DE10007010A1 - Sensoreinheit zur Bestimmung der Abgasrückführungsrate einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit (Sb) zur Bestimmung der Abgasrückführungsrate einer Brennkraftmaschine. Die Sensoreinheit (Sb) ist einerseits mit der Abgasatmosphäre (R) innerhalb der Abgasrückführungsleitung (RL) beaufschlagt und andererseits mit der innerhalb der Einlassleitung (ELt) der Brennkraftmaschine nach Einmündung der Abgasrückführungsleitung (RL) vorhandenen Atmosphäre (vM) aus Abgas und Frischluft (F) beaufschlagt, wobei die beiden, die Sensoreinheit beaufschlagenden Gasatmosphären (R, vM) getrennt voneinander gehalten werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit zur Bestimmung der Abgasrückführungsrate einer Brennkraftmaschine.

Die Hauptemittenten von Stickoxiden (NOx) in den Industriestaa­ ten sind Verkehr, fossil befeuerte Kraftwerke und Industriean­ lagen. Während die Kraftwerks- und Industrieemissionen immer weiter zurückgehen, tritt der Anteil des Verkehrs immer mehr in den Vordergrund.

Die NOx-Emissionen benzinbetriebener Ottomotoren können durch den Betrieb bei λ = 1 und nachmotorischer Abgasreinigung mittels eines Drei-Wege-Katalysators drastisch reduziert werden. Prin­ zipbedingt besteht diese Möglichkeit beim gemischgeregelten Dieselmotor, der überstöchiometrisch betrieben wird, nicht. Aufgrund des hohen Sauerstoffanteils im Abgas ist bis heute kein Katalysator realisiert, der die NOx-Emissionen ohne Zugabe von Reduktionsmitteln (evtl. auch in Form von fettem Abgas), i. A. Kohlenwasserstoffe oder ammoniakbildende Verbindungen, verringern kann. Das gleiche gilt für magerbetriebene Ottomoto­ ren.

Eine andere, seit langem bekannte Möglichkeit, NOx-Emissionen abzusenken, besteht in der Abgasrückführung (AGR). Durch Zumi­ schen von Abgasen zur Frischluft vor der Verbrennung wird ins­ besondere die temperaturabhängige NOx-Emission reduziert. Übli­ cherweise wird durch eine Abgasrückführungsleitung aus einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine Abgas in eine Einlasslei­ tung rückgeführt. Die Rückführungsrate des Abgases, d. h. die Menge des anteilig dem Frischluftstrom in der Einlassleitung beigemischten Abgasstroms im Verhältnis zur Verbrennungsluft­ menge, wird von einer Reglereinheit unter Angleich an be­ triebspunktabhängig vorgegebene Sollwerte geregelt. Einer Erhö­ hung der Abgasrückführungsrate mit der Absicht einer weiteren Reduzierung der NOx-Emission wird eine betriebspunktabhängig unterschiedliche Grenze gesetzt, nämlich durch die oberhalb dieser zulässigen Rückführungsrate zunehmende Ruß bzw. Partike­ lemission, dem Kraftstoffverbrauch sowie durch die Verschlech­ terung der Laufruhe der Brennkraftmaschine.

Die Durchführung einer Regelung der Abgasrückführungsrate er­ fordert die laufende Erfassung der jeweiligen Rückführungsver­ hältnisse im Betrieb der Brennkraftmaschine. Einfache Steuer­ verfahren der rückgeführten Abgasmenge, etwa durch be­ triebspunktabhängige Steuerung des Abgasrückführungsventils mit einstellbarem Öffnungshub, können die Abgasemissionen nur unbe­ friedigend absenken, da die Rückführungsrate im jeweiligen Be­ triebspunkt deutlich unterhalb des optimalen Sollwertes liegen muss, um das ohne Rückmeldung des Abgasdurchflusses sonst häu­ fige Übertreten der Rußgrenze und die entsprechend hohen Emis­ sionen zu vermeiden.

Aus der EP 0 574 614 A1 ist ein Verfahren zur Regelung der Ab­ gasrückführungsrate bekannt, welches zur Bestimmung des Ist- Wertes des rückgeführten Abgasmassenstroms den Druckabfall an einer Venturi-Düse in dem Abgasrückführungskanal misst und aus der Druckdifferenz den Durchfluss ermittelt. Da jedoch die Rückströmung des Abgases durch die Abgasrückführungsleitung vom Druckgefälle zwischen Abgasleitung und Einlassleitung der Brennkraftmaschine getrieben wird, verringert der Druckverlust an der Venturi-Düse das zur Rückführung zur Verfügung stehende Druckgefälle. Dabei wird die mögliche Abgasrückführungsrate verringert und es kann in vielen Betriebspunkten der Brenn­ kraftmaschine nicht die optimale Reduzierung der Abgasemissio­ nen erreicht werden. Darüber hinaus ist die Bestimmung des Ab­ gasdurchflusses durch die Abgasrückführungsleitung über die Messung des Differenzdruckes sehr ungenau, da genaue Messungen an der Venturi-Düse laminare Strömungsverhältnisse vorausset­ zen, welche im Abgas von Brennkraftmaschinen praktisch nicht vorkommen. Die mehr oder weniger turbulent auftretenden Ab­ gasströmungen unterschiedlicher Brennkraftmaschinen, insbeson­ dere im Betrieb von aufgeladenen Brennkraftmaschinen, verhin­ dern eine effektive Regelung der Rückführungsrate mit dem be­ kannten Verfahren.

Die DE 43 37 313 C1 schlägt zur Erfassung der rückgeführten Ab­ gasmenge vor, den Absolutdruck und die Temperatur in der Abgas­ leitung der Brennkraftmaschine zu messen. Zur Ermittlung der Rückführungsrate wird als Messwert neben dem statischen Druck auch der Staudruck des Abgases benötigt. Mit dem bekannten Ver­ fahren ist jedoch eine genaue Bestimmung der Rückführungsrate, welche für eine optimale Regelung unerläßlich ist, kaum mög­ lich, da die erforderlichen Temperatur- und Druckmessfühler von sehr hohen Abgastemperaturen beaufschlagt werden. Darüber hin­ aus führt der hohe Rußpartikelgehalt des Abgas zu einer zuneh­ menden Verstopfung der Messfühler mit fortschreitender Be­ triebszeit der Brennkraftmaschine, wodurch die Messergebnisse zunehmend ungenauer werden und somit letztendlich höhere Abga­ semissionen verursacht werden.

