Eine bekannte Vorrichtung zur Messung des Absolutdrucks von Luft (DE 31 22 861 Al) weist einen nach den Diffusionsgrenzstromprinzip arbeitenden, amperometrischen Sensor, dort polarographische Messzelle genannt, auf, der aus einem Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper und zwei auf voneinander abgekehrten Seiten des Festelektrolytkör- pers angeordneten Elektroden besteht, von denen die als Katode betriebene Elektrode über eine sie bedeckende poröse Diffusionsschicht der zu messenden Luft ausgesetzt ist. An die Elektroden ist eine konstante Gleichspannung gelegt. Als Folge der elektrochemischen Reduktion des Sauerstoffs wird dieser an der Katode verbraucht. Der so entstehende Kon- zentrationsgradient des Sauerstoffs ruft einen Diffusionsstrom von Sauerstoff durch die Diffusionsschicht hervor. Dieser ist bestimmend für die reduzierte Sauerstoffmenge und damit für das Messsignal. Die Poren der Diffusionsschicht weisen vorzugsweise einen Durchmesser auf, der klein ist gegenüber der mittleren freien Weglänge der Sauerstoffmo- leküle. Unter diesen Bedingungen erfolgt der Transport der Sauerstoffionen vor allem durch die sog. Knudsen-Diffusion, wodurch eine starke Druckabhängigkeit des Diffusions- stroms und damit des Messsignals zustande kommt. Die Vorrichtung ist noch mit einer

geregelten Heizung ausgestattet, die den Sensor bzw. die Messzelle auf eine konstante Temperatur oberhalb ca. 600°C erwärmt.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gasdruckmessung mit den Merkmalen des An- spruchs 1 hat den Vorteil, dass sie den Druck in einem Gasgemisch, bei dem die Konzent- ration oder der Molenbruch von Gaskomponenten nicht-wie der Molenbruch des Sauer- stoffs in Luft-konstant ist, sondern zeitabhängig schwankt, sehr genau misst, und zwar dadurch, dass der Molenbruch einer Gaskomponente, die zur Druckmessung herangezogen wird, vor der Diffusionsbarriere zumindest während der Messphase auf 100% konstant gehalten wird, also an der Diffusionsbarriere die reine, zur Druckmessung herangezogene Gaskomponente ansteht. Der Messwert des amperometrischen Sensors wird durch den Massenstrom J der Gaskomponente, die durch die Diffusionsbarriere hindurchdiffundiert, bestimmt. Da im Falle der Knudsen-Diffusion der Massenstrom J gleich dem Produkt aus dem Diffusionskoeffizienten D der Diffusionsbarriere und dem Partialdruck der zur Mes- sung herangezogenen Gaskomponente P (GK) und dieser wiederum gleich dem Produkt aus Gesamtdruck P des Gasgemisches, dem Molenbruch der Gaskomponente x (GK) und dem Diffusionskoeffizienten D der Diffusionsbarriere ist, also J ~ D P (GK) = D-x (GK)-P gilt, ist dadurch, dass der Molenbruch x (GK) vor der Diffusionsbarriere erfindungsgemäß auf 100% konstant gehalten wird und der Diffusionskoeffizient D bei geeigneter Ausle- gung der Diffusionsbarriere unabhängig vom Gesamtdruck P ist, der Gesamtdruck propor- tional dem Massenstrom und damit dem Messwert des amperometrischen Sensors. Die zur Druckmessung herangezogene Gaskomponente ist vorzugsweise eine im Gasgemisch ent- haltene Gaskomponente, kann aber auch eine solche Gaskomponente sein, die sich erst am amperometrischen Sensor bildet, z. B. durch Abspaltung von Sauerstoffionen von im fetten Abgas enthaltenen Wasseranteilen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist hochtemperatur- tauglich und geeignet, zur Messung des Gasdrucks in heißen Abgasen von Verbrennungs- motoren eingesetzt zu werden.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiter- bildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Gasdruckmessvorrichtung möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Mittel zum Fixie- ren des 100% Molenbruchs der Gaskomponente ein im Festelektrolyten der Diffusionsbar- riere vorgelagertes Speichervolumen für die Gaskomponente, das gegenüber dem Gasge- misch durch eine Diffusionsstrecke abgeschlossen ist, sowie zwei auf dem Festelektrolyten aufgebrachte Elektroden, die bei Anlegen einer entsprechenden, konstanten Spannung Mo- leküle der Gaskomponente durch den Festelektrolyten hindurch in das Speichervolumen hineinpumpen, so dass das Speichervolumen ausschließlich mit der reinen Gaskomponente gefällt ist. Wird als Gaskomponente zur Druckmessung Sauerstoff herangezogen und die dem Gasgemisch, z. B. dem Abgas einer Brennkraftmaschine, ausgesetzte äußere Elektrode als Anode betrieben, so findet an der Dreiphasengrenze von Festelektrolyt, Elektrode und Gasgemisch eine Reduktion des Sauerstoffs zu Sauerstoffionen statt, die durch den Fest- elektrolyten hindurchgleitet und an der Anode wieder zu elementarem Sauerstoff oxidiert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Diffusionsbarriere eine für eine sog. Knudsen-Diffusion erforderliche Porosität auf. Eine solche Knudsen- Diffusion wird dann erreicht, wenn der Durchmesser der Poren der Diffusionsbarriere klein ist gegenüber der mittleren freien Weglänge der Gaskomponentenmoleküle, z. B. der Sau- erstoffmoleküle. Wie bereits vorstehend erwähnt, ist dann der Diffusionskoeffizient der Diffusionsbarriere unabhängig vom Gasamtdruck des Messgases.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Diffusionsstrecke so ausgelegt, dass sie einen geringen Druckgradienten, d. h. einen sehr niedrigen Druckabfall über den Diffusionsweg, aufweist. Die Diffusionsstrecke ist damit durchlässig genug, um einen Druckausgleich zwischen dem Speichervolumen und dem Gasgemisch zu ermögli- chen und verhindert trotzdem, dass das Gasgemisch in das Speichervolumen gelangt.

