Brevet FR2991013A1 — publié le 20131129

VENTILATEUR POUR AUTOMOBILE AVEC DÉFLECTEUR AÉRODYNAMIQUE Le domaine de la présente invention est celui de l'automobile, et plus particulièrement celui de la circulation de l'air pour le refroidissement des équipements du moteur. Les véhicules à moteur thermique ont besoin d'évacuer les calories que génère leur fonctionnement et sont pour cela équipés d'échangeurs thermiques, notamment des radiateurs de refroidissement, qui sont traversés par de l'air extérieur et qui sont placés à l'avant du véhicule pour pouvoir bénéficier des effets d'écoulement de l'air lorsque le véhicule est en mouvement. Pour forcer la circulation de cet air à travers le ou les échangeurs, un ventilateur est placé en amont ou en aval de celui ou de ceux-ci. L'ensemble formé par le ou les échangeurs et le ventilateur est couramment connu sous la dénomination de module de refroidissement. L'hélice qui sert à forcer la circulation d'air se caractérise par un débit élevé et une pression faible et, pour cela, présente un écoulement orienté de façon très axiale car des machines à écoulement radial produiraient plus de pression mais moins de débit. Cette configuration axiale de l'écoulement est toutefois peu propice pour un fonctionnement d'hélice en environnement confiné, et plus particulièrement sur un véhicule où des obstacles mécaniques détournent le flux d'air. Cette configuration est particulièrement néfaste dans le cas, extrêmement courant, où l'hélice est positionnée en aval du radiateur et en amont du bloc moteur. La direction axiale de l'air est alors modifiée, au moment du passage dans le ventilateur, par la présence de l'obstacle aval que constitue le bloc moteur sur le plan aérodynamique. La déstructuration de l'écoulement qui s'ensuit, associée à la forte composante radiale que doit alors prendre l'écoulement, est coûteuse en termes d'efficacité. Une première amélioration a consisté à donner à l'hélice une allure dite semi-radiale, en modifiant le profil de son moyeu pour lui donner une forme globalement tronconique. Ceci favorise une éjection plus radiale de l'écoulement et permet de faire un premier compromis entre la nécessité de produire de forts débits et la contrainte de fonctionner même en présence d'obstacles aval volumineux et proches. Il a été proposé de donner également à la virole extérieure de l'hélice, lorsque celle-ci en est pourvue, une forme tronconique. L'action de ces moyens de déviation reste toutefois limitée et il convient de chercher des moyens supplémentaires permettant de mieux orienter le flux en sortie de l'hélice. La présente invention a pour but d'améliorer la situation en proposant de nouveaux dispositifs qui pourraient donner une direction plus radiale à l'écoulement de l'air de refroidissement en sortie du ventilateur. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de guidage d'air pour un ventilateur de mise en circulation d'un flux d'air, ledit ventilateur comportant une hélice de génération dudit flux, ledit dispositif comportant un moyen de déflexion de l'air, configuré pour être positionné en aval de l'hélice et apte à modifier la direction de l'air en sortie de l'hélice pour l'orienter vers une direction plus radiale, en référence à l'axe de rotation de l'hélice. La présence d'un déflecteur permet de mieux guider le flux et de réduire les pertes aérodynamiques associées à la présence d'un obstacle en aval de l'hélice. Avantageusement le moyen de déflexion a la forme d'un bol, notamment fortement aplati, s'étendant radialement de manière à former un écran axial au flux d'air de ventilation. Il présent une concavité adaptée à la déviation du flux d'air vers une direction radiale, c'est-à-dire tournée vers l'hélice. Donner au déflecteur la forme d'un bol fortement aplati lui évite d'avoir une extension axiale importante et facilite son implantation dans une espace relativement confiné. Avantageusement ledit bol présente une forme de révolution. Il comporte à son extrémité radiale, un bord de fuite qui pourra être configuré de manière à présenter une inclinaison, par rapport à un plan orthogonal à l'axe de rotation de l'hélice, inférieure à 30°. Cette faible inclinaison garantit un écoulement orienté très radialement. Préférentiellement le