Brevet FR3108305A1 — publié le 20210924

Système de réduction de la traînée d’un véhicule à lame d’air frontale L’invention concerne un système de la réduction de la traînée d’un véhicule terrestre. Le véhicule (V) dispose d’un système (S) de réduction de la trainée comportant un conduit (C) d’une lame d’air. L’entrée d’air (E) du conduit (C) fait face à l’avant du véhicule et comporte une fente (FE) dont la hauteur (HE) est d’une dimension de quelques centimètres de hauteur. La sortie (S) du conduit (C) éjecte de l’air vers le haut suivant une fente de sortie (FS) dont la hauteur (HS) est d’une dimension de quelques millimètres à 1 cm, en ordre de grandeur 5 mm. L’entrée d’air (E) du conduit est implantée dans le compartiment moteur (CM). La sortie d’air (S) peut être implantée à la ligne (LC) du capot (A), sur le capot (CA), ou dans l’auvent (AV). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 8. Système de réduction de la traînée d’un véhicule à lame d’air frontale DOMAINE DE L'INVENTION AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION L’invention concerne un système de la réduction de la traînée notamment d’un véhicule terrestre. ART ANTERIEUR L’aérodynamique des véhicules fait l’objet depuis toujours de la recherche d’optimisation notamment du coefficient de traînée Cx et de la valeur du SCX traduisant la résistance à l’avancement du véhicule fonction de sa surface frontale S. Lors de la guerre 14-18, Constantin Chilowski cherche à influencer l’écoulement de l’air autour d’un obus en mouvement par un jet sortant perpendiculairement à l’axe de l’obus, dans le but de diminuer la résistance que l’air oppose aux projectiles. En 2014, la structure d’un projet de voiture volante évolue encore, avec l'utilisation lors des phases de croisière de l'effet Chilowski consistant à projeter un jet d'air mince sous pression, normal à l'écoulement, sur le nez et les bords d'attaque, couvrant ensuite l'essentiel de la surface mouillée par effet Coandă. En 2017, le brevet FR1756685 en propose l’application pour un véhicule terrestre. Dans ce brevet, la source de l’air projeté est un générateur de gaz comprimé. Cette solution apparaît difficilement réalisable en regard de la volumétrie de gaz à générer et produirait des nuisances à bord du véhicule. A titre d’exemple, propulser de l’air à 200 m/s sur une fente de 5 mm sur 1 mètre de large représenterait 1 000 litres d’air par seconde. De plus le gain aérodynamique est fragile dans la mesure où l’énergie à consacrer pour comprimer l’air et pour le projeter doit être inférieure à l’énergie économisée par la réduction de traînée. De fait, le rendement d’un tel générateur de gaz comprimé est très inférieur aux 100 % d’une machine parfaite. Si ce générateur est entraîné par le moteur, il faut déjà prendre en compte le rendement du moteur thermique très inférieur à 1 à multiplier par le rendement du compresseur mécanique également inférieur à 1. De même si la variante consiste à utiliser un système de turbo-compression activé par les gaz d’échappement du moteur thermique. Par ailleurs le flux d’air éjecté verticalement est placé à l’avant du bouclier avant et perturbe complètement le flux d’air frais qui doit traverser les entrées d’air de la calandre pour atteindre la façade aérothermique du moteur afin d’en assurer son refroidissement. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Le véhicule dispose d’un système de réduction de la trainée comportant un conduit d’une lame d’air dont l’entrée d’air fait face à l’avant du véhicule et comporte une fente d’entrée d’une dimension de quelques centimètres de hauteur et dont la sortie éjecte de l’air vers le haut suivant une fente de sortie de quelques millimètres à 1 cm de hauteur, la vitesse d’éjection de l’air étant fonction du rapport de la surface de la section de la fente d’entrée d’air divisée par la surface de la section de la fente de sortie d’éjection de l’air. Le rapport de la surface de la section de la fente d’entrée de l’air divisée par la surface de la section la fente de sortie d’éjection de l’air peut être compris entre 4 et 10. La vitesse d’éjection de l’air en sortie peut être comprise entre 150 mètres par secondes et 250 mètres par seconde. En variante à une géométrie fixe plus simple, la hauteur de la fente d’entrée d’air peut être variable et commandable en fonction de la vitesse du véhicule. En particulier le véhicule peut être un véhicule