Die DE 197 34 494 C1 hingegen schlägt vor, die Rückführungsrate mit Hilfe von zwei Sauerstoffsensoren, die vor und nach der Einmündung der Abgasrückführungsleitung in die Einlassleitung angeordnet sind, zu bestimmen. Gemäß der in der DE 197 34 494 C1 aufgeführten Gleichung

kann die Rückführungsrate bestimmt werden. Dabei ist R die Ab­ gasrückführungsrate, und [O₂] die Sauerstoffkonzentration, wo­ bei die Indizes vM vor Motor (= nach Einmündung des Abgasrück­ führungskanals in die Einlassleitung) und R rückgeführtes Abgas (= vor Einmündung der Abgasrückführungsleitung in die Einlass­ leitung) bedeuten. Diese Definitionen von vM und R werden in der vorliegenden Anmeldung beibehalten. Der Faktor 0,23 gibt den Massenanteil des Sauerstoffs in der Umgebungsluft an.

Obgleich mit diesem Verfahren die Abgasrückführungsrate be­ stimmt werden kann, sind auch Nachteile vorhanden. Einerseits sind die derzeit vorhandenen, nach dem amperometrischen Prinzip funktionierenden und im gesamten Magerbereich arbeitenden Sau­ erstoffsensoren bei λ < 2 (d. h. [O₂] < 10%) sehr ungenau, anderer­ seits sollte, wie leicht aus Glg. (1) ersichtlich ist, gerade bei großen X-Werten die Genauigkeit groß sein, um vor allem kleine Rückführungsraten ausreichend genau bestimmen zu können. Dies wird an folgendem Beispiel deutlich: Bei einer Rückfüh­ rungsrate von 10% und einem λ = 2 (10% Sauerstoff) wird [O₂]_vM = 21,7%. Ein Meßfehler der Sauerstoffkonzentration vor Mo­ tor um lediglich 1% des Meßwertes führt zu einem Fehler in der Rückführungsrate von 16,7%.

Ein weiterer Nachteil ist, dass zwei Sensoren an zwei verschie­ denen Einbauorten angebracht werden müssen, was zu zusätzlichen Kosten für Sensoren, Einbau und Konstruktion führt. Zudem tritt ein erhöhtes Ausfallrisiko auf.

Ebenfalls zwei Sensoren an zwei verschiedenen Stellen benötigt die in der DE 197 28 353 C1 vorgeschlagene Möglichkeit, den 3- Wege-Mischer und damit die Abgasrückführungsrate in Abhängig­ keit der CO₂-Konzentrationen in der Ladeluftleitung und der Ab­ gasrückführleitung zu regeln.

Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, einen Sensor anzugeben, mit dem eine genaue Bestimmung der Abgasrückführungsrate zuver­ lässig und kostengünstig erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird mit der Sensoreinheit nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von Unteran­ sprüchen.

Die erfindungsgemäße Sensoreinheit ist einerseits mit der Ab­ gasatmosphäre innerhalb der Abgasrückführungsleitung beauf­ schlagt, und andererseits mit der innerhalb der Einlassleitung der Brennkraftmaschine nach Einmündung der Abgasrückführungs­ leitung vorhandenen Atmosphäre aus Abgas und Frischluft beauf­ schlagt. Dabei werden die beiden die Sensoreinheit beaufschla­ genden Gasatmosphären getrennt voneinander gehalten. Die Sen­ soreinheit selbst kann dabei aus einem oder mehreren Einzelsen­ soren bestehen. Außerdem kann eine zusätzliche Umgebungsluftre­ ferenz vorhanden sein.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Be­ zugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Abgasrückführungssy­ stems, von dem die Erfindung ausgeht;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausführung in schematischer Darstellung;

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2;

Fig. 4, 5 erfindungsgemäße Ausführungen unter Einsatz einer elektrochemischen Zelle mit selektiv ionenleitender Membran;

Fig. 6, 7 erfindungsgemäße Ausführungen unter Einsatz einer elektrochemischen Zelle mit sauerstoffionenselekti­ ver Membran;

Fig. 8 eine erfindungsgemäße Ausführung unter Einsatz zwei­ er resistiver Sauerstoffsensoren;

Fig. 9 eine erfindungsgemäße Ausführung unter Einsatz zwei­ er amperometrischer Sauerstoffsensoren;

Fig. 10 eine erfindungsgemäße Ausführung unter Einsatz eines amperometrischen Sauerstoffsensors und einer elek­ trochemische Zelle mit einer selektiv ionenleitenden Membran;

Fig. 11 eine erfindungsgemäße Ausführung unter Einsatz eines resistiven Sauerstoffsensors und eine elektrochemi­ sche Zelle mit einer selektiv ionenleitenden Mem­ bran;

Fig. 12, 13 eine erfindungsgemäße Ausführung unter Einsatz zwei­ er amperometrischer NOx-Sensoren;

Fig. 14 eine erfindungsgemäße Ausführung unter Einsatz zwei­ er Gassensoren in schematischer Darstellung;

Fig. 15-18 erfindungsgemäße Ausführungen mit unterschiedlicher Anordnung der Sensoreinheit innerhalb des Abgasrück­ führungssystems.

Fig. 1 skizziert die für ein Abgasrückführungssystem notwendi­ gen Bestandteile. Das Abgas A wird über ein Ventil oder eine gesteuerte Klappe V einem Kühler K zugeführt und gekühlt mit der für die Verbrennung nötigen Frischluft F vermischt. Das rückgeführte Abgas innerhalb der Abgasrückführungsleitung ist mit R bezeichnet. Die mit gekühltem Abgas R vermischte Frisch­ luft F wird mit vM bezeichnet. Die Kühlung ist nicht unbedingt erforderlich, erhöht aber die NOx-Reduzierung.

