JPH0447774B2 - - Google Patents

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JPH0447774B2
JPH0447774B2 JP59043043A JP4304384A JPH0447774B2 JP H0447774 B2 JPH0447774 B2 JP H0447774B2 JP 59043043 A JP59043043 A JP 59043043A JP 4304384 A JP4304384 A JP 4304384A JP H0447774 B2 JPH0447774 B2 JP H0447774B2
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JP
Japan
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knocking
signal
integral value
internal combustion
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JP59043043A
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JPS59193335A (ja
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Bonitsutsu Yoruku
Entenman Rooberuto
Miraa Berunharuto
Roode Jiiikufuriito
Unranto Sutefuan
Fuiisu Uarutaa
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/22Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
    • G01L23/221Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
    • G01L23/225Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines circuit arrangements therefor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 技術分野 本発明は、ノツキング過程に対応する有効信号
を少なくとも1つの基準信号と比較し、かつ、有
効信号が基準信号を上回つた場合に検出信号を発
生する、内燃機関のノツキング検出方法、および
この方法を実施するための装置に関する。
(ロ) 従来技術 一定の作動条件下で内燃機関にいわゆるノツキ
ングが起ることは公知である。この現象は、原動
機の可聴周波数振動として知覚される。燃料空気
混合気の衝撃波であると理解されている。これま
でノツキングを基本的に回避しようとする努力が
なされてきた。なぜならノツキングは、燃焼室側
のシリンダ壁面およびピストンに強い熱負荷を与
えてそれらを損傷するおそれがあり、さらに長時
間持続した場合には、内燃機関自体を破壊しかね
ないからである。しかし他方では、内燃機関の作
動範囲を最大限に利用し回転トルクと燃焼を最適
にしたいという要求もある。このため、内燃機関
のノツキングをできるだけ迅速にかつ正確に検出
する必要が生じる。この要請に応じるためには、
ノツキングの検出に適した発信器を用意するとい
う問題の外に、測定技術上の問題をも解決しなけ
ればならない。つまり、ノツキング信号“ノツキ
ング有”または“ノツキング無”に依存して内燃
機関を相応に制御するためには、発信器が検出し
た内燃機関の振動から、正確かつノイズ信号を含
まない有効ノツキング信号を取り出さなければな
らない。
またドイツ特許公報第3137016号にはノツキン
グに関連した有効(ノツキング)信号を基準信号
と比較する内燃機関のノツキング検出方法及び装
置が記載されている。その場合基準信号はデジタ
ルフイルタの出力信号により形成され有効信号の
瞬時値と基準信号の瞬時値との回帰的な関数とな
る。有効信号がこのようにして形成された基準信
号を上回つたときノツキング検出信号が形成され
る。このような装置ないし方法では有効信号の検
出に故障が発生すると故障検出が不可能になり以
後のノツキング制御では点火時点が早期の方向に
調節され内燃機関を破壊してしまう。
また、米国特許明細書第4012942号公報には、
別のノツキング検出器が記載されている。この検
出器は、ノツキング信号を基準信号と比較する。
基準信号は機関の回転数に依存し、関数発生器を
介して発生した信号である。しかしこの方法も、
実際に発生した内燃機関のバツクグラウンド雑音
に関連して検出するのではないという欠点を持つ
ている。従つて、個々の内燃機関の作動方式、調
整の具合、摩耗の程度などに対する配慮がなされ
