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Diese Erfindung betrifft ein Fehlzündungs-Detektionsgerät für einen zumindest eine Zündkerze aufweisenden Verbrennungsmotor zum Detektieren des Umfangs der Ionen, die durch Verbrennung in einem Verbrennungsmotor produziert werden, wodurch das Auftreten einer Fehlzündung in dem Verbrennungsmotor detektiert wird, und insbesondere ein Fehlzündungs-Detektionsgerät mit einer Fehlerdiagnosefunktion mit einer Diagnosefunktion zum Bestimmen, ob ein Fehlzündungs-Detektionsfehler vorliegt oder nicht, der durch einen Ionenstrom bewirkt ist, wenn bestimmt auf der Grundlage eines Ionenstroms wird, dass eine Fehlzündung vorliegt.
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Bisher ist beispielsweise in
JP-A-10-252635 oder in
DE 198 11 628 A1 ein Fehlzündungs-Detektionsgerät offenbart, das unter Verwendung einer Ionenstrom-Detektionsvorrichtung und mit einer Fehlerbestimmungsvorrichtung auf der Grundlage einer Drehzahlschwankung eines Verbrennungsmotors das Vorliegen einer Fehlzündung oder eines Fehlers bei der Fehlzündungsbestimmung feststellt.
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6 zeigt eine Zeichnung zum Darstellen der bekannten Ionenstrom-Detektionsschaltung, 7 zeigt ein Steuerblockschaltbild der bekannten Ionenstrom-Detektionsschaltung, und 8 zeigt ein Flussdiagramm einer Fehlerdiagnose bei der bekannten Ionenstrom-Detektionsschaltung.
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Gemäß 6 besteht die Schaltung aus einer Zenerdiode 302, einem Ladekondensator 303 und einer Diode 304; außerdem ist ein Detektionswiderstand 305 zwischen einem Sekundäranschluss mit niedriger Spannung der Zündspule 301 und GND verbunden. Liegt ein Zündsignal an einem Zünder 112 an, so beginnt ein elektrischer Strom in eine Primärspule der Zündspule 301 zu fließen. Wird das Zündsignal auf Null während einer vorgegebenen Erregungszeit rückgesetzt, so wird der in die Primärzündspule fließende Strom Null. In der Zündspule 301 gespeicherte Energie bewirkt das Erzeugen einer Hochspannung an der Sekundärspule, wodurch die Verbrennung startet. Der Ladekondensator 303 speichert einen Strom zum Zeitpunkt der der Funkenbildung, und er wird auf die Zenerspannung der Zenerdiode DZ 203 geladen. Wenn der Funke verschwindet, wird der Ladestrom Null, jedoch liegt die in dem Ladekondensator 302 geladene Spannung an einer Zündkerze 107 an, und es fließt ein Entladestrom in die Zündspule 301 und die Peripherie der Zündkerze 107.
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Dann fließt ein Ionenstrom proportional zu der Ionenmenge in der Verbrennungskammer. Der Ionenstrom wird integriert, wodurch der Verbrennungszustand erfasst wird. D. h., bei Auftreten einer Fehlzündung erscheinen keine Ionen, da keine Verbrennung auftritt, und eine Wellenform gemäß einem Ionenstrom tritt am Ausgang einer Ionenstrom-Detektionsschaltung nicht auf, jedoch tritt die Ionenstromwellenform zu dem Verbrennungszeitpunkt auf. Demnach bestimmt die Fehlzündungsbestimmungsvorrichtung 206, ob die Ionenstromwellenform existiert oder nicht, wodurch bestimmt wird, ob eine Normalverbrennung oder eine Fehlzündung vorliegt. D. h., mit der Zeitsteuerung des Starts der Entladung als Starttrigger bewirkt die Fehlzündungsbestimmungsvorrichtung 206 die Eingabe eines Ausgangssignals einer Ionenstrom-Detektionsschaltung 210 zu einer vorgegebenen Zeit, und sie vergleicht das Ausgangssignal mit einem Schwellwert. Ist das Ausgangssignal gleich oder kleiner als der Schwellwert, stellt sie fest, dass eine Fehlzündung vorliegt.