Fig. 2 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführung in schema­ tischer Darstellung. Dabei sind von der Abgasrückführungslei­ tung und der Einlassleitung jeweils Stichleitungen angebracht. Statt Stichleitungen können auch andere, konstruktiv vorteil­ haftere Ausführungsformen, wie sie z. B. in den Fig. 15 bis 18 dargestellt sind, zur Anwendung kommen. Die Stichleitungen füh­ ren jeweils zu derselben Sensoreinheit Sb, welches somit auf der einen Seite in Kontakt mit dem rückgeführten Abgas R und auf der anderen Seite mit dem Gasgemisch vM steht. Dabei ist es wichtig, dass die Sensoreinheit Sb mit beiden Gasatmosphären in Kontakt steht und dass beide Gasatmosphären vM, R voneinander getrennt sind. In Fig. 3 ist der gestrichelt gezeichnete Aus­ schnitt noch einmal vergrößert dargestellt. Man erkennt, wie die voneinander getrennten Gasatmosphären R und vM die Sen­ soreinheit Sb von verschiedenen Seiten beaufschlagen. Die Sen­ soreinheit Sb ist in die Trennwand, die die beiden Gasatmosphä­ ren R und vM voneinander separiert, integriert bzw. bildet selbst einen Teil dieser Trennwand. Die beiden Gasatmosphären R und vM werden also mittels der Sensoreinheit Sb selbst vonein­ ander getrennt.

Für die Massenströme gilt:

_vM = _R + _F (2)

Die Rückführungsrate R ist definiert

Für die Konzentration eines beliebigen Gases g gilt

Dabei ist a_g der Umrechnungsfaktor von Volumenprozent in Mas­ senprozent. a_g ist für jedes Gas etwas verschieden, kann aber näherungsweise als unabhängig vom Betriebspunkt des Motors an­ gesehen werden.

Für den Fall, dass g ein Gas bezeichnet, das bei der Verbren­ nung von Kraftstoff entsteht und das in der Umgebungsluft in praktisch nicht oder in wesentlich geringerer Konzentration als im Abgas enthalten ist, kann der Term [g]_F × _F vernachlässigt werden und man erhält:

Gase, für die die Glg. (5) und (6) gelten, können z. B. sein:
CO₂, NO, NO₂, N₂O, Kohlenwasserstoffe, SO₂, SO₃, H₂ oder auch Was­ serdampf, falls die Umgebungsfeuchte gegenüber der aus der Ver­ brennung stammenden Feuchte vernachlässigt werden kann.

In dem Fall, dass das Gas g in der Umgebungsluft vorhanden ist, d. h. dass der Term [g]_F × _F nicht vernachlässigt werden kann, gilt:

Die Konzentration [g]_F des Gases g in der Einlassleitung, und zwar vor Einmündung der Abgasrückführungsleitung, also in der Frischluft, ist im Allgemeinen identisch mit der Konzentration [g]_L in der Umgebungsluft außerhalb des Abgasrückführungssy­ stems. Je nach Bedarf kann deshalb [g]_F durch [g]_L ersetzt werden.

Auf der Basis der vorstehenden Herleitungen werden im Folgenden mehrere konkrete Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Sensoreinheit erläutert. Sie kann eine oder mehrere Einzelsen­ soren umfassen.

1. selektiver Ionenleiter/elektrochemische Zelle für selektiv auf ein in der Umgebungsluft nicht oder nur in vernachläs­ sigbarer Konzentration vorkommendes Gas

In der einfachsten Ausführungsform besteht die Sensoreinheit aus einer selektiv ionenleitenden Membran, die mit geeigneten, evtl. porösen, elektrischen Elektroden versehen ist, an welche Zuleitungen angebracht sind. Die Membran ist auf eine Tempera­ tur gebracht, bei der Ionenleitung auftritt. Die Membran soll selektiv auf ein in der Umgebungsluft nicht oder nur in ver­ nachlässigbarer Konzentration vorkommendes Gas g sein. Für se­ lektiv ionenleitende Membrane gilt die Nernst-Gleichung, die die entstehende elektromotorische Kraft (hier mit U bezeichnet) zwischen den beiden Elektroden als logarithmisches Verhältnis der Partialdrücke des Gases g auf beiden Seiten beschreibt. Falls die Gesamtdrücke in beiden Gasräumen gleich sind, gilt dieses Gesetz auch für die Gaskonzentrationen:

Falls die Drücke voneinander abweichen, muß das Ergebnis noch um

korrigiert werden. In Glg. (8) steht c für eine Konstante, die nur von Naturkonstanten und von der Wertigkeit des in der Membran beweglichen Ions abhängt. p_vM und p_R bezeich­ nen die Gesamtdrücke in den jeweiligen Gasräumen.

Eingesetzt in Glg. (6) ergibt sich der einfache Zusammenhang:

U = c × T × 1g(a_g × R) (9)

oder

Dabei spielt es keine Rolle, auf welches Ion die Membran ionen­ selektiv ist, solange gewährleistet ist, dass kein störender Anteil durch angesaugte Luft erfolgen kann, d. h. es muß Glg. (6) gelten. Auch Membranen, die sowohl ein als auch mehrere Io­ nenarten leiten können, können unter dieser Maßgabe berücksich­ tigt werden. Beispielsweise kann eine Membran, die sowohl pro­ tonenleitend als auch H₃O⁺-leitend ist, ebenfalls verwendet wer­ den, so dass Querempfindlichkeiten keine Rolle spielen. Es bie­ tet sich an, die Membran zu heizen und mit einem Temperatursen­ sor zu versehen. Dann kann entweder auf eine konstante Ar­ beitstemperatur geregelt werden, und/oder es kann die Tempera­ tur gemessen und daraus zusammen mit der elektromotorische Kraft auf die Rückführungsrate geschlossen werden. Ein Beispiel für einen für diese Anwendung geeigneten Sensor findet sich in der DE 197 14 364 A1, wo ein potentiometrischer Sensor mit ei­ ner NO-Ionen leitenden Membran beschrieben wird. Der beschrie­ bene Sensor zur Bestimmung der Abgasrückführungsrate mittels einer ionenselektiven Membran soll hier als Sensor erster Art bezeichnet werden. Eine Schema eines solchen Sensors ist in Fig. 4 dargestellt. Dort bezeichnet M die Membran und E1 eine vorzugsweise poröse Elektrode. Heizungen und für die Tempera­ turerfassung und Temperaturregelung benötigte Vorrichtungen wurden der Übersichtlichkeit halber nicht skizziert. Auch An­ ordnungen zur Herausführung der elektromotorischen Kraft aus dem Sensorelement wurden der Übersichtlichkeit wegen weggelas­ sen.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung, die hier als Sen­ sor zweiter Art verstanden werden soll, kann auch eine ionen­ leitende Membran eines nicht im Gas vorkommenden Ions z. B. Li⁺, Na⁺, K⁺, H⁺, oder auch eines zweiwertigen Ions z. B. Ca²⁺ oder Mg²⁺ oder auch eines mehrwertigen Ions verwendet werden. Dann allerdings muß ein als Potentialbildner wirkender, vorzugsweise als Schicht ausgebildeter Werkstoff, in dem dieses Ion eben­ falls vorkommt, vor- bzw. nachgeschaltet werden. In Fig. 5 ist diese Ausführungsform am Beispiel einer Na⁺-β"-Al₂O₃-Membran, also einem Natriumionenleiter verdeutlicht. Die Membran M be­ steht aus Na⁺-β"-Al₂O₃, auf die auf beiden Seiten Na₂CO₃ als Po­ tentialbildner Pb aufgebracht wurde. Zwei mit jeweils einer Zu­ leitung versehene bevorzugterweise poröse Elektroden E1 kom­ plettieren den prinzipiellen Aufbau. Es wird somit eine elek­ trochemische Zelle mit folgendem Aussehen erhalten:

