Elektrische waterpompen bestaan al vele jaren. Vóór het laatste decennium was er echter niet vaak aandacht voor. Deze situatie is echter volledig veranderd, aangezien elektrische waterpompen steeds onmisbaarder zijn geworden om het koelsysteem optimaal te laten werken, zowel in verbrandingsmotoren als in hybride en elektrische voertuigen. Hieronder volgen we deze evolutie door in te zoomen op de
verschillende toepassingen van elektrische waterpompen – zowel hoofdwaterpompen als waterpompen die verantwoordelijk zijn voor het thermisch beheer van voertuigen (van de koeling van het turbosysteem tot de koeling van de accu). We stellen ook de belangrijkste
onderdelen van de pomp voor.
De belangrijkste toepassingen van elektrische waterpompen
Een blik op de belangrijkste toepassingen van elektrische waterpompen is een van de beste manieren om te begrijpen hoe ze zijn geëvolueerd.
Programmeerbare bijverwarming (standkachel)
Programmeerbare bijverwarming was een van de eerste toepassingen van elektrische waterpompen. In dergelijke systemen gebruikt een bijverwarming de eigen brandstof van het voertuig om de koelvloeistof te verwarmen tot de temperatuur die nodig is om de passagiersruimte op te warmen. Dit garandeert niet alleen dat de passagiersruimte een aangename temperatuur heeft wanneer de gebruiker in het voertuig stapt, maar zorgt er ook voor dat de motor op een optimale temperatuur begint te werken, waardoor slijtage van de overeenkomstige onderdelen wordt beperkt. In de meeste gevallen regelt de klimaatregeling zowel de bijverwarming als de elektrische waterpomp, zodat eventuele restwarmte in het koelsysteem kan worden gebruikt om voor continue verwarming te zorgen, zelfs nadat de motor is uitgeschakeld.
Elektrische waterpomp
Pompen die het koelsysteem ondersteunen
Koelsystemen zijn steeds complexer geworden naarmate autofabrikanten de prestaties van hun voertuigen blijven verbeteren. Tegenwoordig zijn voor deze systemen niet alleen modulaire slangen nodig, maar ook elektrische waterpompen om onafhankelijk van de koelvloeistofstroom van de mechanische hoofdpomp te kunnen werken, of zelfs in volledig gescheiden circuits.
Voorkom oververhitting en verleng de levensduur van onderdelen
De eerste elektrische pompen die op de markt kwamen, waren pompen die nog enige tijd koelvloeistof blijven pompen nadat de motor is gestopt. Door de motortemperatuur te verlagen, voorkomen ze oververhitting en verlengen ze de levensduur van de onderdelen. Ze werken op dezelfde manier als bijverwarmingspompen, omdat de passagiersruimte in sommige gevallen nog enige tijd wordt verwarmd nadat de motor is uitgeschakeld.
Thermisch beheersysteem
Tegenwoordig is het koelsysteem het thermisch beheersysteem van veel voertuigen geworden, waarbij de motorbesturingseenheid alle elementen beheert en beslist hoe moet worden gereageerd om elk onderdeel op de juiste bedrijfstemperatuur te houden.
In het kader van het thermisch beheer is het belangrijk om de aandacht te vestigen op microhybride voertuigen die zijn uitgerust met Stop & Start-systemen en andere hybride voertuigen. Om de toevoer van koelvloeistof naar hulpelementen zoals de turbo of het verwarmingssysteem in de passagiersruimte ondanks veelvuldig stoppen en starten van de motor op gang te houden, vertrouwen ze op een elektrische waterpomp. Zo verlengt de pomp de levensduur van de turbo, voorkomt ze voortijdige defecten en zorgt ze ervoor dat de passagiersruimte de nodige warme lucht blijft ontvangen.