dispositif est configuré pour supporter un moteur d'entraînement de l'hélice. Il comprend pour cela, par exemple, une virole de support d'un moteur d'entraînement de l'hélice, ledit moyen de déflexion s'étendant vers l'aval à partir de ladite virole. Ladite virole est positionnée, notamment, de façon coaxiale par rapport audit moyen de déflection. Elle est située axialement en amont dudit bord de fuite, par exemple de 1 à 10 cm. L'invention porte également sur une buse pour ventilateur, ladite buse comprenant une armature de guidage de l'air et un dispositif de guidage tel que décrit ci-dessus. Ladite armature pourra comprendre une découpe dans laquelle ladite hélice est positionnée. Avantageusement le moyen de déflexion est rapporté sur l'armature. De façon préférentielle le moyen de déflexion est porté par des moyens de support configurés pour être situés dans le flux d'air sortant de l'hélice. Dans un mode préférentiel de réalisation les moyens de support sont positionnés à l'extrémité radiale externe dudit moyen de déflexion. Cette distance par rapport à la sortie de l'hélice laisse le temps au sillage de celle-ci pour se diffuser avant d'atteindre les moyens de support, ce qui diminue le bruit associé à ce sillage. Dans un mode particulier de réalisation les moyens de support sont des bras, dits bras axiaux, s'étendant axialement entre le déflecteur et l'armature de guidage. Avantageusement les bras axiaux ont en coupe radiale la forme d'un profil d'aile. De façon préférentielle les bras axiaux sont décalés angulairement par rapport à la direction radiale, dans le sens de la rotation de l'hélice. Préférentiellement le décalage angulaire est compris entre 10 et 60°. L'invention porte encore sur un ventilateur comprenant une hélice et une buse telle que décrite ci-dessus, le moyen de déflection formant avec un moyeu de l'hélice et la buse un conduit de guidage continu pour le flux sortant de ladite hélice. Cette configuration correspond à la meilleure disposition pour un écoulement aérodynamique de bonne qualité. Dans un mode particulier de réalisation le moyen de déflection comporte une extension circulaire s'étendant à partir du bol et se terminant vers l'amont selon une direction tangente à l'extrémité aval du moyeu de ladite hélice. Il participe ainsi à la continuité de l'écoulement entre le passage à travers l'hélice et l'écoulement à l'aval. L'invention porte enfin sur un module de refroidissement comprenant un ventilateur tel que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue simplifiée et schématique d'un module de refroidissement d'un bloc moteur d'un véhicule automobile ; - la figure 2 est une vue en coupe radiale d'un module de refroidissement selon l'art antérieur ; - la figure 3 est une vue simplifiée, en coupe radiale, d'un module de refroidissement selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue de dessus, en perspective, de la buse du ventilateur de la figure 3; - la figure 5 est une vue, en perspective, de la buse de la figure 4, selon un autre angle de vue, et - la figure 6 est une vue schématique, en coupe radiale, de la buse des figures 3 et 4. Dans la suite de la description, la notion "d'amont" et « d'aval » sont définis par rapport au sens d'écoulement du flux d'air. Dans le cas d'hélice présentant un moyeu tronconique, la face « amont » est ainsi la face de l'hélice vers laquelle le sommet du moyeu de ladite hélice est tourné. Les termes "radial" ou "axial" se rapportent à l'axe de rotation de l'hélice. En se référant à la figure 1, on voit un module de refroidissement 3 pour un bloc moteur 5 de véhicule automobile. Il comprend notamment une hélice 1 et un échangeur thermique 7 tel qu'un radiateur de refroidissement illustré schématiquement par un simple rectangle. L'hélice 1 est positionnée dans l'invention, entre le radiateur de refroidissement 7 et le bloc moteur 5. Ces éléments 1, 5 et 7 sont sensiblement alignés axialement. L'hélice 1 est montée en rotation autour d'un axe A. Lorsque l'hélice 1 est entraînée en rotation, par exemple par un moteur électrique 6 (visible sur la figure 2), l'hélice 1 brasse l'air qui la traverse. Le flux d'air s'écoule selon un sens d'écoulement orienté sensiblement de l'échangeur 7 vers le bloc moteur 5. La figure 2 montre