DE4435754A1 - Drucksensor und zugehöriger Chip - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor zum Messen verschiedener Arten von Druck und Atmosphärendruck, welches Eingabesignale sind, die hauptsächlich zu benutzen sind bei verschiedenen Steuerungen für ein Fahrzeug, sowie einen zugehörigen Chip.

Als ein Beispiel von herkömmlichen Drucksensoren ist einer bekannt, der offenbart ist in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung, 199 653-1991. Der Drucksensor und seine Umgebung in der Publikation sind in Fig. 7 gezeigt.

In Fig. 7 bezeichnet Bezugszeichen 1 eine Ansaugleitung, Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Einspritzer zum Einspritzen von Kraftstoff, Bezugszeichen 3 bezeichnet ein Drosselventil, welches gemäß einem Grad arbeitet, zu dem ein Fahrer ein Beschleunigungspedal niederdrückt, Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Drucksensor, Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Computer, Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Dreitor- Magnetventil, welches den Druck in der Ansaugleitung 1 oder einen atmosphärischen Druck zum Drucksensor 4 richtet, und zwar durch Durchführen eines Schaltbetriebs in Übereinstimmung mit einem Befehl von dem Computer 5, und Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Motor.

Fig. 8(a) und 8(b) sind schematische Ansichten zum Zeigen essentieller Teile im Drucksensor 4, und Fig. 9 ist ein Diagramm zum Zeigen einer elektrischen Äquivalentschaltung in dem Drucksensor. In den Figuren bezeichnet Bezugszeichen 8 ein drucksensitive Element, wobei Widerstände 10 vorgesehen sind in einer Wheatstone-Brücken-Anordnung auf einem Diaphragma 9, welches aus einem dünnen Siliziumhalbleiter hergestellt ist. In dem drucksensitiven Element 8 wird das Diaphragma deformiert durch ein Druckmedium, welches eingeführt wird durch einen Nippel 11 zum Ändern des Widerstandswertes des Widerstands 10, und ein Ausgabesignal, welches proportional zu einem Druck von den Druckmedium ist, wird eingespeist an den Computer von einem Ausgangsanschluß.

Die Schaltung, welche in Fig. 8(a) und 8(b) und Fig. 9 gezeigt ist, wird detaillierter erklärt werden. Bezugszeichen 12 bezeichnet eine hybride integrierte Schaltung, wobei Dickfilmwiderstände (nicht gezeigt) gebildet sind aufbeispielsweise einem Aluminiumoxydsubstrat 13 durch Drucken. Die integrierte Schaltung 12 hat Chipkondensatoren 14, die darin angebracht sind, und hat ebenfalls andere Vorrichtungen darin angeordnet, wobei die anderen Vorrichtungen beispielsweise einen integrierten Schaltungschip 16 beinhalten, der z. B. Operationsverstärker 15 eingebaut hat zum Verstärken eines Signals von dem drucksensitiven Element 8 und zum Durchführen einer Temperaturkompensation. Bezugszeichen 17 und 18 bezeichnen Temperaturkompensations-Einstellschaltungen.

Das drucksensitive Element 8, die hybride integrierte Schaltung 12 und weitere sind vorgesehen in dem Drucksensor 4 auf diese Art und Weise.

Jetzt wird der Betrieb der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung erklärt werden.

Außenluft wird eingezogen durch einen Luftfilter, der nicht gezeigt ist, und die Luft wird eingeführt in den Motor 7 durch die Ansaugleitung 1 und einen Ansaugverteiler. Der Einspritzer 2 injiziert Kraftstoff in den Ansaugverteiler, und Kompression und Verbrennung werden ausgeführt in dem Motor 7 zum Erhalten einer Leistungsquelle für die Brennkraftmaschine. Der Betrag von Kraftstoff, der von dem Einspritzer 2 injiziert wird, wird in dem Computer 5 berechnet, und zwar abhängig von dem Betrag von Luft, der eingezogen wird von der Ansaugleitung 1, sowie weiterer Betriebsinformation. Der Computer 5 hat verschiedene Operationsfaktoren, die ihm eingegeben werden. Bei den Operationsfaktoren sind ein Druck in der Ansaugleitung 1 und ein Atmosphärendruck involviert. Der Druck in der Ansaugleitung 1 und der Atmosphärendruck werden gemessen durch den gleichen Drucksensor 4. Da beide Drucke nicht zur gleichen Zeit gemessen werden können, ist das Dreitor- Magnetventil 6 angeordnet in einer Röhre, durch die ein zu messendes Gas auf dem Drucksensor 4 gerichtet wird. Durch Schalten des Ventils 6 können beide Drucke jeweils gemessen werden. In der in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung offenbarten Vorrichtung wird, wenn das Drosselventil 3 vollständig bei einer Verlangsamung geschlossen ist, das Dreitormagnetventil 6 umgeschaltet zum Einführen von Atmosphärendruck in dem Drucksensor 4. Auf diese Art und Weise werden der Druck in der Ansaugleitung und ein Atmosphärendruck durch den einzelnen Drucksensor 4 gemessen.

