JPH09178597A - 半導体型燃焼圧センサ - Google Patents
半導体型燃焼圧センサInfo
- Publication number
- JPH09178597A JPH09178597A JP7338508A JP33850895A JPH09178597A JP H09178597 A JPH09178597 A JP H09178597A JP 7338508 A JP7338508 A JP 7338508A JP 33850895 A JP33850895 A JP 33850895A JP H09178597 A JPH09178597 A JP H09178597A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- combustion pressure
- pressure sensor
- strain gauge
- insulating substrate
- combustion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/006—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of metallic strain gauges fixed to an element other than the pressure transmitting diaphragm
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/14—Housings
- G01L19/147—Details about the mounting of the sensor to support or covering means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
- G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
- G01L23/18—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by resistance strain gauges
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】自動車エンジンの高度な燃焼制御システムに適
用可能な燃焼圧センサとそのセンシングシステムを提供
すること。 【解決手段】第1のシリコン板,熱酸化膜,第2のシリ
コン板の3層積層構造よりなるSOI基板を用いたもの
で、第1のシリコン板に印加された圧力や力から燃焼圧
を検出する。
用可能な燃焼圧センサとそのセンシングシステムを提供
すること。 【解決手段】第1のシリコン板,熱酸化膜,第2のシリ
コン板の3層積層構造よりなるSOI基板を用いたもの
で、第1のシリコン板に印加された圧力や力から燃焼圧
を検出する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】高温、ダーテイで苛酷な雰囲
気下の圧力、特に自動車エンジンの燃焼圧を検出するセ
ンサに関する。
気下の圧力、特に自動車エンジンの燃焼圧を検出するセ
ンサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の燃焼圧センサとして特開
平5−264390 号,特開平6−34475号他で知られているシ
リコン半導体基板のピエゾ抵抗効果を利用したものが既
に実用化されている。このタイプの燃焼圧センサは、金
属ダイアフラムを用いてシリコン半導体基板よりなる検
出部自体を高温、ダーテイで苛酷な燃焼ガス雰囲気より
隔離していた。即ち、金属ダイアフラムで燃焼圧を力に
変換した後、ロッドを介してこの力を比較的に低温部へ
配置したシリコン半導体基板に伝達して、燃焼圧を電気
信号に変換するものである。
平5−264390 号,特開平6−34475号他で知られているシ
リコン半導体基板のピエゾ抵抗効果を利用したものが既
に実用化されている。このタイプの燃焼圧センサは、金
属ダイアフラムを用いてシリコン半導体基板よりなる検
出部自体を高温、ダーテイで苛酷な燃焼ガス雰囲気より
隔離していた。即ち、金属ダイアフラムで燃焼圧を力に
変換した後、ロッドを介してこの力を比較的に低温部へ
配置したシリコン半導体基板に伝達して、燃焼圧を電気
信号に変換するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来方式の圧力
センサは、自動車エンジンの高温で温度変化の激しく、
また燃焼ガスに直接触れるダーテイな雰囲気下に検出部
自体を直接的に曝して、燃焼圧を検出することは困難で
あった。特に、高温で温度変化の激しい環境下では圧力
センサの温度影響による検出誤差がはなはだ大きくなる
という問題点があった。また、高温でしかもダーテイな
環境下に検出部自体を曝すと、検出部それ自身が短時間
で破壊されるという信頼性上の問題点もあった。なお、
従来方式の圧力センサは検出部自体を燃焼ガス雰囲気に
直接曝すことができないため、ノッキング現象などのエ
ンジンの異常燃焼を正確に計測することは困難であっ
た。そして、検出部自体を燃焼ガス雰囲気と隔離するた
めに、検出部の構造が複雑で大きくなり、しかも高コス
トになるという欠点もあった。検出部の寸法が大きくな
る結果として、エンジンへの装着性が悪くなり、エンジ
ンの全気筒へ圧力センサを実装することは困難であっ
た。また、エンジンの全気筒へ個別の圧力センサを装着
したときの低コストで、燃焼圧を高精度に検出できる信
号処理回路が提案されていなかった。
センサは、自動車エンジンの高温で温度変化の激しく、
また燃焼ガスに直接触れるダーテイな雰囲気下に検出部
自体を直接的に曝して、燃焼圧を検出することは困難で
あった。特に、高温で温度変化の激しい環境下では圧力
センサの温度影響による検出誤差がはなはだ大きくなる
という問題点があった。また、高温でしかもダーテイな
環境下に検出部自体を曝すと、検出部それ自身が短時間
で破壊されるという信頼性上の問題点もあった。なお、
従来方式の圧力センサは検出部自体を燃焼ガス雰囲気に
直接曝すことができないため、ノッキング現象などのエ
ンジンの異常燃焼を正確に計測することは困難であっ
た。そして、検出部自体を燃焼ガス雰囲気と隔離するた
めに、検出部の構造が複雑で大きくなり、しかも高コス
トになるという欠点もあった。検出部の寸法が大きくな
る結果として、エンジンへの装着性が悪くなり、エンジ
ンの全気筒へ圧力センサを実装することは困難であっ
た。また、エンジンの全気筒へ個別の圧力センサを装着
したときの低コストで、燃焼圧を高精度に検出できる信
号処理回路が提案されていなかった。
【0004】本発明の目的は、高精度,低コストで付加
価値の高い燃焼圧センサを提供することにある。
価値の高い燃焼圧センサを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を克服するために次の手段を採用した。第1のシリコン
板,熱酸化膜,第2のシリコン板の3層積層構造よりな
るSOI基板と、前記SOI基板の第2のシリコン板の
一部をエッチング加工して形成した歪みゲージ部と、前
記歪みゲージ部を密封するように前記第2のシリコン板
へ接合したリード機能付きの絶縁基板とよりなる検出部
の表面を腐食防止用や電気ノイズ低減用の材料でコーテ
ィングし、検出部自体を燃焼圧導入孔を介して直接的に
燃焼ガス雰囲気に曝した。ここで、SOI基板の第2の
シリコン板と絶縁基板の接合部をそれぞれ別の機能を有
する2つの接合部より構成して、一方の接合部には歪み
ゲージ部と絶縁基板のリード部を電気的に接続する機
能,他方の接合部には歪みゲージ部を密封する機能を持
たせ、両者の接合部を電気的および熱的に絶縁構造にし
た。燃焼圧センサをエンジンの各気筒に装着した燃焼圧
センサ群と燃焼圧センサの信号処理回路間にスイッチ群
を設け、燃焼サイクルに合わせて特定の気筒の燃焼圧セ
ンサのみを実質的に前記信号処理回路と電気的に結線す
る。
を克服するために次の手段を採用した。第1のシリコン
板,熱酸化膜,第2のシリコン板の3層積層構造よりな
るSOI基板と、前記SOI基板の第2のシリコン板の
一部をエッチング加工して形成した歪みゲージ部と、前
記歪みゲージ部を密封するように前記第2のシリコン板
へ接合したリード機能付きの絶縁基板とよりなる検出部
の表面を腐食防止用や電気ノイズ低減用の材料でコーテ
ィングし、検出部自体を燃焼圧導入孔を介して直接的に
燃焼ガス雰囲気に曝した。ここで、SOI基板の第2の
シリコン板と絶縁基板の接合部をそれぞれ別の機能を有
する2つの接合部より構成して、一方の接合部には歪み
ゲージ部と絶縁基板のリード部を電気的に接続する機
能,他方の接合部には歪みゲージ部を密封する機能を持
たせ、両者の接合部を電気的および熱的に絶縁構造にし