Elektrode |Na₂CO₃|Na-β"-Al₂O₃|Na₂CO₃|Elektrode

Aufgrund der unterschiedlichen CO₂-Aktivität auf beiden Seiten der elektrochemischen Zelle bildet sich eine elektromotorische Kraft aus, die proportional zum Logarithmus der CO₂- Konzentrationen ist. Gemäß Glg. (8) kann damit die Rückfüh­ rungsrate bestimmt werden. Die im Zusammenhang mit Fig. 4 er­ wähnten Vereinfachungen in der Darstellung gelten auch für Fig. 5.

Als weitere Ausführung kann der Potentialbildner mit der Elek­ trode kombiniert werden, z. B. dadurch, dass das Elektrodenmate­ rial mit dem mobilen Ion in der Membran identisch ist. Diese Ausführung soll hier als Sensor dritter Art verstanden werden. Als Beispiel sei eine Ag-β"-Al₂O₃-Membran aufgeführt, die mit Silber kontaktiert wurde. Auch dann kann aufgrund der Reaktion der Silberelektrode mit CO₂ bzw. NOx im Gas zum entsprechendem Silbersalz sich ein unterschiedliches chemisches Potential auf­ bauen, das als elektromotorische Kraftgemessen werden kann.

Es soll hier noch einmal unterstrichen werden, dass o. g. Aus­ führungsformen nur als Beispiele anzusehen sind, sowohl hin­ sichtlich der Auswahl der Ionen als auch hinsichtlich der Aus­ wahl der Potentialbildner und der Elektroden. Es können auch Mischformen von Sensoren erster und zweiter, erster und dritter und zweiter und dritter Art realisiert werden.

Für Sensoren der ersten bis dritten Art ergeben sich gegenüber den in der Beschreibungseinleitung erwähnten Sensoren aus dem Stand der Technik einige wesentliche Vorteile:

Es wird keine Referenzatmosphäre benötigt, im Gegensatz zu ei­ ner herkömmlichen λ-Sonde. Beide Seiten der Membran können leicht auf derselben Temperatur gehalten werden. Als besonderer Vorteil erweist sich zudem, dass mit kleineren Rückführungsra­ ten die elektromotorische Kraft betragsmäßig größer wird, und dass der relative Fehler

proportional zum Logarithmus der Rückführungsrate ist

wie man leicht aus Glg. (9) berechnen kann. Das heißt, der relative Fehler bei einer Rückführungsrate von 1% ist nur um den Faktor 3,8 schlechter als bei einer Rückführungsrate von 30%. Das mit abnehmender Rückführungsrate zunehmende Signal und der nur unterproportio­ nal erhöhte relative Fehler bei kleinen Rückführungsraten ma­ chen diese Art der Bestimmung der Abgasrückführungsrate beson­ ders interessant.

Ein weiterer Vorteil liegt in der nicht benötigten Selektivität der Sensoren auf andere in der Umgebungsluft nicht oder nur in vernachlässigbarer Konzentration vorkommender Gaskomponenten. So kann durchaus ein Sensor auf mehrere Gaskomponenten empfind­ lich sein. Da diese sich auf beiden Seiten der Membran (Gasat­ mosphären vM und R) entsprechend der Rückführungsrate verändern, wird das Messsignal nicht durch variierende Gaszusammen­ setzungen gestört werden.

2. selektiver Ionenleiter/elektrochemische Zelle mit sauer­ stoffionenselektiver Membran

Es sind auch Ausführungsformen mit einer geeigneten Anordnung von sauerstoffsensitiven Membranen anwendbar. Setzt man in Glg. (7) für die Gasart Sauerstoff ein, so erhält man:

Setzt man nun zwischen den gasgetrennten Räumen vM und R eine mit Elektroden versehene, sauerstoffionenleitende Membran (ty­ pischerweise mit Yttrium stabilisiertes Zirkonoxid, YSZ) ein, die die elektromotorische Kraft U_vM/R aufweist, erhält man:

Das bedeutet, dass aufgrund des in der Umgebungsluft vorhande­ nen Sauerstoffs noch der Term [O₂]_F/[O₂]_R berücksichtigt werden muss, wobei für [O₂]_F die Konzentration des Sauerstoffs in der Luft eingesetzt werden kann, d. h. [O₂]_F ≈ 0,21.

