JPH0454283A - 内燃機関失火検出装置 - Google Patents

内燃機関失火検出装置

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JPH0454283A
JPH0454283A JP2164186A JP16418690A JPH0454283A JP H0454283 A JPH0454283 A JP H0454283A JP 2164186 A JP2164186 A JP 2164186A JP 16418690 A JP16418690 A JP 16418690A JP H0454283 A JPH0454283 A JP H0454283A
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combustion engine
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渉 福井
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俊雄 岩田
Toshio Osawa
大沢 俊雄
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F02P2017/125Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits

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  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、点火プラグのギャップ間に発生するイオン
電流に基づいて内燃機関の失火を検出する方法に関し、
特にイオン電流のレベルに相当する電流成分信号をスレ
ッショルドと比較することにより、ノイズ誤検出を防止
して信頼性を向上させた内燃機関失火検出装置及び方法
に関するものである。
[従来の技術] 一般に、自動車用ガソリンエンジン等に用いられる内燃
機関は、複数の気筒(例えば、4気筒)により、吸気、
圧縮、爆発及び排気の4サイクルで駆動されており、各
気筒毎のイグナイタによる点火時期及びインジェクタに
よる燃料噴射順序等を最適に制御するため、マイクロコ
ンピュータにより電子的に演算が行われている。このた
め、マイクロコンピュータは、各種運転条件の他に、内
燃機関の回転に同期した気筒毎の基準位置信号及び特定
気筒に対応した気筒識別信号等を取り込み、各気筒毎の
動作位置を識別して最適なタイミングで制御を行ってい
る。又、基準位置信号及び気筒識別信号を発生する手段
としては、内燃機間のカム軸又はクランク軸の回転を検
出して同期信号を発生する回転信号発生器が用いられて
いる。
例えば、各気筒の点火制御においては、ピストンで圧縮
された混合気を点火プラグの火花により燃焼させる必要
があるが、燃料や点火プラグ等の状態によっては点火制
御された気筒が燃焼できない場合がある。このような状
態が発生すると、他の気筒に対して異常な負荷がかかり
エンジンを損傷するうえ、未然ガスの流出により種々の
障害をもたらすおそれがある。
従って、機関の安全を確保するためには、各気筒につい
て確実に燃焼が行われたか否かを点火サイクル毎に検出
する必要がある。このため、従来より、点火プラグのギ
ャップ間に発生するイオン電流を検出して燃焼又は失火
状態を判別する装置が提案されている。
第5図は従来の内燃機関失火検出装置を示す構成図であ
る。
図において、(1)は内燃機関の駆動軸となるクランク
軸であり、複数の気筒(図示せず)のピストンに連結さ
れて回転駆動されるようになっている。
(2)はクランク軸(1)と同期して回転するカム軸、
(3)はクランク軸(1)とカム軸(2)とを連結する
タイミングベルトである。
一般的な4サイクルエンジンの場合、クランク軸(1)
の2回転に対して吸入、圧縮、爆発及び排気が行われ、
クランク軸(1)の2回転に対してカム軸(2)が1回
転し、カム軸(2)は、各気筒の4サイクル動作の1周
