Brevet FR2910537A1 — publié le 20080627

Dispositif et procédé de régulation du débit de l'air envoyé au travers d'un échangeur de chaleur pour moteur à combustion interne de véhicule automobile. La présente invention concerne le domaine du refroidissement des moteurs à combustion interne de véhicules automobiles. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un dispositif de régulation du débit de l'air envoyé au travers d'un échangeur de chaleur pour moteur à combustion interne. Un moteur d'entraînement à combustion interne est généralement refroidi par la mise en circulation d'un liquide de refroidissement caloporteur, en pratique de l'eau mélangée avec un anti-gel, qui traverse les principales parties du moteur qu'il convient de refroidir. Le circuit de refroidissement comprend essentiellement une pompe de circulation entraînée par le moteur et un radiateur constitué d'un échangeur de chaleur eau/air capable de refroidir l'eau mise en circulation par la pompe. Classiquement, un ventilateur est associé au radiateur de manière à accroître son efficacité de fonctionnement. En général, une vanne thermostatique est également prévue de façon à isoler la partie du circuit de refroidissement qui contient le radiateur pendant un démarrage à froid, durant lequel un refroidissement excessif du moteur n'est pas souhaité. Progressivement, la vanne thermostatique s'ouvre en fonction de la température de l'eau mise en circulation qui est réchauffée par le moteur après la période de démarrage. C'est ainsi que la demande de brevet FR-A2 673 241 décrit un radiateur équipé d'obturateurs actionnés en fonction de la température 2910537 2 du moteur de manière à optimiser l'efficacité de fonctionnement du radiateur. Par ailleurs, dans le brevet EP-Bl-O 499 071, il a été proposé un dispositif de refroidissement d'un moteur apte à refroidir également 5 au moins un organe de commande de ce moteur, tel qu'une boîte de vitesses. Le dispositif de refroidissement comprend un premier circuit d'eau traversant le moteur et équipé d'une pompe de circulation, d'une vanne commandée et d'un radiateur. Un échangeur aérotherme destiné 10 au réchauffement de l'habitacle est branché en parallèle sur ce circuit. Le dispositif comprend également un second circuit d'eau traversant le moteur et pourvu d'une vanne commandée et d'un échangeur de chaleur pour évacuer des calories de l'huile de lubrification de la boîte de vitesses. Le dispositif comprend encore une unité de commande 15 apte à contrôler l'ouverture ou la fermeture des vannes des circuits d'eau. De manière à accroître l'efficacité de refroidissement du dispositif dans certaines conditions de fonctionnement, le dispositif est également équipé d'un ventilateur à vitesse de rotation contrôlée et 20 de volets orientables disposés en amont du radiateur, en considérant le sens de circulation de l'air. Le ventilateur et les volets sont pilotés par l'unité de commande en fonction du degré de refroidissement souhaité. Ces volets orientables permettent notamment de diminuer la quantité d'air véhiculé vers le radiateur lors de la montée en 25 température du moteur, et de réduire le coefficient de traînée aérodynamique du véhicule en vue de la diminution de la consommation de carburant. Des volets similaires sont également décrits dans la demande de brevet FR-A-2 603 065. 2910537 3 De tels dispositifs de refroidissement ont notamment pour inconvénient majeur de ne pas permettre un bon refroidissement dans toutes les plages de fonctionnement du moteur. En effet, dans le cas d'un dispositif tel que décrit dans le 5 document EP-Bl-O 499 071, lorsque le véhicule roule à une vitesse relativement importante, le débit d'air traversant le radiateur est réduit par la présence du ventilateur. Ceci peut nuire au bon refroidissement du moteur. Dans le cas d'un dispositif de refroidissement pourvu 10 essentiellement de volets orientables pour réduire ou augmenter la quantité d'air dirigé vers le radiateur, comme présenté dans le document FR-A-2 603 065, il n'est pas possible d'obtenir un bon refroidissement du moteur à faible vitesse du véhicule. La présente invention a donc pour but de remédier aux 15 inconvénients des dispositifs de l'art antérieur. Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir un dispositif qui permet d'obtenir un refroidissement satisfaisant du moteur à combustion interne, et plus généralement de l'ensemble des organes du véhicule, quelles que soient les conditions de roulage du 20 véhicule. La présente invention vise également à prévoir un dispositif apte à permettre une réduction de la consommation en carburant du véhicule. Selon un premier aspect, l'invention a pour objet un dispositif 25 de régulation du débit de l'air envoyé au travers d'un échangeur de chaleur pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, le dispositif comprenant un ventilateur destiné à être monté en amont du radiateur en considérant le sens de circulation de l'air et étant pourvu d'un moyeu et d'une pluralité de pales. 