Brevet FR2943000A1 — publié le 20100917

BUSE, GROUPE MOTO-VENTILATEUR ET VEHICULE EQUIPE DE CETTE BUSE [000l] L'invention concerne une buse d'un groupe moto-ventilateur ou sa virole fixe d'intégration dans un véhicule automobile. L'invention concerne également un groupe moto-ventilateur ainsi qu'un véhicule équipé de cette buse ou virole fixe. [0002] Des véhicules, tels que les véhicules automobiles, comportent des groupes moto-ventilateurs. Ces groupes moto-ventilateurs sont utilisés à diverses fins telles que le refroidissement du moteur de traction et des différents organes mécaniques de la chaîne de traction, la ventilation d'un condenseur de climatisation de l'habitacle, et la ventilation de différents composants en sous-capot (batterie, alternateur,... etc.). Cette liste n'est bien sûr pas limitative. [0003] L'un des éléments principaux du groupe moto-ventilateur est l'hélice. L'hélice comprend un moyeu central ou � bol � à partir duquel s'étendent plusieurs pales. [0004] Le groupe moto-ventilateur peut comprendre aussi une buse à l'intérieur de laquelle est logée l'hélice ou une virole fixe servant à son intégration. Cette buse présente une face de révolution apte à être placée radialement en regard de l'extrémité libre des pales de l'hélice ou de la virole tournante externe reliant ces pales. Cette face comprend des éléments en relief et/ou en creux. [0005] Dans les buses connues, les éléments en relief ou en creux sont souvent conçus pour guider l'écoulement d'air qui passe entre l'extrémité des pales et la buse. [0006] Par ailleurs, l'interaction de cet écoulement d'air avec la face de révolution de la buse est à l'origine d'une partie du bruit généré par le groupe moto-ventilateur lorsqu'il fonctionne. Ce bruit est d'autant plus perceptible lorsque le groupe moto-ventilateur est utilisé dans un véhicule électrique ou hybride. En effet, dans ce cas il existe des situations où ce bruit n'est pas masqué par le bruit généré par un moteur à combustion interne. Il est donc important de réduire ce bruit généré par le groupe moto-ventilateur. [0007] L'invention vise à satisfaire ce souhait en proposant une buse (ou une virole fixe) améliorée de groupe moto-ventilateur dans laquelle la face de révolution révèle avec les éléments en relief et/ou en creux une configuration présentant une fractalité de dimension fractale supérieure à 1,1 permettant le traitement de modes acoustiques au voisinage de ces éléments. [0008] Une configuration de la face de la buse présentant une fractalité de dimension fractale supérieure à 1,1 permet de loger dans un volume fini et réduit, une surface d'interaction infinie ou très grande. Ainsi, la buse présente une très grande surface de contact avec l'air, ce qui favorise l'absorption du bruit. De plus, une configuration fractale permet d'obtenir de nombreux recoins et cavités qui augmentent le pouvoir de destruction des ondes acoustiques en augmentant les phénomènes de diffraction/réflexion ou les interférences destructives d'ondes acoustiques. [0009] Dans une variante, les éléments en relief et/ou en creux définissent un motif de référence qui est répété au moins une fois à échelle plus réduite sur l'élément en relief et/ou en creux lui-même. [ooio] Dans une variante, la configuration présente une fractalité de dimension fractale supérieure à 1,5 ou à 2,5. [0011] Dans une variante, les éléments en relief et/ou en creux sont réalisés dans un matériau absorbant le son. [0012] Dans une variante, ce matériau présente un coefficient d'absorption supérieur à 0,1. [0013] Dans une variante, les éléments en relief et/ou en creux peuvent comporter chacun au moins un évidement. [0014] Dans une variante, les éléments en relief et/ou en creux peuvent être des troncs de cône ou des troncs de pyramide. [0015] [0016] Ces modes de réalisation de la buse présentent en outre les avantages suivants : l'utilisation d'un motif de référence répété à échelle plus réduite permet d'obtenir simplement une configuration présentant la fractalité de dimension fractale supérieure à 1,1 ; • choisir une dimension fractale supérieure à 1,5 ou à 2,5 permet d'accroître le pouvoir d'absorption du bruit de la face de la buse ; et • choisir en tant que matériau constitutif de la face de la buse un matériau phoniquement absorbant permet d'accroître le pouvoir d'absorption du bruit de cette buse. [0017] L'invention a également pour objet un