JP3772079B2 - 圧力センサ及びこれを用いた自動車用内燃機関制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力センサ及びこれを用いた自動車用内燃機関制御装置に係り、特に、特に、自動車用内燃機関の吸気通路圧力と温度を測定するのに好適な圧力センサ及びこれを用いた自動車用内燃機関制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧力センサにおいては、自動車用内燃機関の吸気通路圧力を検出するための圧力検出部としては、拡散抵抗によるピエゾ抵抗効果を用いたものや、静電容量を用いたものが知られている。また、自動車用内燃機関の温度を測定する温度検出部としては、サーミスタが用いられている。しかしながら、温度検出部であるサーミスタは、圧力検出部とは別体に備えられるため、圧力センサが大型化するという問題があった。
【０００３】
ここで、例えば、特開平１０―１３２６８４号公報に記載されているように、静電容量式において、圧力検出用容量１１，１２の他に、一種の温度センサとして昨日する参照容量１３を用いる構成が知られている。容量１１，１２，１３は、半導体チップの上に一体的に形成されているため、圧力センサを小型化することが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは、特開平１０―１３２６８４号公報に記載されているような一体型のセンサについて、一種の温度センサとして用いられている参照容量１３を温度センサとして用いることが可能か否かについて検討を行った。特開平１０―１３２６８４号公報における参照容量１３は、圧力検出用容量１１，１２の持つ温度依存性を補償するために用いられるため、半導体チップ上に一体的に形成されている。しかしながら、かかる構成では、参照容量１３は、自動車用内燃機関の温度を測定する温度検出部として用いるには、測定対象流体の温度測定の遅れ時間が長くなり、速い温度変化に対して、十分な測定精度を確保することが困難であるという問題があることが判明した。すなわち、容量１１，１２，１３は、半導体チップ上に一体的に形成されるとともに、その表面には、容量を吸気中の異物から保護するためのシリコンゲル等の保護膜が形成されている。シリコンゲルは熱容量が大きいため、測定対象流体の温度測定の遅れ時間が長くなるものである。
【０００５】
また、特開平１０―１３２６８４号公報における参照容量１３を温度検出用に用いて、自動車用内燃機関制御装置に用いる場合には、温度検出部の応答遅れによって、内燃機関の制御精度が低下するという問題も生じてくる。
【０００６】
本発明の目的は、測定精度の向上した圧力センサを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、制御精度の向上した自動車用内燃機関制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、圧力検出部と温度検出部を有する圧力センサにおいて、上記圧力検出部と温度検出部を、１つの半導体チップに形成するとともに、上記圧力検出部をゲルで覆い、上記温度検出部はゲルで覆うことなく、測定対象流体にさらすような構造としたものである。
かかる構成により、温度測定の応答性を早くし、測定精度を向上し得るものとなる。
（２）上記（１）において、好ましくは、上記圧力検出部を覆うカバーを備え、このカバー内にゲルを注入して、上記圧力検出部をゲルで覆うようにしたものである。
かかる構成により、チップの圧力検出部はゲルで覆い、温度検出部は覆わないようにゲル形状をコントロールすることが可能となる。
（３）上記（１）において、好ましくは、測定対象流体を上記圧力検出部および温度検出部に導くとともに、その導かれる流体の流路が屈曲させて形成されたガイドを備えるようにしたものである。
かかる構成により、測定流体に混じって入ってくるダストの温度検部への衝突の速度を低減し、温度検出部膜厚を薄くすることを可能とし、温度の応答性をさらに向上し得るものとなる。
（４）また、上記目的を達成するために、本発明は、圧力検出部と温度検出部を有する圧力センサによって検出された圧力及び温度に基づいて、内燃機関を制御する自動車用内燃機関制御装置において、上記圧力検出部と温度検出部を、１つの半導体チップに形成するとともに、上記圧力検出部をゲルで覆い、上記温度検出部はゲルで覆うことなく、測定対象流体にさらすような構造としたものである。
かかる構成により、高精度の温度及び圧力の検出を可能とし、長期間センサの検出精度を確保することを可能とし、制御精度を向上し得るものとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜４を用いて、本発明の第１の実施形態による圧力センサの構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による圧力センサの側面断面図である。図２、図３及び図４は、本発明の第１の実施形態による圧力センサの組み立て段階での斜視図である。
【０００９】
ベース１０の上には、チップ接着剤１５によって、センサチップ２０が接合されている。センサチップ２０には、半導体プロセスによって、圧力検出部２２と温度検出部２４とが一体的に形成されている。圧力検出部２２は、たとえば、拡散抵抗を用いたものや、静電容量式のものである。温度検出部２４は、たとえば、拡散抵抗を用いたものや、ポリシリコン抵抗体を用いたものである。ベース１０に埋め込まれたリード３０は、チップ２０に形成された接続端子と、ボンディングワイヤ３５によって接合される。接続端子は、圧力検出部２２と温度検出部２４に接続されているため、リード３０から圧力検出部２２と温度検出部２４によって検出された圧力及び温度の検出値を外部に取り出すことができる。