Das Speichervolumen und die Diffusionsstrecke lassen sich gemäß weiteren Ausführungs- formen der Erfindung auf unterschiedliche Weise realisieren. Bevorzugt wird das Spei- chervolumen durch eine im Festelektrolyten ausgebildete Kammer geschaffen, die unmit-

telbar an die Diffusionsbarriere angrenzt. Die Diffusionsstrecke wird durch eine zweite poröse Diffusionsbarriere aus keramischem Material, z. B. Aluminiumoxid (A1203), gebil- det, die die Kammer zum Abgas hin begrenzt. Die zweite Diffusionsbarriere kann dabei in Teilbarrieren unterteilt werden, zwischen denen jeweils ein Hohlraum vorhanden ist. Die Diffusionsstrecke kann auch von mindestens einem langgestreckten Kanal gebildet wer- den. Ebenso ist es möglich,. Diffusionsstrecke und Speichervolumen als Einheit aus einer porösen Keramik auszuführen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Elektroden zum Pum- pen der Gaskomponente Zusatzelektroden, von denen die eine als Katode betriebene Zu- satzelektrode innerhalb des Speichervolumens, z. B. in der Kammer, angeordnet und die andere als Anode betriebene Zusatzelektrode dem Gasgemisch ausgesetzt ist, und ist an die Zusatzelektroden eine Gleichspannung gelegt. Dies hat den Vorteil, dass die Drucks- sung kontinuierlich, also unterbrechungslos durchgeführt werden kann. Dabei kann vor- teilhaft eine Elektrode eingespart werden, indem die als Anode betriebene Zusatzelektrode mit der nicht von der Diffusionsbarriere abgeschirmten Elektrode des amperometrischen Sensors zusammengelegt wird.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung werden als Elektroden für das Pumpen der Gaskomponente die Elektroden des amperometrischen Sensors herangezogen und hierzu vor der eigentlichen Druckmessphase die Elektrodenspannung für ein Kurzzeit- intervall so umgepolt, dass die der Diffusionsbarriere zugekehrte Elektrode als Anode ar- beitet. Dies hat den Vorteil, dass auf zusätzliche Elektroden mit entsprechenden Zuleitun- gen verzichtet werden kann. Ein gewisser Nachteil besteht darin, dass die Druckmessung nur diskontinuierlich in den Phasen durchgeführt werden kann, in welchen die der Diffusi- onsbarriere zugekehrte Elektrode des amperometrischen Sensors als Katode betrieben wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als Gasgemisch das Ab- gas einer Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen und als die zur Druckmessung herange- zogene Gaskomponente Sauerstoff verwendet. Bei dieser Anwendung der Vorrichtung zur Abgasdruckmessung ergeben sich eine Reihe von vorteilhafter Einsatzmöglichkeiten im Fahrzeug. So kann die Messgenauigkeit der eingesetzten Lambdasonden, die druckabhän- gig ist, durch Kompensation der Druckabhängigkeit verbessert werden. Des weiteren kann