groupe moto-ventilateur équipé d'une hélice et de la buse ci-dessus. [0018] Enfin, l'invention a également pour objet un véhicule comportant le groupe moto-ventilateur ci-dessus. [0019] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : • la figure 1 est une illustration schématique d'un véhicule équipé d'un groupe moto-ventilateur comportant une buse ; les figures 2a, 3a, 4a, 5a et 6a représentent, respectivement, des motifs de référence utilisables pour obtenir une configuration présentant une fractalité de dimension fractale supérieure à 1,1 ; • les figures 2b, 3b, 4b, 5b et 6b représentent, respectivement, des configurations présentant des fractalités d'ordre d'itération deux, obtenues à partir des motifs de référence représentés sur les figures 2a, 3a, 4a, 5a et 6a ; • les figures 2c, 3c et 4c représentent des configurations présentant une fractalité d'ordre d'itération trois, obtenues respectivement, à partir des motifs de référence des figures 2a, 3a et 4a : la figure 7 illustre schématiquement les réflexions des ondes acoustiques dans le cas d'une configuration présentant une fractalité d'ordre d'itération trois ; et • la figure 8 est une illustration schématique, en perspective, d'une autre configuration présentant une fractalité de dimension fractale supérieure à 2,5. [0020] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. [0021] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et les fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail. [0022] La figure 1 représente un véhicule 2 tel qu'un véhicule automobile. Ce véhicule 2 est équipé d'un groupe moto-ventilateur 4 destiné à refroidir un moteur 5 de traction et différents organes de la chaîne de traction non représentés. Le moteur 5 entraîne en rotation des roues motrices. Pour simplifier la figure 1, seule une roue motrice 7 a été représentée. [0023] Le groupe moto-ventilateur 4 comprend une hélice 6 logée à l'intérieur d'une buse 8 ou virole fixe d'intégration. Pour simplifier la figure 1, seule la partie supérieure de l'hélice 6 a été représentée. [0024] Cette hélice 6 comprend - un moyeu central ou � bol � 10 qui tourne autour d'un axe de rotation 12, des pales 14 qui s'étendent radialement à partir de la périphérie du moyeu 10, et une virole tournante 16 à laquelle sont mécaniquement raccordées les extrémités des pales 14 situées à l'opposé du moyeu 10. [0025] L'hélice 6 est entraînée en rotation autour de l'axe 12 par un moteur non représenté. [0026] La buse 8 présente une face 20 en regard, radialement, de l'extrémité de la virole tournante 16. Plus précisément, étant donné qu'ici les extrémités des pales 14 sont reliées mécaniquement les unes aux autres par la virole tournante 16, la face 20 est en regard d'une face extérieure 22 de cette virole 16. Les faces 20 et 22 sont des faces de révolution circulaires ayant comme axe de révolution l'axe 12. [0027] L'espace entre les faces 20 et 22 définit un canal à l'intérieur duquel s'écoule de l'air. [0028] L'épaisseur de ce canal est typiquement inférieure à 1 cm dans une direction perpendiculaire à l'axe 12. [0029] Pour absorber le bruit généré par l'écoulement de l'air dans le canal ménagé entre les faces 20 et 22, la face 20 comprend des éléments en relief et/ou en creux agencés les uns par rapport aux autres pour révéler une configuration présentant une fractalité de dimension fractale supérieure à 1,1. Cette configuration, dite fractale, permet de localiser les modes acoustiques au voisinage de ces éléments. [0030] La buse 8 met donc en oeuvre le concept d'amortissement des résonateurs acoustiques fractaux. On entend ici par � objet fractal � un objet dont la géométrie peut être décrite par une dimension non nécessairement entière. Cette approche vise à réaliser un objet phoniquement absorbant présentant des surfaces d'air maximales dans un volume donné, c'est-à-dire un objet ayant une surface � remplissant � l'espace (space filling surface). Ceci est pris au sens où la surface totale comprise dans une sphère de rayon R centrée sur l'objet varie plus vite quand R augmente que le carré du rayon R. Un tel objet présente une géométrie très irrégulière, ce qui permet la localisation des modes des ondes dans la gamme de fréquences du son, au voisinage des surfaces. La localisation de ces modes pour des fréquences données, c'est-à-dire leur concentration dans une région de l'espace proche des surfaces phoniquement