Lekkages opsporen, het koelsysteem ontluchten en het koelsysteem bijvullen. Het is gesneden koek voor de gemiddelde autotechnicus. Gewoon even zorgen dat je koelvloeistof met dezelfde kleur toevoegt en er is niks aan het handje. Toch? Of toch niet?
Bij moderne voertuigen gaat deze (oude) vlieger niet meer op. Denk maar eens aan zaken als gescheiden koelsystemen, verschillende soorten koelvloeistoffen met dezelfde kleur, elektrische waterpompen, meerdere thermostaten en speciale ontluchtingsprocedures. En dan hebben we het nog niet eens gehad over hybride en elektrische voertuigen. Ook hier is sprake van meerdere koelsystemen en speciale soorten koelvloeistof. Om een beter beeld te krijgen, volgt hier uitleg over de diversiteit in koelsystemen, over de verschillen tussen voertuigen met en zonder verbrandingsmotor en wat dit betekent voor jou in de werkplaats.
Gescheiden koelcircuits
In moderne voertuigen met verbrandingsmotor wordt al lange tijd gebruik gemaakt van gescheiden koelcircuits. Strengere Euro-normen zorgen voor deze ontwikkeling. Voor het terugdringen van schadelijke uitlaatgassen is het van belang dat een verbrandingsmotor zo snel mogelijk de gewenste bedrijfstemperatuur bereikt. In de praktijk betekent dit dat je soms twee verschillende koelsystemen aantreft: één voor de cilinderkop en één voor het motorblok. Tegenwoordig kun je daar vaak nog een derde circuit aan toevoegen: een koelcircuit voor de vloeistofgekoelde intercooler om de laadlucht van de turbo te koelen. Op deze manier zorgen autofabrikanten ervoor dat elk systeem zo snel mogelijk de gewenste bedrijfstemperatuur bereikt. Deze temperatuur verschilt per circuit. Richttemperaturen zijn ± 80 °C voor de cilinderkop, ± 100 °C voor het motorblok en maximaal ± 50 °C voor de laadluchtkoeler. Dit laatste circuit heeft een eigen kleine radiateur. Vaak zijn alle verschillende koelcircuits echter wel op hetzelfde expansiereservoir aangesloten.
Hybride en elektrische voertuigen
In moderne hybride en elektrische voertuigen worden eveneens meerdere koelsystemen toegepast. Vaak ook met meerdere expansiereservoirs. Bij hybride voertuigen is uiteraard een koelsysteem voor de verbrandingsmotor nodig. Daarnaast is er een tweede koelsysteem voor de vermogenselektronica van de elektrische aandrijving zoals de elektromotor en de inverter. Ook hier is de bedrijfstemperatuur voor elk koelsysteem anders. Ongeveer 90 °C voor de verbrandingsmotor en maximaal ± 60 °C voor de vermogenselektronica. Wegens het grote temperatuurverschil in deze koelcircuits worden hier twee radiateurs toegepast. De radiateur voor het koelcircuit van de elektronica is voor de aircocondensor gemonteerd vanwege de lagere temperatuur. De radiateur voor de koelvloeistof van de verbrandingsmotor is achter de aircocondensor geplaatst.
Hybrides en EV’s: derde koelvloeistofcircuit
De ideale temperatuur voor een batterijpakket is ± 25 °C. Daarom kom je in hybride en elektrische voertuigen vaak nog een derde koelvloeistofcircuit tegen. Dit derde circuit wordt gebruikt voor de conditionering van het batterijpakket. In de modernste elektrische voertuigen werkt dit als volgt:
- Bij (extreem) lage buitentemperaturen kan het batterijpakket worden verwarmd met elektrische verwarmingselementen die de koelvloeistof opwarmen. Dit is gedaan om een hoger batterijrendement te behalen en om sneller te kunnen laden.
- Bij hogere buitentemperaturen is het nodig om de batterij te koelen omdat deze tijdens het rijden en ook tijdens (snel)laden warm wordt. De koelvloeistof wordt dan door een aparte radiateur geleid zodat deze aan de buitenlucht kan afkoelen.
- Wanneer de buitentemperatuur echt hoog wordt, lukt het niet meer om de batterij op deze manier te koelen. Daarom wordt bij hogere buitentemperaturen vaak de airco gebruikt. Er is dan een warmtewisselaar tussen het aircosysteem en het koelvloeistofsysteem aanwezig. Dit wordt ook wel een ‘chiller’ genoemd. Met behulp van een regelklep kan de koelvloeistof door de ‘chiller‘ worden gestuurd waarna de koelvloeistof wordt afgekoeld door de airco.
In de bovenstaande situatie spreken we niet meer van een koelsysteem maar van een warmtemanagementsysteem. In veel gevallen worden er verschillende koelvloeistofsoorten gebruikt voor de verbrandingsmotor en voor de componenten van de elektrische aandrijving. Hier gaan we later in dit artikel dieper op in.