た。燃焼圧センサをエンジンの各気筒に装着した燃焼圧
センサ群と燃焼圧センサの信号処理回路間にスイッチ群
を設け、燃焼サイクルに合わせて特定の気筒の燃焼圧セ
ンサのみを実質的に前記信号処理回路と電気的に結線す
る。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明によるSOI構造半導体型
燃焼圧センサの実施例を図1に示す。第1のシリコン板
1,熱酸化膜2,第2のシリコン板3よりなるSOI基
板をパイレックス基板よりなる絶縁基板4へ陽極接合に
より気密に接合している。第2のシリコン板3をエッチ
ング加工して、歪みゲージ5部と空所6,10を形成し
ている。第1のシリコン板1の歪みゲージ5と空所6の
上部における部分が、燃焼圧を受けて変形するダイアフ
ラム7となる。SOI基板と絶縁基板4は、歪みゲージ
5と電気的および機械的に接続されている支持部8,歪
みゲージ5と電気的に絶縁されている外枠部9で接合さ
れている。図に示すように、歪みゲージ5はSOI基板の
第1のシリコン板1,外枠部9および絶縁基板4で気密
に密封されている。それ故、検出部自体が燃焼ガス雰囲
気に直接曝されても、歪みゲージ5部は燃焼ガス雰囲気
から簡単に隔離されるので、歪みゲージ5部の耐久性は
向上し、また燃焼ガス圧が高速に変化してもこの部分の
温度変化は極めて緩慢になる。なお、検出部の各部の概
略寸法について述べる。第1のシリコン板1の厚さは約
数百ミクロン,熱酸化膜2の厚さは約1ミクロン,第2
のシリコン板3の厚さは約数十ミクロン,歪みゲージ5
の厚さは約数ミクロン,絶縁基板4の厚さは約数百ミク
ロン,検出部全体の平面寸法は約数ミリ角である。絶縁
基板4にはスルーホール11が加工されており、歪みゲ
ージ5部は支持部8,支持部8の底面にスパッタや蒸着
で形成した導電膜15,スルーホール11の内面に形成
した導電膜12,絶縁基板4の上面に形成した導電膜1
4および絶縁基板4に接合した金属性(例えば、Fe−
Ni合金)のリード材13で外部の信号処理回路と電気
的に結線される。絶縁基板4とリード材13は陽極接合
などの方法で接合されている。本発明による燃焼圧セン
サの変形例を図2に示す。本図はスルーホール11内に
導電性の金属材料16を封入したものであり、歪みゲー
ジ5と外部の信号処理回路との電気的接続の信頼性がよ
り向上する。
燃焼圧センサの実施例を図1に示す。第1のシリコン板
1,熱酸化膜2,第2のシリコン板3よりなるSOI基
板をパイレックス基板よりなる絶縁基板4へ陽極接合に
より気密に接合している。第2のシリコン板3をエッチ
ング加工して、歪みゲージ5部と空所6,10を形成し
ている。第1のシリコン板1の歪みゲージ5と空所6の
上部における部分が、燃焼圧を受けて変形するダイアフ
ラム7となる。SOI基板と絶縁基板4は、歪みゲージ
5と電気的および機械的に接続されている支持部8,歪
みゲージ5と電気的に絶縁されている外枠部9で接合さ
れている。図に示すように、歪みゲージ5はSOI基板の
第1のシリコン板1,外枠部9および絶縁基板4で気密
に密封されている。それ故、検出部自体が燃焼ガス雰囲
気に直接曝されても、歪みゲージ5部は燃焼ガス雰囲気
から簡単に隔離されるので、歪みゲージ5部の耐久性は
向上し、また燃焼ガス圧が高速に変化してもこの部分の
温度変化は極めて緩慢になる。なお、検出部の各部の概
略寸法について述べる。第1のシリコン板1の厚さは約
数百ミクロン,熱酸化膜2の厚さは約1ミクロン,第2
のシリコン板3の厚さは約数十ミクロン,歪みゲージ5
の厚さは約数ミクロン,絶縁基板4の厚さは約数百ミク
ロン,検出部全体の平面寸法は約数ミリ角である。絶縁
基板4にはスルーホール11が加工されており、歪みゲ
ージ5部は支持部8,支持部8の底面にスパッタや蒸着
で形成した導電膜15,スルーホール11の内面に形成
した導電膜12,絶縁基板4の上面に形成した導電膜1
4および絶縁基板4に接合した金属性(例えば、Fe−
Ni合金)のリード材13で外部の信号処理回路と電気
的に結線される。絶縁基板4とリード材13は陽極接合
などの方法で接合されている。本発明による燃焼圧セン
サの変形例を図2に示す。本図はスルーホール11内に
導電性の金属材料16を封入したものであり、歪みゲー
ジ5と外部の信号処理回路との電気的接続の信頼性がよ
り向上する。
【0007】SOI基板の第2のシリコン板3を空所6
側からみた平面図を図3に示す。本図以降、同一の番号
のものは同一の要素や同一の機能を示すものとする。図
に示すように、X型の歪みゲージ5は薄肉部18を介し
て4個の支持部8a,8b,8c,8dと電気的に接続
されており、薄肉部18の厚さは歪みゲージ5と同じく
約数ミクロンの厚さである。もちろん、支持部8と薄肉
部18の電気抵抗値が歪みゲージ5より充分に小さけれ
ば良いわけで、薄肉部18の厚さは歪みゲージ5と支持
部8の中間の厚さに設計しても良い。なお、歪みゲージ
5の電気抵抗値は約数百Ωから数kΩの値に設定され
る。薄肉部18の上部の位置におけるシリコン板1の部
分がダイアフラム7になる。空所10および17の下部
が熱酸化膜2であり、図に示すように外枠部9は歪みゲ
ージ5と電気的に絶縁される。15a,15b,15c,
15dはそれぞれ支持部8a,8b,8c,8d上に形
成された導電膜である。これらの導電膜はSOI基板と
絶縁基板を接合した後に、スパッタなどの手法で形成さ
れる。X型歪みゲージ5の歪みが燃焼圧に応じて変化す
るので、支持部8aと支持部8b間に電圧を供給する
と、支持部8cと支持部8d間に計測すべき燃焼圧に比
例した差電圧が得られる。
側からみた平面図を図3に示す。本図以降、同一の番号
のものは同一の要素や同一の機能を示すものとする。図
に示すように、X型の歪みゲージ5は薄肉部18を介し
て4個の支持部8a,8b,8c,8dと電気的に接続
されており、薄肉部18の厚さは歪みゲージ5と同じく
約数ミクロンの厚さである。もちろん、支持部8と薄肉
部18の電気抵抗値が歪みゲージ5より充分に小さけれ
ば良いわけで、薄肉部18の厚さは歪みゲージ5と支持
部8の中間の厚さに設計しても良い。なお、歪みゲージ
5の電気抵抗値は約数百Ωから数kΩの値に設定され
る。薄肉部18の上部の位置におけるシリコン板1の部
分がダイアフラム7になる。空所10および17の下部
が熱酸化膜2であり、図に示すように外枠部9は歪みゲ
ージ5と電気的に絶縁される。15a,15b,15c,
15dはそれぞれ支持部8a,8b,8c,8d上に形
成された導電膜である。これらの導電膜はSOI基板と
絶縁基板を接合した後に、スパッタなどの手法で形成さ
れる。X型歪みゲージ5の歪みが燃焼圧に応じて変化す
るので、支持部8aと支持部8b間に電圧を供給する
と、支持部8cと支持部8d間に計測すべき燃焼圧に比
例した差電圧が得られる。
【0008】SOI基板の第2のシリコン板3を空所6
側からみた平面図の他の実施例を図4に示す。本図はブ
リッジ型の歪みゲージを示したもので、接線方向のゲー
ジ19と半径方向のゲージ20が厚肉部21を介して支
持部8と電気的に接続されている。なお、厚肉部21の
厚さは支持部8と接線ゲージ19,半径ゲージ20の値
の中間に設定される。空所22の上部が燃焼圧によって
変形するダイアフラム部分となる。接線ゲージと半径ゲ
ージを検出部の外部で良く知られたブリッジ回路に結線
することにより、燃焼圧に比例した出力信号を得ること
ができる。図3のX型ゲージ、図4のブリッジ型ゲージ
用の第2のシリコン板3には(100)面、P型で比抵抗
0.01〜1.0Ω・cmの単結晶ウエハが用いられる。
側からみた平面図の他の実施例を図4に示す。本図はブ
リッジ型の歪みゲージを示したもので、接線方向のゲー
ジ19と半径方向のゲージ20が厚肉部21を介して支
持部8と電気的に接続されている。なお、厚肉部21の
厚さは支持部8と接線ゲージ19,半径ゲージ20の値
の中間に設定される。空所22の上部が燃焼圧によって
変形するダイアフラム部分となる。接線ゲージと半径ゲ
ージを検出部の外部で良く知られたブリッジ回路に結線
することにより、燃焼圧に比例した出力信号を得ること
ができる。図3のX型ゲージ、図4のブリッジ型ゲージ
用の第2のシリコン板3には(100)面、P型で比抵抗
0.01〜1.0Ω・cmの単結晶ウエハが用いられる。
【0009】本発明によるSOI構造半導体型燃焼圧セ
ンサの他の実施例を図5に示す。ダイアフラム7下部の
空所6の中心部に歪みゲージ5を配置し、図に示すよう
にその他端を絶縁基板4に接合している。第1のシリコ
ン板1に燃焼圧が印加されると、ダイアフラム7に作用
した圧力が歪みゲージ5を圧縮する力に変換される。S
OI基板の第2のシリコン板3を空所6側からみた平面
図を図6に示す。歪みゲージ5は図に示すように□型の
形状をしており、今後□型ゲージと呼ぶことにする。歪
みゲージ5における剪断歪みが燃焼圧に応じて変化する