absorbantes, entraîne un suramortissement de ces ondes. Ce suramortissement résulte de l'augmentation de l'amplitude des modes sur la surface absorbante. Il y a de la sorte � frottement � accru des modes des ondes contre le matériau absorbant. On distingue donc des modes � délocalisés � pour lesquels l'absorption par la face de la buse est amplifiée par l'accroissement considérable de la surface absorbante par rapport à une simple surface lisse et des modes � localisés � pour lesquels on observe un suramortissement, c'est-à-dire un amortissement venant s'ajouter à l'absorption déjà observée précédemment pour les modes délocalisés. [0031] Par dimension fractale D, on entend ici l'exposant moyen exprimant la mesure de la surface totale S(R) séparant l'air et le milieu phoniquement absorbant, qui est incluse dans une sphère de rayon R centrée sur la surface de séparation, en fonction de ce rayon, sous la forme S(R) proportionnelle à RD (S(R) = kRD). [0032] En mathématiques, une fractale est également défini comme un ensemble dont la dimension de Hausdorff (notée 6) est strictement supérieure à la dimension topologique. [0033] L'accroissement du pouvoir d'absorption du son résulte en outre de la � surface développée � SD de la face 20 de la buse par rapport à sa surface projetée Sp. La surface projetée Sp de la face 20 est celle généralement considérée et qui peut être définie comme étant la surface lisse vue au plan macroscopique depuis la source sonore. Il s'agit de la surface occupée par la face 20 de la buse 8. [0034] La surface développée SD est le cumul de l'ensemble des surfaces, externes ou internes, de la face 20 en contact avec l'air, c'est-à-dire avec les ondes acoustiques. [0035] Dans ces conditions, l'absorption sonore obtenue avec une telle buse est proportionnelle au rapport R de la surface développée SD à la surface projetée Sp de la face 20. [0036] Ici, de préférence, la configuration fractale est telle que ce rapport R est supérieur à cinq ou dix. [0037] La dimension fractale de la face 20 est supérieure à 1,1 ou à 1,5 ou à 2 ou à 2,5. De préférence également, la dimension de Hausdorff de la configuration fractale de la face 20 est supérieure à 1 ou 2. [0038] La face 20 révèle une configuration fractale dans une gamme de longueurs inférieures à la largeur du canal entre les faces 20 et 22 et, de préférence, dans une gamme de longueurs comprises entre 10-3 mm ou 10-1 mm et 1 cm. Ainsi, les éléments en creux et/ou en relief ont des dimensions maximales inférieures à 1 cm et, de préférence, comprises entre 10-3 mm ou 10-1 mm et 1 cm. [0039] La face 20 est réalisée dans un matériau phoniquement absorbant. Un matériau est dit phoniquement absorbant lorsque l'absorption sonore pour une réflexion sur une dalle dure constituée de ce matériau est supérieure à 10-2. Le coefficient d'absorption du son est le rapport de l'énergie sonore absorbée sur l'énergie sonore incidente. [0040] Par exemple, le matériau utilisé pour réaliser la face 20 présente un coefficient d'absorption du son supérieur à 0,1 et, de préférence, supérieur à 0,5. [0041] Il existe de très nombreux agencements possibles d'éléments en relief et/ou en creux sur la face 20 pour obtenir la configuration fractale souhaitée. [0042] Par exemple, les éléments en relief et/ou en creux peuvent être agencés sur la face 20 de manière à obtenir une configuration fractale ayant la propriété d'autosimilarité. Dans ce cas, la face 20 est formée de copies d'un motif de référence sur lui-même à des échelles différentes. On obtient ainsi une surface autosimilaire et très irrégulière. [0043] Une telle face est composée de répliques réduites, d'un motif de référence, non identiques mais similaires. Cette face est générée par itération d'étapes de réduction d'un motif de référence puis d'application du motif obtenu au motif de référence. Les étapes itérées peuvent comprendre une opération de rotation et/ou d'aplatissement et/ou de cisaillement du motif de référence. [0044] Le motif de référence constitue un fractal d'ordre un. Les ordres supérieurs sont obtenus en appliquant sur chaque segment du motif de référence ce même motif de référence réduit et ainsi de suite. Le motif de référence peut être simple ou alterné par rapport à un axe directeur AA' du motif. [0045] Le choix du motif de référence est guidé par les performances en termes d'absorption du bruit et la facilité de