Brevet FR2854119A1 — publié le 20041029

AUTOMOBILE A REFROIDISSEMENT CONTROLE PAR EFFET VENTURI A) DO7M4INE DE L 'I.NVENTION La présente invention concerne l'optimisation du refroidissement des radiateurs automobiles et de tout véhicule terrestre en général. Elle concerne également le 5. contrôle de la pression régnant dans les passages de roues avant. B) ETATDE L4 TECHNIQUE La majorité des véhicules terrestre actuels et tout particulièrement les véhicules automobiles, utilisent des radiateurs placés à l'avant. Ceci présente l'inconvénient de coûter cher en portance et en traînée du véhicule. De plus le dessin des arches de roue avant est fait de telle sorte que l'on observe des montées en pression dans ces régions ce qui se traduit par une portance et une traînée induite non négligeable. Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients. La présente invention a pour objet de définir une disposition optimale de l'avant inférieur du véhicule permettant de favoriser le refroidissement des radiateurs et des freins tout en réduisant globalement la portance et la traînée du véhicule. C) CONTENU DES FIGURES La figure 1 représente la vue en coupe en élévation 20 classique La figure 2 représente la vue en coupe en élévation équipé d'un écran classique sous moteur La figure 3 représente la vue en coupe en élévation configurée selon l'invention La figure 4 représente la vue en coupe en élévation configurée selon une variante de l'invention. La figure 5 représente la vue en coupe en élévation configurée selon une autre variante de l'invention. le long de l'axe d'un véhicule le long de l'axe d'un véhicule le long de l'axe d'un véhicule le long de l'axe d'un véhicule le long de l'axe d'un véhicule La figure 6 représente la vue de coté de l'arche de roue d'un véhicule classique La figure 7 représente la vue en coupe en élévation de l'arche de roue d'un véhicule classique La figure 8 représente la vue en coupe en élévation de l'arche de roue d'un véhicule configurée selon l'invention La figure 9 représente la vue en coupe en élévation de l'arche de roue d'un véhicule configurée selon une variante l'invention La figure 10 représente la vue de dessous de l'arche de roue d'un véhicule configurée selon l'invention La figure Il représente la vue de coté de l'arche de roue d'un véhicule configurée 5. selon l'invention La figure 12 représente la vue en coupe d'une variante du sabot avant configurée selon l'invention La figure 13 représente la vue en coupe d'une autre variante du sabot avant configurée selon l'invention C) DESCRIPTIONTDES ELEMENTS DES FIGURES 1) Entrée d'air supérieure de refroidissement 2) Entrée d'air inférieure de refroidissement 3) Bord d'attaque et mise en forme de la partie inférieure de carrosserie classique dans l'axe véhicule 4) radiateur 5) moteur 6) sol 7) tablier arrière moteur, i.e. tablier avant habitacle, délimitent le début de l'habitacle 8) dépression sous la partie avant de carrosserie 9) allure de l'enveloppe du champ de pression sous la carrosserie en avant du véhicule (les zones en dépression sont dirigées vers le bas) 10) sur pression dans la zone de sortie d'air 13 11) extrémité amont de l'enveloppe 9 de pression représentée 12) extrémité aval de l'enveloppe 9 de pression représentée 25 13) zone de sortie d'air 14) Carénage sous moteur classique on note que la sortie d'air 13 est repoussée très en arrière. 15) Bord de fuite de la partie inférieure 43 de carrosserie selon l'invention 16) Béquet de bord de fuite de la partie inférieure 43 de carrosserie selon l'invention 30 17) Carénage sous moteur selon l'invention 18) Bord d'attaque du carénage sous moteur selon l'invention 19) Séparateur d'écoulement selon l'invention. 20) Séparateur d'écoulement selon l'invention. 21) Bord de fuite de la cavité de roue vue de coté 35 22) Bord d'attaque de la cavité de roue vue de coté 23) Bord de fuite de la cavité de roue vue en coupe, entre la roue et le châssis. 24) Bord d'attaque de la cavité de roue vue en coupe, entre la roue et le châssis 25) Bord d'attaque de la partie inférieure de carrosserie classique dans l'axe cavité de roue 26) Bord d'attaque de la partie inférieure de carrosserie selon l'invention, vu de dessous 27) Limite classique de la cavité de roue, vu de dessous 28) Séparateur d'écoulement amont cavité de roue selon l'invention. 29) Bord d'attaque de la partie arrière de la cavité de roue selon l'invention, vu de coté 30) Eléments de suspension véhicule 31) Eléments de suspension ou transmission véhicule 32) Roue 5. 