ので、支持部8aと支持部8b間に電圧を供給し、支持
部8cと支持部8d間の差電圧から燃焼圧に比例した信
号を取り出すことができる。
ンサの他の実施例を図5に示す。ダイアフラム7下部の
空所6の中心部に歪みゲージ5を配置し、図に示すよう
にその他端を絶縁基板4に接合している。第1のシリコ
ン板1に燃焼圧が印加されると、ダイアフラム7に作用
した圧力が歪みゲージ5を圧縮する力に変換される。S
OI基板の第2のシリコン板3を空所6側からみた平面
図を図6に示す。歪みゲージ5は図に示すように□型の
形状をしており、今後□型ゲージと呼ぶことにする。歪
みゲージ5における剪断歪みが燃焼圧に応じて変化する
ので、支持部8aと支持部8b間に電圧を供給し、支持
部8cと支持部8d間の差電圧から燃焼圧に比例した信
号を取り出すことができる。
【0010】本発明によるSOI構造半導体型燃焼圧セ
ンサの他の実施例を図7に示す。歪みゲージ5の下部に
は空所に相当するものがなく、従ってその上部にダイア
フラムに相当するものもない。第1のシリコン板1,熱
酸化膜2,第2のシリコン板3よりなるSOI基板と絶
縁基板4の縦弾性係数(ヤング率)が異なること、即ち
前者の縦弾性係数が後者より大きいことを利用して燃焼
圧を計測するものである。本図に示す検出部全体を燃焼
圧雰囲気下に曝すと、SOI基板と絶縁基板4は燃焼圧
でそれぞれ圧縮され、ヤング率の小さい絶縁基板4がよ
り大きくちぢむことになる。この結果として、SOI基
板と絶縁基板4よりなる積層体はSOI基板側が凸にな
るように曲げ変形を起こす。そして、歪みゲージ5の電
気抵抗値が燃焼圧に応じて変化するので、これより燃焼
圧を計測することができる。
ンサの他の実施例を図7に示す。歪みゲージ5の下部に
は空所に相当するものがなく、従ってその上部にダイア
フラムに相当するものもない。第1のシリコン板1,熱
酸化膜2,第2のシリコン板3よりなるSOI基板と絶
縁基板4の縦弾性係数(ヤング率)が異なること、即ち
前者の縦弾性係数が後者より大きいことを利用して燃焼
圧を計測するものである。本図に示す検出部全体を燃焼
圧雰囲気下に曝すと、SOI基板と絶縁基板4は燃焼圧
でそれぞれ圧縮され、ヤング率の小さい絶縁基板4がよ
り大きくちぢむことになる。この結果として、SOI基
板と絶縁基板4よりなる積層体はSOI基板側が凸にな
るように曲げ変形を起こす。そして、歪みゲージ5の電
気抵抗値が燃焼圧に応じて変化するので、これより燃焼
圧を計測することができる。
【0011】SOI基板の第2のシリコン板3を歪みゲ
ージ5の下部側からみた平面図を図8に示す。歪みゲー
ジ5は図に示すようにI型形状をしており、今後I型ゲ
ージと呼ぶことにする。導電膜を形成する支持部8はI
型歪みゲージ5の両側に配置されている。
ージ5の下部側からみた平面図を図8に示す。歪みゲー
ジ5は図に示すようにI型形状をしており、今後I型ゲ
ージと呼ぶことにする。導電膜を形成する支持部8はI
型歪みゲージ5の両側に配置されている。
【0012】本発明によるSOI構造半導体型燃焼圧セ
ンサの他の実施例を図9に示す。燃焼圧の測定原理は図
7に示した実施例と同じく、ヤング率の差を利用するも
のである。支持部8,スルーホール11およびリード材
13が検出デバイスの片側のみに、図では右側のみに配
置された例である。
ンサの他の実施例を図9に示す。燃焼圧の測定原理は図
7に示した実施例と同じく、ヤング率の差を利用するも
のである。支持部8,スルーホール11およびリード材
13が検出デバイスの片側のみに、図では右側のみに配
置された例である。
【0013】SOI基板の第2のシリコン板3を歪みゲ
ージ5の下部側からみた平面図を図10に示す。検出部
の中心線はB−Bであり、A−A部における断面図を前
図の図9に示した。絶縁基板4と接合するようにエッチ
ングにより形成された中央部の部材24,空所23を囲
むように歪みゲージ5がコの字状に配置されており、空
所10によって外枠部9と電気的に絶縁されている。燃
焼圧の測定原理は図7に示したものと同じであり、本図
の形状のものもI型ゲージと呼ぶことにする。図6の□
型ゲージ、図8および図10のI型ゲージ用の第2のシ
リコン板3には、(110)面、P型で比抵抗0.01
〜1.0Ω・cmの単結晶ウエハが用いられる。
ージ5の下部側からみた平面図を図10に示す。検出部
の中心線はB−Bであり、A−A部における断面図を前
図の図9に示した。絶縁基板4と接合するようにエッチ
ングにより形成された中央部の部材24,空所23を囲
むように歪みゲージ5がコの字状に配置されており、空
所10によって外枠部9と電気的に絶縁されている。燃
焼圧の測定原理は図7に示したものと同じであり、本図
の形状のものもI型ゲージと呼ぶことにする。図6の□
型ゲージ、図8および図10のI型ゲージ用の第2のシ
リコン板3には、(110)面、P型で比抵抗0.01
〜1.0Ω・cmの単結晶ウエハが用いられる。
【0014】本発明による燃焼圧センサの自動車エンジ
ンへの装着方法を図11に示す。本図はエンジンの1気
筒の断面図を示したものである。図において、30は吸
気管、31は吸気バルブ、32は排気管、33は排気バ
ルブ、34は点火プラグ、35はシリンダヘッド、36
はガスケット、37はシリンダブロック、38はピスト
ン、39は燃焼室であり、本発明による燃焼圧センサ2
5,26および27の実装方法を次に述べる。燃焼圧セ
ンサ25は点火プラグ34と一体化する装着方法であ
る。燃焼圧センサ26はガスケット36内に配置し、燃
焼圧導入孔28を介して検出部へ燃焼室39の燃焼圧を
導く実装方法である。燃焼圧センサ27はシリンダブロ
ック37(あるいはシリンダヘッド35)へ設けた燃焼
圧導入孔29部内に装着する方法である。
ンへの装着方法を図11に示す。本図はエンジンの1気
筒の断面図を示したものである。図において、30は吸
気管、31は吸気バルブ、32は排気管、33は排気バ
ルブ、34は点火プラグ、35はシリンダヘッド、36
はガスケット、37はシリンダブロック、38はピスト
ン、39は燃焼室であり、本発明による燃焼圧センサ2
5,26および27の実装方法を次に述べる。燃焼圧セ
ンサ25は点火プラグ34と一体化する装着方法であ
る。燃焼圧センサ26はガスケット36内に配置し、燃
焼圧導入孔28を介して検出部へ燃焼室39の燃焼圧を
導く実装方法である。燃焼圧センサ27はシリンダブロ
ック37(あるいはシリンダヘッド35)へ設けた燃焼
圧導入孔29部内に装着する方法である。
【0015】本発明によるエンジン燃焼圧の多気筒計測
の手法を図12に示す。燃焼室39が4個ある4気筒エ
ンジンの場合を示したもので、ガスケット36に4個の
燃焼圧センサ26を図のように配置し、燃焼圧導入孔2
8を介してそれぞれの検出部に各気筒の燃焼圧を導いて
いる。4個の燃焼圧センサ26は配線40で信号処理回
路41と結線されている。信号処理回路41は燃焼圧セ
ンサ26の数十mVオーダーの出力信号を数Vオーダー
の信号に増幅する増幅部43と、各燃焼圧センサ26の
出力信号の大きさのバラツキを調整して各燃焼圧センサ
26の燃焼圧に対する感度を一定の値に調整する感度調
整部44とより構成されている。信号処理回路41は自
動車エンジンのコントロールユニット42と接続されて
おり、コントロールユニット42へ各気筒の燃焼圧を電
圧に変換した出力信号を供給する。そして、コントロー
ルユニット42は今度の気筒のエンジンが燃焼している
かの情報を信号処理回路41の感度調整部44へ送り、
燃焼圧センサ26の感度バラツキを調整するように、感
度調整部44の感度調整量を燃焼サイクルに合わせて時
々刻々変更できるようにしている。この結果、複数の燃
焼圧センサに対して必要な信号処理回路は1個ですみ、
エンジン燃焼圧センシングシステムの低コスト化を図る
ことができる。
の手法を図12に示す。燃焼室39が4個ある4気筒エ
ンジンの場合を示したもので、ガスケット36に4個の
燃焼圧センサ26を図のように配置し、燃焼圧導入孔2
8を介してそれぞれの検出部に各気筒の燃焼圧を導いて
いる。4個の燃焼圧センサ26は配線40で信号処理回
路41と結線されている。信号処理回路41は燃焼圧セ
ンサ26の数十mVオーダーの出力信号を数Vオーダー
の信号に増幅する増幅部43と、各燃焼圧センサ26の
出力信号の大きさのバラツキを調整して各燃焼圧センサ
26の燃焼圧に対する感度を一定の値に調整する感度調
整部44とより構成されている。信号処理回路41は自
動車エンジンのコントロールユニット42と接続されて
おり、コントロールユニット42へ各気筒の燃焼圧を電
圧に変換した出力信号を供給する。そして、コントロー
ルユニット42は今度の気筒のエンジンが燃焼している
かの情報を信号処理回路41の感度調整部44へ送り、
燃焼圧センサ26の感度バラツキを調整するように、感
度調整部44の感度調整量を燃焼サイクルに合わせて時
々刻々変更できるようにしている。この結果、複数の燃
