De traditionele waterpomp maakt langzamerhand plaats voor een elektronisch geregeld exemplaar. De verwachting is dat in 2020 een kwart van alle waterpompen elektrisch aangedreven of elektrisch geregeld wordt. Wat is de huidige technische stand van zaken? De Italiaanse OE-fabrikant Saleri geeft antwoord.
Het is bekend dat de efficiëntie van een motor grotendeels afhankelijk is van de motortemperatuur. De waterpomp speelt daarbij een cruciale rol. Met een optimale circulatie van de koelvloeistof worden de motorprestaties positief beïnvloed en daarmee het brandstofverbruik en de emissies gereduceerd. Dat steeds meer autofabrikanten kiezen voor een elektronisch aangestuurde waterpomp is eigenlijk heel logisch. Deze keuze wordt vooral ingegeven door lagere emissies. Een traditionele waterpomp is immers uitgelegd op warm weer en file rijden. Onder alle andere omstandigheden levert hij meer opbrengst dan nodig. Bij een normale snelwegsnelheid heb je de pomp eigenlijk niet eens nodig. Zo kan het voorkomen dat een mechanische waterpomp makkelijk een kilowatt aan vermogen opslurpt, terwijl een elektrische pomp genoegen neemt met 200 watt. Dat scheelt al gauw 3 procent in brandstofverbruik. Verder laat een elektrisch geregelde waterpomp een motor sneller opwarmen en houdt deze ook binnen een nauwer temperatuurbereik.
3 elektrische manieren om te koelen
Er zijn tegenwoordig drie manieren om de koelvloeistofstroom in de motor elektronisch te regelen:
1. Waterpompen met een variabele snelheid: de rotatiesnelheid van de impeller bepaalt het koelende effect.
2. Aan/uit-waterpompen: de koelvloeistofstroom wordt geregeld door middel van geïntegreerde kleppen die open en dicht gaan.
3. Circuit regelende apparaten: hier wordt de koeling beïnvloedt door apparaten die zich in de pomp bevinden of door de koelwaterstroom naar verschillende sub-circuits te leiden.
Variabele snelheid: de elektrische waterpomp (EWP)
Vanuit een technisch oogpunt is de waterpomp met een variabele koelvloeistofstroom een zeer goede oplossing om de koeling te regelen. De geïntegreerde software van de elektrische waterpomp heeft immers direct contact met de besturingseenheid van de auto en kan daarmee precies de juiste rotatiesnelheid van de impeller in de waterpomp bepalen, naar gelang daar behoefte aan is. Nadelen aan dit type waterpomp zijn het gewicht, de kosten, het relatief beperkte vermogen en de complexiteit van de inrichting. Bovendien is door het kleinere vermogen het koelende effect lager en daardoor wordt de werktemperatuur van de motor hoger, wat extra thermische spanning op alle onderdelen in de motor oplevert. Verder moet het complete motordesign ontwikkeld worden om met de beperkingen van een EWP om te gaan, en dat brengt enorme kosten met zich mee. Om deze redenen is het onwaarschijnlijk dat EWP dé oplossing zal zijn om de motor in de toekomst te koelen.
Aan/uit-waterpompen
In de afgelopen jaren hebben de autofabrikanten samen met toeleveranciers zoals Saleri interessante alternatieven ontwikkeld, die misschien niet helemaal kunnen tippen aan de uiterst fijne prestaties van de EWP, maar wel eenvoudiger toepasbaar en lichter zijn dan de EWP. Hieronder een paar voorbeelden van variabele waterpompen die werken volgens het aan/uit-principe.
A. met elektromagnetische pulley. Een magnetisch werkende pulley wordt aangestuurd door het regelapparaat.
B. met elektromagnetische impeller. Het werkingsprincipe lijkt op dat van de elektromagnetische pulley. Hier wordt de roterende impeller gebruikt om wel of geen koelvloeistof te laten passeren.
C. aan/uit-aangepaste waterpompen: dit type waterpompen werkt door middel van de aansturing van een interne klep (open/dicht) of impeller (aan/uit). De lineaire beweging van een vacuüm-actuator genereert hier bijvoorbeeld de rotatie van de klep: open of gesloten toestand.
Circuitregelering: het gebruik van kleppen
Deze nieuwe generatie waterpompen kenmerkt zich door het toevoegen van extra kleppen aan verschillende delen van het koelsysteem. Dit type waterpompen zien we steeds vaker bij nieuwe motortypen. Er zijn bijvoorbeeld systemen met een veerklep. Door een drukverschil tussen de uitlaat en de inlaatzijde van de waterpomp wordt een bypass-stroomsnelheid gecreëerd. Als gevolg hiervan variëren de prestaties van de waterpomp: meer of minder koelvloeistof. Andere systemen doen het met axiale en roterende kleppen. Wanneer de actuator gedeactiveerd is, staan de kleppen open en is er een maximale koelwaterstroom. Bij een geactiveerd apparaat sluiten de kleppen dankzij een gecreëerd vacuüm. De inlaatkanalen worden daarbij gescheiden.
Toekomst
Welke waterpomp-oplossing in de toekomst de overhand krijgt, is moeilijk te voorspellen. Je kunt namelijk niet zeggen dat de ene oplossing beter is dan de andere. Veel is en blijft afhankelijk van de motorbouwers en hun specifieke wensen. Je kunt je ook voorstellen dat, zoals bij andere auto-onderdelen ook het geval is, de ene oplossing beter past bij een bepaald motortype dan een andere. Kijk alleen maar naar variabelen zoals beschikbare motorruimte, beschikbare energietype van de motor (vacuüm, elektrisch, etc.), de positie van de motor, het motorvermogen, de streefwaarden van de CO2-uitstoot, het brandstofverbruik, het gewicht van de auto en last-but-not-least de kosten. De fabrikanten zullen kiezen voor het best mogelijke compromis. En dit zien we dan uiteindelijk weer terug als de auto op de brug staat voor een vervanging.