Brevet FR2955297A1 — publié le 20110722

VEHICULE AUTOMOBILE A ECOULEMENT D'AIR DE REFROIDISSEMENT OPTIMISE [0001 L'invention concerne les écoulements de flux d'air à l'intérieur d'un compartiment moteur de véhicule automobile, et en particulier l'écoulement des flux d'air chaud en fonction des exigences thermiques de différents composants disposés dans le compartiment moteur. [0002 Durant le fonctionnement d'un moteur à combustion de véhicule automobile, les composants disposés à l'intérieur du compartiment moteur sont soumis à des échanges thermiques avec des écoulements d'air générés lors du roulage. Si certains composants sont peu sensibles à leur température de fonctionnement, d'autres exigent une température de fonctionnement dans une certaine plage. Le fonctionnement du moteur à combustion interne induit pour chacun des composants du compartiment moteur un flux de chaleur augmentant leur température. [0003] En fonction de l'usage d'un composant, celui-ci présente une surface de contact avec l'écoulement, la surface de contact étant destinée soit à évacuer de la chaleur vers l'écoulement soit à prélever de la chaleur dans l'écoulement. [0004] Les différents composants logés dans le compartiment moteur ayant des exigences très distinctes en termes de température de fonctionnement, l'architecture du compartiment moteur et du groupe moto propulseur nécessite des études poussées. L'étude des échanges thermiques entre les composants et l'écoulement d'air dans le compartiment moteur nécessite des calculs complexes pour tenir compte à la fois des échanges radiatifs et des échanges convectifs. Ces calculs sont d'autant plus complexes que la température des composants et de l'écoulement d'air comprend une phase transitoire dynamique suivant le démarrage, puis une phase stabilisée après un certain temps de roulage. [0005] Durant la phase transitoire, le flux convectif entre l'écoulement d'air et le composant s'accroît généralement. Durant la phase stabilisée, le flux convectif entre l'écoulement d'air et le composant reste généralement constant. Il a été démontré récemment que la croissance ou la décroissance d'un flux thermique de chacun des composants suivait la croissance ou la décroissance de ses échanges convectifs avec l'écoulement d'air. [0006] La gestion du flux d'air de refroidissement dans le compartiment moteur pose un certain nombre de problèmes. Certains composants, tels que le filtre à air, la batterie ou le calculateur de contrôle moteur sont destinés à être refroidis ou à être maintenus à une température basse durant le roulage du véhicule. Ces composants sont cependant fréquemment disposés en aval dans l'écoulement d'air par rapport à des composants présentant une température supérieure. En pratique, la température de l'écoulement d'air peut s'avérer supérieure à la température du composant à refroidir, l'écoulement d'air induisant ainsi par convection un réchauffement du composant et non son refroidissement. [000n L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un véhicule automobile dans lequel est ménagé un compartiment moteur à l'intérieur duquel un écoulement d'air est généré lors du roulage du véhicule, le véhicule comprenant : • des premier et deuxième composants disposés au niveau de l'écoulement d'air, le premier composant réchauffant l'écoulement d'air à une température supérieure à la température du deuxième composant lors d'une phase de roulage stabilisée, le deuxième composant étant disposé en aval du premier composant relativement à l'écoulement d'air ; • un déflecteur disposé à proximité du deuxième composant afin de dévier 20 l'écoulement d'air du deuxième composant. [000si Selon une variante, ledit deuxième composant est un composant à l'intérieur duquel de la chaleur est générée durant le roulage du véhicule. [0009] Selon encore une variante, ledit déflecteur est monté fixe dans le compartiment moteur en amont du deuxième composant. 25 [0010 Selon une autre variante : • ledit déflecteur est monté mobile dans le compartiment moteur entre une position de déviation et une position de non déviation de l'écoulement d'air ; • le véhicule comprend en outre un troisième composant disposé dans une même veine de l'écoulement d'air que le deuxième composant lorsque ledit déflecteur est dans sa position de non déviation, le déflecteur déviant l'écoulement d'air du troisième composant dans sa position de déviation. [0011] Selon encore une autre variante, le véhicule comprend une commande maintenant le déflecteur en position de déviation seulement lors d'une phase de roulage transitoire, le deuxième composant présentant un flux convectif en phase de roulage stabilisée inférieur au flux convectif en phase de roulage transitoire, et le troisième composant présentant un flux convectif en phase de roulage stabilisée supérieur au flux convectif en phase de roulage transitoire. [0012] Selon une variante, le véhicule comprend une commande maintenant le déflecteur en position de déviation seulement lors d'une phase de roulage stabilisée, le deuxième composant