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Die Ionenstrom-Detektionsschaltung in 6 ist als Fehl- bzw. Abtastsvorrichtung 210 in 7 beschrieben. Eine A/D-Umsetzvorrichtung 205 bewirkt das Umsetzen einer analogen Ausgabe von der Ionenstrom-Detektionsschaltung in digitale Form, und sie gibt das digitale Signal an die Fehlzündungsbestimmungsvorrichtung 206 aus. Die Fehlzündungsbestimmungsvorrichtung 206 bestimmt, ob eine Fehlzündung einem der Zylinder des Motors auftritt oder nicht, auf der Grundlage des Ionenstromwerts von der Abtastvorrichtung 210, und sie gibt ein Ausgangssignal entsprechend dem Bestimmungsergebnis zu einer Überwachungsverarbeitungsvorrichtung 204 und einer Abtastschaltungs-Fehlerbestimmungsvorrichtung 207 aus. Die Überwachungsverarbeitungsvorrichtung 204 führt immer eine Überwachungsdiagnoseverarbeitung aus, zum Überwachen der Beziehung zwischen dem Motorbetriebszustand und der Steuermenge auf der Grundlage von Ausgangssignalen von zahlreichen Sensoren und dem Ausgangssignal von der Fehlzündungsbestimmungsvorrichtung 206 und der Detektion einer Anormalität der zahlreichen Sensoren oder der Steuerinhalte. Gemäß dem Überwachungsergebnis wird eine Ausgangssteuerung der Kraftstoffunterbrechung, etc., durch die Ausgabesteuervorrichtung 203 bewirkt. Die Abtastschaltungs-Fehlerbestimmungsvorrichtung 207 bewirkt eine Abtastschaltungs-Fehlerdiagnose. Bei der Fehlerdiagnose wird bestimmt, ob die Abtastschaltung anormal vorliegt oder nicht, anhand der Beziehung zwischen dem Verbrennungszustand-Bestimmungsergebnis der Fehlzündungsbestimmungsvorrichtung 206 und jedem anderen Betriebszustand, basierend auf einem vorgegebenen Betriebszustandsignal. Wenn bestimmt wird, dass die Abtastschaltung anormal ist, wird eine Warnlampe 123 angeschaltet, basierend auf einem Vergleich mit einem Ausgangssignal von einer Erleuchtungsbedingung 208, und der Anzeige zum Ausführen einer Reparatur zu dem Betreiber.
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In dem in 8 gezeigten Flussdiagramm erfolgt zunächst bei dem Schritt 601 die Eingabe der Stromfehlzündungsbestimmung, und es wird bestimmt, ob der Zustand des Verbrennungsmotors normal ist oder ob eine Fehlzündung vorliegt. Liegt eine normale Verbrennung vor, so geht die Steuerung zu den Schritten 610 und nachfolgend über, jedoch unterscheiden sich deren Inhalte von den Inhalten der Erfindung, und sie werden deshalb hier nicht diskutiert. Wird bestimmt, dass eine Fehlzündung vorliegt, so geht die Steuerung zu dem Schritt 602, und es wird das Zeitintervall eines Referenzsensors 105 gemessen, und die Steuerung geht zu dem Schritt 603 über. Bei dem Schritt 603 werden die Zeitintervall-Messbedingungen des Referenzsensors 105 geprüft. D. h., es wird bestimmt, ob die Motorgeschwindigkeit in einem vorgegebenen Bereich liegt oder nicht, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit konstant ist oder nicht, und ob die Motorlastfluktuation in einem vorgegebnen Bereich liegt oder nicht. Bei dem Schritt 604 erfolgt, sofern vorgegebene Bedingungen erfüllt sind, ein Vergleich des Referenzsensorintervalls für den Zylinder, für den eine Fehlzündung detektiert wird, mit demjenigen der anderen Zylinder. Ist die Intervalldifferenz weniger als ein vorgegebner Wert, so geht die Steuerung zu dem Schritt 605. In dem Schritt 605 wird bestimmt, dass der Motor selbst nicht eine Fehlzündung ausführt und dass ein Fehler bei der Ionenstrom-Detektionsschaltung oder einem Kabelbaum vorliegt. Ist die Intervalldifferenz gleich oder größer als der vorgegebene Wert, so geht die Steuerung zu dem Schritt 606 über, und wird bestimmt, dass Fehlzündungen in dem Motor auftreten.
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Bei dem bekannten Gerät erfolgt dann, wenn eine Fehlzündung auf der Grundlage eines Ionenstroms festgestellt wird, eine Fehlerdiagnose auf der Grundlage einer Umdrehungsschwankung; zum Verbessern der Fehlerdiagnose-Zuverlässigkeit, insbesondere der Zuverlässigkeit der Fehlzündungsbestimmung auf der Grundlage einer Drehzahlfluktuation, ist es erforderlich, Betriebskoeffizienten zu kalibrieren bzw. eichen und insbesondere in einem Mehrzylindermotor gibt es ein Problem der Zunahme der Zahl der Kalibrierungsschritte.
