Brevet FR2542386A3 — publié le 19840914

FR 2542386 A3 19840914 FR 8403542 A 19840307 DISPOSITIF DE VENTILATION A GEOMETRIE VARIABLE PARTICULIEREMENT POUR MOTEURS A COMBUSTION INTERNE L'invention concerne les dispositifs de ventilation et plus particulièrement, un dispositif de ventilation avec élément rotatif muni de pales et susceptible d'engendrer un écoulement forcé de fluide de ventilation Des dispositifs du type ci-dessus sont utilisés couramment par exemple sur les véhicules automobiles pour provoquer un écoulement forcé d'air qui atteint directement le moteur à combustion interne (refroidissement par air) ou bien est dirigé sur un échangeur de chaleur dans lequel circule un liquide d'échange thermique avec le moteur lui-meme (refroidissement par eau) Le dispositif selon lsinvention est caractéw risé par le fait que les pales susdites sont orientables de manière à faire varier les caractéristiques de débit de l'élément rotatif et par le fait que des moyens de commande sont prévus pour régler sélectivement ltorien tation des pales lorsque les conditions de fonctionnement du dispositif de ventilation varient. Gr ce à cette caractéristique, on réalise un dispositif de ventilation ayant une grande efficacité et une grande souplesse d'utilisation. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description suivanteS donnée purement à titre d'exemple non Limitatif à propos de l'application au refroidissement d'un moteur à combustion interne. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels - la fig. 1 représente schématiquement un moteur à combustion interne muni d'un dispositif de ventilation selon l'invention ; - la fig. 2 est une coupe axiale de l'un des éléments représentés par la fig. 1; - la fig. 3 une coupe pratiquement identique à la figure 2 et illustrant une autre configuration possible de ce même élément ;; - les figs. 4 et 5 illustrent schématiquement le principe de fonctionnement de l'élément de la fig. 3, et - la fig. 6 est une vue pratiquement analogue aux figures 2 et 3, qui illustre une autre configuration possible du dispositif selon l'invention. Sur les dessins, on a indiqué dans son ensemble par M un moteur à combustion interne pour le refroidissement duquel est prévu un dispositif C comprenant un ventilateur î destiné à engendrer un écoulement forcé d'air de ventilation. Le ventilateur 1 est constitué par un moyeu 2 auquel sont reliées plusieurs pales 3 qui se dirigent radialement en partant du moyeu 2. Comme on peut le voir plus clairement sur les figures 2 et 3, le moyeu 2 est constitué par deux corps en cuvette indiqués respectivement par 4 et 5 et reliés, par exemple par vissage, à a'endroit des parties d'ouver- ture placées face à face. Le corps 4 est relié, à l'endroit de sa paroi de fond, à un arbre de commande 6. De manière en elle-même connue, l'arbre 6 peut être entra9né en rotation par les organes tournants du moteur M par l'intermédiaire d'une transmission à courroie; au lieu de cela, l'arbre 6 peut être mis en mouvement par un moteur électrique qui est mis en action, en réponse à un signal émis par un thermocouple, quand la température de fonctionnement du moteur N dépasse un niveau prédéterminé. Le corps 4 est muni, sur sa paroi latérale, de plusieurs ouvertures 7 orientées en direction radiale par rapport au moyeu 2. Pour plus de simplicité, on a représenté une seule de ces ouvertures sur les figures 2 et 3. A l'intérieur de chaque ouverture 7 est montée, de manière à pouvoir tourner autour d'un axe 8 orienté en direction radiale par rapport au moyeu 2, la partie de racine 9 de l'une des pales 3. La disposition est telle que l'on peut faire varier l'angle de calage des pales 3 sur le ventilateur 1 en orientant chaque pale 3 autour de l'axe 8. On a indiqué par 10 un élément excentrique relié, par exemple par l'intermédiaire d'un accouplement à cannelures, à la partie de racine de la pale 3 avec interposition d'un roulement 11. Le roulement Il est destiné à faciliter l'orientation de la pale 3 autour de l'axe 8, assurant en même temps une liaison radiale solide entre la pale 3 et le moyeu 2. L'excentrique 10 est affermi