durch die Abgasdruckmessung die Steuerung der Abgasrückführung verbessert, bei der Ladedruckregelung der Abgasgegendruck begrenzt, die Dieselpartikelfilter-Überwachung verbessert und die Beladungserkennung der Dieselpartikelfilter durch Messung des Abso- lutdrucks verbessert werden, da die Kenntnis des Absolutdrucks des Abgases eine genaue- re Bestimmung des Strömungswiderstandes des Dieselpartikelfilter ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gasdruckmessung ist besonders vorteilhaft an- wendbar in einem Messmhier zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts im Abgas von Brennkraftmaschinen, sog. Lambdasonden, insbesondere Breitband-Lambdasonden. Hier besteht das Problem, dass das Sondensignal abhängig vom Abgasdruck ist und der dadurch hervorgerufene Messfehler kompensiert werden muss. Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich besonders vorteilhaft in solche Messfühler integrieren, da ein Grossteil der Bau- komponenten des Messfühler für die Funktionalität der Vorrichtung zur Gasdruckmessung eingesetzt werden kann und damit nur ein geringer Zusatzaufwand für die Gasdruckmes- sung erforderlich ist. Dabei ist sowohl ein kontinuierlicher Betrieb der Druckmessvorrich- tung möglich, so dass bei laufender Lambda-Messung auch der Gasdruck laufend gemes- sen und die Lambda-Messung laufend korrigiert wird, als auch ein diskontinuierlicher Be- trieb möglich, bei der die Gasdruckmessung nur intervallmäßig, also bei vorübergehend ausgesetzter Lambda-Messung, durchgeführt werden kann. Während im letzten Fall außer der Ausbildung des Sauerstoff-Speichervolumens und der Diffusionsstrecke im Festelekt- rolyten keinerlei zusätzliche Baukomponenten und Zuleitung für die Druckmessung erfor- derlich sind, werden im ersten Fall noch zusätzlich eine Elektrode und eine Zuleitung zu dieser Elektrode benötigt.

Gemäß alternativen Ausführungsformen des diskontinuierlichen Betriebs wird entweder die Referenzelektrode und die äußere Pumpelektrode oder die innere und äußere Pump- elektrode zum Sauerstoffpumpen in das im ersten Fall im Referenzkanal und im zweiten Fall am Messraum ausgebildete, durch Diffusionsbarriere und Diffusionsstrecke einge- schlossene Speichervolumen herangezogen, wozu eine entsprechende Spannung an die genannten Elektroden angelegt wird. Danach wird die Spannung umgepolt und der zwi- schen den Elektroden der Pumpzelle fließende Grenzstrom gemessen. In dem Zeitintervall der Druckmessung wird die Lambda-Messung des Messfühlers ausgesetzt.

MessfGhler, vorzugsweise Breitband-Lambdasonden, mit einer integrierten Vorrichtung zur Gasdruckmessung sind in den Ansprüche 15-20 angegeben. Solche Messfühler haben den Vorteil, dass neben der genauen Messung des Lambdawertes noch die durch die integ- rierte Druckmessvorrichtung wie vorstehend erläuterten Vorteile bezüglich Ladedruckre- gelung und Dieselpartikelfilter-Überwachung genutzt werden können, ohne dass separate Drucksensoren eingebaut werden müssen.

