Aufgrund immer höherer Anforderungen seitens des Gesetzgebers, aber auch des Autofahrers,
im Hinblick auf ökologische (niedrige Abgaswerte) und ökonomische (geringer Spritverbrauch)
Aspekte sowie Fahrkomfort (Geräuschreduzierung), wurde nach einer Einspritztechnik
im Kfz-Bereich gesucht, die alle drei Punkte bestmöglich erfüllt. So will im Zuge der
Reduzierung der Emissionen die Europäische Kommission die Abgasgrenzwerte für Pkws
und Nutzfahrzeuge deutlich senken: Laut Norm Euro III (die im Jahr 2000 eingeführt werden
soll) darf z.B. der Ausstoß von Partikeln bei Diesel-Pkws nur noch 0,05 g/km betragen [1], da
hier die erheblichen Umweltwirkungen der Verbrennungsprodukte nicht zu übersehen sind
[2]. Ebenso ist eine drastische Reduzierung des NOx- und des HC-Ausstoßes geplant [1]. Im
Jahr 2005 soll diese Norm dann von der Euro IV abgelöst werden, in der ungefähr eine nochmalige
Halbierung dieser Grenzwerte vorgesehen ist [1].
Diese Auflagen können in Summe mit anderen Einspritzsystemen (Pumpe-Düse, magnetventilgesteuerte
Verteilerpumpe) nur schwer oder überhaupt nicht erfüllt werden. Als Alternative
zu den eben genannten Systemen bietet sich die Direkteinspritzung des Kraftstoffes in den
Brennraum an.Um jedoch das gesamte Potenzial dieses Konzeptes ausschöpfen und einen
optimalen Verbrennungsablauf realisieren zu können, ist eine über den gesamten Drehzahlbereich
sehr genau dosierte Piloteinspritzung erforderlich. Man versteht darunter die Einspritzung
einer sehr kleinen Kraftstoffmenge in den Brennraum vor der Haupteinspritzung [3]. Die
Piloteinspritzung ist hauptsächlich für die Senkung der NOx- u. HC-Emission verantwortlich.
Es wird dadurch aber nicht nur der Schadstoffausstoß minimiert, sondern auch die Geräuschemission
während des Verbrennungsablaufes und dadurch die mechanische Belastung
der Motorbauteile [3], was besonders bei Dieselmotoren aufgrund des höheren Verbrennungsdruckes
von Vorteil ist.
Allgemein gesprochen kann durch eine geeignete Gestaltung des Einspritzverlaufes, d.h. konkret
durch die zeitliche Trennung von Pilot- und Haupteinspritzung, die Einhaltung der gesetzlich
geforderten Grenzwerte realisiert werden, wie ein Vergleich mit Messergebnissen
zeigt [4]. Da hier das meiste Entwicklungspotenzial vorhanden ist, basieren die neuen Motorgenerationen. [...]
