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TECHNISCHES
GEBIET
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Abgasrückführungs-(hierin nachstehend als EGR (exhaust gas
recirculation) bezeichnet) Ventilsteuervorrichtung, die in einem
Abgasrückführungssystem
vorgesehen ist.
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STAND DER
TECHNIK
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1 ist
eine grundlegende Ansicht eines Motorabgassystems, in dem das Steuerventil 11 eines
EGR-Ventils in einem Abgasrückführungsdurchgang
c zum in Verbindung bringen des Abgasdurchgangs a und des Einlassdurchgangs
b eines Motors E miteinander angeordnet ist. Diese EGR-Ventilsteuervorrichtung
ist angepasst, das Öffnen/Schließen des
Steuerventils 11 durch z.B. einen Schrittmotor M eines
hybriden PM-4-Phasentyps oder dergleichen zu steuern. Die EGR-Ventilsteuervorrichtung
steuert den Öffnungswinkel
des Steuerventils 11, indem der Schrittmotor M einer Steuerung
einer offenen Schleife in Schritten eines Schrittwinkels unterzogen
wird.
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Die
Steuervorrichtung, die einen derartigen Schrittmotor M verwendet,
ist zum Steuern des Öffnungswinkels
des Steuerventils 11 nur in Schritten des Schrittwinkels
des Schrittmotors M fähig.
Somit gibt es eine Grenze für
die Auflösungsleistung
des Steuerventils 11, um den Öffnungswinkel zu steuern. Außerdem tritt
in der offenen Steuerung des Schrittmotors M manchmal eine Leistungsschwingungserscheinung
auf, die der Empfindlichkeit eine Grenze auferlegt. Sobald eine
Leistungs schwingung auftritt, tritt eine Differenz in gesteuerten
Variablen auf, und diese Differenz wird aufrechterhalten, was folglich Zuverlässigkeit
verringert.
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EGR-Ventilsteuervorrichtungen,
die gestaltet sind, das vorangehende Problem zu behandeln, waren
im Stand der Technik verfügbar.
Z.B. offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Hei 10 (1998) – 122059
eine Steuervorrichtung für
ein EGR-Ventil, was in einem Drehmomentausgleich zwischen einem
vorbestimmten Rückgabedrehmoment,
das in der öffnenden/schließenden Richtung des
Steuerventils 11 durch ein Pressmittel angelegt wird, und
einem variablen Motordrehmoment, angelegt in der schließenden/öffnenden
Richtung des Steuerventils 11 durch die Erregung eines
Gleichstrommotors (hierin nachstehend als ein Gleichstrommotor bezeichnet),
in einer Richtung öffnet/schließt. Diese
Steuervorrichtung umfasst: ein offenes Regelkreissystem für eine Steuerung
im offenen Kreis des Gleichstrommotors auf eine derartige Weise,
um ein Motordrehmoment entsprechend der Zielöffnungs-/Schließposition
des Steuerventils 11 zu generieren; und ein Rückkopplungssteuersystem
für eine
Rückkopplungssteuerung
des Gleichstrommotors basierend auf einer Abweichung zwischen Eingangsdaten,
die die Zielöffnungs-/Schließposition des
Steuersystems 11 anzeigen, und Erfassungsdaten, die die
tatsächliche Öffnungs-/Schließposition des
Steuerventils 11 anzeigen.
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Zuerst
wird ein Ansteuersystem beschrieben, das den obigen Gleichstrommotor
verwendet. Für
eine Rückkopplungssteuerung
des Öffnungswinkels
des Steuerventils durch ein Gleichstrom-Servomotorsystem wird der Öffnungswinkel
des Steuerventils 11 kontinuierlich erfasst und durch Verwenden eines
Positionssensors vom Typ eines Schiebewiderstands oder dergleichen
zurückgekoppelt.
Somit kann durch kontinuierliches Steuern des Drehmomentes, das
durch den Gleichstrommotor generiert wird, die Auflösungsleistung
des Steuerventils 11, um einen Öff nungswinkel zu steuern, theoretisch
unbegrenzt reduziert werden. In dem Gleichstrommotor gibt es anders
als in dem Fall des Schrittmotors M keine Steuerfehler, die durch
eine Leistungsschwingungserscheinung verursacht werden. Entsprechend kann
Empfindlichkeit im Vergleich zu einem Fall einer Verwendung des
Schrittmotors M verbessert werden, wobei so Zuverlässigkeit
gesteigert wird.
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Das
EGR-Ventilansteuersystem, das einen derartigen Gleichstrommotor
verwendet, setzt ein sogenanntes Drehmomentausgleichssystem ein,
das angepasst ist, Ventilöffnung/Schließung in
einem Drehmomentausgleich zwischen einem vorbestimmten Rückgabedrehmoment,
das in einer schließenden
Richtung (oder öffnenden
Richtung) durch eine Feder als ein Pressmittel angelegt wird, und
einem variablen Motordrehmoment, das in einer öffnenden Richtung (oder schließenden Richtung)
durch die Erregung des Gleichstrommotors in einer Richtung angelegt
wird, zu steuern. In dem Fall eines derartigen Ansteuersystems weisen,
da das Rückgabedrehmoment
stets an das EGR-Ventil angelegt wird, die Neigungen von Linien
A und B, die einer Hysterese unterzogen werden, verursacht durch
Reibung, eine Differenz auf, wie in 2 gezeigt
wird.