de façon plus détaillée les divers éléments constitutifs d'un module de refroidissement de l'art antérieur. Le ventilateur comprend un socle, ou buse 2, qui assure un support mécanique pour l'ensemble des éléments du ventilateur ; il a une forme rectangulaire s'étendant radialement à l'aval du radiateur et est placé en barrière frontale de l'air qui le traverse, avec, en son centre, une découpe cylindrique axiale pour laisser passer l'air de ventilation. L'hélice 1 est disposée à l'intérieur de cette découpe axiale et tourne sous l'action d'un moteur électrique 6 qui est positionné dans son moyeu central 9 et porté par des bras radiaux 4 venant s'attacher à la buse 2. L'hélice 1 comporte une pluralité de pales 11 qui s'étendent radialement entre le moyeu 9 et la paroi interne de la découpe 21 pratiquée dans la buse 2. Elle peut, dans certaines versions, comporter à son extrémité radiale externe une virole 8 (non présente dans la version de la figure 2, mais visible sur la figure 3) sur laquelle sont rattachées les têtes des pales 11, de façon à réduire les risques de flottement de celles-ci. On peut remarquer, sur cette version de l'art antérieur, que le moyeu 9 a une forme cylindrique et qu'il ne présente donc pas l'amélioration apportée par une forme tronconique. Le cheminement suivi par l'air qui traverse le ventilateur, et qui est représenté par des flèches sur la figure, reste, en conséquence, relativement axial et vient se heurter au bloc moteur 5, ce qui provoque la déstructuration de l'écoulement illustré par l'inclinaison des flèches. La figure 3 montre, en coupe selon un plan radial, un ventilateur selon l'invention. Le modèle représenté comporte une hélice 1 muni d'un moyeu 9 tronconique et d'une virole extérieure 8, également tronconique, sur laquelle se rattachent les têtes des pales 11. A la différence de l'art antérieur, un déflecteur 10 est placé à distance, en aval de l'hélice 1, qui forme écran dans le but de forcer le flux d'air vers une direction radiale. Il présente, en vue de face, la forme sensiblement d'un disque courbe ou d'un bol fortement aplati, dont l'envergure est légèrement plus grande que celle de l'hélice et dont la surface présente, de part et d'autre de l'axe A, une concavité telle que l'écoulement est dévié progressivement vers l'extérieur. Pour cela il a, en coupe, une forme courbe pour dévier l'air sortant de l'hélice, d'une direction encore relativement axiale vers une direction sensiblement radiale. Le bol du déflecteur 10 a une forme de révolution autour de l'axe de rotation de l'hélice 1 et il s'étend selon une surface continue jusqu'à un bord de fuite circulaire 16, de façon à former l'écran recherché. Il peut, en revanche, être percé d'un orifice central, tel qu'il est représenté sur la figure 3, de façon, entre autres, à laisser passer les dispositifs d'alimentation du moteur électrique 6. Le bord de fuite 16 s'étend radialement sur une distance suffisante pour venir se placer axialement en dessous de la virole 8 de l'hélice 1, et en retrait vers l'aval par rapport à cette virole de façon à fournir, conjointement avec la virole, un canal de guidage pour l'air à sa sortie de l'hélice. La forme de la surface du bol et la direction de sa concavité est aussi fonction de la forme du bloc moteur 5 devant lequel il s'étend, de façon à assurer un écoulement de l'air qui soit le plus sain possible, tout en le déviant progressivement vers la direction radiale. Pour cela le bol 10 a une forme conique au niveau de son bord de fuite 16, le demi-angle au sommet de ce cône étant supérieur à 60°, ce qui assure une déflexion radiale suffisante pour orienter le flux d'air en sortie du déflecteur à distance du bloc moteur 5. Un épaulement cylindrique 12, s'étendant axialement par rapport au bol du déflecteur 10, est par ailleurs positionné au niveau du moyeu 9 pour assurer une continuité aérodynamique entre le moyeu 9 et le déflecteur 10. Au final la forme en coupe du déflecteur est choisie de façon à former avec le moyeu 9 et la virole 8 un conduit de guidage qui est adapté en forme et en section au flux qui sort de l'hélice 1. Le déflecteur 10 est porté par la buse 2 au moyen d'une série de bras axiaux 14, formant moyens de support du déflecteur, qui s'étendent entre la