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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur konvektiven Kühlung einer Funktionsbaugruppe, wobei die Vorrichtung umfasst:
- – einen Lüfter, welcher dazu ausgebildet ist, im Betrieb Luft längs einer durch Bauart und Anordnung des Lüfters bestimmten Strömungsachse zu bewegen,
- – eine Luftklappenvorrichtung mit einer Luftdurchlassöffnung und einer in dieser angeordneten Luftklappenanordnung mit wenigstens einer Luftklappe, welche zur Veränderung des durchströmbaren Querschnitts der Luftdurchlassöffnung verstellbar ist zwischen einer Schließstellung, in welcher der längs der Strömungsachse durchströmbare Querschnitt der Luftdurchlassöffnung betriebsmäßig minimal ist, vorzugsweise Null ist, und einer Öffnungsstellung, in welcher der längs der Strömungsachse durchströmbare Querschnitt der Luftdurchlassöffnung betriebsmäßig maximal ist, und
- – eine Steuereinrichtung,
wobei der Lüfter und die Luftklappenvorrichtung derart mit Abstand voneinander angeordnet sind, dass durch den Betrieb des Lüfters bewegte Luft die Luftdurchlassöffnung zumindest dann durchströmt, wenn sich die Luftklappenanordnung in der Öffnungsstellung befindet.
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Derartige Vorrichtungen zur konvektiven Kühlung sind beispielsweise aus Kraftfahrzeugen bekannt, wo sie unter anderem dazu dienen, durch Veränderung des durchströmbaren Querschnitts der Luftdurchlassöffnung einen Luftstrom durch einen Kühlergrill hindurch, etwa in den Motorraum, mengenmäßig zu begrenzen. Der Luftstrom kann dabei durch die Bewegung des Fahrzeugs erzeugt und aus dem so erzeugten Fahrtwind abgezweigt werden. Mangels Fahrtwind oder bei zu schwachen Fahrtwind kann der Luftstrom auch durch den oben genannten Lüfter erzeugt werden.
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Durch die Veränderung des durchströmbaren Querschnitts der Luftdurchlassöffnung können Kaltstartphasen eines Kraftfahrzeugs verkürzt und somit die Brennkraftmaschine schneller auf Nenntemperatur erwärmt werden, was die Schadstoffemissionen eines Fahrzeugs verringert.
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Derartige Vorrichtungen zur konvektiven Kühlung dienen insbesondere zur Kühlung des zur Temperierung der Brennkraftmaschine verwendeten Kühlfluids, insbesondere Kühlflüssigkeit. Ebenso kann eine solche Vorrichtung dazu dienen, Bremsflüssigkeit oder einen Schmierstoff, wie etwa Motoröl, also allgemein ein Betriebsfluid im Betrieb eines Kraftfahrzeugs zu kühlen Aus diesem Grunde ist der Lüfter bevorzugt so angeordnet, dass ein von ihm erzeugter Luftstrom einen vom Betriebsfluid durchströmten Wärmetauscher anströmt, umströmt oder durchströmt.
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Ebenso ist der Lüfter derart relativ zur Luftklappenvorrichtung angeordnet, das vom Lüfter betriebsmäßig bewegte Luft die Luftdurchlassöffnung durchströmt, wenn diese aufgrund der eingestellten Betriebsstellung der Luftklappenanordnung durchströmbar ist. Die vom Lüfter bewegte Luft kann dabei Luft des Ansaugstroms sein, also auf der Unterdruckseite des Lüfters zu diesem hin strömen, oder kann Luft des Ablassstroms sein, also Luft, die auf der Überdruckseite des Lüfters von diesem weg strömt.
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Da die vorliegend beschriebene Vorrichtung zur konvektiven Kühlung aufgrund ihres Einflusses auf die Schadstoffemission eines Kraftfahrzeugs ein emissionsrelevantes System darstellt, ist es gerade im Hinblick auf die zunehmend strenger werdenden gesetzlichen Verordnungen zur Umweltreinhaltung wichtig, dass die Kühlungsvorrichtung dahingehend überprüfbar ist, ob sie ordnungsgemäß funktioniert oder nicht. Eine derartige Überprüfbarkeit stellt sicher, dass ein unerwünschter, die Schadstoffemission einer Brennkraftmaschine erhöhender Schaden schnell erkannt und behoben werden kann.
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Bisher erfolgt eine Überwachung der Luftklappenvorrichtung über eine Abfrage der Stellung einer sogenannten "Antriebsklappe" und auch diese Überwachung erfolgt lediglich indirekt durch den oder die Aktuatoren, die zur Verstellung der wenig als einen Luftklappe zwischen ihren Betriebsstellungen vorgesehen sind, und zwar mittels einer sogenannten Aktuator-Kalibrierung.
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Bei vielen Luftklappenvorrichtungen des Standes der Technik wird nämlich lediglich eine Luftklappe aus einer Mehrzahl von Luftklappen unmittelbar von einem Aktuator angetrieben, eben die sogenannte "Antriebsklappe". Die übrigen Luftklappen der Luftklappenvorrichtung sind mit der Antriebsklappe lediglich zur gemeinsamen Bewegung gekoppelt und werden daher nur indirekt durch den Aktuator bewegt.