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Auch
DE 42 23 619 C2 betrifft eine Fehlzündungserfassungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, bei der mit Hilfe eines Ionenstroms eine Fehlzündung erfasst wird.
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Vor dem Hintergrund des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fehlzündungs-Detektionsgerät für einen Verbrennungsmotor anzugeben, bei dem mit verringertem Aufwand eine erhöhte Zuverlässigkeit der Bestimmung von Fehlzündungen erreicht wird.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Fehlzündungs-Detektionsgerät mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 oder 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den Unteransprüchen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in denen zeigen:
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1 eine Zeichnung zum Darstellen der Konfiguration einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 ein Zeitablaufdiagramm zum Darstellen der ersten Ausführungsform der Erfindung;
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3 ein Blockschaltbild zum Darstellen der ersten Ausführungsform der Erfindung;
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4 ein Flussdiagramm zum Darstellen der ersten Ausführungsform der Erfindung;
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5 ein Blockschaltbild zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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6 eine Zeichnung zum Darstellen der Konfiguration eines Geräts nach einem betreffenden Stand der Technik;
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7 ein Blockschaltbild zum Darstellen des Geräts des entsprechenden Stands der Technik; und
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8 ein Flussdiagramm zum Darstellen des Geräts des betreffenden Stands der Technik.
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1 zeigt ein Ionenstrom-Detektionsgerät einer ersten Ausführungsform der Erfindung, 2 zeigt ein Betriebszeit-Ablaufdiagramm des Ionenstrom-Detektionsgeräts der ersten Ausführungsform der Erfindung, 3 zeigt ein Blockschaltbild der ersten Ausführungsform der Erfindung, und 4 zeigt ein Fehlzündungsfrequenz-Bestimmungsflussdiagramm der ersten Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Schaltelement, das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Zündspule, das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Zündkerze, das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Vorspannschaltung bestehend aus einer Zenerdiode, einem Kondensator, und einer Diode, das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Ionenstrom-Detektionswiderstand, das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Vergleichsvorrichtung mit einem Komparator, das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Zeitgeber-Verarbeitungsvorrichtung, und das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Ionenpuls-Erkennungsvorrichtung.
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Das Schaltelement 1, die Zündspule 2 und die Zündkerze 3, gezeigt in 1, sind für jeden Zylinder vorhanden. Das Ionenstrom-Detektionsgerät, bestehend aus der Vorspannschaltung 4, dem Ionenstrom-Detektionswiderstand 5, der Vergleichsvorrichtung 6 und der Zeitgeber-Verarbeitungsvorrichtung 7 ist für jeden Zylinder vorhanden.
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Liegt das in 2 gezeigte Zündsignal D an dem Schaltelement 1 an und fließt ein Primärstrom E in die Primärwicklung der Zündspule 2 und wird das Zündsignal D zu Null zum Zündzeitpunkt, so wird der Primärstrom E unterbrochen. In der Zündspule 2 gespeicherte Energie bewirkt das Erzeugen einer Hochspannung in der Sekundärspule, und bei Anlegen der Hochspannung wird eine Entladung zwischen den Elektroden der Zündkerze 3 erzeugt, und ein Luft-Kraftstoffgemisch in dem Zylinder wird gezündet. Zu diesem Zeitpunkt wird der Kondensator in der Vorspannspannung 4 durch den Sekundärstrom F geladen, der in die Sekundärwicklung der Zündspule 2 fließt. Die Maximalspannung des Kondensators wird durch die Zenerdiode begrenzt, die parallel zu dem Kondensator angeschlossen ist. Nach dem Abschluss der Entladung zwischen