Der Drucksensor 4 besteht hauptsächlich aus dem drucksensitiven Element 8 und der hybriden integrierten Schaltung 12. Wenn ein Druck P ankommt an dem Diaphragma 9 des drucksensitiven Elements 8 durch den Nippel 11 und das Diaphragma deformiert, treten Änderungen in den Werten des Widerstands bei den 4 Widerständen 10 auf, welche vorgesehen sind auf dem Diaphragma 9 in der Wheatstone-Brücken- Anordnung. Ein Signal, das verursacht wird durch die Änderung in den Werten des Widerstandswerts, wird verstärkt durch die Operationsverstärker 15, wird kompensiert in dem Temperaturkompensationsschaltungen 17 und 18, und wird eingespeist an den Computer 5 als eine Analogausgabe, welche genau proportional ist zum Druck P.

Ein weiteres Beispiel der herkömmlichen Vorrichtungen ist das System, welches offenbart ist in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung, 205 832/1986 und welches einen Druck liest in einer Ansaugleitung durch einen Drucksensor bei spezifischen Operationsbedingungen ohne ein Dreitormagnetventil, und den gelesenen Druck einer Kompensationsrechnung unterwirft zum Ermitteln eines annähernden atmosphärischen Drucks.

Ein weiteres Beispiel ist ein System, welches einen Atmosphärendruck durch einen Drucksensor zum Messen eines Drucks in einer Ansaugleitung vor einem Kurbeln unmittelbar nachdem ein Zündschalter eingeschaltet wird, mißt.

Zusätzlich gibt es ein Beispiel, wobei ein Drucksensor für einen Ansaugdruck und ein Atmosphärendrucksensor individuell vorgesehen sind.

Die konventionellen Druckmeßsysteme, die zuvor genannt wurden, kreieren die folgenden Probleme:

Insbesondere ist bei dem in Fig. 7 gezeigten, obwohl es ausreicht, den einzelnen Drucksensor vorzusehen, das Dreitor-Magnetventil 6 erfordert zum selektiven Einführen des Drucks in der Ansaugleitung und externer Luft in den einzelnen Drucksensor. Daraus resultierend wird das Druckmeßsystem einschließlich Leitungen groß, was gegen Platzersparnis verstößt und hohe Kosten mit sich bringt.

Das in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nummer 205 832/1986 veröffentlichte System kann nicht eine Atmosphärendruckinformation erhalten, wenn die Information erfordert ist. Es kann deshalb auch nicht eine genaue Atmosphärendruckinformation erhalten, da der erhaltene Atmosphärendruck ein Näherungswert ist. Diese Anordnung schafft ein Problem insofern, als daß es unmöglich ist, eine Feinsteuerung auszuführen.

Das System, welches einen Atmosphärendruck vor einem Kurbeln mißt, bringt insofern ein Problem mit sich, als daß der Atmosphärendruck nicht stets gemessen werden kann bei jedem Betriebsmodus vor einem Kurbeln nach Einschalten des Zündschalters (da ein Rücksetzen eines ICs erforderlich ist bei manchen Operationsmodi).

Die Anordnung, in der der Drucksensor für einen Druck in der Ansaugleitung und der Atmosphärendrucksensor individuell vorgesehen sind, schafft ein Problem insofern, als daß die Kosten notwendigerweise ansteigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben erwähnten Problem zu lösen, und einen Drucksensor zu schaffen, der in der Lage ist, einen bestimmten Druck und einen Atmosphärendruck individuell und unabhängig in Real zeit zu erfassen, wenn eine Information über diese Drucke erforderlich ist, und eine Miniaturisierung und ein leichtes Gewicht davon zu realisieren.

Die vorhergehende und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung wurden gelöst durch Schaffen eines Drucksensors mit einem ersten Drucksensor und einem Atmosphärendrucksensor, wobei jeder Sensor ein drucksensitives Element beinhaltet, sowie eine Schaltung zum Verstärken eines Ausgabesignals von dem drucksensitiven Element, wobei zumindest die Verstärkungsschaltung in dem ersten Drucksensor und zumindest das drucksensitive Element und die Verstärkungsschaltung in dem Atmosphärendrucksensor auf demselben Chip vorgesehen sind.

Es ist vorzuziehen, daß die Verstärkungsschaltung eine Funktion hat zum Kompensieren einer Nicht-Gleichförmigkeit in der Charakteristik des drucksensitiven Elements aufgrund von Temperaturen.

Es ist ebenfalls vorzuziehen, daß der Drucksensor weiterhin ein Substrat beinhaltet, daß das Substrat ein Temperaturkompensations-Einstellelement hat zum Kompensieren außerhalb des Chips einer Niedrig-Gleichförmigkeit in der Charakteristik des drucksensitiven Elements aufgrund von Temperaturen, und daß das Substrat und der Chip ein Element zwischengesetzt haben zum Abhalten des Einflusses eines Wärmetransfers zum Chip.

Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung wurden ebenfalls gelöst durch Schaffen eines Chips für einen Drucksensor, welcher darauf beinhaltet: eine erste Schaltung zum Verstärken eines Ausgabesignals entsprechend einem bestimmten erfaßten Druck; ein drucksensitives Element zum Erfassen eines Atmosphärendrucks; und eine zweite Schaltung zum Verstärken eines Ausgangssignals von dem drucksensitiven Element.

Die Erfindung ist im Grunde dadurch charakterisiert, daß die Schaltung zum Verstärken eines Ausgangssignals entsprechend einem ersten erfaßten Druck, das drucksensitive Element zum Erfassen eines Atmosphärendrucks und die Schaltung zum Verstärken eines Ausgangssignals von dem drucksensitiven Element auf demselben Chip vorgesehen sind. Diese Anordnung kann sowohl einen bestimmten Druck als auch einen Atmosphärendruck zur gleichen Zeit und genau auf billige Art und Weise messen, ohne den Drucksensor groß zu machen.

Eine vollständigere Würdigung der Erfindung und vieler begleitender Vorteile davon wird leicht erhalten werden, durch besseres Verständnis derselben mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung in Zusammenhang mit der begleitenden Zeichnung.

Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine Vorderansicht zum Zeigen des Drucksensors nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung:

Fig. 2 eine Bodenansicht des Drucksensors;

Fig. 3 eine Vorderansicht zum Zeigen des Drucksensors teilweise im Querschnitt;

Fig. 4(a) bis (d) Ansichten zum Zeigen von Abschnitten des Drucksensors, Fig. 4(a) eine Seitenansicht zum Zeigen eines ersten drucksensitiven Elements, Fig. 4(b) eine ebene Ansicht eines Abschnittes einer hybriden integrierten Schaltung, Fig. 4(c) eine Querschnittsansicht des Abschnittes der hybriden integrierten Schaltung, und Fig. 4(d) eine schematische Ansicht zum Zeigen eines Diaphragma und seiner Nachbarschaft in einem Atmosphärendrucksensor in vergrößerter Form;

Fig. 5 ein Diagramm zum Zeigen einer Schaltung des Drucksensors;

Fig. 6 eine schematische Ansicht des Systems nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Zeigen, wie ein Drucksensor auf einen Kraftstofftank angewendet wird;

Fig. 7 eine schematische Ansicht zum Erklären, wie ein herkömmlicher Drucksensor benutzt wird;

Fig. 8(a) und (b) Ansichten zum Zeigen des herkömmlichen Drucksensors, wobei Fig. 8(a) eine Seitenansicht ist zum Zeigen eines drucksensitiven Elements darin und Fig. 8(b) eine perspektivische Ansicht zum Zeigen einer hybriden integrierten Schaltung darin; und

Fig. 9 ein Diagramm zum Zeigen einer Schaltung des herkömmlichen Drucksensors.

Jetzt wird die vorliegenden Erfindung beschrieben werden in detaillierter Art und Weise mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen.

Ausführungsform 1

Mit Bezug auf Fig. 1 und 2 ist der Drucksensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Fig. 1 ist eine Vorderansicht des Drucksensors, und Fig. 2 ist eine Bodenansicht des Drucksensors.

In den Figuren bezeichnet Bezugszeichen 20a ein Gehäuse, welches den Drucksensor 20 bildet. Das Gehäuse 20a hat einen Sensor zum Erfassen eines bestimmten Drucks, wie z. B. eines Drucks einer Ansaugleitung, und einen Sensor zum Erfassen eines Atmosphärendrucks auf individuelle Art und Weise darin angeordnet.

Bezugszeichen 21 bezeichnet einen Nippel zum Einführen des Drucks in die Ansaugleitung oder dergleichen. Bezugszeichen 22 bezeichnet einen Verbinder, welcher benutzt wird zum Verbinden eines Computers, wie erwähnt mit Bezug auf die herkömmliche Vorrichtung, und Bezugszeichen 23 bezeichnet Anschlüsse in den Verbinder.

Bezugszeichen 24 bezeichnet eine Einführöffnung für externe Luft, welche externe Luft einführt an den Atmosphärendrucksensor in dem Gehäuse 20a.

Fig. 3 ist eine teilweise Querschnittsansicht zum Zeigen des Inneren des Drucksensors 20. Bezugszeichen 25 bezeichnet ein drucksensitives Element, welches beispielsweise einen Druck in der Ansaugleitung erfaßt. Bezugszeichen 26 bezeichnet den Atmosphärendrucksensor. Bezugszeichen 25 bezeichnet einen Abschnitt für eine hybride integrierte Schaltung (HIC).

Der Drucksensor 20 hat den Nippel 21 verbunden mit einem Ansaugsystem eines Motors durch eine Leitung, und die Einführungsöffnung 24 für externe Luft zur Atmosphäre geöffnet.