2910537 4 Selon une caractéristique générale de l'invention, les pales sont orientables relativement au moyeu de façon à modifier la géométrie du ventilateur et à moduler la résistance aéraulique du dispositif. Avec un tel dispositif, il devient notamment possible de faire 5 varier la perméabilité à l'air du ventilateur afin de contrôler l'efficacité de refroidissement de l'échangeur de chaleur, et/ou de réduire le coefficient de traînée aérodynamique du moteur en fonction des conditions de roulage du véhicule. Dans un mode de réalisation, les pales sont orientables 10 angulairement relativement au moyeu autour d'un axe longitudinal de celui-ci. Dans un mode de réalisation, les pales sont orientables angulairement relativement au moyeu autour de leur axe longitudinal respectif. 15 Préférentiellement, les pales sont mobiles les unes par rapport aux autres entre au moins une position éloignée dans laquelle un espace circonférentiel est ménagé entre deux pales immédiatement adjacentes et une position rapprochée dans laquelle deux pales immédiatement adjacentes sont en partie superposées. 20 Avantageusement, le dispositif comprend une unité de contrôle électronique, un capteur de température apte à détecter la température d'un liquide de refroidissement du moteur à combustion interne et circulant à travers l'échangeur de chaleur, et un capteur de mesure de la vitesse du véhicule automobile. 25 Préférentiellement, l'unité de contrôle comprend une cartographie mémorisée de valeurs de consigne de l'orientation des pales en fonction de la température du liquide de refroidissement et de la vitesse du véhicule automobile. L'unité de contrôle électronique peut comprendre également un convertisseur de tension. 2910537 5 Selon un second aspect, l'invention a également pour objet un moteur à combustion interne pour véhicule automobile comprenant un échangeur de chaleur et un dispositif de régulation du débit de l'air traversant l'échangeur de chaleur tel que défini précédemment. 5 Enfin, l'invention concerne également un procédé de régulation du débit de l'air traversant un échangeur de chaleur pour moteur à combustion interne de véhicule automobile équipé d'un ventilateur monté en amont de l'échangeur de chaleur en considérant le sens de circulation de l'air et pourvu d'un moyeu et d'une pluralité de pales, 10 dans lequel on régule le débit d'air en agissant sur la géométrie du ventilateur. Avantageusement, on agit sur la géométrie du ventilateur en modifiant l'orientation des pales relativement au moyeu. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la 15 description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement un véhicule automobile pourvu d'un dispositif de régulation du débit d'air selon l'invention, - les figures 2a à 2c illustrent un premier mode de réalisation 20 du dispositif de régulation de la figure 1, et - les figures 3a à 3c illustrent un second mode de réalisation du dispositif de régulation de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté un véhicule automobile, référencé 10 dans son ensemble, qui comprend un moteur 12 à 25 combustion interne, un radiateur 14 constitué d'un échangeur de chaleur eau/air pour le refroidissement du moteur, et un dispositif 16 de régulation du débit de l'air envoyé au travers du radiateur 14, et plus généralement au travers du moteur 12. 2910537 6 Le dispositif 16, le radiateur 14 et le moteur 12 sont disposés d'amont en aval, en considérant le sens de circulation de l'air qui est véhiculé en direction de ces éléments, via une grille d'entrée 18 située au niveau d'une calandre du véhicule 10. 5 Le dispositif 16 comporte essentiellement un ventilateur 20 à géométrie variable, un moteur 22 électrique pour l'entraînement en rotation du ventilateur, et une unité de contrôle 24 électronique pour le pilotage du ventilateur 20 et du moteur 22. Le ventilateur 20 est pourvu d'un moyeu 26, d'axe 28 10 longitudinal supposé horizontal, et de pales 30 circonférentiellement réparties sur le moyeu 26. Comme représenté sur les figures 2a à 2c illustrant un premier mode de réalisation du dispositif 16, les pales 30 sont orientables angulairement par rapport au moyeu 26, autour de l'axe 28. Les pales 15 30, ici au nombre dix, peuvent passer d'une position entièrement déployée (figure 2a) dans laquelle la section de passage pour l'air entre deux pales immédiatement adjacentes est relativement restreinte vers une position intermédiaire (figure 2b) dans laquelle le nombre de pales 30 actives est réduit de manière à ménager un espace 20 circonférentiel entre deux pales 30 immédiatement adjacentes. Dans cette position intermédiaire, cinq pales 30 sont ici actives, i.e. empêchent l'air de se diriger en direction du radiateur 14. Les autres pales 30 sont déplacées angulairement relativement au moyeu 26, autour de l'axe 28, de manière à être alignées axialement avec les 25 pales actives. De la