Zeichnung Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen in schematischer Darstellung : Fig. 1 einen Querschnitt einer Vorrichtung zur Gasdruckmessung mit kon- tinuierlicher Druckmessung, Fig. 2 jeweils eine gleiche Darstellung wie in Fig. 1 bis 4 einer modifizierten Vorrichtung zur Gasdruckmessung gemäß dreier Ausführungsbeispiele, Fig. 5 einen Querschnitt einer Vorrichtung zur Gasdruckmessung mit dis- kontinuierlicher Druckmessung, Fig. 6 einen Längsschnitt einer Breitband-Lambdasonde mit integrierter Druckmessvorrichtung für kontinuierliche Druckmessung, Fig. 7 einen Längsschnitt einer Breitband-Lambdasonde mit integrierter Druckmessvorrichtung für diskontinuierliche Druckmessung, Fig. 8 einen Längsschnitt einer Breitband-Lambdasonde mit integrierter Druckmessvorrichtung gemäß einem alternativen Ausführungsbei- spiel für diskontinuierliche Druckmessung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die in Fig. 1 schematisiert dargestellte Vorrichtung zur Messung des Drucks in einem Gasgemisch weist einen nach dem Grenzstromprinzip arbeitenden amperometrischen Sen- sor 10 auf. Dieser Sensor 10 misst die Konzentration einer Gaskomponente, z. B. die Sau- erstofikonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine. Der amperometrische Sensor 10 weist einen Festelektrolyten 11 und zwei auf dem Festelektrolyten 11 aufgebrachte Elekt- roden 12,13 sowie eine poröse Diffusionsbarriere 14 auf, bei der die Durchmesser der Po- ren klein gegenüber der mittleren freien Weglänge der Gaskomponente, deren Konzentra- tion gemessen wird, sind. Durch diese Porosität findet in der Diffusionsbarriere 14 eine sog. Knudsen-Diffusion statt, wodurch der Diffusionskoeffizient der Diffusionsbarriere 14 unabhängig von dem Gesamtdruck des Gasgemisches wird. Von den beiden Elektroden 12, 13 ist eine erste außen auf dem Festelektrolyt 11 angeordnet und damit dem Gasgemisch ausgesetzt, während die zweite in einem im Festelektrolyten 11 ausgebildeten Hohlraum 15 angeordnet ist, der von der Diffusionsbarriere 14 abgeschlossen ist. Dabei kann die Dif- fusionsbarriere 14 auch unmittelbar auf der Elektrode 13 aufgebracht sein, so dass der Hohlraum 15 entfällt. An die beiden Elektroden 12,13 ist eine konstante Gleichspannung angelegt, und zwar derart, dass die außenliegende erste Elektrode 12 als Anode und die im \ Hohlraum 15 angeordnete zweite Elektrode 13 als Katode betrieben wird. Im Stromkreis der an die Spannungsquelle 16 angeschlossenen beiden Elektroden 12,13 ist ein Messwi- derstand 17 eingeschaltet, an dem eine dem im Stromkreis fließenden Grenzstrom propor- tionale Spannung abnehmbar ist. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird im folgenden die Wirkungsweise des amperometrischen Sensors 10 zur Messung der Sauerstoftkonzent- ration im Abgas einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei die Konzentration einer beliebigen Gaskomponenten, z. B. auch Wasserstoff, in einem beliebigen Gasgemisch er- fasst werden kann.

Bei Anlegen einer Gleichspannung an die Elektroden 12,13 wird das am Messwiderstand 17 abnehmbare Messsignal des amperometrischen Sensors 10 durch den Massenstrom J des Sauerstoffs bestimmt, der durch die Diffusionsbarriere 14 hindurchtritt. Dieser Mas- senstrom berechnet sich zu J ~ D P (O2) = D x (O2) P,