期に同期して1回転するようになっている。従って、4
気筒エンジンの場合、各気筒の動作位置は、クランク軸
(1)に対しては1回転の1/2周期分(180°)ず
つ位相がずれており、カム軸(2)に対しては、1/4
周期ずつ位相がずれている。
(4)はカム軸(2)に連結された回転信号発生器の回
転軸、(5)は回転軸(4)の一端に設けられた基準位
置検出用の回転円板である。(6)は回転円板(5)に
形成されたスリット状の窓であり、各気筒毎の基準位置
(所定回転角度)に対応するように設けられている。又
、回転円板(5)には、特定気筒に対応した気筒識別用
の窓(図示せず)が必要に応じて設けられている。
(8)は回転円板(5)の一部に対向配置された固定板
である。この固定板(8)には、窓(6)に対向するフ
ォトカプラセンサ(図示せず)が設けられており、各気
筒毎の基準位置信号りを生成するようになっている。こ
こでは、窓(6)の回転方向前方側の一端が各気筒の第
1の基準位置に対応し、回転方向後方側の一端が各気筒
の第2の基準位置に対応しており、基準位置信号りは、
第1の基準位置で立ち上がり、第2の基準位置で立ち下
がるパルス波形となる。
(10)は電子制御装置を構成するマイクロコンピュー
タ(以下、ECUという)であり、基準位置信号りと、
図示しない各種センサからの運転状態信号とに基づいて
、各気筒の燃料制御及び点火制御等を行うようになって
いる。ECU(10)は、判別された気筒順序に従って
各気筒を点火制御する分配手段を備えている。
(11)はE CU (10)からの点火信号りにより
駆動されるエミッタ接地のパワートランジスタ、(12
)は−次コイル側がパワートランジスタ(11)に接続
された点火コイル、(13)は点火コイル(12)の二
次コイル側に接続された点火プラグ、(14)は点火コ
イル(12)と点火プラグ(13)との間に挿入された
逆流防止用のダイオードである。尚、ここでは、1つの
気筒に対する点火部を代表的に示しているが、このよう
な点火部は各気筒に設けられている。
(20)は点火プラグ(13)の一端とE CU (t
o)との間に挿入されたイオン電流検出器であり、点火
プラグ(13)の一端に接続された逆流防止用のダイオ
ード(21)と、ダイオード(21)のカソードに接続
された負荷抵抗器(22)と、負荷抵抗器(22)に直
列接続された陽極接地の直流電源(23)と、負荷抵抗
器(22)及び直流電源(23)からなる直列回路に並
列接続された分圧抵抗器(24)及び(25)と、負荷
抵抗器(22)及び分圧抵抗器(24)の接続点に挿入
されたコンデンサ(26)と、分圧抵抗器(24)及び
(25)の接続点が比較入力端子(−)に接続され且つ
出力端子がECU (10)に接続された比較器(27
)と、電源及びグランド間に直列接続されて中間接続点
から比較器(27)の基準入力端子(+)にスレッショ
ルドTHを入力する分圧抵抗器(28)及び(29)と
を備えている。
分圧抵抗器(24)及び(25)は、イオン電流工に対
応した電圧(イオン電流値)■を生成する電圧生成手段
を構成し、分圧抵抗器(28)及び(29)は、燃焼判
定基準となるスレッショルドTHを生成するスレッショ
ルド生成手段を構成している。
以上の構成からなるイオン電流検出器(20)は、必要
に応じて、特定気筒の点火プラグ(13)のみに、又は
、各気筒毎の点火プラグ(13)に設けられている。
次に、第5図に示した従来の内燃機関失火検出装置の動
作について説明する。
クランク軸(1)と連動するカム軸(2)と共に回転円
板(5)が回転すると、固定板(8)上のフォトカブラ
センサからは、窓(6)に対応した基準位置信号りが出
力される。この基準位置信号りは、例えば、各気筒の第
1の基準位W B 75°で立ち上がり、第2の基準位
置B5°で立ち下がる波形となる。
第1の基準位置B75°は、TDC(上死点)から75
゜手前のクランク角位置であり、制御基準及びイニシャ
ル通電角度に相当する。又、第2の基準位置B5’は、
TDCから5゛手前のクランク角位置であり、クランキ
ング時のイニシャル点火位置に相当する。又、別の気筒
識別信号(基準位置信号しに含まれ得る)は、特定気筒