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Eine Überwachung der Betriebsstellung der Luftklappenvorrichtung alleine durch Überwachung der Stellung der Antriebsklappe setzt jedoch voraus, dass die Luftklappenvorrichtung insgesamt funktionsfähig ist. Wird also die Antriebsklappe in der richtigen Stellung detektiert, befindet sich jedoch nur diese in der erfassten Stellung, während die übrigen Luftklappen aufgrund eines Defekts der Bewegungskopplung eine andere Stellung einnehmen, ist das Ergebnis der Überwachung der Luftklappenvorrichtung oder der Vorrichtung zur konvektiven Kühlung insgesamt falsch.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine technische Lehre anzugeben, mittels der die eingangs genannte Vorrichtung zur konvektiven Kühlung derart weitergebildet werden kann, dass ein Ist-Betriebszustand der Vorrichtung in einfacher und sicherer Weise ermittelt werden kann.
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Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung durch eine gattungsgemäße Vorrichtung, bei welcher die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, im Betrieb des Lüfters wenigstens einen Betriebsparameter des Lüfters zu erfassen und ausgehend von dem erfassten Betriebsparameter auf einen Ist-Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung zu schließen.
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Aufgrund der genannten Relativanordnung von Lüfter und Luftklappenvorrichtung kann die Luftklappenvorrichtung unmittelbar betriebsmäßig vom Lüfter bewegte Luft beeinflussen, was zu einer Rückwirkung auf den Lüfterbetrieb führt. Die Luftklappenvorrichtung bildet unter der Voraussetzung der genannten Relativanordnung zum Lüfter bei abstrakter Betrachtung einen veränderlichen Strömungswiderstand der betriebsmäßig vom Lüfter bewegten Luft, welcher den Lüfterbetrieb beeinflusst. Dieser Einfluss des veränderlichen Strömungswiderstands der Luftklappenvorrichtung auf den Lüfterbetrieb kann durch Erfassung des wenigstens einen Betriebsparameters des Lüfters wenigstens schematisch-qualitativ erkannt werden, was wiederum einen Rückschluss auf den Ist-Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung ermöglicht.
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Der Vorteil der hier vorgeschlagenen Ermittlung des Ist-Betriebszustands der Luftklappenvorrichtung liegt nicht nur in der sicheren Erfassung des Ist-Betriebszustands, sondern auch in der einfachen Erfassung desselben, da die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ohne Positionssensoren, Schalter und dergleichen zur Erfassung von Luftklappenpositionen auskommt. Somit werden zur Verwirklichung der hier vorgeschlagenen Vorrichtung keine zusätzlichen Daten- oder/und Energieeingänge an Steuervorrichtungen oder Steuergeräten benötigt. Eventuell benutzte Software in den Steuervorrichtungen muss nicht um weitere Überwachungsfunktionalitäten zur Ansteuerung zusätzlicher Sensoren erweitert werden, es werden keine zusätzlichen Kabel benötigt und es ist keine zusätzliche Belastung etwaig vorhandener Datennetzwerke, wie etwa in Kraftfahrzeugen eingesetzte LIN- oder CAN-Busse, erforderlich.
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Mit den Begriffen "betriebsmäßig minimal" und "betriebsmäßig maximal" soll der im bestimmungsgemäßen Betrieb minimale bzw. maximale durchströmbare Querschnitt der Luftdurchlassöffnung bezeichnet sein. Es soll daher nicht ausgeschlossen sein, dass es möglich ist, die Luftklappenanordnung in eine weitere Stellung zu verbringen, in der der durchströmbare Querschnitt der Luftdurchlassöffnung noch kleiner oder noch größer ist, die jedoch bei bestimmungsgemäßem Betrieb nicht auftritt. "Bestimmungsgemäßer Betrieb" bezeichnet dabei ausschließlich den Betrieb der Luftklappenvorrichtung zur Veränderung des durch die Luftdurchlassöffnung hindurchtretenden Luftstroms, nicht dagegen einen Wartungsbetrieb oder dergleichen Sonderbetrieb, in welchem aus Gründen bestmöglicher Erreichbarkeit die Luftklappenanordnung in eine ansonsten nicht auftretende Wartungsstellung bzw. vergleichbare Sonderstellung verbracht werden kann.
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Der erfasste wenigstens eine Betriebsparameter des Lüfters kann tatsächlich ein beliebiger Betriebsparameter sein, etwa dessen Drehzahl oder dessen Leistung. Die Verwendung eines mit der Leistungsaufnahme des Lüfters zusammenhängenden Betriebsparameters ist vorteilhaft, da der Lüfter zur Überwindung des von der Stellung der Luftklappenvorrichtung abhängigen Strömungswiderstandes der betriebsmäßig vom Lüfter bewegten Luft pro Zeiteinheit unterschiedlich viel Energie, also unterschiedliche Leistung, aufwenden muss.
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Grundsätzlich kann der Lüfter über beliebige physikalische Wirkprinzipien angetrieben sein. In der Regel wird der Lüfter jedoch ein elektrisch angetriebener Lüfter sein. Aus diesem Grunde ist es bevorzugt, wenn der erfasste Betriebsparameter eine elektrische Größe ist, die sich mit der dem Lüfter zu dessen Betrieb zugeführten elektrischen Leistung ändert.
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Bei zahlreichen elektrischen Motoren ändert sich mit dem abgegebenen Drehmoment der vom Motor benötigte Motorstrom. Daher ist es bei elektrisch angetriebenen Lüftern bevorzugt, wenn der erfasste Betriebsparameter die Stromstärke des dem Lüfter zugeführten Betriebsstroms ist. Dies ist auch aus einem weiteren Grund nachvollziehbar: Die vom Lüfter aufgewendete Leistung ist das Produkt aus der am Lüfter anliegenden Spannung und dem dem Lüfter zugeführten Betriebsstrom. Die Spannung ist gerade in dem hier vorliegenden bevorzugten Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug in der Regel die von der Batterie oder Lichtmaschine gelieferte konstante Bordspannung. Der sich mit dem von der Luftklappenvorrichtung erzeugte und auf den Lüfter in dessen Betrieb zurückwirkende Strömungswiderstand führt daher im Wesentlichen zu einer Änderung des Betriebsstroms des Lüfters.