Es bieten sich nun einige erfindungsgemäße Ausführungsformen an, wie trotz dieses zusätzlichen Terms die Rückführungsrate mit einer einzigen Sensoreinheit bestimmt werden kann. So kann z. B. eine zweite zusätzliche Membran in die Sensoreinheit so eingebaut werden, dass noch eine Messung gegen Umgebungsluft (Index L) möglich ist. Fig. 6 und Fig. 7 zeigen erfindungsgemä­ ße Anordnungen. Heizungen und für die Temperaturerfassung und Temperaturregelung benötigte Vorrichtungen wurden der Über­ sichtlichkeit halber nicht dargestellt. Man erkennt in Fig. 6, wie mit zwei Membranen M1, M2 in einer einzigen Sensoreinheit die elektromotorischen Kräfte U_vM/R an der Membran M1 und U_F/R an Membran M2 bestimmt werden können. E1 bezeichnet die Elektro­ den. Nach Glg. (12) kann daraus die Rückführungsrate berechnet werden. Es ist aber auch möglich, mit nur einer Membran auszu­ kommen, indem, wie in Fig. 7 schematisch gezeigt, drei Elektro­ den E1 auf eine Membran M aufgebracht sind, die so angeordnet sind, dass einer gemeinsamen Elektrode im Gasraum R eine Elek­ trode im Gasraum vM und eine Elektrode im Gasraum L, d. h. in der Umgebungsluft gegenübersteht. Die Rückführungsrate R er­ rechnet sich dann wie folgt:

Da man bei einer solchen Ausführungsform mit nur einer Membran auskommt, fallen gegenüber anderen Ausführungsformen und gegen­ über dem Stand der Technik, wo zwei getrennte sich in verschie­ denen Gasräumen befindende Sauerstoffsensoren gebraucht werden, viele Fertigungsschritte weg, was zu einer sehr kostengünstigen und Bauraum sparenden Sensoreinheit führt. Auch die Genauigkeit wird erhöht, da der Parameter T (Temperatur) in Glg. (13) bei allen drei Termen gleich groß ist. Somit geht ein evtl. vorhan­ dener Temperaturfehler nur einmal ein.

3. resistive Sauerstoffsensoren

In dieser Ausführungsform wird keine ionenleitende Membran be­ nötigt. Ein Sensor (RSS1, Fig. 8) wird mit der Abgasatmosphäre innerhalb der Abgasrückführungsleitung beaufschlagt und der an­ dere Sensor (RSS2, Fig. 8) mit der innerhalb der Einlassleitung nach Einmündung der Abgasrückführungsleitung vorhandenen Gasat­ mosphäre aus Abgas und Frischluft beaufschlagt. Die resistiven Sauerstoffsensoren benötigen keine Referenzatmosphäre. Es kön­ nen z. B. zwei Sauerstoffsensoren in der Trennschicht, die die beiden Gasatamosphären voneinander trennt, integriert werden. Besonders vorteilhaft können die beiden resistiven Sauerstoffsensoren auf einem einzigen beheizten Substrat aufgebracht werden.

Resistive Sauerstoffsensoren besitzen üblicherweise eine Kenn­ linie gemäß Glg. (14) (siehe DE 197 44 316 A1)

W = W₀ × pO₂ ^m (14)

wobei hier für den elektrischen Widerstand das Symbol W gewählt wurde, um Verwechslungen mit der Rückführungsrate zu vermeiden. Gemäß Glg. (14) kann aus der Kenntnis der beiden gemessenen Wi­ derständen auf den Sauerstoffgehalt in beiden Gasräumen ge­ schlossen und mit Hilfe von Glg. (11) die Rückführungsrate be­ rechnet werden. Die erfindungsgemäße Ausführungsform zweier in einer Sensoreinheit integrierter Sensoren besitzt gegenüber dem Konzept zweier an verschiedenen Stellen angebrachter Sensoren Vorteile. Erstens ist im Gegensatz zum kommerziell erhältlichen Sauerstoffsensor nach dem Grenzstromprinzip der Fehler

und damit unabhängig vom Sauerstoffgehalt. Zwei­ tens können mit resistiven Sauerstoffsensoren wesentlich ko­ stengünstigere Sensoreinheiten als mit amperometrischen Sauer­ stoffsensoren (als stellvertretendes Ausführungsbeispiel für einen amperometrischen Sauerstoffsensor siehe z. B. WO 95/25276) erhalten werden, die zudem aufgrund ihrer Miniaturisierbarkeit weniger Bauraum einnehmen. Ein Beispiel hierfür zeigt Fig. 8. Es gibt sogar Möglichkeiten, die Widerstandsmaterialien für die resistiven Sauerstoffsensoren so zu konfigurieren, dass sie nicht mehr temperaturabhängig sind (DE 197 44 316 A1).

Ein möglicher Aufbau einer solchen erfindungsgemäßen Sensorein­ heit in Schichttechnik ist in Fig. 8 skizziert: auf ein Sub­ strat Su, das beide Gasräume trennt, ist eine Heiz- und Tempe­ raturmeßwiderstandsschicht He aufgebracht, auf die eine Iso­ lierschicht Is folgt. Auf beiden, den Gasräumen R und vM zuge­ wandten Seiten, folgt nun je eine resistive sauerstoffsensitive Widerstandsschicht, deren Widerstände W_R und W_vM an den Elektroden E1 gemessen und mit Hilfe der Glg. (14) und (11) ausgewer­ tet werden können.

4. amperometrische Sauerstoffsensoren

Erfindungsgemäß kann die Sensoreinheit auch mit zwei amperome­ trischen Sauerstoffsensoren (ASS1, ASS2, Fig. 9) realisiert wer­ den. Diese können jeweils Sensoren nach dem Einkammer- (auch Einzellen-), Zweikammer- (auch Zweizellen-) oder Mehrkammer­ prinzip (auch Mehrzellenprinzip genannt) aufgebaut sein. Dabei können sowohl Lösungen realisiert werden, die eine Verbindung zur Außenluft vorsehen, als auch baulich einfachste Lösungen wie in Fig. 9 skizziert. Dort werden auf eine mit Elektroden E1 versehene Membran M zu jedem Gasraum R, vM hin mindestens je­ weils eine Diffusionsbarriere Db aufgebracht und das Grenz­ stromprinzip, wie z. B. in [1] beschrieben, angewandt. Die Ge­ nauigkeit ist gegenüber dem Sensor nach der DE 197 34 494 C1 vergrößert, da der Temperaturfehler nur einmal eingeht, und da mögliche Alterungseffekte symmetrisch auf beiden Seiten auftre­ ten. Heizung und die für die Temperaturerfassung und Tempera­ turregelung benötigte Vorrichtungen wurden der Übersichtlich­ keit halber wiederum nicht dargestellt.