wobei D der Diffusionskoeffizient der Diffusionsbarriere 14, P (02) der Sauerstoffpartial- druck, P der Gesamtdruck des Abgases und x (02) der Molenbruch des Sauerstoffs ist. Da in der Diffusionsbarriere 14 aufgrund der gewählten Porengröße Knudsen-Diffusion statt- findet, ist der Diffusionskoeffizient D vom Gesamtdruck P unabhängig und das Messsignal proportional dem Sauerstoffpartialdruck P (02). In dem beschriebenen Sensor wird nun- mehr der Molenbruch des Sauerstoffs x (02) vor der Diffusionsbarriere 14 bei 100% fixiert , so dass vor der Diffusionsbarriere 14 reiner Sauerstoff ansteht. Damit ist der Massen- strom J direkt proportional dem Gesamtdruck P des Abgases und der über den Messwider- stand 17 fließende Grenzstrom ein Maß für den Gesamtdruck P des Abgases. Die Fixie- rung des Molenbruchs des Sauerstoffs x (02) auf 100% wird dadurch erreicht, dass im Fest- elektrolyten 11 ein sich unmittelbar an die Diffusionsbarriere 14 anschließendes Speicher- volumen 18 für Sauerstoff vorgesehen wird, das über eine Diffusionsstrecke 19 mit dem Abgas in Verbindung steht, und zusätzliche Maßnahmen getroffen sind, um Sauerstoff durch den Festelektrolyten 11 hindurch in das Speichervolumen 18 hineinzupumpen, so dass im Speichervolumen 18 der Molenbruch des Sauerstoffs x (02) zumindest während der Druckmessphase der Vorrichtung auf 100% gehalten wird, also das Speichervolumen 18 mit reinem Sauerstoff gefällt ist. Die Diffusionsstrecke 19 ist so ausgelegt, dass sie einen geringen Druckgradienten aufweist und damit ein Druckausgleich zwischen dem Speicher- volumen 18 und dem Abgas möglich ist, und dass sie eine Diffusion des Abgases in dem Speicher 18 verhindert.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist das Speichervolumen 18 von einer zwischen der Dif- fusionsbarriere 14 und der Diffusionsstrecke 19 im Festelektrolyten ausgebildeten Kammer 40 zur Verfügung gestellt, und die Diffusionsstrecke 19 ist von einer porösen Diffusions- barriere 41 aus keramischem Material, z. B. Aluminiumoxid (Al203), gebildet. Anstelle der einen Diffusionsbarriere 41 können mehrere Diffusionsbarrieren 41', 41"hintereinander angeordnet werden, wobei zwischen den einzelnen Diffusionsbarrieren jeweils ein Hohl- raum 42 vorhanden ist (Fig. 2). Die Diffusionsstrecke 19 kann auch durch einen oder meh- rere langgestreckte Kanäle 43 realisiert werden, die durch einsprechende Auslegung ihres Querschnitts und ihrer Länge den Erfordernissen der Diffusionsstrecke 19 genügen (Fig.

3). Speichervolumen 18 und Diffusionsstrecke 19 können als Einheit ausgebildet sein, z. B. als ein Füllstück 44 aus keramischem Material, z. B. Aluminiumoxid (A1203), das sich unmittelbar an die Diffusionsbarriere 14 anschließt (Fig. 4).

Zum Pumpen des Sauerstoffs in das Speichervolumen 18 bzw. in die Kammer 40 sind im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 auf dem Festelektrolyten 11 zwei Zusatzelektroden 20,21 so aufgebracht, dass die eine Zusatzelektrode 20 dem Abgas ausgesetzt ist und die andere Zusatzelektrode 21 in der Kammer 40 angeordnet ist. Mittels einer Spannungsquelle 22 wird an die beiden Zusatzelektroden 20,21 eine konstante Gleichspannung derart angelegt, dass die in der Kammer 40 angeordnete Zusatzelektrode 21 als Anode und die dem Abgas ausgesetzte Zusatzelektrode 20 als Katode fungiert. An der Dreiphasengrenze von Fest- elektrolyt 11, Zusatzelektrode 20 und Abgas findet eine Reduktion von Sauerstoff zu Sau- erstoffionen statt, die durch den Festelektrolyten 11 hindurchgeleitet und an der Zusatz- elektrode 21 wieder zu elementarem Sauerstoff oxidiert werden. Auf diese Weise wird ständig Sauerstoff in die Kammer 40 hineingepumpt. Die die Diffusionsstrecke 19 bilden- de zweite Diffusionsbarriere 41 ist so ausgelegt, dass sie einen geringen Druckgradienten aufweist, d. h. einen geringen Druckabfall oder Druckverlust über den Diffusionsweg.

Durch diese Auslegung der zweiten Diffusionsbarriere 41 ist diese durchlässig genug, um einerseits einen Druckausgleich zwischen der Kammer 40 und dem Abgas herzustellen und andererseits eine Diffusion des Abgases in die Kammer 40 zu verhindern. Der Sauerstoff diffundiert durch die erste Diffusionsbarriere 14 hindurch und gelangt an die Elektrode 13 des amperometrischen Sensors 10. An der Dreiphasengrenze Festelektrolyt 11, Elektrode 13 und Sauerstoff wird der Sauerstoff wiederum zu Sauerstoffionen reduziert, die durch den Festelektrolyten 11 hindurchwandern und an der ersten Elektrode 12 des amperometri- schen Sensors 10 wieder zu Sauerstoff oxidiert werden. Die erste Diffusionsbarriere 14 sorgt dafür, dass jedes ankommende Sauerstoffmolekül unmittelbar in Sauerstoffionen umgewandelt wird, so dass im Hohlraum 15 stets eine Sauerstoffkonzentration nahe Null herrscht. Der Sauerstoffionentransport durch den Festelektrolyten 11, der sog. Massen- strom J, ergibt einen durch den Messwiderstand 17 fließenden Grenzstrom, der nach dem vorstehend Ausgeführten ein Maß für den Gesamtdruck des Abgases ist.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2-4 ist die Anordnung der Elektroden 12,13 und Zusatzelektroden 20, 21 in gleicher Weise wie in Fig. 1 vorgenommen. Die Zusatzelektro- de 21 ist dabei immer im Speichervolumen 18 angeordnet, das in den Ausführungsbeispie- len der Fig. 2 und 3 wie in Fig. 1 eine von der Diffusionsbarriere 14 und der Diffusions- strecke 19 begrenzte Kammer 40 ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist die"Kammer" mit dem porösen Keramikmaterial der als Diffusionsbarriere 41 ausgebildeten Diffusions-

strecke 19 ausgefüllt. Das Keramikmaterial, z. B. Aluminiumoxid (A1203), deckt die Zu- satzelektrode 21 ab und reicht bis an die Diffusionsbarriere 41.

Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Gasdruckmessung ist insoweit modifiziert, als die Zusatzelektroden mit Spannungsquelle entfallen sind und zum Sauerstoffpumpen in das wiederum von einer Kammer 40 zur Verfügung gestellte Spei- chervolumen 18 hinein die Elektroden 12,13 des amperometrischen Sensors 10 verwendet werden, der hierzu intervallmäßig von einer Messphase, in dem der Gasdruck gemessen wird, auf eine Pumpphase, in der die Kammer 40 mit reinem Sauerstoff gefällt wird, um- geschaltet werden muss. Hierzu ist eine schematisch dargestellte Schalteinrichtung 23 vor- gesehen, durch deren Umschaltung die beiden Elektroden 12,13 des amperometrsichen Sensors 10 wechselweise als Anode oder als Katode betrieben werden können. Zum Sauer- stoffpumpen wird die Schalteinrichtung 23 so geschaltet, dass die zweite Elektrode 13 als Anode und die erste Elektrode 12 als Katode betrieben wird, so dass-wie vorstehend be- schrieben-reiner Sauerstoff in den Hohlraum 15 und durch die Diffusionsbarriere 14 hin- durch in die Kammer 40 gepumpt wird. Zur Druckmessung wird nunmehr die Schaltein- richtung 23 in der in Fig. 5 dargestellten Schaltstellung zurückgeschaltet, so dass nunmehr die erste Elektrode 12 als Anode und die zweite Elektrode 13 als Katode betrieben ist. Wie bereits zu Fig. 1 ausgeführt ist, wandern dadurch Sauerstoffionen von der Elektrode 13 durch den Festelektrolyten 11 hindurch zu der ersten Elektrode 12, und der sich dadurch in dem Stromkreis der Elektroden 12,13 einstellende Grenzstrom ist ein Maß für den Ge- samtdruck des Abgases. Der Vorteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass die Zusatzelekt- roden 20, 21 nebst Zuleitungen eingespart werden können. Allerdings ist nur ein diskonti- nuierlicher Betrieb möglich, in dem wechselweise Sauerstoff gepumpt und der Abgasdruck gemessen wird. Selbstverständlich kann die Ausbildung von Speichervolumen 18 und Dif- fusionsstrecke 19 im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 wie in Fig. 2,3 oder 4 dargestellt vor- genommen werden.

Die vorstehend in verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebene Vorrichtung zur Gasdruckmessung in Gasgemischen eignet sich besonders für den Einsatz bei Brennkraft- maschinen von Kraftfahrzeugen, da sie sich besonders einfach in die hier eingesetzten Lambdasonden zur Abgasmessung integrieren lässt und folgende Vorteile bietet :

Das Lambda-Signal, das ein Maß für die Konzentration des Sauerstoffs im Abgas ist, ist vom Gasdruck abhängig und ist somit fehlerbehaftet. Mittels der Gasdruckmessvorrichtung kann der Abgasdruck gemessen und der Fehler kompensiert werden. Bei Brennkrafbma- schinen mit Abgasrückführung kann durch Kenntnis des Abgasdrucks die Steuerung der Abgasrückführung verbessert werden. Ebenso kann bei Ladedruckregelung der Abgasge- gendruck begrenzt werden. Bei Dieselmotoren mit Dieselpartikelfilter kann die Dieselpar- tikelfilter-Überwachung durch die Abgasdruckmessung überwacht werden. Dabei lässt sich die Beladungserkennung durch Ergänzung des mit herkömmlichen Drucksensoren gemessenen Differenzdrucksignals mit einem mittels der Gasdruckmessvorrichtung ge- messenen Absolutdrucksignal wesentlich verbessern, da der Strömungswiderstand des Dieselpartikelfilters genauer bestimmt werden kann.

In den Fig. 6-8 sind drei Ausführungsbeispiele einer sog. Breitband-Lambdasonde mit integrierter Druckmessvorrichtung im Längsschnitt schematisch dargestellt. Da die Lamb- dasonde selbst einen amperometrischen Sensor 10 darstellt, kann dieser durch geringe Mo- difikationen zugleich zur Abgas-Druckmessung herangezogen werden.

Wie bekannt ist, weist der amperometrische Sensor 10 einen als Schichtverbund hergestell- ten Festelektrolyten 11 aus yttriumstabilisiertem Zirkoniumoxid (ZrO2) auf, mit dem eine sog. Pumpzelle 24 und eine Konzentrations-oder Nernstzelle 25 aufgebaut ist. Zum Auf- bau der Pumpzelle 24 ist im Festelektrolyten 11 ein Messraum 26 vorgesehen, der durch eine Diffusionsbarriere 27 gegenüber einem Abgaszutrittsloch 28 abgetrennt ist. Auf der Oberfläche des Festelektrolyten 11 ist eine von einer porösen Schutzschicht 29 abgedeckte, äußere Pumpelektrode 30 und im Innern des Messraums 26 auf dem Festelektrolyten 11 eine innere Pumpelektrode 31 der Pumpzelle 24 angeordnet. Zur Ausbildung der Nernst- zelle 25 ist im Festelektrolyten 11 ein Referenzgaskanal 32 vorgesehen, in dem eine Refe- renzelektrode der Nernstzelle 25 einer gepumpten Sauerstoffreferenz ausgesetzt Eine Nernst-oder Messelektrode 34 der Nernstzelle 25 ist in dem Messraum 26 auf dem Fest- elektrolyten 11 angeordnet. Zusätzlich ist im Festelektrolyten 11 noch eine Heizeinrich- tung mit einem in einer Isolierung 35, z. B. Aluminiumoxid (A1203), eingebetteten elektri- schen Heizleiter 36 vorhanden. Die Funktionsweise der Breitband-Lambdasonde ist be- kannt und beispielsweise in der DE 199 41 051 A1 beschrieben.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 ist die kontinuierlich messende Gasdruckmessvor- richtung gemäß Fig. 1 dadurch integriert, dass der Referenzgaskanal 32 mit einer vom Ab- gas beaufschlagten Öffnung 37 versehen ist und im Referenzgaskanal 32 zwischen dieser Öffnung 37 und der Referenzelektrode 33 die Diffusionsstrecke 19 und das dieser zur Re- ferenzelektrode 33 hin vorgelagerte Speichervolumen 18 für Sauerstoff ausgebildet ist. Das Speichervolumen 18 wird wiederum von einer Kammer 40 zur Verfügung gestellt, und die Diffusionsstrecke 19 ist als poröse Diffusionsbarriere 41 mit kleinem Druckgradienten ausgebildet. Im Referenzgaskanal 32 ist auf der von der Diffusionsstrecke 19 abgekehrten Seite der Referenzelektrode 33 die Elektrode 13 auf dem Festelektrolyten 11 angeordnet, die mit der äußeren Pumpelektrode 30 zur Druckmessung verwendet wird, so dass im Ver- gleich zu Fig. 1 die äußere Pumpelektrode 30 der Pumpzelle 24 die Funktion der Elektrode 12 des amperometrischen Sensors 10 wahrnimmt. In der Zuleitung 38 zur Elektrode 13 ist der Messwiderstand 17 angeordnet. Die Elektrode 13 ist durch die Diffusionsbarriere 14 gegenüber der die Referenzelektrode 33 aufnehmenden Kammer 40 abgetrennt. Die Refe- renzelektrode 33 realisiert zusammen mit der äußeren Pumpelektrode 30 der Pumpzelle 24 das Sauerstoffpumpen in die Kammer 40, so dass in letzterer immer 100% Sauerstoff vor- liegt.