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Unmittelbar nach dem Einschalten des Lüfters können bis zum Erreichen eines quasi-stationären Betriebszustands des Lüfters transiente Betriebsparameterwerte erfasst werden, die nur bedingt aussagekräftig sind. Um sicherzustellen, dass aus dem erfassten Betriebsparameter auf den richtigen Ist-Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung geschlossen werden kann, ist die Steuereinrichtung gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung dazu ausgebildet, den Betriebsparameter in einem zeitlichen Abstand nach einem Betriebsstart des Lüfters zu erfassen.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den Betriebsparameter mehrmals zu erfassen, wobei die einzelnen Erfassungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgen, um beispielsweise den besonders aussagekräftigen quasi-stationären Betriebszustand des Lüfters erkennen zu können. Dieser quasi-stationäre Betriebszustand kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass ein erfasster Wert des Betriebsparameters sich über eine Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Messungen um nicht mehr als einen vorbestimmten Änderungsgrenzwert ändert. Besonders bevorzugt kann die Steuervorrichtung dazu ausgebildet sein, den Betriebsparameter über eine Zeitspanne hinweg kontinuierlich zu erfassen.
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Der Erfassung des Betriebsparameters im Sinne der vorliegenden Erfindung steht die Erfassung eines vom Betriebsparameter verschiedenen Parameters gleich, welcher sich zumindest in den bei bestimmungsgemäßem Betrieb erwarteten Wertebereichen zum Betriebsparameter in einer bekannten Gesetzmäßigkeit verhält, etwa zum Betriebsparameter linear proportional ist.
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Um ausgehend von dem erfassten Betriebsparameter auf einen Ist-Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung zu schließen, kann die Steuervorrichtung dazu ausgebildet sein, den erfassten Betriebsparameter mit wenigstens einem Vergleichswert zu vergleichen und abhängig von dem Vergleich auf den Ist-Betriebszustand zu schließen.
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Der Vergleichswert kann ein Schwellenwert sein, wobei die Steuereinrichtung dann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung dazu ausgebildet sein kann, dann auf einen ersten Betriebszustand als den Ist-Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung zu schließen, wenn der erfasste Betriebsparameter größer als der Vergleichswert ist oder/und dann auf einen zweiten Betriebszustand als den Ist-Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung der Luftklappenvorrichtung zu schließen, wenn der erfasste Betriebsparameter kleiner als der Vergleichswert ist. Auf diese Weise kann anhand eines erfassten Betriebsparameters in einfacher und zuverlässiger Weise entschieden werden, welcher von zwei Betriebszuständen als Ist-Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung vorliegt.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, zu überprüfen, ob der erfasste Betriebsparameter in wenigstens einem vorbestimmten Wertebereich gelegen ist, und dann, wenn der erfasste Betriebsparameter in dem vorbestimmten Wertebereich gelegen ist, auf das Vorliegen eines diesem Wertebereich zugeordneten Betriebszustands als den Ist-Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung zu schließen. Auf diese Weise können ebenso viele Betriebszustände als Ist-Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung erkannt werden, wie Wertebereiche definiert sind, denen jeweils einer der Betriebszustände zugeordnet ist.
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Die Steuereinrichtung kann folglich dazu ausgebildet sein, zu überprüfen, ob der erfasste Betriebsparameter in einem vorbestimmten Wertebereich aus einer Mehrzahl vorbestimmter Wertebereiche gelegen ist, wobei unterschiedlichen Wertebereichen unterschiedliche Betriebszustände der Luftklappenvorrichtung zugeordnet sind, wobei die Steuereinrichtung weiter dazu ausgebildet ist, dann, wenn der erfasste Betriebsparameter in einem Wertebereich aus der Mehrzahl vorbestimmter Wertebereiche gelegen ist, auf das Vorliegen des diesem Wertebereich zugeordneten Betriebszustands als dem Ist-Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung zu schließen.
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Die Steuereinrichtung kann daher einen Datenspeicher umfassen. In diesem können die Wertebereiche, die Betriebszustände und die Zuordnung zwischen diesen gespeichert sein.
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In einem oben bereits angedeuteten einfachen Fall, in welchem es ausreichen kann, wenn die Steuervorrichtung nur zwischen zwei Betriebszuständen der Luftklappenvorrichtung unterscheidet, kann die Mehrzahl vorbestimmter Betriebszustände einen fehlerfreien und einen fehlerbehafteten Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung umfassen. Die Steuervorrichtung kann dann beispielsweise darauf schließen, dass die Luftklappenvorrichtung fehlerfrei funktioniert, wenn der erfasste Betriebsparameter über dem oben genannten Schwellenwert liegt, und kann dann auf das Vorliegen eines Fehlers im Betrieb der Luftklappenvorrichtung schließen, wenn der erfasste Betriebsparameter kleiner oder gleich dem genannten Schwellenwert ist. Entsprechendes gilt für das Vorliegen des erfassten Betriebsparameters in einem vorbestimmten Wertebereich, wenn lediglich zwei Wertebereiche definiert sind. Die obige Zuordnung ist lediglich beispielhaft angegeben. Sie kann auch umgekehrt zu dem oben gegebenen Beispiel sein.
