Elektryczne pompy wodne: stosowane głównie w silnikach spalinowych, pojazdach hybrydowych i elektrycznych

Elektryczne pompy wodne stosuje się od wielu lat. Jednak przed ostatnią dekadą nie znajdowały się zbyt często w centrum uwagi. Ta sytuacja zmieniła się całkowicie, ponieważ elektryczne pompy wodne stają się niezbędne do zapewnienia optymalnego działania układu chłodzenia, zarówno w silnikach spalinowych, jak i pojazdach hybrydowych i elektrycznych. W dalszej części przyjrzymy się bliżej różnym zastosowaniom elektrycznych pomp wodnych — zarówno głównych, jak i tych odpowiedzialnych za zarządzanie ciepłem w pojazdach (od chłodzenia turbosprężarek po chłodzenie akumulatorów). Przedstawimy również najważniejsze elementy pompy.  

Główne zastosowania elektrycznych pomp wodnych

Poznanie głównych zastosowań elektrycznych pomp wodnych to jeden z najlepszych sposobów na zrozumienie tego, jak się rozwinęły.

Programowalne ogrzewanie dodatkowe

Programowalne ogrzewanie dodatkowe było jednym z pierwszych zastosowań elektrycznych pomp wodnych. W takich układach dodatkowa nagrzewnica wykorzystuje paliwo znajdujące się w pojeździe do podgrzania chłodziwa do temperatury wymaganej do ogrzania kabiny. Gwarantuje to nie tylko przyjemną temperaturę w kabinie samochodu, ale także optymalną temperaturę pracy silnika w momencie rozruchu, co wpływa na redukcję zużycia odpowiednich komponentów. W większości przypadków sterownik klimatyzacji kontroluje zarówno dodatkową nagrzewnicę, jak i elektryczną pompę wodną, dzięki czemu ciepło pozostałe w układzie chłodzenia może być wykorzystane do zapewnienia ciągłego ogrzewania nawet po wyłączeniu silnika.

ELEKTRYCZNA POMPA WODNA

Pompy wspierające układ chłodzenia

Układy chłodzenia stają się coraz bardziej złożone, ponieważ producenci stale polepszają osiągi pojazdów. Obecnie systemy te wymagają nie tylko przewodów modułowych, ale także elektrycznych pomp wodnych, aby mogły działać niezależnie od przepływu zapewnianego przez główną pompę mechaniczną, a nawet działać w całkowicie oddzielnych obwodach. 

 

Unikanie przegrzewania i wydłużanie żywotności komponentów

Jako pierwsze na rynku pojawiły się pompy elektryczne, które po zatrzymaniu silnika jeszcze przez jakiś czas tłoczą chłodziwo. Poprzez obniżenie temperatury silnika zapobiegają przegrzaniu i wydłużają żywotność jego komponentów. Działają w podobny sposób, jak dodatkowe pompy ciepła, ponieważ w niektórych przypadkach ogrzewanie kabiny jest kontynuowane jeszcze przez pewien czas po wyłączeniu silnika.

System zarządzania ciepłem

W dzisiejszych czasach układ chłodzenia stał się systemem zarządzania ciepłem, w którym moduł sterowania silnika zarządza wszystkimi elementami i decyduje, jak zareagować, aby utrzymać właściwą temperaturę roboczą każdego elementu.

W kontekście zarządzania ciepłem istotne jest wyróżnienie samochodów mikrohybrydowych wyposażonych w systemy Stop & Start oraz pozostałych aut hybrydowych. Za utrzymanie przepływu chłodziwa do elementów pomocniczych, takich jak turbosprężarka lub ogrzewanie kabiny, pomimo częstego wyłączania i uruchamiania silnika, odpowiada elektryczna pompa wodna. Dzięki temu wydłuża się okres eksploatacji turbosprężarki, co pozwala uniknąć przedwczesnej awarii, a także zapewnia dopływ gorącego powietrza do kabiny w przypadku zaistnienia takiej potrzeby.