Fig. 4(a) bis (d) sind Ansichten, welche unabhängig wesentliche Abschnitte zum Bilden des Drucksensors 20, gezeigt in Fig. 3, zeigen. Mit Bezug auf Fig. 4(a) ist das drucksensitive Element 25 gezeigt, welches einen Sensor bildet für einen Ansaugdruck als einem Beispiel eines ersten Drucksensors gemäß der vorliegenden Erfindung. Das drucksensitive Element 25 hat solch eine Struktur, daß ein Druckmedium übertragen wird an ein Diaphragma als inneres drucksensitives Element durch den Nippel 21 von der durch einen Pfeil P bezeichneten Richtung.

Jetzt mit Bezug auf Fig. 4(b) ist der Abschnitt 27 für die hybride integrierte Schaltung gezeigt, wobei der Atmosphärendrucksensor 26 darin beinhaltet ist. Der Abschnitt 27 für die hybride integrierte Schaltung besteht beispielsweise aus einem Aluminiumoxydsubstrat 28 mit Dickfilmwiderständen und einem Muster (Verdrahtung), das nicht gezeigt ist, Anzahlen von Anschlüssen 29 auf Seiten des Aluminiumoxydsubstrats 28 und einer Kappe 30 zum Bedecken eines zusammengesetzten integrierten Schaltungschips, wie später erwähnt.

Die Kappe 30 hat eine Einführungsöffnung 31 für externe Luft gebildet in der Oberseite davon zum Einführen externer Luft in das Innere.

Mit Bezug auf Fig. 4(c) zum Zeigen einer Querschnittsansicht des in Fig. 4(b) gezeigten Abschnitts für die hybride integrierte Schaltung ist der zusammengesetzte integrierte Schaltungschip 33 gezeigt als eines der Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung, welcher auf dem Aluminiumoxydsubstrat 28 über einen Sitz 32 plaziert ist. Der Sitz 32 ist hergestellt aus Glas oder dergleichen und verhindert, daß ein thermischer Einfluß übertragen wird von dem Aluminiumoxydsubstrat 28 an den zusammengesetzten Schaltungschip 33.

Der zusammengesetzte integrierte Schaltungschip 33 beinhaltet das Diaphragma 34, welches ein drucksensitives Element ist zum Erfassen eines Atmosphärendrucks. Der zusammengesetzte integrierte Schaltungschip hat eine elektronische Schaltung darin angeordnet, welche beispielsweise Brückenwiderstände beinhaltet, welche einen Atmosphärendruck erfassen, der durch das Diaphragma 34 empfangen wird, und die Werte des Widerstands unausgeglichen machen, abhängig von der Größe des Atmosphärendrucks, einem Operationsverstärker (im weiteren als OP-Verstärker bezeichnet), welcher eine Spannung verstärkt zum Anzeigen eines Ausgabesignals ansprechend auf das Ungleichgewicht in den Werten im Widerstand und welcher eine Temperaturkompensation durchführt, sowie einen OP-Verstärker, der eine Spannung verstärkt, die erzeugt wird durch einen Druck zum Anzeigen eines Betriebszustandes (einen durch den ersten Drucksensor erfaßten Druck), und welcher eine Temperaturkompensation ausführt.

Der zusammengesetzte integrierte Schaltungschip 33 ist verbunden mit dem Sitz 32 mittels beispielsweise eines anodischen Bondens (eine hohe Spannung und eine hohe Temperatur werden angelegt zum Bonden des zusammengesetzten integrierten Schaltungschips 33, hergestellt aus Silizium als leitfähigem Material, und dem Sitz 32, hergestellt aus Glas als isolierendem Material).

Der Sitz 32 und das Aluminiumsubstrat 28 werden durch beispielsweise ein Haftmittel verbunden.

Der zusammengesetzte integrierte Schaltungschip 33 und das Diaphragma 34 werden in solch einem Zustand angeordnet, wie er in Vergrößerung in Fig. 4(d) gezeigt ist. Zwischen dem zusammengesetzten integrierten Schaltungschip 33 und dem Sitz 32 ist ein Hohlraum 35 gebildet. Das Innere des Hohlraums 35 ist Vakuum, was bedeutet, daß ein Druck, der angelegt wird an das Diaphragma 34, angezeigt wird als ein Absolutdruck.

Der zusammengesetzte integrierte Schaltungschip 33 hat Widerstände 36 darauf gebildet in einer Wheatstone-Brücken- Anordnung, und zwar beispielsweise mittels Diffusion.

Mit Rückbezug auf Fig. 4(c) bezeichnet Bezugszeichen 37 einen von Drähten, die elektrisch den zusammengesetzten integrierten Schaltungschip 33 mit Kissen (nicht gezeigt) des Aluminiumsubstrats 28 verbinden. Bezugszeichen 38 bezeichnet ein Gel, welches den Chip 33 schützt. Diese Elemente sind durch die Kappe 30 bedeckt.

Jetzt mit Bezug auf Fig. 5 ist eine elektrische Schaltung gezeigt, wie z. B. der Abschnitt 27 für die hybride integrierte Schaltung.