périphérie du bol du déflecteur 10 et la partie amont de la buse 2. Le nombre de bras axiaux installées entre le déflecteur 10 et ladite partie amont de la buse 2 est dicté essentiellement par des considérations mécaniques afin de garantir la tenue du déflecteur, qui doit résister à la pression exercée par l'air qui sort de l'hélice selon une direction encore très axiale. Au centre du bol du déflecteur 10 est ménagé un espace pour y loger le moteur électrique 6 d'entraînement de l'hélice. Le moteur électrique est fixé dans ce logement, en porte-à-faux vers l'amont, par des moyens d'attache (non représentés) et, de ce fait, il ne nécessite plus la mise en place de bras de support comme c'était le cas avec les bras radiaux 4 de l'art antérieur. Les figures 4 et 5 montrent en perspective l'ensemble formé par la buse 2, muni du déflecteur 10, vue respectivement de dessus et de côté. Une armature de guidage d'air de la buse 2 est découpée en son centre par l'ouverture cylindrique 21, dans laquelle vient prendre place l'hélice 1 et qui forme l'entrée du conduit de guidage de l'air dans le module de refroidissement. Au centre du déflecteur 10 et à l'intérieur de l'épaulement cylindrique 12, on voit une cuvette 13 s'étendant vers l'aval entre l'épaulement cylindrique 12 et une nervure cylindrique centrale 15, afin de former la cavité dans laquelle vient se loger le moteur électrique 6. On obtient de la sorte une virole de support dudit moteur 6, qui est, ici, issue de matière du déflecteur 10. En se référant maintenant à la figure 6 on voit, de dessus, en coupe radiale selon un plan intermédiaire entre celui de la partie frontale de la buse 2 et celui de l'extrémité aval du déflecteur 10, la forme et la disposition des bras axiaux 14. Ceux-ci sont disposés régulièrement sur la périphérie de l'ouverture cylindrique 21, et placées en travers du flux d'air issu de l'hélice 1, après sa déviation radiale. Ils présentent une section de forme aérodynamique, à profil symétrique, avec un bord d'attaque renflé et un bord de fuite aminci, de façon à réduire la force de traînée qu'ils exercent en réaction sur le flux d'air. Par ailleurs leur corde, c'est à dire la ligne qui joint leur bord d'attaque à leur bord de fuite n'est pas orientée radialement mais fait avec la direction radiale un angle typiquement compris entre 10 et 60, particulièrement entre 20 et 30°, et préférentiellement d'environ 25°, dans le sens de rotation de l'hélice, de façon à redresser le flux et à éliminer autant que faire se peut la composante tangentielle de la vitesse de l'air, qui provient de la rotation de l'hélice. D'une façon générale, l'invention consiste principalement à disposer en aval du ventilateur un déflecteur aérodynamique qui oriente l'écoulement d'air vers une direction radiale, en minimisant les pertes aérodynamiques. La solution décrite permet notamment de limiter les décollements, les recirculations et les instationnarités qui se produisent dans les ventilateurs de l'art antérieur où la déflexion du flux d'air reste limitée. Cette solution est particulièrement avantageuse dans le cas des hélices dite semiradiale, dont l'équilibre radial est conçu de telle sorte à charger le pied, c'est à dire à produire à proximité du moyeu une pression plus élevée, et qui sont propres à créer les conditions d'un écoulement radial se dirigeant vers les côtés du module de refroidissement. La solution proposée par l'invention combine en particulier, comme on peut le voir sur la figure 3, l'apport d'une hélice dont la conicité du moyeu 9 et de la virole tournante 8 produit un canal d'écoulement se dirigeant vers l'extérieur, avec une continuité de courbure entre la forme conique du moyeu 9 et le déflecteur arrière 10, grâce à l'épaulement cylindrique 12, ce qui fait que l'écoulement est continuellement guidé. Le principe d'utilisation d'un déflecteur est également applicable à des hélices de ventilation automobiles classiques, c'est-à-dire qui sont constituées d'un moyeu et d'une virole cylindriques, sans conicité. Dans ce dernier cas, la courbure du déflecteur arrière et la forme de son épaulement cylindrique 12 sont adaptées pour présenter un angle de raccordement faible avec la direction de sortie du moyeu 9. Par ailleurs on remarque que le déflecteur