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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gassensor mit einem einwandigen Schutzelement und auf eine Struktur mit befestigtem Gassensor.
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HINTERGRUND
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Herkömmlicherweise ist ein Gassensor bekannt, bei dem ein Sensorelement von einem rohrförmigen Metallgehäuse gehalten wird und ein vorderer Endabschnitt des Sensorelements, der zum Abgas freiliegt, durch ein ein- oder doppelwandiges Schutzelement geschützt ist. In diesem Schutzelement ist eine Gaseinlassöffnung vorgesehen, und die Gaseinlassöffnung ist erforderlich, um die Benetzungsbeständigkeit sicherzustellen, indem verhindert wird, dass mit dem Abgas vermischtes Kondenswasser das Sensorelement erreicht, und um das Ansprechverhalten sicherzustellen, indem das Abgas schnell in einen Erfassungsabschnitt des Sensorelements eingeleitet wird.
Vor diesem Hintergrund wurde eine Technik zur Verbesserung des Ansprechverhaltens durch den Einsatz eines einwandigen Schutzelements entwickelt (Patentdokument 1). Bei dieser Technik wird ein Sensorelement in einem röhrenförmigen Isolator gehalten, und ein poröses Filter ist an einer Gaseinlassöffnung an einem vorderen Ende des Isolators angeordnet. Aufgrund dieser Konfiguration kann kondensiertes Wasser, das die Einführöffnung erreicht hat, von dem porösen Filter aufgefangen werden, wodurch eine Benetzung des Sensorelements verhindert wird.
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DOKUMENT ZUM STAND DER TECHNIK
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PATENTSCHRIFT
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Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung Laid-Open (kokai) Nr. 2017-67734 (1)
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEMSTELLUNG
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Bei der oben beschriebenen Technik ist das Sensorelement jedoch im Inneren des Isolators angeordnet, und das Abgas wird über das poröse Filter in das Sensorelement eingeleitet. Selbst bei Verwendung eines einwandigen Schutzelements ist das Ansprechverhalten daher tendenziell geringer.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf eine solche aktuelle Situation durchgeführt, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gassensor und eine Struktur mit befestigtem Gassensor bereitzustellen, die sowohl die Benetzungsbeständigkeit als auch das Ansprechverhalten durch Verwendung eines einwandigen Schutzelements verbessern können.
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MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
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Ein Gassensor eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Gassensor, der aufweist: ein Sensorelement, das sich in einer axialen Richtung erstreckt und einen Erfassungsabschnitt aufweist, der in einem vorderen Endabschnitt ausgebildet ist und ein zu erfassendes Gas erfasst; ein rohrförmiges Metallgehäuse, das einen Umfang des Sensorelements in einer Radialrichtung umgibt und das Sensorelement hält; und ein einwandiges rohrförmiges Schutzelement, das an einem Umfang eines vorderen Endabschnitts des Metallgehäuses befestigt ist und den vorderen Endabschnitt des Sensorelements umgibt. Das Schutzelement hat eine Gaseinlassöffnung und eine Gasauslassöffnung, die an einer vorderen Endseite in Bezug auf die Gaseinlassöffnung angeordnet ist. Das Metallgehäuse hat einen Befestigungsabschnitt, dessen äußere Oberfläche direkt oder indirekt an einem Rohr befestigt ist, durch das das zu erfassende Gas strömt, und einen Werkzeugseingriffsabschnitt mit größerem Durchmesser, der sich an einer hinteren Endseite des Befestigungsabschnitts befindet und zur Befestigung des Gassensors dient. Ein Abstand L1 in axialer Richtung zwischen der Gaseinlassöffnung und der Gasauslassöffnung ist größer als ein Abstand L2 in axialer Richtung zwischen dem Werkzeugseingriffsabschnitt und der Gaseinlassöffnung. Ein vorderes Ende des Sensorelements befindet sich an der vorderen Endseite in Bezug auf die Gaseinlassöffnung.
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Bei diesem Gassensor kann ein vorderer Endabschnitt des Gassensors in das Innere eines Rohrs ragen. Insbesondere, wenn der Gassensor durch Befestigen des Befestigungsabschnitts am Rohr so angebracht wird, dass der vordere Endabschnitt des Gassensors in das Innere des Rohrs hineinragt und dass eine nach vorn weisende Fläche des Werkzeugseingriffsabschnitts in Kontakt mit einer Außenfläche des Rohrs kommt, kann ein Abschnitt des Schutzelements (der vordere Endabschnitt des Gassensors), der dem Abstand L1 entspricht und länger ist als ein Abschnitt, der dem Abstand L2 entspricht, leicht in das Innere des Rohrs hineinragen.
Dadurch wird es möglich, die Gasauslassöffnung am vorderen Endabschnitt des Gassensors näher zur Mitte des Rohrs zu bringen, wo die Strömungsgeschwindigkeit des zu erfassenden Gases am höchsten ist. Auf diese Weise kann das zu erfassende Gas im Schutzelement zuverlässig durch die Gasauslassöffnung mittels Unterdruck nach außen abgeleitet werden. Das Ansprechverhalten wird dadurch verbessert.
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Da der Abstand L2 kürzer ist als der Abstand L1, wird es außerdem einfacher, die Gaseinlassöffnung an der radial äußeren Seite des Rohrs anzuordnen. Dadurch kann verhindert werden, dass die Gaseinlassöffnung direkt mit dem zu detektierenden Gas in Berührung kommt, das sich im Rohr befindet und dessen Strömungsgeschwindigkeit hoch ist, wodurch ein direkter Eintritt von Wassertröpfchen, die im zu detektierenden Gas enthalten sind, durch die Gaseinlassöffnung in das Schutzelement verhindert wird. Dadurch wird die Benetzungsbeständigkeit verbessert.