den Elektroden der Zündkerze, liegt die Vorspannspannung, gespeichert in dem Kondensator, an der Zündkerzen-Mittenelektrode an, und ein Ionenstrom fließt aufgrund der Ionen, die durch die Verbrennung in dem Zylinder erzeugt werden. Der Ionenstrom wird in eine Spannung durch den Detektionswiderstand 5 umgesetzt, und die Spannung wird in einem Puls durch die Vergleichsschaltung 6 umgesetzt, und ein durch einen Rauschstrom erzeugter Puls wird durch die Zeitgeber-Verarbeitungsschaltung 7 getrennt, und durch die Ionenpuls-Erkennungsvorrichtung 8 wird bestimmt, ob durch den Ionenstrom ein Puls erzeugt wird oder nicht, wodurch sich eine Verbrennungsfehlzündung bestimmen lässt. Wie in 2 gezeigt, tritt ein Puls bei dem Verbrennungszeitpunkt (#1) auf, jedoch tritt kein Puls bei dem Fehlzündungszeitpunkt (#3) auf. Die Ionenpuls-Erkennungsvorrichtung 8 bestimmt, ob ein Puls in der Zeitperiode von dem #1 Referenzwinkel zu dem #3 Referenzwinkel eines Kurbelwinkelsensors, gezeigt in 2, für das Ionenpulssignal des ersten Zylinders vorliegt oder nicht. Die Fehlzündungsfrequenzbestimmungsvorrichtung führt eine Fehlzündungszustandsbestimmung auf der Grundlage des Bestimmungsergebnisses aus. Sie fordert die Fehlerbestimmungsvorrichtung zum Ausführen einer Fehlerbestimmung lediglich dann auf, wenn die Ionenpuls-Erkennungsvorrichtung 8 bestimmt, dass kein Puls für eine vorgegebene Zahl aufeinanderfolgender Zeitpunkte oder für mehr als einen bestimmten Zylinder auftritt. Die mögliche Situation, in der die Ionenpuls-Erkennungsvorrichtung bestimmt, dass kein Puls während einer vorgegebenen Zahl aufeinanderfolgender Zeitpunkte oder für mehr als einen bstimmten Zylinder auftritt, ist eine tatsächliche Fehlzündung bewirkt durch einen Fehler der Zündspulenverdrahtung oder der Zündspule selbst, oder ein Fehlzündungs-Detektionssystemfehler beispielsweise ein Verdrahtungsfehler zwischen der Zündspule und dem Ionenstrom-Detektionsgerät, ein Verdrahtungsfehler zwischen dem Ionenstrom-Detektionsgerät und einem Controller, oder ein Fehler von dem Ionenstrom-Detektionsgerät selbst, und es muss eine Fehlerbestimmung ausgeführt werden.
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Die Fehlerbestimmungsvorrichtung misst die Zeit von dem Referenzwinkel zu dem nächsten Referenzwinkel, gezeigt in 2. Ist die Messzeitschwankung gleich oder größer als ein vorgegebener Wert, so bestimmt die Fehlerbestimmungsvorrichtung, dass tatsächlich eine Fehlzündung vorliegt, und ist die Messzeitfluktuation kleiner als der vorgegebene Wert, so bestimmt die Fehlerbestimmungsvorrichtung, dass ein Fehlzündungs-Detektionssystemfehler vorliegt ist, und sie gibt das Bestimmungsergebnis an die Fehlzündungsfrequenz-Bestimmungsvorrichtung und die Steuerumfang-Berechnungsvorrichtung aus.
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Demnach ist es dann, wenn die Steuermengen-Berechnungsvorrichtung eine Gegensteuerung bzw. Regelung wie eine Sperrung der Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder bei dem Fehlzündungs-Detektionszeitpunkt ausführt, wenn die Fehlerbestimmungsvorrichtung bestimmt, dass die Bedingung eines Fehlzündungs-Detektionssystemfehlers vorliegt, auch möglich, eine Steuerung so auszuführen, dass das Einspritzen in den Zylinder fortgesetzt wird. Weiterhin schreitet das MIL voran, unabhängig davon, ob die Bestimmung einen Fehlzündungs-Detektionssystemfehler oder eine wahre Fehlzündung anzeigt, und der Fehlermodus lässt sich durch die Fehlerbestimmungsvorrichtung bestimmen, so dass sich der Fehlercode für das Speichern sortieren lässt.
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Die 4 zeigt ein Fehlzündungsfrequenz-Bestimmungsflussdiagramm.
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Es erfolgt eine Bestimmung dahingehend, ob die Ionenpuls-Erkennungsvorrichtung 8 das Vorliegen eines Ionenpuls in dem momentanen Verbrennungshubzyklus erkennt oder nicht (S1). Existiert ein Ionenpuls, so sollte eine Fehlerbestimmung erfolgen, jedoch betrifft dies nicht die Inhalte der Erfindung und wird nicht diskutiert. In diesem Fall wird bestimmt, dass die Bedingung eine normale Verbrennung ist (S2), und die Steuerung geht zu der Berechnung der Fehlzündungsfrequenz des Zylinders (S10).