automobile terrestre. Dans ce cas la largeur de la fente d’entrée d’air est de l’ordre de la largeur de la façade aérothermique du véhicule. Quant à la largeur de la fente d’éjection d’air, elle peut être comprise entre la largeur de la façade aérothermique du véhicule et la largeur du pare-brise. L’entrée d’air peut être aménagée en écope sur le capot mais de façon privilégiée, l’implantation de l’entrée d’air est dans le compartiment moteur. Quand l’entrée d’air est implantée dans le compartiment moteur et partage l’air admis par la calandre, il est avantageux que le système module la répartition de l’air entrant dans le compartiment moteur entre l’air destiné à refroidir le moteur et l’air destiné à réduire la traînée aérodynamique. Dans ce cas, des paramètres d’entrées du système sont la vitesse du véhicule, la température de l’air extérieur et la température du moteur. Il est privilégié que l’air est éjecté à une hauteur supérieure à la façade aérothermique de façon à éviter de perturber le refroidissement du moteur. Selon un mode de réalisation, la fente d’éjection de l’air et le bord avant du capot coïncident. Selon un autre mode réalisation, la fente d’éjection de l’air débouche dans l’auvent du véhicule à la base du pare-brise. Il est alors possible d’utiliser le capot comme face supérieure du conduit ce qui fait que le conduit longe en partie le capot. Cela permet de participer à l’isolation phonique du compartiment moteur vers l’extérieur du véhicule. Cela permet également de participer au respect de la norme choc tête d’un piéton sur le capot. Par ailleurs, fait que la projection d’air à la sortie de la fente d’éjection soit positionnée dans l’auvent du véhicule à la base du pare-brise participe à la protection du pare-brise contre la pluie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés. montre selon l’invention un conduit à géométrie fixe d’une lame d’air dont l’entrée d’air fait face à l’avant du véhicule et la sortie éjecte de l’air vers le haut. montre selon l’invention un conduit d’une lame d’air dont l’entrée d’air fait face à l’avant du véhicule avec une hauteur modulable par un volet commandable et la sortie éjecte de l’air vers le haut. montre un véhicule automobile conventionnel selon une vue en perspective en trois-quarts avant. montre un véhicule automobile conventionnel selon une vue latérale, montrant l’intérieur du compartiment moteur. montre spécifiquement le compartiment moteur d’un véhicule automobile conventionnel. montre un exemple d’implantation du conduit avec l’entrée d’air en écope sur le capot. montre un exemple d’implantation en frontal du conduit avec l’entrée d’air dans le compartiment moteur. montre un exemple d’implantation du conduit avec l’entrée d’air dans le compartiment moteur et dont la fente d’éjection coïncide avec la découpe avant du capot. montre en perspective un véhicule dans l’exemple de l’implantation précédent du conduit avec l’entrée d’air dans le compartiment moteur et dont la fente d’éjection coïncide avec la découpe avant du capot. montre un exemple d’implantation du conduit avec l’entrée d’air dans le compartiment moteur et la fente d’éjection dans l’auvent. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Le véhicule (V) dispose d’un système (S) de réduction de la trainée comportant un conduit (C) d’une lame d’air. L’entrée d’air (E) du conduit fait face à l’avant du véhicule comporte une fente (FE) dont la hauteur (HE) est d’une dimension de quelques centimètres de hauteur. La sortie (S) du conduit (C) éjecte de l’air vers le haut suivant une fente de sortie (FS) dont la hauteur (HS) est d’une dimension de quelques millimètres à 1 cm, en ordre de grandeur 5 mm. La vitesse d’éjection de l’air est fonction du rapport de la surface de la section de la fente d’entrée d’air (FE) divisée par la surface de la section de la fente (FS) d’éjection de l’air. Le rapport de la surface de la section de la fente d’entrée d’air (FE) divisée par la surface de la section la fente (FS) d’éjection de l’air en sortie peut être compris entre 4 et 10. La vitesse d’éjection de l’air en sortie peut être comprise entre 150 mètres par secondes et 250 mètres par seconde. A titre d’exemple, la hauteur (HE) de l’entrée d’air (E) peut être de 3 cm ce qui représente un ratio de 6 pour une fente (FS) d’éjection d’une hauteur (HS) de 5 mm. Si la vitesse du véhicule est 90 km/h soit 25 m/s, cela donne multiplié par 