réalisation. Par exemple, ce choix est fait de façon expérimentale. [0046] A titre d'illustration, les figures 2a, 3a et 4a illustrent des motifs de référence dits � simples � qui peuvent être utilisés pour obtenir une configuration fractale de la face 20. Ici, seul le profil en coupe de ces motifs de référence dans un plan perpendiculaire à l'axe 12 est représenté. La buse 8 présentant de telle face 20 est, par exemple, obtenue par extrusion dans une direction parallèle à l'axe 12. [0047] Par exemple, le motif de référence simple est choisi parmi le groupe composé des motifs suivants : trapèze dans lequel une des bases est supprimée, triangle dans lequel la base est supprimée, carré dans lequel la base est supprimée. [0048] La figure 2a illustre un motif de référence MR1 en relief qui est un trapèze dans lequel la grande base est supprimée. [0049] La figure 3a illustre un motif de référence MR2 en relief qui est un triangle dans lequel la base est supprimée. [0050] La figure 4a illustre un motif de référence MR3 en relief qui est un carré dans lequel la base est supprimée. [0051] Les figures 2b, 3b et 4b illustrent respectivement l'ordre deux d'un fractal F1, F2 et F3 suite à une itération, respectivement, des motifs de référence des figures 2a, 3a et 4a. A titre d'indication le fractal F1 et donc la face 20 qui révèle cette configuration fractale présente une dimension fractale d'environ 1,16. [0052] Les figures 2c, 3c et 4c illustrent respectivement l'ordre trois d'un fractal F'1, F'2 et F'3 suite à deux itérations, respectivement, des motifs de référence des figures 2a, 3a et 4a. A titre d'indication le fractal F'2 et donc la face 20 qui révèle cette configuration fractale présente une dimension fractale d'environ 1,26. [0053] Les figures 5a et 6a illustrent des motifs de référence dits � alternés �. La figure 5a illustre un motif de référence MR4 qui comprend deux trapèzes dont un est en relief et l'autre en creux par rapport à un axe directeur AA'. Par exemple, ces trapèzes sont espacés de la largeur de la petite base. La grande base de ces trapèzes a été supprimée. [0054] L'angle 8 entre un côté s'étendant de la petite base vers la grande base est l'axe AA' est déterminé expérimentalement pour optimiser les performances d'absorption du bruit. [0055] La figure 6a illustre un motif de référence MR5 qui comprend deux triangles dont un en relief et l'autre en creux par rapport à l'axe AA'. Ces triangles sont espacés l'un de l'autre de la largeur d'un côté. La base de ces triangles a été supprimée. [0056] Les figures 5b et 6b illustrent l'ordre deux d'un fractal F4, F5 suite à une itération des motifs de référence, respectivement, des figures 5a et 6a. [0057] Le nombre de répétitions du motif de référence est déterminé de façon expérimentale pour absorber au mieux le bruit. Typiquement, la face 20 révèle une configuration fractale d'ordre au moins égal à deux. [0058] Ici, les fractal F1, F2, F3, F'1, F'2, F'3, F4 et F5 constituent chacun un exemple d'élément en relief possible pour la face 20. [0059] La figure 7 est une illustration schématique du fractal F'2 sur laquelle la réflexion d'ondes acoustiques 30 est représentée par des flèches 32 à 35. On comprend donc que lorsque la face 20 présente une configuration fractale, le nombre de réflexions et de diffractions des ondes acoustiques sur cette face augmente, ce qui participe à l'amélioration de l'absorption du bruit. [0060] La figure 8 représente un autre mode d'agencement de motifs en relief 40 sur la face 20 pour obtenir une configuration présentant une fractalité ayant une dimension fractale supérieure à 2,5. Ici, le motif en relief 40 est un tronc de pyramide. [0061] On rappelle qu'une pyramide est un polyèdre limité par une base plane en forme de polygone et des faces latérales constituées de triangles s'appuyant sur ce polygone ayant un sommet commun. La surface d'une telle pyramide est obtenue, ici, par une droite passant par un sommet et prenant appui sur une base polygonale, tracée dans un plan ne contenant pas le sommet. On appelle ici � tronc de pyramide � une pyramide qui a pour axe 41 la droite reliant son sommet au centre de sa base mais qui est délimitée à sa partie supérieure par l'intersection de la pyramide avec un plan, la forme pyramidale étant l'enveloppe extérieure générale de ces troncs de pyramide. [0062] Ici, chaque élément 40 présente également un évidement 42. Par