DE10007010C2

DE10007010C2 - Sensor unit for determining the exhaust gas recirculation rate of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE10007010C2
Application number: DE10007010A
Authority: DE
Inventors: Tillmann Braun; Uwe Gaertner; Klaus Juergen Marquardt; Ralf Moos; Carsten Plog
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: MOOS, RALF, PROF. DR. ING., 95447 BAYREUTH, DE
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2000-02-16
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2020-02-17
Also published as: DE10007010A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Abgasrückführungsrate einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for determining the Exhaust gas recirculation rate of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1

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.The main emitters of nitrogen oxides (NOx) in the industrial state These include transport, fossil-fueled power plants and industrial plants lay. While the power plant and industrial emissions always continue to decline, the proportion of traffic is increasing the foreground.

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.The NOx emissions of gasoline-powered gasoline engines can by the operation at λ = 1 and after engine exhaust gas purification by means of a three-way catalyst can be drastically reduced. Prin zipbedingt this possibility exists in the mixture controlled Diesel engine, which is operated stoichiometrically, not. Due to the high oxygen content in the exhaust gas is still today No catalyst realized that reduces NOx emissions without adding of reducing agents (possibly also in the form of rich exhaust gas), i. A. hydrocarbons or ammonia-forming compounds, can reduce. The same applies to lean-burned 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.Another long known option, NOx emissions lower, consists in the exhaust gas recirculation (EGR). By Zumi From exhaust gases to fresh air before combustion is in the special reduces the temperature-dependent NOx emission. Übli cherweise is by an exhaust gas recirculation line from a Exhaust pipe of the internal combustion engine exhaust gas in an inlet line recycled. The recirculation rate of the exhaust gas, d. H. the Amount of proportionate to the fresh air flow in the inlet pipe admixed exhaust gas flow in relation to the combustion air quantity, is adjusted by a controller unit to match be control point-dependent predetermined setpoint values. An increase the exhaust gas recirculation rate with the intention of another Reduction of NOx emission becomes an operating point dependent different border set, namely by the above this permissible recirculation rate increasing soot or particles emissions, fuel consumption and deterioration sion of the smoothness of the internal combustion engine.

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.The implementation of a regulation of the exhaust gas recirculation rate he calls for the ongoing recording of the respective repatriation conditions in the operation of the internal combustion engine. Simple tax method of recirculated exhaust gas amount, such as by be operating point-dependent control of the exhaust gas recirculation valve adjustable opening stroke, the exhaust emissions can only unbe lower peacefully, since the repatriation rate in the respective Be operating point significantly below the optimum setpoint must, in order to do this without feedback of the exhaust gas flow otherwise Fige violating the soot limit and the corresponding high emis avoidions.

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.From EP 0 574 614 A1 a method for controlling the Ab gas recirculation rate, which is used to determine the actual Value of the recirculated exhaust gas mass flow to the pressure drop a Venturi nozzle in the exhaust gas recirculation passage measures and off the pressure difference determines the flow. However, since the Backflow of the exhaust gas through the exhaust gas recirculation line from Pressure gradient between exhaust pipe and inlet pipe of Internal combustion engine is driven, reduces the pressure loss at the Venturi nozzle that is available for recirculation Pressure gradient. Here, the possible exhaust gas recirculation rate reduced and it can burn in many operating points engine is not the optimal reduction of exhaust emissions be achieved. In addition, the provision of Ab Gas flow through the exhaust gas recirculation line over the Measurement of the differential pressure very inaccurate, as accurate measurements presupposes laminar flow conditions at the Venturi nozzle zen, which in the exhaust of internal combustion engines practically not occurrence. The more or less turbulent Ab occurring Gas flows of different internal combustion engines, esp dere in the operation of supercharged internal combustion engines, verhin an effective regulation of the repatriation rate with the be knew procedures.

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.DE 43 37 313 C1 proposes to detect the recirculated Ab gas quantity before, the absolute pressure and the temperature in the exhaust gas line of the internal combustion engine to measure. To determine the Return rate is measured as the static pressure also the back pressure of the exhaust gas needed. With the known Ver driving is however an accurate determination of the return rate, which is indispensable for optimum regulation, hardly possible Lich, as the required temperature and pressure sensors of very high exhaust gas temperatures are applied. Over there From the high carbon black content of the exhaust gas leads to a zuneh clogging of the probes as the loading progresses operating time of the internal combustion engine, whereby the measurement results increasingly inaccurate and thus ultimately higher Abga be caused.