Bovendien zien we een groeiende tendens om de door de turbo of de compressor samengedrukte gassen te koelen met behulp van een tussenkoeler die werkt met koelvloeistof in plaats van buitenlucht. Deze gassen moeten worden gekoeld om de efficiëntie te verhogen: omdat hete lucht een lagere dichtheid heeft, bevat ze minder zuurstof voor de motor om te verbranden. Wanneer deze gassen worden gekoeld, neemt de dichtheid en daarmee het zuurstofgehalte toe, wat resulteert in een krachtigere motor.
Waterpomp 41554E
Sommige moderne elektrische voertuigen hebben zelfs tot vier elektrische waterpompen om voor hun thermisch beheer te zorgen.
Elektrisch voertuig met vier elektrische waterpompen
Hoofdwaterpompen
Elektrische hoofdwaterpompen verbruiken minder brandstof dan hun mechanische tegenhangers. Deze laatsten verbruiken immers voortdurend energie van de motor omdat ze continu in beweging zijn en door de distributieriem of de hulpaandrijving worden bewogen. Het vervangen van een mechanische pomp door een elektrische pomp die kan worden geactiveerd in functie van de werkelijke behoeften van de motor, kan dus resulteren in een aanzienlijke vermindering van het brandstofverbruik.
In de opwarmfase van de motor kan de besturingseenheid bijvoorbeeld beslissen om de waterpomp helemaal niet te activeren, zodat de bedrijfstemperatuur eerder kan worden bereikt. In ons artikel over elektrisch gestuurde thermostaten hebben we gezien hoe de 41504E-waterpomp van BMW het debiet van de koelvloeistof kan verhogen of verlagen en de koelvloeistoftemperatuur kan aanpassen aan de rijstijl.
Waterpomp 41504E
Pomponderdelen
In de loop der jaren is niet alleen het gebruik van elektrische waterpompen veranderd, maar is ook de technologie waarop ze gebaseerd zijn, veranderd. De eerste types elektrische waterpompen die werden gebruikt, waren traditionele gelijkstroompompen met borstels of elektrische contacten om de elektrische stroom te geleiden tussen stationaire en roterende motoronderdelen. Nu is deze trend veranderd en worden borstelloze motoren op grotere schaal gebruikt.
Een motor met borstels vs. een borstelloze motor
Hoewel er veel verschillende ontwerpen zijn, is de samenstelling van de verschillende waterpompen zeer vergelijkbaar. De belangrijkste onderdelen zijn:
- Waaier/Rotor: dit onderdeel is verantwoordelijk voor het verplaatsen van de koelvloeistof met behulp van een rotor met aandrijfbladen. Inwendig bevat deze rotor de permanente magneten die nodig zijn in een borstelloze motor om de draaiende beweging op te wekken.
- Lichaam/Stator: dit onderdeel genereert magnetische velden door de wikkelingen om de rotor te laten draaien.
- Besturingseenheid: deze eenheid zet de ontvangen gelijkstroom om in driefasenstroom die naar de stator wordt gestuurd. Dankzij een pulsbreedtemodulatiesignaal (PWM) weet de printplaat (PCB) met welke snelheid de pomp moet draaien (hoewel sommige pompen door de databus van het voertuig worden aangestuurd).
De belangrijkste onderdelen van een elektrische waterpomp
Storingen
Voor meer informatie over de meest voorkomende storingen verwijzen we naar ons artikel over de unieke kenmerken van elektrische waterpompen en de belangrijkste oorzaken van storingen.
Deze nieuwere pompen worden gemonitord en genereren een foutcode als de besturingseenheid een probleem detecteert, maar zoals altijd is het raadzaam om het bedradingsschema te controleren:
- Voedingskabel (controleer de spanning om er zeker van te zijn dat de accu volledig is opgeladen (12 tot 14,8 V))
- Aardingsdraad (meet de aardingsweerstand)
- Signaal-/databuskabel naar de besturingseenheid (de weerstand tussen de connector van de elektrische waterpomp en de besturingseenheid van de motor moet lager zijn dan 0,4 ohm)