【００１０】
ベース１０には、カバー４０がカバー接着剤４５によって接合されている。カバー４０の中に、ゲル５０が注入されている。ゲル５０は、圧力検出部２２を覆われる位置まで注入されている。したがって、圧力検出部２２よりも上部に位置する温度検出部２４は、ゲル５０によっては覆われていないものである。さらに、ベース１０とカバー４０の上には、ガイド接着剤６５によって、ガイド６０が接着されている。
【００１１】
測定流体である内燃機関の吸気は、紙面に垂直方向（図中、×印方向）に流れることにより、ガイド６０の内部に導入される。導入された吸気の温度は、温度検出部２４によって測定される。温度検出部２４は、ゲル５０では覆われていないため、温度測定の際の遅れ時間を短くすることができ、速い温度変化に対しても十分な測定精度を確保することができる。また、ガイド６０の内部に導入された吸気の圧力は、ゲル５０を介して圧力検出部２２に伝達され、圧力検出部２２によって検出される。
【００１２】
次に、図２〜図４を用いて、本実施形態による圧力センサの製造工程について説明する。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
図２に示すように、ベース１０の上には、チップ接着剤１５によって、センサチップ２０が接合されている。センサチップ２０には、半導体プロセスによって、圧力検出部２２と温度検出部２４とが一体的に形成されている。ベース１０に埋め込まれたリード３０は、チップ２０に形成された接続端子と、ボンディングワイヤ３５によって接合される。
【００１３】
次に、図３に示すように、ベース１０に、カバー４０をカバー接着剤４５によって接合する。カバー４０の中に、液体状のゲル剤を注入する。ゲル剤の注入する高さは、圧力検出部２２を覆われる位置までとする。
【００１４】
次に、図４に示すように、ベース１０とカバー４０の上に、ガイド接着剤６５によって、ガイド６０を接着する。その後、高温（例えば、１５０〜１８０℃で、１時間）に保持することにより、液体状のゲル剤がゲル化して、ゲル５０が形成される。内燃機関の吸気は、矢印Ｘ方向からガイド６０の内部に導入される。
【００１５】
なお、各部の材料としては、リード３０にはＣｕを、ベース１０にはＰＢＴを、センサチップ２０にはＳｉを、ベース１０，カバー４０、ガイド６０にはＰＢＴを、チップ接着剤１５にはシリコーンゴムを、カバー接着剤４５とガイド接着剤６５にはエポキシ接着剤を、ゲル５０にはシリコーンゲルを用いることにより、温度サイクルが加わったときの応力を低く保ち、信頼性を確保できる。
【００１６】
以上説明したように、本実施形態によれば、センサチップの圧力検出部はゲルで覆われているが、温度検出部はゲルで覆われておらず、測定対象流体は直接温度検出部の上を通過するため、温度検出部の温度は流体の温度とすぐに同じになるから、流体の温度がすばやく変化した場合にも温度測定精度を確保できる。一方、圧力検出部はゲルの中に入っているため、測定対象流体の中に含まれているダスト等が圧力検出部の上に直接ぶつかることがないため、これによる圧力検出部の破壊を生じることがないものである。ダストが圧力検出部に直接ぶつかることがないため、圧力検出部を、薄いダイアフラムとすることができるため、圧力測定精度を確保することができる。したがって、圧力センサの測定精度を向上することができる。
【００１７】
また、チップを接合したベースに、一部を切り欠いたカバーを接合した後に、カバー中にゲルを注入し硬化させることにより、チップの圧力検出部はゲルで覆い、温度検出部は覆わないようにゲル形状をコントロールすることができる。
【００１８】
次に、図５及び図６を用いて、本発明の第２の実施形態による圧力センサの構成について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態による圧力センサの側面断面図である。図６は、本発明の第２の実施形態による圧力センサの正面断面図である。なお、図６においては、図がわかりにくくなるのを防ぐため、ゲルを取り除いた状態で示している。
【００１９】
ベース１０の上には、チップ接着剤１５によって、センサチップ２０が接合されている。センサチップ２０には、半導体プロセスによって、圧力検出部２２と温度検出部２４とが一体的に形成されている。ベース１０に埋め込まれたリード３０は、チップ２０に形成された接続端子と、ボンディングワイヤ３５によって接合される。接続端子は、圧力検出部２２と温度検出部２４に接続されているため、リード３０から圧力検出部２２と温度検出部２４によって検出された圧力及び温度の検出値を外部に取り出すことができる。
【００２０】
ベース１０には、カバー４０Ａがカバー接着剤４５によって接合されている。カバー４０Ａの中に、ゲル５０が注入されている。ゲル５０は、圧力検出部２２を覆われる位置まで注入されている。したがって、圧力検出部２２よりも上部に位置する温度検出部２４は、ゲル５０によっては覆われていないものである。さらに、カバー４０Ａの上には、ガイド接着剤６５によって、ガイド６０Ａが接着されている。
【００２１】