焼圧センサに対して必要な信号処理回路は1個ですみ、
エンジン燃焼圧センシングシステムの低コスト化を図る
ことができる。
【0016】本発明による燃焼圧センサのエンジン実装
のより具体的な構成を図13に示す。燃焼圧センサ26
はシリンダヘッド35とシリンダブロック37間のガス
ケット36部に装着され、ガスケット36部に設けた燃
焼圧導入孔28を介してエンジンの燃焼圧が燃焼圧セン
サ26の周囲に導かれる。ガスケット36と絶縁された
配線40によって、燃焼圧センサ26は外部の信号処理
回路と電気的に結線される実装方法である。
のより具体的な構成を図13に示す。燃焼圧センサ26
はシリンダヘッド35とシリンダブロック37間のガス
ケット36部に装着され、ガスケット36部に設けた燃
焼圧導入孔28を介してエンジンの燃焼圧が燃焼圧セン
サ26の周囲に導かれる。ガスケット36と絶縁された
配線40によって、燃焼圧センサ26は外部の信号処理
回路と電気的に結線される実装方法である。
【0017】各種歪みゲージの燃焼圧に対する電気抵抗
値の変化を電圧信号に変換する方法の概略図を図14に
示した。図14−AはI型ゲージに対するもので、歪み
ゲージへ定電流を供給し、この部分における電圧降下か
ら燃焼圧を電圧信号に変換する方法である。図14−B
はX型ゲージと□型ゲージに対するもので、歪みゲージ
へ一定の電圧を供給し、歪みゲージの出力線45に発生
した差電圧から燃焼圧を電圧信号に変換する方法であ
る。図14−Cはブリッジ型ゲージに対するもので、2
個の接線ゲージと2個の半径ゲージよりなる歪みゲージ
を図のように良く知られたブリッジ回路構成に結線し、
ブリッジ回路へ電圧を供給してその中辺部に発生した差
電圧Voから燃焼圧を電圧信号に変換する方法である。
値の変化を電圧信号に変換する方法の概略図を図14に
示した。図14−AはI型ゲージに対するもので、歪み
ゲージへ定電流を供給し、この部分における電圧降下か
ら燃焼圧を電圧信号に変換する方法である。図14−B
はX型ゲージと□型ゲージに対するもので、歪みゲージ
へ一定の電圧を供給し、歪みゲージの出力線45に発生
した差電圧から燃焼圧を電圧信号に変換する方法であ
る。図14−Cはブリッジ型ゲージに対するもので、2
個の接線ゲージと2個の半径ゲージよりなる歪みゲージ
を図のように良く知られたブリッジ回路構成に結線し、
ブリッジ回路へ電圧を供給してその中辺部に発生した差
電圧Voから燃焼圧を電圧信号に変換する方法である。
【0018】本発明による各気筒に装着された燃焼圧セ
ンサ群の結線方法を図15に示す。図15−Aは燃焼圧
センサ26を配線40で直列的に結線して、信号処理回
路41と接続する方法である。これに対して、図15−
Bは燃焼圧センサ26を配線40で並列的に結線して、
信号処理回路41と接続する方法である。図15のよう
にすることにより、複数の燃焼圧センサ26の群に対し
て必要な信号処理回路41は1個ですむことになり、燃
焼圧センシングシステムの低コスト化を図ることができ
る。
ンサ群の結線方法を図15に示す。図15−Aは燃焼圧
センサ26を配線40で直列的に結線して、信号処理回
路41と接続する方法である。これに対して、図15−
Bは燃焼圧センサ26を配線40で並列的に結線して、
信号処理回路41と接続する方法である。図15のよう
にすることにより、複数の燃焼圧センサ26の群に対し
て必要な信号処理回路41は1個ですむことになり、燃
焼圧センシングシステムの低コスト化を図ることができ
る。
【0019】本発明の並列接続による燃焼圧センシング
システムの一例を図16に示す。本図の燃焼圧センサ2
6は図15−Bの単純な並列接続に対して擬似並列接続
ともいうべき接続方法であり、各燃焼圧センサ26は独
立した配線40を介して信号処理回路41中のスイッチ
46と接続されている。ここで、信号処理回路41はス
イッチ46,増幅部47および感度調整部48より構成
されている。エンジンのコントロールユニット42は計
測すべき気筒を判断して燃焼圧センサの選択信号Vs2
をスイッチ46に送り、その気筒の燃焼圧センサ26の
みをスイッチ46を介して信号処理回路41と電気的に
結線する。同時に、コントロールユニット42は燃焼圧
センサ26の製造バラツキによる感度バラツキを調整す
るための指令信号Vs1を感度調整部48に送る。この
結果、エンジンの燃焼サイクルに応じて各気筒の燃焼圧
センサ26は連続的にスイッチ46で信号処理回路41
と結線され、燃焼圧センサ26の検出部の歪みゲージ部
に発生した数十mVオーダーの電圧信号が増幅部47で
数Vオーダーの電圧に増幅された後、感度調整部48で
感度の補正を行い燃焼圧に対する高精度な出力信号Vo
としてコントロールユニット42へ供給される。なお、
各燃焼圧センサ26の感度補正量はコントロールユニッ
ト42あるいは信号処理回路41中へあらかじめ記憶さ
れており、燃焼サイクルに応じてこの補正量が次々に読
みだされて感度調整部48で処理される。
システムの一例を図16に示す。本図の燃焼圧センサ2
6は図15−Bの単純な並列接続に対して擬似並列接続
ともいうべき接続方法であり、各燃焼圧センサ26は独
立した配線40を介して信号処理回路41中のスイッチ
46と接続されている。ここで、信号処理回路41はス
イッチ46,増幅部47および感度調整部48より構成
されている。エンジンのコントロールユニット42は計
測すべき気筒を判断して燃焼圧センサの選択信号Vs2
をスイッチ46に送り、その気筒の燃焼圧センサ26の
みをスイッチ46を介して信号処理回路41と電気的に
結線する。同時に、コントロールユニット42は燃焼圧
センサ26の製造バラツキによる感度バラツキを調整す
るための指令信号Vs1を感度調整部48に送る。この
結果、エンジンの燃焼サイクルに応じて各気筒の燃焼圧
センサ26は連続的にスイッチ46で信号処理回路41
と結線され、燃焼圧センサ26の検出部の歪みゲージ部
に発生した数十mVオーダーの電圧信号が増幅部47で
数Vオーダーの電圧に増幅された後、感度調整部48で
感度の補正を行い燃焼圧に対する高精度な出力信号Vo
としてコントロールユニット42へ供給される。なお、
各燃焼圧センサ26の感度補正量はコントロールユニッ
ト42あるいは信号処理回路41中へあらかじめ記憶さ
れており、燃焼サイクルに応じてこの補正量が次々に読
みだされて感度調整部48で処理される。
【0020】SOI基板の第2のシリコン板の平面図の
他の実施例を図17に示す。薄肉部18と歪みゲージ5
部の厚さが同じである図3に対して、本図は薄肉部18
の厚さが歪みゲージ5より厚い場合の実施例を示してい
る。導電膜15aと導電膜15b間の電気抵抗値を図3
の場合より歪みゲージ5の部分に集中させることができ
るので、計測すべき燃焼圧に対する検出部自体の感度を
より大きな値に上げることが可能になる。
他の実施例を図17に示す。薄肉部18と歪みゲージ5
部の厚さが同じである図3に対して、本図は薄肉部18
の厚さが歪みゲージ5より厚い場合の実施例を示してい
る。導電膜15aと導電膜15b間の電気抵抗値を図3
の場合より歪みゲージ5の部分に集中させることができ
るので、計測すべき燃焼圧に対する検出部自体の感度を
より大きな値に上げることが可能になる。
【0021】歪みゲージ5部の拡大図を図18に示す。
斜線で示した歪みゲージ5のX−X軸方向の幅はY−Y
軸方向の幅より広く、X−X軸方向に電圧を供給してY
−Y軸方向に発生した差電圧から燃焼圧を計測するもの
である。なお、X−X軸およびY−Y軸は第2のシリコ
ン板3の〈110〉軸に対して図のようにそれぞれ45
度傾斜している。
斜線で示した歪みゲージ5のX−X軸方向の幅はY−Y
軸方向の幅より広く、X−X軸方向に電圧を供給してY
−Y軸方向に発生した差電圧から燃焼圧を計測するもの
である。なお、X−X軸およびY−Y軸は第2のシリコ
ン板3の〈110〉軸に対して図のようにそれぞれ45
度傾斜している。
【0022】本発明による燃焼圧センサのエンジン実装
の他の実施例を図19に示す。燃焼圧センサ26を図1
3の場合と同様にガスケット36部に実装している。図
13は燃焼圧センサ26を直接燃焼ガスに曝しているの
に対して、本図は燃焼圧センサ26を燃焼ガスの雰囲気
から隔離した領域49内に配置している。燃焼圧導入孔
28に導かれた燃焼圧をガスケット36内に装着された
金属材料などで構成されるダイアフラム51で力に変換
し、この力を燃焼圧センサ26の第1のシリコン板の表
面ヘエンチングで加工した突起50へ伝達している。こ
の力による燃焼圧センサ26の歪みゲージ部の電気抵抗
値の変化から燃焼圧を計測する実装方法である。
の他の実施例を図19に示す。燃焼圧センサ26を図1
3の場合と同様にガスケット36部に実装している。図
13は燃焼圧センサ26を直接燃焼ガスに曝しているの
に対して、本図は燃焼圧センサ26を燃焼ガスの雰囲気
から隔離した領域49内に配置している。燃焼圧導入孔