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
DE 197 34 494 C1, on the other hand, proposes determining the recirculation rate with the aid of two oxygen sensors, which are arranged before and after the confluence of the exhaust gas recirculation line into the inlet line. According to the equation given in DE 197 34 494 C1

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.the return rate can be determined. Here, R is the gas recirculation rate, and [O ₂ ] is the oxygen concentration, where in the indices vM before engine (= after the mouth of the exhaust gas recirculation channel in the inlet line) and R recirculated exhaust gas (= before the confluence of the exhaust gas recirculation line in the inlet). These definitions of vM and R are retained in the present application. The factor 0.23 indicates the mass fraction of oxygen in the ambient air.

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 λ-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%.Although with this method, the exhaust gas recirculation rate can be true be, there are disadvantages. On the one hand, the currently existing, working on the amperometric principle and working in the entire lean oxygen sensors at λ <2 (ie [O ₂ ] <10%) are very inaccurate, on the other hand, as easily from Eq. (1) it can be seen that, especially with large λ values, the accuracy can be high, in order to be able to determine, in particular, sufficiently small return rates. This is clear from the following example: At a recirculation rate of 10% and a λ = 2 (10% oxygen), [O ₂ ] _vM = 21.7%. A measurement error of the oxygen concentration before Mo tor by only 1% of the measured value leads to an error in the return rate of 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.Another disadvantage is that two sensors to two different which installation locations must be attached, resulting in additional Costs for sensors, installation and construction leads. In addition, occurs an increased risk of default.

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.Also two sensors at two different locations requires the possibility proposed in DE 197 28 353 C1 to regulate the 3-way mixer and thus the exhaust gas recirculation rate as a function of the CO ₂ concentrations in the charge air line and from the gas return line.

Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit der eine genaue Bestimmung der Abgasrückführungsrate zuver lässig und kostengünstig erreicht werden kann.It is the object of this invention to provide a device with the accurate determination of the exhaust gas recirculation rate zuver can be achieved casually and inexpensively.

Diese Aufgabe wird mit der Vorrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von Unteran sprüchen. This object is achieved with the device according to claim 1 solved. Advantageous embodiments are the subject of Unteran claims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einerseits mit der Ab gasatmosphäre innerhalb der Abgasrückführungsleitung beauf schlagbar, und andererseits mit der innerhalb der Einlassleitung der Brennkraftmaschine nach Einmündung der Abgasrückführungs leitung vorhandenen Atmosphäre aus Abgas und Frischluft beauf schlagbar. Dabei werden die beiden die Vorrichtung beaufschla genden Gasatmosphären mittels Getrennthaltungsmitteln getrennt voneinander gehalten. Die Sen soreinheit der Vorrichtung kann dabei aus einem oder mehreren Einzelsen soren bestehen. Außerdem kann eine zusätzliche Umgebungsluftre ferenz vorhanden sein.The device according to the invention is on the one hand with the Ab gas atmosphere within the exhaust gas recirculation line beauf beatable, and on the other hand with the within the inlet pipe the internal combustion engine after the confluence of the exhaust gas recirculation line existing atmosphere from exhaust and fresh air beauf beatable. The two are beaufschla the device gas atmospheres kept separate by means of separate holding means. The Sen Soreinheit the device may consist of one or more Einzelelsen insist. In addition, an additional ambient air rec be present.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Be zugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be described with reference to embodiments Be access to drawings. Show it:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Abgasrückführungssy stems, von dem die Erfindung ausgeht; Fig. 1 shows the basic structure of an exhaust gas recirculation system, from which the invention proceeds;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausführung in schematischer Darstellung; Fig. 2 shows an embodiment according to the invention in a schematic representation;

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2; Fig. 3 is an enlarged detail of Fig. 2;

Fig. 4, 5 erfindungsgemäße Ausführungen unter Einsatz einer elektrochemischen Zelle mit selektiv ionenleitender Membran; Figures 4, 5 embodiments of the invention using an electrochemical cell with selectively ion-conducting membrane.

Fig. 6, 7 erfindungsgemäße Ausführungen unter Einsatz einer elektrochemischen Zelle mit sauerstoffionenselekti ver Membran; Fig. 6, 7 embodiments according to the invention using an electrochemical cell with oxygen ion-selective membrane ver;

Fig. 8 eine erfindungsgemäße Ausführung unter Einsatz zwei er resistiver Sauerstoffsensoren; Fig. 8 is an embodiment of the invention using two resistive he oxygen sensors;

Fig. 9 eine erfindungsgemäße Ausführung unter Einsatz zwei er amperometrischer Sauerstoffsensoren; FIG. 9 shows an embodiment according to the invention using two amperometric oxygen sensors; FIG.

Fig. 10 eine erfindungsgemäße Ausführung unter Einsatz eines amperometrischen Sauerstoffsensors und einer elek trochemische Zelle mit einer selektiv ionenleitenden Membran; Figure 10 is an embodiment of the present invention using an amperometric oxygen sensor and an elec trochemical cell with a selectively ion-conducting membrane.