dans sa liaison avec la partie de racine 9 grâce à des éléments de blocage axial de type connu, indiqués dans leur ensemble par 12. L'excentrique 10, qui est solidaire de la pale 3 dans le mouvement d'orientation autour de l'axe 8, coopère à l'extrémité opposée à la partie de racine 9 avec un élément façonné 13 qui est mobile axialement à l'intérieur des corps en cuvette 4 et 5. Dans le mode d'exécution représenté par la fig. 2, l'excentrique 10 est poussé contre l'élément 13 par un ressort de torsion 14 agissant entre le sommet de la partie de racine 9 de la pale 3 et la carcasse d'un moteur électrique 15 (par exemple un moteur pasà-pas) sur l'arbre 16 duquel est calée une vis sans fin 17 coopérant avec les bords d'une ouverture 18 prévue au centre de l'élément façonné 13. La disposition est telle qu'en commandant la rotation du moteur 15, il est possible de causer une translation de l'élément façonné 13 en direction axiale relativement au moyeu 2. L'entraînement en rotation de l'élément 13 sous l'action du moteur est empêché par le fait que des appendices radiaux 13a de l'élément 13 s'engagent à l'intérieur de guides de coulissement correspondants prévus sur la paroi intérieure du corps 4 et éventuellement du corps 5. La translation axiale de l'élément façonné 13, avec lequel coopèrent par frottement les extrémités libres des excentriques 10, produit une variation simultanée et coordonnée de l'angle de calage des pales 3 sur le ventilateur 1. La commande de rotation du moteur 15 permet donc de faire varier les caractéristiques de débit du ventilateur 2 de manière à adapter l'écoulement de ventilation engendré par celui-ci aux conditions momen tanées de fonctionnement du moteur M. Il est donc possible, par exemple, de régler l'orientation des pales 3 de manière à avoir un écoulement de ventilation élevé à de bas régimes de rotation et de réduire graduellement l'angle que fait le plan général de chaque pale avec le plan du ventilateur -1 quand la vitesse de rotation du moteur M augmente, de manière à éviter un accroissement de l'écoulement de ventilation, qui serait inutile et en même temps nuisible par l'absorption de puissance du moteur M. Dans tes applications aux véhicules routiers en général, il est même possible de réduire l'intensité de l'écoulement de ventilation produit par le ventilateur 1 pour tenir compte de l'écoulement supplémentaire de ventilation engendré par la propulsion du véhicule. Dans d'autres applications, par exemple dans les machines de terrassement, il est possible par contre d'augmenter l'intensité de l'écouLement de ventilation lorsque la vitesse de rotation du moteur augmente. Cette augmentation de la vitesse de rotation correspond normalement, en effet, à une augmentation de la puissance débitée et de la charge thermique subie par le moteur. Il est évident de toute façon que les moda lités de mise en action du moteur électrique 15 peuvent être les plus diverses, en fonction des exigences spécifiques d'application. En particulier, le dispositif selon l'invention est susceptible d'être relié à un microprocesseur alimenté par des signaux engendrés par une ou plusieurs sondes qui relèvent des paramètres caractéristiques des conditions de fonctionnement du moteur M et du véhicule sur lequel il est monté.Le microprocesseur peut être programmé de manière à réaliser, en fonction de ces paramètres, un processus de régulation continue de la position des pales 3 qui permet d'adapter de façon continue et optimale l'écoulement de ventilation engendré par le ventilateur I aux exigences du moteur Dl Il faut signaler en outre que laorientation des pales au moyen du mécanisme constitué par tes ex ce triques 10, l'élément 13 et la vis 17 entraînée en rotation par le moteur 15 doit etre considérée purement comme un exemple, étant donné qu'il est possible d'utili- ser dans le même but des mécanismes de type différent actionnés par exemple par des moyens pneumatiques ou hydrauliques. Toutefois, lwutilisation d'un moteur électrique est considérée pour le moment comme préférentielle, étant donné les caractéristiques intrinsèques de symétrie du moteur