Außerdem ist der Druck an der Gaseinlassöffnung, die sich auf der Außenseite des Rohrs befindet, höher als in der Nähe der Gasauslassöffnung, wo die Strömungsgeschwindigkeit des zu detektierenden Gases am höchsten ist und ein Unterdruck entsteht, und der Druckunterschied zwischen der Gasauslassöffnung und der Gaseinlassöffnung wird groß. Daher wird der Gasaustausch innerhalb des Schutzelements weiterhin beschleunigt, wodurch das Ansprechverhalten weiter verbessert wird.
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Bei dem Gassensor der vorliegenden Erfindung kann ein maximaler Innendurchmesser DA des Schutzelements in einem Bereich, der dem Abstand L1 entspricht, gleich oder kleiner als 1/2 des Abstands L1 sein.
Gemäß diesem Gassensor ist ein Abschnitt des Schutzelements, der sich an der vorderen Endseite der Gaseinlassöffnung befindet und dem Abstand L1 entspricht, in axialer Richtung verlängert. Daher wird der Druck in der Nähe der Gasauslassöffnung aufgrund des Venturi-Effekts stärker negativ, und das im Schutzelement zu erfassende Gas wird durch die Gasauslassöffnung effektiver nach außen abgeleitet, wodurch das Ansprechverhalten weiterhin verbessert wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Gassensor kann die gesamte Öffnungsfläche S1 der Gasauslassöffnung gleich oder kleiner als 50 % einer Fläche S2 eines Bodenabschnitts des Schutzelements sein.
Bei diesem Gassensor wird der Druck in der Nähe der Gasauslassöffnung stärker negativ, und das im Schutzelement zu detektierende Gas wird durch die Gasauslassöffnung effektiver nach außen abgeleitet, wodurch das Ansprechverhalten weiterhin verbessert wird.
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Eine Struktur mit befestigtem Gassensor eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist eine Struktur mit befestigtem Gassensor, aufweisend: einen Gassensor; und ein Rohr, durch das ein zu erfassendes Gas strömt und an dem der Gassensor befestigt ist, wobei der Gassensor ein Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 ist. Und in einem Zustand, in dem der Gassensor durch Befestigen des Befestigungsabschnitts direkt oder indirekt an dem Rohr derart angebracht ist, dass ein vorderer Endabschnitt des Gassensors aus einem Befestigungsloch des Rohrs in ein Inneres des Rohrs ragt und eine nach vorn weisende Fläche des Werkzeugseingriffsabschnitts in direktem oder indirektem Kontakt mit einer Außenfläche des Rohrs steht, ist die Gaseinlassöffnung auf einer radial äußeren Seite einer imaginären Innenfläche des Befestigungslochs angeordnet, und die Gasauslassöffnung ist im Inneren des Rohrs angeordnet.
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Gemäß dieser Struktur mit befestigtem Gassensor kann der vordere Endabschnitt des Gassensors in das Innere eines Rohrs hineinragen. Insbesondere, wenn der Gassensor durch Befestigen des Befestigungsabschnitts am Rohr so angebracht ist, dass der vordere Endabschnitt des Gassensors von der Befestigungsöffnung des Rohrs in das Innere des Rohrs hineinragt und dass eine nach vorn weisende Fläche des Werkzeugseingriffsabschnitts in Kontakt mit einer Außenfläche des Rohrs kommt, kann ein Abschnitt des Schutzelements (der vordere Endabschnitt des Gassensors), der dem Abstand L1 entspricht und länger ist als ein Abschnitt, der dem Abstand L2 entspricht, leicht in das Innere des Rohrs hineinragen.
Dadurch wird es möglich, die Gasauslassöffnung am vorderen Endabschnitt des Gassensors näher zur Mitte des Rohrs zu bringen, wo die Strömungsgeschwindigkeit des zu erfassenden Gases am höchsten ist. Auf diese Weise kann das im Schutzelement zu erfassende Gas zuverlässig durch die Gasauslassöffnung mittels Unterdruck nach außen abgeleitet werden. Das Ansprechverhalten wird dadurch verbessert.
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Da der Abstand L2 kürzer ist als der Abstand L1, wird es außerdem einfacher, die Gaseinlassöffnung auf der radial äußeren Seite der imaginären Innenfläche der Befestigungsöffnung anzuordnen. Dadurch kann verhindert werden, dass die Gaseinlassöffnung direkt mit dem zu detektierenden Gas in Berührung kommt, das sich im Rohr befindet und dessen Strömungsgeschwindigkeit hoch ist, wodurch verhindert wird, dass Wassertröpfchen, die in dem zu detektierenden Gas enthalten sind, direkt durch die Gaseinlassöffnung in das Schutzelement eindringen. Dadurch wird die Benetzungsbeständigkeit verbessert.
Außerdem ist der Druck an der Gaseinlassöffnung, die sich auf der Außenseite der imaginären Innenfläche des Rohrs befindet, höher als in der Nähe der Gaseinlassöffnung, wo die Strömungsgeschwindigkeit des zu detektierenden Gases am höchsten ist und ein Unterdruck entsteht, und der Druckunterschied zwischen der Gaseinlassöffnung und der Gaseinlassöffnung wird groß. Daher wird der Gasaustausch innerhalb des Schutzelements weiterhin beschleunigt, wodurch das Ansprechverhalten weiter verbessert wird.