aérodynamique 10 est connecté à la buse 2 par l'intermédiaire de bras axiaux 14 qui sont situés à son extrémité radiale, et qui sont donc placés à une distance importante de l'hélice. Cette disposition présente un avantage important en termes d'acoustique car le sillage des pales peut se diffuser avant d'impacter les bras axiaux. Par conséquent, le bruit d'interaction rotor-stator entre les pales 11 de l'hélice 1 et les bras axiaux 14 est très faible, et le bruit généré par l'impact du sillage sur ces bras axiaux est très réduit. Enfin, pour favoriser encore plus l'écoulement, il est avantageux de concevoir ces bras axiaux 14 selon les règles de dimensionnement relatives aux écoulements possédant une forte composante tangentielle. Il convient, de la sorte, de le redresser pour récupérer au mieux cette partie d'énergie cinétique et la transformer en pression. Pour ce faire, les bras axiaux sont profilés aérodynamiquement et ils présentent, préférentiellement, une inclinaison d'environ 25° par rapport à la direction radiale, compte tenu des caractéristiques généralement rencontrées dans le cas d'un ventilateur de véhicule automobile. Ceci permet d'assurer au bord d'attaque une bonne incidence par rapport à l'écoulement, et de redresser l'écoulement en sortie au niveau du bord de fuite des bras axiaux 14. Il présente de la sorte, par exemple, une forme d'aube. De façon alternative la section radiale des bras axiaux 14 peut présenter une cambrure géométrique comme celle d'une aile d'avion, pour améliorer encore son efficacité aérodynamique. REVENDICATIONS1. Dispositif de guidage d'air pour un ventilateur de mise en circulation d'un flux d'air, ledit ventilateur comportant une hélice (1) de génération dudit flux, ledit dispositif de guidage comportant un moyen de déflexion (10) de l'air, configuré pour être positionné en aval de l'hélice (1) et apte à modifier la direction de l'air en sortie de l'hélice pour l'orienter vers une direction plus radiale, en référence à l'axe de rotation de l'hélice. 2. Dispositif selon la revendication 1, ledit dispositif étant configuré pour supporter un moteur d'entraînement (6) de l'hélice (1). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel le moyen de déflexion (10) a la forme d'un bol s'étendant radialement de manière à former un écran axial au flux d'air de ventilation. 4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel ledit bol présente une concavité adaptée à la déviation du flux d'air vers une direction radiale. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4 dans lequel le moyen de déflection (10) comporte une extension circulaire (12) s'étendant à partir du bol et se terminant vers l'amont selon une direction configurée pour être tangente à l'extrémité aval d'un moyeu (9) de ladite hélice. 6. Buse pour ledit ventilateur, ladite buse comprenant une armature (2) de guidage de l'air et un dispositif de guidage selon l'une des revendications 1 à 5. 7. Buse selon la revendication 6 dans laquelle le moyen de déflexion (10) est rapporté sur l'armature (2). 8. Buse selon la revendication 7 dans laquelle le moyen de déflexion (10) est porté par des moyens de support (14) configurés pour être situés dans le flux d'air sortant de l'hélice (1). 9. Buse selon la revendication 8 dans laquelle les moyens de support sont positionnés à l'extrémité radiale externe dudit moyen de déflexion. 10. Buse selon l'une des revendications 8 ou 9 dans lequel les moyens de support sont des bras, dits bras axiaux, s'étendant axialement entre le moyen de déflection (10) et l'armature de guidage (2). 11. Buse selon la revendication 10 dans lequel les bras axiaux (14) ont en coupe radiale la forme d'un profil d'aile. 12. Buse selon la revendication 11 dans lequel les bras axiaux (14) sont décalés angulairement par rapport à la direction radiale. 13. Buse selon la revendication 12 dans lequel le décalage angulaire est compris entre 10 et 60°. 14. Ventilateur comprenant une hélice (1) et une buse selon l'une des revendications 6 à 13 dans lequel le moyen de déflection (10) forme avec un moyeu (9) de l'hélice (1) et la buse (2) un conduit de guidage continu pour le flux sortant de ladite hélice. 15. Module de refroidissement comprenant un ventilateur selon la revendication 14.