5. amperometrische NOx-Sensoren

Gemäß der Erfindung können auch zwei amperometrische NOx- Sensoren (ANS1, ANS2 in Fig. 12) in dem Sensorelement vorhanden sein. Dies können z. B. jeweils Sensoren nach dem Zweikammer­ prinzip sein. Dabei können sowohl Lösungen realisiert werden, die eine, - evtl. gemeinsame, Verbindung zur Außenluft vorse­ hen, als auch Lösungen, die, - wie in Fig. 13 skizziert -, als Referenz den jeweils anderen Gasraum benutzen. Eine Möglichkeit eines Sensors mit gemeinsamer Referenz zur Außenluft ist in Fig. 12 skizziert. Wie in den vorherigen Zeichnungen wurde der Übersichtlichkeit wegen auf die Darstellung von Heizung, Elek­ trodenzuführung und Gehäuse verzichtet. Auf die Membran M, bestehend aus einem Sauerstoffionenleiter wie z. B. YSZ wird ein Elektrodenpaar E11 aufgebracht. Durch Anlegen einer Pumpspan­ nung zwischen den beiden Elektroden, die einen Pumpstrom treibt, wird die Kammer K1 von Sauerstoff befreit. Lediglich durch eine Diffusionsöffnung D1 steht K1 mit dem Gasraum R in Verbindung. Der Sauerstoffpartialdruck in K1 wird mit Hilfe von den Elektroden E12 gemessen. Es kann aber auch die an E11 ange­ legte Spannung als Maß für den Sauerstoffpartialdruck in K1 herangezogen werden. Über die Diffusionsöffnung D2 erreicht das an Sauerstoff verarmte Gas die Kammer K2. Dort findet bei ange­ legter Pumpspannung an den - möglichst für eine NOx-Zersetzung oder H₂O-Zersetzung aktiven - Elektroden E13 ein Transport an Sauerstoffionen in den Außenraum L statt, der proportional zum NOx-Gehalt im Gasraum R ist. Der Pumpstrom ist dann das Mess­ signal. Eine baugleiche Anordnung kann für den Gasraum vM ange­ bracht werden, wie in Fig. 12 ebenfalls gezeigt. Aus den beiden Pumpströmen kann dann direkt auf die Abgasrückführungsrate ge­ schlossen werden. Eine typische Anordnung einer solchen Sen­ soreinheit innerhalb des Abgasrückführungssystems könnte dann in wie in Fig. 16 oder 18 dargestellt aussehen.

Geeignete Ausführungen für die in Fig. 13 dargestellten Senso­ ren NOx1, NOx2 mit gegenseitiger Referenz sind in folgenden Li­ teraturstellen und den darin enthaltenen Würdigungen des Stan­ des der Technik zu finden: DE 198 27 927 A1, EP 0 867 715 A1, EP 0 863 399 A2, EP 0 862 056 A1, EP 0 859 232 A2 oder EP 0 769 694 A1.

Man erhält mit dieser Gattung an Ausführungsformen nützliche Zusatzinformationen, die über die Bestimmung der Abgasrückfüh­ rungsrate hinausgehen. So kann z. B. auch der NOx-Gehalt im Ab­ gas bestimmt und damit die Wirksamkeit der Abgasrückführung er­ mittelt werden. Funktionsbedingt liefern solche NOx-Sensoren auch den λ-Wert in den Gasatmosphären vM und R (d. h. im Abgas), und bieten somit wichtige Zusatzinformationen, die für die Mo­ torsteuerung eingesetzt werden können.

6. andere Gassensoren

Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit ist das Arrangement zweier sonstiger Gassensoren, die auf eine im Abgas vorhandene Komponente selektiv sind, in der Sensoreinheit. In Fig. 14 sind diese Sensoren mit S1 und S2 bezeichnet und innerhalb der Sen­ soreinheit Sb integriert. Die beiden Sensoren können selbstver­ ständlich entlang der Trennwand der beiden Gasräume R, vM räum­ lich gegeneinander verschoben sein. Kommerziell breit verfügbar sind H₂-, HC-, NOx-, CO- oder CO₂-Sensoren. Aber auch Sensoren für andere in der Umgebungsluft nur in vernachlässigbarer Kon­ zentration vorhandene Abgaskomponenten sind denkbar. Die Aus­ wertung erfolgt dann nach Glg. (6).

Als Materialien für solche Sensoren werden oftmals halbleitende Metalloxidsensoren, die bei bestimmten, wohldefinierten Tempe­ raturen auf bestimmte Gaskomponenten sehr selektiv mit einer Widerstandsänderung reagieren, eingesetzt. Üblicherweise werden sie in Schichttechniken hergestellt. Daher bietet sich als mög­ liche Ausführungsform ein Aufbau ähnlich Fig. 8 an. Als sensi­ tive Schicht wird dann allerdings kein sauerstoffsensitives Ma­ terial, sondern ein auf o. g. Komponenten sensitives Material verwendet. Es bietet sich auch an, in beiden Gasräumen Sensoren aus Werkstoffen einzusetzen, die ihre komplexe elektrische Im­ pedanz oder ihre elektrische Kapazität selektiv zu im Abgas vorkommenden Komponenten ändern. Als Beispiel für solche Senso­ ren wird die EP 0 426 989 A1 angeführt.

Dieses Prinzip besitzt einige sehr vorteilhafte Eigenschaften. Erstens wirken sich evtl. vorhandene Querempfindlichkeiten auf andere Abgaskomponenten weniger störend aus, da sie bei beiden Sensoren S1 und S2 gleichzeitig in Erscheinung treten. Die bei manchen Sensortypen noch vorhandene Restquerempfindlichkeit auf Sauerstoff besteht vor allem bei kleinen Sauerstoffgehalten. Da sie aber bei S1 und S2 gleich ausgeprägt ist, geht sie in die Rückführungsratenbestimmung weniger stark als in die Bestimmung der Absolutkonzentration der Abgaskomponenten ein. Insbesondere bei λ < 2 unterscheiden sich die Sauerstoffgehalte in den Gasat­ mosphären R und vM nur noch so gering voneinander, dass sich die Sauerstoffrestquerempfindlichkeit nicht mehr bemerkbar macht. Gegenüber der Plazierung der Sensoren an verschiedenen Stellen besteht zusätzlich noch der Vorteil der gleichen Sen­ sortemperatur und der daraus resultierenden Verringerung des Fehlers.

