JP6587981B2 - ノッキング検出方法及びノッキング検出装置 - Google Patents
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内燃機関におけるノッキングを検出するためのノッキング検出方法であって、
前記内燃機関の有する気筒の筒内圧力を複数のクランク角において取得する筒内圧取得ステップと、
前記複数のクランク角における前記気筒の熱発生率をそれぞれ演算する熱発生率演算ステップと、
前記内燃機関の前記気筒の筒内圧力が最大となる筒内圧最大クランク角を取得する筒内圧最大クランク角取得ステップと、
前記筒内圧最大クランク角から第1値だけ小さい小側クランク角と、前記筒内圧最大クランク角より第2値だけ大きい大側クランク角との間の領域となるノック判定クランク角領域を決定するノック判定クランク角領域決定ステップと、
前記ノック判定クランク角領域における前記熱発生率の微分値を算出する熱発生率微分ステップと、
前記熱発生率微分ステップで算出された前記熱発生率の微分値に基づいて、ノッキング判定を行う第1ノッキング判定ステップと、を有する。
前記第1値および前記第2値は、それぞれ3度〜7度である。
本発明者らは、鋭意研究により、筒内圧最大クランク角の±3度〜7度の領域における熱発生率の微分値によりノッキング判定を精度よく行うことができることを見出した。よって、上記(2)の構成によれば、筒内圧最大クランク角の3度〜7度の領域をノック判定クランク角領域とすることにより、ノッキング判定精度を高めることができる。
前記第1ノッキング判定ステップは、
前記熱発生率微分ステップで算出された前記熱発生率の微分値の最大値となる最大微分熱発生率を取得し、前記最大微分熱発生率が第1ノック判定閾値よりも大きい場合にノッキング有と判定する。
上記(3)の構成によれば、ノック判定クランク角領域における熱発生率の微分値の最大値と閾値とを比較することにより、ノッキング判定を容易に行うことができる。
前記第1ノッキング判定ステップにおいてノッキング有と判定された場合に、前記ノッキングのノッキング強度の強弱を判定するノッキング強度判定ステップを、さらに備え、
前記ノッキング強度判定ステップは、
前記小側クランク角よりも第3値だけ小さいクランク角と前記小側クランク角との間の領域となる基準クランク角領域における、前記熱発生率の微分値の最大値となる基準微分熱発生率を取得する基準微分熱発生率取得ステップと、
前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさがノック強度判定閾値よりも大きい場合には前記ノッキング強度が強いと判定し、前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさが前記ノック強度判定閾値以下の場合には前記ノッキング強度が弱いと判定するノック強度判定ステップと、を有する。
上記(4)の構成によれば、ノッキング有と判定された際にノッキング強度も判定することができる。これによって、例えば、ノッキング強度の強弱によって点火時期を制御することにより、ノッキングによる内燃機関の損傷を避けながら、内燃機関をできるだけ高効率に運転することができる。
前記熱発生率の最大熱発生率が第2ノック判定閾値よりも大きい場合に、ノッキング強度が強い前記ノッキングを検出したと判定する第2ノッキング判定ステップを、さらに備える。
上記(5)の構成によれば、ノッキング強度が強いノッキングを迅速に検出することができる。これによって、内燃機関のノッキングによる損傷のより確実な防止を図ることができる。
前記熱発生率演算ステップは、前記筒内圧取得ステップで取得した前記筒内圧力を用いて、前記複数のクランク角におけるそれぞれの前記熱発生率を演算する。
上記(6)の構成によれば、筒内圧力は、筒内圧最大クランク角の取得のために取得される情報であり、熱発生率を取得するためのセンサといった他の構成を用いることなく、筒内圧力を用いて演算することによって、熱発生率を容易に得ることができる。
内燃機関の有する気筒の筒内圧力を検出可能な筒内圧センサと、前記内燃機関のクランク角を検出可能なクランク角センサと、を備えた内燃機関におけるノッキングを検出するためのノッキング検出方法であって、