Verzegeld reservoir
Bij hybride en elektrische voertuigen tref je expansiereservoirs aan die afgesloten zijn met een label of zegel. Dit wordt gedaan bij het reservoir dat hoort bij het circuit van de batterijkoeling. Het is niet de bedoeling dat de klant zelf dit reservoir bijvult. Het risico is aanwezig dat de verkeerde koelvloeistof wordt gebruikt. Bovendien is het niet wenselijk dat dit reservoir zomaar wordt bijgevuld. Als er koelvloeistof uit dit circuit verdwijnt, is er immers mogelijk inwendige lekkage in het batterijpakket. Dit kan grote schades en dure reparaties tot gevolg hebben! Er moet eerst diagnose worden gesteld naar de oorzaak van het verlies.
Bij hybride en elektrische auto’s kun je verzegelde koelvloeistofreservoirs tegenkomen.
Meerdere thermostaten
Het is wenselijk dat de koelvloeistof in elk deelcircuit zo snel mogelijk de gewenste temperatuur bereikt. Daarom zijn in het koelsysteem meerdere thermostaten geplaatst. Deze thermostaten hebben allemaal een eigen openingstemperatuur. Dit kunnen ook elektronisch geregelde thermostaten zijn. Afhankelijk van de – op meerdere plekken gemeten – koelvloeistoftemperatuur kan het motormanagement de thermostaat verder openen of besluiten om een elektrische waterpomp in- of uit te schakelen.
Elektronisch geregelde waterpompen
Een voertuig met verbrandingsmotor heeft vaak een uitschakelbare mechanische waterpomp. Tijdens de opwarmfase van de motor wordt de mechanische waterpomp elektrisch uitgeschakeld. Hierdoor is er weinig koelvloeistofcirculatie en dat komt de opwarming van de koelvloeistof ten goede. Het kan echter wenselijk of noodzakelijk zijn om het interieur van het voertuig te verwarmen. Speciaal voor dit doel is in het circuit een extra elektrische waterpomp gemonteerd. Deze wordt op het gewenste moment ingeschakeld en zorgt voor vloeistofcirculatie in het kachelcircuit. Als de extra elektrische waterpomp niet voldoende vloeistof kan laten circuleren om aan de verwarmingsvraag van het interieur te voldoen, wordt alsnog de mechanische waterpomp ingeschakeld. Ook tijdens een ingreep van het start-/stopsysteem zal de elektrische waterpomp actief blijven om voor enige circulatie te zorgen.
Mechanisch en elektrisch
Ook bij hybride voertuigen is nog steeds een mechanisch aangedreven waterpomp aanwezig. Omdat de verbrandingsmotor niet altijd draait, zijn ook hier diverse elektrische waterpompen aan het systeem toegevoegd. Elk koelcircuit heeft zijn eigen elektrische waterpomp, die naar gelang de omstandigheden kan worden aangestuurd.
Meerdere koelvloeistofpompen bij een Tesla Model S.
Bij volledig elektrische voertuigen komt de mechanisch aangedreven waterpomp uiteraard geheel te vervallen. In plaats hiervan heeft elk koelcircuit zijn eigen elektrische waterpomp, die afhankelijk van de omstandigheden kan worden aangestuurd.
Verschillende soorten koelvloeistoffen
Net als bij motorolie zijn er veel verschillende soorten koelvloeistoffen. Uitsluitend naar de kleur kijken om de juiste vloeistof bij te vullen, volstaat helaas niet meer. Daarom is het belangrijk om de technische informatie van de fabrikant erop na te slaan en deze te hanteren. In grote lijnen zitten de verschillen in de koelvloeistoffen vooral in de eigenschappen die bepalen voor welke materialen de koelvloeistof geschikt is. Het gebruik van de verkeerde koelvloeistof kan schade veroorzaken doordat materialen aangetast raken. Wanneer verschillende soorten koelvloeistoffen met elkaar worden gemengd, kunnen chemicaliën met elkaar reageren en ongewenste neveneffecten veroorzaken, zoals het vormen van slib of afzettingen.
De motorruimte van een hybride auto met meerdere koelvloeistofreservoirs.
Opsporen van lekkages
In de praktijk worden lekkages in een koelcircuit meestal opgespoord door het koelsysteem af te persen. Hierbij wordt het koelsysteem onder druk gezet. Bij koelsystemen die zijn voorzien van afsluiters of elektrisch gestuurde thermostaten geeft dit niet altijd het gewenste resultaat. Wanneer een lekkage ‘achter’ een afsluiter of een gestuurde thermostaat zit, dan moet deze thermostaat of afsluiter geopend zijn om het lek te kunnen ontdekken. Vaak biedt de diagnosetester hierbij uitkomst. Meestal is het mogelijk om deze componenten met de diagnosetester aan te sturen. Wanneer geen uitwendige lekkage zichtbaar is, dan bestaat de kans dat de lekkage inwendig is. Denk dan bijvoorbeeld aan de vloeistofgekoelde intercooler, de EGR-warmtewisselaar of het batterijpakket.