28に導かれた燃焼圧をガスケット36内に装着された
金属材料などで構成されるダイアフラム51で力に変換
し、この力を燃焼圧センサ26の第1のシリコン板の表
面ヘエンチングで加工した突起50へ伝達している。こ
の力による燃焼圧センサ26の歪みゲージ部の電気抵抗
値の変化から燃焼圧を計測する実装方法である。
【0023】本発明による燃焼圧センサのエンジン実装
の他の実施例を図20に示す。本図は燃焼圧センサ27
をシリンダブロックあるいはシリンダヘッドに設けた燃
焼圧導入孔29部に装着する方法である。燃焼圧センサ
27は金属材料などで構成されるケース52へ接合さ
れ、燃焼圧センサ27と外部の信号処理回路を電気的に
接続するリード材54は絶縁部材53でケース52と電
気的に絶縁されている。エンジンの燃焼圧は部材55に
設けた孔56を介して燃焼圧センサ27を囲む領域57
へ導入される。このようにすることにより、燃焼圧セン
サ27部の温度を最大でも約500℃以下に抑えること
ができ、検出部の耐久性を高めることが可能になる。
の他の実施例を図20に示す。本図は燃焼圧センサ27
をシリンダブロックあるいはシリンダヘッドに設けた燃
焼圧導入孔29部に装着する方法である。燃焼圧センサ
27は金属材料などで構成されるケース52へ接合さ
れ、燃焼圧センサ27と外部の信号処理回路を電気的に
接続するリード材54は絶縁部材53でケース52と電
気的に絶縁されている。エンジンの燃焼圧は部材55に
設けた孔56を介して燃焼圧センサ27を囲む領域57
へ導入される。このようにすることにより、燃焼圧セン
サ27部の温度を最大でも約500℃以下に抑えること
ができ、検出部の耐久性を高めることが可能になる。
【0024】本発明による燃焼圧センサのエンジン実装
の他の実施例を図21に示す。本実装方法は図20に示
したものに対して次の点が異なる。即ち、ガラスセラミ
ックスなどの絶縁部材58がケース52に固着されてお
り、この絶縁部材58へ燃焼圧センサ27を陽極接合な
どの手法で接合している。そして、燃焼圧センサ27は
絶縁部材58へ封止されたリード材59を介して外部の
信号処理回路と電気的に接続される。
の他の実施例を図21に示す。本実装方法は図20に示
したものに対して次の点が異なる。即ち、ガラスセラミ
ックスなどの絶縁部材58がケース52に固着されてお
り、この絶縁部材58へ燃焼圧センサ27を陽極接合な
どの手法で接合している。そして、燃焼圧センサ27は
絶縁部材58へ封止されたリード材59を介して外部の
信号処理回路と電気的に接続される。
【0025】本発明による燃焼圧センサのエンジン実装
の他の実施例を図22に示す。本実装方法は図21に示
したものに対して次の点が異なる。即ち、燃焼圧を金属
材料などで構成されるダイアフラム51で力に変換し、
この力を燃焼圧センサ27に設けた突起50に作用させ
て燃焼圧を計測する。燃焼圧センサ27は図19の場合
と同様に燃焼ガスの雰囲気から隔離されている。
の他の実施例を図22に示す。本実装方法は図21に示
したものに対して次の点が異なる。即ち、燃焼圧を金属
材料などで構成されるダイアフラム51で力に変換し、
この力を燃焼圧センサ27に設けた突起50に作用させ
て燃焼圧を計測する。燃焼圧センサ27は図19の場合
と同様に燃焼ガスの雰囲気から隔離されている。
【0026】本発明による燃焼圧センサのエンジン実装
の他の実施例を図23に示す。ケース60に気密に固着
された板状の絶縁基板62へ燃焼圧センサ63を接合し
たもので、燃焼圧センサ63は燃焼圧導入孔61を介し
て導かれた燃焼ガスに暴露されている。燃焼圧センサ6
3はリード材64を介して外部の信号処理回路と電気的
に接続される。
の他の実施例を図23に示す。ケース60に気密に固着
された板状の絶縁基板62へ燃焼圧センサ63を接合し
たもので、燃焼圧センサ63は燃焼圧導入孔61を介し
て導かれた燃焼ガスに暴露されている。燃焼圧センサ6
3はリード材64を介して外部の信号処理回路と電気的
に接続される。
【0027】前図の板状の絶縁基板に接合された燃焼圧
センサの詳細な拡大図を図24に示す。本図に示した燃
焼圧センサ63は第1のシリコン板1,熱酸化膜2およ
び第2のシリコン板3よりなるSOI基板で構成され
る。板状の絶縁基板62はムライトあるいはアルミナな
どのセラミックスの多層焼結体よりなり、その内部にリ
ード材64を気密に封止している。燃焼圧センサ63と
板状の絶縁基板62は銀,ニッケル,金などのロー材6
5で気密に接合される。そして、燃焼圧センサ63の接
合時に支持部8とリード材64はロー材65を介して電
気的に接合される。なお、接合時の温度はロー材65の
材料によって決まるが、少なくとも600℃以上の温度で
ある。
センサの詳細な拡大図を図24に示す。本図に示した燃
焼圧センサ63は第1のシリコン板1,熱酸化膜2およ
び第2のシリコン板3よりなるSOI基板で構成され
る。板状の絶縁基板62はムライトあるいはアルミナな
どのセラミックスの多層焼結体よりなり、その内部にリ
ード材64を気密に封止している。燃焼圧センサ63と
板状の絶縁基板62は銀,ニッケル,金などのロー材6
5で気密に接合される。そして、燃焼圧センサ63の接
合時に支持部8とリード材64はロー材65を介して電
気的に接合される。なお、接合時の温度はロー材65の
材料によって決まるが、少なくとも600℃以上の温度で
ある。
【0028】板状の絶縁基板に接合された燃焼圧センサ
の他の実施例の詳細な拡大図を図25に示す。燃焼圧セ
ンサ63の基本構造は図24に示したものと同じであ
り、本図の板状の絶縁基板62がガラス・セラミックス
材で構成されている点が異なる。そして、燃焼圧センサ
63の第2のシリコン板と板状の絶縁基板62は約数百
度の温度下で陽極接合により気密に固着される。
の他の実施例の詳細な拡大図を図25に示す。燃焼圧セ
ンサ63の基本構造は図24に示したものと同じであ
り、本図の板状の絶縁基板62がガラス・セラミックス
材で構成されている点が異なる。そして、燃焼圧センサ
63の第2のシリコン板と板状の絶縁基板62は約数百
度の温度下で陽極接合により気密に固着される。
【0029】板状の絶縁基板に接合された燃焼圧センサ
の他の実施例の詳細な拡大図を図26に示す。燃焼圧セ
ンサ63と板状の絶縁基板62はロー材で気密に接合さ
れ、リード材64を板状の絶縁基板62の表面に形成
し、リード材64の一部を耐食性の保護膜68でコーテ
ィングしている。そして、板状の絶縁基板62に加工し
たスルーホール66内に導電性の材料67を封入してい
る。燃焼圧センサ63は導電材料67,リード材64を
介して外部の信号処理回路と電気的に接続される。な
お、本図の板状の絶縁基板はムライトやアルミナなどの
セラミックスを想定した図でロー材で接合されたものを
示しているが、ガラス・セラミックスとし陽極接合した
ものにも容易に適用できることは言うまでもない。
の他の実施例の詳細な拡大図を図26に示す。燃焼圧セ
ンサ63と板状の絶縁基板62はロー材で気密に接合さ
れ、リード材64を板状の絶縁基板62の表面に形成
し、リード材64の一部を耐食性の保護膜68でコーテ
ィングしている。そして、板状の絶縁基板62に加工し
たスルーホール66内に導電性の材料67を封入してい
る。燃焼圧センサ63は導電材料67,リード材64を
介して外部の信号処理回路と電気的に接続される。な
お、本図の板状の絶縁基板はムライトやアルミナなどの
セラミックスを想定した図でロー材で接合されたものを
示しているが、ガラス・セラミックスとし陽極接合した
ものにも容易に適用できることは言うまでもない。
【0030】図26に示した検出部の実装品を下側から
みた平面図を図27に示す。図に示すように、4個のリ
ード材64が板状の絶縁基板62の表面に印刷で形成さ
れており、その左端を除いて保護膜68でコーティング
されている。なお、本図のX−X位置における断面が前
図である。
みた平面図を図27に示す。図に示すように、4個のリ
ード材64が板状の絶縁基板62の表面に印刷で形成さ
れており、その左端を除いて保護膜68でコーティング
されている。なお、本図のX−X位置における断面が前
図である。
【0031】板状の絶縁基板に接合された燃焼圧センサ
の他の実施例の詳細な拡大図を図28に示す。本図は図
24に示したものと次の点で異なる。即ち、電気ノイズ
を低減するために導電性のコーティング膜69を、燃焼
ガスによる腐食を防止するために耐食性のコーティング
膜70をそれぞれ検出部自体の表面に形成したものであ
る。
の他の実施例の詳細な拡大図を図28に示す。本図は図
24に示したものと次の点で異なる。即ち、電気ノイズ
を低減するために導電性のコーティング膜69を、燃焼
ガスによる腐食を防止するために耐食性のコーティング
膜70をそれぞれ検出部自体の表面に形成したものであ
る。
【0032】以下述べた本発明の実施によれば以下述べ
る作用効果を有する。
る作用効果を有する。