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Bezug
nehmend auf 2 zeigt die Linie A eine Betriebscharakteristik
an, wenn das Steuerventil 11 geöffnet wird durch Erhöhen des
Motordrehmomentes; und die Linie B eine Betriebscharakteristik, wenn
das Steuerventil 11 geschlossen wird durch Reduzieren des
Motordrehmomentes. Die Neigungen der Linien A und B werden durch
eine Federkonstante der Feder, die das Rückgabedrehmoment anlegt, geändert, und
die Linien A und B werden links und rechts in 2 gemäß der Größe eines
eingestellten Drehmomentes verschoben.
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Es
wird nun angenommen, dass die reine PI-Steuerung eingesetzt wird,
um das Steuerventil 11 der vorangehenden Be triebscharakteristika
zu steuern, wobei der Gleichstrommotor Gegenstand für proportionale
und integrale (PI) Steuerung ist basierend auf einer Abweichung
zwischen Eingangsdaten, die die Zielöffnungs-/Schließposition
des Steuerventils 11 anzeigen, und Erfassungsdaten, die
die tatsächliche Öffnungs-/Schließposition
des gleichen anzeigen. In diesem Fall ist es wegen den Betriebscharakteristika,
die in 2 gezeigt werden, schwierig, das Steuerventil 11 in
der Zielöffnungs-/Schließposition
zu unterhalten.
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Speziell
müssen
proportionale (P) und integrale (I) Verstärkungen erhöht werden, um eine Steuerung
entlang der Linie A auszuführen,
in Anbetracht der Betriebscharakteristika, die in 2 gezeigt
werden. Unter einer derartigen Einstellung wird jedoch, wenn das
Drehmoment basierend auf der PI-Steuerung erhöht wird, die Abweichung von
der Zielöffnungsposition "0", unmittelbar nachdem das Steuerventil 11 zu
der Zielöffnungsposition
geöffnet
wird, Einstellen einer P-Komponente gleich "0" und
Löschen
einer I-Komponente, und das Schließen des Steuerventils 11 wird
durch das Rückgabedrehmoment
unverzüglich
gestartet. In einer Anfangsstufe, wenn die Ventilschließung gerade
gestartet hat (kleine Abweichung), kann das Motordrehmoment das Rückgabedrehmoment
nicht überwinden,
da die P- und I-Komponenten beide klein sind, wobei so die Abweichung
vergrößert wird.
Selbst wenn die Abweichung zu einem Punkt wächst, dass das Motordrehmoment
und das Rückgabedrehmoment
ausgeglichen sind, kann danach die Schließoperation des Steuerventils 11 wegen
der Trägheit
des Gleichstrommotors nicht plötzlich
gestoppt werden, und folglich kann die Öffnungsoperation des Steuerventils 11 nicht
unverzüglich
gestartet werden. Falls eine Verstärkung auf eine derartige Weise
erhöht
wird, um ein relativ großes
Motordrehmoment zu generieren, wird, selbst wenn die Abweichung
klein ist, wie in 3 gezeigt, der Prozess in einen
Teufelskreis von erhöhten Überschwingungen
und Unterschwingungen gebracht.
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Es
wird eine Beschreibung einer Konstruktion des Standes der Technik
der Steuervorrichtung des Steuerventils basierend auf einem sogenannten Drehmomentausgleichansteuersystem
unter Verwendung des Gleichstrommotors durch Verweis auf 4 bis 7 gegeben.
In 4 bezeichnet ein Bezugszeichen 1 einen
Ventilkörper
mit einem Abgasrückführungsdurchgang
c, der in dem Rückführungssystem
vom Abgas gebildet ist. Das Steuerventil 11 wird angehoben,
wie gezeigt, um in Berührung mit
einer Sitzfläche 12 gebracht
zu werden, wobei dadurch der Abgasdurchgang c geschlossen wird.
Das Steuerventil 11 wird abgesenkt, um von der Sitzfläche 12 getrennt
zu werden, wobei dadurch der Abgasdurchgang c geöffnet wird.
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Ein
Bezugszeichen 2 bezeichnet ein Motorgehäuse zum Unterbringen eines
Gleichstrommotors 2a. Dieser Gleichstrommotor 20 inkludiert
einen Rotor 21 mit einer Spule 22, die darauf
gewunden ist, und ein Joch 23 mit einem Magneten 24.
Der obere Endteil des Rotors 21 wird in dem Motorgehäuse 2 durch
eine Gleitkugel 25 und eine Rotorwelle 26 drehbar
gestützt.
Der untere Endteil des Rotors 21 wird in dem Ventilkörper 1 durch
ein Lager 27 drehbar gestützt. Ein Kommutator 28 ist
an dem oberen Ende des Rotors 21 angebracht, und die Motorbürste 30 der
Seite des Motorgehäuses 2 wird
gegen den Kommutator 28 durch eine Bürstenfeder 29 gedrückt.
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Ein
Bezugszeichen 40 bezeichnet einen Positionssensor zum Erfassen
der Rotationsposition des Rotors 21, wobei ein Widerstandswert
des Positionssensors 40 gemäß der Rotationsposition des Rotors 21 variiert.
Der Positionssensor 40 und die Motorbürste 30 sind mit der
Steuervorrichtung (später
beschrieben) durch einen Konnektoranschluss 3 verbunden.
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Eine
Motorwelle 31 ist innerhalb des Rotors 21 im Eingriff,
und es wird durch die Führungsbuchse 13 des
Körpers 1 verhin dert,
dass die Motorwelle 31 gedreht wird. Entsprechend wird
die Motorwelle 31 in Proportion zu der Größe von Rotation
des Rotors 21 angehoben und abgesenkt. Eine Welle 14 wird
gegen das untere Ende der Motorwelle 31 angeschlagen. Der
mittlere Teil der Welle 14 wird so geführt, um in dem Ventilkörper 1 durch
eine Führungsdichtung 15 und
eine Führungsplatte 16 frei
angehoben und abgesenkt zu werden. Das Steuerventil 11 ist
an dem unteren Ende der Welle 14 angebracht.
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Ein
Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Führungsdichtungsabdeckung. Zwischen
einer Federsitzfläche 18,
die an dem oberen Ende der Motorwelle 14 angebracht ist,
und der Führungsplatte 16 ist eine
Feder 19 vorgesehen, um die Welle 14 aufwärts zu drücken, d.h.
in der Schließrichtung
des Steuerventils 11.
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Das
Steuerventil 11, das auf die vorangehende Art und weise
aufgebaut ist, wird durch ein Drehmomentausgleichssystem angesteuert,
wie das eine oben beschriebene. Speziell ist das EGR-Ventil derart
gestaltet, dass das Steuerventil 11 gesteuert wird, basierend
auf einem Drehmomentausgleich zwischen einem vorbestimmten Rückgabedrehmoment, das
in der Schließrichtung
des Steuerventils 11 durch die Feder 19 als Pressmittel
angelegt wird, und einem variablen Motordrehmoment, das in der Öffnungsrichtung
des Steuerventils 11 durch die Erregung des Gleichstrommotors 20 in
einer Richtung angelegt wird, geöffnet/geschlossen
zu werden.
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5 ist
eine grundlegende Ansicht, die schematisch die gesamte Steuervorrichtung
zeigt, in der eine Motoransteuerspannung durch eine Steuereinheit 50 bestimmt
wird, die durch einen Mikrocomputer implementiert ist. Ein Bezugszeichen 52 bezeichnet
eine Batterie; und 53 eine Motoransteuerspannungskonvertierungseinheit
zum Konvertieren der Ausgabe einer PI-gesteuerten Variablenoperationseinheit 63 (später beschrieben),
und Einspeisen des konvertierten Ergebnisses zu dem Gleichstrommotor 20.
Die Operationseinheit 63 inkludiert eine Zener-Diode 53a,
eine Diode 53b zum Steuern eines Stroms, um in einer Richtung
in dem Gleichstrommotor 20 zu fließen, einen Feldeffekttransistor
(FET) 53c und eine Schnittstelle, die zwischen der Steuereinheit 50 und
dem FET 53c vorgesehen ist. Ein Bezugszeichen 56 bezeichnet
einen Regler zum Sichern einer Ansteuerspannung (5V) für die Steuereinheit 50.
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Die
Steuereinheit 50 empfängt
ein erfasstes Signal von einem Laufzustandsgrößensensor 57, wie etwa
einem Kurbelwinkelsensor oder dergleichen, und ein erfasstes Signal
von dem Positionssensor 40, zugeführt über die Schnittstellen 58 bzw. 59.
Der Positionssensor 40 des beschriebenen Beispiels hat einen
beweglichen Kontaktteil 42, der in einem Widerstand 41 bewegt
wird, zu dem eine konstante Spannung (5V) von einer Spannungsversorgungseinheit 60 angelegt
wird. Dieser bewegliche Kontaktteil 42 wird in Übereinstimmung
mit der Rotation des Rotors 21 bewegt, und entsprechend
wird eine Spannung entsprechend der Rotationsposition des Rotors 21 als
ein erfasstes Signal von dem beweglichen Kontaktteil 42 ausgegeben.
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Außerdem ist
die Motoransteuerspannungskonvertierungseinheit 53 angepasst,
eine mittlere Ansteuerspannung zu steuern, die an den Motor 20 angelegt
wird, durch EIN-/AUS-Schalten einer Spannung, die an den Gleichstrommotor 20 angelegt
wird, in einem fixierten Zyklus, und schaltbaren Betreiben des FET 53c basierend
auf einem PWM-Signal entsprechend einem Verhältnis einer EIN-Zeit zu einer AUS-Zeit
(Ansteuerbetriebszeit) pro Zyklus.
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6 ist
ein Blockdiagramm, das schematisch ein Steuersystem zeigt, das aus
der Steuereinheit 50 besteht. In 6 bezeichnet
ein Bezugszeichen 61 eine Zielpositionsoperationseinheit
zum Erhalten einer optimalen Öffnungs-/Schließposition
des Steuerventils 11 basierend auf dem erfassten Signal des
Laufzustandsgrößensensors 57.
Die Zielpositionsoperationseinheit 61 gibt eine Spannung
(hierin nachstehend als ein "Zielwert
(1)" bezeichnet)
entsprechend der Zielposition aus. 62 bezeichnet eine A/D-Konvertierungseinheit
zum Unterziehen des erfassten Signals des Positionssensors 40 einer A/D-Konvertierung.
Die A/D-Konvertierungseinheit 62 gibt eine Spannung (hierin
nachstehend als ein "aktueller
Wert (2)" bezeichnet)
entsprechend der aktuellen Öffnungs-/Schließposition
des Steuerventils 11 aus. 71 bezeichnet einen
Addierer/Subtrahierer, der die Ziel- und aktuellen Werte (1) und
(2) addiert oder einen von dem anderen subtrahiert. Basierend auf
einer Abweichung zwischen den Ziel- und aktuellen Werten (1) und
(2) kalkuliert die PI-gesteuerte Variablenoperationseinheit 63 eine
PI-gesteuerte Variable (Spannung) bestehend aus einer proportionalen Komponente
(P-Komponente) und einer integralen Komponente (I-Komponente), und
gibt dann die Variable aus.
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7 ist
eine detaillierte Ansicht der PI-gesteuerten Variablenoperationseinheit 63.
Bezugszeichen 72 und 73 bezeichnen Verstärker zum
Verstärken
der Ausgabe des Addierers/Subtrahierers 71; 74 einen
Integrator zum Integrieren der Ausgabe des Verstärkers 73; 75 einen
Subtrahierer zum Subtrahieren einer von der anderen der Ausgaben
des Verstärkers 72 und
des Integrators 74; 76 einen Verstärker mit
einer Sättigungsfunktion
zum Sättigen
der Ausgabe des Subtrahierers 75; und 77 eine
Anzeige zum Anzeigen der Ziel- und aktuellen Werte (1) und (2),
und des Ausgabewertes des Verstärkers 76.
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8(a) ist eine Grafik, die die Variation
des Erfassungswertes (Ordinate) des Positionssensors 40 in
Bezug auf die Zeit (Abszisse) zeigt, worin a eine ideale Charakteristik
und b eine tatsächliche
Betriebscharakteristik anzeigt. 8(b) ist
eine Grafik, die die Variation der angelegten Spannung des Gleichstrommotors
in Bezug auf die Zeit (Abszisse) zeigt.
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Als
Nächstes
wird ein Betrieb beschrieben.
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Wie
in 7 gezeigt, führt
das Rückkopplungssteuersystem
eine PI-Steuerung durch, um eine Abweichung (Überschuss/Engpass einer Steuerung im
offenen Kreis) zwischen den aktuellen und Zielwerten (2) und (1)
zu kompensieren. Als ein Ergebnis kann das Steuerventil in der Zielposition
ungeachtet der Öffnungs-/Schließrichtung
des Steuerventils 11 stabilisiert werden.
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In
der in 7 gezeigten PI-gesteuerten Variablenoperationseinheit 63 des
Standes der Technik variiert, wenn eine Rückkopplungsgröße erhöht wird, eine
Spannung, die an den Gleichstrommotor 20 angelegt wird,
mit der Zeit, wie in 8(b) gezeigt, gleichlaufend
mit der Variation der Erfassungsgröße (8(a))
des Positionssensors 40 zum Erfassen der Steuerventilposition.
Wegen Hysterese, wie in 15(a) gezeigt,
die eine Grafik ist, die die Variation einer Charakteristik eines
Ventilöffnungswinkels
in Bezug auf einen Motoransteuerspannungswert zeigt, wird die Steuerung
um einen Hysteresebetrag W verzögert.
Als ein Ergebnis weist die Steuerventilposition "Nachlauf" ("hunting") um eine Zielposition
herum auf. Es bleibt jedoch notwendig, dass eine Rückkopplungsgröße ausreichend
erhöht
werden muss, um den Ventilmechanismus bei einer Antwortgeschwindigkeit
zu betreiben, für
die der Ventilmechanismus gemacht ist.
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In
der konventionellen Abgasrückführungsventilsteuervorrichtung,
die auf die vorangehende Art und Weise aufgebaut ist, ist wegen
Hysterese Empfindlichkeit gering, und es ist unmöglich, das Steuerventil akkurat
zu steuern.
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EP 0 915 243 A2 beschreibt
ein Flusssteuerungsventilsystem mit einer elektronischen Steuereinheit,
die eine Anomalie diagnoseoperation bezüglich eines Abgasrückführungsventils
ausführt.
Die ECU führt
einen Betrieb aus, der den Betrag einer Steuerung korrigiert oder
Abgasrückführung stoppt. Ein
Zielwert des EGR-Ventils kann auf der Basis von Addieren oder Subtrahieren
eines vorbestimmten Wertes MDE korrigiert werden.
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DE 39 37 102 A1 beschreibt
ein elektronisches Drosselventil-Öffnungssteuersystem,
das eine Betätigung
eines Gleichstrommotors zum Öffnen oder
Schließen
eines Drosselventils vorsieht und eine Steuerschaltung zum Steuern
des Gleichstrommotorstroms als Reaktion auf eine Differenz zwischen
einem erfassten realen Drosselventil und einen Zielventil der Drosselventilöffnung vorsieht.
Eine Drosselventilsteuerschaltung inkludiert ein Differenzialmittel,
das in einer Ausgabe eines Drosselsensors arbeitet, und ein Motoransteuermittel,
das ein Betriebszeitsteuersignal erhält und einen Gleichstrommotor
des Drosselventils ansteuert.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist ausgelegt, die vorangehenden Probleme
zu lösen,
und es ist ein Ziel der Erfindung, eine Abgasrückführungsventilsteuervorrichtung
vorzusehen, die zum Aufheben von Hysterese fähig ist, und Verbessern von
Steuerbarkeit basierend auf der Eingangsgröße der PI-gesteuerten Variablenoperationseinheit
oder einer Operationsgröße, die
von der PI-gesteuerten Variablenoperationseinheit ausgegeben wird.
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Das
Ziel der Erfindung wird durch eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen
von Ansprüchen
1 und 3 erreicht.
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Gemäß einem
Beispiel wird eine Steuervorrichtung für ein Abgasrückführungsventil
vorgesehen, angepasst in einem Drehmo mentausgleich zwischen einem
Rückgabedrehmoment,
das durch ein Pressmittel in einer Richtung, ausgewählt aus Öffnungs- und Schließrichtungen
eines Steuerventils, angelegt wird, und einem Motordrehmoment, das durch
einen Gleichstrommotor in der Öffnungs-
oder Schließrichtung
des Steuerventils angelegt wird, zu öffnen/zu schließen, umfassend:
eine PI-gesteuerte Variablenoperationseinheit zum Empfangen einer Abweichung
zwischen Eingangsdaten, die eine Zielöffnungs-/Schließposition
des Steuerventils anzeigen, und Erfassungsdaten, die eine aktuelle Öffnungs-/Schließposition
des Steuerventils anzeigen; eine Hysteresekorrektureinheit zum Erhalten
einer Hysteresekorrekturgröße aus einer
Ausgangsgröße der PI-gesteuerten
Variablenoperationseinheit; und eine Motoransteuerspannungskonvertierungseinheit zum
Empfangen einer Summe der Ausgangsgröße der PI-gesteuerten Variablenoperationseinheit
und der Hysteresekorrekturgröße, und
Konvertieren des Ergebnisses in eine Spannung, die dem Gleichstrommotor
zurückzuführen ist.
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Durch
Erhalten einer Hysteresegröße aus der
Ausgangsgröße der PI-gesteuerten
Variablenoperationseinheit und Aufheben der Operationshysterese
des Steuerventils 11 basierend auf der Hysteresekorrekturgröße ist es
somit möglich,
das Steuerventil mit hoher Genauigkeit und Empfindlichkeit zu steuern.
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Die
Hysteresekorrektureinheit kann inkludieren: eine Änderungsrichtungsbestimmungseinheit bestehend
aus einem Differenziator zum Differenzieren der Ausgangsgröße der PI-gesteuerten
Variablenoperationseinheit und einem Codediskriminator zum Bestimmen,
ob eine Ausgabe des Differenziators gleich 0 oder kleiner ist; und
eine Hysteresekorrekturgrößenoperationseinheit
bestehend aus einem Verstärker
zum Verstärken
einer Ausgabe des Codediskriminators.
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Somit
ist es möglich,
eine richtige Hysteresekorrekturgröße mit einem einfachen Aufbau
zu erhalten.
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Gemäß einem
anderen Beispiel wird eine Steuervorrichtung für ein Abgasrückführungsventil vorgesehen,
angepasst in einem Drehmomentausgleich zwischen einem Rückgabedrehmoment,
das durch ein Pressmittel in einer Richtung, ausgewählt aus Öffnungs-
und Schließrichtungen
eines Steuerventils, angelegt wird, und einem Motordrehmoment, das
durch einen Gleichstrommotor in der Öffnungs- oder Schließrichtung
des Steuerventils angelegt wird, zu öffnen/zu schließen, umfassend:
eine PI-gesteuerte Variablenoperationseinheit zum Empfangen einer
Abweichung zwischen Eingangsdaten, die eine Zielöffnungs-/Schließposition des Steuerventils
anzeigen, und Erfassungsdaten, die eine aktuelle Öffnungs-/Schließposition
des Steuerventils anzeigen; eine Hysteresekorrektureinheit zum Erhalten
einer Hysteresekorrekturgröße aus einer
Eingangsgröße der PI-gesteuerten
Variablenoperationseinheit; und eine Motoransteuerspannungskonvertierungseinheit zum
Empfangen einer Summe einer Ausgangsgröße der PI-gesteuerten Variablenoperationseinheit
und der Hysteresekorrekturgröße, und
Konvertieren des Ergebnisses in eine Spannung, die dem Gleichstrommotor
zuzuführen
ist.
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Durch
Erhalten der Hysteresekorrekturgröße des Steuerventils aus der
Eingangsgröße der PI-gesteuerten
Variablenoperationseinheit, und Aufheben der Operationshysterese
des Steuerventils basierend auf der Hysteresekorrekturgröße ist es
somit möglich,
das Steuerventil mit hoher Genauigkeit und Empfindlichkeit zu steuern.
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Die
Hysteresekorrektureinheit kann inkludieren: eine Positiv-/Negativ-Abweichungsbestimmungseinheit
zum Bestimmen, ob die Eingangsgröße der PI-gesteuerten
Variablenoperationseinheit, die eine Abweichung zwischen Ziel- und
aktuellen Werten an zeigt, gleich 0 oder kleiner ist; und einen Verstärker zum
Verstärken
einer Ausgabe der Abweichungs-Positiv-/Negativ-Bestimmungseinheit.
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Somit
ist es möglich,
eine richtige Hysteresekorrekturgröße mit einem einfachen Aufbau
zu erhalten.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Ansicht, die schematisch ein Motorabgassystem zeigt.
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2 ist
eine Grafik, die eine Charakteristik einer Steuerventil-Öffnungs-/Schließposition
in Bezug auf einen Motor in einem EGR-Ventil eines Drehmomentausgleichansteuersystems
zeigt.
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3 ist
eine Grafik, die eine Charakteristik einer Steuerventil-Öffnungs-/Schließposition
in Bezug auf die Zeit in dem EGR-Ventil zeigt.
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4 ist
eine vertikale Schnittansicht des EGR-Ventils.
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5 ist
eine grundlegende Ansicht einer Steuervorrichtung eines sogenannten
Drehmomentausgleichansteuersystems unter Verwendung eines Gleichstrommotors.
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6 ist
eine grundlegende Ansicht einer Steuereinheit in der Steuervorrichtung.
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7 ist
ein Schaltungsdiagramm, das einen Aufbau einer PI-gesteuerten Variablenoperationseinheit
in der Steuereinheit zeigt.
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8(a) und 8(b) sind
Betriebscharakteristikansichten des EGR-Ventils.
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9 ist
eine grundlegende Ansicht, die eine Steuereinheit in einer EGR-Ventilsteuervorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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10 ist
ein Schaltungsdiagramm einer PI-gesteuerten Variablenoperationseinheit
und einer Hysteresekorrektureinheit in der Steuereinheit von 9.
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11(a) und 11(b) sind
Grafiken, die Betriebscharakteristika des EGR-Ventils der ersten Ausführungsform
zeigen.
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12 ist
eine grundlegende Ansicht, die eine Steuereinheit in einer EGR-Ventilsteuervorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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13 ist
ein Schaltungsdiagramm einer PI-gesteuerten Variablenoperationseinheit
und einer Hysteresekorrektureinheit in der Steuereinheit von 12.
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14(a) und 14(b) sind
Grafiken, die Betriebscharakteristika des EGR-Ventils der zweiten Ausführungsform
zeigen.
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15(a) bis 15(c) sind
Grafiken, die Hystereseaufhebung zeigen.
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BESTER MODUS
ZUM AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
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Als
Nächstes
wird der beste Modus zum Ausführen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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9 ist
eine grundlegende Ansicht, die eine Steuereinheit in einer EGR-Ventilsteuervorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt. In 9 bezeichnet Bezugszeichen 101 eine Zielpositionsoperationseinheit
zum Erhalten einer optimalen Öffnungs-/Schließposition
des Steuerventils 11 basierend auf dem erfassten Signal
eines Laufzustandsgrößensensors 100.
Die Zielpositionsoperationseinheit 101 gibt eine Spannung
entsprechend dem Zielwert (hierin nachstehend als ein "Zielwert (1)" bezeichnet) aus;
und 102 eine A/D-Konvertierungseinheit zum Unterziehen
des erfassten Signals des Positionssensors 104 einer A/D-Konvertierung und
Ausgeben einer Spannung entsprechend der aktuellen Öffnungs-/Schließposition
des Steuerventils 11 (hierin nachstehend als ein "aktueller Wert (2)" bezeichnet). Basierend
auf der Abweichung zwischen den Ziel- und aktuellen Werten (1) und
(2), erhalten durch Subtraktion, die durch einen Subtrahierer 111 ausgeführt wird,
kalkuliert eine PI-gesteuerte Variablenoperationseinheit 103 eine
PI-gesteuerte Variable (Spannung) bestehend aus einer proportionalen Komponente
(P-Komponente) und einer integralen Komponente (I-Komponente), und
gibt die gesteuerte Variable aus. Ein Bezugszeichen 105 bezeichnet eine
Hysteresekorrektureinheit. Diese Hysteresekorrektureinheit 105 inkludiert
eine Änderungsrichtungsbestimmungseinheit 106 zum
Erfassen einer Änderung,
d.h. einer Erhöhung/Verringerung,
in der Ausgabe der PI-gesteuerten Variablenoperationseinheit; und
eine Hysteresekorrekturgrößenoperationseinheit 107 zum
Erhalten einer Hysteresekorrekturgröße des Steuerventils 11 von
der Ausgangsgröße der Änderungsrichtungsbestimmungseinheit 106.
Ein Bezugszeichen 119 bezeichnet einen Addierer zum gemeinsamen
Addieren der Ausgangsgröße der PI-gesteuerten
Variablenoperationseinheit 103 und der Hysteresekorrekturgröße; und 108 eine Motoransteuerspannungskonvertierungseinheit
zum Empfangen des Additionsergebnisses des Addierers 119,
und Konvertieren des Ergebnisses in eine Spannung, die dem Gleichstrommotor 20 zuzuführen ist.
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10 zeigt
detailliert die PI-gesteuerte Variablenoperationseinheit 103 und
die Hysteresekorrektureinheit 105. Die PI-gesteuerte Variablenoperationseinheit 103 inkludiert:
Verstärker 112 und 113 zum
Verstärken
der Ausgabe des Addierers/Subtrahierers 111; einen Integrator 114 zum
Integrieren der Ausgabe des Verstärkers 113; und einen
Subtrahierer 115 zum Subtrahieren voneinander der Ausgaben des
Verstärkers 112 und
des Integrators 114. Die Änderungsrichtungsbestimmungseinheit 106,
die die Hysteresekorrektureinheit 105 bildet, inkludiert:
einen Differenziator 116 zum Differenzieren der Ausgabe
des Subtrahierers 115; und einen Codediskriminator 117 zum
Bestimmen, ob die Ausgabe des Differenziators 116 ≥0 oder ≤0 ist (–1, falls ≤0), Ausgeben von
+1, wenn die Ausgabe ≥0
ist und Ausgeben von –1,
wenn die Ausgabe ≤0
ist. Außerdem
inkludiert die Hysteresekorrekturgrößenoperationseinheit 107,
die die Hysteresekorrektureinheit 105 bildet, einen Verstärker 118 zum
Verstärken
der Ausgabe des Codediskriminators 117. Die Ausgabe des
Verstärkers 118 wird
zusammen mit der Ausgabe des Subtrahierers 115 durch den
Addierer 119 addiert. Die Ausgabe des Addierers 119 wird
durch die Motoransteuerspannungskonvertierungseinheit 108 mit
einer Sättigungsfunktion
dem Gleichstrommotor 20 zugeführt.