présentant un flux convectif en phase de roulage transitoire inférieur au flux convectif en phase de roulage stabilisée, et le troisième composant présentant un flux convectif en phase de roulage stabilisée inférieur au flux convectif en phase de roulage transitoire. [0013] Selon une autre variante, le véhicule comprend un premier capteur de flux convectif accolé au deuxième composant et un deuxième capteur de flux convectif accolé au troisième composant, ladite commande commandant la position du déflecteur en fonction des flux convectifs mesurés par les premier et deuxième capteurs. [0014] Selon encore une variante, le véhicule comprend un quatrième composant en aval du deuxième composant vers lequel le déflecteur est apte à dévier l'écoulement d'air. [0015] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en 25 référence aux dessins annexés, dans lesquels : • la figure 1 est une représentation schématique de l'intérieur d'un compartiment moteur d'un véhicule selon l'invention ; • la figure 2 est une représentation schématique de l'aménagement d'un compartiment moteur comprenant un déflecteur fixe ; 30 • la figure 3 est une représentation schématique de l'aménagement d'un compartiment moteur comprenant un déflecteur mobile ; • la figure 4 est un diagramme représentant un exemple d'évolution de flux convectif entre un composant et un écoulement d'air. [0016] La figure 1 est une représentation schématique de l'aménagement d'un compartiment moteur 12 d'un véhicule 1. Le véhicule 1 comprend dans sa partie avant une entrée destinée à recevoir de l'air frais de refroidissement provenant du milieu extérieur. Un passage guide un écoulement d'air frais 5 entre la calandre du véhicule et un radiateur de refroidissement 4. Des cloisons anti recyclage d'air 2 sont disposées de part et d'autre du passage. Un ventilateur 3 est disposé dans le passage en amont du radiateur de refroidissement 4. Un écoulement d'air 11 est généré lors du roulage en aval du radiateur de refroidissement 4 à l'intérieur du compartiment moteur 12. Un groupe moto propulseur 7 comprenant un moteur à combustion interne est disposé dans le compartiment moteur 12 dans l'écoulement 11. Des passages de roues 6 sont ménagés de part et d'autre du compartiment moteur 12. Un boîtier 8, généralement désigné par le terme boîte froide, est disposé au niveau de l'écoulement 11 en aval par rapport au groupe motopropulseur 7. La notion d'amont ou d'aval sera par la suite relative au sens de l'écoulement d'air 11. Le boîtier 8 comprend une batterie 81 et un calculateur de contrôle moteur 82. [0017] Durant le roulage, lorsque le groupe motopropulseur 7 est chaud et que le système thermique dans le compartiment moteur 12 a atteint une phase de roulage stabilisée, le groupe motopropulseur 7 fournit un flux convectif positif à l'écoulement d'air 11. Dans cette phase de roulage stabilisée, le boîtier 8 présente une température inférieure à la température de l'écoulement d'air 11 à son niveau, cet écoulement d'air 11 ayant notamment été réchauffé par le groupe motopropulseur 7. Ainsi, bien que l'écoulement d'air 11 soit principalement destiné au refroidissement des différents composants disposés dans le compartiment moteur 12, cet écoulement d'air 11 peut présenter localement une température risquant au contraire de réchauffer certains composants. [0018] Le boîtier 8 comprenant des composants critiques devant être protégés contre un échauffement excessif, un déflecteur 9 est disposé à proximité du boîtier 8, légèrement en amont de celui-ci, de façon à dévier la majeure partie de l'écoulement d'air 11 de ce boîtier 8. Ainsi, on réduit la chaleur apportée par le flux convectif de l'écoulement d'air 11 au boîtier 8, ce qui permet de maintenir la température du boîtier 8 en deçà d'un seuil critique. [0019] Une telle architecture dans le compartiment moteur 12 permet de simplifier sa conception, une étude plus réduite de l'écoulement d'air 11 dans le compartiment moteur pouvant s'avérer suffisante pour garantir une température de fonctionnement adéquate aux différents composants. Une telle architecture permet de réaliser de façon simple des corrections sur une architecture existante, sans nécessiter de changer la disposition entre les différents composants. Une telle architecture permet d'assurer la protection de composants présentant une température de fonctionnement basse risquant d'être perturbée par le réchauffement de l'écoulement d'air du fait d'un autre composant disposé en amont. Une telle architecture optimise la gestion des flux thermiques dans le compartiment moteur et permet ainsi de limiter les conséquences d'une crise thermique. Ainsi, les frais de reprise en garantie ou de rappel de véhicules sont fortement réduits pour le constructeur du véhicule. Une telle architecture permet également de limiter le débit des écoulements d'air dans le compartiment moteur. Une telle limitation de débit permet de réduire la traînée aérodynamique et par conséquent la consommation de carburant du véhicule. [0020] La figure 2 représente