【0033】SOI基板の第2のシリコン板の一部をエ
ッチング加工した歪みゲージは熱酸化膜の上に形成され
る故、歪みゲージ部と第1および第2のシリコン板との
間の絶縁抵抗は極めて高く、換言すればリーク電流は非
常に小さいので、検出部自体を容易により高温部へ実装
することができる。歪みゲージ部をSOI基板の第1の
シリコン板,絶縁基板およびSOI基板の第2のシリコ
ン板と絶縁基板間の接合部で密封したこと、および前記
第1のシリコン板の厚さを数百ミクロン,絶縁基板の厚
さを数百ミクロン,第2のシリコン板と絶縁基板間の接
合部の長さを数百ミクロンと比較的大きな寸法にするこ
とにより、自動車エンジンの燃焼サイクルに同期して高
温雰囲気の燃焼ガス圧が高速に変化しても、歪みゲージ
部の温度変化は極めて緩慢になるので、燃焼圧を温度影
響なく高精度に検出することが可能になる。検出部の表
面を腐食防止用や電気ノイズ低減用の材料でコーティン
グすることにより、検出部自体を燃焼圧導入孔を介して
燃焼ガス雰囲気に直接曝しても、検出部の信頼性を損な
うことなく、燃焼圧を高精度に検出することができる。
燃焼圧センサを燃焼ガス雰囲気に直接曝すことができる
ことにより、小型,低コストな燃焼圧センサを実現で
き、エンジン実装の自由度を上げることができる。
ッチング加工した歪みゲージは熱酸化膜の上に形成され
る故、歪みゲージ部と第1および第2のシリコン板との
間の絶縁抵抗は極めて高く、換言すればリーク電流は非
常に小さいので、検出部自体を容易により高温部へ実装
することができる。歪みゲージ部をSOI基板の第1の
シリコン板,絶縁基板およびSOI基板の第2のシリコ
ン板と絶縁基板間の接合部で密封したこと、および前記
第1のシリコン板の厚さを数百ミクロン,絶縁基板の厚
さを数百ミクロン,第2のシリコン板と絶縁基板間の接
合部の長さを数百ミクロンと比較的大きな寸法にするこ
とにより、自動車エンジンの燃焼サイクルに同期して高
温雰囲気の燃焼ガス圧が高速に変化しても、歪みゲージ
部の温度変化は極めて緩慢になるので、燃焼圧を温度影
響なく高精度に検出することが可能になる。検出部の表
面を腐食防止用や電気ノイズ低減用の材料でコーティン
グすることにより、検出部自体を燃焼圧導入孔を介して
燃焼ガス雰囲気に直接曝しても、検出部の信頼性を損な
うことなく、燃焼圧を高精度に検出することができる。
燃焼圧センサを燃焼ガス雰囲気に直接曝すことができる
ことにより、小型,低コストな燃焼圧センサを実現で
き、エンジン実装の自由度を上げることができる。
【0034】エンジンの各気筒に装着した燃焼圧センサ
群と信号処理回路間にスイッチ群を設け、燃焼サイクル
に合わせて特定の気筒の燃焼圧センサのみを実質的に信
号処理回路と電気的に結線することにより、燃焼圧セン
サの個数だけ信号処理回路の数を用意する必要がなく、
ただ一つの信号処理回路で多気筒の燃焼圧の検出を可能
にし、燃焼圧センシングシステムの低コスト化を図るこ
とができる。また、各燃焼サイクルにおいて、ただ一個
の燃焼圧センサのみを実質的に信号処理回路と結線する
ものであり、燃焼圧を高感度に計測することができる。
群と信号処理回路間にスイッチ群を設け、燃焼サイクル
に合わせて特定の気筒の燃焼圧センサのみを実質的に信
号処理回路と電気的に結線することにより、燃焼圧セン
サの個数だけ信号処理回路の数を用意する必要がなく、
ただ一つの信号処理回路で多気筒の燃焼圧の検出を可能
にし、燃焼圧センシングシステムの低コスト化を図るこ
とができる。また、各燃焼サイクルにおいて、ただ一個
の燃焼圧センサのみを実質的に信号処理回路と結線する
ものであり、燃焼圧を高感度に計測することができる。
【0035】
【発明の効果】前述したように、本発明により小型でエ
ンジンへの装着性が良く、全気筒の燃焼圧を高精度且つ
高信頼度に検出可能なSOI構造半導体型燃焼圧センサ
を得ることができる。また、ノッキングなどの異常燃焼
を高精度に検出できるようになる。そして、低コストな
全気筒の燃焼圧センシングシステムを実現することがで
きる。
ンジンへの装着性が良く、全気筒の燃焼圧を高精度且つ
高信頼度に検出可能なSOI構造半導体型燃焼圧センサ
を得ることができる。また、ノッキングなどの異常燃焼
を高精度に検出できるようになる。そして、低コストな
全気筒の燃焼圧センシングシステムを実現することがで
きる。
【図1】本発明によるSOI構造半導体型燃焼圧センサ
の実施例を示した図。
の実施例を示した図。
【図2】本発明による燃焼圧センサの変形例を示した
図。
図。
【図3】SOI基板を歪みゲージ側からみた平面図の一
実施例を示した図。
実施例を示した図。
【図4】SOI基板を歪みゲージ側からみた平面図の他
の実施例を示した図。
の実施例を示した図。
【図5】本発明によるSOI構造半導体型燃焼圧センサ
の他の実施例を示した図。
の他の実施例を示した図。
【図6】SOI基板を歪みゲージ側からみた平面図の他
の実施例を示した図。
の実施例を示した図。
【図7】本発明によるSOI構造半導体型燃焼圧センサ
の他の実施例を示した図。
の他の実施例を示した図。
【図8】SOI基板を歪みゲージ側からみた平面図の他
の実施例を示した図。
の実施例を示した図。
【図9】本発明によるSOI構造半導体型燃焼圧センサ
の他の実施例を示した図。
の他の実施例を示した図。
【図10】SOI基板を歪みゲージ側からみた平面図の
他の実施例を示した図。
他の実施例を示した図。
【図11】本発明による燃焼圧センサの自動車エンジン
への装着方法を示した図。
への装着方法を示した図。
【図12】本発明によるエンジン燃焼圧の多気筒計測の
手法を示した図。
手法を示した図。
【図13】本発明による燃焼圧センサのエンジン実装の
より具体的な構成を示した図。
より具体的な構成を示した図。
【図14】各種歪みゲージの概略結線図。
【図15】本発明による燃焼圧センサ群の結線方法を示
した図。
した図。
【図16】本発明の並列接続による燃焼圧センシングシ
ステムの一例を示した図。
ステムの一例を示した図。
【図17】SOI基板を歪みゲージ側からみた平面図の
他の実施例を示した図。
他の実施例を示した図。
【図18】X型歪みゲージ部の拡大図。
【図19】本発明による燃焼圧センサのエンジン実装の
他の実施例を示した図。
他の実施例を示した図。
【図20】本発明による燃焼圧センサのエンジン実装の
他の実施例を示した図。
他の実施例を示した図。
【図21】本発明による燃焼圧センサのエンジン実装の
他の実施例を示した図。
他の実施例を示した図。
【図22】本発明による燃焼圧センサのエンジン実装の
他の実施例を示した図。
他の実施例を示した図。
【図23】本発明による燃焼圧センサのエンジン実装の
他の実施例を示した図。
他の実施例を示した図。
【図24】本発明による板状の絶縁基板に接合された燃
焼圧センサの拡大図。
焼圧センサの拡大図。
【図25】本発明による板状の絶縁基板に接合された燃
焼圧センサの拡大図の他の実施例を示した図。
焼圧センサの拡大図の他の実施例を示した図。
【図26】本発明による板状の絶縁基板に接合された燃
焼圧センサの拡大図の他の実施例を示した図。
焼圧センサの拡大図の他の実施例を示した図。
【図27】前図の検出部の実装品を下側からみた平面
図。
図。
【図28】本発明による板状の絶縁基板に接合された燃
焼圧センサの拡大図の他の実施例を示した図。
焼圧センサの拡大図の他の実施例を示した図。
1…第1のシリコン板、2…熱酸化膜、3…第2のシリ
コン板、4…絶縁基板、5…歪みゲージ、6,10,1
7,22,23…空所、7,51…ダイアフラム、8…
支持部、9…外枠部、11,66…スルーホール、1
2,14,15…導電膜、13,54,59,64…リ
ード材、16,67…導電材料、18…薄肉部、19…
接線ゲージ、20…半径ゲージ、21…厚肉部、24…
中央部材、25,26,27,63…燃焼圧センサ、2
8,29,61…燃焼圧導入孔、30…吸気管、31…
吸気バルブ、32…排気管、33…排気バルブ、34…
点火プラグ、35…シリンダヘッド、36…ガスケッ
ト、37…シリンダブロック、38…ピストン、39…
燃焼室、40…配線、41…信号処理回路、42…コン
トロールユニット、43,47…増幅部、44…感度調
整部、45…出力線、46…スイッチ、48…感度調整
部、49,57…領域、50…突起、52,60…ケー
ス、53,58…絶縁部材、55…部材、56…孔、6
2…板状の絶縁基板、65…ロー材、68…保護膜、6
9…導電性のコーティング膜、70…耐食性のコーティ
ング膜。
コン板、4…絶縁基板、5…歪みゲージ、6,10,1
7,22,23…空所、7,51…ダイアフラム、8…
支持部、9…外枠部、11,66…スルーホール、1
2,14,15…導電膜、13,54,59,64…リ
ード材、16,67…導電材料、18…薄肉部、19…
接線ゲージ、20…半径ゲージ、21…厚肉部、24…
中央部材、25,26,27,63…燃焼圧センサ、2