In den Lambdasonden gemäß Fig. 7 und 8 ist jeweils die mit diskontinuierlicher Druck- messung arbeitende Gasdruckmessvorrichtung gemäß Fig. 5 integriert. In beiden Ausfüh- rungsbeispielen ist die eigentliche Lambdasonde zur Abgasmessung identisch mit der in Fig. 6 ausgeführt, so dass gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 ist, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 6, der Refe- renzgaskanal 32 mit einer Öffnung 37 versehen, die mit Abgas beaufschlagt ist. Zwischen der Öffnung 37 und der Referenzelektrode 33 ist im Referenzgaskanal 32 die Diffusions- strecke 19 (Diffusionsbarriere 41) und das vorgelagerte Speichervolumen 18 (Kammer 40) ausgebildet. Das Speichervolumen 18 (Kammer 40) ist gegenüber der Referenzelektrode 33 durch die Diffusionsbarriere 14 mit Knudsen-Diffusion getrennt. Wie zu Fig. 5 be- schrieben ist, erfolgt hier das Sauerstoffpumpen in die Kammer 40 hinein durch entspre- chende Beschaltung der äußeren Pumpelektrode 30 der Pumpzelle 24 und der Referenz- elektrode 33, so dass im Vergleich zu Fig. 5 die äußere Pumpelektrode 30 der Pumpzelle 24 und die Referenzelektrode 33 die Funktion der Elektroden 12,13 des amperometrischen Sensors 10 wahrnehmen. Zum Messen des Abgasdrucks werden, wie zu Fig. 5 beschrie-

ben, die Spannungspotentiale an äußerer Pumpelektrode 30 und Referenzelektrode 33 um- geschaltet.

In dem Ausführungsbeispiel der Lambdasonde mit integrierter Druckmessvorrichtung ge- mäß Fig. 8 wird intervallmäßig die Pumpzelle 24 zur Gasdruckmessung herangezogen.

Hierzu ist im Festelektrolyten 11 ein Verbindungskanal 39 mit einer Kanalöffnung 391 zum Abgas hin zum Messraum 26 hergestellt, in dem die Diffusionsstrecke 19 und das dieser zum Messraum 26 hin vorgelagerte Speichervolumen 18 für Sauerstoff ausgebildet sind. Die Diffusionsstrecke 19 ist als poröse Diffusionsbarriere 41 aus keramischem Mate- rial ausgeführt, und das Speichervolumen 18 ist als Kammer 40 ausgebildet. In der ersten Diffusionsbarriere 14 findet Knudsen-Diffusion statt. Die zweite Diffusionsbarriere 41 weist wiederum einen möglichst geringen Druckgradienten auf, so dass ein Druckausgleich zwischen der Kammer 40 und dem Abgas stattfinden kann. Wie bei der Lambdasonde ge- mäß Fig. 7 findet auch hier die Gasdruckmessung in Kurzzeitintervallen statt, in denen die Lambdamessung ausgesetzt ist. Die Gasdruckmessung erfolgt wie zu Fig. 5 beschrieben, wobei die beiden Pumpelektroden 30,31 der Pumpzelle 24 die Funktion der Elektroden 12 und 13 in Fig. 5 übernehmen und während der Gasdruckmessung eine Umschaltung der an den Elektroden 30,31 liegenden Spannung von der Pumpphase in die Messphase vorge- nommen wird.