7. Mischform aus mehreren Sensorprinzipien

In einer weiteren erfindungsgemäßen Gattung von Ausführungsfor­ men werden Sensorprinzipien miteinander kombiniert. So kann z. B. mittels einer Membran M (Fig. 10) zwischen den Gasräumen vM und R das Verhältnis [g]_vM/[g]_R bestimmt werden und mittels ei­ ner amperometrischen Zelle ASS der Absolutgehalt in einem der Gasräume gemessen werden. Bei dieser Ausführungsform kann man entweder mit einer einzigen Membran M, wie in Fig. 10 gezeigt, auskommen, oder man verwendet für die amperometrische Zelle, die wiederum auch im Ein- oder Mehrkammerprinzip aufgebaut sein kann, eine separate Membran. In Fig. 10 sind die Heizung und andere für die Temperaturerfassung und Temperaturregelung benö­ tigte Vorrichtungen der Übersichtlichkeit halber wiederum nicht dargestellt. Dabei bietet es sich bevorzugt an, Sauerstoffio­ nenleiter, also z. B. das bekannte YSZ, zu benutzen. Beim Sauer­ stoffionenleiter wird dann auch gleich der λ-Wert des Abgases im Gasraum R mitgemessen, was für die Motorsteuerung von Vor­ teil ist, da dadurch möglicherweise Sensoren im Ansaugkanal eingespart werden können. Man erhält aber auch mit anderen io­ nenleitenden Membranen nützliche Zusatzinformationen. So kann z. B. beim Einsatz einer NO⁺-selektiven Membran auch gleich der NOx-Gehalt im Abgas bestimmt werden und damit die Wirksamkeit der Abgasrückführung ermittelt werden.

Auch der gemeinsame Aufbau einer ionenleitenden Membran, die wiederum aus YSZ sein kann, und eines resistiven Sauerstoffsen­ sors, der vorzugsweise in Schichttechnologien aufgebaut sein kann, gehört zu dieser Gattung von Ausführungsformen. Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Sensoreinheit ist in Fig. 11 schematisch dargestellt. Heizung und die für die Tempera­ turerfassung und Temperaturregelung benötigte Vorrichtungen wurden der Übersichtlichkeit halber wiederum nicht dargestellt. Auf die Membran M, die die beiden Gasräume vM und R trennt, sind zwei Elektroden E1 aufgebracht, an denen die elektromoto­ rische Kraft U_vM/R abgegriffen werden kann. Ebenfalls in der Sen­ soreinheit integriert und bevorzugt auf dasselbe Substrat auf­ gebracht ist ein resistiver Sauerstoffsensor RSS, der den Sau­ erstoffgehalt im Raum R bestimmt. Elektrisch durch den Isolator Is, der bevorzugt als Schicht ausgebildet ist, von der Membran M getrennt, ist der gassensitive Widerstandswerkstoff W1, der ebenfalls bevorzugt als Schicht ausgebildet ist, angeordnet. An den Kontakten W1 und W2 wird der Sensorwiderstand W, der vom Sauerstoffpartialdruck abhängt, abgegriffen. Die Rückführungs­ rate berechnet sich dann mit Hilfe der Glg. (12) und (14) zu

Dabei ist WO eine Konstante, die vom Widerstandswerkstoff und der Geometrie des Widerstandes Wi abhängt. Diese Ausführungs­ form hat den Vorteil, dass Membran und sauerstoffsensitiver Werkstoff auf gleicher Temperatur betrieben werden können. Ins­ besondere bietet sich eine Ausführung mittels eines temperatu­ runabhängigen resistiven Sauerstoffsensors, wie z. B. in der DE 197 44 316 A1 vorgeschlagen, an.

8. Anordnung der Sensoreinheit innerhalb des Abgasrückführungs­ systems

Die Verwendung von langen Stichleitungen hat den Nachteil einer langsamen Kinetik und ist auch kostenaufwendig. Als Alternative werden im folgenden weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen skizziert, die sich hinsichlich der Anordnung der Sensoreinheit innerhalb des Abgasrückführungssystems unterscheiden. In Fig. 15 ist die Sensoreinheit Sb als kleines Einbauteil, das z. B. einschraub-, einkleb- oder einpreßbar sein kann, gefertigt. Es verbindet direkt die an dieser Stelle sich in geringem Abstand befindende Rückführungsleitung RL und die Einlassleitung ELt. Durch den ständigen Gasfluss ist gewährleistet, dass an der Sensoreinheit Sb auf den Seiten R und vM ständig die korrekte Gaskonzentration vorliegt und keine Totzeiten wie bei einer langen Stichleitung in Kauf genommen werden müssen. Zudem ist ein solches Bauteil kostengünstiger zu fertigen und einzubauen als eine Stichleitung. Durch den Kontakt zum Medium L (Umge­ bungsluft) an der Seite kann auch eine (falls benötigte) Luf­ treferenz sichergestellt werden. Falls die Luftreferenz nicht benötigt wird, kann eine Wand der Rückführungsleitung RL iden­ tisch mit einer Wand der Einlassleitung ELt sein.

Um die Durchmischung an der Messstelle auf der vM-Seite zu ver­ bessern, kann auch, wie in Fig. 16 skizziert, das rückgeführte Abgas in die Einlassleitung ELt mittels eines Tauchrohres ein­ geblasen werden. Es ist dabei auch möglich, die Sensoreinheit Sb komplett in die Wandung der Einlassleitung ELt zu integrie­ ren, wie in Fig. 17 skizziert wurde. Um die Durchmischung zu verbessern, ist das Tauchrohr vorne abgeschlossen. Kleine Öff­ nungen an der Spitze und an der Wandung des Tauchrohres gewähr­ leisten den Austritt des rückgeführten Gases und die saubere Durchmischung. In Fig. 17 ist die Sensoreinheit Sb so angeord­ net, dass keine Luftreferenz zur Verfügung steht. Falls, wie in einigen der oben offenbarten Beispielen ausgeführt, eine Luf­ treferenz benötigt wird, könnte diese durch die Ummantelung der hier nicht eingezeichneten elektrischen Zuleitung sicherge­ stellt werden. Dieses Prinzip, eine Luftreferenz zu schaffen, wird bei den bekannten potentiometrischen λ-Sonden für die An­ wendung im Kraftfahrzeug angewandt. Man kann aber auch, wie in Fig. 18 skizziert, die Sensoreinheit Sb derart anordnen, dass sowohl Kontakt zu den Gasatmosphären R und vM als auch zur Umgebungsluft L besteht. Zu diesem Zweck ist die Sensoreinheit Sb sowohl in die Wandung der Abgasrückführleitung RL als auch in die Wandung der Einlassleitung Elt integriert.

