Brevet FR2848620A1 — publié le 20040618

HELICE DE REFROIDISSEMENT MOTEUR POUR VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne une hélice destinée au refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. Il est à noter que la notion de véhicule automobile concerne ici tout véhicule à moteur, c'està-dire tout engin roulant capable de progresser de luimême à l'aide d'un moteur, quel que soit la nature 10 dudit moteur et indépendamment de la taille et/ou du poids dudit véhicule. Par conséquent, un véhicule automobile pourra désigner aussi bien une voiture, un camion ou un autobus par exemple. Il est connu d'utiliser des hélices pour refroidir 15 les moteurs de véhicules automobiles. De manière classique, une hélice est composée d'un moyeu central, appelé bol, autour duquel sont répartis régulièrement plusieurs éléments de forme vrillée, appelés communément pales. Dans le domaine automobile, les hélices destinées au refroidissement moteur sont habituellement monoblocs, c'est-à-dire que le bol et le jeu de pales de chacune d'entre elles forment une seule et même pièce. Dans la pratique, ces hélices présentent par 25 ailleurs une structure pleine qui est communément exécutée en matière plastique, et qui est classiquement réalisée par moulage par injection. Ce type d'hélice présente toutefois l'inconvénient de ne pas toujours offrir une rigidité structurelle 30 suffisante pour pouvoir résister à certaines contraintes mécaniques résultant de sa mise en rotation. C'est notamment le cas lorsque le diamètre de l'hélice est important, par exemple supérieur à 400 mm, ou que sa vitesse de rotation est élevée. En effet, quand l'hélice est en mouvement, la force centrifuge qui est générée tend à déformer les pales. Sans parler de destruction, les contraintes mécaniques alors 5 engendrées peuvent remettre en cause l'intégrité structurelle de l'hélice. Une solution pour remédier à ce problème pourrait consister à élargir et/ou épaissir les pales. Cependant, un surdimensionnement de ces éléments 10 impliquerait une augmentation significative du poids de l'hélice. Or, comme la force centrifuge est proportionnelle à la masse de l'objet en mouvement, cela reviendrait par conséquemment à accroître l'intensité des contraintes mécaniques. Le problème ne 15 serait alors toujours pas complètement résolu. Une autre issue à cette difficulté pourrait être l'utilisation d'un matériau possédant une résistance intrinsèque supérieure à celles des matières plastiques communément utilisées. Mais cela générerait alors une 20 augmentation trop importante du cot d'une telle hélice. Aussi le problème technique à résoudre, par l'objet de la présente invention, est de proposer une hélice de refroidissement moteur pour véhicule 25 automobile, comportant une pluralité de pales régulièrement réparties autour d'un bol destiné à être entraîné en rotation axiale, hélice qui permettrait d'éviter les problèmes de l'état de la technique en offrant notamment une rigidité structurelle sensiblement améliorée, tout en bénéficiant d'un prix de revient réduit. La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que chaque pale est au moins partiellement creuse. Le fait que les pales ne soient pas pleines 5 signifient en effet, à forme extérieure et matériau égaux, qu'elles sont plus légères que leurs homologues de l'état de la technique. Le gain de poids permet ainsi de réduire proportionnellement la force centrifuge qui est générée lors de la rotation de 10 l'hélice. Les contraintes mécaniques qui résultent de cette force centrifuge sont par conséquent considérablement atténuées, à tel point qu'elles sont avantageusement sans effet sur la géométrie structurelle de l'hélice. L'invention est ainsi 15 particulièrement adaptée par exemple aux hélices de grands diamètres et/ou aux hélices animées de vitesses de rotation élevées. La présence de vide à l'intérieur des pales permet par ailleurs une économie notable de matière. Cela 20 autorise par conséquent une diminution significative du cot d'une telle hélice. La présente invention concerne également les caractéristiques - qui -ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être 25 considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles. Cette description donnée à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée, en référence aux dessins annexés 30 sur lesquels: La figure 1 est une vue de face d'une hélice de refroidissement moteur conforme à l'invention. La figure 2 représente en perspective et en coupe partielle l'une des pales de l'hélice de la figure 1, la pale étant réalisée selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 3 constitue une vue en perspective et en coupe partielle d'une pale d'hélice selon un second mode de réalisation. La figure 4 illustre en perspective, et en coupe partielle, une pale d'hélice selon un troisième mode de 10 réalisation. Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par des références identiques. De même, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés, et ceci sans respect 15 de l'échelle et de manière schématique. La figure 1 représente une hélice 1 en matière plastique qui est destinée à être utilisée pour le refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. De manière classique, l'hélice 1 se compose essentiellement d'un moyeu central, formant bol 2, autour duquel sont répartis régulièrement neufs éléments de forme vrillée, formant pales 3. Comme son-lnom--l'indique, le bol 2 est constitué par un élément creux qui est dimensionné de manière à 25 pouvoir tourner autour de l'extrémité du moteur d'entraînement auquel sera couplée l'hélice 1 lors de son utilisation effective. Le bol creux 2 est ici pourvu de nombreuses nervures internes 4 qui sont notamment destinées à le rigidifier. Ces nervures 30 internes 4 s'étendent ici radialement et de manière sensiblement parallèle au fond 5 du bol 2. Dans cet exemple de réalisation, l'hélice 1 n'est pas destinée à être solidarisée directement sur l'arbre de son moteur d'entraînement. L'hélice 1 comporte en effet un insert 6 qui est en mesure de servir d'interface de liaison entre le bol 2 et l'arbre d'entraînement. De manière habituelle, l'insert 6 est 5 réalisé en métal fritté, c'est-àdire dans un matériau sensiblement plus dur que le plastique, et il est surmoulée axialement au centre du bol 2. Par ailleurs, le bol 2 est ici également pourvu d'une nervure de rigidification circulaire 7 qui est 10 positionnée de manière concentrique par rapport à l'insert 6 et qui relient entre elles les différentes nervures radiales 4. Il est à noter que, même si la présence de ce renfort supplémentaire est à priori accessoire, elle est cependant fréquente lorsqu'un 15 insert 6 est employé. Enfin, l'hélice 1 est dotée d'un élément tubulaire périphérique formant virole 8, dont la surface interne 9 est solidaire de la tête 10 de chaque pale 3. La fonction de la virole 8 est essentiellement de procurer 20 une bonne rigidité structurelle à l'ensemble de l'hélice 1, et notamment d'assurer le maintien relatif des différentes pales 3. Cependant si cet aspect ne devait- pas -ccinstituer une priorité, la virole 8 pourrait être supprimée et chaque tête de pale 10 25 pourrait alors avantageusement comporter un classique appendice aérodynamique capable de limiter les phénomènes de recirculation d'air au bout de chaque pale 3. Ainsi qu'on peut le voir clairement sur la figure 30 1, l'insert 6, le bol 2 et la virole 8 sont positionnés de manière concentrique par rapport à l'axe de rotation de l'hélice 1. Conformément à l'objet de la présente invention, toutes les pales 3 de l'hélice 1 sont creuses. En d'autres termes, l'intérieur de chaque pale 3 est quasiment entièrement vide. Cette caractéristique 5 permet tout d'abord de diminuer la masse des pales 3 et donc de l'hélice 1, mais également de réaliser des économie de matière substantielle. La figure 2 illustre plus en détail l'une des pales 3 représentées à la figure 1. Dans ce premier 10 mode de réalisation de l'invention, l'allégement et l'économie de matière sont optimaux. En effet, chaque pale 3 est creuse sur sensiblement toute sa longueur. Cela signifie qu'à l'intérieur de chaque pale 3, l'espace vide s'étend 15 longitudinalement sensiblement du pied de pale 11 jusqu'à la tête de pale 10. De plus, et de manière particulièrement avantageuse, chaque pale 3 est par ailleurs creuse sur sensiblement toute son épaisseur. Transversalement, 20 l'espace vide s'étend par conséquent sensiblement entre les deux faces 12, 13 de la pale 3. On rappellera à cet égard qu'une pale 3 est classiquement composée de deux faces -12, -13 qui sont conformées de manière à constituer respectivement une face de succion 12 25 formant extrados, et une face de pression 13 formant intrados. Enfin, et conformément à une autre caractéristique avantageuse de l'invention, chaque pale 3 est en outre creuse sur sensiblement toute sa largeur. Ainsi donc, 30 transversalement, l'espace vide s'étend sensiblement entre le bord d'attaque 14 et le bord de fuite 15 de la pale 3 considérée. La figure 3 représente une hélice 21 dont chaque pale 23 est creuse uniquement sur une partie de sa section. Ce second mode de réalisation est plus particulièrement adapté aux pales 23 dont au moins une 5 des deux faces 24, 25 présente une convexité qui est désaxée longitudinalement sur un de ses bords longitudinaux 26, 27. En tout état de cause, le profil de ce type de pales 23 n'est pas plat comme dans l'exemple de la figure 2, mais bombé à l'image de celui 10 illustré sur la figure 3. En toute logique, chaque pale 23 est creuse au niveau de sa partie la plus épaisse. Dans