008】本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、ヒートシンクの大型化、電動ファンの大型化等に依存することなく、ECUの内部温度を基準値以下に管理できるECU冷却装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のECU冷却装置は、直流定電圧電源からの電圧をトランジスタにより一定電圧に変換して内部に供給する内部電源を有するECUの内部温度を低下させるECU冷却装置であって、ECUの内部温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段によって測定されたECUの内部温度が基準温度を超えた場合に、前記トランジスタの消費電力が小さくなる方向にECU内の電源電圧を変更する手段と、を具備することを特徴とするものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【0010】また、本発明のECU冷却装置は、直流定電圧電源からの電圧をトランジスタにより一定電圧に変換して内部に供給する内部電源を有するECUの内部温度を低下させるECU冷却装置であって、ECUの内部温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段によって測定されたECUの内部温度が基準温度を超えたときに、制御モードの変更によりECUの内部電流値を低下させる手段と、を具備することを特徴とするものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【0011】ECUの内部温度は、ECUの外部温度の他、ECU内の制御デバイス等からの内部発熱量及びトランジスタの消費電力の影響を受け、これらが小さいほど内部温度は低下する。従って、トランジスタの消費電力が小さくなる方向にECU内の電源電圧を変更することにより、内部温度を低下させることができる。
【0012】また、トランジスタの消費電力は、トランジスタによる電圧変更量とECUの内部電流との積で表されるので、制御モードの変更によりECUの内部電流値を低下させることによっても、そのトランジスタの消費電力が低減し、内部温度を低下させることができる。
【0013】ECU内の電源電圧の変更と内部電流値の低下を組み合わせて使用することにより、あるいは、それらの組合せと電動ファンと組み合わせることにより、冷却性能が一層向上すると共に、ECU内の電源電圧の変更や内部電流値の低下に伴うECUの性能低下も段階的となり、ECUによる各種制御への悪影響が緩和される。
【0014】内部電流値を低下させるための制御モードの変更は、例えばエンジンを搭載する車両にあっては、通常走行モードからパワーセーブモード(退避走行モード)への変更等である。パワーセーブモード(退避走行モード)の選択により、ECU内に搭載されたCPU等の制御デバイスの負荷が軽減され、内部電流値が低下することにより、トランジスタの消費電力が低減する。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
【0016】図1は、本発明のECU冷却装置の搭載状況を示すエンジンルームの概念図である。本発明のECU冷却装置は、車両10のパワートレーンを制御するために、その車両10のエンジンルーム11に搭載されたECU(電子制御装置)20を冷却するために設けられている。
【0017】エンジンルーム11には、エンジン、モータ、ミッション等のパワートレーンと、これらのパワーとレーンを制御するECU20と、電動ファン30とが設けられている。電動ファン30は、エンジンルーム11の最前部に位置し、車両10の前方からラジエターを介してエンジンルーム11内に外気を吸引することにより、ラジエター内の冷却水、エンジンルーム11の内部、およびエンジンルーム11内のECU20等を強制的に冷却する。
【0018】ECU20は、エンジンルーム11の後部に、ケース40内に収容された状態で配置されており、エンジンルームの前部に設けられた電動ファン30からの冷却風が、ダクト41によって、ケース40内に導入されている。、図2は、ECU20の概略構成図である。パワートレーンを制御するエンジンルーム11内のECU20は、図2に示すように、メインCPU21およびサブCPU22と、ECU20の内部の温度を測定するサーミスタ23と、各種デバイスを駆動するために、トランジスタ24により構成された内部電源としてのレギュレータとを備えている。