autour de son arbre 16 qui peut etre disposé coaxialement à l'arbre 6. Le moteur 15 peut en outre être facilement alimenté, par exemple au moyen d'un contact glissant comprenant un anneau conducteur 19 appliqué sur l'arbre 6. Dans le mode d'exécution représenté par la fig. 3, l'orientation des pales 3 s'effectue automatiquement sous l'effet des forces aérodynamiques qui agissent sur les pales 3 pendant la rotation du ventilateur 1. Les figs. 4 et 5 illustrent deux dispositions possibles de liaison entre une pale 3 et le moyeu 2. Sur les deux figures, on a indiqué schématiquement par 20 la région où agit la résultante des forces aérodynamiques qui s'appliquent à la pale 3. La pale 3 présente de préférence (bien que ce ne ne soit pas strictement nécessaire au fonctionnement correct) un profil de type ailair Dans les deux cas représentés, l'axe d'articulation 8 de la pale 3 est en position excentrique relativement à la région 20. La disposition est telle que les forces aérodynamiques agissant sur la pale en mouvement donnent lieu à un moment d'orientation des pales. Le sens d'action de ce moment est déterminé par la position de l'axe de rotation 8 relativement à la région 20. En particulier, dans l'exemple représenté par la fig. o, l'axe d'orientation 8 est interposé entre la région 20 et le bord de sortie du profil de la pale 3. Le moment résultant de l'action des forces aérodynamiques agissant sur la page 3 agit donc sur celle-ci dans le sens illustré schématiquement par la flèche A de la fig. 4, tendant à augmenter l'angle d'incidence et donc le débit. Dans L'exemple de la fig. 5, où l'axe d'orientation 8 est interposé entre la région 20 et le bord d'entrée du profil de la pale 3, le moment d'orientation résultant agit en sens opposé, comme indiqué schématiquement par la flèche B. En pareil cas, l'angle d'inci- dence diminue et, avec lui, le débit. La sélection cordonnée du profil des pales 3 et de la position d'articulation de celles-ci sur le moyeu 2 permet donc d'obtenir des lois différenciées de variation de l'orientation des pales 3 en fonction de la vitesse de rotation du ventilateur 2. En particulier, et de façon notablement analogue au mode d'exécution représenté par la figure 2, il est possible d'obtenir, quand la vitesse de rotation du ventilateur 1 augmente, soit une augmentation soit une diminution de l'angle entre le plan général de chaque pale 3 et le plan de rotation. On peut maltriser la loi de variation de l'orientation des pales 3 en interposant entre l'élément 13 et la paroi de fond du corps en cuvette 5 un système élastique, par exemple un ressort à boudin 21, destiné à s'opposer au mouvement de translation axiale de l'élément 13, engendré par suite de l'orientation automatique des pales 3. De préférence, ltextrémité du ressort 21 qui est opposée à l'extrémité coopérant avec l'élément façonné 13 bute contre un fond 22 dont on peut régler la position axiale relativement au moyeu 2 en agissant sur une vis 23 qui traverse la paroi de fond du corps en cuvette 5. La position terminale du mouvement axial de l'élément 13 à l'intérieur du moyeu 2 est déterminée par le contact entre l'élément 13 et le fond 22. La position du fond 22, que l'on peut régler en agissant sur la vis 23, détermine donc la position terminale du mouvement d'orientation automatique des pales 3. En faisant varier la position du fond 22 à l'intérieur du moyeu 2, au moyen de la vis 23, il est possible aussi de régler la force antagoniste exercée par le ressort 21 de telle sorte qu'à égalité de caractéristiques géométriques et de liaison des pales 3 avec le moyeu, il est possible d'obtenir, pour la même vitesse de rotationdu ventilateur 1, des écoulements de ventilation différenciés. Le ressort 21 a aussi pour rôle de rappeler l'élément façonné 13 et les pales 3 qui lui sont reliées par l'intermédiaire des leviers 10 à une position fixe prédéterminée quand on arrête le ventilateur 1. Dans le mode d'exécution représenté par la fig. 6, le dispositif selon l'invention combine essentiellement les caractéristiques illustrées par les figures 2 et 3. L'élément 13 est donc soumis aussi bien