8,29,61…燃焼圧導入孔、30…吸気管、31…
吸気バルブ、32…排気管、33…排気バルブ、34…
点火プラグ、35…シリンダヘッド、36…ガスケッ
ト、37…シリンダブロック、38…ピストン、39…
燃焼室、40…配線、41…信号処理回路、42…コン
トロールユニット、43,47…増幅部、44…感度調
整部、45…出力線、46…スイッチ、48…感度調整
部、49,57…領域、50…突起、52,60…ケー
ス、53,58…絶縁部材、55…部材、56…孔、6
2…板状の絶縁基板、65…ロー材、68…保護膜、6
9…導電性のコーティング膜、70…耐食性のコーティ
ング膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 昌大 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小町谷 昌宏 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (14)
- 【請求項1】第1のシリコン板,熱酸化膜,第2のシリ
コン板の3層積層構造よりなるSOI基板と、前記第2の
シリコン板の一部をエッチング加工して形成した歪みゲ
ージ部と、前記歪みゲージ部を密封するように前記第2
のシリコン板に接合したリード引き出し機能付きの絶縁
基板とから構成され、前記第1のシリコン板に印加され
た圧力または力から燃焼圧を検出することを特徴とする
半導体型燃焼圧センサ。 - 【請求項2】請求項1において、前記第2のシリコン板
と前記絶縁基板との接合部はそれぞれ別の機能を有する
2つの接合部よりなり、一方の接合部は前記歪ゲージ部
と前記絶縁基板のリード部を電気的に接続する機能,他
方の接合部は前記歪みゲージ部を気密に密封する機能を
有しており、それぞれの接合部は電気的に絶縁されてい
ることを特徴とする半導体型燃焼圧センサ。 - 【請求項3】請求項2において、前記歪みゲージ部はX
型ゲージ,ブリッジ型ゲージ,□型ゲージ,I型ゲージ
のいずれかのゲージで構成されることを特徴とする半導
体型燃焼圧センサ。 - 【請求項4】請求項3において、前記絶縁基板がガラス
板あるいはガラス・セラミックス板あるいはセラミック
ス板で構成されることを特徴とする半導体型燃焼圧セン
サ。 - 【請求項5】請求項4において、前記絶縁基板に設けた
リード引き出し用スルーホール部の導電層を介して前記
歪みゲージ部と外部の信号処理回路とが電気的に接続さ
れていることを特徴とする半導体型燃焼圧センサ。 - 【請求項6】請求項4において、前記絶縁基板をガラス
板あるいはガラス・セラミックス板で構成されるときは
前記SOI基板と前記絶縁基板とが陽極接合で接合し、
前記絶縁基板がセラミックス板で構成されるとき、前記
SOI基板と前記絶縁基板とがロー付け接合で接合され
ることを特徴とする半導体型燃焼圧センサ。 - 【請求項7】請求項5において、前記スルーホールの内
部に金属材料を充填したことを特徴とする半導体型燃焼
圧センサ。 - 【請求項8】請求項4において、前記SOI基板と前記
絶縁基板とよりなる検出部表面に腐食防止用や電気ノイ
ズ低減用の材料をコーティングしたことを特徴とする半
導体型燃焼圧センサ。 - 【請求項9】請求項4において、燃焼圧センサ自体を自
動車エンジンのガスケットあるいはシリンダブロックに
設けた燃焼圧導入孔あるいは点火プラグに実装したこと
を特徴とする半導体型燃焼圧センサ。 - 【請求項10】請求項1ないし請求項10のいずれかの
半導体型燃焼圧センサをエンジンの各気筒に装着し、各
々のセンサを電気的に直列に接続あるいは並列に接続す
ることにより、センサ数より少ない数の信号処理回路で
多気筒の燃焼圧を連続的に計測できるようにしたことを
特徴とする燃焼圧計測装置。 - 【請求項11】請求項1ないし請求項9のいずれかの半
導体型燃焼圧センサを各気筒に実装した半導体型燃焼圧
センサ群と燃焼圧の信号処理回路との間にスイッチを設
け、燃焼のサイクルに合わせて特定気筒に装着した前記
半導体型燃焼圧センサのみを実質的に前記信号処理回路
に結線することを特徴とする燃焼圧計測装置。 - 【請求項12】請求項11において、前記信号処理回路
は燃焼圧センサ検出部の小さな信号を増幅する機能や燃
焼圧に対する感度を所望の値に調整する機能などを有す
ることを特徴とする燃焼圧計測装置。 - 【請求項13】請求項11において、燃焼のサイクルに
合わせてどの気筒の半導体型燃焼圧センサを信号処理回
路と結線すべきかの決定は、エンジン制御用のコントロ
ールユニットで行われることを特徴とする燃焼圧計測装
置。 - 【請求項14】第1のシリコン板,熱酸化膜,第2のシ
リコン板の3層積層構造よりなるSOI基板と、前記第2
のシリコン板の一部をエッチング加工して形成した歪み
ゲージ部と、前記歪みゲージ部を密封するように前記第
2のシリコン板に接合したリード引き出し機能付きの絶
縁基板とから構成され、前記第1の基板に印加された圧
力を検出することを特徴とする圧力センサ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07338508A JP3079983B2 (ja) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | 半導体型燃焼圧センサ |
US08/771,922 US5877425A (en) | 1995-12-26 | 1996-12-23 | Semiconductor-type pressure sensor with sensing based upon pressure or force applied to a silicon plate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07338508A JP3079983B2 (ja) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | 半導体型燃焼圧センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09178597A true JPH09178597A (ja) | 1997-07-11 |
JP3079983B2 JP3079983B2 (ja) | 2000-08-21 |
Family
ID=18318823
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP07338508A Expired - Fee Related JP3079983B2 (ja) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | 半導体型燃焼圧センサ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5877425A (ja) |
JP (1) | JP3079983B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018180384A1 (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-04 | 本田技研工業株式会社 | 内燃機関 |
WO2018180385A1 (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-04 | 本田技研工業株式会社 | 内燃機関 |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4183789B2 (ja) * | 1998-01-14 | 2008-11-19 | 株式会社堀場製作所 | 物理現象および/または化学現象の検出装置 |
DE19913092C5 (de) * | 1999-03-23 | 2007-12-27 | Reinz-Dichtungs-Gmbh | Zylinderkopfdichtung |
US6635910B1 (en) * | 1999-07-22 | 2003-10-21 | Measurement Specialties, Inc. | Silicon strain gage having a thin layer of highly conductive silicon |
US6303959B1 (en) * | 1999-08-25 | 2001-10-16 | Alliance Semiconductor Corporation | Semiconductor device having reduced source leakage during source erase |