33) Arche de roue 34) Bord d'attaque de la partie arrière de la cavité de roue selon l'invention, zone entre roue et châssis 35) Carénage sous suspension 36) Bord extérieur de sabot latéral de protection et carénage de roue 10 37) Bord intérieur de sabot latéral de protection et carénage de roue 38) Bord de fuite intérieur de sabot latéral de protection et carénage de roue 39)Bord de fuite de la partie avant de la cavité de roue entre roue et châssis selon l'invention 40) Bord de fuite du séparateur d'écoulement dans la zone de la cavité de roue entre 15 roue et châssis selon l'invention 41) Bord d'attaque inférieur de sabot latéral de protection et carénage de roue 42) Bord d'attaque à mi-hauteur de sabot latéral de protection et carénage de roue 43)Bord d'attaque et mise en forme de la partie inférieure de carrosserie selon l'invention dans l'axe véhicule. 44) Variante de bord d'attaque et mise en forme de la partie inférieure de carrosserie selon l'invention dans l'axe véhicule 45) Variante de bord d'attaque et mise en forme de la partie inférieure de carrosserie selon l'invention dans l'axe véhicule 46)Bord d'attaque et mise en forme de la partie inférieure de carrosserie selon 25 l'invention dans la zone de la cavité de roue entre roue et châssis selon l'invention 47) Variante de bord d'attaque et mise en forme de la partie inférieure de carrosserie selon l'invention dans la zone de la cavité de roue entre roue et châssis selon l'invention 48) Compartiment moteur 30. 49) Modelé inférieur du sabot orientant l'air vers le sol en bord de fuite 21 fig. 7 50) Canal intérieur du sabot captant l'air en bord d'attaque 42 et orientant l'air vers le sol en bord de fuite 21 fig. 8 51) Séparateur d'écoulement optionnel formant la partie basse du sabot de la figure 8 52) Allure de l'écoulement de l'air sous le sabot en configuration fig. 7 35 53) Allure de l'écoulement de l'air sous le sabot en configuration fig. 8 54) flap de bord de fuite 21 situé au plus prêt de la roue et le plus bas possible, remarque ce flap peut être en matériaux déformable, ce qui permet de le placer à une garde au sol encore plus basse 55) extension préférentielle intérieure et extérieure de sabot latéral de protection et carénage de roue D) PRINCIPE DE LA CIRCULATION INTERNE CLASSIQUE Sous un véhicule conventionnel le dessous 3 figure l et 2 ainsi que 26 fig. 6 du véhicule est très mal dessiné et est généralement affublé d'un spoiler destiné à éviter que trop d'air ne s'engouffre sous le véhicule. Si l'on mesure le champ de pression 9 sans spoiler dans cette zone on observe qu'en fait il y a là un potentiel de dépression considérable mal localisé dont on ne tire aucun parti. Les véhicules sans carénage sous moteur disposent d'une grande sortie pour l'air de refroidissement moteur. Cette zone ayant un très faible débit et une grande rugosité est génératrice de portance (pression 10) et de traînée aérodynamique. 10 Les véhicules équipés de carénage sous moteur 14 disposent d'une sortie d'air 13 figure 2 plus raisonnable située en général à proximité du tablier arrière moteur 7. encore une fois ces sorties sont relativement importantes et peu efficaces en terme de pompage dynamique du compartiment moteur. La circulation interne classique est motorisée à grande vitesse par la pression d'arrêt qui s'applique sur les entrées d'air l & 2, à base vitesse un ventilateur assiste le balayage. E) PRINCIPE DEL'INVENTION: CIRCULATION INTERNE CONTROLE PAR EFFET VENTURI La circulation interne selon l'invention est motorisée à grande vitesse par la différence de pression entre la pression d'arrêt qui s'applique sur les entrées d'air 1 & 2 et la puissante dépression obtenue par effet venturi que l'on aménage au droit de la sortie d'air 13 naturellement à base vitesse un ventilateur assiste le balayage. Le théorème de BERNOULLI spécifie que dans un écoulement: La pression totale= pression statique + pression dynamique. 