ていない。
(ハ) 目 的 従つて、本発明は、このような従来の欠点を除
去するためになされたもので、安全性をもつて確
実にノツキングを検出し、それに対応して内燃機
関を最適に制御できる内燃機関のノツキング検出
方法及び装置を提供することを目的とする。
(ニ) 実施例 以下、図面に示す実施例に従い本発明を詳細に
説明する。
第1図に示す実施例ではノツキング・センサ1
は、可変利得増幅器2および帯域フイルタ3を介
して復調回路4と接続されている。復調回路4の
出力側は、調整器5を介して可変利得増幅器2と
接続されるとともに、積分器6と接続されてい
る。積分器6の出力側はA−D変換器7と接続さ
れ、A−D変換器7の出力側は、デジタル・フイ
ルタ8並びに比較装置9の入力側の1つと接続さ
れている。比較装置9はデジタル・コンパレータ
として構成すると有利である。デジタル・フイル
タ8は比較装置9の別の入力側と接続されてい
る。積分器6、A−D変換器7およびデジタル・
フイルタ8は、制御装置10により制御される。
制御装置10は、出力側11にノツキング検出信
号“ノツキング有”または“ノツキング無”を供
給し、同時に比較装置9および回転数発信器12
からの制御信号を受取る。制御装置10はマイク
ロ・プロセツサの形で、また回転数発信器12は
機関回転数発信器として構成するのが有利であ
る。
第1図に示す装置は次のように作動する。即
ち、ノツキング・センサ1から取り出された信号
は、可変利得増幅器2で増幅され、帯域フイルタ
3に送出される。帯域フイルタ3は、他の妨害雑
音(周波数の異なる多くのノイズ信号を含んでい
る)を抑圧して有効ノツキング信号だけを通過さ
せ、整流器として構成することができる復調回路
4にノツキング信号を供給する。ノツキング・セ
ンサ11の出力には、最大値まで増大して再び元
の値まで減少する電圧が発生する。ノツキングが
ない場合には、この電圧信号は平坦でありまたノ
ツキングがある場合には、最大の信号が発生す
る。可変利得増幅器2においてノツキング・セン
サ11の出力信号が増幅されるが、その信号波形
は同じとなつている。帯域フイルタ3を介して、
予想されるノツキング周波数に対応した周波数成
分が取り出され、復調回路4により帯域フイルタ
を通過した信号の包絡線が得られる。各回路の出
力信号の波形がそれぞれ概略図示されている。実
質的に低域フイルタから成る調整器5は、ノツキ
ング・センサから供給される信号が小さい時は可
変利得増幅器の増幅度が大きく、信号が大きい時
には増幅度が小さくなるように(自動利得調整)、
復調信号から調整器出力を形成する。増幅度を調
整することによつて、可変利得増幅器2ないし復
調回路4の出力信号を、機関の回転数とは無関係
に一定にすることができる。なぜなら、ノツキン
グ・センサ1の信号振幅は、機関の回転数が増大
すると共に大きくなるからである。
積分器6は、クランク・シヤフトの回転と同期
した測定窓の期間に、復調回路4の出力信号を0
から積分する。測定値は、制御装置10により回
転速度計12に依存して形成される。制御装置1
0は測定窓に相応して積分器6を制御する。測定
窓の期間が終わると共に、積分器6の出力電圧が
A−D変換器7の中でデジタル変換される。その
際、制御装置10はデジタル変換を指令し、また
A−D変換器7からデジタル変換の終了を表示す
る信号を受け取る。ノツキング・センサ1からの
信号はA−D変換器7の中で数値列に変換されて
デジタル・フイルタ8の入力側に送出される。こ
のデジタル・フイルタ8は低域通過特性を有する
1次のデジタル・フイルタとして構成できる。デ
ジタル・フイルタ8は出力信号列を供給し、その
値はデジタル形比較装置9においてA−D変換器
7によりデジタル変換された実際の測定値と比較
される。
A−D変換器7からのそれぞれの信号は、単に
数値列となつて現れるが、これらの数字の値はこ
れまでに測定した燃焼工程を特徴付ける値となつ
ている。デジタル・フイルタ8では以下に述べる
回帰式に従つて基準値が形成され、これがA−D
変換器7から得られる有効信号と比較される。こ
の場合、デジタル・フイルタ8によりこれまでの
信号の一種の平均値が形成されるので、デジタ
ル・フイルタ8の出力信号とA−D変換器7から
得られる測定値(有効信号)との差が所定の差と
なつた場合には、測定値は、平均値以上の異常電
圧、すなわちノツキング現象があることを示すの
で、ノツキングを検出することができる。
第2図に示す実施例は、デジタル・フイルタ8
の機能が計算ユニツト14内に設けられ、比較器
9も計算ユニツト14に含まれている点で第1図
の実施例と異なつている。計算ユニツト14はマ
イクロ・プロセツサとして構成することができ
る。A−D変換器7は計算ユニツト14にデジタ
ル変換された測定値を供給する。計算ユニツト1
4の中では、シリンダ数に相応して、シリンダ状
態の検出信号に従つた計数処理が行なわれ、その
ことにより、A−D変換器7のデジタル出力信号
は、各シリンダに相応して、個別のシリンダに対
応するメモリに供給される。