Fig. 11 eine erfindungsgemäße Ausführung unter Einsatz eines resistiven Sauerstoffsensors und eine elektrochemi sche Zelle mit einer selektiv ionenleitenden Mem bran; FIG. 11 is an embodiment of the invention employing a resistive oxygen sensor and a elektrochemi specific cell with a selectively ion-conducting Mem bran;

Fig. 12, 13 eine erfindungsgemäße Ausführung unter Einsatz zwei er amperometrischer NOx-Sensoren; Fig. 12, 13 an embodiment of the invention using two he amperometric NOx sensors;

Fig. 14 eine erfindungsgemäße Ausführung unter Einsatz zwei er Gassensoren in schematischer Darstellung; FIG. 14 is an embodiment of the invention utilizing two gas sensors it in a schematic representation;

Fig. 15-18 erfindungsgemäße Ausführungen mit unterschiedlicher Anordnung der Sensoreinheit innerhalb des Abgasrück führungssystems. Fig. 15-18 embodiments of the invention with different arrangement of the sensor unit within the exhaust gas recirculation system.

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. 1 outlines the necessary for an exhaust gas recirculation system notwendi components. The exhaust gas A is supplied via a valve or a controlled flap V a cooler K and cooled with the fresh air required for the combustion F mixed. The recirculated exhaust gas within the exhaust gas recirculation line is designated R. The mixed with cooled exhaust R fresh air F is designated vM. Cooling is not essential, but increases NOx reduction.

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. Fig. 2 shows a first embodiment according to the invention in a schematic representation. In this case, each of the exhaust gas recirculation line and the inlet line stub lines are attached. Instead of stub lines, other, structurally advantageous embodiments, as they are for. As shown in FIGS. 15 to 18 are used. The stub lines each lead to the same sensor unit Sb, which is thus in contact with the recirculated exhaust gas R on one side and with the gas mixture vM on the other side. It is important that the sensor unit Sb is in contact with both gas atmospheres and that both gas atmospheres vM, R are separated from one another. In Fig. 3 the dashed line cut is shown once again enlarged. It can be seen how the separate gas atmospheres R and vM act on the Sen soreinheit Sb from different sides. The Sen soreinheit Sb is integrated into the partition, which separates the two Gasatmosphä ren R and vM from each other, or even forms a part of this partition. The two gas atmospheres R and vM are thus separated vonein other by means of the sensor unit Sb itself.

Für die Massenströme gilt:
For the mass flows applies:

Die Rückführungsrate R ist definiert
The return rate R is defined

Für die Konzentration eines beliebigen Gases g gilt
For concentration of any gas g applies

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.Here, a _{g is} the conversion factor of volume percent in mass percent. a _g is slightly different for each gas, but can be approximately seen as independent of the operating point of the engine.

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:
In the event that g denotes a gas which is formed during the combustion of fuel and which is present in the ambient air in virtually no or substantially lower concentration than in the exhaust gas, the term [g] _F × _F can be neglected and receives:

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.Gases for which the Glg. (5) and (6), z. For example:
CO ₂ , NO, NO ₂ , N ₂ O, hydrocarbons, SO ₂ , SO ₃ , H ₂ or even What steam, if the ambient humidity compared to the originating from the United combustion moisture can be neglected.

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:
In the case that the gas g is present in the ambient air, ie that the term [g] _F × _F can not be neglected, the following applies:

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.The concentration [g] _{F of} the gas g in the intake pipe, before the confluence of the exhaust gas recirculation line, ie in the fresh air, is generally identical to the concentration [g] _L in the ambient air outside the exhaust gas recirculation system. Therefore, as needed, [g] _{F can be} replaced by [g] _L.

Auf der Basis der vorstehenden Herleitungen werden im Folgenden mehrere konkrete Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Sensoreinheit erläutert. Sie kann eine oder mehrere Einzelsen soren umfassen.On the basis of the above derivations, below several concrete embodiments of the invention Sensor unit explained. It can be one or more individuals include sensors.

1. selective ion conductor / electrochemical cell for selective to one in the ambient air not or only negligible sigbarer concentration occurring 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:
In the simplest embodiment, the sensor unit consists of a selectively ion-conducting membrane, which is provided with suitable, possibly porous, electrical electrodes to which supply lines are attached. The membrane is brought to a temperature where ionic conduction occurs. The membrane should be selectively g on a in the ambient air not or only in ver negligible concentration occurring gas. For se lectively ion-conducting membranes, the Nernst equation applies, which describes the resulting electromotive force (referred to here as U) between the two electrodes as a logarithmic ratio of the partial pressures of the gas g on both sides. If the total pressures in both gas chambers are the same, this law also applies to the gas concentrations:

Falls die Drücke voneinander abweichen, muß das Ergebnis noch um
If the pressures differ from each other, the result must still be

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.Getting corrected. In Glg. (8) c stands for a constant that depends only on natural constants and on the valency of the membrane's mobile ion. p _vM and p _R denote the total pressures in the respective gas spaces.

