Brevet FR2422844A1 — publié le 19791109

L'invention se rapporte à un ventilateur de refoulement de l'air de refroidissement à travers un échangeur de chaleur dans lequel circule le fluide de refroidissement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile refroidi par liquide, la commande du ventilateur étant indépendan te du moteur. La commande dece type pour ventilateur destiné aux véhicules connus, indépendante de ce dernier, est formée r par exemple, d'un moteur électrique et elle s'utilise en particulier lorsque la position que le moteur occupe par rapport au ventilateur ne permettrait pas de réaliser facilement une commande mécanique de ce ventilateur par ce moteur. Mais la commande d'un ventilateur par un moteur électrique est dans son ensemble relativement coûteuse. En plus du coût du moteur électrique, il faut tenir compte des frais occasionnés par l'augmentation de la consommation de courant et se traduisant par la nécessité d'utiliser une dynamo et une batterie plus importantes, ainsi que des frais occasionnés par la commande du moteur électrique et par son déparasitage. L'invention a pour objet une commande de ventilateur qui est indépendante de la commande du véhicule, mais dont la fabrication et l'exploitation sont très simples et bon marché. Selon une particularité essentielle de l'invention, la commande du ventilateur est formée d'une turbine que fait tourner le fluide de refroidissement. Le principe de l'invention consiste donc à mettre en oeuvre le fluide de refroidissement qui doit être dirigé de toute manière sur le ventilateur et à l'utiliser en fluide de travail de la turbine de commande du ventilateur afin de permettre ainsi d'éviter lanécessité d'engager des frais supplémentaires, en particulier des dépenses dégradant notablement le bilan énergétique du véhicule, mis à part les frais de fabrication de la commande elle-même, et d'éviter l'élévation éventuellement nécessaire de la puissance de commande de la pompe de circulation de l'agent de refroidissement.Selon un mode de réalisation avantageux, la turbine est à admission radiale et montée essentiellement à l'intérieur du moyeu du ventilateur afin que l'espace se trouvant devant et derrière les pales du ventilateur ne contienne aucune pièce. Une possibilité simple de régulation de la turbine consiste à établir une liaison entre l'admission et la sortie de la turbine, cette liaison étant pilotée par un élément de commande et étant ouverte lorsque la commande du ventilateur est nécessaire. L'élément de commande prévu peut être une soupape à commande par surpression et qui, en as de dépassement d'une différence déterminée de pression entre la sortie et l'entrée de la turbine, s'ouvre et dirige le fluide de travail directement du côté de la sortie en dérivation sur la turbine.Cette soupape à commande par surpression peut être remplacée ou complétée par un élément de commande constitué d'une soupape à commande en fonction de la température et qui règle le débit du fluide de travail passant dans la turbine et donc la vitesse du ventilateur. Cette soupape, qui peut être, par exemple, à thermostat, peut être commandée elle-même soit par la température de l'air ambiant, soit par celle du fluide de refroidissement. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, cet élément de commande se trouve dans une cloison de l'enveloppe de la turbine qui en sépare l'entrée et la sortie et ainsi un court-circuit peut être créé par la voie la plus courte entre la sortie et l'entrée de la turbine. Il faut que l'enveloppe de la turbine comporte des tubulures d'entrée et de sortie du fluide de refroidissement dont l'orientation soit sensiblement axiale pour libérer de toute pièce accessoire ltespace situé devant et derrière les pales du ventilateur. Il pourrait être avantageux dans ce cas que l'enveloppe de la turbine soit reliée directement au réservoir collecteur de l'échangeur de chaleur par conformation de la tubulure de sortie de l'enveloppe de la turbine en tubulure d'entrée dans le réservoir collecteur de l'échangeur. Une autre simplification de la structure pourrait consister à réaliser le palier de l'arbre de la turbine en coussinet balayé par le fluide de refroidissement. Il serait possible dans ce cas d'éviter les joints d'étanchéité destinés à empêcher le fluide de travail de la turbine constitué par le fluide de refroidissement d'entrer dans le palier. Une masse d'inertie dont la force vive pourrait continuer à faire tourner le ventilateur, pourrait être montée sur l'arbre de la turbine pour éviter au ventilateur de s'arrêter après coupure de la circulation du fluide de travail passant dans la turbine.Il pourrait finalement être aussi judicieux de monter sur le rotor de la turbine des organes de production d'un champ tournant électromagnétique et de monter sur la roue du ventilateur, qui est alors séparée du rotor de la turbine, des organes destinés à coopérer avec le champ tournant électromagnétique et à produire un mouvement de rotation. Il serait possible dans ce cas de supprimer un joint à anneau glissant7 qui sinon est nécessaire, entre le palier de l'arbre de la turbine et son rotor. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est un schéma fonctionnel du circuit du fluide de refroidissement entre le moteur de commande refroidi par liquide et l'échangeur de chaleur d'un véhicule automobile la figure 2 est une coupe longitudinale du groupe à ventilateur selon l'invention ; et la figure 3 est une vue de face, côté turbine, du groupe à ventilateur dont le couvercle de l'enveloppe est enlevé. La figure 1 représente le circuit du fluide de refroidissement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile refroidi à l'eau, la référence 1 désignant le moteur à combustion interne, la référence 2, l'échangeur de chaleur et la référence 3, le groupe à ventilateur destiné à refouler l'air de refroidissement à travers l'échangeur de chaleur. La référence 4 désigne un flexible reliant le moteur 1 et le groupe à ventilateur, la référence 5, un flexible qui relie le groupe 3 et l'échangeur 2 et la référence 6, un flexible de retour de l'échangeur 2 au moteur 1. La référence 7 désigne le circuit de l'eau de refroidissement à l'intérieur du moteur à combustion interne 1, une pompe 8 étant destinée à faire circuler cette eau.La référence 9 désigne un thermostat monté sur le circuit du fluide de refroidissement à l'intérieur du moteur I et destiné, en fonction de la température de ce fluide, soit à diriger ce fluide par le flexible 4 sur l'échangeur de chaleur 2, soit à le renvoyer directement sur le circuit 7 de refroidissement du moteur 1 par un courtcircuit 7a. Ce second cas se présente en particulier au démarrage à froid et pendant laphase de montée en température d'un moteur à combustion interne, c'est-à-dire lorsque le fluide de refroidissement est -encore à basse température et qutil faut le porter le plus rapidement possible à la température de service. Dans ce cas, l'échangeur de chaleur et donc avec lui le ventilateur 3 sont hors circuit.A la fin de la phase de montée en température, le thermostat 9 dirige le fluide de refroidissement par le flexible 4 sur l'échangeur dans lequel la chaleur prélevée sur le moteur est abandonnée à l'air que le ventilateur 3 transporte à travers cet échangeur 2. La référence 10 désigne un élément de commande monté sur une canalisation Il de liaison de l'entrée et de la sortie de la turbine, ces dernières étant représentées dans le cas particulier par les flexibles 4 et 5 ; cet élément de commande peut être formé, par exemple, d'une soupape à commande par surpression qui s'ouvre en cas de dépassement d'un niveau prédéterminé de pression du fluide de refroidissement et/ou une soupape commandée en fonction de la température.La soupape commandée en fonction de la température et qui peut être par exemple du type à thermostat peut être commandée'soit par la température de l'air ambiant, soit de préférence par la température du fluide de refroidissement de manière à faire correspondre ainsi le débit du fluide de refroidissement circulant dans la turbine de commande du ventilateur aux conditions momentanées de fonctionnement du moteur. Les figures 2 et 3 représentent plus en détail le groupe 3 à ventilateur. La référence 12 désigne les pales du ventilateur et la référence 13, son moyeu qu'un prolongement conique 13a relie à une pièce 14 fixée à l'extrémité d'un arbre 15. Cet arbre 15 supporte à l'autre extrémité un rotor 16 de turbine à ailettes mobiles radiales 7 qui tourne dans une enveloppe 18, 19. Des ailettes directrices radiales 20 sont disposées entre les deux parties 18 et 19 de l'enveloppe ; ces ailettes directrices ne comportent aucune contre-dépouille dans la direction de l'axe et sont venues de moulage avec la partie 18 de l'enveloppe afin de faciliter sa réalisation par injection sous pression.La seconde partie 19- de l'enveloppe, que des vis 30 réparties à la circonférencefixentà lapremière partie 18, forme uniquement un cloisonnement pour les canaux que les ailettes directrices 20 forment entre elles et dans lesquels circule le fluide de travail. Cette seconde partie 19 d'enveloppe conformée en couvercle comprend une tubulure d'entrée 23 orientée parallèlement à l'axe, ainsi qu'une tubulure de sortie 27, également orientée parallèlement à l'axe, ces tubulures étant destinées au fluide de travail de la turbine qui constitue du fluide de refroidissement du moteur à combustion interne et qui passe par la turbine dans le sens indiqué par des flèches 28, ce fluide parvenant tout d'abord dans une chambre collectrice 24 du côté admission de la turbine, puis, après avoir balayé les ailettes directrices 20 et les ailettes mobiles 17 du rotor 16, parvenant dans une chambre collectrice 26 située du côté sortie de la turbine. Les chambres d'entrée et de sortie 24 et 26 de la turbine sont séparées par une cloison commune réalisée sur le couvercle 19 et dans laquelle peut être monté un élément de commande 10' capable de provoquer un court-circuit direct de la circulation du fluide de travail La référence 21 désigne un palier formé de roulements à billes de support de l'arbre 15 de la turbine, un joint d'étanchéité 22 à anneau glissant isolant ce palier du fluide de travail circulant dans la turbine. La figure 3 est une vue de face, côté turbine, du groupe 3 à ventilateur dont le couvercle 19 de l'enveloppe est enlevé, cette figure représentant en détail la disposition et