Koelvloeistof bijvullen
Zelfs een eenvoudige handeling zoals koelvloeistof bijvullen kan bij sommige moderne voertuigen lastig zijn. In de praktijk is het vaak noodzakelijk om eerst het complete koelsysteem te vacuümeren. Let tijdens het bijvullen goed op het gebruik van de voorgeschreven soort koelvloeistof en op de vulhoeveelheid! Als de voorgeschreven vulhoeveelheid niet wordt gehaald, dan is het mogelijk dat een gedeelte van het koelsysteem is ‘afgesloten’ door een gesloten of defecte thermostaat of door een afsluiter. Vaak is het mogelijk om met de diagnosetester elektrisch gestuurde thermostaten en eventueel in het systeem aanwezige kleppen te openen. Volg altijd de aanwijzingen van de fabrikant op. Dit geldt eveneens voor het ontluchten van het koelcircuit. Ook hiervoor moet de procedure van de fabrikant worden gevolgd en met de diagnosetester het complete koelsysteem – de pompen, de thermostaten en de afsluiters – actief worden aangestuurd. Doe je dit niet, dan ontlucht je niet het gehele systeem.
Een koelsysteem ontluchten met behulp van de diagnosetester.
Met ingeschakelde servicemodus kan het koelsysteem van een Tesla worden geleegd, gespoeld en gevuld.
Bijzondere praktijkvoorbeelden
Werken aan koelsystemen van moderne auto’s kan soms best lastig zijn. Deze drie praktijkvoorbeelden geven een indruk van de uitdagingen waar je in de werkplaats mee te maken kan krijgen.
Voorbeeld 1 Tesla Model S: batterijpakket met zelfsluitende snelkoppelingen
Bij het demonteren en weer monteren van een koelvloeistofgekoeld batterijpakket kan het vullen en ontluchten van het koelsysteem veel extra werk opleveren. Tesla heeft daar bij de Model S wat op bedacht. Bij deze auto zijn zelfsluitende snelkoppelingen op het batterijpakket aangebracht. Op het moment dat de koelslang wordt losgekoppeld van het batterijpakket, sluit de snelkoppeling op het batterijpakket. De koelvloeistof die op dat moment nog in het batterijpakket zit, blijft aanwezig. Dit vereenvoudigt het ontluchtingsproces na het opnieuw monteren van het batterijpakket.
Batterijpakket met zelfsluitende snelkoppelingen van een Tesla. Links de 'drain hose' voor aftappen en rechts de 'fill hose' voor bijvullen.
Voorbeeld 2 Kia en Hyundai: koelvloeistofniveau bepalen zonder peilsensor
Sommige hybride en volledig elektrische voertuigen van Kia en Hyundai hebben expansiereservoirs zonder peilsensor. Bij deze voertuigen wordt het juiste koelvloeistofniveau berekend aan de hand van het toerental van de elektrische waterpomp. Een laag peil betekent een hoger toerental van de waterpomp. Een verkeerd type koelvloeistof kan bij deze voertuigen de melding ‘Refill inverter coolant’ veroorzaken. Dit terwijl het koelvloeistofpeil in orde is. Verkeerde koelvloeistof kan cavitatie in het koelcircuit veroorzaken. Door het ontstaan van dampbellen (cavitatie) schiet het toerental van de waterpomp omhoog waardoor het voertuig de foutmelding geeft.
Bij sommige modellen van Kia en Hyundai kan het gebruik van de verkeerde koelvloeistof de melding ‘Refill inverter coolant’ veroorzaken.
Voorbeeld 3 Audi e-tron: koelvloeistof’opvangbakje’ legen bij onderhoud
Bij de volledig elektrische Audi e-tron modellen is niet alleen de stator maar ook de rotor van de elektromotor vloeistofgekoeld. De koelvloeistof wordt met behulp van een keerring binnen de rotor gehouden. De motortoerentallen zijn echter zo hoog dat er geen garantie op een lekvrij systeem kan worden gegeven. Een zogenoemde ‘Motor Drip Container’ of ‘Leakage Reservoir’ bij de achterste elektromotor vangt deze natuurlijke lekkage van koelvloeistof op. Het is belangrijk om bij elke onderhoudsbeurt (elke 30.000 km) dit reservoir te legen. Meet altijd hoeveel koelvloeistof er in het ‘Leakage Reservoir’ zit. De afgetapte hoeveelheid vul je bij in het expansiereservoir. Gebruik hiervoor nieuwe koelvloeistof met de juiste specificaties! Als het ‘Leakage Reservoir’ helemaal vol zit, dan zijn er mogelijk problemen met de afdichting van de elektromotor.
Het ‘Leakage Reservoir’ van een elektrische Audi e-tron (links) moet bij elke onderhoudsbeurt worden afgetapt. De afgetapte hoeveelheid moet met verse koelvloeistof in het expansiereservoir worden bijgevuld. Bron: AutoNiveau Solutions Pro.
Samenvatting
Moderne voertuigen hebben vaak zeer complexe koelsystemen. Om deze systemen goed te kunnen repareren en onderhouden, is zowel systeemkennis als het gebruik van de juiste technische documentatie en de juiste gereedschappen een absolute vereiste.
Koen Hermkes
Technisch trainer AutoNiveau
Deel deze pagina met je netwerk!