schématiquement une première variante d'aménagement d'un compartiment moteur 12 en vue d'optimiser les échanges thermiques des composants avec l'écoulement d'air 11. L'écoulement d'air 11 présente une température Tal 1 avant de longer un composant Cl 1 disposé dans le compartiment moteur 12. Le composant C11 présente une température T11 supérieure à la température Tal 1. Ainsi, notamment du fait des flux convectifs, l'écoulement d'air 11 présente une température Ta12 supérieure à la température Tal 1, après avoir longé le composant C11. [0021] L'écoulement d'air 11 atteint un composant C12 placé en aval du composant C11. Le composant C12 présente une température T12 inférieure à la température Ta12. Afin de limiter un réchauffement du composant C12 par le flux convectif de l'écoulement d'air 11, un déflecteur fixe 9 est disposé dans l'écoulement 11 pour le dévier du composant C12. Avantageusement, le déflecteur 9 permet à une partie de l'écoulement d'air 11 de s'écouler le long du composant C12 afin de fournir un refroidissement au cas ou celui-ci subirait un réchauffement excessif. Le composant C12 peut par exemple être un filtre à air d'admission, une batterie ou un calculateur de contrôle moteur. Le composant C12 peut ainsi être soit un composant actif thermiquement à l'intérieur duquel de la chaleur est générée durant le roulage, soit un composant passif thermiquement. [0022] Avantageusement, le déflecteur 9 dévie écoulement d'air 11 vers un autre composant C13 disposé en aval. Le composant C13 présente une température T13 supérieure à la température Ta12. Ainsi, le composant C13 bénéficie d'un refroidissement au moyen d'un flux convectif avec l'écoulement d'air 11. Le déflecteur 9 pourra avantageusement être conformé pour dévier l'écoulement d'air 11 vers plusieurs composants distincts susceptibles d'être refroidis par cet écoulement 11. Le déflecteur 9 pourra par exemple présenter des surfaces de guidage présentant différentes inclinaisons, orientées vers les différents composants respectifs à refroidir. [0023] La figure 3 représente schématiquement une deuxième variante d'aménagement d'un compartiment moteur 12 en vue d'optimiser les échanges thermiques des composants avec l'écoulement d'air 11. L'écoulement d'air 11 présente une température Ta21 avant de longer un composant C21 disposé dans le compartiment moteur 12. Le composant C21 présente une température T21 supérieure à la température Ta21. Ainsi, notamment du fait des flux convectifs, l'écoulement d'air 11 présente une température Ta22 supérieure à la température Ta21, après avoir longé le composant C21. [0024] L'écoulement d'air 11 atteint des composants C22 et C23 placés en aval du composant C21. Le composant C22 présente une température T22 inférieure à la température Ta22 durant la phase de roulage stabilisée. Un capteur de flux convectif 22 est accolé au composant C22. Le composant C23 présente une température T23 supérieure à la température Ta22 durant la phase de roulage stabilisée. Un capteur de flux convectif 23 est accolé au composant C23. Dans cette variante, le déflecteur 9 est mobile entre une position dans laquelle il dévie l'écoulement d'air 11 des composants C22 et C23 et une position dans laquelle il ne dévie pas l'écoulement d'air 11 des composants C22 et C23. La position du déflecteur 9 peut être commandée dynamiquement en fonction de la phase de roulage et en fonction du comportement thermique des composants C22 et C23. [0025] Dans un premier cas de figure, en supposant que le déflecteur 9 soit maintenu dans la position où il ne dévie pas l'écoulement d'air 11, le composant C22 présente un flux convectif décroissant en valeur absolue, alors que le composant C23 présente un flux convectif croissant en valeur absolue. Durant la phase transitoire du roulage, le flux convectif entre le composant C22 et l'écoulement d'air 11 serait alors important. Durant la phase transitoire du roulage, le flux convectif entre le composant C23 et l'écoulement d'air 11 serait relativement réduit. Durant la phase stabilisée du roulage, l'amplitude du flux convectif entre le composant C22 et l'écoulement d'air 11 est nettement plus réduit, alors que l'amplitude du flux convectif entre le composant C23 et écoulement d'air 11 est nettement plus élevé. La figure 4 représente schématiquement l'évolution du flux convectif dans le temps pour le composant C22. La phase transitoire correspond à la période durant laquelle le flux convectif est supérieur à un seuil S, la phase stabilisée correspondant à la période durant laquelle le flux convectif est inférieur à ce seuil. [0026] Durant la phase transitoire, il est souhaitable de limiter autant que possible le flux convectif entre le composant C22 et écoulement d'air 11, tandis qu'il est peu gênant de limiter le flux convectif entre le composant C23 et l'écoulement d'air 11. Ainsi, durant la phase transitoire, le déflecteur 9 est maintenu dans sa position de déviation. [0027] Durant la phase stabilisée, il est souhaitable de maximiser autant que possible le flux convectif