【0019】レギュレータを構成するトランジスタ24は、放熱のためにヒートシンク26に取付けられている。ヒートシンク26は、ダクト41を介してケース40内に導入される外気による放熱効果を高めるために、ダクト41に対向するように配置されており、ECU20の内部に向かった面上に、トランジスタ24がマウントされている。
【0020】このトランジスタ24は、直流定電圧源である例えば14Vのバッテリーからのバッテリー電圧(+B)を一定の電圧として電圧切り換え部25に供給するようになっており、電圧切り換え部25は、トランジスタ24から供給される電圧を、2種類のレベルの電源電圧Vthに変換する。第1のレベルの電源電圧Vthは、電源電圧Vthのスペック内での通常電圧に相当するVLであり、本実施形態では5.0Vとされている。第2のレベルの電源電圧Vthは、VL(5.0V)より高いVHである。VHは、電源電圧Vthのスペック内での上限値又はこれに近い値であり、本実施形態では5.5Vとされている。
【0021】即ち、電圧切り換え部25は、その外部からの電気信号による指示に基づいて、トランジスタ24の動作状態を制御することにより、VL(5.0V)又はVH(5.5V)の何れかを生成し、これらを電源電圧VthとしてメインCPU21およびサブCPU22に供給する。そして、VL(5.0V)を生成する状態に比べ、VH(5.5V)を生成する状態では、トランジスタ24による電圧降下量が小さく、そのトランジスタ24の負担が軽減されることにより、トランジスタ24の消費電力が低減される。
【0022】一方、メインCPU21およびサブCPU22は、例えば、エンジンの給気系に設けられた電動スロットル50の開度制御、オートマティックトランスミッション60のチェンジ操作制御、その他、パワートレーンに対する各種制御を実施する。
【0023】また、サーミスタ23は、ECU20の内部温度Tecu 、特にトランジスタ24の近傍の温度に対応する信号を、メインCPU21に出力している。
【0024】メインCPU21は、ECU20の内部温度を制御するために、温度測定手段としてのサーミスタ23の出力信号に基づき、サブCPU22、電圧切り換え部25、電動ファン30、電動スロットル50、オートマティックトランスミッション60等を制御し、これにより、ECU20の内部温度としてのトランジスタ24のチップ温度Tjを、その許容上限値Tjmax以下とする。
【0025】以下に、この制御内容を図3のフローチャートに基づき説明する。
【0026】ECU冷却装置では、図3に示されたルーチンが所定時間、例えば16ms毎に実行される。
【0027】各ルーチンでは、まずステップS1でサーミスタ23により検出されたECU20の内部温度Tecu についてのデータが取り込まれ、ステップS2に移行する。ステップS2では、内部温度Tecu がその基準温度T0 と比較される。基準温度T0 は、トランジスタ24のチップ温度Tjの許容上限値Tjmaxに対応するものである。
【0028】内部温度Tecu が基準温度T0 以下の場合は、ステップS3及びステップS4に順次移行する。ステップS3では、計時カウンタによるカウント時間Cfan がリセットされる。ステップS4では、電動ファン30にオフ指令が送られる。計時カウンタによるカウント時間Cfan は、電動ファン30の運転開始からの経過時間に対応するものである。
【0029】ステップS4が終了すると、ステップS5及びステップS6に順次移行する。ステップS5では、電源電圧Vthとしてその通常値に相当するVL(5.0V)がECU20の内部に供給されるように、電圧切り換え部25が制御される。ステップS6では、走行モードとしてノーマルモードが選択される。ノーマルモードでは、メインCPU21およびサブCPU22は、パワートレーンに対して、通常の制御を行う。これにより、電動スロットル50の開度およびオートマティックトランスミッション60のチェンジ操作が、通常どおり制御される。
【0030】ECU20の内部温度Tecu が基準温度T0 以下に維持されているときは、このルーチンが繰り返されることにより、ECU20はノーマルの性能を維持し、トランジスタ24については、ケース40内に自然に導入される外気によって冷却されるだけである。この状態をフェーズ0と呼ぶ。
【0031】ここで、トランジスタ24のチップ温度Tjは次の(1)式により表される。
Tj=Ta+ΔTa+Pc(θjc+θca) …(1)
(1)式において、TaはECU20の外部温度、すなわち、ケース40内の雰囲気温度である。また、ΔTaは、ECU20の内部温度Tecu とECU20の外部温度Taとの差であり、ECU20内の制御デバイス等からの内部発熱量に相当する。Pcは、トランジスタ24により構成されるレギュレータの消費電力である。θjcは、トランジスタチップ〜レギュレータ間の熱抵抗、θcaは、レギュレータ〜ECU内部間の熱抵抗である。