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Erkennt die Ionenpuls-Erkennungsvorrichtung 8 das Nichtvorliegen eines Ionenpulses in dem momentanen Verbrennungshubzyklus, erfolgt eine Bestimmung dahingehend, ob die Fehlerbestimmungsvorrichtung bereits eine Fehlerbestimmungsberechnung ausführt oder nicht (S3). Führt die Fehlerbestimmungsvorrichtung die Fehlerbestimmungsberechnung nicht aus, so erfolgt eine Bestimmung dahingehend, ob bei dem Zylinder kein Puls zu n aufeinanderfolgenden Zeitpunkten in der Vergangenheit vorliegt oder nicht (S7). Wird bestimmt, dass bei dem Zylinder kein Puls zu n aufeianderfolgenden Zeitpunkten existiert, so wird die Fehlerbestimmungsvorrichtung aufgefordert, eine Fehlerbestimmung auszuführen, und diese Verbrennungs-Fehlzündungsbestimmung wird in den Haltezustand versetzt (S8). Wird nicht bestimmt, dass bei dem Zylinder kein Puls zu n aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, so wird dieses Mal bestimmt, dass die Bedingung eine Fehlzündung ist (S9). In jedem Fall wird die Fehlzündungsfrequenzberechnung des Zylinders ausgeführt (S10). Es wird bestimmt, ob die Fehlzündungsfrequenz des Zylinders eine vorgegebene Frequenz oder mehr ist oder nicht (S11). Ist die Fehlzündungsfrequenz kleiner als die vorgegebene Frequenz, wird bestimmt, dass die Bedingung normal ist (S14), und die MIL wird nicht angeschaltet.
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Führt die Fehlerbestimmungsvorrichtung eine Fehlerbestimmungsberechnung aus, wird bestimmt, ob die Fehlerbestimmung endet oder nicht (S4). Endet die Fehlerbestimmung nicht, so wird die Verbrennungsfehlzündungsbestimmung in diesem Zyklus in den Haltezustand versetzt, und die Steuerung geht zu der Fehlzündungs-Frequenzberechnung des Zylinder über (S10). Bei der Berechnung der Fehlerbestimmungsvorrichtung ist es dann, wenn eine Fehlerbestimmung auf der Grundlage einer Änderung der Drehzahlinformation des Verbrennungsmotors erfolgt, möglich, eine hoch zuverlässige Verbrennungs-Fehlzündungsbestimmung mit einfacher Kalibrierung im Bereich auszuführen, wo die Drehzahl ausreichend niedrig und die Drosselklappenöffnung gering (geringe Last) ist.
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Die Fehlerbestimmung endet und das Fehlerbestimmungsergebnis wird geprüft (S6). Wird bestimmt, dass ein Fehler auftritt, so ist der Fehler ein Fehlzündungs-Detektionssystemfehler (S13); wird nicht bestimmt, dass ein Fehler auftritt, wird bestimmt, dass eine Fehlzündung vorliegt (S12). In jedem Fall wird MIL angeschaltet, unter Anzeige zu dem Betreiber, eine Reparatur auszuführen.
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Die 5 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Bei der zweiten Ausführungsform führt bei Empfang einer Anforderung zum Ausführen einer Fehlerbestimmung von der Fehlzündungsfrequenz-Bestimmungsvorrichtung die Fehlerbestimmungsvorrichtung die Fehlerbestimmung auf der Grundlage des Ausgangsspannungs-A/D-Werts eines in einer Abgasleitung installierten O2 Sensors aus. Als O2 Sensor wird ein Sensor zum Ausgeben eines hohen Signals von weniger als 1 V verwendet, wenn die Sauerstoffkonzentration niedrig ist, sowie eines niedrigen Signals von 0 V oder mehr, wenn die Sauerstoffkonzentration hoch ist, mit dem theoretischen Luft-Kraftstoffverhältnis als Grenze. Führt ein bestimmter Zylinder Fehlzündungen fortlaufend aus, so wird die Verbrennung in dem Zylinder nicht ausgeführt, und ein Luft-Kraftstoffverhältnis wird unverbrannt abgeleitet, und demnach existiert eine große Menge an Sauerstoff in der Nähe des O2 Sensors, und der O2-Sensor gibt ein geringes Signal aus. Demnach kann, wenn zumindest der O2-Sensorausgabe-A/D-Wert beim Auslasshub des Zielzylinders fortlaufend niedrig ist, die Fehlerbestimmungsvorrichtung bestimmen, dass tatsächlich eine Fehlzündung vorliegt; andernfalls kann die Fehlerbestimmungsvorrichtung bestimmen, dass ein Fehlzündungsdetektions-Systemfehler vorliegt.
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Demnach kann im Vergleich zu der Fehlerbestimmung auf der Grundlage einer Drehinformation eines Verbrennungsmotors eine Fehlerbestimmung ohne der Anforderung einer komplizierten Kalibrierung ohne Spezifizieren irgendwelcher Betriebsbedingungen ausgeführt werden.