US6260417B1 (en) * | 1999-10-13 | 2001-07-17 | Denso Corporation | Semiconductor pressure sensor device with multi-layered protective member that reduces void formation |
US6809424B2 (en) * | 2000-12-19 | 2004-10-26 | Harris Corporation | Method for making electronic devices including silicon and LTCC and devices produced thereby |
FR2827041B1 (fr) * | 2001-07-03 | 2003-12-12 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif piezoresistif et procedes de fabrication de ce dispositif |
FR2831269B1 (fr) * | 2001-10-23 | 2004-01-02 | Thales Sa | Ensemble de capteur fonctionnant a haute temperature et procede de montage |
JP3687666B2 (ja) * | 2002-11-18 | 2005-08-24 | セイコーエプソン株式会社 | 乾燥装置及びこれを備えるワーク処理装置 |
DE102004024920B4 (de) * | 2004-05-19 | 2009-06-10 | Trafag Ag | Drucksensor |
US7096725B2 (en) * | 2004-11-08 | 2006-08-29 | Federal-Mogul World Wide, Inc. | Cylinder head gasket with integrated sensor |
CN104220964A (zh) * | 2010-12-24 | 2014-12-17 | 石墨烯广场株式会社 | 用于同时检测压力和位置的使用石墨烯的触摸传感器 |
DE102011105756A1 (de) * | 2011-01-28 | 2012-08-02 | Kaufbeurer Mikrosysteme Wiedemann Gmbh | Elektrische Messeinrichtung zur Kraft- und/oder Druckmessung |
US8656784B2 (en) * | 2011-08-19 | 2014-02-25 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Flat covered leadless pressure sensor assemblies suitable for operation in extreme environments |
RU2474007C1 (ru) * | 2011-09-08 | 2013-01-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Научно-Производственный Комплекс "Технологический Центр" Миэт" | Конструкция чувствительного элемента преобразователя давления на кни-структуре |
DE102011112935B4 (de) * | 2011-09-13 | 2015-02-12 | Micronas Gmbh | Kraftsensor |
EP3211394B1 (en) * | 2016-02-29 | 2021-03-31 | Melexis Technologies NV | Semiconductor pressure sensor for harsh media application |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5295395A (en) * | 1991-02-07 | 1994-03-22 | Hocker G Benjamin | Diaphragm-based-sensors |
US5421956A (en) * | 1991-11-20 | 1995-06-06 | Nippondenso Co., Ltd. | Method of fabricating an integrated pressure sensor |
US5406852A (en) * | 1992-03-18 | 1995-04-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pressure sensor having a resistor element on a glass dryer with electrodes connected thereto |
-
1995
- 1995-12-26 JP JP07338508A patent/JP3079983B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-12-23 US US08/771,922 patent/US5877425A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018180384A1 (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-04 | 本田技研工業株式会社 | 内燃機関 |
WO2018180385A1 (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-04 | 本田技研工業株式会社 | 内燃機関 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3079983B2 (ja) | 2000-08-21 |
US5877425A (en) | 1999-03-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3079983B2 (ja) | 半導体型燃焼圧センサ | |
US5867886A (en) | Method of making a thick film pressure sensor | |
US7260994B2 (en) | Low cost high-pressure sensor | |
EP0164413B2 (en) | Pressure transducer | |
US5477738A (en) | Multi-function differential pressure sensor with thin stationary base | |
US7866215B2 (en) | Redundant self compensating leadless pressure sensor | |
US4574640A (en) | Integrated dual-range pressure transducer | |
US8631707B2 (en) | Differential temperature and acceleration compensated pressure transducer | |
JPH0425735A (ja) | 半導体圧力・差圧測定ダイヤフラム | |
US5932809A (en) | Sensor with silicon strain gage | |
EP0251592A2 (en) | Pressure sensor | |
JP4540775B2 (ja) | サーボ式静電容量型真空センサ | |
JP2514067Y2 (ja) | セラミック製トランスデュ−サ | |
JP2516211B2 (ja) | 半導体圧力センサ | |
JPH10132684A (ja) | 半導体圧力センサ | |
JP2512220B2 (ja) | 複合機能形センサ | |
CN212988661U (zh) | Mems压力芯片 | |
JP3120388B2 (ja) | 半導体圧力変換器 | |
JPH0777471A (ja) | 容量型圧力センサ | |
JPH10142086A (ja) | 半導体圧力センサとその製造方法及びこれを用いた差圧伝送器 | |
JPS62204137A (ja) | 圧力検出器 | |
JPH07209125A (ja) | 燃焼圧センサ | |
JPH10300602A (ja) | 半導体圧力センサ | |
JP2002296131A (ja) | 静圧動圧検知センサ | |
JPS6056314B2 (ja) | 圧力・振動―電気変換装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |