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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Lüftermotors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät zum Ausführen eines derartigen Verfahrens.
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Herkömmlich werden Motorkühlgebläsevorrichtungen verwendet, um Kühlungsfunktionen in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs durchzuführen. Dabei weist ein Gleichstrom-Lüftermotor der Motorkühlgebläsevorrichtung in der Regel einen Kommutator mit Lamellen auf, über den mittels Kontaktierungsbürsten Rotorspulen des Lüftermotors bestromt werden. Eine Drehzahl des Lüftermotors wird üblicherweise von einem elektronischen Steuergerät (ECU, Engine Control Unit) des Kraftfahrzeugs vorgegeben, um sicherzustellen, dass eine Motortemperatur in einem akzeptablen und sicherheitstechnisch unkritischen Bereich liegt. Beispielsweise kann die Motorkühlgebläsevorrichtung in einer Weise benutzt werden, dass mittels ihres Luftstroms eine Reihe von hintereinander im Motorraum des Kraftfahrzeugs angeordneten Kühlern gekühlt werden.
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Bei einer dauerhaften Ansteuerung des Lüftermotors mit einem zu geringen Strom bzw. bei einer dauerhaft zu geringen Drehzahl des Lüftermotors kann nachteilig eine sogenannte „Verpastung“ des Kommutators des Lüftermotors auftreten, wobei sich in Schlitze zwischen den Lamellen des Kommutators Bürstenpartikel, Schmutz, Öl usw. absetzt. Dadurch bildet sich eine schmierige Schicht, die durch Kohlestaub der Bürsten häufig leitfähig ist und dadurch nachteilig einen verringerten Widerstand oder einen Kurzschluss zwischen den Kommutatorlamellen bewirken kann. In einem besonders ungünstigen Fall kann es auch zu einem dauerhaften Stillstand und damit Ausfall des Lüftermotors kommen.
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EP 1 871 998 offenbart ein Verfahren zum Steuern eines Lüftermotors, wobei eine Steuereinheit einen Lüftermotor zu einem bestimmten Zeitpunkt für eine vorbestimmte Zeitdauer unabhängig von der gewünschten Kühlleistung mit einer gegenüber einer Regel-Stellgröße erhöhten Reinigungs-Stellgröße ansteuert.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Lüftermotors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, welches eine Verpastung des Lüftermotors weitestgehend verhindern kann.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Lüftermotors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, aufweisend:
- – Ermitteln einer Betriebsdauer, während der der Lüftermotor unterhalb einer hinsichtlich Verpastung kritischen Drehzahl betrieben wird;
- – wobei im Falle, dass die Betriebsdauer eine hinsichtlich Verpastung des Lüftermotors kritische Dauer überschreitet, der Lüftermotor mit einer Waschdrehzahl, die größer ist als die hinsichtlich Verpastung kritische Drehzahl, eine definierte Zeitdauer betrieben wird.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es aufgrund einer Berücksichtigung von verpastungskritischen Schwellwerten hinsichtlich Drehzahl und Betriebsdauer des Lüftermotors vorteilhaft möglich, eine wirkungsvolle Strategie zur Vermeidung bzw. Beseitigung von Verpastung des Lüftermotors reproduzierbar umzusetzen. Durch die systematische Berücksichtigung dieser Parameter ist es somit vorteilhaft möglich, einer Verpastung des Lüftermotors systematisch bereits im Ansatz entgegenzutreten und auf diese Weise vorteilhaft eine Lebensdauer des Lüftermotors zu verlängern und eine Störanfälligkeit des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs zu verringern. Vorteilhaft wird der Kommutator des Lüftermotors gegenüber den bekannten Verfahren nur dann gereinigt, wenn es aufgrund einer detektierten Überschreitung von Schwellwerten auch tatsächlich erforderlich ist. Vorsorgliche Reinigungsprozesse ohne echten Bedarf und damit verbundene Abnützungseffekte und betriebliche Unannehmlichkeiten werden auf diese Weise vorteilhaft vermieden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die hinsichtlich Verpastung des Lüftermotors kritische Drehzahl ungefähr 2000 U/min (Umdrehungen/Minute) beträgt. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Schwelle einer Drehzahl des Lüftermotors vorgegeben und überwacht, bei deren langfristiger Unterschreitung eine Verpastung des Lüftermotors hochgradig wahrscheinlich ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens spezifiziert, dass eine hinsichtlich Verpastung kritische Betriebsdauer des Lüftermotors ungefähr hundert Stunden beträgt. Dadurch wird in definierter Weise eine Betriebszeit des Lüftermotors unterhalb der kritischen Drehzahl vorgegeben, bei deren Überschreiten der Lüftermotor hochgradig verpastungsgefährdet ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die definierte Zeitdauer des Betreibens des Lüftermotors mit einer Drehzahl, die größer ist als die hinsichtlich Verpastung kritische Drehzahl, ungefähr zehn Minuten beträgt. Dadurch wird eine sogenannte Wasch- bzw. Reinigungszeit für den Lüftermotor definiert, während der der Lüftermotor gewaschen werden muss, um unerwünschte Verpastungssubstanzen im Wesentlichen zu beseitigen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Waschdrehzahl im Wesentlichen einer Maximaldrehzahl des Lüftermotors entspricht. Dadurch wird in reproduzierbarer Weise eine Drehzahl spezifiziert, bei der der Lüftermotor die genannte Waschzeit lang betrieben werden sollte, um unerwünschte Verpastungsmaterialien zwischen den Kommutatorlamellen des Lüftermotors im Wesentlichen zu beseitigen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das Verfahren als eine Software eines Steuergeräts des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Dadurch ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in vorteilhafter Weise keinerlei hardwaretechnische Änderung des Lüftersystems für den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs erforderlich. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Weise in ein bereits existierendes Steuergerät des Kraftfahrzeugs ohne großen Zusatzaufwand implementiert werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Software als Teil einer Steuerungssoftware ausgebildet ist, wobei die Software zyklisch abgearbeitet wird. Durch das dadurch bewirkte Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens in regelmäßigen Abständen wird vorteilhaft eine regelmäßige und systematische Prüfung des Lüftermotors auf Verpastung durchgeführt. Derart kann die Verpastung systematisch bereits im Entstehungsprozess weitestgehend unterbunden werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Software innerhalb der Steuerungssoftware eine hohe Priorität aufweist. Dadurch ist unterstützt, dass das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt ausgeführt wird, wodurch eine Störungsfreiheit des Lüftermotors unterstützt ist und der Lüftermotor auf diese Weise seine vorgesehene Kühlungsfunktionalität langfristig möglichst störungsfrei ausführen kann.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahren sieht vor, dass die hinsichtlich Verpastung kritischen Zahlenwerte für die Drehzahl und die Betriebsdauer des Lüftermotors aus experimentellen und/oder simulationstechnischen Untersuchungen des Lüftermotors ermittelt werden. Vorteilhaft können auf diese Weise für unterschiedliche Lüftermotoren individuell jeweils am besten geeignete Zahlenwerte für die hinsichtlich Verpastung kritische Drehzahl und Betriebsdauer verwendet werden. Eine Adaptierbarkeit des Verfahrens an unterschiedliche Typen von Lüftermotoren ist dadurch vorteilhaft unterstützt.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass der Wert für die Waschdrehzahl aus experimentellen Untersuchungen des Lüftermotors ermittelt wird. Dadurch kann auf einfache Weise für jeden Typ von Lüftermotor mit hoher Genauigkeit die jeweils am besten geeignete Waschdrehzahl ermittelt werden, bei der der gewünschte Reinigungseffekt bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens optimal erreicht wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von drei Figuren im Detail erläutert. Die Figuren dienen vor allem dazu, die wesentlichen Prinzipien des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erläutern und sind nicht dazu gedacht, dass ihnen irgendwelche konkreten Parameter entnommen werden können. In den Figuren zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Kühlgebläsevorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, für die das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden kann;
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2 einen Teil einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei kritische Schwellenwerte definiert, überwacht und ausgewertet werden; und
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3 einen weiteren Teil einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei insbesondere der Wasch- bzw. Reinigungsprozess dargestellt ist.