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WIRKUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung erhält man einen Gassensor und eine Struktur mit befestigtem Gassensor, die durch Verwendung eines einwandigen Schutzelements sowohl die Benetzungsbeständigkeit als auch das Ansprechverhalten verbessern.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Gassensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer Struktur mit befestigtem Gassensor, bei der ein Gassensor an einem Rohr befestigt ist.
- 3 zeigt eine Draufsicht auf ein Schutzelement von einer vorderen Endseite zu einer hinteren Endseite hin gesehen.
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VARIANTEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 im Detail beschrieben. 1 ist eine Schnittdarstellung eines Gassensors 1 gemäß der Ausführungsform der ersten Variante der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Schnittdarstellung einer Struktur mit befestigtem Gassensor 200, in der ein Gassensor 1 an einem Rohr 100 befestigt ist. 3 ist eine Draufsicht auf ein Schutzelement 51 von einer vorderen Endseite zu einer hinteren Endseite hin gesehen.
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In 1 umfasst der Gassensor (Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor mit vollem Messbereich) 1 ein Sensorelement 21; einen Halter (Keramikhalter) 30 mit einem in Richtung einer Axiallinie O durchdringenden Durchgangsloch 32, in das das Sensorelement 21 eingesetzt ist; ein Metallgehäuse 11, das einen Umfang des Keramikhalters 30 in einer Radialrichtung umgibt; und ein Schutzelement 51.
Ein vorderer Endabschnitt des Sensorelements 21, in dem ein Erfassungsabschnitt 22 ausgebildet ist, ragt von dem Keramikhalter 30 und dem Metallgehäuse 11 nach vorne. Das Sensorelement 21, das in das Durchgangsloch 32 eingeführt ist, ist im Inneren des Metallgehäuses 11 fixiert, während die Gasdichtigkeit in Vorwärts-Rückwärts-Richtung dadurch sichergestellt wird, dass ein Dichtungsmaterial (im vorliegenden Beispiel Talk) 41, das auf der hinteren Endflächenseite (der Oberseite in 1) des Keramikhalters 30 angeordnet ist, mittels einer aus einem isolierenden Material gebildeten Hülse 43 und einer Ringscheibe 45 in Vorwärts-Rückwärts-Richtung komprimiert wird.
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Ein hinterer Endabschnitt 29 des Sensorelements 21 ragt von der Hülse 43 und dem Metallgehäuse 11 nach hinten. Metallanschlusselemente 75, die an den Spitzen der jeweiligen Anschlussdrähte 71 vorgesehen sind, die sich durch ein Dichtungselement 85 nach außen erstrecken, werden in Druckkontakt mit den jeweiligen Elektrodenanschlüssen 24 gebracht, die an dem hinteren Endabschnitt 29 ausgebildet sind, und sind dadurch elektrisch mit den jeweiligen Elektrodenanschlüssen 24 verbunden. Außerdem ist der hintere Endabschnitt 29 des Sensorelements 21, der die Elektrodenanschlüsse 24 enthält, durch ein Außengehäuse 81 abgedeckt. Im Folgenden wird eine weitere detaillierte Beschreibung gegeben.
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Das Sensorelement 21 erstreckt sich in Richtung der Axiallinie O und hat eine streifenplattenartige Form (plattenförmige Form). Das Sensorelement 21 hat einen Erfassungsabschnitt 22, der an einem vorderen Endabschnitt (die untere Seite in 1) vorgesehen und auf ein Messziel gerichtet ist. Der Erfassungsabschnitt 22 umfasst Erfassungselektroden usw. (nicht dargestellt) und erfasst eine bestimmte Gaskomponente, die in einem zu erfassenden Gas enthalten ist. Das Sensorelement 21 hat einen rechteckigen Querschnitt, dessen Größe in Vorwärts-Rückwärts-Richtung konstant ist. Das Sensorelement 21 besteht hauptsächlich aus einem keramischen Material (Festelektrolyt, etc.), so dass das Sensorelement 21 eine längliche Form hat. Das Sensorelement 21 selbst ist dasselbe wie ein herkömmlich bekanntes Sensorelement. Ein Paar Erfassungselektroden, die den Erfassungsabschnitt 22 bilden, sind an einem vorderen Endabschnitt des Festelektrolyten (Elements) angeordnet, und die Elektrodenanschlüsse 24, die mit den Erfassungselektroden verbunden sind und an welchen die Anschlussdrähte 71 zum Ausgeben des Erfassungsausgangs angeschlossen sind, sind an einem hinteren Endabschnitt des Festelektrolyten (Elements) ausgebildet, um nach außen freiliegend zu sein.
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Im vorliegenden Beispiel ist eine Heizung (nicht dargestellt) in einem vorderen Endabschnitt eines auf den Festelektrolyten (Element) des Sensorelements 21 auflaminierten Keramikelements vorgesehen. An einem hinteren Endabschnitt des keramischen Elements sind Elektrodenanschlüsse 24 ausgebildet, an die Anschlussdrähte 71 zum Anlegen einer Spannung an die Heizung angeschlossen sind, die nach außen freiliegen. Diese Elektrodenanschlüsse 24 haben eine längliche, rechteckige Form und sind beispielsweise am hinteren Endabschnitt 29 des Sensorelements 21 so angeordnet, dass jeweils drei oder zwei Elektrodenanschlüsse seitlich an den breiteren Flächen (gegenüberliegenden Flächen) der streifenförmige Platte anliegen, obwohl sie nicht abgebildet sind.
Insbesondere ist der Erfassungsabschnitt 22 des Sensorelements 21 mit einer porösen Schutzschicht 23 aus Aluminiumoxid, Spinell oder ähnlichem überzogen. Außerdem hat das Sensorelement 21 ein Elementeinführungsloch 25, das mit dem Erfassungsabschnitt 22 in Verbindung steht und durch das das zu erfassende Gas in den Erfassungsabschnitt 22 eingeführt wird. In der Elementeinführungsöffnung 25 ist eine nicht dargestellte poröse Diffusionswiderstandsschicht angeordnet.