ノツキング・センサから供給される個々の測定
値に対して新たに設定される基準信号は、デジタ
ル・フイルタ形の計算ユニツトにより次の式に従
つて得られる。
y(ti)=(1−k)・y(ti-1)+kx(ti)ただし

y(ti)はそのつど計数される基準値であり、i
は各シリンダの燃焼サイクルを表わす数、x(ti)
はA−D変換器7から計算ユニツト14に供給さ
れるデジタル測定値、そして、kは新しい基準値
を形成するため実際の測定値を重みづけする際の
係数である。kは経験的に回転加速度ないし角加
速度(dω/dt)に従つて求められる。係数とは、
計算ユニツト14の中で実際の測定値x(ti)が
シフトレジスタにおいてシフトされる回数によつ
て決定される。従つてそれは、そのつど2で除算
される。つまりkは、例えば0.5;0.25;0.125等
である。実際の測定値x(ti)は比較装置9ない
し、計算ユニツト14において対応する基準値y
(ti)と比較される。その際、測定値x(ti)が所
定の係数m分だけ基準値より大きければ、ノツキ
ングが起つていると評価され、そのことが出力側
11から信号として送出される。
誤つた検出を避けるために計算ユニツト14に
おいて最小基準値が回転数の関数として記憶され
る。基準信号がこの最小基準値よりも小さくなる
と測定値は基準信号ではなくこの最小基準値と比
較される。内燃機関が動作中たとえば3000±250
回転/分の回転領域にあるときに測定値が記憶さ
れる。この値は一般的にシリンダ毎に異なる。続
いて計算ユニツト14において最小基準値が増減
され、すなわち係数で重みづけられ、各最小基準
が対応するシリンダの基準信号になるように合わ
される。これによつて最小基準値が各シリンダ毎
に異なるノイズ値に自動的に適合される。この適
合操作はそれぞれ1000回の燃焼サイクル毎にある
いは所定数の点火後にあるいは内燃機関の駆動パ
ラメータ(始動時あるいは温度等)にしたがつて
行なわれ、各シリンダ毎に最小基準値が形成され
る。
ノツキングの検出は、計算ユニツトの中でシリ
ンダごとに行なわれる。その際、メモリ内に記憶
された個々のシリンダに対応する基準値が呼び出
され、実際の測定値に依存して新しく算定され
る。ノツキング検出信号11によりシリンダの点
火時点を決めることができ、従つて各々のシリン
ダにおけるノツキングを抑制することができる。
基準値としては上述のように出力信号y(ti)が
用いられるが、その代わりに値y(tj-1)を使用
してもよい。この場合、実際の測定値は出力信号
列の中には含まれない。さらに、y(tj-1)をノ
ツキング検出のため使用し、対応する測定値x
(tj-1)によりノツキングの発生が検出された場
合は、新しい基準値y(ti)を形成する際に次の
燃焼サイクルの実際の測定値x(ti)を抑圧した
り、その一部を取るようにすることも可能であ
る。このことは、当該測定値の係数を0あるいは
1より小さな値例えばk=1/mに設定すること
により行なわれる。この構成によつてノツキング
発生時に基準値が過度に上昇することを防ぐこと
ができる。
内燃機関の回転数が600回転/分と1500回転/
分の間にある時実際の積分値が継続的に比較され
る。すなわち継続的に積分値の差が形成される。
この差形成時、たとえば始動後計算ユニツト14
のカウンタが初期値100にセツトされる。この差
値が所定の最小差値(例えば0に近い値)を下回
ると、例えば100にセツトされたカウンタは1づ
つデクレメントされる。そうでないときにはカウ
ンタは再び100にセツトされる。カウンタのデク
レメントにより計数値が0になると、計算ユニツ
ト14内の安全装置ないしプログラムが動作さ
れ、点火時点を遅く調節することによりすべての
駆動時にわたつて内燃機関の確実な動作が保証さ
れる。
可変利得増幅器2において故障が発生すると、
積分値はいつも同じ値を示しほぼ電源電位にあ
る。燃焼が約100回行なわれると計数値は0とな
り安全プログラムが動作される。
通常の駆動時にはシリンダ特性が異なることに
より、並びにノツキング制御機能により所定の最
小差値を上まわる差値が現われるようになり、カ
ウンタは再びセツトされる。
この監視機能は制御装置10あるいは計算ユニ
ツト14のソフトウエアにより行なわれるので、
センサ信号をシユミレーシヨンするモニタ線ある
いはテスト線のようなハードウエアを必要とする
ことがない。このモニタは始動時から内燃機関が
アイドル回転数近くにある毎に行なわれるので、
十分な監視が可能になる。カウンタが例えば100
にセツトされることにより最小差値よりも小さな
偶然現われる差値によつて安全プログラムが誤つ
て作動しないようにすることができる。
このように、積分値の差値を継続的に形成し、
また最小差値を設け、前記積分値の差値が最小差
値を所定回下回つたとき内燃機関を安全に動作さ
せる安全装置を作動させるもので、検出系に故障
があると、積分値は毎回ほぼ同じ値になり、その
積分値の差値は小さくなるので、その差値が所定