entre le composant C23 et l'écoulement d'air 11, alors qu'il est peu gênant de maximiser le flux convectif entre le composant C22 et l'écoulement d'air 11. Ainsi, durant la phase stabilisée, le déflecteur 9 est maintenu dans sa position de non déviation. [0028] Le changement de position du déflecteur 9 pourra être commandé en fonction des flux respectifs mesurés par les capteurs 22 et 23. [0029] Dans un deuxième cas de figure, en supposant que le déflecteur 9 soit maintenu dans la position où il ne dévie pas l'écoulement d'air 11, le composant C22 présente un flux convectif croissant en valeur absolue, alors que le composant C23 présente un flux convectif décroissant en valeur absolue. Durant la phase transitoire du roulage, le flux convectif entre le composant C22 et l'écoulement d'air 11 serait alors réduit. Durant la phase transitoire du roulage, le flux convectif entre le composant C23 et l'écoulement d'air 11 serait relativement élevé. Durant la phase stabilisée du roulage, l'amplitude du flux convectif entre le composant C22 et l'écoulement d'air 11 est nettement plus élevé, alors que l'amplitude du flux convectif entre le composant C23 et écoulement d'air 11 est nettement plus réduit. [0030] Durant la phase transitoire, il est souhaitable de maximiser autant que possible le flux convectif entre le composant C23 et écoulement d'air 11, tandis qu'il est peu gênant de maximiser le flux convectif entre le composant C22 et l'écoulement d'air 11. Ainsi, durant la phase transitoire, le déflecteur 9 est maintenu dans sa position de non déviation. [0031] Durant la phase stabilisée, il est souhaitable de limiter autant que possible le flux convectif entre le composant C22 et l'écoulement d'air 11, alors qu'il est peu gênant de limiter le flux convectif entre le composant C23 et l'écoulement d'air 11. Ainsi, durant la phase stabilisée, le déflecteur 9 est maintenu dans sa position de déviation.15 REVENDICATIONS1. Véhicule automobile (1) dans lequel est ménagé un compartiment moteur (12) à l'intérieur duquel un écoulement d'air (11) est généré lors du roulage du véhicule, caractérisé en ce que le véhicule comprend : • des premier et deuxième composants (Cl 1, C12) disposés au niveau de l'écoulement d'air, le premier composant réchauffant l'écoulement d'air à une température supérieure à la température du deuxième composant lors d'une phase de roulage stabilisée, le deuxième composant étant disposé en aval du premier composant relativement à l'écoulement d'air ; • un déflecteur (9) disposé à proximité du deuxième composant afin de dévier l'écoulement d'air du deuxième composant. 2. Véhicule automobile (1) selon la revendication 1 dans lequel ledit deuxième composant (C12) est un composant à l'intérieur duquel de la chaleur est générée durant le roulage du véhicule. 3. Véhicule automobile (1) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel ledit déflecteur (9) est monté fixe dans le compartiment moteur (12) en amont du 20 deuxième composant (C12). 4. Véhicule automobile (1) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel : • ledit déflecteur (9) est monté mobile dans le compartiment moteur entre une position de déviation et une position de non déviation de l'écoulement 25 d'air ; • le véhicule comprend en outre un troisième composant (C23) disposé dans une même veine de l'écoulement d'air (11) que le deuxième composant (C22) lorsque ledit déflecteur est dans sa position de non déviation, le déflecteur (9) déviant l'écoulement d'air (11) du troisième composant dans 30 sa position de déviation. 5. Véhicule automobile selon la revendication 4, comprenant une commande maintenant le déflecteur (9) en position de déviation seulement lors d'une phase de roulage transitoire, le deuxième composant présentant un flux convectif en phase de roulage stabilisée inférieur au flux convectif en phase de roulage transitoire, et le troisième composant présentant un flux convectif en phase de roulage stabilisée supérieur au flux convectif en phase de roulage transitoire. 6. Véhicule automobile selon la revendication 4, comprenant une commande maintenant le déflecteur (9) en position de déviation seulement lors d'une phase de roulage stabilisée, le deuxième composant présentant un flux convectif en phase de roulage transitoire inférieur au flux convectif en phase de roulage stabilisée, et le troisième composant présentant un flux convectif en phase de roulage stabilisée inférieur au flux convectif en phase de roulage transitoire. 7. Véhicule automobile selon la revendication 5 ou 6, comprenant un premier capteur de flux convectif (22) accolé au deuxième composant (C22) et un deuxième capteur de flux convectif (23) accolé au troisième composant (C23), ladite commande commandant la position du déflecteur (9) en fonction des flux convectifs mesurés par les premier et deuxième capteurs (22,23). 8. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un quatrième composant (C13) en aval du deuxième composant (C12) vers lequel le déflecteur (9) est apte à dévier l'écoulement d'air (11).25