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Das Metallgehäuse 11 ist rohrförmig und hat konzentrische Abschnitte, die in Vorwärts-Rückwärts-Richtung nebeneinander liegen und verschiedene Durchmesser haben. Insbesondere hat das Metallgehäuse 11 einen zylindrischen, ringförmigen Abschnitt (im Folgenden auch als zylindrischer Abschnitt bezeichnet) 12, der an der vorderen Endseite vorgesehen ist, der einen kleinen Durchmesser hat und auf dem ein Schutzelement 51 (das später beschrieben wird) fest angebracht ist. Ein Gewinde (Befestigungsabschnitt) 13, bei der es sich um ein Gewinde mit Außengewinde handelt, das einen größeren Durchmesser als der zylindrische Abschnitt 12 hat und zur Befestigung an einem Auspuffrohr eines Motors dient, ist an einer äußeren Umfangsfläche auf der Rückseite (der oberen Seite in der Zeichnung) des zylindrischen Abschnitts 12 vorgesehen. Das Metallgehäuse 11 hat einen polygonalen Werkzeugseingriffsabschnitt 14, der an der Rückseite des Gewindes 13 vorgesehen ist. Der Werkzeugseingriffsabschnitt 14 dient zum Einschrauben des Gewindes 13 und damit zur Befestigung des Sensors 1. Außerdem hat das Metallgehäuse 11 einen zylindrischen Abschnitt 15, der sich auf der Rückseite des Werkzeugseingriffsabschnitts 14 befindet. Das Schutzrohr (Außengehäuse) 81, das einen hinteren Abschnitt des Gassensors 1 abdeckt, ist auf den zylindrischen Abschnitt 15 aufgesetzt und mit ihm verschweißt. Das Metallgehäuse 11 hat einen zylindrischen Abschnitt zum Crimpen 16, der sich auf der Rückseite des zylindrischen Abschnitts 15 befindet. Der zylindrische Abschnitt zum Crimpen 16 hat einen Außendurchmesser und eine geringere Wandstärke als der zylindrische Abschnitt 15.
Insbesondere hat der Werkzeugseingriffsabschnitt 14 einen größeren Durchmesser als das Gewinde 13, und zwischen einer nach vorn weisende Fläche 14a des Werkzeugseingriffsabschnitts 14 und der hinteren Endseite des Gewindes 13 ist ein gestufter Abschnitt ausgebildet.
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In 1 hat der zylindrische Abschnitt zum Crimpen 16 eine nach innen gebogene Form, weil der zylindrische Abschnitt zum Crimpen 16 gecrimpt wurde. Insbesondere ist eine Dichtung 19 an der Unterseite des Werkzeugseingriffsabschnitts 14 angebracht. Die Dichtung 19 sorgt für eine Abdichtung, wenn das Gewinde 13 eingedreht wird.
Weiterhin weist das Metallgehäuse 11 ein inneres Loch 18 auf, das das Metallgehäuse 11 in Richtung der Axiallinie O durchdringt. Die innere Umfangsfläche des inneren Lochs 18 weist einen Stufenabschnitt 17 auf, der sich so verjüngt, dass sich der Abschnitt von der hinteren Endseite zur vorderen Endseite hin radial nach innen verjüngt.
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Der Halter (Keramikhalter) 30, der aus einem isolierenden keramischen Material (z.B. Aluminiumoxid) gebildet ist und zu einer annähernd kurzen zylindrischen Form geformt ist, ist im Inneren des Metallgehäuses 11 angeordnet. Der Keramikhalter 30 hat eine nach vorn weisende Fläche 30a, die sich zum vorderen Ende hin verjüngt. Dadurch, dass der Keramikhalter 30 durch das Dichtungsmaterial 41 von der hinteren Endseite her gepresst wird, während ein radial äußerer Abschnitt der nach vorn weisenden Fläche 30a in den Stufenabschnitt 17 eingreift, wird der Keramikhalter 30 im Metallgehäuse 11 positioniert und lose in dieses eingepasst.
Das Durchgangsloch 32 befindet sich in der Mitte des Keramikhalters 30 und ist eine rechteckige Öffnung, deren Größe ungefähr dem Querschnitt des Sensorelements 21 entspricht, so dass sich das Sensorelement 21 durch das Durchgangsloch 32 erstreckt, ohne dass ein Zwischenraum entsteht.
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Das Sensorelement 21 erstreckt sich durch das Durchgangsloch 32 des Keramikhalters 30, und das vordere Ende 21a des Sensorelements 21 ragt in Bezug auf den Keramikhalter 30 und das vordere Ende 12a des Metallgehäuses 11 nach vorn.
Ein vorderer Endabschnitt des Sensorelements 21 ist mit einem einwandigen Schutzelement (Schutzabdeckung) 51 abgedeckt, das die Form eines Zylinders mit Boden hat. Das hintere Ende des Schutzelements 51 ist auf den zylindrischen Abschnitt 12 des Metallgehäuses 11 aufgesetzt und mit diesem verschweißt. Das Schutzelement 51 hat in der Nähe des hinteren Endes einen stufenförmigen Abschnitt 51d. Der gestufte Abschnitt 51 d erstreckt sich in Radialrichtung (senkrecht zur Richtung der Axiallinie O). Das Schutzelement 51 hat an der vorderen Endseite des stufenförmigen Abschnitts 51 d einen kleineren Durchmesser.
