Bei noch mehrheitlich in Kraftfahrzeugmotoren verwendeten ungeregelten Kühlmittelpumpen ist ihre Drehzahl über ein Übersetzungsverhältnis an die Motordrehzahl gekoppelt. Damit ist der im Kühlkreislauf zur Verfügung stehende Kühlmittelvolumenstrom direkt von der Motordrehzahl abhängig.
In den letzten Jahren wurden jedoch schalt- und regelbare Kühlmittelpumpen entwickelt und in Serienmotoren eingesetzt. Mit Verwendung von drehzahlgeregelten Kühlmittelpumpen kann die Forderung nach motordrehzahlunabhängigen Kühlmittelvolumenströmen erreicht werden. Dadurch lassen sich niedrige Volumenströme im Motorteillastbereich zur Erhöhung der Kühlmittel- und Öltemperaturen für eine Motorreibleistungsverminderung sowie hohe Volumenströme ab Motorleerlauf zur Heizungsunterstützung, bei großem Wärmeeintrag ins Kühlsystem nach Volllastfahrt und bei hohen Motordrehmomenten im unteren Motordrehzahlbereich realisieren. Außerdem kann die Kühlmittelpumpe während der Motorwarmlaufphase zum schnelleren Erreichen der Betriebstemperatur abgeschaltet werden. Wegen der kühlmittelseitigen Sättigung von Heizung und Kühler wird der Kühlmittelvolumenstrom im oberen Motordrehzahlbereich begrenzt, wodurch sich eine wesentliche Pumpenantriebsleistungseinsparung und kleinere Kavitationswerte realisieren lassen. Mit Abregelung des Kühlmittelvolumenstromes im oberen Motordrehzahlbereich kann außerdem eine Verringerung der Bauteileingangsdrücke, z.B. von Heizung und Kühler, erreicht werden.
Kostengünstige Lösungen ohne vollständige Volumenstromvariabilität stellen im Rahmen des Motorthermomanagements mechanisch angetriebene Pumpen mit Abschaltfunktion dar. Bei ihrer Verwendung sind keine wesentlichen konstruktiven Änderungen an Kühlkreislauf und Verbrennungsmotor notwendig. Insbesondere in der Kaltstartphase ermöglicht die Abschaltung des Kühlmittelvolumenstroms eine deutlich schnellere Motorerwärmung. Hieraus resultiert ein geringerer Kraftstoffverbrauch und reduzierte Abgasemissionen. Die mögliche Kraftstoffeinsparung im NEFZ (neuer europäischer Fahrzyklus) infolge der Volumenstromabschaltung liegt nach Herstellerangaben im Bereich zwischen 0,5…3 %.
Zur Abschaltung des Volumenstroms sind verschiedene Lösungen bekannt geworden, aus denen sich vorwiegend folgende Konzepte ableiten:
- Wegeventile in Reihenschaltung zur Pumpe
- Kühlmittelpumpen mit integriertem Spaltringschieber der Fa. NGPM Merbelsrod
- Kühlmittelpumpen mit schaltbarer Magnetkupplung
Weiterentwickelte Ausbaustufen von Spaltringschieberpumpen der Fa. NGPM Merbelsrod können neben einer reinen on/off-Schaltung durch genaue Positionierung des Schiebers den Volumenstrom stufenlos über das gesamte Drehzahlband regeln. Darauf wird in Kapitel 4.20.2 näher eingegangen.
Eine vollständige Volumenstromvariabilität kann mit elektrischen Kühlmittelpumpen erreicht werden. Aufbau, Wirkungsweise sowie Vor- und Nachteile von elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpen werden in Kapitel 4.21 beschrieben.