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Da der von der Luftklappenvorrichtung bewirkte Strömungswiderstand, der auf den Lüfterbetrieb zurückwirkt, maßgeblich von der Stellung der Luftklappenanordnung bestimmt ist, kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung die Steuervorrichtung auf einen Betriebszustand aus einer Mehrzahl vorbestimmter Betriebszustände als den Ist-Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung schließen, wobei die Mehrzahl vorbestimmter Betriebszustände ein Vorliegen der Luftklappenanordnung in einer aus wenigstens zwei Betriebsstellungen aus Schließstellung, Öffnungsstellung und einer zwischen Öffnungs- und Schließstellung gelegenen Zwischenstellung umfasst. Bevorzugt umfasst die Mehrzahl vorbestimmter Betriebszustände ein Vorliegen der Luftklappenanordnung in einer Betriebsstellung aus Schließstellung, Öffnungsstellung und einer oder mehrerer zwischen Öffnungs- und Schließstellung gelegenen Zwischenstellungen.
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Die Erkennung eines fehlerbehafteten oder fehlerfreien Betriebszustands der Luftklappenvorrichtung kann auch in mehreren Schritten vollzogen werden, etwa dadurch, dass die Steuervorrichtung wie oben dargelegt auf das Vorliegen einer Betriebsstellung der Luftklappenanordnung bzw. der Luftklappenvorrichtung schließt, diese erschlossene Betriebsstellung mit einer Soll-Betriebsstellung vergleicht und abhängig von diesem Vergleich auf einen fehlerfreien oder einen fehlerbehafteten Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung zu schließen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung dann, wenn sie feststellt, dass die Ist-Betriebsstellung von einer einschlägigen Soll-Betriebsstellung abweicht, auf einen fehlerbehafteten Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung schließen. Die Steuervorrichtung kann daher in dieser Weise ausgebildet sein.
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Um eine möglichst effektive Rückwirkung der Luftklappenvorrichtung auf den Lüfterbetrieb zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Luftklappenvorrichtung den vom Lüfter in dessen Betrieb erzeugten Luftstrom möglichst stark beeinflusst. Dies kann konstruktiv dadurch erreicht werden, dass der Lüfter der Luftklappenvorrichtung in Richtung der Strömungsachse unmittelbar benachbart ist. In diesem Falle befindet sich längs der Strömungsachse zwischen der Luftklappenvorrichtung und dem Lüfter keine weitere Funktionseinheit. Bevorzugt ist die Luftklappenvorrichtung auf der Überdruckseite des Lüfters angeordnet.
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Da der Lüfter oder/und die Luftklappenvorrichtung in der Regel vorteilhaft abhängig von Betriebszuständen einer sie aufnehmenden übergeordneten Struktur, etwa eines Kraftfahrzeugs, oder von anderen Funktionseinheiten betrieben bzw. verstellt werden, ist vorteilhafterweise eine Steuereinheit vorgesehen, die den Betrieb des Lüfters bzw. für die Verstellung der Luftklappenvorrichtung steuert. Grundsätzlich kann dies eine gesonderte Steuereinheit sein. Aus Gründen einer vorteilhaften, möglichst geringen Anzahl von Baugruppen zur Realisierung der hier diskutierten Vorrichtung ist die Steuereinrichtung vorteilhafterweise weiter dazu ausgebildet, den Betrieb des Lüfters oder/und eine Verstellung der Luftklappenanordnung zu steuern.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur konvektiven Kühlung einer Funktionsbaugruppe, wie sie oben beschrieben ist.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung auch gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung eines Ist-Betriebszustands einer Luftklappenvorrichtung, welche in einem betriebsmäßig durch einen Lüfter erzeugbaren Luftstrom angeordnet ist, umfassend die folgenden Schritte:
- – Erfassen wenigstens eines Betriebsparameters des Lüfters, insbesondere einer sich mit der dem Lüfter zugeführten elektrischen Leistung ändernden elektrischen Größe, besonders bevorzugt des dem Lüfter zugeführten elektrischen Stroms,
- – Vergleichen des erfassten Betriebsparameters mit einem Kennfeld, in welchem Werten des Betriebsparameters Betriebszustände der Luftklappenvorrichtung zugeordnet sind, und
- – Ermitteln des dem erfassten Betriebsparameter zugeordneten Betriebszustands als der Ist-Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung.
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Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die obige ausführliche Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen.
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Das Verfahren kann ein gezieltes Anfahren einer vorbestimmten Betriebsstellung der Luftklappenvorrichtung umfassen, sodass anhand der zuvor beschriebenen Ermittlungsroutine ermittelt werden kann, ob die vorbestimmte Betriebsstellung ordnungsgemäß erreicht wurde. Das Verfahren kann das Anfahren einer Mehrzahl vorbestimmter Betriebsstellungen der Luftklappenvorrichtung umfassen, wobei nach einer Mehrzahl von Anfahrvorgängen, vorzugsweise nach jedem Anfahrvorgang, wenigstens der zuvor beschriebene Schritt des Erfassens des wenigstens einen Betriebsparameters durchgeführt wird, um überprüfen zu können, ob jede aus der Mehrzahl von Betriebsstellungen tatsächlich von der Luftklappenvorrichtung erreicht wird. Hierzu können die erfassten Betriebsparameter wie oben beschrieben mit einem Kennfeld verglichen und abhängig vom jeweiligen Vergleichsergebnis ein Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung ermittelt werden. Auf diese Weise kann eine sensorfreie Prüfroutine zur Funktionsüberprüfung der Luftklappenvorrichtung bereitgestellt werden. Diese kann in kurzer Zeit, etwa automatisch unmittelbar nach dem Fahrzeugstart oder während Rotphasen von Ampelschaltungen oder allgemein auf Anforderung durch den Fahrzeugführer, durchgeführt werden.