In der Anmeldung zitierte Literatur zum Stand der Technik
[1]: H. M. Wiedenmann, G. Hötzel, H. Neumann, J. Riegel, H. Weyl, ZrO₂-Lambda-Sonde für die Gemischregelung im Kraft­ fahrzeug, in: H. Schaumburg (Ed.), Sensoranwendungen, Teubner-Verlag Stuttgart (1995) 371-399 [1]:

Claims (20)

1. Sensoreinheit (Sb) zur Bestimmung der Abgasrückführungsrate einer Brennkraftmaschine, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Sensoreinheit (Sb) einerseits mit der Abgasatmosphäre (R) innerhalb der Abgasrückfüh­ rungsleitung (RL) beaufschlagt ist, und andererseits mit der innerhalb der Einlassleitung (ELt) der Brennkraftma­ schine nach Einmündung der Abgasrückführungsleitung (RL) vorhandenen Atmosphäre (vM) aus Abgas und Frischluft (F) beaufschlagt ist, wobei die beiden die Sensoreinheit beauf­ schlagenden Gasatmosphären (R, vM) getrennt voneinander ge­ halten werden.

2. Sensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (Sb) mit einer weiteren Gasatmosphäre aus Umgebungsluft (L) oder Frischluft (F) beaufschlagt ist, die getrennt von den beiden anderen, die Sensoreinheit (Sb) be­ aufschlagenden Gasatmosphären (R, vM) gehalten wird.

3. Sensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Sensoreinheit (Sb) jeweils am Ende zweier Stichleitungen angeordnet ist, wobei die erste Stichleitung von der Abgasrückführungsleitung (RL) ausgeht, und die zweite Stichleitung von der Einlassleitung (ELt) ausgeht.

4. Sensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Sensoreinheit (Sb) als Verbindungsglied zwi­ schen Abgasrückführungsleitung (RL) und Einlassleitung (ELt) ausgebildet ist.

5. Sensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (Sb) in einer gemeinsamen Wandung von Ab­ gasrückführungsleitung (RL) und Einlassleitung (ELt) inte­ griert ist.

6. Sensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Sensoreinheit (Sb) in die Wandung der Abgas­ rückführungsleitung (RL) integriert ist, und zwar in dem Bereich, in dem die Abgasrückführungsleitung nach Art eines Tauchrohrs innerhalb der Einlassleitung (ELt) angeordnet ist.

7. Sensoreinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (Sb) in die Wandung der Einlassleitung (ELt) integriert ist und Kontakt zur Umgebungsluft (L) oder Frischluft (F) aufweist.

8. Sensoreinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (Sb) eine elektrochemische Zelle mit einer selektiv ionenleitenden Membran (M) umfasst, wobei die ionenleitende Membran (M) selektiv auf ein Gas ist, das im Abgas (A) in wesentlich größerer Konzentration vorhanden ist, als in der Umgebungs­ luft (L) oder in der Frischluft (F).

9. Sensoreinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (Sb) eine elektrochemische Zelle mit einer selektiv ionenleitenden Membran (M) umfasst, die beidseitig mit einer potentialbil­ denden Schicht (Pb) versehen ist, wobei die ionenleitende Membran (M) ein Ion leitet, das auch in der potentialbil­ denden Schicht (Pb) vorhanden ist.

10. Sensoreinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der potentialbildenden Schichten (Pb) gleichzeitig die Funktion einer Elektrode ausführt.

11. Sensoreinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (Sb) eine elektrochemische Zelle mit einer selektiv Sauerstoff-Ionen leitenden Membran (M1) umfasst.

12. Sensoreinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (Sb) zwei Gassensoren (S1, S2) umfasst, die beide auf eine im Abgas vorhandene Komponente selektiv sind, wobei ein Sensor (S1) mit der Abgasatmosphäre (R) innerhalb der Abgasrückfüh­ rungsleitung (RL) beaufschlagt ist und der andere Sensor (S2) mit der innerhalb der Einlassleitung (ELt) nach Ein­ mündung der Abgasrückführungsleitung (RL) vorhandenen Gasatmosphäre (vM) aus Abgas und Frischluft beaufschlagt ist.

13. Sensoreinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gassensoren (S1, S2) auf ein Gas selektiv sind, das im Abgas (A) in wesentlich größerer Konzentration vorhanden ist, als in der Umgebungsluft (L) oder in der Frischluft (F).

14. Sensoreinheit nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die beiden Gassensoren (S1, S2) auf H₂, HC, NO, NO₂, NOx, N₂O, SO₂, SO₃, SOx, H₂O, CO oder CO₂ sensitiv sind.

15. Sensoreinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (Sb) zwei resistive Sauerstoffsenso­ ren (RSS1, RSS2) umfasst.

16. Sensoreinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (Sb) zwei amperometrische Sauer­ stoffsensoren (ASS1, ASS2) umfasst.

17. Sensoreinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (Sb) zwei amperometrische NOx- Sensoren (ANS1, ANS2) umfasst.

18. Sensoreinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (Sb) ei­ nen amperometrischen Sauerstoffsensor (ASS) und eine elek­ trochemische Zelle mit einer selektiv ionenleitenden Mem­ bran (M) umfasst.

19. Sensoreinheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass für den amperometrischen Sauerstoffsensor (ASS) und für die elektrochemische Zelle dieselbe Membran (M) oder separate Membranen eingesetzt werden.

20. Sensoreinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (Sb) ei­ nen resistiven Sauerstoffsensor (RSS) und eine elektroche­ mische Zelle mit einer selektiv ionenleitenden Membran (M) umfasst.