Ponadto obserwujemy rosnącą tendencję do schładzania gazów sprężonych przez turbosprężarkę lub kompresor za pomocą intercoolera zasilanego chłodziwem, a nie powietrzem zewnętrznym. Gazy te muszą być schładzane dla zwiększenia wydajności, ponieważ gorące powietrze ma mniejszą gęstość i będzie zawierało mniej tlenu do spalania. Po schłodzeniu tych gazów gęstość i stężenie tlenu wzrastają, co powoduje wzrost mocy silnika.

 

Pompa wodna 41554E

Niektóre nowoczesne pojazdy elektryczne są wyposażone nawet w cztery elektryczne pompy wodne umożliwiające zarządzanie ciepłem.

Pojazd elektryczny z elektrycznymi pompami wodnymi

Główna pompa wodna

 

Zastosowanie elektrycznych głównych pomp wodnych skutkuje mniejszym zużyciem paliwa niż w przypadku mechanicznych odpowiedników stale zużywających energię z silnika i będących w ciągłym ruchu za pośrednictwem napędu paskowego. Zastąpienie pompy mechanicznej pompą elektryczną, która jest aktywowana zgodnie z bieżącymi potrzebami silnika, może wpłynąć na znaczną redukcję zużycia paliwa. 

Na przykład w fazie rozgrzewania silnika moduł sterujący może zadecydować o nieaktywowaniu pompy wodnej, aby umożliwić wcześniejsze osiągnięcie temperatury roboczej. W naszym artykule dotyczącym termostatów sterowanych elektrycznie wskazaliśmy, w jaki sposób pompa wodna 41504E zamontowana w BMW może zwiększyć lub zmniejszyć przepływ chłodziwa i dostosować temperaturę płynu chłodzącego do stylu jazdy. 

Pompa wodna 41504E

Komponenty pompy

Na przestrzeni lat zmieniono nie tylko zastosowanie elektrycznych pomp wodnych, ale również technologię, dzięki której funkcjonują. Pierwszymi typami elektrycznych pomp wodnych były tradycyjne pompy DC ze szczotkami lub stykami elektrycznymi do przewodzenia prądu elektrycznego pomiędzy nieruchomymi i obracającymi się częściami silnika. Ten trend uległ zmianie, a silniki bezszczotkowe są coraz powszechniej stosowane. 

 

Mimo wielu różnych konstrukcji, budowa poszczególnych pomp wodnych jest bardzo podobna. Główne części to:

 

• Wirnik: ta część odpowiada za przemieszczanie chłodziwa za pomocą wirnika wyposażonego w łopatki napędowe. Wirnik ten zawiera magnesy stałe niezbędne w silniku bezszczotkowym do generowania ruchu obrotowego. 
• Korpus / stojan: ta część generuje pola magnetyczne przez uzwojenia, aby wirnik mógł się obracać.
• Jednostka sterująca: przekształca odbierany prąd stały w prąd trójfazowy przenoszony do stojana. Dzięki sygnałowi modulacji szerokości impulsu (PWM) płytka drukowana (PCB) wie, z jaką prędkością pompa ma się obracać (chociaż niektóre pompy są sterowane przez magistralę danych pojazdu).

Główne elementy elektrycznej pompy wodnej

Typy awarii

Aby dowiedzieć się więcej o najczęściej spotykanych typach awarii, zapoznaj się z naszym artykułem dotyczącym unikatowych cech elektrycznych pomp wodnych i głównych przyczyn ich awarii.

Nowsze pompy są monitorowane i generują kod błędu, gdy jednostka sterująca wykryje problem, ale jak zawsze zaleca się sprawdzenie schematu elektrycznego:

1. Kabel zasilający (sprawdzić napięcie, aby upewnić się, że akumulator jest w pełni naładowany (12 do 14,8 V))
2. Przewód uziemiający (zmierzyć rezystancję uziemienia)
3. Przewód sygnałowy / magistrala danych do jednostki sterującej (rezystancja między złączem elektrycznej pompy wodnej a sterownikiem silnika powinna być mniejsza, niż 0,4 oma)