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Die in der vorliegenden Anmeldung dargelegten Ausbildungen der Steuervorrichtung als jeweilige Weiterbildung der vorliegenden Erfindung stellen ebenso Weiterbildungen des erfindungsgemäßen, die eingangs genannte Aufgabe lösenden Verfahrens dar, da die oben im einzelnen beschriebenen Ausbildungen der Steuervorrichtung jeweils eine Ausbildung zur Durchführung der der Ausbildung unterfallenden Handlungsabläufe und damit eine Ausbildung zur Durchführung eines Verfahrens bzw. Teilverfahrens definieren.
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Zur Sicherstellung ausreichender Redundanz kann die Steuereinrichtung zur Erfassung mehrerer unterschiedlicher Betriebsparameter ausgebildet sein bzw. können im Verlauf der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mehrere unterschiedliche Betriebsparameter erfasst werden.
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Die vorliegende Anmeldung betrifft weiter ein Kraftfahrzeug mit einer wie oben beschriebenen Vorrichtung zur konvektiven Kühlung oder/und ein Kraftfahrzeug, welches zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.
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Die in der vorliegenden Anmeldung gebrauchten Ausdrücke "Betriebsstellung der Luftklappenvorrichtung" und "Betriebsstellung der Luftklappenanordnung" sind gleichbedeutend.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
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1 eine grobschematische Längsschnittansicht durch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur konvektiven Kühlung von Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine,
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2 einen Graphen, welcher den Zusammenhang zwischen dem vom Lüfter der Vorrichtung von 1 angezogenen Betriebsstrom und der Betriebsdauer zeigt, wenn sich die Luftklappenvorrichtung der Vorrichtung von 1 in der Öffnungsstellung befindet,
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3 einen Graphen, welcher den Zusammenhang zwischen dem vom Lüfter der Vorrichtung von 1 angezogenen Betriebsstrom und der Betriebsdauer zeigt, wenn sich die Luftklappenvorrichtung der Vorrichtung von 1 in der Schließstellung befindet,
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4 einen Graphen, welcher den Zusammenhang zwischen dem vom Lüfter der Vorrichtung von 1 angezogenen Betriebsstrom und der Betriebsdauer zeigt, wenn sich die Luftklappenvorrichtung der Vorrichtung von 1 in einer Zwischenstellung zwischen der Öffnungsstellung der Schließstellung befindet und
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5 die Graphen der 2 bis 4 in einem gemeinsamen Diagramm mit darin angedeuteten Kennfeldern, welchen unterschiedliche Ist-Betriebszustände der Luftklappenvorrichtung zugeordnet sind.
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In 1 ist ein Umriss eines vorderen Abschnitts eines Kraftfahrzeugs (PKW) strichliniert grobschematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Zu erkennen ist ein Vorderrad 12, welches ebenfalls lediglich grobschematisch strichliniert im Umriss gezeigt ist.
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In dem vorderen Abschnitt 10 des Kraftfahrzeugs ist eine Brennkraftmaschine 14 strichliniert angedeutet. Diese ist, wie allgemein üblich, durch Kühlflüssigkeit gekühlt. Um die der Kühlflüssigkeit in der Brennkraftmaschine 14 zugeführte Wärme der Kühlflüssigkeit wieder entziehen zu können, ist ein Wärmetauscher 16 vorgesehen, dem die Kühlflüssigkeit mit einem erhöhten Temperaturniveau über eine Rohr- oder Schlauchleitung 18 zugeführt und von dem die Kühlflüssigkeit über eine ähnliche Leitung auf niedrigerem Temperaturniveau wieder zur Brennkraftmaschine 14 geleitet wird. So zirkuliert die Kühlflüssigkeit zwischen der Brennkraftmaschine 14 und dem Wärmetauscher 16.
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In dem hier diskutierten Ausführungsbeispiel ist Kühlflüssigkeit lediglich beispielhaft erwähnt. Statt der Kühlflüssigkeit könnte ebenso gut Bremsflüssigkeit, ein Schmierstoff, wie etwa Motoröl, oder eine andere im Betrieb des Kraftfahrzeugs erwärmte Flüssigkeit einem Wärmetauscher 16 zur konvektiven Kühlung zugeführt werden.
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Der Wärmetauscher 16 wird im Betrieb des Kraftfahrzeugs durch einen Luftstrom konvektiv gekühlt, welcher im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung F verläuft und in 1 durch die Pfeile L symbolisiert ist. Die Pfeile L erstrecken sich längs der Strömungsachse S des Luftstroms.
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Der Luftstrom L kann entweder durch Fahrtwind bei Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs oder durch einen Lüfter 20 erzeugt werden, etwa bei Stillstand des Kraftfahrzeugs.
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Der Lüfter 20 umfasst in an sich bekannter Weise eine Lüfterwelle 22 mit daran fest verbundenen Flügelblättern 24. Ein mit der Lüfterwelle 22 verbundener Lüfterantrieb 26 liefert die Energie, die notwendig ist, um die Lüfterwelle 22 mit den daran zur gemeinsamen Bewegung fixierten Flügelblättern 24 zur Erzeugung des Luftstroms L in Drehung zu versetzen.