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In dem gestuften Abschnitt 51 d sind Gaseinlassöffnungen 56f ausgebildet. Wie in 3 gezeigt, sind im vorliegenden Beispiel eine Vielzahl (zwölf) von Gaseinlassöffnungen 56 in gleichen Abständen in Umfangsrichtung des gestuften Abschnitts 51 d vorgesehen.
Insbesondere können die Gaseinlassöffnungen 56 so geformt sein, dass eine senkrechte Linie einer Ebene 56e, die durch einen Abschnitt des Umfangsrandes jeder Gaseinlassöffnung 56 verläuft, wobei sich dieser Abschnitt auf der Innenseite des Schutzelements 51 befindet, einen Winkel in Bezug auf die Radialrichtung bildet (ist nicht parallel zur Radialrichtung), und der Abschnitt des Umfangsrandes jeder Gaseinlassöffnung 56, welcher Abschnitt sich auf der Innenseite des Schutzelements 51 befindet, am hintersten angeordnet ist (mit anderen Worten, der Abschnitt des Umfangsrandes jeder Gaseinlassöffnung 56, welcher Abschnitt sich auf der Innenseite des Schutzelements 51 befindet, befindet sich auf der hinteren Endseite in Bezug auf einen Abschnitt des Umfangsrandes der Gaseinlassöffnung 56, welcher Abschnitt sich auf der Außenseite des Schutzelements 51 befindet). Diese Konfiguration wird bevorzugt, weil es unwahrscheinlich ist, dass Wassertröpfchen im zu erfassenden Gas durch die Gaseinlassöffnungen 56 in das Schutzelement 51 eindringen.
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In der Mitte eines Bodenabschnitts 51a des Schutzelements 51 befindet sich eine Gasauslassöffnung 53 (im vorliegenden Beispiel eine). Die Gaseinlassöffnung 53 befindet sich an der vorderen Endseite in Bezug auf die Gaseinlassöffnung 56. Aufgrund der Strömung des zu detektierenden Gases, das durch ein Rohr strömt, an dem der Gassensor 1 befestigt ist, wird das Gas innerhalb des Schutzelements 51 durch die Gasauslassöffnung 53 nach außen gesaugt, wodurch ein Unterdruck erzeugt wird. Aufgrund dieses Unterdrucks wird das zu erfassende Gas durch die Gaseinlassöffnungen 56 in das Schutzelement 51 eingeleitet.
Insbesondere im Beispiel von 1 kann ein mittlerer Abschnitt des Bodenabschnitts 51a des Schutzelements 51 durch Vorsehen zweier paralleler Schlitze zur Hinterseite hin angehoben werden, wodurch ein Deckel 51f gebildet wird, und die Gasauslassöffnung 53 ist in dem Spalt zwischen dem Bodenabschnitt 51 a des Schutzelements 51 und dem Deckel 51f so ausgebildet, dass sich die Gasauslassöffnung 53 in Radialrichtung erstreckt. Wenn das Schutzelement 51 von der vorderen Endseite in Richtung der Axiallinie O betrachtet wird, ist die Gasauslassöffnung 53 nicht direkt zu sehen. Daher ist es möglich, das Eindringen eines Tropfens von kondensiertem Wasser oder ähnlichem in das Schutzelement 51 durch die Gasauslassöffnung 53 zu verhindern.
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Wie in 1 gezeigt, werden die jeweiligen Metallanschlusselemente 75, die an den Spitzen der jeweiligen Anschlussdrähte 71 vorgesehen sind, die sich durch das Dichtungselement 85 nach außen erstrecken, dank der Federeigenschaften der jeweiligen Metallanschlusselemente 75 in Druckkontakt mit den jeweiligen Elektrodenanschlüssen 24 gebracht, die am hinteren Endabschnitt 29 des Sensorelements 21 ausgebildet sind, wodurch die jeweiligen Metallanschlusselemente 75 elektrisch mit den jeweiligen Elektrodenanschlüssen 24 verbunden sind. Im Gassensor 1 des vorliegenden Beispiels sind die jeweiligen metallischen Anschlusselemente 75, einschließlich ihrer Kontaktabschnitte, so angeordnet, dass sie sich in jeweiligen Aufnahmeräumen eines im Außengehäuse 81 angeordneten isolierenden Trennelementes 91 gegenüberliegen. Insbesondere werden die Bewegungen des Trennelements 91 in radialer Richtung und zur vorderen Endseite hin durch ein Halteelement 82 eingeschränkt, das durch Crimpen fest im Außengehäuse 81 gehalten wird. Ein vorderer Endabschnitt des Außengehäuses 81 ist auf den zylindrischen Abschnitt 15 an der hinteren Endseite des Metallgehäuses 11 aufgesetzt und damit verschweißt, wodurch ein hinterer Endabschnitt des Gassensors 1 gasdicht abgedeckt ist.
Insbesondere erstrecken sich die Anschlussdrähte 71 durch das Dichtungselement (z.B. Gummi) 85, das in einem hinteren Endabschnitt des Außengehäuses 81 angeordnet ist, nach außen. Dieses Dichtungselement 85 wird durch Verringern des Durchmessers dieses röhrenförmigen Abschnitts 83 mit geringem Durchmesser durch Crimpen komprimiert, wodurch die Gasdichtigkeit dieses Abschnitts aufrechterhalten wird.