の最小差値を所定回下回つた場合、検出系に故障
があつたと判断して安全装置を作動させることが
できる。
本発明実施例によれば、測定窓において徐々に
妨害レベルの高まる妨害雑音、例えば弁雑音が、
ノツキングの検出に影響を及ぼすことはない。な
ぜなら、基準信号を弁雑音の緩慢な振幅変化に合
わせてあるからである。
又、本発明の実施例では積分値が時間的に前後
してあるいは燃焼サイクル毎に断続的に比較され
る。その場合差値が所定の値を上まわるとノツキ
ングセンサのラインに異常が発生したことが示さ
れ、誤つたノツキング制御により内燃機関に発生
する危害が発生するのを防止することができる。
その場合異常の表示になんら他のハードウエアを
必要とすることなく、制御回路におけるプログラ
ムによりこれを行なうことができるという利点が
得られる。
(ホ) 本発明の効果・利点 以上説明したように、本発明では、基準信号が
デジタル・フイルタを用いて形成され、前の基準
信号と係数kで重みづけられた積分値から新たに
求められることから、ノツキング有効信号と比較
される基準信号は、各燃焼サイクルで発生する信
号の平均値に対応する値となつており、その場合
係数kが内燃機関の回転速度に従つて変化するこ
とにより不規則な燃焼による変動を考慮した基準
信号を形成することができ、より確実にノツキン
グを検出することが可能になる。
更に他の本発明によれば、最小基準信号を設
け、基準信号が最小基準信号以下になる時にこの
最小基準信号を基準信号とするようにしているの
で、検出系の故障などにより基準信号が低くなり
すぎ、ノツキング検出が頻繁に行なわれるような
異常なノツキング検出を防止でき、より確実なノ
ツキング検出が可能になる。
また、他の発明によれば、積分値の差値を継続
的に形成し、また最小差値を設け、前記積分値の
差値が最小差値を所定回下回つたとき内燃機関を
安全に動作させる安全装置を作動させるようにし
ているので、ノツキング検出系に故障が発生し、
積分値が毎回ほぼ同じ値になるような検出系の故
障の場合に、内燃機関を安全に動作させることが
でき、誤つたノツキング制御により内燃機関に危
害が発生するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例のブロツク回路
図、第2図は第2の実施例のブロツク回路図を示
す。 1…ノツキング・センサ、2…可変利得増幅
器、3…帯域フイルタ、4…復調回路、5…調整
器、6…積分器、7…A−D変換器、8…デジタ
ル・フイルタ、9…比較装置、10…制御ユニツ
ト、11…出力側、12…回転数発信器、12…
回転数発信器、14…計算ユニツト。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ノツキング過程に関連した有効信号を少なく
    とも1つの基準信号y(ti)と比較し、有効信号
    が基準信号よりも大きくなつた時ノツキング検出
    信号が形成されるノツキング検出方法であつて、
    復調されたノツキング信号から調節可能な測定窓
    の期間中に積分値x(ti)が形成され、この積分
    値はデジタル・フイルタによりフイルタがかけら
    れて基準信号が形成され、その場合この基準信号
    はそれぞれ積分値が得られる毎に前の基準信号と
    係数(k)で重みづけられた積分値から新たに求めら
    れる内燃機関のノツキング検出方法において、前
    記係数(k)が内燃機関の回転加速度(dω/dt)に
    従つて変化することを特徴とする内燃機関のノツ
    キング検出方法。 2 iを個々のシリンダの燃焼サイクルを示す
    数、kを新しい基準値を形成するためにそのとき
    の積分値x(ti)に重みづけするための係数とし
    て、基準信号y(ti)を y(ti)=(1−k)・y(ti−1)+k・x(ti) の式に従つて形成することを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載の方法。 3 基準信号に対してy(ti−1)を用い、その
    ときの燃焼サイクルの積分値を基準信号に入れな
    いようにすることを特徴とする特許請求の範囲第
    2項に記載の方法。 4 ノツキング燃焼が検出された場合には、次ぎ
    の燃焼サイクルの積分値を用いないかあるいは一
    部を用いて基準信号を形成することを特徴とする
    特許請求の範囲第1項から第3項までのいずれか
    1項に記載の方法。 5 ノツキング過程に関連した有効信号を少なく
    とも1つの基準信号y(ti)と比較し、有効信号
    が基準信号よりも大きくなつた時ノツキング検出
    信号が形成されるノツキング検出装置であつて、
    復調されたノツキング信号から調節可能な測定窓
    の期間中に積分値x(ti)が形成され、この積分
    値はデジタル・フイルタによりフイルタがかけら
    れて基準信号が形成され、その場合この基準信号
    はそれぞれ積分値が得られる毎に前の基準信号と