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Der Lüfter 20 ist dabei bevorzugt einer Luftklappenvorrichtung 28 in Strömungsrichtung des Luftstroms L unmittelbar benachbart angeordnet. Die Luftklappenvorrichtung 28 umfasst einen Rahmen 30, welcher eine Luftdurchlassöffnung 32 umgibt und in welchem eine Luftklappenanordnung 34 mit einer Mehrzahl von beweglichen Luftklappen 36 angeordnet ist. Im dargestellten Beispiel sind die Luftklappen 36 der Luftklappenanordnung 34 parallel und verlaufen im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung Q, dies entspricht einer Verlaufsrichtung orthogonal zur Zeichenebene von 1. Die Luftklappen 36 sind zur Verstellung zwischen einer Öffnungsstellung, in welcher der durchströmbare Querschnitt der Luftdurchlassöffnung 32 betriebsmäßig maximal ist, und einer Schließstellung, in welcher der durchströmbare Querschnitt der Luftdurchlassöffnung 32 betriebsmäßig minimal ist, verschwenkbar. Im dargestellten Beispiel sind die Luftklappen 36 um ortsfeste parallele in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Drehachsen D verschwenkbar.
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Mit "betriebsmäßig" minimal oder maximal soll angegeben sein, dass die Schließstellung bzw. die Öffnungsstellung der Luftklappenanordnung 34 bei bestimmungsgemäßem Betrieb derselben zur mengenmäßigen Änderung des die Luftdurchlassöffnung 32 durchströmenden Luftstroms L den jeweils kleinsten bzw. den jeweils größten durchströmbaren Querschnitt der Luftdurchlassöffnung 32 bereitstellt. Dies soll jedoch nicht ausschließen, dass es außerhalb des oben genannten bestimmungsgemäßen Betriebs Sonderbetriebsarten gibt, wie etwa einen Wartungsbetrieb oder dergleichen, in welchen durch Anfahren einer Sonderstellung der Luftklappenanordnung 34 ein noch größerer oder ein noch kleinerer durchströmbarer Querschnitt der Luftdurchlassöffnung 32 erreicht werden kann.
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Lediglich grobschematisch ist ein Aktuator 38 in 1 dargestellt, welcher den Drehantrieb der Luftklappenanordnung 34 bildet, um die Luftklappen 36 der Luftklappenanordnung 34 zwischen den genannten Betriebsstellungen: Öffnungsstellung und Schließstellung, zu verstellen.
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Weiter umfasst die in 1 dargestellte Vorrichtung eine Steuereinrichtung 40, welche bevorzugt dazu ausgebildet ist, sowohl den Lüfteraktuator bzw. Lüfterantrieb 26 als auch den Klappenaktuator 38 zum Betrieb anzusteuern. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Steuereinrichtung 40 die Energieversorgung des Lüfteraktuators bzw. Lüfterantriebs 26 und des Klappenaktuators 38 steuert oder sogar regelt.
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Auf jeden Fall ist die Steuereinrichtung 40 dazu ausgebildet, einen Betriebsparameter des Lüfters 20 zu erfassen, im dargestellten Beispiel etwa den vom Lüfter 20 bzw. vom Lüfterantrieb 26 angezogenen Betriebsstrom.
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Abhängig von der Betriebsstellung der Luftklappenanordnung 34 der Luftklappenvorrichtung 28 wird der vom Luftstrom L zu überwindende Strömungswiderstand erhöht bzw. verringert. Da der Lüfter 20 relativ zur Luftklappenvorrichtung 28 derart angeordnet ist, dass ein von ihm erzeugter Luftstrom L die Luftdurchlassöffnung 32 durchströmt, wirkt der abhängig von der Betriebsstellung der Luftklappenanordnung 34 erzeugte Strömungswiderstand auf den Lüfter 20 zurück, wenn der die Luftdurchlassöffnung 32 durchströmende Luftstrom L vom Lüfter 20 erzeugt wurde.
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Der Lüfter 20 ist, wie in Kraftfahrzeugen allgemein üblich, in Bezug auf den Wärmetauscher 16 bevorzugt saugend montiert, d. h. der Wärmetauscher 16 befindet sich auf der Saugseite (Unterdruckseite) des Lüfters 20 und die Luftklappenvorrichtung 28 auf dessen Druckseite (Überdruckseite). Bei Lüfterbetrieb saugt der Lüfter 20 also Luft durch den Wärmetauscher 16 hindurch, die sich beim Durchgang durch den Wärmetauscher 16 erwärmt und so die den Wärmetauscher 16 ebenfalls durchströmende Kühlflüssigkeit abkühlt. Der Lüfter 20 drückt die erwärmte Luft durch die Luftklappenvorrichtung 28 nach außen (linke Pfeilspitzen des Luftstroms L in 1).
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Im Gegensatz dazu wird dann, wenn der Wärmetauscher 16 durch Fahrtwind konvektiv gekühlt werden soll, der Wärmetauscher 16 vom Fahrtwind in Fahrzeuglängsrichtung von der Fahrzeugvorderseite zum Fahrzeugheck hin strömend angeströmt (rechte Pfeilspitzen des Luftstroms L in 1).