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Das Außengehäuse 81 weist übrigens einen Stufenabschnitt 81d auf, der an einer von der Mitte in Richtung der Axiallinie O leicht zur hinteren Endseite hin verschobenen Position so ausgebildet ist, dass das Außengehäuse 81 an der vorderen Endseite des Stufenabschnitts 81d einen größeren Durchmesser aufweist. Die Innenfläche dieses Stufenabschnitts 81d stützt das Trennelement 91, während sie das hintere Ende des Trennelements 91 nach vorn drückt. Das Trennelement 91 weist an seinem Außenumfang einen Flansch 93 auf, der sich auf dem Halteelement 82 abstützt, das an der Innenseite des Außengehäuses 81 befestigt ist, wodurch das Trennelement 91 in Richtung der Axiallinie O durch den Stufenabschnitt 81d und das Halteelement 82 in Position gehalten wird.
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Als nächstes wird ein charakteristischer Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Abstand L1 in Richtung der Axiallinie O zwischen den Gaseinlassöffnungen 56 und der Gasauslassöffnung 53 größer als der Abstand L2 in Richtung der Axiallinie O zwischen dem Werkzeugseingriffsabschnitt 14 und den Gaseinlassöffnungen 56, und das vordere Ende 21a des Sensorelements 21 befindet sich auf der vorderen Endseite in Bezug auf die Gaseinlassöffnungen 56.
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Wie in 2 dargestellt, ist der Gassensor 1 an einem Rohr 100 (Abgasrohr oder dergleichen), durch das das zu erfassende Gas G strömt, infolge der direkten oder indirekten Befestigung des Gewindes 13 an dem Rohr 100 derart angebracht, dass ein vorderer Endabschnitt des Gassensors 1 aus einem Befestigungsloch 100h des Rohrs 100 in das Innere des Rohrs 100 ragt und die nach vorn weisende Fläche 14a des Werkzeugseingriffsabschnitts 14 in direktem oder indirektem Kontakt mit einer Außenfläche 100e des Rohrs 100 kommt. Durch die oben beschriebene Konfiguration kann ein Abschnitt des Schutzelements 51 (der vordere Endabschnitt des Gassensors 1), der dem Abstand L1 entspricht und länger ist als ein Abschnitt, der dem Abstand L2 entspricht, leicht in das Innere des Rohrs 100 hineinragen.
Dadurch wird es möglich, die Gasauslassöffnung 53, die sich am vorderen Endabschnitt des Gassensors befindet, näher zur Mitte des Rohrs 100 zu bringen, wo die Strömungsgeschwindigkeit des zu erfassenden Gases G am höchsten ist. Auf diese Weise kann das zu erfassende Gas G innerhalb des Schutzelements 51 durch die Gasauslassöffnung 53 zuverlässig durch Unterdruck nach außen abgeleitet werden. Das Ansprechverhalten wird dadurch verbessert.
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Da der Abstand L2 kürzer ist als der Abstand L1, ist es außerdem einfach, die Gaseinlassöffnungen 56 an der radial äußeren Seite einer imaginären Innenfläche 100a2 der Befestigungsöffnung 100h anzuordnen. Dadurch kann verhindert werden, dass die Gaseinlassöffnung 56 direkt mit dem zu detektierenden Gas G in Berührung kommt, das sich im Rohr 100 befindet und dessen Strömungsgeschwindigkeit hoch ist, wodurch verhindert wird, dass Wassertröpfchen, die in dem zu detektierenden Gas G enthalten sind, durch die Gaseinlassöffnung 56 direkt in das Schutzelement 51 gelangen. Dadurch wird die Benetzungbeständigkeit verbessert.
Außerdem ist der Druck an den Gaseinlassöffnungen 56, die sich auf der Außenseite der imaginären Innenfläche 100a2 des Rohrs 100 befinden, höher als in der Nähe der Gasauslassöffnung 53, wo die Strömungsgeschwindigkeit des zu erfassenden Gases am höchsten ist und ein Unterdruck entsteht, und die Druckdifferenz zwischen der Gasauslassöffnung 53 und den Gaseinlassöffnungen 56 wird groß. Wie aus dem in 2 dargestellten Fluss des zu erfassenden Gases (Pfeile) hervorgeht, wird es daher einfacher, das Gas durch die Gaseinlassöffnungen 56 an der Außenseite der imaginären Innenfläche 100a2 in das Schutzelement 51 einzuleiten, während das zu erfassende Gas G durch die Gaseinlassöffnung 53 effektiver nach außen abgeleitet wird. Dadurch wird der Gasaustausch innerhalb des Schutzelements 51 weiter beschleunigt, wodurch das Ansprechverhalten weiter verbessert wird.
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Im Gegensatz dazu ist der Abstand L2 zwischen dem Werkzeugseingriffsabschnitt 14 und den Gaseinlassöffnungen 56 in dem Fall, in dem der Abstand L2 gleich oder größer als der Abstand L1 ist, übermäßig groß. Infolgedessen können die Gaseinlassöffnungen 56 selbst dann, wenn der Werkzeugseingriffsabschnitt 14 von der Befestigungsöffnung 100h des Rohrs 100 zur radial äußeren Seite hin entfernt gehalten wird, in einen inneren Abschnitt (auf der radial inneren Seite der imaginären inneren Oberfläche 100a2) der Befestigungsöffnung 100h liegen. Daher sind die Gaseinlassöffnungen 56 direkt dem zu erfassenden Gas G ausgesetzt, das sich im Rohr 100 befindet und dessen Strömungsgeschwindigkeit hoch ist, wodurch der Benetzungswiderstand sinkt.
Wenn der Abstand L2 gleich oder größer als der Abstand L1 ist, wird der Abschnitt des Schutzelements 51 (der vordere Endabschnitt des Gassensors), der dem Abstand L1 entspricht, relativ kurz. Daher wird es schwierig, den vorderen Endabschnitt des Gassensors aus dem Befestigungsloch 100h in einen weiter innen liegenden Bereich des Rohrs 100 ragen zu lassen. Infolgedessen wird es schwierig, die Gasauslassöffnung 53 näher an die Mitte des Rohrs 100 zu bringen. Daher wird es schwierig, die Gasauslassöffnung 53 bei Unterdruck zu halten, wodurch das Ansprechverhalten abnimmt.
