Pompes à eau électriques : utilisations principales pour les moteurs à combustion, les véhicules hybrides et électriques

Les pompes à eau électriques existent depuis de nombreuses années. Toutefois, avant cette dernière décennie, elles n’attiraient pas particulièrement l’attention. Cette situation a complètement changé aujourd’hui. Les pompes à eau électriques sont devenues de plus en plus indispensables pour assurer le fonctionnement optimal du système de refroidissement, aussi bien pour les moteurs à combustion que pour les véhicules hybrides et électriques. Ci-dessous, nous retraçons cette évolution à travers les différentes utilisations des pompes à eau électriques – des pompes à eau principales aux pompes dédiées à la gestion thermique des véhicules (du refroidissement du système de turbocompresseur au refroidissement de la batterie). Nous évoquons également les composants de pompe les plus importants.  

Utilisations principales des pompes à eau électriques

Aborder les utilisations principales des pompes à eau électriques est l’un des meilleurs moyens de comprendre leur évolution.

Chauffage supplémentaire programmable

Le chauffage supplémentaire programmable a été l’une des premières applications équipées de pompes à eau électriques. Dans ces systèmes, un chauffage supplémentaire utilise le carburant du véhicule pour amener le liquide de refroidissement à la température requise et réchauffer l’habitacle. Ainsi, l’habitacle est maintenu à une température agréable pour le conducteur et le moteur démarre à une température optimale, réduisant ainsi l’usure des pièces sollicitées. Dans la plupart des cas, l’unité de climatisation contrôle à la fois le chauffage supplémentaire et la pompe à eau électrique. Ainsi, toute chaleur résiduelle présente dans le système de refroidissement peut être utilisée pour assurer un chauffage continu, même après l’arrêt du moteur.

Pompe à eau électrique

Pompes supportant le système de refroidissement

Les systèmes de refroidissement sont de plus en plus complexes car les constructeurs automobiles continuent d’améliorer les performances des véhicules. Aujourd’hui, ces systèmes ont non seulement besoin de tuyaux modulaires mais également de pompes à eau électriques pour leur permettre de fonctionner indépendamment du flux du liquide de refroidissement fourni par la pompe mécanique principale, voire pour fonctionner dans des circuits complètement distincts. 

 

Éviter la surchauffe et prolonger la durée de vie des composants

Les premières à apparaître sur le marché ont été les pompes électriques qui, après l’arrêt du moteur, continuent à pomper du liquide de refroidissement pendant un certain temps. En baissant la température du moteur, elles évitent la surchauffe et prolongent la durée de vie de ses composants. Elles fonctionnent de la même manière que  les pompes de chauffage supplémentaires car, parfois, l’habitacle continue à être chauffé pendant un un certain laps de temps après l’arrêt du moteur.

Système de gestion thermique

Aujourd’hui, le système de refroidissement est devenu le système de gestion thermique des nombreux véhicules pour lesquels l’unité de contrôle du moteur gère tous les éléments et décide comment réagir afin de maintenir chaque composant à la bonne température de fonctionnement.

Dans le cadre de la gestion thermique, il est important de souligner les véhicules micro-hybrides équipés d’un système Stop & Start et les autres véhicules hybrides. Pour maintenir le flux du liquide de refroidissement vers les éléments auxiliaires tels que le turbo ou le système de chauffage de l’habitacle, malgré des arrêts et des démarrages fréquents du moteur, ce système s’appuie sur une pompe à eau électrique. Ainsi, la pompe prolonge la durée de vie du turbo et évite les pannes prématurées, tout en garantissant que l’habitacle continue à recevoir de l’air chaud si nécessaire.

De plus, nous constatons une tendance croissante au refroidissement des gaz comprimés par le turbo ou le compresseur à l’aide d’un refroidisseur intermédiaire qui fonctionne avec du liquide de refroidissement et non de l’air extérieur. Ces gaz doivent être refroidis pour augmenter l’efficacité : comme la densité de l’air chaud est plus basse, ils contiennent moins d’oxygène pour la combustion du moteur. Lorsque ces gaz sont refroidis, la densité et donc le niveau d’oxygène augmentent, donnant ainsi plus de puissance au moteur.

 

Pompe à eau 41554E

Certains véhicules électriques modernes disposent même de quatre pompes à eau électriques pour assurer leur gestion thermique.

Véhicule électrique avec quatre pompes à eau électriques

Pompes à eau principales

 

Les pompes à eau électriques principales consomment moins de carburant que les pompes mécaniques. Ces dernières, continuellement en mouvement et déplacées par la courroie de distribution ou la courroie d’accessoires, consomment constamment de l’énergie du moteur. Ainsi, le remplacement d’une pompe mécanique par une pompe électrique activable en fonction des besoins réels du moteur peut entraîner une réduction significative de la consommation de carburant. 

Lors de la phase de préchauffage du moteur, par exemple, l’unité de contrôle peut décider de ne pas activer la pompe à eau du tout, afin d’atteindre la température de service plus rapidement. Dans notre article sur les thermostats à commande électrique, nous avons vu comment la pompe à eau 41504E installée par BMW peut augmenter ou réduire le débit du liquide de refroidissement et adapter sa température au style de conduite. 

Pompe à eau 41504E

Composants de la pompe

Au fil des années, l’utilisation des pompes à eau électriques a changé mais la technologie sur laquelle elles reposent a également évolué. Les pompes à courant continu traditionnelles avec balais ou contacts électriques ont été les premières pompes à eau électriques utilisées pour conduire le courant électrique entre les pièces fixes et rotatives du moteur. À l’heure actuelle, cette tendance a changé et les moteurs sans balais sont plus largement utilisés. 

 

En dépit des conceptions diverses, la composition des différentes pompes à eau est très similaire. Les pièces principales sont :

 

• Turbine/rotor : cette pièce permet le déplacement du liquide de refroidissement à l’aide d’un rotor équipé de pales d’entraînement. À l’intérieur, ce rotor contient les aimants permanents nécessaires dans un moteur sans balais pour générer le mouvement rotatif. 
• Corps/stator : cette pièce génère des champs magnétiques à travers les enroulements pour faire tourner le rotor.
• Unité de contrôle : cette unité transforme le courant continu reçu en courant triphasé transmis au stator. Grâce à un signal de modulation de largeur d’impulsion (PWM), la carte de circuit imprimé (PCB) connaît la vitesse à laquelle la pompe doit tourner (même si certaines pompes sont contrôlées par le bus de données du véhicule).

Les principaux composants d’une pompe à eau électrique

Modes de défaillance

Pour en savoir plus sur les modes de défaillance les plus courants, veuillez consulter notre article sur les caractéristiques uniques des pompes à eau électriques et leurs principales causes de défaillance.

Ces pompes plus récentes sont surveillées et génèrent un code d’erreur lorsque l’unité de contrôle détecte un problème mais, comme toujours, il est conseillé de vérifier le schéma de câblage :

1. Câble d’alimentation [vérifiez la tension pour vous assurer que la batterie est complètement chargée (12 à 14,8 V)]
2. Fil de terre (mesure la résistance de masse)
3. Câble bus de signal/données vers l’unité de contrôle (la résistance entre le connecteur de la pompe à eau électrique et l’unité de contrôle du moteur doit être inférieure à 0,4 ohm)