Ein Diaphragma 9 als ein drucksensitives Element, welches das drucksensitive Element 25 für den ersten Drucksensor bildet, hat Widerstände 10 darauf angeordnet in einer Wheatstone-Brücken-Anordnung. Die Widerstände sind verbunden mit Anschlüssen 39a bis 39d des Abschnitts 27 der hybriden integrierten Schaltung. Die Anschlüsse 39a und 39d haben Leistung zugeführt von dem Computer außerhalb der Schaltung, und eine Spannung von 5 V wird normalerweise angelegt über beide Anschlüsse. Mit anderen Worten ist der Anschluß 39a bei 5 V und der Anschluß 39d liegt auf Masse bei 0 V.

In dem Abschnitt 27 der hybriden integrierten Schaltung sind drei OP-Verstärker 40 angeordnet, welche eine Spannung verstärken als ein Ausgabensignal, das erzeugt wird ansprechend auf ein Ungleichgewicht in den Werten des Widerstandes der Widerstände 10, und welche eine Temperaturkompensation durchführen. Die Anschlüsse 39b und 39c sind verbunden mit einem Eingangsende der Reihe der OP-Verstärker 40. Die OP-Verstärker 40 sind versehen mit Temperaturkompensationswiderständen, welche eine Variation in der Empfindlichkeit (Spanne) aufgrund von Temperaturen kompensieren, welche verursacht wird durch die Struktur oder das Herstellungsverfahren des Diaphragma 9. Auf diese Art und Weise haben die OP-Verstärker 40 genauso eine Temperaturkompensationsfunktion.

Andererseits ist mit den OP-Verstärkern 40 und den Widerständen 10 eine Temperaturkompensations- Einstellschaltung 41 verbunden, welche benutzt wird zum Einstellen von beispielsweise einer Temperaturdrift im Versatz, verursacht durch Variationen in dem Diaphragma 9 von jedem Produkt (Drucksensor). Da der Versatz variiert von einem Produkt zum anderen gemäß den Temperaturen, wird eine Einstellung durch die Temperaturkompensations- Einstellschaltung 41 mit dem Produkt gemacht. Die Einstellung wird gemacht durch Trimmen eines Dickfilmwiderstandes (nicht gezeigt) in dem Abschnitt 27 der hybriden integrierten Schaltung auf dem Aluminiumoxydsubstrat 28 zum Ändern des Widerstandswerts des Widerstands. Sozusagen besteht die Temperaturkompensations- Einstellschaltung 41 aus dem Dickfilmwiderstand.

Mit den OP-Verstärkern 40 an der zweiten und dritten Stufe ist eine Temperaturkompensations-Einstellschaltung 42 verbunden. Die Schaltung 42 dient zum Korrigieren von Variationen in der Empfindlichkeit abhängig von Temperaturen von außerhalb der OP-Verstärker und ist ebenso aufgebaut wie die Temperaturkompensations-Einstellschaltung 41.

Mit einem Ausgangsende der OP-Verstärker 40 in Reihe ist ein Ausgangsanschluß 43 verbunden, durch den eine Spannung entsprechend einem Ansaugdruck oder dergleichen, wie erfaßt durch das Diaphragma, ausgegeben wird an den Computer.

Zwischen den Anschlüssen 39a und 39d und zwischen Eingabeleitungen des OP-Verstärkers 40 an der ersten Stufe sind Chipkondensatoren angeordnet, wie erklärt mit Bezug auf die herkömmliche Vorrichtung, obwohl nicht gezeigt.

Andererseits sind mit den Brückenwiderständen 36 auf dem Diaphragma 34 zum Messen eines Atmosphärendrucks drei OP-Verstärker 34 verbunden. Die OP-Verstärker 44 verstärken eine Spannung als ein Ausgangssignal entsprechend einem Ungleichgewicht in den Werten im Widerstand bei den Widerständen 36 wie die OP-Verstärker 40 und führen eine Temperaturkompensation durch. Mit den Widerständen 36 ist eine Temperaturkompensations-Einstellschaltung 40 verbunden, und mit den OP-Verstärker 44 an der zweiten und dritten Stufe ist eine Temepraturkompensations-Einstellschaltung 46 verbunden. Die Temperaturkompensations-Einstellschaltung 45 stellt einen Versatz ein wie die Temperaturkompensations- Einstellschaltung 41, und die Temperaturkompensations- Einstellschaltung 46 stellt eine Empfindlichkeit ein wie die Temperaturkompensations-Einstellschaltung 42. Die Struktur der Schaltungen 45 und 46 ist wie die der Schaltungen 41 und 42.

Mit den OP-Verstärkern 44 in Reihe ist ein Ausgangsanschluß 47 verbunden. An die Schaltung zum Messen eines Atmosphärendrucks ist eine Spannung angelegt über die Anschlüsse 39a und 39d, beispielsweise 5 V von dem Computer und 5 V als die Massespannung. Eine Leitung 48 verbindet elektrisch beide Sensoren. Daraus resultierend können beide Sensoren aktiviert werden durch eine einzelne Leistungsquelle.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind das Diaphragma 34, die Widerstände 36 und die OP-Verstärker 44 zum Messen eines Atmosphärendrucks, die OP-Verstärker 40 zum Messen beispielsweise eines Ansaugdrucks als dem ersten Druck und die Temperaturkompensations-Einstellschaltungen 41, 42, 45 und 46 auf demselben Abschnitt 47 für eine hybride integrierte Schaltung auf dem Aluminiumoxydsubstrat 28 angeordnet. Unter diesen Elementen sind die Elemente, die verschieden sind von den Temperaturkompensations- Einstellschaltungen 41, 42, 45 und 46 auf dem gleichen Chip vorgesehen, d. h. dem zusammengesetzten integrierten Leitungschip 33. Diese Anordnung erlaubt, das ein Teil des Sensors zum Messen eines bestimmten Drucks und ein Atmosphärendrucksensor vorgesehen sind auf einem einzelnen Chip, um dadurch eine Miniaturisierung zu realisieren. Der Grund, warum das Diaphragma 9 und die Widerstände 10 für den Ansaugdruck oder dergleichen außerhalb des Abschnitts 27 für die hybride integrierte Schaltung angeordnet sind, ist der, daß das Diaphragma und die anderen Schaltungen nicht Verschmutzungen oder dergleichen in einem zu messenden Objekt widerstehen können. Falls dieses Problem gelöst werden kann, können diese Elemente genauso auf demselben Chip vorgesehen sein. Der Grund, warum die Temperaturkompensations-Einstellschaltungen 41, 42, 45 und 46 nicht vorgesehen sind auf dem zusammengesetzten integrierten Schaltung 33, ist der, daß diese Temperaturkompensations-Einstellschaltungen so konstruiert sind, daß die Dickfilmwiderstände auf dem Aluminiumoxydsubstrat 28 getrimmt werden zum Kompensieren einer Temperaturdrift oder dergleichen im Versatz gemäß der Charakteristik des Diaphragma in einem fertigen Produkt. Falls die Temperaturkompensations-Einstellschaltungen so konstruiert sind, daß Dünnfilmwiderstände getrimmt werden können, können die Temperaturkompensations-Einstell­ schaltungen auf dem gleichen Chip vorgesehen sein, d. h. in dem zusammengesetzten integrierten Schaltungschip 33.

Jetzt wird der Betrieb des Drucksensors wie vorher beschrieben, erklärt werden.

Ein Druckmedium in beispielsweise der Ansaugleitung wird transferiert an das Diaphragma 9 über den Nippel 21 des Drucksensors 20, was in einem Ungleichgeweicht in den Werten des Widerstands in den Brückenwiderständen 10 resultiert gemäß dem erfaßten Druck. Eine Spannung, die durch solch ein Ungleichgewicht verursacht wird, wird verstärkt und wird einer Temperaturkompensation durch die OP-Verstärker 40 unterworfen und wird ebenfalls einer Temperaturkompensation durch die Temperaturkompensations-Einstellschaltungen 41 und 42 unterworfen. Danach wird sie weitergeleitet von dem ersten Anschluß 43 an den Computer, wie erwähnt mit Bezug auf die herkömmliche Einrichtung.

Der Computer führt Operatonen bezüglich des Ventilzeitpunktes oder die Zeitspanne für einen Einspritzer basierend auf dem Wert des Druckes in der Ansaugleitung, der Drehzahl des Motors oder dergleichen durch. Kraftstoff wird eingespritzt von dem Einspritzer in die Ansaugleitung oder dergleichen zu einem Betrag entsprechend dem Resultat der Operationen.

Es gibt einen Fall, in dem ebenfalls Bezug genommen wird auf einen Atmosphärendruck, beispielsweise wenn der Computer Operationen bezüglich der Kraftstoffmenge durchführt. Aus diesen Gründen wird externe Luft eingeführt durch die Einführungsöffnung für externe Luft 24 des Drucksensors 20. Die externe Luft erreicht das Diaphragma 34 zum Messen eines Atmosphärendrucks durch die Einführungsöffnung 31 für externe Luft in der Kappe 30 auf dem Aluminiumoxydsubstrat 28. Das Diaphragma 34 wird deformiert abhängig von dem Druck der eingeführten externen Luft, und dadurch werden die Werte im Widerstand in den Brückenwiderständen 36 unausgeglichen. Eine Spannung proportional zum Ungleichgeweicht wird verstärkt und wird einer Temperaturkompensation durch die OP-Verstärker 44 unterworfen und wird ebenfalls einer Temperaturkompensation durch die Temperaturkompensations- Einstellschaltung 45 und 46 unterworfen. Dann kommt sie am Ausgangsanschluß 47 an und wird zum Computer weitergeleitet. Gemäß dem Wert entsprechend dem externen Luftdruck wird der Kraftstoffeinspritzbetrag und dergleichen korrigiert.

Ausführungsform 2

Eine zweite Ausführungsform und deren folgenden Ausführungsformen werden unterbreitet zum Erklären, daß der Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann auf einen Abschnitt, der vom Ansaugsystem verschieden ist.

Obwohl eine Erklärung der ersten Ausführungsformen durchgeführt wurde mit Bezug auf den Drucksensor, welcher einen Druck in der Ansaugleitung und einen atmosphärischen Druck zur selben Zeit messen kann, kann der Drucksensor angewendet werden auf einen Fall, in dem ein Druck in einem Kraftstofftank und ein Atmosphärendruck gleichzeitig gemessen werden.

Dieser Fall ist in Fig. 6 gezeigt.

In Fig. 6 bezeichnet Bezugszeichen 50 den Kraftstofftank, welcher Kraftstoff 51 speichert. Bezugszeichen 52 bezeichnet ein Rücksperrventil, welches geöffnet und geschlossen wird abhängig von einem Druck in dem Kraftstofftank 50. Bezugszeichen 53 bezeichnet einen Kanister, welcher normalerweise aktivierten Kohlenstoff beinhaltet. Bezugszeichen 54 bezeichnet ein Entsorgungssteuerventil, welches geöffnet und geschlossen wird zum Steuern des Eintritts verdampften Gases des Kraftstoffes 51 in einer Ansaugleitung 57, die zum Motor führt.

Bezugszeichen 55 bezeichnet einen Drucksensor, welcher den Dampfdruck des Kraftstoffes in dem Kraftstofftank 50 und einen Atmosphärendruck zur selben Zeit messen kann, der identisch ist zum in der ersten Ausführungsform gezeigten Drucksensor bezüglich grundlegenden Abschnitten in seiner Erscheinungsform und seiner inneren Schaltung, und welcher verschieden ist von dem der ersten Ausführungsform bezüglich eines inneren Materials, seiner Charakteristika oder dergleichen. Bezugszeichen 56 bezeichnet ein Magnetventil, welches sich öffnet und schließt, wenn das verdampfte Gas (Benzin) in dem Kanister 53 zur Atmosphäre geöffnet wird.

Die Differenz in den Charakteristika und dem inneren Material des Drucksensors 55 bedeutet, daß Material und Struktur für ein drucksensitive Elemente so gewählt werden müssen, daß sie einen Kraftstoff-Widerstandsvermögen haben bei der zweiten Ausführungsform, ein Druckmedium ein verdampfter Kraftstoff (z. B. Benzin) ist und der verdampfte Kraftstoff in direkten Kontakt tritt mit einem Abschnitt des drucksensitiven Elements, daß der Drucksensor Charakteristika haben muß, die geeignet sind zum Messen eines Eichdrucks, da, wenn ein Druck in dem Kraftstofftank gemessen wird, eine Differenz zwischen ihm und einem externen Luftdruck, d. h. ein Eichdruck nicht ein absoluter Druck ist, erfordert ist, in einem System gemessen zu werden, und daß ein Erfassungssensitivität erhöht ist, da ein Gasdruck niedrig ist.

Jetzt wird der Betrieb erklärt werden.

Wenn eine Umgebungstemperatur steigt, verdampft der Kraftstoff in dem Kraftstofftank 50, um verdampftes Gas zu werden. Das verdampfte Gas des Kraftstoffes erreicht das Rücksperrventil 52, welches verhindert, daß das Gas durchfließt, wenn es geschlossen ist. Wenn der Druck in dem Kraftstofftank 50 oberhalb eines bestimmten Pegels steigt, wird das Rücksperrventil 52 geöffnet, um zu erlauben, daß das verdampfte Gas in den aktivierten Kohlenstoff (nicht gezeigt) in dem Kanister 53 fließt. Das verdampfte Gas haftet dort an dem aktivierten Kohlenstoff an. Wenn das Entsorgungssteuerventil 54 geöffnet wird in Übereinstimmung mit einem Befehl von einem Computer (nicht gezeigt) während eines Betriebs des Motors (nicht gezeigt), wird der verdampfte Kraftstoff, welcher an dem aktivierten Kohlenstoff angehaftet ist, losgelassen, wird entladen in die Ansaugleitung 57 und wird verbrannt. Der aktivierte Kohlenstoff wird aufgrund solch eines Loslassens regeneriert.

Der Drucksensor 55 und das Magnetventil 56 sind vorgesehen zum Prüfen, ob es ein Leck gibt in der Passage für das verdampfte Gas oder nicht. Wenn beispielsweise das Entsorgungssteuerventil 54 und das Magnetventil 56 geschlossen sind bei bestimmten Betriebsbedingungen, wird die Passage für das verdampfte Gas von außen unterbrochen. Zu dieser Zeit wird ein Teil des verdampften Gases eingeführt in den Drucksensor 55 durch einen Nippel. Die Gegenwart des Lecks in der Passage kann erfaßt werden durch Überwachen einer Änderung in der Ausgabe von dem Drucksensor 55. Der Drucksensor 55 hat einen darin vorgesehenen Atmosphärendrucksensor. Wenn der Drucksensor ebenfalls benutzt wird als ein Atmosphärendrucksensor (nicht gezeigt), der zur Kraftstoffsteuerung zu benutzen ist, kann der Drucksensor einen Atmosphärendruck zur gleichen Zeit messen. Ein Signal zum Anzeigen des gemessenen Atmosphärendrucks kann an den Computer (nicht gezeigt) weitergeleitet werden, um für eine weitere Steuerung benutzt zu werden.