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Insbesondere ist der Abstand L1 der Abstand in Richtung der Axiallinie O zwischen den Gaseinlassöffnungen 56 und der Gasauslassöffnung 53 und stellt den Abstand zwischen den vorderen Enden der Gaseinlassöffnungen 56 und dem hinteren Ende der Gasauslassöffnung 53 dar.
In ähnlicher Weise ist der Abstand L2 der Abstand in Richtung der Axiallinie O zwischen dem Werkzeugseingriffsabschnitt 14 und den Gaseinlassöffnungen 56 und stellt den Abstand zwischen der nach vorn weisende Fläche 14a des Werkzeugseingriffsabschnitts 14 und den hinteren Enden der Gaseinlassöffnungen 56 dar.
Falls das Schutzelement 51 eine Vielzahl von Gaseinlassöffnungen 56 und eine Vielzahl von Gasauslassöffnungen 53 aufweist, stellt der Abstand L1 den Abstand zwischen dem vordersten der vorderen Enden der Vielzahl von Gaseinlassöffnungen 56 und dem hintersten der hinteren Enden der Vielzahl von Gasauslassöffnungen 53 dar. In ähnlicher Weise stellt der Abstand L2 den Abstand zwischen der nach vorn weisende Fläche 14a des Werkzeugseingriffsabschnitts 14 und dem vordersten der vorderen Enden der Gaseinlassöffnungen 56 dar.
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Der Grund, warum sich das vordere Ende 21a des Sensorelements 21 auf der vorderen Endseite in Bezug auf die Gaseinlassöffnungen 56 befinden muss, ist der folgende. Das zu detektierende Gas G, das durch die Gaseinlassöffnungen 56 eingeleitet wird, strömt nämlich innerhalb des Schutzelements 51 zur vorderen Endseite hin. Daher befindet sich das vordere Ende 21a des Sensorelements 21 an der vorderen Endseite in Bezug auf die Gaseinlassöffnungen 56. Dadurch wird es einfacher, das zu detektierende Gas G mit dem Erfassungsabschnitt 22 (der sich in der Nähe des vorderen Endes 21a befindet) des Sensorelements 21 in Kontakt zu bringen, wodurch die Erfassungsgenauigkeit verbessert wird.
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Der Ausdruck „das Gewinde 13 ist direkt oder indirekt an dem Rohr 100 befestigt“ bedeutet Folgendes. Im vorliegenden Beispiel ist ein Bohrungsrohr 102 am Umfang des Rohrs 100 so befestigt, dass es das Befestigungsloch 100h des Rohrs 100 umgibt, und ein Befestigungsabschnitt (das Außengewinde 13) des Metallgehäuses 11 ist mit einem rohrseitigen Befestigungsabschnitt (z.B. ein Innengewinde) an der Innenfläche des Bohrungsrohrs 102 verschraubt, wodurch der Gassensor 1 befestigt wird. Dieser Zustand wird als ein Zustand betrachtet, in dem das Gewinde 13 „indirekt“ am Rohr 100 befestigt ist.
In dem Fall, in dem ein Abschnitt des Rohrs 100 in der Nähe des Befestigungslochs 100h integral zur radialen Außenseite hin vorsteht oder das Rohr 100 selbst eine große Dicke hat, wird das Gewinde 13 ohne Verwendung des Bohrungsrohrs 102 „direkt“ an einem rohrseitigen Befestigungsabschnitt (z.B. ein Innengewinde) an der Innenfläche des Rohrs 100 befestigt.
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In ähnlicher Weise bedeutet der Ausdruck „die nach vorn weisende Fläche 14a des Werkzeugseingriffsabschnitts 14 ist in direktem oder indirektem Kontakt mit der Außenfläche 100e des Rohrs 100 befestigt“ Folgendes. Im vorliegenden Beispiel bedeutet dieser Ausdruck einen Zustand, in dem die nach vorn weisende Fläche 14a des Werkzeugseingriffsabschnitts 14 in Kontakt mit einer Außenfläche (nach Hinten weisende Fläche) des Bohrungsrohrs 102 steht, wenn das Gewinde 13 am Bohrungsrohr 102 befestigt ist. Insbesondere, wenn das Gewinde (Außengewinde) 13 des Metallgehäuses 11 mit dem Innengewinde an der Innenfläche des Bohrrohrs 102 mittels eines Werkzeugs, wie z.B. eines Schraubenschlüssels, das in den Werkzeugseingriffsabschnitt 14 eingreift, verschraubt wird, stößt die nach vorn weisende Fläche 14a des Werkzeugseingriffsabschnitts 14 mittels einer Dichtung 19 an die Außenfläche des Bohrrohrs 102. Dieser Zustand wird als ein Zustand betrachtet, in dem die nach vorn weisende Fläche 14a des Werkzeugseingriffsabschnitts 14 in „indirektem“ Kontakt mit der Außenfläche 100e des Rohrs 100 angebracht ist.
In dem Fall, in dem ein Abschnitt des Rohrs 100 in der Nähe des Befestigungslochs 100h integral in Richtung der radialen Außenseite vorsteht oder das Rohr 100 selbst eine große Dicke hat, wird der Gassensor ohne Verwendung des Bohrungsrohrs 102 so angebracht, dass die nach vorn weisende Fläche 14a des Werkzeugseingriffsabschnitts 14 mittels der Dichtung 19 in einem Zustand, in dem das Gewinde 13 am Rohr 100 selbst befestigt ist, in „direktem“ Kontakt mit der Außenfläche 100e des Rohrs 100 steht.