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11(a) ist eine Grafik, die die Variation des
Erfassungswertes (Ordinate) des Positionssensors 104 in
Bezug auf die Zeit (Abszisse) zeigt, worin a eine ideale Charakteristik
und b eine tatsächliche Betriebscharakteristik
anzeigt. 11(b) ist eine Grafik, die
die Variation der angelegten Spannung des Gleichstrommotors in Bezug
auf die Zeit (Abszisse) zeigt.
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Als
Nächstes
wird ein Betrieb beschrieben.
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Wenn
der Zielwert (2) von einer externen Einheit eingegeben wird, werden
der aktuelle Wert (2), der durch den Positionssensor 104 erfasst
wird, und eine Abweichung, die durch Subtraktion in dem Addierer/Subtrahierer 111 erhalten
wird, durch die Verstärker 112 und 113 verstärkt. Die
Ausgabe des Verstärkers 113 wird
durch den Integrator 114 integriert, und dann zu dem Subtrahierer 115 zusammen mit
der Ausgabe des Verstärkers 112 für eine Subtraktion
eingespeist.
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Dann
wird die Ausgabe des Subtrahierers 115 durch den Differenziator 116 differenziert,
und es wird durch den Codediskriminator 117 eine Bestimmung
bezüglich
dessen durchgeführt,
ob der Wert der Integration ≤0
oder 0≥ ist.
Die Ausgabe –1
oder +1, ausgegeben von dem Codediskriminator 117, wird
durch den Verstärker 108 verstärkt, um
eine Hysteresekorrekturgröße zu erhalten.
In diesem Fall ist es durch Steuern der Verstärkung des Verstärkers basierend
auf einem Inbetriebnahmestrom bei jeder Inbetriebnahme stets möglich, eine
richtige Hysteresekorrekturgröße zu erhalten.
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Dann
wird die Hysteresekorrekturgröße zu der
Ausgabe des Subtrahierers 115 durch den Addierer 119 addiert.
Entsprechend wird, wie in 15(b) gezeigt,
eine Charakteristik einer ersten Operationsgröße (Ausgangsgröße des Addierers 119)
in Bezug auf einen Motoransteuerspannungswert der Hysteresecharakteristik
eines Ventilöffnungswinkels
mit Bezug auf einen Motoransteuerspannungswert, gezeigt in 15(a), identisch. Somit ist die Charakteristik des
Ventilöffnungswinkels
mit Bezug auf die erste Operationsgröße, resultierend aus einer
Kombination beider Charakteristika, wie in 15(c) gezeigt,
was offenlegt, dass Hysterese beseitigt ist.
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Durch
Ansteuern des Gleichstrommotors 20 basierend auf der Ausgabe
der Motoransteuerspannungskonvertierungseinheit 108, die
die Ausgabe des Addierers 119 empfangen hat, stimmt deshalb der
Moment der Ausgabe des Positionssensors 104 mit dem Zielwert
(1) überein
(Punkt P1 in 11(a)), die Ausgabe des
Addierers 119, die die Motorspannung vorsieht, wird plötzlich geändert, wie
durch eine gerade Linie 11 in 11(b) angezeigt,
was es möglich
macht, Steuerung ohne jegliche Hystereseverzögerung W durchzuführen.
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Wie
aus dem vorangehenden offensichtlich ist, ist es gemäß der ersten
Ausführungsform
durch Erhalten einer Hysteresekorrekturgröße von der Ausgangsgröße der PI-gesteuerten
Variablenoperationseinheit und Aufheben der Hysterese des EGR-Ventils basierend
auf der Hysteresekorrekturgröße möglich, das
Steuerventil mit hoher Genauigkeit und Empfindlichkeit zu steuern.
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Zweite Ausführungsform
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12 ist
eine grundlegende Ansicht, die eine Steuereinheit in der Steuervorrichtung
des Steuerventils 11 gemäß der zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt. In 12 bezeichnet
ein Bezugszeichen 131 eine Hysteresekorrektureinheit, die
inkludiert: eine Positiv-/Negativ-Abweichungsbestimmungseinheit 132 zum
Bestimmen der Richtung, in der die Eingabe der PI-gesteuerten Variablenoperationseinheit 103 variiert;
und eine Hysteresekorrekturgrößenoperationseinheit 133,
die auf der Ausgangsseite der Abweichungs-Positiv-/Negativ-Bestimmungseinheit 132 vorgesehen
ist. Da die anderen Komponenten jenen der ersten Ausführungsform ähnlich sind,
sind gleiche Komponenten durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet,
und die Beschreibung davon wird weggelassen.