à l'action du moteur 15 qulà l'action du ressort de rappel 21. Cette disposition permet d'améliorer encore le fonctionnement du dispositif selon l'invention. Le ressort 21 est en effet susceptible de coopérer avec le moteur 15 dans les conditions où l'on veut obtenir une orientation des pales en sens opposé au sens de rotation résultant des forces aérodynamiques qui agissent sur les pales. On réduit ainsi les charges mécaniques subies par le moteur,de sorte qu'à égalité de résultats désirés, il est possible d'utiliser des moteurs moins puissants et moins encombrants aux fins du montage dans le moyeu 2. De ce que i'on a décrit ci-dessus, il résulte clairement que Le domaine d'application du dispositif selon l'invention n'est pas strictement limité au refroidissement des moteurs à combustion interne. En effet, bien que ce domaine d'application doive être considéré actuellement comme préférentiel, il est clair que le dispositif selon l'invention peut être utilement adapté au refroidissement de moteurs électriques et de dispositifs électriques de puissance tels que des transformateurs, convertisseurs etc. En outre, l'application aux installations de ventilation et de conditionnement apparat particulièrement avantageux. REVENDICATIONS 1. Dispositif de ventilation à géométrie variable, comprenant un élément rotatif muni de pales susceptibles d'engendrer un écoulement forcé de fluide de ventilation, caractérisé par le fait que les pales (3) sont orientables de manière à faire varier les caractéristiques de débit de l'élément rotatif (1) et par le fait que des moyens de commande (aD,93) sont prévus pour régler sélectivement l'orientation des pales (3) lorsque les conditions de fonctionnement du dispositif de ventilation varient. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément rotatif (1) comprend un moyeu (2) muni d'ouvertures radiales (7) et par le fait que chaque pale (3) est munie d'une partie de racine (9) montée de manière à pouvoir tourner à l'intérieur de l'une de ces ouvertures (7) 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un élément dwactionnement t13) mobile axialement relativement au moyeu (2) et qu'aux pales (3) sont associées des parties façonnées (10) coopérant avec cet élément d'actionnement (13) 4.Dispositif selon lune quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens moteurs (15) pouvant être actionnés sélectivement de manière à faire varier l'orientation des pales (3). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens moteurs (15) agissent sur l'élément d'actionnement (13). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'orientation de chacune des pales (3) s'effectue autour d'un axe (8) qui est placé dans une position excentrique relativement à La région (20) d'application des résultantes des poussées fluidodynamiques agissant sur la pale (3) de manière à effectuer l'orientation automatique des pales (3) pendant le fonctionnement de l'élément rotatif (1). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les pales (3) présentent un profil aérodynamique, de préférence de type ailaire. 8. Dispositif selon les revendications 3 et 6, caractérisé en ce qu'à l'élément d'actionnement (13) sont associés des moyens élastiques (21) qui contrarient le mouvement d'orientation automatique des pales (3) et rappellent tes pales (3) vers une position d'orientation prédéterminée lorsque les poussées fluidodynamiques s'annulent. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'arrêt réglables (22) servant à limiter l'ampleur du mouvement angulaire d'orientation des pales (3). 10. Dispositif selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les moyens élastiques (21) sont interposés entre l'élément d'actionnement (13) et les moyens d'arrêt réglables (22,23) de sorte que l'on peut régler sélectivement la force antagoniste exercée par les moyens élastiques (21) en agissant sur tes moyens d'arrêt (22,23). 11. Dispositif selon la revendication 4 et selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'élément d'actionnement (13) est soumis simultanément à l'action d-es moyens moteurs (15) et des moyens élastiques (21).