(例えば、#1気筒)に対応する基準位置信号りの発生
時に出力される。
こうして得られた基準位置信号りは、運転状態信号と共
にE CU (10)に入力される。又、運転状態信号
としては、例えば、エンジン(クランク)回転数や負荷
状態(アクセル開度)が入力される。
E CU (10)は、基準位置信号りにより識別され
た各気筒に対し、点火信号りを分配し、#1気筒、#3
気筒、#4気筒及び#2気筒の順にパワートランジスタ
(11)をオンさせる。そして、点火コイル(12)の
−次コイル電流を所要時間だけ通電した後、パワートラ
ンジスタ(11)を遮断し、点火コイル(12)の二次
コイル側を駆動して点火プラグ(13)に火花を発生さ
せる。このとき、点火コイル(12)に印加される電源
電圧は負の高電圧であるが、点火プラグ(13)で放電
が行われた後は遮断される。
この放電により、点火プラグ(13)の周辺で爆発(燃
焼)が起こると、直後に、点火プラグ(13)のギャッ
プ間に多量の陽イオンが発生する。この陽イオンは、イ
オン電流Iとなり、点火プラグ(13)のギャップ間か
ら、直流電源(23)の負電圧に引かれて、ダイオード
(21)及び負荷抵抗器(22)を介して流れる。
このイオン電流Tは、負荷抵抗器(22)の両端間の電
圧に変換された後、コンデンサ(26)により直流成分
がカットされ、更に、分圧抵抗器(24)及び(25)
によりイオン電流値Vに変換されて、比較器(27)の
比較入力端子(−)に入力される。イオン電流値Vは、
通常、爆発が起これば高い値となり、爆発が起こらなけ
れば低い値となる。一方、比較器(27)の基準入力端
子(+)には、分圧抵抗器(28)及び(29)によっ
て予め適切に設定されたスレッショルドTHが入力され
ている。
従って、比較器(27)は、イオン電流値■がスレッシ
ョルドTHより小さければ出力信号をオフとし、スレッ
ショルドTH以上であれば出力信号をオンとし、Hレベ
ルのイオン電流Iを検出したときのみ、Hレベルのイオ
ン電流検出値CをE CU (10)に入力する。
E CU (10)は、基準位置信号りから識別された
気筒と、イオン電流検出値Cとに基づいて、点火制御さ
れな気筒で正常に燃焼が行われたことを確認する。もし
、点火制御された気筒が正常であれば、点火プラグ(1
3)の放電により爆発が起こり、点火プラグ(13)の
間に多くの陽イオンが生成されるが、何らかの支障があ
って爆発が起こらなければ、陽イオンはほとんど生成さ
れない、これにより、気筒の失火状態を判別することが
できる。
しかしながら、イオン電流値Vには、例えば、点火特等
パルス幅の短いノイズが重畳され易く、イオン電流値V
のレベルが上昇してしまう、従って、スレッショルドT
Hとの比較結果のみにより燃焼を判定した場合、ノイズ
により比較器(27)がHレベルのイオン電流検出値C
を出力する可能性がある。このため、実際には、燃焼が
行われなくても正常に燃焼が行われたと判定してしまい
、前述のような機関の損傷を招くおそれがある。
[発明が解決しようとする課題] 従来の内燃機関失火検出装置及び方法は以上のように、
イオン電流値(失火情報)■がスレッショルドTHを越
えたときに燃焼状態を判定しているので、スレッショル
ドTH以上のレベルのノイズが重畳された場合、失火し
ているにもかかわらず燃焼が行われたと判定してしまい
、信頼性の高い失火検出が困難になるという問題点があ
った。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、イオン電流値にノイズが重畳されても信頼性
を損なうことのない内燃機関失火検出装置及び方法を得
ることを目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明に係る内燃機関失火検出装置は、イオン電流信
号を生成するイオン電流検出器と、イオン電流信号のレ
ベルに相当する電流成分信号を生成する電流成分検出器
と、点火行程後の電流成分信号を所定のスレッショルド
と比較して気筒の失火状態を検出するECUとを備えた
ものである。
又、この発明の別の発明に係る内燃機関失火検出装置は