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13 zeigt
detailliert die PI-gesteuerte Variablenoperationseinheit 103 und
die Hysteresekorrektureinheit 131. Die PI-gesteuerte Variablenoperationseinheit 103 inkludiert:
Ver stärker 122 und 123 zum
Verstärken
der Ausgabe eines Addierers/Subtrahierers 121 zum Addieren/Subtrahieren
von Ziel- und aktuellen
Werten (1) und (2); einen Integrator 124 zum Integrieren
der Ausgabe des Verstärkers 123;
und einen Subtrahierer 125 zum Subtrahieren voneinander
der Ausgaben des Verstärkers 122 und des
Integrators 124.
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Die
Hysteresekorrektureinheit 131 inkludiert: die Positiv-/Negativ-Abweichungsbestimmungseinheit 132 mit
einem Codediskriminator zum Bestimmen, ob die Abweichungsausgabe
des Addierers/Subtrahierers 121, d.h. die Eingangsgröße der PI-gesteuerten Variablenoperationseinheit 103, ≥0 oder ≤0 ist, Ausgeben
von +1, falls ≥0
und –1,
falls ≤0;
und die Hysteresekorrekturgrößenoperationseinheit 133 mit
einem Verstärker,
der auf der Ausgangsseite der Abweichungs-Positiv-/Negativ-Bestimmungseinheit 132 vorgesehen
ist. Die Ausgabe der Hysteresekorrekturgrößeneinheit 133 wird
zusammen mit der Ausgabe des Subtrahierers 125 durch den
Addierer 129 addiert, und die Ausgabe des Addierers 129 wird
durch die Motoransteuerspannungskonvertierungseinheit 108 mit
einer Sättigungsfunktion
dem Gleichstrommotor 20 zugeführt.
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14(a) ist eine Grafik, die die Charakteristik
des Erfassungswertes (Ordinate) des Positionssensors 104 mit
Bezug auf die Zeit (Abszisse) zeigt, worin a eine ideale Charakteristik
und b eine tatsächliche
Betriebscharakteristik anzeigt. 14(b) ist eine
Grafik, die eine Charakteristikansicht der angelegten Spannung des
Gleichstrommotors in Bezug auf die Zeit (Abszisse) zeigt.
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Als
Nächstes
wird ein Betrieb beschrieben.
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Wenn
der Zielwert (1) von der äußeren Einheit
eingegeben wird, werden der aktuelle Wert (2), erfasst durch den
Positionssensor 104, und eine gesteuerte Variable; erhalten
durch Addition/Subtraktion in dem Addierer/Subtrahierer 121,
durch die Verstärker 122 und 123 verstärkt. Die
Ausgabe des Verstärkers 123 wird
durch den Integrator 124 integriert, und dann von der Ausgabe
des Verstärkers 122 durch
den Subtrahierer 125 subtrahiert.
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Dann
wird eine Bestimmung durch die Abweichungs-Positiv-/Negativ-Bestimmungseinheit 132 bezüglich dessen
durchgeführt,
ob die Ausgabe des Addierers/Subtrahierers 121, d.h. die
Eingangsgröße der PI-gesteuerten
Variablenoperationseinheit 103, ≤0 oder ≥0 ist. Die Ausgabe –1 oder
die Ausgabe +1 wird durch die Hysteresekorrekturgrößenoperationseinheit 133 verstärkt, um
eine Hysteresekorrekturgröße zu erhalten.
In diesem Fall ist es durch Steuern der Verstärkung der Hysteresekorrekturgrößenoperationseinheit 133 basierend
auf einem Inbetriebnahmestrom in jeder Inbetriebnahme stets möglich, eine richtige
Hysteresekorrekturgröße zu erhalten.
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Dann
wird die erhaltene Hysteresekorrekturgröße der Ausgabe des Subtrahierers 125 durch
den Addierer 129 hinzugefügt, und der Gleichstrommotor 20 wird
basierend auf der Ausgabe der Motoransteuerspannungseinheit 108 angesteuert,
wozu die Ausgabe des Addierers 129 eingegeben wurde. Aus
einem Grund ähnlich
zu dem für
die erste Ausführungsform
stimmt der Moment der Ausgabe des Positionssensors 104 entsprechend
mit dem Zielwert (1) (Punkt P2 in 14(a)) überein,
die angelegte Spannung des Gleichstrommotors 20 wird plötzlich geändert, wie
durch eine gerade Linie 12 in 14(b) angezeigt,
was es möglich
macht, eine Steuerung ohne jegliche Hystereseverzögerung durchzuführen.
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Wie
aus dem vorangehenden offensichtlich ist, ist es gemäß der zweiten
Ausführungsform
durch Erhalten einer Hysteresekorrekturgröße des EGR-Ventils von der
Eingangsgröße der PI-gesteuerten Variablenoperationseinheit 103 und
Aufheben der Hysterese des EGR-Ventils basierend auf der Hysteresekorrekturgröße möglich, das
Steuerventil mit hoher Genauigkeit und Empfindlichkeit zu steuern.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Wie
aus der vorangehenden Beschreibung verstanden werden kann, wird
die Abgasrückführungsventilsteuervorrichtung
der vorliegenden Erfindung geeignet verwendet, um einen Anteil vom
Abgas in dem Abgasdurchgang a zu einem Einlassdurchgang b in schneller
Reaktion auf eine Änderung in
dem Betriebszustand des Motors zurückzuführen.