【0032】熱抵抗θjcおよびθcaは、基本的に一定であるから、トランジスタ24のチップ温度Tjは、トランジスタ24により構成されるレギュレータの消費電力Pcの大きさによって変化し、また、ECU20の外部温度Ta(ケース40内の雰囲気温度)の大きさによっても変化する。
【0033】また、トランジスタ24により構成されるレギュレータの消費電力Pcは、次の(2)で表される。
Pc=〔+B(14V)−電源電圧Vth〕×ECU内部電流 …(2)
この(2)式におけるECU20の内部電流は、例えばメインCPU21およびサブCPU22の負荷によって決まる。
【0034】以上が、ECU20の内部温度Tecu が基準温度T0 以下に維持されている場合であるが、ステップS2での内部温度Tecu と基準温度T0 の比較により、内部温度Tecu が基準温度T0 を超えることになった場合は、ステップS7、ステップS8およびステップS9に順次移行する。
【0035】ステップS7では、計時カウンタによるカウント時間Cfan がカウントアップされる。ステップS8では、電動ファン30にオン指令が与えられる。また、ステップS9では、計時カウンタによるカウント時間Cfan が、第1の基準時間t1 (例えば10秒)と比較される。そして、計時カウンタによるカウント時間Cfan が、第1の基準時間(例えば10秒)t1 に達するまでは、ステップS1−S2−S7−S8−S9−S5−S6が、順次、繰り返される。これをフェーズ1と呼ぶ。
【0036】フェーズ1では、電動ファン30が駆動され、ケース40内に外気が強制的に供給されることにより、(1)式におけるECU20の外部温度Ta(ケース40内の雰囲気温度)が低下し、トランジスタ24のチップ温度Tjが低下する。
【0037】計時カウンタによるカウント時間Cfan が、 第1の基準時間t1(例えば10秒)に達するまでの間に、内部温度Tecu が、基準温度T0 以下に低下した場合は、ステップS1−S2−S3−S4−S5−S6の繰り返し、即ち、フェーズ0に戻る。
【0038】計時カウンタによるカウント時間Cfan が第1の基準時間t1 (例えば10秒)に達しても、なお、内部温度Tecu が基準温度T0 を超え続ける場合、即ち、フェーズ1が継続する場合は、ステップS9、ステップS10及びステップS11へ順次移行する。
【0039】ステップS10では、電源電圧VthとしてVL(5.0V)より高いVH(5.5V)がECU20の内部に供給されるように、電圧切り換え部25が制御される。また、ステップS11では、計時カウンタによるカウント時間Cfan が、第1の基準時間t1 (例えば10秒)により大きい第2の基準時間t2 (例えば20秒)と比較される。そして、計時カウンタによるカウント時間Cfan が第2の基準時間t2 (例えば20秒)に達するまでは、ステップS1−S2−S7−S8−S9−S10−S11−S6が、順次、繰り返される。これをフェーズ2と呼ぶ。
【0040】フェーズ2では、電動ファン30が駆動され、ケース40内に外気が強制的に供給される。同時に、ECU20内の電源電圧VthがVL(5.0V)からVH(5.5V)に上昇する。(2)式からも分かるように、ECU20内の電源電圧Vthが上昇することにより、トランジスタ24による電圧降下量が低下し、そのトランジスタ24の負担が軽減されることによって、トランジスタ24により構成されるレギュレータの消費電力Pcが低減される。その結果、(1)式における消費電力Pc(θjc+θca)が低下し、トランジスタ24のチップ温度Tjが低下する。
【0041】例えば、(2)式において、ECU20の内部電流が900mAの場合に、電源電圧Vthが5.0V(VL)から5.5V(VH)へ0.5V上昇すると、トランジスタ24により構成されるレギュレータの消費電力Pcは8.1Wから7.65Wに低下し、トランジスタ24のチップ温度Tjは理論上はフェーズ1のときより、3.1℃低下する。
【0042】なお、フェーズ2でのECU20の性能低下(−α)は、VH(5.5V)が電源電圧Vthのスペック内であることもあって軽微である。
【0043】計時カウンタによるカウント時間Cfan が第2の基準時間t2 (例えば20秒)に達するまでの間に、内部温度Tecu が基準温度T0 以下に低下した場合は、ステップS1−S2−S3−S4−S5−S6の繰り返し、即ち、フェーズ0に戻る。