    係数(k)で重みづけられた積分値から新たに求めら
    れ、その場合前記係数(k)が内燃機関の回転加速度
    (dω/dt)に従つて変化する内燃機関のノツキン
    グ検出装置において、 ノツキング・センサ1と、ノツキング信号の時
    間的な振幅値を得るための復調回4と、有効信号
    を基準信号と比較する比較装置9,14とを有
    し、 前記復調回路4の後段に制御装置10,14に
    よつて制御される積分器6が接続され、 更に前記積分器6の後段に制御装置10,14
    によつて制御されるA−D変換器7が接続され、 また前記A−D変換器7の後段にデジタル・フ
    イルタ8,14が接続され、 かつ比較装置9,14が制御装置10,14の
    制御に従つて基準信号を形成するデジタル・フイ
    ルタ8,14の出力信号列と、有効信号として用
    いられる積分器6のデジタル化された積分値とを
    比較することを特徴とする内燃機関のノツキング
    検出装置。 6 各シリンダ毎に個々にノツキング検出を行な
    い、各シリンダに対応する基準信号をそれぞれ計
    算ユニツト14内に設けられたメモリに記憶する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第5項に記載の
    装置。 7 係数kが計算ユニツト14のレジスタにおけ
    る積分値のシフト回数により求められることを特
    徴とする特許請求の範囲第5項又は第6項に記載
    の装置。 8 ノツキング過程に関連した有効信号を少なく
    とも1つの基準信号y(ti)と比較し、有効信号
    が基準信号よりも大きくなつた時ノツキング検出
    信号が形成されるノツキング検出方法であつて、
    復調されたノツキング信号から調節可能な測定窓
    の期間中に積分値x(ti)が形成され、この積分
    値はデジタル・フイルタによりフイルタがかけら
    れて基準信号が形成される内燃機関のノツキング
    検出方法において、最小基準信号を設け、基準信
    号が最小基準信号以下になる時にこの最小基準信
    号を基準信号とすることを特徴とする内燃機関の
    ノツキング検出方法。 9 前記最小基準信号は内燃機関の回転数の関数
    であることを特徴とする特許請求の範囲第8項に
    記載の装置。 10 各シリンダ毎にそれぞれ最小基準信号を設
    け、各最小基準信号がシリンダ毎にその基準信号
    となることを特徴とする特許請求の範囲第8項又
    は第9項に記載の方法。 11 前記最小基準信号は、所定の周期毎にある
    いは所定数の点火後にあるいは駆動パラメータに
    従つて各シリンダ毎に形成されることを特徴とす
    る特許請求の範囲第10項に記載の方法。 12 ノツキング過程に関連した有効信号を少な
    くとも1つの基準信号y(ti)と比較し、有効信
    号が基準信号よりも大きくなつた時ノツキング検
    出信号が形成されるノツキング検出方法であつ
    て、復調されたノツキング信号から調節可能な測
    定窓の期間中に積分値x(ti)が形成され、この
    積分値はデジタル・フイルタによりフイルタがか
    けられて基準信号が形成される内燃機関のノツキ
    ング検出方法において、積分値の差値を継続的に
    形成し、また最小差値を設け、前記積分値の差値
    が最小差値を所定回下回つたとき内燃機関を安全
    に動作させる安全装置を作動させることを特徴と
    する内燃機関のノツキング検出方法。 13 前記差値は内燃機関が所定の回転数領域に
    あるときに形成されることを特徴とする特許請求
    の範囲第12項に記載の方法。
JP59043043A 1983-03-10 1984-03-08 内燃機関のノツキング検出方法及び装置 Granted JPS59193335A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19833308541 DE3308541A1 (de) 1983-03-10 1983-03-10 Verfahren und vorrichtung zur erkennung des klopfens bei brennkraftmaschinen
DE3308541.2 1983-03-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59193335A JPS59193335A (ja) 1984-11-01
JPH0447774B2 true JPH0447774B2 (ja) 1992-08-04

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ID=6193090

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