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Die „imaginäre Innenfläche 100a2“ des Befestigungslochs 100h ist eine Innenfläche, die durch Extrapolation der Kontur der Innenfläche 100a des Rohrs 100 in einem Querschnitt des Rohrs 100 entlang der in 2 dargestellten Radialrichtung an der Position des Befestigungslochs 100h gebildet wird. Diese Extrapolation kann z.B. durch Aufzeichnen einer großen Anzahl von Punkten auf der Innenfläche 100a des Rohrs 100 und Feststellung einer durch diese Punkte verlaufenden Näherungskurve erfolgen.
Der Bereich auf der radial inneren Seite der imaginären Innenfläche 100a2 kann als das Innere des Rohrs 100 betrachtet werden, durch das das zu erfassende Gas G strömt. Der Bereich auf der radial äußeren Seite der imaginären Innenfläche 100a2 kann dagegen als die Außenseite des Rohrs 100 betrachtet werden, und es ist denkbar, dass das zu detektierende Gas G kaum durch diesen Bereich fließt.
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Wenn der maximale Innendurchmesser DA des Schutzelements in einem Bereich, der dem Abstand L1 entspricht, gleich oder kleiner als 1/2 des Abstands L1 ist, wird der Abschnitt des Schutzelements 51, der sich auf der vorderen Endseite der Gaseinlassöffnungen 56 befindet und dem Abstand L1 entspricht, in Richtung der Axiallinie O verlängert. Daher wird der Druck in der Nähe der Gasausassöffnung 53 aufgrund des Venturi-Effekts stärker negativ, und das innerhalb des Schutzelements 51 zu erfassende Gas wird durch die Gasauslassöffnung 53 effektiver nach außen abgeleitet, wodurch das Ansprechverhalten weiter verbessert wird.
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Auch in dem Fall, in dem, wie in 3 gezeigt, die gesamte Öffnungsfläche S1 der Gasauslassöffnung (Gasauslassöffnungen) 53 gleich oder weniger als 50% der Fläche S2 des Bodenabschnitts 51a des Schutzelements 51 ist, wird der Druck in der Nähe Gasauslassöffnung 53 stärker negativ, und das Gas innerhalb des Schutzelements 51 wird durch die Gasauslassöffnung 53 effektiver nach außen abgeleitet. Daher wird das Ansprechverhalten weiterhin verbessert.
Um den Druck in der Nähe des Gasabzugslochs 53 sicher zu senken, ist es bevorzugt, dass sich das Gasabzugsloch 53 am vordersten Ende des Schutzelements 51 befindet, nämlich im Bodenabschnitt 51a.
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Die Struktur und die derart konfigurierte Form des Gassensors der vorliegenden Erfindung kann frei verändert werden, ohne dass der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
Zum Beispiel ist in den oben beschriebenen Ausführungsformen der Stufenabschnitt 51d des Schutzelements 51 so ausgebildet, dass er sich in radialer Richtung (parallel zur radialen Richtung) erstreckt, und die senkrechte Linie der Ebene, die durch einen Abschnitt des Randes jeder Gaseinlassöffnung 56 verläuft, die in dem Stufenabschnitt 51d vorgesehen ist, wobei sich dieser Abschnitt an der Innenseite des Schutzelements 51 befindet, steht senkrecht zur radialen Richtung. Der gestufte Abschnitt des Schutzelements 51 kann jedoch so geformt sein, dass er einen Winkel in Bezug auf die Radialrichtung aufweist.
Dementsprechend ist es bevorzugt, dass bei Betrachtung jeder Gaseinlassöffnung von der Außenseite in Radialrichtung das Innere des Schutzelements nicht zu sehen ist. Es kann jedoch eine Konfiguration verwendet werden, bei der der Stufenaabschnitt 51d3 des Schutzelements 51 derart konfiguriert ist, dass der Stufenabschnitt 51d3 (zur vorderen Endseite) zur radialen Innenseite hin abfällt, das Innere des Schutzelements 51 jedoch nicht zu sehen ist, wenn die Gaseinlassöffnungen 56 von der Außenseite in radialer Richtung betrachtet werden.
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Das Sensorelement ist auch nicht auf die Messung der Sauerstoffkonzentration beschränkt, sondern kann auch ein Sensor zur Messung der Konzentration von Stickoxiden (NOx), Kohlenwasserstoffen (HC) usw. sein.
Es kann ein röhrenförmiges Sensorelement verwendet werden.
Die Formen und Anzahl der Gaseinlassöffnungen und der Gasauslassöffnung sind nicht limitiert. Die Gaseinlassöffnungen und/oder die Gasauslassöffnung können zum Beispiel eine elliptische Form haben. Die Form der nach vorn weisenden Fläche des Metallgehäuses ist nicht auf die oben beschriebene Form limitiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gassensor
- 13
- Befestigungsabschnitt (Außengewinde)
- 14
- Werkzeugseingriffsabschnitt
- 14a
- nach vorn weisende Fläche des Werkzeugseingriffsabschnitts
- 21
- Sensorelement
- 21a
- vorderes Ende des Sensorelements
- 22
- Erfassungsabschnitt
- 51
- Schutzelement
- 53
- Gasauslassöffnung
- 56
- Gaseinlassöffnung
- 100
- Rohr
- 100a2
- imaginäre Innenfläche
- 100e
- Außenfläche des Rohrs
- 100h
- Befestigungsloch
- O
- Axiallinie
- G
- zu detektierendes Gas