position intermédiaire, les pales 30 peuvent encore être déplacées angulairement autour de l'axe 28 de manière à réduire encore le nombre de pales 30 actives (figure 2c) et à accroître l'espace circonférentiel entre deux pales 30 successives. Ainsi, la section de 2910537 7 passage pour l'air entre deux pales adjacentes est accrue. La quantité d'air véhiculé en direction du radiateur 14 est donc plus importante. Dans cette dernière position, seules deux pales 30 restent actives. En d'autres termes, les pales 30 sont mobiles les unes par 5 rapport aux autres entre une position rapprochée (figure 2a) dans laquelle deux pales 30 immédiatement adjacentes sont en partie superposées de manière à limiter la circulation d'air en direction du radiateur 14, et des positions éloignées (figures 2b et 2c) dans lesquelles le nombre de pales 30 actives est réduit de manière à 10 accroître le débit d'air envoyé vers le radiateur 14. Pour permettre le déplacement des pales 30 et diminuer le nombre de pales actives, elles sont disposées sur le moyeu 26 en étant décalée axialement les unes par rapport aux autres. Bien entendu, le nombre de pales 30 actives du dispositif 16 est 15 déterminé en fonction du débit d'air que l'on souhaite envoyer en direction du radiateur 14, et plus généralement vers le moteur 12. A cet égard, le dispositif 16 est encore pourvu d'un capteur de température (non représenté) apte à détecter la température d'un liquide de refroidissement circulant à l'intérieur du radiateur 14 et 20 destiné à refroidir le moteur 12, et d'un capteur de mesure (non représenté) de la vitesse du véhicule 10. Ces capteurs de température et de vitesse sont reliés à l'unité de contrôle 24. Pour procéder au contrôle de fonctionnement du dispositif 16, l'unité de contrôle 24 comprend stockés en mémoire tous les moyens 25 matériels et logistiques pour commander une rotation des pales 30 relativement au moyeu 26. Elle comprend en outre une cartographie mémorisée de valeurs de consigne de l'orientation des pales 30 par rapport au moyeu 26 en fonction de la température du liquide de refroidissement circulant à l'intérieur du radiateur 14 et de la vitesse 2910537 8 du véhicule 10. L'orientation des pales 30, et plus généralement la géométrie du ventilateur 20, sont donc déterminées par l'unité de contrôle 24 en fonction de conditions de fonctionnement du moteur 12. Ainsi, l'unité de contrôle 24 commande l'orientation, autour de 5 l'axe 28, des pales 30 de manière à diminuer ou à accroître le nombre de pales actives qui empêchent l'air de s'écouler en direction du radiateur 14 et du moteur 12. Le fonctionnement du dispositif 16 de régulation est le suivant. Lors d'un démarrage à froid du véhicule 10, l'unité de contrôle 10 24, à partir des informations détectées par les capteurs de température et de mesure de vitesse, détermine la géométrie du ventilateur adaptée pour obtenir une accélération de la montée en température du moteur 12. A cet égard, elle commande un déplacement des pales 30 angulairement par rapport au moyeu 26, de manière à avoir une surface 15 active maximale et limiter le débit d'air se dirigeant vers le radiateur 14 et le moteur 12. Ainsi, le liquide de refroidissement traversant le radiateur 14 et le moteur 12 n'est quasiment pas refroidi par l'air, ce qui accélère la montée en température du moteur 12. Lorsque l'unité de contrôle 24 détermine qu'il est nécessaire de 20 refroidir le moteur 12, elle pilote les pales 30 afin d'adapter le nombre de pales qui doivent être actives pour réguler la quantité d'air envoyée vers le radiateur 14 et obtenir un abaissement de la température du liquide de refroidissement du moteur 12. Lorsque le véhicule 10 roule à une vitesse relativement élevée, 25 et si la température du liquide de refroidissement est proche de la température maximale autorisée, l'unité de contrôle 24 commande les pales 30 de manière à ce qu'elles laissent passer une quantité d'air importante en direction du radiateur 14. 2910537 9 A l'inverse, si la température du liquide de refroidissement est relativement basse, l'unité de contrôle 24 augmente le nombre de pales 30 actives, ce qui permet de réduire le coefficient de traînée aérodynamique du moteur 12, et plus généralement du véhicule 10, en 5 vue d'une diminution de la consommation de carburant. Lorsque le véhicule roule à une vitesse plus faible, par exemple inférieure à 50 km/h, si la température du liquide de refroidissement est grande, l'unité de contrôle 24 commande le moteur 22 pour faire fonctionner le ventilateur 20, afin d'augmenter le débit d'air se 10 dirigeant vers le radiateur et d'accroître l'effet de refroidissement par ventilation naturelle. Dans certaines conditions de fonctionnement, par exemple lorsque la vitesse du véhicule est relativement élevée et que la température de liquide de refroidissement traversant le radiateur 15 est 15 basse, l'unité de contrôle 24 peut permettre au ventilateur 20 d'être entraîné en