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Dann, wenn der Wärmetauscher 16 durch den Betrieb des Lüfters 20 konvektiv gekühlt werden soll, ist es wichtig, dass die erwärmte Luft auf der Druckseite des Lüfters 20 durch die Luftklappenvorrichtung 28 in die Außenumgebung des Kraftfahrzeugs entweichen kann.
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Um eine Überhitzung der Brennkraftmaschine 14 zu vermeiden oder um einen unnötigen Schadstoffausstoß des Kraftfahrzeugs zu vermeiden, weil etwa die Luftklappenvorrichtung 28 trotz Kaltstart der Brennkraftmaschine 14 sich in der Öffnungsstellung befindet und somit die Erwärmung der Brennkraftmaschine 14 auf ihre Nennbetriebstemperatur unnötig verzögert wird, ist es hilfreich, die Funktionstüchtigkeit bzw. das ordnungsgemäße Funktionieren der Luftklappenvorrichtung 28 zu prüfen bzw. zu überwachen.
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Diese Überwachung kann in sehr einfacher Weise ohne zusätzliche Sensoren wie folgt erfolgen:
In 2 ist ein Zusammenhang-Diagramm zwischen dem vom Lüfter 20 angezogenen Betriebsstrom und der Betriebsdauer des Lüfters 20 dargestellt. Die Abszisse des Diagramms von 2 zeigt die Betriebsdauer in Sekunden, die Ordinate des Diagramms von 2 zeigt die Stromstärke des Betriebsstroms in Ampère. Der im Diagramm von 2 dargestellte Graph 42 zeigt somit, welchen Betriebsstrom der Lüfter 20 zu welchem Zeitpunkt ab dem Betriebsstart (t = 0 s) aufnimmt. Zu erkennen ist, dass nach einer etwa einsekündigen transienten Anfahrphase der Lüfter einen quasi-stationären Betriebszustand einnimmt und für die weitere Betriebsdauer in etwa einen konstanten niedrigen Betriebsstrom aufnimmt.
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Dieser zeitlich konstante Betriebsstrom liegt deshalb auf so niedrigem Niveau, weil sich die Luftklappenvorrichtung 28 in ihrer Öffnungsstellung befindet und somit der durchströmbare Querschnitt der Luftdurchlassöffnung 32 betriebsmäßig maximal ist. Somit hat der Lüfter 20 einen betriebsmäßig minimalen Strömungswiderstand zu überwinden, um Luft vom Wärmetauscher 16 durch die Luftklappenvorrichtung 28 hindurch in den Außenbereich des Kraftfahrzeugs zu fördern.
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In 3 ist dagegen der zeitliche Verlauf 44 des vom Lüfter 20 angezogenen Betriebsstroms dargestellt, wenn sich die Luftklappenvorrichtung 28 in der Schließstellung befindet. Da der durchströmbare Querschnitt der Luftdurchlassöffnung 32 dann betriebsmäßig minimal ist, ist der von der Luftklappenvorrichtung 28 dem Luftstrom L entgegengesetzte Strömungswiderstand betriebsmäßig maximal. Der Lüfter 20, welcher gegen den von der Luftklappenvorrichtung 28 bereitgestellten Strömungswiderstand arbeiten muss, nimmt daher dann, wenn sich die Luftklappenvorrichtung 28 in der Schließstellung befindet, nach der transienten Anfahrphase einen wesentlich höheren Betriebsstrom auf als in dem in 2 gezeigten Fall, wenn sich die Luftklappenvorrichtung 28 in der Öffnungsstellung befindet.
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Auch in dem in 3 gezeigten Fall stellt sich nach einer transienten Anfahrphase ein quasi-stationärer Betriebszustand ein, welcher über die weitere Betriebsdauer anhält.
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So lässt sich beispielsweise ausgehend von dem Graphen 42 ein Schwellenwert 46 des Betriebsstroms definieren, mit dessen Hilfe ermittelt werden kann, ob sich die Luftklappenvorrichtung 28 in der Öffnungsstellung befindet oder nicht. Dann, wenn sich der quasi-stationäre zeitliche Verlaufsabschnitt des Betriebsstroms unterhalb des Schwellenwerts 46 befindet, kann darauf geschlossen werden, dass sich die Luftklappenvorrichtung 28 in der Öffnungsstellung befindet. Dann, wenn der quasi-stationäre zeitliche Verlaufsabschnitt sich dagegen oberhalb des Schwellenwerts 46 befindet, kann darauf geschlossen werden, dass sich die Luftklappenvorrichtung 28 zumindest nicht in der Öffnungsstellung befindet. Der Schwellenwert 46 (erster Schwellenwert) kann ausgehend von dem Niveau des quasi-stationären zeitlichen Verlaufsabschnitts 43 des Graphen 42 ermittelt werden, etwa unter Berücksichtigung betriebsüblicher Schwankungen und Toleranzen.
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Ebenso kann ausgehend von dem Graphen 44 in 3 ein weiterer Schwellenwert 48 des Betriebsstroms definiert werden, welcher gestattet, zu ermitteln, ob sich die Luftklappenvorrichtung 28 in der Schließstellung befindet oder nicht. Dann, wenn sich der quasi-stationäre zeitliche Verlaufsabschnitt 45 des Graphen 44 oberhalb des Schwellenwerts 48 befindet, kann darauf geschlossen werden, dass sich die Luftklappenvorrichtung 28 in der Schließstellung befindet. Dann, wenn dies nicht der Fall ist, kann dagegen darauf geschlossen werden, dass sich die Luftklappenvorrichtung 28 nicht in der Schließstellung befindet. Wiederum kann der Schwellenwert 48 (zweiter Schwellenwert) ausgehend vom Werteniveau des quasi-stationären Verlaufsabschnitts 45 des zeitlichen Verlaufs 44 des Betriebsstroms unter Berücksichtigung betriebsüblicher Schwankungen und Toleranzen ermittelt werden.