、ECUが、所定タイミング毎に電流成分信号をデジタ
ル信号に変換するAD変換器と、内燃機間の運転状態を
判定する運転状態検出部と、運転状態に応じてスレッシ
ョルドを演算するスレッショルド演算部と、AD変換さ
れた電流成分信号とスレッショルドとを比較して失火検
出信号を出力する比較部とを含むものである。
又、この発明に係る内燃機関失火検出方法は、点火行程
後の気筒の点火プラグ間に発生するイオン電流の電流成
分信号を取り込むステップと、内燃機関の運転状態に応
じてスレッショルドを算出するステップと、電流成分信
号をスレッショルドと比較するステップと、電流成分信
号がスレッショルド以下の場合に気筒の失火状態を判定
するステップとを備えたものである。
[作用コ この発明においては、イオン電流のレベルに相当する電
流成分信号をスレッショルドと比較し、電流成分信号が
スレッショルド以下の場合に失火を検出する。
又、この発明の別の発明においては、失火判別用のスレ
ッショルドを運転状態に応じて最適値に設定する。
[実施例] 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図はこの発明による内燃機関失火検出装置の一実施例を
示す構成図、第2図は第1図の動作を説明するための波
形図、第3図はこの発明による内燃機関失火検出方法の
一実施例を示すフローチャート図である。
第1図において、(10^)及び(20^)はE CU
 (10)及びイオン電流検出器(20)にそれぞれ対
応しており、(13)、(14)及び(21)〜(23
)は前述と一同様のものであり、図示されない構成は第
5図に示した通りである。
この場合、イオン電流検出器(20A)は、点火プラグ
(13)の一端に接続された逆流防止用のダイオード(
21)と、イオン電流Iを電圧値に変換する負荷抵抗器
(22)と、負荷抵抗器(22)に接続された直流電源
(23)とから構成されており、電圧値に変換されたイ
オン電流信号Eは、負荷抵抗器(22)の両端から取り
出されている。
又、E CU (10^〉は、イオン電流信号Eのレベ
ルに相当する電流成分信号Fをデジタル信号に変換する
AD変換器(16)と、基準位置信号り及び運転状態信
号りに基づいて内燃機間の運転状態を判定する運転状態
検出部(17)と、運転状態検出部(17)からの運転
状態判定信号Gに基づいてスレッショルドTHを算出す
るスレッショルド演算部(18)と、AD変換された電
流成分信号FとスレッショルドTHとを比較して失火検
出信号Hを出力するための比較部(19)とから構成さ
れている。
運転状態検出器(17)は、基準位置信号りの立ち上が
り(B2S3)に同期したタイミング信号TをAD変換
器(16)に出力しており、AD変換器(16)は、所
定タイミングで電流成分信号FをAD変換入力するよう
になっている。又、運転状態検出器(17)は、電流成
分信号FのAD変換入力直後に、電流成分信号Fをリセ
ットするためのリセット信号Rを出力している。このリ
セット信号Rは、電流成分信号Fの信頼性を向上させる
ため、イオン電流信号Eのノイズ区間に対応したウィン
ド幅を有している。
(30)はイオン電流信号Eに基づいて電流成分信号F
を生成する電流成分検出器(例えば、積分器)であり、
運転状態検出部(17)からのリセット信号Rにより、
電流成分信号Fの出力動作がマスクされるようになって
いる。
次に、第2図の波形図及び第3図のフローチャート図を
参照しながら、この発明の一実施例の動作について説明
する。
前述と同様に、E CU (10^)は、各気筒のクラ
ンク角に対応した基準位置信号りに基づいて、所定のタ
イミングで点火プラグ(13)を放電させる。
このとき、放電直後に点火プラグ(13)のギャップ間
に発生したイオン電流■は、イオン電流検出器(20A
>に引き込まれ、負荷抵抗器(22)の両端間の電圧に
変換され、イオン電流信号Eとして出力される。
続いて、イオン電流信号Eは、電流成分検出器(30)
により、例えば第2図のように積分され、イオン電流信
号Eのレベルに対応した電流成分信号Fとなる。
E CU (IOA )は、基準位置信号りの立ち上が
り(B)5°)でタイミング信号Tを生成し、所定タイ