la conformation des ailettes directrices 20 et des ailettes mobiles 17. La commande conforme à l'invention, telle que représentée sur les dessins et destinée au ventilateur qui aspire l'air de refroidissement pour le faire passer dans l'échangeur de chaleur 2,peut être logée sans difficulté à l'intérieur du moyeu 13 du ventilateur et son coût est faible, ses frais d'exploitation étant aussi relativement faibles, car son fluide de travail est le liquide de refroidissement qui doit de toute manière être transporté vers l'échangeur de chaleur pour y être refroidi. La réalisation de l'enveloppe de la turbine, de la roue de cette dernière et du ventilateur en pièces de matière plastique produites par injection permet de maintenir les frais de fabrication du groupe à ventilateur lui-même à an bas niveau.Il est par ailleurs possible sans difficulté de raccorder l'enveloppe 18 > 19 de la turbine directement à un réservoir collecteur de l'échangeur de chaleur, et même éventuellement de les réaliser en une pièce. Les roulements à billes représentés sur les dessins pourraient aussi être remplacés par un palier à coussinet dont le fluide de lubrification utilisé pourrait être le fluide de refroidissement qui fait tourner la turbine.Il serait possible aussi dans ce cas de supprimer le joint d'étanchéité 22 à anneau glissant, de la même manière que dans le cas où des organes de production d'un champ tournant électromagnétique seraient montés sur le rotor de la turbine et des organes coopérant avec le champ tournant électromagnétique et destinés à produire un mouvement de rotation seraient montés sur la roue du ventilateur qui serait alors indépendante dans ce cas du rotor de la turbine. Un élément de commande 10' pouvant consister en une soupape a commande par surpression et/ou une soupape à thermostat commandée en fonction d'une température et montée dans la cloison 29 séparant l'entrée 24 et la sortie 26 de la turbine > de la manière représentée sur la figure 2, pourrait piloter la turbine qui forme la commande du ventilateur. La grandeur pilote utilisée pourrait être la température de l'air ou aussi et même de préférence la température du fluide de re froidissement lui-même. il serait également possible de corriger le débit moyen du fluide de refroidissement passant dans la turbine au moyen d'un étrangleur de décharge monté dans la cloison commune 29 et pouvant être éventuellement réglable afin de permettre d'utiliser de cette manière un seul et unique groupe à ventilateur pour différents paliers de puissance du ventilateur lui-même et du moteur à combustion interne. REVENDICATIONS 1. Ventilateur de refoulement d'air de refroidissement à travers un échangeur de chaleur dans lequel circule le fluide de refroidissement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile refroidi par liquide, la commande du ventilateur étant indépendante de ce moteur, caractérisé en ce qu'une turbine que fait tourner le fluide de refroidissement forme la commande du ventilateur. 2. Ventilateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la turbine est de type à admission radiale et disposée essentiellement à l'intérieur du moyeu (13) du ventilateur. 3. Ventilateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une liaison(11) quiraccorde l'entrée et la sortie de la turbine et qui est pilotée par un élément de commande (10). 4. Ventilateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de commande (10) est formé d'une soupape à commande par surpression. 5. Ventilateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de-commande (10) est formé d'une soupape commandée en fonction d'une température. 6. Ventilateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la soupapè est commandée en fonction de la température du fluide de refroidissement. 7. Ventilateur selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ladite liaison est for- mée d'un passage piloté par un élément de commande (10') et réalisé dans une cloison (29) de l'enveloppe de la turbine (18, 19) qui sépare l'entrée (24) et la sortie (26) de cette turbine. 8. Ventilateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'enveloppe de la turbine (18, 19) comporte une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie du fluide- de refroidissement (23, 27) qui sont sensiblement parallèles à l'axe. 9. Ventilateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'enveloppe de la turbine (18, 19) est reliée directement à un réservoir collecteur de l'échangeur de chaleur (2). 10. Ventilateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que l'arbre de la turbine est monté dans un palier à coussinet dont le lubrifiant est le fluide de refroidissement. 11. Ventilateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'une masse d'inertie destinée à continuer à faire tourner le ventilateur est montée sur l'arbre de la turbine. 12. Ventilateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que des organes de production d'un champ tournant électromagnétique sont montés sur le rotor de la turbine et des organes destinés à produire un mouvement de rotation et coopérant avec ledit champ tournant électromagnétique sont montés sur la roue du ventilateur qui est indépendante du rotor de la- turbine.