25 Appliqué à une tuyère de Laval (autrement dit à un venturi) le théorème de BERNOULLI nous permet de démontrer qu'il est possible d'obtenir une dépression statique au col considérable dans la mesure ou l'écoulement de l'air a subit une augmentation de vitesse importante par rapport à la zone d'entrée du venturi. Si l'on considère le véhicule à développer, le sol, qui défile sous le véhicule peut être assimilé au plan de symétrie d'une tuyère de Laval bidimensionnel dont le véhicule et son image symétrique sous le sol sont les parois. Donc si l'on souhaite optimiser le design de l'avant du véhicule selon l'invention, il faut que les parois 43 fig. 3, 44 fig. 4 ou 45 fig. 5 soient dessinées de telle sorte qu'elles accélèrent fortement l'écoulement capté à l'avant du véhicule, la convergence des formes vers le col du venturi organisé sous le véhicule permet d'obtenir la vitesse maximale de l'écoulement, (et donc la dépression statique à la paroi maximale) au droit de la sortie d'air 13 qui est le point le plus bas de la partie inférieure du véhicule. La figure 3 montre un convergent progressif 43 présentant un angle de 15 à 30 degrés 5. par rapport au sol. Ce convergent peut éventuellement se terminer par un flap 16 audelà de son bord de fuite naturel 15. Préférentiellement, le bord d'attaque du carénage sous moteur suivant est arrondi suivant 18 afin de guider l'air et assurer un bon collage de l'écoulement. La figure 4 montre un convergent de type convergent de soufflerie 44 présentant un profil à double courbure par rapport au sol. Ce convergent peut éventuellement se compléter par un séparateur d'écoulement 19 dont le rôle est d'accroître l'efficacité de la mise en vitesse et l'amélioration de la déportance avant. La figure 5 montre un convergent de type progressif ou de type convergent de soufflerie 45 équipé de l ou deux séparateurs d'écoulement. La figure 6 montre le cote d'une voiture classique vue en élévation. Les champs de pression classique 9 que nous avons observé en figure 1 dans l'axe du véhicule se retrouvent dans cette zone également. Les cavités de roue classique sont le 20 siège d'une pression non négligeable qui a tendance à dégrader la portance et la traînée du véhicule. Il en va de même en figure 7 ou l'on a représenté une vue en coupe entre la roue et le châssis du véhicule dans l'arche de roue. La figure 8 est la transposition directe des principes de l'invention, tel que décrit pour 25 pomper la circulation interne en figure 3, appliqué à la mise en dépression de la cavité de roue 33. Un tel dispositif permet d'assurer une meilleure stabilité véhicule, il réduit sa traînée ainsi que sa portance tout en assurant le refroidissement naturel des freins avant par aspiration d'air frai au travers des ajourages de jantes. Le carénage sous suspension 35, avec sa forme en ski, à son bord d'attaque, permet de stabiliser le jet en provenance du bord de fuite 39 et de le conduire vers le bord d'attaque arrondi 34 du tablier de bas de cavité de roue 33. La figure 9 est une variante correspondant à la transposition directe des principes de l'invention, tel que décrit pour pomper la circulation interne en figure 4, appliqué à la 40 mise en dépression de la cavité de roue 33. Le séparateur d'écoulement 28 joue un rôle analogue au séparateur 19 ou 20 décrit dans les figures 4 et figures 5. La figure 9 donne un aperçu de la zone de cavité de roue mue de dessous. On observe qu'un sabot est placé en amont de la roue afin de la caréner. L'air capté entre le bord d'attaque du sabot de droite et du sabot de gauche est donc utilisé , sur les cotés pour dépressuriser les cavités de roue et dans le centre pour dépressuriser le compartiment moteur 48. Par rapport à la solution classique de cavité de roue ayant une forme telle que décrite par le trais 27 figure 10, nous recommandons le carénage suivant la forme 35 qui permet de stabiliser l'écoulement et de limiter sa pénétration dans la partie supérieure de la cavité de roue. 5. La figure 1 1 montre une vue de coté du véhicule. On y voit le bord d'attaque 42 du sabot celui ci peut être rectiligne ou courbe tel que dessiné il se raccorde sur la partie inférieure 41 du bord d'attaque de sabot. Le bord de fuite du sabot 21 est préférentiellement complété par un flap 54 qui permet de masquer la roue au plus prêt de celle ci. La figure 12 montre une vue en coupe d'une configuration de sabot préférentielle. On distingue en arrière plan le bord de sabot 36. et au premier plan la forme incurvée 49 en forme de point d'interrogation celle ci permet de capter l'air arrivant horizontalement et de le diriger vers le sol, comme le montre l'illustration d'écoulement 52; Ceci permet de masquer au maximum la roue et de limiter sa traînée. La figure 13 montre une vue en coupe d'une configuration de sabot préférentielle. On distingue en arrière plan le bord de sabot 36. et au premier plan le canal 50 dont le but est de capter l'air arrivant horizontalement et de diriger vers le sol, comme le montre l'illustration d'écoulement 53; Ceci permet de masquer au maximum la roue et de limiter sa traînée. Le séparateur optionnel 51 permet de canaliser l'écoulement. Remarque: 1. tout ce qui à été décrit ci dessus et dans la mesure du possible, doit préférentiellement, être suivit par un carénage, le plus lise possible, dans le prolongement du carénage 17, sur toute la longueur et toute la largeur du véhicule 2. Ce qui a été décrit ci dessus s'applique à tout véhicule en particulier en cas de refroidissement avant et moteur non nécessairement placé à l'avant du véhicule. 