ミングで電流成分信号FをAD変換して取り込む(ステ
ップS1)。
そして、電流成分信号FのAD入力タイミング(B2S
3)の直後に、リセット信号Rを立ち上げて、電流成分
信号Fをリセットする。このリセット信号Rは、所定時
間だけ電流成分信号Fをマスクし、次の点火行程の直前
に立ち下げられる。これにより、電流成分信号Fは、基
準位置信号りの立ち下がり(B5°)より手前のタイミ
ングで再び立ち上がり始める。従って、点火行程の直前
のノイズ成分が電流成分信号Fに重畳されることはなく
、信頼性の高いイオン電流信号Fが取り込まれる。
ECU(IOA)にAD大入力れた電流成分信号Fは、
所定のスレッショルドTHと比較されてもよいが、運転
状態によってイオン電流工のレベルが変動するため、運
転状態に応じたスレッショルドTHと比較されることが
望ましい。
このため、運転状態検出部(1))は、基準位置信号り
及び運転状態信号りに基づいて運転状態を検出しくステ
ップS2)、運転状態判定信号Gを生成する。続いて、
スレッショルド演算部(18)は、運転状態判定信号G
に基づいてスレッショルドTHを算出する(ステップ5
3)8例えば、内燃機関の回転数が高い場合や負荷が大
きい場合には、イオン電流工のレベルが上昇するので、
高いスレッショルドTHを設定する。
最後に、比較部(19)はAD変換された電流成分信号
FとスレッショルドTHとを比較し−(ステップS4)
、 F≦THで あれば、失火検出信号Hを出力して検出対象気筒の失火
フラグをセットする(ステップS5)。
又、 F>TH であれば、検出対象気筒の失火フラグをリセットする(
ステップS6)。
以上のステップ31〜S6は、基準位置信号りのタイミ
ングに基づいて繰り返され、検出対象気筒に失火が生じ
ると、その失火状態は直ちに判定される。
このとき、ノイズパルスの重畳によりイオン電流信号F
のピークレベルが変動しても、例えば積分波形からなる
電流成分信号Fは、はとんど変動しない安定な値となる
。従って、燃焼状態を誤検出することはなく、常に信頼
性の高い高精度の失火検出が行われる。
尚、上記実施例では、電流成分検出器(30)を積分器
で構成したが、例えばピークホールド回路で構成しても
よい、この場合、電流成分信号Fは、第4図のようにピ
ークホールド波形となるが、前述と同様に、タイミング
信号Tにより、所定のタイミング毎にE CU (IO
A)にAD大入力れる。又、電流成分検出器(30)の
入力側にローパスフィルタ(図示せず)を適宜挿入すれ
ば、電流成分信号Fに頂上されるノイズパルスの影響を
除去することができる。
又、運転状態信号りとしては、内燃機関の回転数、負荷
、水温、吸気温及び燃料噴射量等があり、スレッショル
ド演算部(18)は、例えば、運転状態検出部(1))
から得られる運転状態判定信号G(回転数及び負荷等)
に基づいてスレッショルドマツプを検索した後、燃料噴
射量等に基づいてスレッショルドTHを補正してもよい
、この場合、燃料噴射量が多いとイオン電流Iのレベル
が増大するため、スレッショルドTHは増大するように
補正される。
又、スレッショルド演算部(18)が運転状態判定信号
Gのみに基づいてスレッショルドTHを算出する例を示
したが、マツプ等を用いずに、運転状態判定信号G及び
電流成分信号Fに基づいてスレッショルドTHを算出し
てもよい。
この場合、例えば、電流成分信号Fに基づいて、TH=
F −J からスレッショルドTHを算出することができる。
但し、Jは運転状態に応じた補正係数である。
更に、スレッショルドTHを平均化処理し、TH11=
に、・T H−+ + k x・F、+Kから平均スレ
ッショルドTH,を求めることができる。但し、TH,
、は前回のスレッショルド、F、は今回の電流成分信号
、Kは運転状態に応じた補正項である。又、kl及びに
2は平均化処理係数であり、 1>k+>kg>0 の範囲の値をとる。
[発明の効果コ 以上のようにこの発明によれば、イオン電流信号を生成
するイオン電流検出器と、イオン電流信号のレベルに相
当する電流成分信号を生成する電流成分検出器と、点火
行程後の電流成分信号を所定のスレッショルドと比較し
