Grundlegende Technologieschritte zur Entwicklung eines thermischen Massenflusssensors bei Common-Rail-Einspritzssystemen

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

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.

• 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

Zusammenfassung der Kapitel

• 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.

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.

Häufig gestellte Fragen

Was ist ein thermischer Massenflusssensor?

Ein Sensor, der die strömende Masse eines Mediums (z.B. Kraftstoff) über thermische Prinzipien und Heizwiderstände präzise misst.

Warum wird dieser Sensor in Common-Rail-Systemen benötigt?

Er ermöglicht eine extrem genaue Dosierung der Piloteinspritzung, was Abgaswerte senkt, den Spritverbrauch reduziert und die Motorgeräusche minimiert.

Aus welchem Material bestehen die Heizwiderstände?

Die Arbeit untersucht die Verwendung von Molybdän-Dünnschichten aufgrund ihrer spezifischen elektrischen und thermischen Eigenschaften.

Was bedeutet "Passivierung" der Heizwiderstände?

Die Passivierung (z.B. aus Diamant oder Siliziumkarbid) schützt die empfindlichen Widerstände vor chemischen Einflüssen und mechanischem Verschleiß durch den Kraftstoff.

Welche Abgasnormen trieben die Entwicklung voran?

Die Einführung der Euro III und Euro IV Normen erforderte drastische Reduzierungen von Partikeln, NOx- und HC-Ausstoß bei Dieselmotoren.