3. Ce qui a été décrit ci dessus s'applique à tout véhicule et notamment en l'absence de refroidissement avant dans la mesure ou le dispositif permet de 30 générer une dépression qui peu être appliquée aux passages de roues avant. 4. Le bord de fuite 39 de l'arche de roue peut préférentiellement être prolongé par un flap du style du flap 16 qui équipe le bord de fuite du carénage 43 (fig 3). 5. Le flap de cavité de roue tel que décrit ci dessus peut être dirige vers le sol, comme dans la figure 3 ou préférentiellement horizontal. 6. Préférentiellement les sabots descendent le plus bas possible dans le gabarit de garde au sol autorisé et ils sont placés dans l'axe des roues pour les caréner au plus juste. C'est à dire que préférentiellement ils ont sensiblement la largeur de la roue non braquée. 7. Une forme intéressante du sabot vue de dessous (fig 10) est que la paroi 40 extérieure 36 ressemble à la paroi intérieure 37 (telle que dessinée en fig 10 ),ce qui ressemble à une prise d'air NACA classique et peut permettre de favoriser le fonctionnement du design présenté en figure 12 en l'équilibrant. 8. dans le prolongement du bord de fuite 21 du sabot tel que décrit par les figures Il 12 & 13, préférentiellement un flap 54 vertical ou légèrement incurvé vers l'arrière ou vers l'avant dans et bordé préférentiellement par des parois complémentaires 55 peut être placé juste et au plus prêt en amont de la roue, et éventuellement peut pénétrer la zone de garde au sol interdite s'il est réalisé avec un matériau souple synthèse 5- a* Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, et s'étendant depuis le pare choc au tablier avant habitacle, préférentiellement sur toute la largeur du véhicule caractérisée par le fait que la partie avant 43, 44, 45,46, 47 s'étendant depuis la pointe avant du véhicule sous celui ci a son point le plus 10 prés du sol 15 au niveau de la sortie d'air de radiateur 4, juste en aval de celui ci. * Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, et s'étendant depuis le pare choc au tablier avant habitacle, préférentiellement sur toute la largeur du 15 véhicule caractérisée par le fait que la partie avant 43, 44, 45,46, 47 s'entendant depuis la pointe avant du véhicule sous celui ci a son point le plus prés du sol juste en amont 39 de la partie avant de l'arche de roue avant 33. * Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la 20 partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les revendications 1 & 2 caractérisée par, la présence d'un carénage de compartiment moteur 17 ne laissant préférentiellement qu'un tout petit espace 13 permettant à l'air de la circulation interne de sortie au plus prêt du bord de fuite 15 du carénage 43.44. ou 45. * Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les descriptions précédentes caractérisée par, la forme incurvée 18 du bord d'attaque du carénage 17. * Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la 30 partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les descriptions précédentes caractérisée par, la présence de sabots placés en avant des roues 32 délimitée par les formes 41, 36 21, 37 vue de dessous. * Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les descriptions 35 précédentes caractérisée par, la présence d'un bord d'attaque rayonné 34, 29 de l'arche de roue 33. * Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les descriptions précédentes caractérisée par, la présence d'un carénage 35 de la cavité de 40 roue 33 dont préférentiellement le bord d'attaque est incliné vers le haut, comme le montre la figure 9. * Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les descriptions précédentes caractérisée par, la présence de séparateurs d'écoulements 19.20 &28. ò Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les descriptions précédentes caractérisée par, la présence d'une cavité 49 fig 12 en forme sensiblement de point d'interrogation, vue en élévation. Cette cavité est préférentiellement délimitée latéralement par les parois 37 & 36. Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les descriptions précédentes caractérisée par, la présence d'une cavité 50 fig. 13 ouverte dans 10 la forme 42 de bord d'attaque du sabot au-dessus du point 41 cette cavité préférentiellement fermée horizontalement sur sa partie avant inférieure par un séparateur 51 se fini par un bord de fuite 21 orienté vers le bas Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les descriptions 15 précédentes caractérisée par le fait que le de fuite 21 est prolongé par un flap 54 vertical ou légèrement incurvé vers l'arrière ou vers l'avant et bordé préférentiellement par des parois complémentaires 55. ce flap 54 peut être placé juste et au plus prêt en amont de la roue, et éventuellement peut pénétrer la zone de garde au sol interdite s'il est réalisé avec un matériau souple REVENDICATIONS 1. Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, et s'étendant depuis le pare choc au tablier avant habitacle, préférentiellement sur toute la largeur du véhicule caractérisée par le fait que la partie avant 43, 44, 45,46, 47 s'étendant depuis la pointe avant du véhicule sous celui ci a son point le plus prés du sol 15 au niveau 25 de la sortie d'air de radiateur 4, juste en aval de celui ci. 2. Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, et s'étendant depuis le pare choc au tablier avant habitacle, préférentiellement sur toute la largeur du véhicule caractérisée par le fait que la partie avant 43, 44, 45,46, 47 s'entendant depuis 30 la pointe avant du véhicule sous celui ci a son point le plus prés du sol juste en amont 39 de la partie avant de l'arche de roue avant 33. 3. Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les revendications 1 & 2 caractérisée par, la présence d'un carénage de compartiment moteur 17 ne 35 laissant préférentiellement qu'un tout petit espace 13 permettant à l'air de la circulation interne de sortie au plus prêt du bord de fuite 15 du carénage 43.44. ou 45. I 4. Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les revendications 1,2 & 3 caractérisée par, la forme incurvée. 18 du bord d'attaque du carénage 17. 5. Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie 5. avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les revendications 1.2.3 & 4 caractérisée par, la présence de sabots placés en avant des roues 32 délimitée par les formes 41, 36 21, 37 vue de dessous. 6. Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les revendications 1.2 3. 4. & 5 10 caractérisée par, la présence d'un bord d'attaque rayonné 34, 29 de l'arche de roue 33. 7. Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les revendications 1.2 3. 4. 5 & 6 caractérisée par, la présence d'un carénage 35 de la cavité de roue 33 dont préférentiellement le bord d'attaque est incliné vers le haut, comme le montre la 15 figure 9. 8. Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les revendications 1.2 3. 4. 5.6 & 7 caractérisée par, la présence de séparateurs d'écoulements 19.20 & 28. 9. Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les revendications 1.2 3. 4. 5. 20 6. 7 & 8 caractérisée par, la présence d'une cavité 49 fig 12 en forme sensiblement de point d'interrogation, vue en élévation. Cette cavité est préférentiellement délimitée latéralement par les parois 37 & 36. 10. Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les revendications 1.2 3. 4. 5. 25 6. 7. 8 & 9 caractérisée par, la présence d'une cavité 50 fig. 13 ouverte dans la forme 42 de bord d'attaque du sabot au-dessus du point 41 cette cavité préférentiellement fermée horizontalement sur sa partie avant inférieure par un séparateur 51 se fini par un bord de fuite 21 orienté vers le bas 11. Configuration aérodynamique optimisée selon l'invention, concernant la partie 30 avant du bas de caisse de véhicule terrestre, selon les revendications 1.2 3. 4. 5. 6. 7. 8.9 & 10 caractérisée par le fait que le de fuite 21 est prolongé par un flap 54 vertical ou légèrement incurvé vers l'arrière ou vers l'avant et bordé préférentiellement par des parois complémentaires 55. ce flap 54 peut être placé juste et au plus prêt en amont de la roue, et éventuellement peut pénétrer la zone 35 de garde au sol interdite s'il est réalisé avec un matériau souple