Eingesetzt in Glg. (6) ergibt sich der einfache Zusammenhang:
Used in Glg. (6) gives the simple connection:

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.It does not matter which ion the membrane ions is selective, as long as it is ensured that no disturbing share can be done by sucked air, ie it must Eq. (6) apply. Membranes that can conduct both one and several ion species can also be taken into account under this condition. For example, a membrane which is both per-ion conducting and H ₃ O ⁺ -conductive may also be used, so that cross-sensitivities do not matter. It is advisable to heat the membrane and to provide it with a Temperatursen sor. Then, either can be regulated to a constant Ar beitemperatur, and / or it can measure the tempera ture and closed it together with the electromotive force to the return rate. An example of a suitable sensor for this application can be found in DE 197 14 364 A1, where a potentiometric sensor is described with egg ner NO-conducting membrane. The described bene sensor for determining the exhaust gas recirculation rate by means of an ion-selective membrane should be referred to here as a sensor of the first kind. A schematic of such a sensor is shown in FIG . There, M denotes the membrane and E1 a preferably porous electrode. Heaters and devices required for tempera turefassung and temperature control were not outlined for clarity. Also orders to lead out the electromotive force from the sensor element were the sake of clarity 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 El kom plettieren den prinzipiellen Aufbau. Es wird somit eine elek trochemische Zelle mit folgendem Aussehen erhalten:
Elektrode|Na₂CO₃|Na-β"-Al₂O₃|Na₂CO|ElektrodeIn another embodiment of the invention, which is to be understood here as Sen sor second type, an ion-conducting membrane of a non occurring in the gas ion z. B. Li ⁺ , Na ⁺ , K ⁺ , H ⁺ , or even a divalent ion z. As Ca ²⁺ or Mg ²⁺ or even a polyvalent ion can be used. Then, however, acting as a potential generator, preferably formed as a layer material in which this ion just happens if upstream or downstream. In Fig. 5, this embodiment is the example of a Na ⁺ -β "-Al ₂ O ₃ membrane, that illustrates a sodium ion conductor. The membrane M is be made of Na ⁺ -β" -Al ₂ O _3, to which on both sides Na ₂ CO _{3 was applied} as potential former Pb. Two, each with a line provided preferably porous electrodes El com complete the basic structure. There is thus obtained an electrochemical cell having the following appearance:
Electrode | Na ₂ CO ₃ | Na-β "-Al ₂ O ₃ | Na ₂ CO | Electrode

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.Due to the different CO ₂ activity on both sides of the electrochemical cell, an electromotive force is formed, which is proportional to the logarithm of CO ₂ - concentrations. According to Eq. (8) can thus be determined the Rückfüh rate. The simplifications in the illustration mentioned in connection with FIG. 4 also apply to 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 Kraft gemessen werden kann.As a further embodiment of the potential generator can be combined with the elec trode, z. Example, in that the electrode mate rial with the mobile ion in the membrane is identical. This embodiment is to be understood as a third type sensor here. An Ag-β "-Al ₂ O ₃ membrane which has been contacted with silver may be mentioned as an example: Even then, owing to the reaction of the silver electrode with CO ₂ or NO x in the gas to form the corresponding silver salt, a different chemical potential can build up, which can be measured as electromotive force.

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.It should be underlined once again that o. G. from only as examples, both ways visibly the choice of ions as well as in terms of off Choice of potential formers and electrodes. It can too Mixed forms of sensors first and second, first and third and second and third kind are realized.

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
For sensors of the first to third type, there are some significant advantages over the sensors of the prior art mentioned in the introduction to the description:
No reference atmosphere is needed, unlike a conventional λ probe. Both sides of the membrane can easily be kept at the same temperature. Another particular advantage proves that with smaller Rückführungsra th the electromotive force is greater in magnitude, and that the relative error

proportional zum Logarithmus der Rückführungsrate ist
is proportional to the logarithm of the return rate

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.how to easily turn off. (9) can calculate. That is, the relative error at a Return rate of 1% is only worse by a factor of 3.8 than at a repatriation rate of 30%. The with decreasing Return rate increasing signal and only underproportion nal increased relative errors at low recycle rates ma chen this type of determination of the exhaust gas recirculation rate FITS that's interesting.

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.Another advantage is the unneeded selectivity the sensors to others in the ambient air not or only in negligible concentration of occurring gas components. For example, one sensor can sense several gas components be. Since these are on both sides of the membrane (gasat mospheres vM and R) according to the return rate, the measuring signal is not due to varying gas together be disturbed.