本実施形態においては、ガイド６０Ａは、流路が屈曲した形となっている。矢印Ｘ１からセンサに流入した吸気は、矢印Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４のように方向を変えて、温度検出部２４の上を通過した後、さらに、矢印Ｘ５，Ｘ６のように方向を変え、ガイド６０Ａの側面の穴から、矢印Ｘ７方向に流出する。このように屈曲した流路とすることにより、吸気は流路にそって屈曲して流れるのに対して、吸気の中に含まれるダスト粒子は、直進しようとして、ガイド６０Ａの内面に衝突して、そのその運動エネルギを失うため、センサチップ２０のゲルで覆われていない部分に衝突することを小さくできる。また、たとえダストがセンサチップ２０のところにやってきたとしても、その速度は非常に小さくなっている。したがって、温度検出部２４を形成する薄膜を薄くしても、ダストによる破壊を生じることがないものである。温度検出部２４の薄膜を薄くすれば、温度を変化させるのに必要な熱量を小さくできるから、温度の応答性をさらに向上することができる。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態によれば、流路の屈曲したガイドを用いることにより、ダストのセンサチップへの衝突時の運動エネルギを極めて小さくできるため、温度検出部薄膜を薄くしても、破壊を生じることがないため、温度検出の応答性をさらに向上できる。したがって、圧力センサの測定精度を向上することができる。
【００２３】
次に、図７を用いて、本実施形態による圧力センサを用いた自動車用内燃機関制御装置の構成について説明する。
図７は、本発明の各実施形態による圧力センサを用いた自動車用内燃機関制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２４】
自動車用内燃機関１００の吸気通路１１０には、図１もしくは図５に示した構成を有するセンサ１２０が配置されている。センサ１２０は、エアークリーナ１４０から吸入される吸気Ａｉｒの圧力と温度を測定する。コントロールユニット１３０は、センサ１２０で測定された吸気の圧力及び温度に基づいて、適切な燃料噴射時期と量を演算し、燃料噴射装置１５０に燃料噴射信号を出力する。燃料噴射装置１５０は、この燃料噴射信号に基づいて、燃料噴射する。
【００２５】
本実施形態によれば、精度が高く劣化のないセンサが使われているため、精度の高い燃料噴射の制御を長期間保つことが可能となり、燃料消費量を節約でき、また、大気汚染物質排出量をも低減することができる。したがって、自動車用内燃機関制御装置における制御精度の向上することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、圧力センサの測定精度を向上することができる。
また、本発明によれば、自動車用内燃機関制御装置の制御精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による圧力センサの側面断面図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態による圧力センサの組み立て段階での斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による圧力センサの組み立て段階での斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による圧力センサの組み立て段階での斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による圧力センサの側面断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による圧力センサの正面断面図である。
【図７】本発明の各実施形態による圧力センサを用いた自動車用内燃機関制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０…ベース
１５…センサチップ接着剤
２０…センサチップ
２２…圧力検出部
２４…温度検出部
３０…リード
３５…ワイヤ
４０…カバー
４５…カバー接着剤
５０…ゲル
６０…ガイド
６５…ガイド接着剤
１２０…圧力センサ
１３０…コントロールユニット

Claims (4)

1. 圧力検出部と温度検出部を有する圧力センサにおいて、
   上記圧力検出部と温度検出部を、１つの半導体チップに形成するとともに、
   上記圧力検出部をゲルで覆い、上記温度検出部はゲルで覆うことなく、測定対象流体にさらすような構造としたことを特徴とする圧力センサ。
2. 請求項１記載の圧力センサにおいて、
   上記圧力検出部を覆うカバーを備え、
   このカバー内にゲルを注入して、上記圧力検出部をゲルで覆うことを特徴とする圧力センサ。
3. 請求項１記載の圧力センサにおいて、
   測定対象流体を上記圧力検出部および温度検出部に導くとともに、その導かれる流体の流路が屈曲させて形成されたガイドを備えたことを特徴とする圧力センサ。
4. 圧力検出部と温度検出部を有する圧力センサによって検出された圧力及び温度に基づいて、内燃機関を制御する自動車用内燃機関制御装置において、
   上記圧力検出部と温度検出部を、１つの半導体チップに形成するとともに、
   上記圧力検出部をゲルで覆い、上記温度検出部はゲルで覆うことなく、測定対象流体にさらすような構造としたことを特徴とする自動車用内燃機関制御装置。

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