rotation par l'air. Le moteur 22 devient alors un générateur électrique, le courant électrique généré étant acheminé à l'unité de contrôle 24, par l'intermédiaire de câbles 34, qui comprend un convertisseur de tension (non représenté). L'unité de contrôle 24 20 alimente ensuite d'autres consommateurs électriques du véhicule telle que la batterie 32. Le nombre de pales 30 actives permet de faire varier la résistance aéraulique du dispositif 16 afin d'optimiser la quantité d'air envoyée vers le radiateur 14, et ce, dans le but d'obtenir un bon 25 compromis entre l'efficacité de refroidissement du moteur 12 et sa consommation en carburant. En outre, avec un tel dispositif 16, le débit du liquide de refroidissement à l'intérieur de l'échangeur de chaleur est maintenu constant. I1 n'est pas nécessaire d'utiliser un 2910537 10 thermostat pour couper la circulation de l'eau dans le radiateur 14 lors d'un démarrage à froid. Dans le second mode de réalisation du dispositif 16 illustré sur les figures 3a à 3c sur lesquelles les éléments identiques portent les 5 mêmes références, les pales 30 sont orientables angulairement autour de leur axe longitudinal respectif. La disposition axiale des pales 30 sur le moyeu 26 est identique à celle du premier mode de réalisation. Dans ce mode de réalisation, les pales peuvent passer d'une position dans laquelle la surface active est maximale (figure 3a) à une 10 position dans laquelle ladite surface active est réduite (figures 3b et 3c), par pivotement autour de leur axe longitudinal. On fait ainsi varier le coefficient de traînée aérodynamique des pales 30. En variante, on conçoit aisément qu'il est également envisageable de combiner les deux modes de réalisation décrits pour 15 obtenir des pales 30 orientables angulairement autour de l'axe 28 et de leur axe longitudinal respectif. Grâce à l'invention, on obtient un dispositif de régulation du débit d'air envoyé au travers d'un échangeur de chaleur eau/air pour moteur à combustion interne permettant notamment de conserver, à 20 l'intérieur dudit échangeur, un débit élevé pour le liquide de refroidissement quelle que soit la vitesse du véhicule, et de diminuer la consommation en carburant, en faisant varier la résistance aéraulique d'un ventilateur. 25 REVENDICATIONS 1/Dispositif de régulation du débit de l'air envoyé au travers d'un échangeur de chaleur pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, le dispositif comprenant un ventilateur destiné à être monté en amont de l'échangeur de chaleur en considérant le sens de circulation de l'air et pourvu d'un moyeu (26) et d'une pluralité de pales (30), caractérisé en que les pales (30) sont orientables relativement au moyeu (26) de façon à modifier la géométrie du ventilateur et à moduler la résistance aéraulique du dispositif. 2/Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les pales (30) sont orientables angulairement relativement au moyeu (26) autour d'un axe longitudinal (28) dudit moyeu. 3/Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les pales (30) sont orientables angulairement relativement au moyeu (26) autour de leur axe longitudinal respectif. 4/Dispositif selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les pales (30) sont mobiles les unes par rapport aux autres entre au moins une position éloignée dans laquelle un espace circonférentiel est ménagé entre deux pales immédiatement adjacentes, et une position rapprochée dans laquelle deux pales immédiatement adjacentes sont en partie superposées. 5/Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une unité de contrôle (24) électronique, un capteur de température apte à détecter la température d'un liquide de refroidissement circulant à travers l'échangeur de chaleur, et un capteur de mesure de la vitesse du véhicule automobile. 6/Dispositif selon la revendication 5, dans lequel l'unité de contrôle électronique comprend une cartographie mémorisée de valeurs 2910537 12 de consigne de l'orientation des pales en fonction de la température du liquide de refroidissement et de la vitesse du véhicule automobile. 7/ Dispositif selon la revendication 5 ou 6, dans lequel l'unité de contrôle électronique comprend un convertisseur de tension. 5 8/ Moteur à combustion interne pour véhicule automobile comprenant un échangeur de chaleur et un dispositif de régulation du débit de l'air traversant l'échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9/Procédé de régulation du débit de l'air traversant un 10 échangeur de chaleur pour moteur à combustion interne de véhicule automobile équipé d'un ventilateur monté en amont de l'échangeur de chaleur en considérant le sens de circulation de l'air et pourvu d'un moyeu et d'une pluralité de pales, caractérisé en ce qu'on régule le débit d'air en agissant sur la géométrie du ventilateur. 15 10/Procédé selon la revendication 9, dans lequel on agit sur la géométrie du ventilateur en modifiant l'orientation des pales relativement au moyeu.