【0044】計時カウンタによるカウント時間Cfan が第2の基準時間t2 (例えば20秒)に達しても、内部温度Tecu が基準温度T0 を超え続ける場合、即ち、フェーズ2が続く場合は、ステップS12に移行する。
【0045】ステップS12では、走行モードとしてパワーセーブモードが選択される。パワーセーブモードは退避走行モード(フェールモード)とも呼ばれる。本実施形態の場合、このモードでは、サブCPU22が停止される。さらに、電動スロットル50への通電が停止され、その開度が一定値に固定されるとともに、オートマティックトランスミッション60に対して、チェンジ操作が停止され、選択ギヤがハイレンジの例えは4thギヤに固定される。合わせて、警告灯であるチェックエンジンランプが点灯する。この状態をフェーズ3と呼ぶ。
【0046】フェーズ3では、電動ファン30が駆動され続けると共に、ECU20内の電源電圧VthがVH(5.5V)に維持され、更に、パワーセーブモードの選択によりECU20の負荷が低減されて、内部電流が減少する。その結果、トランジスタ24により構成されるレギュレータの消費電力Pcがフェーズ2のときより更に低減し、(1)式における消費電力Pc(θjc+θca)が更に低下することにより、トランジスタ24のチップ温度Tjが低下する。
【0047】フェーズ3でのECU20の性能低下(−α)は、フェーズ2のときよりも増大するが、(1)式の内部発熱量ΔTaは低下する。
【0048】例えば、(2)式における電源電圧Vthが5.0V(VL)から5.5V(VH)へ0.5V上昇し、しかも、ECU20の内部電流が900mAから750mAに減少すると、トランジスタ24により構成されるレギュレータの消費電力Pcは、8.1Wから6.38Wに低下し、トランジスタ24のチップ温度Tjは、理論上はフェーズ1のときと比べ、消費電力Pcの減少分だけでも、12℃低下し、さらには、ECU20の性能低下(−α)による内部発熱量ΔTaの低下による温度低下が加わり、全体の温度低下量は、著しく増大する。
【0049】このように、本実施形態のECU冷却装置は、図3に示されたルーチンを所定時間、例えば16ms毎に繰り返し実行することにより、ECU20の内部温度としてのトランジスタ24のチップ温度Tjを許容上限値Tjmax以下に制御することができる。
【0050】しかも、その制御のために、フェーズ1、フェーズ2およびフェーズ3が順番に実行され、フェーズ2では、ECU20内の電源電圧Vthが、トランジスタ24により構成されるレギュレータの消費電力Pcを低減させる方向に変更され、フェーズ3では、これに加えて、走行モードの変更によりECU20の内部電流が減少するために、フェーズ1のみを実行する場合、即ち電動ファン30の駆動のみを行う場合に比べて、電動ファン30の負担が大幅に軽減される。その結果、電動ファン30を小型化することができる。
【0051】また、ECU20の性能が段階的に低下されることにより、走行性能等に対して悪影響を及ぼすおそれがほとんどない。また、フェーズ3に至ることはほとんどなく、通常はフェーズ2までによって制限されるために、走行性能の低下といった二次的な悪影響は軽微である。
【0052】
【発明の効果】以上、本発明のECU冷却装置は、ECUの内部温度を測定して、測定されたECUの内部温度が基準温度を超えたときに、内部電源を構成するトランジスタの消費電力が小さくなる方向にECU内の電源電圧が変更されるために、電動ファン、ヒートシンク等に依存することなく、ECUの内部温度が基準温度以下に制御することができる。このため、電動ファン、ヒートシンク等を用いる場合であっても、それらを小型化することができ、経済性を向上させることができる共に、熱的に過酷で狭い自動車のエンジンルーム内におけるECUの設置のためのスペースを確保することができる。
【0053】また、測定されたECUの内部温度が基準温度を超えたときに、制御モードの変更によりECUの内部電流値が低下されるために、電動ファン、ヒートシンク等に依存することなく、ECUの内部温度が基準温度以下に制御される。このため、電動ファン、ヒートシンクを用いる場合であっても、それらを小型化することができ、経済性を向上させることができると共に、熱的に過酷で狭い自動車のエンジンルーム内におけるECUの設置のためのスペースを確保することができる。
【0054】また、これらを組み合わせることにより、ECUの性能を段階的に制限して、冷却性能を上げることが可能となる。




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013