exemple, cet évidement 42 est creusé le long de l'axe 41. Ici, cet évidement 42 est un trou circulaire. Les éléments 40 sont disposés les uns par rapport aux autres, soit régulièrement comme représenté sur la figure 2, soit aléatoirement. De préférence, la hauteur des éléments 40 le long de l'axe 41 diffère d'un élément 40 à l'autre de manière à augmenter la taille de la bande de fréquences d'ondes acoustiques absorbées. [0063] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, le motif de référence peut être répété de façon aléatoire sur le motif de référence d'échelle supérieure où la position du motif de référence sur un segment du motif de référence d'échelle supérieure peut être aléatoire. [0064] Lorsque cela n'est pas nécessaire pour rigidifier les pales 14, la virole 16 peut être omise. [0065] Les éléments F1, F2, F3, F'1, F'2, F'3, F4 et F5 en relief peuvent également être réalisés en creux. [0066] Dans le mode de réalisation de la figure 8, les troncs de pyramide peuvent être remplacés par des troncs de cône. Un cône est un élément en relief dont la surface est générée par une droite passant par un point, appelé sommet, et prenant appui sur une courbe tracée dans un plan ne passant pas par ledit point. On appelle ici � tronc de cône � un cône qui a pour axe la droite reliant son sommet au centre de sa base mais qui est délimité à sa partie supérieure par l'intersection du cône avec un plan. Ce tronc de cône, comme le tronc de pyramide, présentera au moins un évidement, par exemple, creusé le long de l'axe du tronc de cône. [0067] Ce qui vient d'être décrit ci-dessus s'applique à la buse du groupe moto-ventilateur du groupe propulseur d'un véhicule mais également à tout autre type de groupe moto-ventilateur utilisé dans un véhicule automobile. Cela s'applique également des buses de groupes moto-ventilateurs utilisés dans d'autres dispositifs que des véhicules. REVENDICATIONS1. Buse de groupe moto-ventilateur ou virole fixe présentant une face (20) de révolution apte à être placée radialement en regard de l'extrémité libre de pales (14) d'une hélice ou de sa virole tournante (16), cette face comprenant des éléments (F1, F2, F3, F4, F5, F'1, F'2, F'3, 40) en relief et/ou en creux caractérisée en ce que cette face (20) révèle avec les éléments en relief et/ou en creux une configuration présentant une fractalité de dimension fractale supérieure à 1,1 permettant la localisation de modes acoustiques au voisinage de ces éléments. 2. Buse ou virole fixe selon la revendication 1, dans laquelle les éléments (F1, F2, F3, F4, F5, F'1, F'2, F'3) en relief et/ou en creux définissent un motif de référence qui est répété au moins une fois à échelle plus réduite sur l'élément en relief et/ou en creux lui-même. 3. Buse ou virole fixe d'intégration selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la configuration présente une fractalité de dimension fractale supérieure à 1,5 ou à 2,5. 4. Buse ou virole fixe d'intégration selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les éléments (F1, F2, F3, F4, F5, F'1, F'2, F'3, 40) en relief et/ou en creux sont réalisés dans un matériau phoniquement absorbant. 5. Buse ou virole fixe d'intégration selon la revendication 4, dans laquelle le matériau phoniquement absorbant présente un coefficient d'absorption supérieur à 0,1. 30 6. Buse ou virole fixe d'intégration selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les éléments en relief et/ou en creux comportent chacun au moins un évidement. 25 7. Buse ou virole fixe d'intégration selon la revendication 6, dans laquelle les éléments (40) en relief et/ou en creux sont des troncs de cône ou des troncs de pyramide. 8. Groupe moto-ventilateur comportant une hélice (6) et une buse (8) ou virole d'intégration présentant une face (20) placée radialement en regard de l'extrémité de pales (14) ou de la virole tournante (16) de cette hélice, cette face (20) comprenant des éléments (F1, F2, F3, F4, F5, F'1, F'2, F'3, 40) en relief et/ou en creux, caractérisé en ce que cette face (20) révèle avec les éléments (F1, F2, F3, F4, F5, F'1, F'2, F'3, 40) en relief et/ou en creux une configuration présentant une fractalité de dimension fractale supérieure à 1,1 permettant la localisation de modes acoustiques au voisinage de ces éléments. 9. Véhicule, caractérisé en ce que ce véhicule comporte un groupe moto- ventilateur (4) conforme à la revendication 8.