cet exemple de réalisation, chaque pale 23 est ainsi creuse au niveau de la partie située directement à proximité de 15 son bord d'attaque 26, la partie proche de son bord de fuite 27 étant quant à elle pleine. la figure 4 montre quant à elle une hélice 31 selon un troisième mode de réalisation de l'invention, qui constitue une solution sensiblement intermédiaire 20 entre les deux premiers modes de réalisation précédemment décrits. La pale 33 est en effet creuse sur sensiblement toute sa section au niveau de son pied 34, tandis qu'elle est évidée sur une partis seulement de sa section au niveau de sa tête 35. Dans cet exemple 25 de réalisation, l'espace vide n'est par conséquent pas réparti de manière uniforme à l'intérieur de la pale 33. Ainsi donc, selon une particularité de l'invention, la section de chaque pale 33 peut 30 présenter un rapport, entre la quantité de vide et la quantité de matière, qui est variable le long de ladite pale 33. Cette caractéristique permet de faire varier longitudinalement la rigidité structurelle de la pale 33. Il est ainsi possible d'optimiser la résistance aux contraintes mécaniques qui, on le rappelle, ne sont pas uniformes sur toute la longueur de la pale mais sont spécifiques pour une portion donnée. Selon une caractéristique de l'invention, chaque pale 3, 23, 33 comporte au moins une cavité 18a, 18b, 18c, 18d, 28, 38 qui s'étend de manière sensiblement longitudinale à l'intérieur de ladite pale 3, 23, 33. Bien entendu, et conformément aux figures 3 et 4, 10 l'espace vide à l'intérieur de chaque pale 23, 33 peut être constitué par une unique cavité 28, 38. Le gain de poids et l'économie de matière, induits par l'utilisation d'une pale creuse 23, 33, dépendent en effet avant tout du volume total de l'espace libre, et 15 pas de la répartition dudit espace libre à l'intérieur de ladite pale 23, 33. Mais comme on peut le voir sur la figure 2, l'espace vide peut être constitué avantageusement par plusieurs cavités 18a, 18b, 18c, 18d dont les volumes 20 individuels respectifs se cumulent. L'espace vide est en fait compartimenté par les parois 19a, 19b, 19c qui délimitent entre elles les différentes cavités 18a, -l8b,-+ 18c, 18d. Comme ces cavités 18a, 18b, 18c, 18d sont orientées de manière sensiblement longitudinale 25 par rapport à l'axe de la pale 3 considérée, les parois séparatrices parois 19a, 19b, 19c sont également positionnées suivant la direction dans laquelle la pale 3 sera la plus sollicitée. La rigidité structurelle de l'ensemble se voit donc avantageusement renforcée. Selon un mode de réalisation actuellement préféré de l'invention, l'hélice 1, 21, 31 présente une structure monobloc qui est obtenue par moulage par injection assisté par de l'injection de gaz. Ce procédé est parfaitement connu dans le domaine de l'injection plastique, et ne sera par conséquent pas décrit ici de manière exhaustive. On rappelle simplement qu'il consiste schématiquement à introduire du gaz sous 5 pression dans le moule, en même temps que l'on procède à l'injection proprement dite du matériau de remplissage qui est généralement du plastique. Le passage de tout flux gazeux dans le plastique à l'état liquide est alors apte à générer avantageusement une 10 cavité. Toute la difficulté de cette technique, aujourd'hui parfaitement maîtrisée, réside dans le contrôle de l'injection de gaz. L'objectif est en effet de créer des cavités positionnées et dimensionnées de manière adéquate au sein de la future pièce moulée. I5 Concrètement, chaque pale 3, 23, 33 est donc constituée par une seule et même pièce qui fait partie intégrante de l'hélice 1, 21, 31 et chaque cavité l8a, 18b, 18c, 18d, 28, 38 est la conséquence d'une introduction de gaz sous pression dans la matière 20 plastique elle même en cours d'injection dans le moule. Le plastique liquide injecté va en effet se refroidir progressivement au contact des parois du moule, ce qui va entraîner sa solidification partielle sous forme de couche le long desdites parois. Si l'on continue à 25 pousser avec du gaz, on va alors faire fluer tout ce qui reste de plastique liquide, au centre du plastique solide, vers les zones les plus éloignées. On va ainsi créer une cavité. Cette technique de moulage par injection assisté 30 par de l'injection de gaz présente l'avantageuse de pouvoir s'affranchir des principaux défauts des procédés généralement utilisés pour réaliser ce type d'hélices. En effet, un classique moulage par injection génère toujours un certain nombre de dispersions géométriques par rapport au modèle théorique défini par CAO. le problème vient du fait qu'une pièce moulée par injection classique est généralement pleine et qu'elle 5 est composée de parties d'épaisseurs différentes. Or il est bien connu que les parties les plus fines refroidissent plus vite que les parties les