て気筒の失火状態を検出するECUとを備え、電流成分
信号がスレッショルド以下の場合に失火を検出するよう
にしたので、イオン電流値にノイズが重畳されても信頼
性を損なうことのない内燃機関失火検出装置が得られる
効果がある。
又、この発明の別の発明によれば、ECUが、所定タイ
ミング毎に電流成分信号をデジタル信号に変換するAD
変換器と、内燃機関の運転状態を判定する運転状態検出
部と、運転状態に応じてスレッショルドを演算するスレ
ッショルド演算部と、AD変換された電流成分信号とス
レッショルドとを比較して失火検出信号を出力する比較
部とを含み、失火判別用のスレッショルドを運転状態に
応じて最適値に設定するようにしたので、更に信頼性の
高い内燃機関失火検出装置が得られる効果がある。
又、この発明によれば、点火行程後の気筒の点火プラグ
間に発生するイオン電流の電流減分信号を取り込むステ
ップと、内燃機関の運転状態に応じてスレッショルドを
算出するステップと、電流成分信号をスレッショルドと
比較するステップと、電流成分信号がスレッショルド以
下の場合に気筒の失火状態を判定するステップとを設け
たので、イオン電流値にノイズが重畳されても信頼性を
損なうことのない内燃機関失火検出方法が得られる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による内燃機関失火検出装置の一実施
例を示す構成図、第2図は第1図の動作を説明するため
の波形図、第3図はこの発明による内燃機関失火検出方
法を示すフローチャート図、第4図はこの発明による内
燃機関失火検出装置の他の実施例の動作を説明するため
の波形図、第5図は従来の内燃機関失火検出装置を示す
構成図である。 (10A>・・・E CU     (13)・・・点
火プラグ(16)・・・AD変換器   (17)・・
・運転状態検出部(18)・・・スレッショルド演算部 (19)・・・比較部 (20A)・・・イオン電流検出器 (30)・・・電流成分検出器 ■・・・イオン電流    E・・・イオン電流信号F
・・・電流成分信号   TH・・・スレッショルドT
・・・タイミング信号  D・・・運転状態信号G・・
・運転状態判定信号 H・・・失火検出信号S1・・・
電流成分信号を取り込むステップS2・・・運転状態を
検出するステップS3・・・スレッショルドを算出する
ステップS4・・・電流成分信号をスレッショルドと比
較するステップ S5・・・失火状態を判定するステップ尚、図中、同一
符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)内燃機関の回転に同期して点火制御される複数の
    気筒と、 これら気筒のうちの少なくとも1つの気筒の点火プラグ
    に設けられてイオン電流信号を生成するイオン電流検出
    器と、 前記イオン電流信号のレベルに相当する電流成分信号を
    生成する電流成分検出器と、 点火行程後の前記電流成分信号を所定のスレッショルド
    と比較して前記気筒の失火状態を検出するECUと、 を備えた内燃機関失火検出装置。
  2. (2)ECUは、 所定タイミング毎に電流成分信号をデジタル信号に変換
    するAD変換器と、 内燃機関の運転状態を判定する運転状態検出部と、 前記運転状態に応じてスレッショルドを算出するスレッ
    ショルド演算部と、 AD変換された前記電流成分信号と前記スレッショルド
    とを比較して失火検出信号を出力する比較部と、 を含む特許請求の範囲第1項記載の内燃機関失火検出装
    置。
  3. (3)点火行程後の気筒の点火プラグ間に発生するイオ
    ン電流の電流成分信号を取り込むステップと、 内燃機関の運転状態に応じてスレッショルドを算出する
    ステップと、 前記電流成分信号を前記スレッショルドと比較するステ
    ップと、 前記電流成分信号がスレッショルド以下の場合に前記気
    筒の失火状態を判定するステップと、を備えた内燃機関
    失火検出方法。
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