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Anforderungen an zukünftige Einspritzsysteme
- Common-Rail-Einspritzsystem
- Motivation
- Grundlagen der Flusssensorik
- Physikalischer Hintergrund
- Sensorprinzip und Sensorschaltung
- Sensorlayout und Anforderungsspektrum
- Aufbau des Sensorelementes
- Layout der Heizwiderstände
- Anforderungsspektrum
- Technologie und Prozessschritte
- Substratmaterial
- Oberflächenvergütung des Substrates
- Läppen der Rückseite
- Polieren der Vorderseite
- Temperaturbehandlung des Substratmaterials
- Auswirkungen auf die Materialkombination Keramik - Glas
- Materialauswahl und Schichtabscheidung
- Ergebnis
- Strukturierung des Sinterglases
- Auswahl des Ätzverfahrens
- Ionenstrahlätzen
- Ätzmaske aus Aluminium mittels Lift-Off
- Realisierung der Heizwiderstände
- Eigenschaften der Aufdampfschicht und Modifikation durch Tempern
- Strukturierung der Widerstände
- Ätzen in HCl/H₂O2
- Ätzen in Salpetersäure
- Ätzen in Königswasser
- Besonderheiten im Prozessablauf
- Passivierung der Heizwiderstände
- Materialauswahl und Schichtabscheidung
- Passivierung aus Diamant
- Passivierung aus Siliziumkarbid
- Strukturierung der Passivierung
- Zusammenfassung des Prozessablaufes als Flow-Chart
- Charakterisierung der Sensorelemente
- Elektrische Charakterisierung der Molybdän-Dünnschicht
- Chemische Analyse der Molybdän-Dünnschicht
- Charakterisierung der Heizwiderstände mit der Thermokamera
- Messaufbau
- Ergebnisse
- Analyse der Anforderungen an Flusssensoren in Einspritzsystemen
- Entwicklung eines geeigneten Sensorlayouts und der zugehörigen Prozesstechnologie
- Charakterisierung der Sensorbauelemente und Bewertung der erzielten Ergebnisse
- Diskussion der Möglichkeiten und Herausforderungen bei der Integration des Sensors in das Einspritzsystem
- Entwicklung eines Ausblicks auf zukünftige Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten
- Einleitung: Dieses Kapitel erläutert die Anforderungen an zukünftige Einspritzsysteme und stellt das Common-Rail-Einspritzsystem vor. Es wird die Motivation für die Entwicklung eines thermischen Massenflusssensors für diese Systeme dargelegt.
- Grundlagen der Flusssensorik: Dieses Kapitel behandelt die physikalischen Grundlagen der Flusssensorik und erläutert das Funktionsprinzip eines thermischen Massenflusssensors. Es wird die Sensorschaltung und die Funktionsweise des Sensors beschrieben.
- Sensorlayout und Anforderungsspektrum: Dieses Kapitel beschreibt den Aufbau des Sensorelementes und die Anforderungen an das Sensorlayout. Es wird die Bedeutung der Heizwiderstände und die Notwendigkeit einer robusten Konstruktion hervorgehoben.
- Technologie und Prozessschritte: Dieses Kapitel behandelt die verschiedenen Prozessschritte, die zur Realisierung des Sensors notwendig sind. Es werden das Substratmaterial, die Oberflächenvergütung, die Temperaturbehandlung, die Strukturierung des Sinterglases und die Realisierung der Heizwiderstände erläutert. Die Passivierung der Heizwiderstände und die Zusammenfassung des Prozessablaufes als Flow-Chart runden dieses Kapitel ab.
- Charakterisierung der Sensorelemente: Dieses Kapitel beschreibt die elektrische und chemische Charakterisierung der Molybdän-Dünnschicht sowie die Charakterisierung der Heizwiderstände mit der Thermokamera.
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines thermischen Massenflusssensors für die Anwendung in Common-Rail-Einspritzsystemen. Ziel der Arbeit ist es, die grundlegenden Technologieschritte zur Realisierung eines solchen Sensors zu beschreiben und zu bewerten.
Zusammenfassung der Kapitel
Schlüsselwörter
Die Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines thermischen Massenflusssensors für Common-Rail-Einspritzsysteme. Die zentralen Themen umfassen die Sensortechnologie, die Prozessentwicklung, die Charakterisierung und die Integration in die Einspritzsysteme. Hierbei stehen die folgenden Schlüsselbegriffe im Fokus: thermische Massenflusssensorik, Common-Rail-Einspritzsysteme, Sensorlayout, Prozesstechnologie, Mikrosystemtechnik, Molybdän-Dünnschichten, Heizwiderstände, Passivierung, Charakterisierung.
- Quote paper
- Christoph Schinke (Author), 2000, Grundlegende Technologieschritte zur Entwicklung eines thermischen Massenflusssensors bei Common-Rail-Einspritzssystemen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/24943