plus épaisses. Cela engendre par conséquent des phénomènes de retrait qui génèrent à leur tour des contraintes à 10 l'intérieur du matériau, ainsi qu'un aspect bosselé et/ou granuleux en surface. Or, l'introduction de gaz sous pression, concomitamment à l'injection de matière, a par contre avantageusement tendance à pousser ladite matière contre les parois du moule et ainsi à générer 15 des parois d'épaisseurs limitées et constantes. Toute l'épaisseur du matériau de remplissage reste par conséquent à une température plus homogène durant toute la durée du moulage. Cela permet d'obtenir des états de surface réguliers et uniformes, ainsi qu'un plus grand 20 respect de la géométrie. Selon une variante de réalisation de l'invention, l'hélice peut présenter une structure composite dans laquelle notamment chaque pale est constituée par l'assemblage d'au moins deux éléments complémentaires 25 distincts dont les faces internes respectives sont aptes à définir au moins une cavité. Ainsi donc, chaque pale pourrait être constituée par l'assemblage d'un premier élément formant extrados, et d'un second élément formant intrados. Il est à noter que, quel que soit le procédé utilisé pour réaliser l'hélice 1, 21, 31, les parois de matière délimitant les différentes cavités apparaissent relativement minces comparées à la structure massive I des pales pleines de l'art antérieur. Ces parois s'avèrent cependant au moins tout aussi résistantes, en raison du fait que la matière qui les compose est particulièrement homogène. Cette caractéristique 5 avantageuse provient du fait que, grâce précisément à leur faible épaisseur, ces parois ont subi beaucoup moins de contraintes lors de leur refroidissement. Bien entendu l'invention concerne également tout dispositif de refroidissement moteur de véhicule 10 automobile, comportant au moins une hélice de refroidissement 1, 21, 31 telle que précédemment décrite. On pense ici à un système essentiellement composé d'au moins un échangeur thermique couplé à au moins une telle hélice de refroidissement 1, 21, 31. De même, l'invention s'applique à tout véhicule automobile doté d'au moins une hélice de refroidissement moteur 1, 21, 31 telle que précédemment décrite. REVENDICATIONS 1. Hélice de refroidissement moteur (1, 21, 31) pour véhicule automobile, comportant une pluralité de pales S (3, 23, 33) régulièrement réparties autour d'un bol (2) destiné à être entraîné en rotation axiale, caractérisée en ce que chaque pale (3, 23, 33) est au moins partiellement creuse. 2. Hélice (1, 21, 31) selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque pale (3, 23, 33) est creuse sur sensiblement toute sa longueur. 3. Hélice (1, 21, 31) selon l'une des revendications 1S 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque pale (3, 23, 33) est creuse sur sensiblement toute son épaisseur. 4. Hélice (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque 20 pale (3) est creuse sur sensiblement toute sa largeur. 5. Hélice (21) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque pale (23) est creuse au niveau de sa partie la plus 25 épaisse. 6. Hélice (21) selon la revendication 5, caractérisée en ce que chaque pale (23) est creuse au niveau de la partie située directement à proximité de son bord 30 d'attaque (26). 7. Hélice (31) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la section de chaque pale (33) présente un rapport, entre la quantité de vide et la quantité de matière, qui est variable le long de ladite pale (33). 8. Hélice (1, 21, 31) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que chaque pale (3, 23, 33) comporte au moins une cavité (18a, 18b, 18c, 18d, 28, 38) qui s'étend de manière sensiblement longitudinale à l'intérieur de ladite pale 10 (3, 23, 33). 9. Hélice (1, 21, 31) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle présente une structure monobloc qui est obtenue par 15 moulage par injection assisté par de l'injection de gaz. 10. Hélice (1, 21, 31) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle 20 présente une structure composite dans laquelle chaque pale est constituée par l'assemblage d'au moins deux éléments complémentaires distincts dont les faces internes respectives sont aptes à définir-au moins une cavité. 11. Hélice (1, 21, 31) selon la revendication 10, caractérisée en ce que chaque pale (3, 23, 33) est constituée par l'assemblage d'un premier élément formant extrados, et d'un second élément formant 30 intrados. 12. Dispositif de refroidissement moteur pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une hélice de refroidissement (1, 21, 31) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 13. véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il 5 comporte au moins une hélice de refroidissement moteur (1, 21, 31) selon l'une quelconque des revendications 1 à il.