In diesem Beitrag wird erstmals über einen mikromechanisch gefertigten Massenflusssensor berichtet, der direkt in den Düsenkörper einer Common-Rail(CR)-Einspritzdüse zwischen doppelter Nadelführung und Nadelsitz integriert wurde. Das thermische Messprinzip wurde ausgewählt, da über die Widerstandsänderung eines elektrisch geheizten Dünnfilmwiderstandes gasförmige wie auch flüssige Massenströme sehr schnell und sehr genau bestimmt werden können. Zusätzlich ermöglichen Glaskeramiken, die in einem kostengünstigen Batch-Prozess hergestellt werden können, den Einsatz eines hochtemperatur- und vor allem hochdruckstabilen Substrates für den Sensor. Die flusssensitive Schicht besteht im vorliegenden Fall aus einem 110 nm dicken Molybdän-Dünnfilm,der durch einen PVD(Physical Vapour Deposition)-Prozess mittels Elektronenstrahlverdampfen aufgebracht wird. Statische Strom-Spannungs(I-V)-Messungen an Teststrukturen zeigen einen spezifischen Widerstand von 8,2 x 10-7 Ohm m (+/- 2%) bei 298 K. Zusätzlich wurde bei Drücken von p =1 x 10-4 mbar in einer Vakuumkammer d er erste und zweite Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes bis 300 grad C zu 4,5 x 10-4 K(exp-1) bzw. 3,0 x 10(exp-6) K-2 bestimmt . Das statische Temperaturfeld am und um den Dünnfilmsensor auf dem Glaskeramiksubstrat wird mit Hilfe einer Infrarotkamera bei verschiedenen Heizleistungen experimentell untersucht. Für optimierte Sensorgeometrien wird entlang der Sensorachse ein vom ortunabhängiges Temperaturprofil gemessen, das durch ein analytisches Modell sehr genau beschrieben werden kann. Die ersten Massenflussmessungen bei einem Raildruck von 500 bar, die im dynamischen Betrieb schon deutlich auf hohe Druckschwankungen während und nach dem Einspritzvorgang hindeuten, sollen die hohe Güte des vorliegenden Sensors verdeutlichen. Deshalb glauben wir, dass mit düsenintegrierten Massenflusssensoren on board die Einspritzraten sehr genau bestimmt werden kbnnen, was zu einer weiteren Optimierung des Einspritzsystems von Verbrennungskraftmaschinen durch individuelles Ausregeln jedes einzelnen Injektors führen würde.
Ein mikromechanisch gefertigter hochdruckstabiler Massenflusssensor für Common-Rail(CR)-Einspritzsysteme
A micromachined high pressure stable mass flow sensor for Common-Rail injection systems
Technisches Messen ; 68 , 5 ; 208-214
2001
7 Seiten, 11 Bilder, 13 Quellen
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