前記筒内圧センサによって検出された前記筒内圧力を複数の前記クランク角において取得する筒内圧取得部と、
前記複数のクランク角における前記気筒の熱発生率をそれぞれ演算する熱発生率演算部と、
前記内燃機関の前記気筒の筒内圧力が最大となる筒内圧最大クランク角を取得する筒内圧最大クランク角取得部と、
前記筒内圧最大クランク角から第1値だけ小さい小側クランク角と、前記筒内圧最大クランク角より第2値だけ大きい大側クランク角との間の領域となるノック判定クランク角領域を決定するノック判定クランク角領域決定部と、
前記ノック判定クランク角領域における前記熱発生率の微分値を算出する熱発生率微分部と、
前記熱発生率微分部で算出された前記熱発生率の微分値に基づいて、ノッキング判定を行う第1ノッキング判定部と、を備える。
上記(7)の構成によれば、上記(1)と同様に、より精度良く容易にノッキング判定を行うことができる。
前記第1値および前記第2値は、それぞれ3度〜7度である。
上記(8)の構成によれば、上記(2)と同様に、ノッキング判定精度を高めることができる。
前記第1ノッキング判定部は、
前記熱発生率微分部で算出された前記熱発生率の微分値の最大値となる最大微分熱発生率を取得し、前記最大微分熱発生率が第1ノック判定閾値よりも大きい場合にノッキング有と判定する。
上記(9)の構成によれば、上記(3)と同様に、ノッキング判定を容易に行うことができる。
前記第1ノッキング判定部においてノッキング有と判定された場合に、前記ノッキングのノッキング強度の強弱を判定するノッキング強度判定部を、さらに備え、
前記ノッキング強度判定部は、
前記小側クランク角よりも第3値だけ小さいクランク角と前記小側クランク角との間の領域となる基準クランク角領域における、前記熱発生率の微分値の最大値となる基準微分熱発生率を取得する基準微分熱発生率取得部と、
前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさがノック強度判定閾値よりも大きい場合には前記ノッキング強度が強いと判定し、前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさが前記ノック強度判定閾値以下の場合には前記ノッキング強度が弱いと判定するノック強度判定部と、を有する。
上記(10)の構成によれば、上記(4)と同様に、ノッキング有と判定された際にノッキング強度も判定することができる。これによって、ノッキング強度の強弱によって点火時期を制御することにより、ノッキングによる内燃機関の損傷を避けながら、内燃機関をできるだけ高効率に運転することができる。
前記熱発生率の最大熱発生率が第2ノック判定閾値よりも大きい場合に、ノッキング強度が強い前記ノッキングを検出したと判定する第2ノッキング判定部を、さらに備える。
上記(11)の構成によれば、上記(5)と同様に、ノッキング強度が強いノッキングを迅速に検出することができる。これによって、内燃機関のノッキングによる損傷のより確実な防止を図ることができる。
前記熱発生率演算部は、前記筒内圧取得部で取得した前記筒内圧力を用いて、前記複数のクランク角におけるそれぞれの前記熱発生率を演算する。
上記(12)の構成によれば、上記(6)と同様に、熱発生率を取得するためのセンサといった他の構成を用いることなく、熱発生率を容易に得ることができる。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
以下、上述したノッキング検出装置1が備える上記の構成をそれぞれ説明する。
そして、筒内圧取得部11は、取得したクランク角θと筒内圧力Pとの関係(筒内圧変動曲線Cp)を、次に説明する熱発生率演算部12および筒内圧最大クランク角取得部13に出力するように構成されている。
熱発生率微分部15は、ノック判定クランク角領域Rjにおける熱発生率Q´の微分値(d(dQ/dθ)/dθ)を算出する。換言すれば、熱発生率Q´の傾き量を算出する。図1〜図2に示される実施形態では、熱発生率微分部15は、熱発生率演算部12およびノック判定クランク角領域決定部14にそれぞれ接続されている。そして、熱発生率微分部15は、熱発生率演算部12から入力された熱発生率Q´であって、ノック判定クランク角領域決定部14から入力されたノック判定クランク角領域Rjにある熱発生率Q´を微分している。これによって、ノック判定クランク角領域Rjにおける、クランク角θと熱発生率Q´の微分値との関係を示す熱発生率微分曲線Cqd(後述する図6参照)が得られる。
図3に示されるように、ノッキング検出方法は、内燃機関2におけるノッキングを検出するためのノッキング検出方法であって、筒内圧取得ステップ(S1)と、熱発生率演算ステップ(S2)と、筒内圧最大クランク角取得ステップ(S3)と、ノック判定クランク角領域決定ステップ(S4)と、熱発生率微分ステップ(S5)と、第1ノッキング判定ステップ(S6)と、を備える。
以下、上述した各ステップを、図3に示すフローの実行ステップ順に説明する。
例えば、上述した実施形態では、内燃機関2の気筒の筒内圧力Pを用いて、熱発生率Q´を演算しているが、他の幾つかの実施形態では、例えば、熱発生量Qを直接検出することにより熱発生率Q´を取得しても良いし、燃焼時の光の強度などの熱発生率Q´と関連がある他の物理量を用いて熱発生率Q´を演算しても良い。
11 筒内圧取得部
12 熱発生率演算部
13 筒内圧最大クランク角取得部
14 ノック判定クランク角領域決定部
15 熱発生率微分部
16 第1ノッキング判定部
17 ノッキング強度判定部
17a 基準微分熱発生率取得部
17b ノック強度判定部
18 第2ノッキング判定部
2 内燃機関
21 シリンダ(気筒)
22 ピストン
23 コンロッド
24 クランク軸
25 燃焼室
25a 副室
25b 主室
25c 噴孔
26 給気配管
26v 給気弁
27 排気配管
27v 排気弁
28 点火プラグ
29 ミキサ
29f 燃料供給管
29v 燃料調節弁
3 筒内圧センサ
4 クランク角センサ
7 点火時期制御装置
Q 熱発生量
Q´ 熱発生率
Q´max 最大熱発生率
Q´b 基準微分熱発生率
P 筒内圧力
Pmax 筒内圧力の最大値
θ クランク角
R 監視クランク角領域
Rj ノック判定クランク角領域
Rb 基準クランク角領域
R1 第1値
R2 第2値
R3 第3値
Cp 筒内圧変動曲線
Cq 熱発生率変動曲線
Cqd 熱発生率微分曲線
Dmax 最大微分熱発生率
Dth 第1ノック判定閾値
L ノック強度判定閾値
Lq 第2ノック判定閾値
Claims (14)
- 内燃機関におけるノッキングを検出するためのノッキング検出方法であって、
前記内燃機関の有する気筒の筒内圧力を複数のクランク角において取得する筒内圧取得ステップと、
前記複数のクランク角における前記気筒の熱発生率をそれぞれ演算する熱発生率演算ステップと、
前記内燃機関の前記気筒の筒内圧力が最大となる筒内圧最大クランク角を取得する筒内圧最大クランク角取得ステップと、
前記筒内圧最大クランク角から第1値だけ小さい小側クランク角と、前記筒内圧最大クランク角より第2値だけ大きい大側クランク角との間の領域となるノック判定クランク角領域を決定するノック判定クランク角領域決定ステップと、
前記ノック判定クランク角領域における前記熱発生率の微分値を算出する熱発生率微分ステップと、
前記熱発生率微分ステップで算出された前記熱発生率の微分値に基づいて、ノッキング判定を行う第1ノッキング判定ステップと、
前記第1ノッキング判定ステップにおいてノッキング有と判定された場合に、前記ノッキングのノッキング強度の強弱を判定するノッキング強度判定ステップと、備え、
前記第1ノッキング判定ステップは、
前記熱発生率微分ステップで算出された前記熱発生率の微分値の最大値となる最大微分熱発生率を取得し、前記最大微分熱発生率が第1ノック判定閾値よりも大きい場合に前記ノッキング有と判定し、
前記ノッキング強度判定ステップは、
前記小側クランク角よりも第3値だけ小さいクランク角と前記小側クランク角との間の領域となる基準クランク角領域における、前記熱発生率の微分値の最大値となる基準微分熱発生率を取得する基準微分熱発生率取得ステップと、
前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさがノック強度判定閾値よりも大きい場合には前記ノッキング強度が強いと判定し、前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさが前記ノック強度判定閾値以下の場合には前記ノッキング強度が弱いと判定するノック強度判定ステップと、を有することを特徴とするノッキング検出方法。 - 内燃機関におけるノッキングを検出するためのノッキング検出方法であって、