2. selective ion conductor / electrochemical cell with acid stoffionenselektiver membrane

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:
Embodiments with a suitable arrangement of oxygen-sensitive membranes are also applicable. If you put in Glg. (7) for the gas type oxygen on, we obtain:

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:
Substituting now between the gas-separated spaces vM and R an electrode provided, oxygen ion-conducting membrane (ty typically with yttrium stabilized zirconia, YSZ), which has the electromotive force U _{vM / R} , we obtain:

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.This means that, due to the oxygen present in the ambient air, the term [O ₂ ] _F / [O ₂ ] _{R has to be} taken into account, where for [O ₂ ] _F the concentration of oxygen in the air can be used, ie O ₂ ] _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:
Some embodiments according to the invention now offer themselves how, despite this additional term, the return rate can be determined with a single sensor unit. So z. B. a second additional membrane in the sensor unit are installed so that even a measurement against ambient air (index L) is possible. FIG. 6 and FIG. 7 show inventive arrangements. Heaters and devices required for temperature detection and temperature control were the sake of clarity not shown. It can be seen in FIG. 6 how, with two membranes M1, M2 in a single sensor unit, the electromotive forces U _{vM / R} on the membrane M1 and U _{F / R} on the membrane M2 can be determined. E1 denotes the electric the. After Glg. (12) the return rate can be calculated from this. But it is also possible to come trainees with only one membrane by, as shown schematically in Fig. 7, three electrodes E1 are applied to a membrane M, which are arranged so that a common electrode in the gas space R an elec trode in Gas space vM and an electrode in the gas space L, ie facing in the ambient air. The return rate R he then pays off as follows:

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.Since in such an embodiment with only one membrane gets along, fall over other embodiments and against over the prior art, where two separate in different where oxygen sensors located in gas chambers are needed, many manufacturing steps away, resulting in a very cost effective and space-saving sensor unit leads. Also the accuracy is increased because the parameter T (temperature) in Eq. (13) at is equal to all three terms. Thus, a possibly existing This temperature error only once.

3. resistive oxygen sensors

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.In this embodiment, no ion-conducting membrane be needed. A sensor (RSS1, Fig. 8) is acted upon by the exhaust gas atmosphere within the exhaust gas recirculation line and the other sensor (RSS2, Fig. 8) with the present within the inlet pipe after the confluence of the exhaust gas recirculation line gas atmosphere from exhaust gas and fresh air acted upon. The resistive oxygen sensors do not require a reference atmosphere. It can Kings z. B. two oxygen sensors in the separation layer, which separates the two gasatamospheres, are integrated. Particularly advantageously, the two resistive oxygen sensors can be applied to a single heated substrate.

Resistive Sauerstoffsensoren besitzen üblicherweise eine Kenn linie gemäß Glg. (14) (siehe DE 197 44 316 A1)
Resistive oxygen sensors usually have a characteristic according to Eq. (14) (see DE 197 44 316 A1)

W = W₀ × pO₂ ^m (14)
W = W ₀ × pO ₂ ^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
Here, the symbol W was chosen for the electrical resistance in order to avoid confusion with the return rate. According to Eq. (14) can be concluded from the knowledge of the two measured Wi resistances on the oxygen content in both gas chambers ge and with the aid of Eq. (11) the repatriation rate is calculated. The embodiment according to the invention of two sensors integrated in a sensor unit has advantages over the concept of two sensors mounted at different locations. First, in contrast to the commercially available oxygen sensor according to the limiting current principle, the error

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).and thus independent of the oxygen content. Secondly, resistive oxygen sensors can be used to obtain sensor units that are substantially less expensive than amperometric oxygen sensors (as an exemplary embodiment for an amperometric oxygen sensor, see, for example, WO 95/25276), which also take up less installation space due to their miniaturization. An example of this is shown in FIG. 8. There are even possibilities for configuring the resistance materials for the resistive oxygen sensors such that they are no longer temperature-dependent (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.A possible structure of such a sensor unit according to the invention in layering technique is shown in Fig. 8: On a sub strate Su, which separates the two gas chambers, a heating and Tempe raturmeßwiderstandsschicht He is applied to an Iso lierschicht Is follows. A resistive oxygen-sensitive resistive _layer , whose resistances W _R and W _{vM are measured} at the electrodes E1 and is then followed by the Eqs. On both sides facing the gas chambers R and vM, follows in each case. (14) and (11) can be evaluated.

4. amperometric oxygen sensors

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.According to the invention, the sensor unit can also be realized with two amperometric trical oxygen sensors (ASS1, ASS2, FIG. 9). These can each be sensors according to the single-chamber (also single-cell), two-chamber (also two-cell) or multi-chamber principle (also called multi-cell principle) constructed. In this case, both solutions can be realized that provide a connection to the outside air, as well as structurally simplest solutions as outlined in Fig. 9. There are applied to a provided with electrodes E1 membrane M to each gas space R, vM toward at least one Weil diffusion barrier Db and the limiting current principle, such as. As described in [1] applied. The Ge accuracy is compared to the sensor according to DE 197 34 494 C1 increased, since the temperature error is received only once, and since possible aging effects symmetrically auftre th on both sides. Heating and temperature control for the temperature and temperature control devices needed for clarity were sake half again not shown.