Ausführungsform 3

Der Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann gleichzeitig benutzt werden zum Messen eines Umgebungsluftdrucks und eines Hydraulikdrucks, wie z. B. eines Motorenöls, eines Getriebeöls, eines Servolenkungsöls, eines Bremsöls, eines Vierrad-Lenköls, eines Aufhängungsöls und eines Traktionsöls, bei verschiedenen Arten hydraulischer Steuerung zum Steuern eines Motorensystems, eines Antriebssystems, und eines Laufsystems in einer Brennkraftmaschine.

Ausführungsform 4

Der Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann gleichzeitig benutzt werden zum Messen eines Umgebungsatmosphärendrucks und eines Drucks eines Kühlmittels, das benutzt wird in einer Klimaanlage in Kombination mit einer Brennkraftmaschine.

Ausführungsform 5

Der Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann gleichzeitig benutzt werden zum Messen eines Umgebungsatmosphärendrucks und eines Kraftstoffdrucks in einer Brennkraftmaschine, wie z. B. eines Benzindrucks in einer Benzinzuführungspassage in einem Benzinmotor, oder eines Kraftstoffeinspritzdrucks in einem Dieselmotor.

Ausführungsform 6

Der Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann benutzt werden zum gleichzeitigen Messen eines Umgebungsatmosphärendrucks und eines Drucks in einem Zylinder in einer Brennkraftmaschine, wie z. B. einer Änderung im Druck in vier Takten (Ansaugtakt → Kompressionstakt → Leistungstakt → Abgastakt) in einem Benzinmotor und eines Drucks in einem Zylinder eines Dieselmotors.

Ausführungsform 7

Der Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann benutzt werden zum gleichzeitigen Messen eines Umgebungsatmosphärendrucks und eines Drucks in einer Abgasrezirkulationspassage (EGR) einer Brennkraftmaschine, wie z. B. eines Drucks zwischen einem EGR-Ventil und einem Ansaugverteiler, und eines Drucks an der Abgasleitungsseite des EGR-Ventils.

Ausführungsform 8

Der Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann benutzt werden zum Messen eines Drucks in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine und eines Umgebungsatmosphärendrucks zur selben Zeit.

Die zweite und deren folgende Ausführungsformen, die zuvor erwähnt wurden, können ähnliche Vorteile bieten, wie die ersten Ausführungsform.

Der Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung, wie zuvor beschrieben, kann solch eine Struktur haben und eine Schaltung haben, daß der Sensor zum Erfassen und Messen eines ersten Drucks (eines bestimmten Drucks) eine Vielzahl von Drucken, ohne begrenzt zu sein auf eine Messung einer einzelnen Druckart, erfassen kann.

Offenbar sind zahlreiche Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich angesichts der obigen Lehre. Es sollte deshalb verstanden sein, daß innerhalb des Schutzumfanges der angehängten Patentansprüche die Erfindung auf andere Weise umgesetzt werden kann als speziell hierin beschrieben.

Claims (5)

1. Drucksensor mit:
einem ersten Drucksensor; und
einem Atmosphärendrucksensor;
wobei jeder Sensor ein drucksensitives Element und eine Schaltung zum Verstärken eines Ausgangssignals von dem drucksensitiven Element beinhaltet;
wobei zumindest die Verstärkungsschaltung in dem ersten Drucksensor und zumindest das drucksensitive Element und die Verstärkungsschaltung in dem Atmosphärendruckssensor auf demselben Chip vorgesehen sind.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschaltung eine Funktion zum Kompensieren einer Nichtgleichförmigkeit in den Charakteristika des drucksensitiven Elements aufgrund von Temperaturen hat.

3. Drucksensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Substrat, wobei das Substrat ein Temperaturkompensations- Einstellelement hat zum Kompensieren außerhalb des Chips einer Nichtgleichförmigkeit in den Charakteristika des drucksensitiven Elements aufgrund von Temperaturen, wobei das Substrat und der Chip ein Element zwischengesetzt haben zum Abhalten des Einflusses eines Wärmetransfers zum Chip.

4. Drucksensor nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Substrat, wobei das Substrat ein Temperaturkompensations- Einstellelement hat zum Kompensieren außerhalb des Chips einer Nichtgleichförmigkeit in den Charakteristika des drucksensitiven Elements aufgrund von Temperaturen, wobei das Substrat und der Chip ein Element zwischengesetzt haben zum Abhalten des Einflusses eines Wärmetransfers zum Chip.

5. Chip für einen Drucksensor, welcher darauf beinhaltet:
eine erste Schaltung zum Verstärken eines Ausgangssignals entsprechend einem bestimmten erfaßten Drucks;
ein drucksensitives Element zum Erfassen eines Atmosphärendrucks; und
eine zweite Schaltung zum Verstärken eines Ausgangssignals von dem drucksensitiven Element.