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1 zeigt stark vereinfacht eine Kühlgebläsevorrichtung 100, die üblicherweise in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) verbaut ist und zum Kühlen eines Kühlmittels eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs verwendet wird. Zu diesem Zweck erzeugt die Kühlgebläsevorrichtung 100 einen Luftstrom, der durch einen Kühler (nicht dargestellt) strömt und dadurch das im Kühler befindliche Kühlmittel kühlt.
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Die Kühlgebläsevorrichtung 100 wird von einem Steuergerät 10 angesteuert, welches beispielsweise als ein elektronisches Steuergerät (ECU, Electronic Control Unit) ausgebildet sein kann. Das Steuergerät 10 ist elektrisch mit einem Lüftersteuergerät 20 (Fan Control Module, FCM) verbunden, welches benutzt wird, um einen an das Lüftersteuergerät 20 angeschlossenen elektrischen Lüftermotor 30 der Kühlgebläsevorrichtung 100 anzusteuern. Zu diesem Zweck übermittelt das Steuergerät 10 an das Lüftersteuergerät 20 ein pulsweitenmoduliertes elektrisches Signal, welches das Lüftersteuergerät 20 in eine entsprechende elektrische Spannung umsetzt, um damit den Lüftermotor 30 drehzahlmäßig anzusteuern. Auf diese Weise gibt das Steuergerät 10 dem Lüftermotor 30 eine gewünschte Drehzahl vor und steuert es entsprechend an.
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Der eingangs geschilderte Verpastungseffekt kann in unerwünschter Weise dadurch entstehen, dass der Lüftermotor 30 über einen zu langen Zeitraum unterhalb einer sogenannten „Verpastungsschwelle“ betrieben wird. Es wurde experimentell festgestellt, dass insbesondere über einen langen Zeitraum relativ langsam drehende Lüftermotoren 30 besonders verpastungsgefährdet sind.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Erkennung von Verpastungsgefahr und zur Vermeidung bzw. Beseitigung von Verpastung vorgeschlagen. Das Verfahren definiert in zahlenmäßig reproduzierbarer Form die genannten Verpastungsschwellen und verwendet diese im erfindungsgemäßen Verfahren als Schwellwerte für einen nachfolgenden Reinigungsvorgang des Kommutators des Lüftermotors 30.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise als ein Softwareprogramm im Steuergerät 10 implementiert sein, wobei das Steuergerät 10 als ein zentrales Steuergerät (beispielsweise als Verbrennungsmotorsteuergerät) des Kraftfahrzeugs oder als ein Teilsteuergerät zur Ansteuerung einzelner Funktionen innerhalb des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein kann. Vorteilhaft kann jedes Steuergerät, welches Drehzahlanforderungen an das Lüftersteuergerät 20 schickt, zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise eine große Flexibilität bei der Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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2 zeigt einen Teil einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem schematischen Flussdiagramm zur Ermittlung und Auswertung von Verpastungsschwellen. In einem Schritt S1 wird überprüft, ob eine Drehzahl des Lüftermotors 30 unterhalb einer hinsichtlich Verpastung kritischen Drehzahl des Lüftermotors 30 liegt. Typischerweise liegt ein Schwellenwert für diese kritische Drehzahl bei ungefähr zweitausend Umdrehungen/Minute (2000 U/min). Im Falle, dass die genannte Schwellendrehzahl überschritten ist (Abzweigung N von Schritt S1), wird in einem Schritt S2 ein Zeitzähler, der eine Zeitdauer eines Betriebs des Lüftermotors 30 unterhalb der Schwellendrehzahl erfasst, nicht bedient.
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Andernfalls (Abzweigung J von Schritt S1) wird in einem Schritt S3 der Zeitzähler zur Erfassung der Betriebsdauer des Lüftermotors 30 unterhalb der Schwellendrehzahl inkrementiert. In einem nachfolgenden Schritt S4 wird überprüft, ob die vom Zeitzähler erfasste Zeit bereits einen hinsichtlich Verpastung des Lüftermotors 30 kritischen Schwellenwert erreicht hat. Ein typischer Wert für diesen Schwellenwert beträgt ca. hundert Stunden. Im Falle, dass die kritische Betriebszeit noch nicht erreicht wurde (Abzweigung N von Schritt S4) wird der Ablauf des Verfahrens ohne weitere Aktion fortgesetzt.
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Im anderen Fall, wenn also die Betriebsdauer des unterhalb der Schwellendrehzahl laufenden Lüftermotors 30 hinsichtlich Verpastung einen kritischen Wert erreicht bzw. überschritten hat, wird in einem Schritt S5 ein Bitschalter auf „Wahr“ gesetzt, wodurch dem Verfahren mitgeteilt wird, dass nunmehr eine akute Gefahr von Verpastung für den Lüftermotor 30 gegeben ist bzw. die Verpastung bereits eingesetzt hat. Die 2 zeigt also prinzipiell ein Prüfen von Bedingungen, unter denen Verpastungsgefahr für den Lüftermotor 30 besteht. Die in 2 dargestellte Sequenz der Schritte S1 bis S5 des Verfahrens wird innerhalb des Steuergeräts 10 zyklisch abgearbeitet, wodurch unterstützt ist, dass der Lüftermotor 30 systematisch und regelmäßig auf Verpastung hin überwacht wird. Dadurch wird vorteilhafter Weise die Verpastung des Lüftermotors 30 bereits im Ansatz unterbunden.
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In einem in 3 prinzipiell dargestellten, nachfolgenden Wasch- bzw. Reinigungsprozess wird der Verpastung durch ein Betreiben des Lüftermotors 30 auf einer sehr hohen Drehzahl entgegengewirkt.
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3 zeigt einen weiteren Teil einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Abfolge von Schritten S6 bis S12, die zeitlich nachfolgend auf die Schritte S1 bis S5 (siehe 2) ausgeführt wird. In einem Schritt S6 wird überprüft, ob der Bitschalter, welcher dem Verfahren die Verpastungsgefahr des Lüftermotors 30 mitteilt, auf „Wahr“ gesetzt ist. Im Falle, dass der Bitschalter nicht auf „Wahr“ gesetzt ist (Abzweigung N von Schritt S6), wird das Verfahren ohne weitere Aktionen fortgesetzt. Andernfalls (Abzweigung J von Schritt S6) wird in einem nachfolgenden Schritt S7 ein Zeitzähler zur Erfassung einer Waschdauer des Lüftermotors 30 inkrementiert. In einem nachfolgenden Schritt S8 wird überprüft, ob die Waschdauer bereits eine vordefinierte Länge, bei der eine Reinigung des Kommutators des Lüftermotors 30 zu erwarten ist, erreicht hat. Typischerweise beträgt die erforderliche Wasch- bzw. Reinigungszeit für den Lüftermotor 130 ungefähr zehn Minuten, wobei die Länge der Waschdauer von einer Waschdrehzahl des Lüftermotors 30 abhängen kann. Bei einer höheren Waschdrehzahl wird die Waschdauer entsprechend verkürzt, wobei ein Minimalwert der Waschdauer bei der Maximaldrehzahl des Lüftermotors 30 erreicht wird. Somit ist der Wert zehn Minuten der Waschzeit als ein typischer Wert anzusehen, der je nach Waschdrehzahl des Lüftermotors 30 variiert, wobei das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel des Verfahrens von einer maximalen Waschdrehzahl des Lüftermotors 30 ausgeht.
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Im Falle, dass die Waschzeit noch nicht abgelaufen ist (Abzweigung J von Schritt S8), wird in einem Schritt S9 die Waschdrehzahl des Lüftermotors 30 mittels der anhand der 1 erläuterten Art und Weise auf einen Wert eingestellt, der oberhalb der Verpastungsschwelle liegt. Besonders vorteilhaft entspricht diese Drehzahl im Wesentlichen einer maximalen Drehzahl des Lüftermotors 30, wodurch eine Waschzeit minimiert werden kann. Typischerweise beträgt die Waschzeit für den Lüftermotor 30 in diesem Fall ca. zehn Minuten.
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Im Falle, dass die Waschzeit für den Lüftermotor 30 bereits abgelaufen ist (Abzweigung N von Schritt S8), bedeutet dies, dass die Kupfer-Kommutatorlamellen des Lüftermotors 30 aufgrund der durch das Drehen des Lüftermotors 30 mit hoher Waschdrehzahl generierten Zentrifugalkräfte im Wesentlichen vollständig von Verpastungssubstanzen gereinigt worden sind. In einem nachfolgenden Schritt S10 wird der Zeitzähler für die Erfassung der Waschzeit auf Null zurückgesetzt. In einem nachfolgenden Schritt S11 wird der Bitschalter, welcher dem Verfahren die Verpastungsgefahr mitteilt und das Waschen des Lüftermotors 30 initiiert, auf „Falsch“ zurückgesetzt. In einem nachfolgenden Schritt S12 wird auch der Zeitzähler zur Erfassung der Betriebszeit des Lüftermotors 30 unterhalb der hinsichtlich Verpastung kritischen Drehzahl auf Null zurückgesetzt. Nach Beendigung des Abarbeitens der in 3 gezeigten Schritte muss also der Zeitzähler zur Erfassung der kritischen Betriebsdauer des Lüftermotors 30 erneut ungefähr hundert Stunden bedient werden, um eine nächste Reinigungs- bzw. Waschprozedur für den Lüftermotor 30 zu initiieren.
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Eine Abarbeitung der Schritte S6 bis S12 (siehe 3) wird ebenso wie eine Abarbeitung der Schritte S1 bis S5 (siehe 2) zyklisch ausgeführt, wodurch in vorteilhafter Weise eine systematische und im Bedarfsfall möglichst ununterbrochene Reinigung des Lüftermotors 30 durchgeführt wird.
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Besonders vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren mit den in 2 und 3 dargestellten Schritten mit einer hohen Priorität innerhalb einer Steuerungssoftware ausgeführt, was unterstützt, dass die Verpastung bereits im Ansatz reduziert bzw. unterbunden wird. Alle Schritte von 2 werden dabei vor den Schritten von 3 durchgeführt, da die Schritte S1 bis S5 von 2 erforderlich sind, um während eines Betriebs des Lüftermotors 30 die Gefahr von Verpastung definiert zu ermitteln, welche nachfolgend mittels der Schritte S6 bis S12 im Wesentlichen beseitigt wird.
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Das Steuergerät 10 kann jegliches elektronische Steuergerät sein, welches eine Anweisung an das Lüftersteuergerät 20 zum Drehen des Lüftermotors 30 mit einer definierten Drehzahl schickt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise in einer Software des Steuergeräts 10 implementiert.
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Es versteht sich von selbst, dass die genannten Zahlenwerte der Parameter und Schwellen lediglich als typische Werte für ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zu verstehen sind. Abhängig vom Typ und Betriebsumständen des Lüftermotors 30 können die genannten Zahlenwerte geändert sein, wobei die jeweils am besten geeigneten Werte beispielsweise mittels experimenteller und/oder simulationstechnischer Verfahren ermittelt werden können. Durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Software eines Steuergeräts 10 können die geänderten Werte auf einfache Weise zur Ausführung des Verfahrens verwendet werden. Vorteilhaft ist dadurch das erfindungsgemäße Verfahren für eine Vielzahl von unterschiedlichen Lüftermotoren 30 leicht adaptierbar.
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Zusammenfassend wird ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Lüftermotors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, welches aufgrund von Überwachung vordefinierter Verpastungsschwellenwerte auf systematische Weise ein reproduzierbares Ermitteln und Reduzieren/Vermeiden von unerwünschter Verpastung des elektrischen Lüftermotors bereitstellt.
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Ein Fachmann wird die oben und mittels der Figuren erläuterten Merkmale der Erfindung in fachmännischer Weise abändern und miteinander kombinieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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