5. amperometric NOx sensors

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.According to the invention, two amperometric NOx sensors (ANS1, ANS2 in Fig. 12) may also be present in the sensor element. This can z. B. each sensor according to the two-chamber principle. In this case, both solutions can be realized, the one - possibly common, connection to the outside air vorse hen, as well as solutions that - as outlined in Fig. 13 - to use as a reference the other gas space. One possibility of a sensor with a common reference to the outside air is sketched in FIG. 12. As in the previous drawings, the presentation of heating, Elek trodenzuführung and housing was omitted for clarity. On the membrane M, consisting of an oxygen ion conductor such. B. YSZ an electrode pair E11 is applied. By applying a pumping voltage between the two electrodes, which drives a pumping current, the chamber K1 is freed of oxygen. Only through a diffusion opening D1 is K1 in communication with the gas space R. The oxygen partial pressure in K1 is measured by means of the electrodes E12. However, the voltage applied to E11 can also be used as a measure of the oxygen partial pressure in K1. The oxygen-depleted gas reaches the chamber K2 via the diffusion opening D2. There takes place at an applied pump voltage to the - if possible for a NOx decomposition or H ₂ O decomposition active - electrodes E13 a transport of oxygen ions in the outer space L instead, which is proportional to the NOx content in the gas space R. The pumping current is then the measuring signal. An identical arrangement can be introduced for the gas chamber vM, as shown in Fig. 12 also shown. From the two pumping currents can then be closed directly ge to the exhaust gas recirculation rate. A typical arrangement of such a sen soreinheit within the exhaust gas recirculation system could then look as shown in Fig. 16 or 18.

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.Suitable embodiments for the sensor with reference NO.sub.1, NO.sub.x2 shown in FIG. 13 are to be found in the following literature and the appraisals of the standard of the art contained therein: 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 or 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. With this genus, embodiments are useful Additional information about the determination of exhaust gas recirculation rate of increase. So z. B. also the NOx content in the Ab Gas determines and thus the effectiveness of the exhaust gas recirculation he be averaged. Functionally, such NOx sensors deliver also the λ-value in the gas atmospheres vM and R (ie in the exhaust gas), and thus provide important additional information necessary for the Mo Gate control can be used.

6. other gas sensors

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).Another possibility according to the invention is the arrangement of two other gas sensors, which are selective to a component present in the exhaust gas, in the sensor unit. In Fig. 14, these sensors are denoted by S1 and S2 and integrated within the Sen soreinheit Sb. The two sensors can selbstver of course along the partition wall of the two gas chambers R, vM be moved spatially Lich each other. Commercially available are H ₂ , HC, NOx, CO or CO ₂ sensors. But even sensors for other in the ambient air only in negligible Kon concentration existing exhaust gas components are conceivable. The evaluation then takes place according to 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.As materials for such sensors are often semiconducting metal oxide sensors that react at certain well-defined temperatures Tempe on certain gas components very selectively with a change in resistance used. Usually they are produced in layering techniques. Therefore, as a possible Liche embodiment, a structure similar to Fig. 8 offers. However, no oxygen-sensitive material is used as a sensitive layer, but rather a material sensitive to the above-mentioned components. It also makes sense to use in both gas chambers sensors made of materials that selectively change their complex electrical impedance or their electrical capacity to components occurring in the exhaust gas. As an example of such sensors, EP 0 426 989 A1 is cited.

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.This principle has some very advantageous properties. First, any cross-sensitivities affect other exhaust components less disturbing, as they are in both Sensors S1 and S2 appear simultaneously. The at some sensor types remaining residual cross sensitivity Oxygen is mainly at low oxygen levels. There But if it is equally pronounced at S1 and S2, it goes into the Return rate determination less strong than in the determination the absolute concentration of the exhaust gas components. In particular at λ <2, the oxygen contents differ in the gas mospheres R and vM only so small from each other that themselves the oxygen radical cross sensitivity no longer noticeable power. Compared to the placement of the sensors at different In addition, there is the advantage of the same Sen temperature and the resulting reduction of the Error.