前記内燃機関の有する気筒の筒内圧力を複数のクランク角において取得する筒内圧取得ステップと、
前記複数のクランク角における前記気筒の熱発生率をそれぞれ演算する熱発生率演算ステップと、
前記内燃機関の前記気筒の筒内圧力が最大となる筒内圧最大クランク角を取得する筒内圧最大クランク角取得ステップと、
前記筒内圧最大クランク角から第1値だけ小さい小側クランク角と、前記筒内圧最大クランク角より第2値だけ大きい大側クランク角との間の領域となるノック判定クランク角領域を決定するノック判定クランク角領域決定ステップと、
前記ノック判定クランク角領域における前記熱発生率の微分値を算出する熱発生率微分ステップと、
前記熱発生率微分ステップで算出された前記熱発生率の微分値に基づいて、ノッキング判定を行う第1ノッキング判定ステップと、
前記熱発生率の最大熱発生率が第2ノック判定閾値よりも大きい場合に、ノッキング強度が強い前記ノッキングを検出したと判定する第2ノッキング判定ステップと、を備えることを特徴とするノッキング検出方法。 - 前記第1ノッキング判定ステップは、
前記熱発生率微分ステップで算出された前記熱発生率の微分値の最大値となる最大微分熱発生率を取得し、前記最大微分熱発生率が第1ノック判定閾値よりも大きい場合にノッキング有と判定することを特徴とする請求項2に記載のノッキング検出方法。 - 前記第1ノッキング判定ステップにおいて前記ノッキング有と判定された場合に、前記ノッキングのノッキング強度の強弱を判定するノッキング強度判定ステップを、さらに備え、
前記ノッキング強度判定ステップは、
前記小側クランク角よりも第3値だけ小さいクランク角と前記小側クランク角との間の領域となる基準クランク角領域における、前記熱発生率の微分値の最大値となる基準微分熱発生率を取得する基準微分熱発生率取得ステップと、
前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさがノック強度判定閾値よりも大きい場合には前記ノッキング強度が強いと判定し、前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさが前記ノック強度判定閾値以下の場合には前記ノッキング強度が弱いと判定するノック強度判定ステップと、を有することを特徴とする請求項3に記載のノッキング検出方法。 - 前記熱発生率の最大熱発生率が第2ノック判定閾値よりも大きい場合に、ノッキング強度が強い前記ノッキングを検出したと判定する第2ノッキング判定ステップを、さらに備えることを特徴とする請求項1に記載のノッキング検出方法。
- 前記第1値および前記第2値は、それぞれ3度〜7度であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のノッキング検出方法。
- 前記熱発生率演算ステップは、前記筒内圧取得ステップで取得した前記筒内圧力を用いて、前記複数のクランク角におけるそれぞれの前記熱発生率を演算することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のノッキング検出方法。
- 内燃機関の有する気筒の筒内圧力を検出可能な筒内圧センサと、前記内燃機関のクランク角を検出可能なクランク角センサと、を備えた内燃機関におけるノッキングを検出するためのノッキング検出方法であって、
前記筒内圧センサによって検出された前記筒内圧力を複数の前記クランク角において取得する筒内圧取得部と、
前記複数のクランク角における前記気筒の熱発生率をそれぞれ演算する熱発生率演算部と、
前記内燃機関の前記気筒の筒内圧力が最大となる筒内圧最大クランク角を取得する筒内圧最大クランク角取得部と、
前記筒内圧最大クランク角から第1値だけ小さい小側クランク角と、前記筒内圧最大クランク角より第2値だけ大きい大側クランク角との間の領域となるノック判定クランク角領域を決定するノック判定クランク角領域決定部と、
前記ノック判定クランク角領域における前記熱発生率の微分値を算出する熱発生率微分部と、
前記熱発生率微分部で算出された前記熱発生率の微分値に基づいて、ノッキング判定を行う第1ノッキング判定部と、