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In 4 ist schließlich ein Verlauf 50 des Betriebsstroms des Lüfters 20 als Funktion der Betriebsdauer dargestellt, welcher sich einstellt, wenn sich die Luftklappenvorrichtung 28 in einer Zwischenstellung zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung befindet.
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Wiederum stellt sich nach einer transienten Anfahrphase, die etwa 1 Sekunde nach dem Betriebsstart endet, ein quasi-stationäre Betriebszustand des Lüfters ein, in dem sich der vom Lüfter 20 angezogene Betriebsstrom nur noch unwesentlich ändert.
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Auch ausgehend von dem quasi-stationären Verlaufsabschnitt 51 des Graphen 50 kann analog zu der oben bereits beschriebenen Weise ein Schwellenwert 52 (dritter Schwellenwert) definiert werden, mit dessen Hilfe auf ein Vorliegen der Luftklappenvorrichtung 28 in der Zwischenstellung geschlossen werden kann.
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Die oben erwähnten Rückschlüsse auf einen bestimmten Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung 28 anhand der Relativlage des quasi-stationären Verlaufsabschnitts des zeitlichen Verlaufs des vom Lüfter 20 angezogenen Betriebsstroms relativ zu den angegebenen Schwellenwerten können in einfacher Weise von der Steuereinrichtung 40 vorgenommen werden, die in einem Datenspeicher die Schwellenwerte 46, 48 und 52 gespeichert aufweisen kann und einen nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne ab dem Betriebsstart des Lüfters 20 erfassten Betriebsstromwert mit den Schwellenwerten 46 oder/und 48 oder/und 52 vergleicht und abhängig von dem Vergleichsergebnis anhand der oben beschriebenen Zusammenhänge darauf schließt, in welcher Stellung die Luftklappenvorrichtung 28 sich befindet oder wenigstens in welcher Stellung die Luftklappenvorrichtung 28 sich nicht befindet.
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Die so ermittelte vorliegende Stellung der Luftklappenvorrichtung 28 oder auch die so ermittelte sicherlich nicht vorliegende Stellung der Luftklappenvorrichtung 28 kann anhand weiterer der Steuereinrichtung 40 vorliegender Daten mit einer Soll-Betriebsstellung der Luftklappenvorrichtung 28 verglichen werden, sodass die Steuereinrichtung 40 beispielsweise dann, wenn die ermittelte Stellung der Luftklappenvorrichtung 28 mit der Soll-Betriebsstellung derselben übereinstimmt, auf ein ordnungsgemäßes Funktionieren der Luftklappenvorrichtung 28 schließen kann.
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Es ist gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung auch denkbar, dass in der Steuereinrichtung 40 zur Funktionsüberprüfung der Luftklappenvorrichtung 28 ein vorbestimmtes Programm abläuft, gemäß dem die Luftklappenanordnung 34 in unterschiedliche definierte Betriebsstellungen verstellt wird und durch Lüfterbetrieb in der oben beschriebenen Art und Weise ermittelt wird, ob die Luftklappenvorrichtung 28 sich tatsächlich in der jeweils angefahrenen Betriebsstellung befindet oder nicht.
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In 5 sind die Graphen 42, 44 und 50 der 2 bis 4 in einem einzigen Diagramm dargestellt. Das Diagramm von 5 enthält darüber hinaus ein erstes Kennfeld 54 und ein zweites Kennfeld 56. Das erste Kennfeld 54 erstreckt sich über einen ersten Wertebereich von Betriebsstromstärken sowie über einen Bereich von Betriebszeiten. Diesem ersten Wertebereich ist ein Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung 28 zugeordnet, etwa ein Betriebszustand "befindet sich in überwiegend geschlossenem Zustand" oder – wenn das Diagramm von 5 einem Soll-Betriebszustand von überwiegend geschlossener Stellung der Luftklappenvorrichtung 28 zugeordnet ist – ein Betriebszustand "ordnungsgemäß funktionstüchtig".
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Dementsprechend kann dem Wertebereich des zweiten Kennfelds 56, welcher vom ersten Wertebereich bevorzugt vollständig verschieden ist, ein weiterer Betriebszustand zugeordnet sein, etwa ein Betriebszustand "nicht in ausreichend geschlossener Zustand" oder "nicht ordnungsgemäß funktionstüchtig". Auch die Verwendung von Kennfeldern gestattet das Anfahren gezielter Betriebsstellungen der Luftklappenvorrichtung 28 und das Überprüfen der angefahrenen Betriebsstellungen durch Einschalten des Lüfters 20 und Erfassen des von diesem aufgenommenen Betriebsstroms in einem quasi-stationären Betriebszustand.
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Die Steuereinrichtung 40 kann abhängig von dem ermittelten Ist-Betriebszustand der Luftklappenvorrichtung 28 eine Fehlermeldung ausgeben bzw. eine entsprechende Information in den Fehlerdatenspeicher des Kraftfahrzeugs schreiben.
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Besonders vorteilhaft ist die in der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagene Möglichkeit zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit der Luftklappenvorrichtung 28, weil die Überwachung mit großer Sicherheit im Überwachungsergebnis ohne Installation von hierfür benötigten Sensoren, Leitungen, Software und dergleichen auskommt.