7. Mixed form of several sensor principles

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.In another genus of the invention Ausführungsfor sensor principles are combined. So z. B. by means of a membrane M ( Fig. 10) between the gas chambers vM and R, the ratio [g] _vM / [g] _{R are} determined and measured by egg ner amperometric cell ASS absolute content in one of the gas chambers. In this embodiment, one can either with a single membrane M, as shown in Fig. 10, get along, or it is used for the amperometric cell, which in turn can be constructed in the single or multi-chamber principle, a separate membrane. In Fig. 10, the heater and other for the temperature detection and temperature control Benö approved devices for the sake of clarity again are not shown. In this case, it is preferable to use, Sauerstoffio nenleiter, ie z. As the well-known YSZ to use. When sour stoffionenleiter then equal to the λ value of the exhaust gas is also measured in the gas space R, which is part of the engine control of part, as this may be possible sensors can be saved in the intake. But you also get with other io nenleitenden membranes useful additional information. So z. B. when using an NO ⁺ -selective membrane and the same NOx content in the exhaust gas are determined and thus the effectiveness of the exhaust gas recirculation can be determined.

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
Also, the common structure of an ion-conducting membrane, which in turn may be made of YSZ, and a resistive oxygen sensor, which may preferably be constructed in layer technologies, belongs to this category of embodiments. An exemplary embodiment of such a sensor unit is shown schematically in FIG. 11. Heating and the turefassung for temperature and temperature control required devices were again not shown for clarity. On the membrane M, which separates the two gas chambers vM and R, two electrodes E1 are applied, at which the electromotive force U _{vM / R} can be tapped. Also integrated in the sensor unit and preferably placed on the same substrate is a resistive oxygen sensor RSS, which determines the oxygen content in room R. Electrically separated by the insulator Is, which is preferably formed as a layer of the membrane M, the gas-sensitive resistance material W1, which is also preferably formed as a layer disposed. At the contacts W1 and W2, the sensor resistance W, which depends on the oxygen partial pressure, tapped. The return rate is then calculated using the Glg. (12) and (14)

Dabei ist W₀ 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.Here W _{0 is} a constant that depends on the resistance material and the geometry of the resistor Wi. This form of execution has the advantage that membrane and oxygen-sensitive material can be operated at the same temperature. In particular, an embodiment using a temperatu run dependent resistive oxygen sensor, such as. As proposed in DE 197 44 316 A1, to.

8. Arrangement of the sensor unit within the exhaust gas recirculation system

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) Luft referenz sichergestellt werden. Falls die Luftreferenz nicht benötigt wird, kann eine Wand der Rückführungsleitung RL iden tisch mit einer Wand der Einlassleitung ELt sein.The use of long stubs has the disadvantage of slow kinetics and is also costly. As an alternative, further embodiments of the invention are outlined below, which differ in the arrangement of the sensor unit within the exhaust gas recirculation system. In Fig. 15, the sensor unit Sb is a small built-in part, the z. B. can be screwed, glued or pressed, made. It directly connects the return line RL located at this point and the inlet line ELt. The constant flow of gas ensures that the sensor unit Sb on the sides R and vM constantly the correct gas concentration and no dead times as in a long spur line must be taken into account. In addition, such a component is cheaper to manufacture and install than a stub. By the contact to the medium L (ambient air) on the side also a (if required) air reference can be ensured. If the air reference is not needed, a wall of the return line RL may be identical to a wall of the inlet line ELt.

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 Luft referenz 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 order to improve the mixing at the measuring point on the vM side, the recirculated exhaust gas can also be blown into the inlet line ELt by means of a dip tube, as outlined in FIG. 16. It is also possible to completely integrate the sensor unit Sb into the wall of the inlet line ELt, as sketched in FIG. 17. To improve mixing, the dip tube is closed at the front. Small openings at the top and on the wall of the dip tube ensure leakage of the recirculated gas and clean mixing. In Fig. 17, the sensor unit Sb is angeord net that no air reference is available. If, as stated in some of the examples disclosed above, an air reference is needed, this could be sicherge by the sheath of the not shown here electrical supply line. This principle to create an air reference is used in the known potentiometric λ probes for use in the motor vehicle. However, it is also possible, as sketched in FIG. 18, to arrange the sensor unit Sb in such a way that both contact to the gas atmospheres R and vM and to the ambient air L exists. For this purpose, the sensor unit Sb is integrated both in the wall of the exhaust gas recirculation line RL and in the wall of the inlet line Elt.

In the application cited prior art literature

[1]: H. M. Wiedenmann, G. Hötzel, H. Neumann, J. Riegel, H. Weyl, ZrO₂ [1]: H. M. Wiedenmann, G. Hötzel, H. Neumann, J. Riegel, H. Weyl, ZrO ₂

-Lambda-Sonde für die Gemischregelung im Kraft fahrzeug, in: H. Schaumburg (Ed.), Sensoranwendungen, Teubner-Verlag Stuttgart (1995) 371-399 [1].Lambda probe for the mixture regulation in force vehicle, in: H. Schaumburg (Ed.), Sensor Applications, Teubner Verlag Stuttgart (1995) 371-399 [1].