前記第1ノッキング判定部においてノッキング有と判定された場合に、前記ノッキングのノッキング強度の強弱を判定するノッキング強度判定部と、を備え、
前記第1ノッキング判定部は、
前記熱発生率微分部で算出された前記熱発生率の微分値の最大値となる最大微分熱発生率を取得し、前記最大微分熱発生率が第1ノック判定閾値よりも大きい場合に前記ノッキング有と判定し、
前記ノッキング強度判定部は、
前記小側クランク角よりも第3値だけ小さいクランク角と前記小側クランク角との間の領域となる基準クランク角領域における、前記熱発生率の微分値の最大値となる基準微分熱発生率を取得する基準微分熱発生率取得部と、
前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさがノック強度判定閾値よりも大きい場合には前記ノッキング強度が強いと判定し、前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさが前記ノック強度判定閾値以下の場合には前記ノッキング強度が弱いと判定するノック強度判定部と、を有することを特徴とするノッキング検出装置。 - 内燃機関の有する気筒の筒内圧力を検出可能な筒内圧センサと、前記内燃機関のクランク角を検出可能なクランク角センサと、を備えた内燃機関におけるノッキングを検出するためのノッキング検出方法であって、
前記筒内圧センサによって検出された前記筒内圧力を複数の前記クランク角において取得する筒内圧取得部と、
前記複数のクランク角における前記気筒の熱発生率をそれぞれ演算する熱発生率演算部と、
前記内燃機関の前記気筒の筒内圧力が最大となる筒内圧最大クランク角を取得する筒内圧最大クランク角取得部と、
前記筒内圧最大クランク角から第1値だけ小さい小側クランク角と、前記筒内圧最大クランク角より第2値だけ大きい大側クランク角との間の領域となるノック判定クランク角領域を決定するノック判定クランク角領域決定部と、
前記ノック判定クランク角領域における前記熱発生率の微分値を算出する熱発生率微分部と、
前記熱発生率微分部で算出された前記熱発生率の微分値に基づいて、ノッキング判定を行う第1ノッキング判定部と、
前記熱発生率の最大熱発生率が第2ノック判定閾値よりも大きい場合に、ノッキング強度が強い前記ノッキングを検出したと判定する第2ノッキング判定部と、を備えることを特徴とするノッキング検出装置。 - 前記第1ノッキング判定部は、
前記熱発生率微分部で算出された前記熱発生率の微分値の最大値となる最大微分熱発生率を取得し、前記最大微分熱発生率が第1ノック判定閾値よりも大きい場合にノッキング有と判定することを特徴とする請求項9に記載のノッキング検出装置。 - 前記第1ノッキング判定部において前記ノッキング有と判定された場合に、前記ノッキングのノッキング強度の強弱を判定するノッキング強度判定部を、さらに備え、
前記ノッキング強度判定部は、
前記小側クランク角よりも第3値だけ小さいクランク角と前記小側クランク角との間の領域となる基準クランク角領域における、前記熱発生率の微分値の最大値となる基準微分熱発生率を取得する基準微分熱発生率取得部と、
前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさがノック強度判定閾値よりも大きい場合には前記ノッキング強度が強いと判定し、前記基準微分熱発生率に対する前記最大微分熱発生率の大きさが前記ノック強度判定閾値以下の場合には前記ノッキング強度が弱いと判定するノック強度判定部と、を有することを特徴とする請求項10に記載のノッキング検出装置。 - 前記熱発生率の最大熱発生率が第2ノック判定閾値よりも大きい場合に、ノッキング強度が強い前記ノッキングを検出したと判定する第2ノッキング判定部を、さらに備えることを特徴とする請求項8に記載のノッキング検出装置。
- 前記第1値および前記第2値は、それぞれ3度〜7度であることを特徴とする請求項8〜12のいずれか1項に記載のノッキング検出装置。
- 前記熱発生率演算部は、前記筒内圧取得部で取得した前記筒内圧力を用いて、前記複数のクランク角におけるそれぞれの前記熱発生率を演算することを特徴とする請求項8〜13のいずれか1項に記載のノッキング検出装置。
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