Claims

An apparatus for determining an exhaust gas recirculation rate of an internal combustion engine on the basis of gas concentration measurements in an exhaust gas atmosphere in egg ner exhaust gas recirculation line and in an exhaust fresh air atmosphere in an intake pipe of the internal combustion engine downstream of a junction of the exhaust gas recirculation line in the inlet line, with Sensor with means for measuring the respective gas concentrations and Separate holding means for separate maintenance of the exhaust gas atmosphere and the exhaust fresh air atmosphere at the respective respective measuring locations of the sensor means, characterized in that the sensor means are designed as a sensor unit (Sb), which posi on the separate holding means tioniert is that it can be acted upon by a first side with the exhaust gas atmosphere (R), and from a second side with the exhaust gas fresh air atmosphere (vM).

2. Apparatus according to claim 1, characterized, that the sensor unit (Sb) with another Gasatmo Sphere from ambient air (L) or fresh air (F) beauf that is separate from the other two, the Sensor unit (Sb) acting gas atmospheres (R, vM) is held

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized, that the sensor unit (Sb) each at the end of two stitches is arranged, wherein the first stub from the exhaust gas recirculation line (RL) starts, and the second stub line from the inlet line (ELt) emanates.

4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized, that the sensor unit (Sb) as a link between Exhaust gas recirculation line (RL) and inlet line (ELt) is trained.

5. Apparatus according to claim 1, characterized, that the sensor unit (Sb) in a common wall exhaust gas recirculation line (RL) and inlet line (ELt) is integrated.

6. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized, that the sensor unit (Sb) in the wall of the exhaust gas return management line (RL) is integrated, in Be rich, in which the exhaust gas recirculation line in the manner of a Immersion tube inside and inlet line (ELt) ange is orders.

7. Apparatus according to claim 6, characterized, that the sensor unit (Sb) in the wall of the inlet line (ELt) is integrated and contact to the environment air (L) or fresh air (F).

8. Device according to one of the preceding claims, characterized, the sensor unit (Sb) is an electrochemical cell comprising a selectively ion-conducting membrane (M), wherein the ion-conducting membrane (M) selectively to a gas is that in the exhaust (A) in much greater Konzentra tion is present than in the ambient air (L) or in the deadline (F).

9. Device according to one of the preceding claims 1 to 8th, characterized, the sensor unit (Sb) is an electrochemical cell comprising a selectively ion-conducting membrane (M), the two sides with a potential-forming layer (Pb) is provided, wherein the ion-conducting membrane (M) is an ion conducts, which also in the potential-forming layer (Pb) is available.

10. Apparatus according to claim 9, characterized, that at least one of the potential-forming layers (Pb) simultaneously performs the function of an electrode.

11. Device according to one of the preceding claims 1 to 8th, characterized, the sensor unit (Sb) is an electrochemical cell with a selectively oxygen-ion-conducting membrane (M1).

12. Device according to one of the preceding claims 1 to 8th, characterized, that the sensor unit (Sb) two gas sensors (S1, S2) to summarizes, both on a component present in the exhaust gas are selective, wherein a sensor (S1) with a Abgasatmo sphere (R) within the exhaust gas recirculation line (RL) is applied and the other sensor (S2) with an in within the inlet pipe (ELt) after the confluence of the Ab Gas recirculation line (RL) existing gas atmosphere (vM) from exhaust and fresh air is applied.

13. Device according to claim 12, characterized, that the two gas sensors (S1, S2) to a gas selectively are in the exhaust (A) in much greater Konzentra tion is present than in the ambient air (L) or in the fresh air (F).

14. The apparatus of claim 12 or 13, characterized in that the two gas sensors (S1, S2) to H ₂ , HC, NO, NO ₂ , NO x, N ₂ O, SO ₂ , SO ₃ , SOx, H ₂ O, CO or CO _{2 are} sensitive.

15. Device according to claim 12, characterized, the sensor unit (Sb) has two resistive oxygens sors (RSS1, RSS2).

16. Device according to claim 12, characterized, that the sensor unit (Sb) two amperometric Sauer fabric sensors (ASS1, ASS2).

17. Device according to claim 12, characterized, the sensor unit (Sb) has two amperometric NOx Sensors (ANS1, ANS2) includes.

18. Device according to one of the preceding claims 1 to 8th, characterized, that the sensor unit (Sb) an amperometric Sauer fabric sensor (ASS) and an electrochemical cell with egg a selectively ion-conducting membrane (M).

19. Device according to claim 18, characterized, that for the amperometric oxygen sensor (ASS) and for the electrochemical cell the same membrane (M) or separate membranes are used.

20. Device according to one of the preceding claims 1 to 8th, characterized, that the sensor unit (Sb) is a resistive oxygen Sensor (RSS) and an electrochemical cell with a selectively ion-conducting membrane (M).