6, 150 m/s. Si la vitesse du véhicule est 120 km/h soit 33,33 m/s, cela donne multiplié par 6, 200 m/s. Si la vitesse du véhicule est 150 km/h soit 41,66 m/s, cela donne multiplié par 6, 250 m/s. La figure 1 montre un mode de réalisation du conduit qui est une géométrie fixe. Le conduit (C) comporte dans ce cas une entrée d’air (E), un raccord (R) qui change la direction du flux d’air et une sortie (S) d’éjection de l’air. L’entrée d’air (E) est dans de mode de réalisation un prisme à bases trapézoïdales dont la hauteur initiale par exemple de 3 centimètres diminue progressivement vers 5 mm sur une dizaine de centimètres. Le raccord (R) a la forme d’un coude pour modifier l’orientation de 90°du flux d’air entrant capté frontalement et sortant verticalement. La sortie (S) d’air permet ainsi de projeter l’air vers le haut. Bien entendu, les fentes (FE) et (FS) représentées avec des sections planes rectangulaires peuvent en pratique être galbées en fonction des volumes du véhicule notamment la courbure de la face avant (FA), la courbure du capot (CA) et la courbure du pare-brise (PB), aucune de ces pièces n’étant en général planes. La distance entre la paroi supérieure du conduit et la paroi inférieure du conduit peut être maintenue par des plots ou de fines cloisons verticales offrant peu de résistance au flux d’air. En variante à une géométrie fixe plus simple, la hauteur (HE) de la fente d’entrée d’air (FE) peut être variable et commandable en fonction de la vitesse du véhicule (V). Cela est représenté figure 2. A titre d’exemple la face inférieure du prisme d’entrée d’air (E) est en fait un volet mobile (VM) pivotant autour d’un axe (A). La hauteur (HE) de la fente d’entrée d’air (FE) devient alors pilotable par un volet mobile (VM) commandable. De façon classique, il peut s’agir d’une motorisation du volet mobile (VM) par moteur pas à pas, analogue à celle des volets de groupe de chauffage/climatisation ou des volets de calandre actifs. Alors le ratio devenu pilotable permet de gérer en fonction de la vitesse du véhicule (V) la vitesse d’éjection de l’air qui doit rester subsonique pour conserver l’effet d’accélération de la vitesse. A défaut, on aurait un effet col sonique qui serait néfaste dans la mesure où la résistance à l’avancement de la prise d’air frontal augmenterait sans que la vitesse d’éjection limitée à la vitesse du son augmente et donc sans diminution supplémentaire de la traînée. En particulier le véhicule (V) peut être un véhicule automobile terrestre conventionnel tel que représenté de façon synthétique en perspective figure 3 et en vue latérale figure 4 avec vue du compartiment moteur (CM) agrandie figure 5. De façon la plus usuelle, il s’agit de véhicules à moteur (M) thermique sachant qu’il existe également des versions hybrides ou tout électrique. L’électronique de commande du système (S) dans sa version pilotable peut bien sûr être réalisée par un boîtier électronique dédié, mais dans les véhicules modernes il est plus judicieux que cela fasse partie des fonctionnalités du boitier de contrôle moteur ou d’un boitier central d’habitacle tel qu’un boitier de servitude intelligent. Sur la figure 3, est noté en particulier le pare-brise (BP) ainsi que sa largeur (LP) essentiellement à sa base d’une dimension typique entre 1m30 et 1m40. En fonction des modèles, le capot (CA) peut être comme représenté avec sa ligne de capot (LC) qui est le bord avant du capot, à hauteur des feux. Le capot (CA) peut être plus court avec une ligne de capot (LC) plus haute et plus près du pare-brise (PB). Sur d’autres modèles, le capot (CA) peut au contraire être plus imposant et embarquer la calandre, la ligne de capot (LC) descendant alors jusqu’au bouclier avant. Des entrées d’air (EA) aménagées sur le face avant (FA) permettent de refroidir le moteur. Leur nombre et leurs formes participent à l’aspect visuel de la calandre qui contribue souvent à l’identité visuelle de la marque automobile indépendamment de sa fonction technique. La figure 4 montre un véhicule terrestre à moteur thermique en vue latérale avec vue interne du compartiment moteur (CM), zoomé figure 5. Ce compartiment moteur (CM) est l’espace compris en longitudinal entre la face avant (FA) et le tablier (T), et en hauteur entre la limite basse de garde au sol qui peut être matérialisée par un sabot ou un carénage aérodynamique et le capot (CA). De façon classique le compartiment moteur (CM) comprend le moteur (M) représenté sans accessoires à compléter notamment de sa ligne d’admission d’air, de sa ligne d’échappement et d’une boite de vitesses pour faire le groupe motopropulseur complet. Il comporte également pour son refroidissement une façade aérothermique comportant un radiateur (RA) et un ventilateur (VE). Cette façade aérothermique a une largeur (LF) de l’ordre de 80 cm à 1 mètre et placée derrière la calandre. L’air frais extérieur arrive frontalement sur le radiateur par les espaces aménagés (EA) d’entrées d’air dans la calandre du véhicule (V). Quant à l’auvent (A), il représente un espace différent pour loger les mécanismes d’essuie-vitre et pour servir à la prise d’air du groupe de climatisation. La figure 6 illustre un premier mode de réalisation du système (S) de réduction de traînée du véhicule (V). Dans ce premier mode de réalisation, la prise d’air de l’entrée d’air (E) se fait à l’extérieur du capot, en écope de façon analogue à certaines prises d’air d’admission moteur de modèles de compétition. L’entrée d’air (E) peut ainsi être aménagée en écope sur le capot (CA) mais de façon privilégiée, l’implantation de l’entrée d’air (E) est dans le compartiment moteur (CM). La figure 7 illustre un deuxième mode de réalisation du système (S) de réduction de traînée du véhicule (V) dans lequel l’entrée d’air (E) est implantée dans le compartiment moteur (CM) à l’avant du véhicule (V). Dans ce cas la largeur (LE) de la fente (FE) d’entrée d’air est de l’ordre de la largeur (LF) de la façade aérothermique du véhicule (V) pour exploiter au maximum la largeur disponible, autour d’1 mètre. Tel que représenté, le système (S) dispose d’une entrée d’air dédiée (E), séparée des entrées d’air (EA) de la calandre à destination du moteur. Quand par contre, l’entrée d’air (E) est implantée dans le compartiment moteur (CM) et partage l’air admis par la calandre, il est avantageux que le système (S) module la répartition de l’air entrant dans le compartiment moteur (CM) entre l’air destiné à refroidir le moteur (M) et l’air destiné à réduire la traînée aérodynamique. Cette répartition peut être modulé par un volet mobile (VM) dédié. Dans ce cas, des paramètres d’entrées du système sont la vitesse du véhicule (V), la température de l’air extérieur et la température du moteur (M). En particulier, le refroidissement du moteur est privilégié quand le véhicule (V) est à l’arrêt dans des embouteillages en ville en pleine canicule. Au contraire, l’aérodynamique du véhicule (V) est privilégiée quand le véhicule roule à grande vitesse par temps frais. Il est privilégié que l’air est éjecté à une hauteur supérieure à la façade aérothermique de façon à éviter de perturber le refroidissement du moteur (M). La figure 8 illustre un troisième mode de réalisation dans lequel, la fente (FS) d’éjection de l’air et le bord avant (LC) du capot (CA) coïncident. Ceci présente l’avantage de ne pas créer une ligne supplémentaire d’éjection d’air sur le capot (CA). Le jeu usuellement laissé entre la face avant (FA) et l’avant du capot (CA) est déjà de quelques millimètres et permet de positionner au même emplacement la fente de sortie (FS) d’éjection de l’air. La figure 9 illustre les conséquences sur le véhicule (V) du déplacement de la ligne (LC) de capot (CA) intentionnel d’un point de vue technique indépendamment du design. La figure 10 illustre un quatrième et dernier mode réalisation dans lequel la fente de sortie (FS) d’éjection de l’air débouche dans l’auvent (A) du véhicule (V) à la base du pare-brise (PB). Il est alors possible d’utiliser le capot (CA) comme face supérieure du conduit (C) au niveau de son raccord (R) ce qui fait que le conduit (C) longe en partie le capot (CA). Cela permet de participer à l’isolation phonique du compartiment moteur (CM) vers l’extérieur du véhicule (V). Cela permet également de participer au respect de la norme choc tête d’un piéton sur le capot (CA) en cas de collision frontale avec un piéton. Par ailleurs, le fait que la projection d’air à la sortie de la fente d’éjection soit positionnée dans l’auvent du véhicule à la base du pare-brise peut participer à la protection du pare-brise contre la pluie. En effet, en cas de pluie la vitesse des gouttes de pluie est en général inférieure à 10 m/s et donc un flux d’air projeté à plus de 150 m/s va emporter vers le haut les gouttes de pluie épargnant de ce fait en partie le pare-brise (BP). Dans cette configuration, la largeur (LS) de la fente de sortie (FS) sera proche de la largeur (LP) du pare-brise (BP). A titre d’exemple, il convient d’augmenter la hauteur (HE) de la fente d’entrée (FE) en passant de 3 à 4 centimètres obtenir les mêmes ratios de multiplication de l’ordre de 6 pour une hauteur (HS) de 5 mm malgré une largeur (LS) de 133 cm à comparer à une largeur (LE) d’1 mètre. L’ensemble des modes de réalisations du système (S) peuvent toujours être sophistiqués en pilotant au moins un volet mobile (VM). Un premier paramètre de commande est la vitesse du véhicule (V). D’une part, la vitesse du véhicule qui est celle de la vitesse d’entrée de la lame d’air conditionne l’ouverture d’un volet (VM) pour obtenir à une vitesse donnée la même vitesse de sortie de l’air projeté ou une consigne fonction de la vitesse du véhicule (V). D’autre part, la vitesse du véhicule intervient également dans l’intérêt de l’optimisation aérodynamique elle-même du véhicule qui est faible en ville à moins de 50 km/h et important sur autoroute à 130 km/h voire plus en fonction des pays. Par ailleurs en ville à moins de 50 km/h on peut souhaiter limiter ou inhiber le système par exemple en fonction des possibles nuisances sonores. Par ailleurs, on peut tenir compte des conditions climatiques pour moduler ou inhiber le système (S) en fonction de la météorologie. Cela peut se faire en prenant en compte l’activation ou non des essuie-vitre. Pour les véhicules les plus sophistiqués on peut prendre les données du capteur de pluie quand il existe et de la température extérieure pour moduler ou inhiber le système (S) en présence de pluie ou de neige. En termes d’application industrielle, le système de la réduction de la traînée selon l’invention concerne notamment les véhicules (V) automobiles à moteur (M) thermique. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit pour une gamme de solutions techniques dans différents domaines. Véhicule (V) caractérisé en ce qu’il dispose d’un système (S) de réduction de la trainée comportant un conduit (C) d’une lame d’air dont l’entrée d’air (E) fait face à l’avant du véhicule (V) et comporte une fente (FE) d’une dimension (HE) de quelques centimètres de hauteur et que sa sortie (S) éjecte de l’air vers le haut suivant une fente (FS) de quelques millimètres à 1 cm de hauteur (HS), la vitesse d’éjection de l’air étant fonction du rapport de la surface de la section de la fente (FE) d’entrée d’air divisée par la surface de la section le la fente sortie (FS) d’éjection de l’air. Véhicule (V) selon la revendication 1 caractérisé par le fait le que le rapport de la surface de la section de la fente d’entrée (FE) divisée par la surface de la section la fente de sortie (FS) d’éjection de l’air peut être compris entre 4 et 10. Véhicule (V) selon l’une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisé par le fait que la vitesse d’éjection de l’air en sortie peut être comprise entre 150 mètres par seconde et 250 mètres par seconde. Véhicule (V) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que la hauteur (HE) de la fente (FE) d’entrée d’air est variable et commandable en fonction de la vitesse du véhicule (V). Véhicule (V) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que le véhicule (V) est un véhicule automobile terrestre. Véhicule (V) selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la largeur (LE) de la fente d’entrée d’air (FE) est de l’ordre de la largeur (LF) de la façade aérothermique du véhicule (V). Véhicule (V) selon l’une quelconque des revendications 5 à 6 caractérisé par le fait que la largeur (LS) de la fente d’éjection d’air (FS) est comprise entre la largeur (LF) de la façade aérothermique du véhicule et la largeur (LP) du pare-brise (PB). Véhicule (V) selon l’une quelconque des revendications 5 à 7 caractérisé par le fait que l’implantation de l’entrée d’air (E) est positionnée à l’avant dans le compartiment moteur (CM). Véhicule (V) selon la revendication 8 caractérisé par le fait que le système (S) module la répartition de l’air entrant dans le compartiment moteur (CM) entre l’air destiné à refroidir le moteur (M) et l’air destiné à réduire la traînée aérodynamique. Véhicule (V) selon la revendication 9 caractérisé en ce que des paramètres d’entrées du système (S) sont la vitesse du véhicule (V), la température de l’air extérieur et la température du moteur (M). Véhicule (V) selon l’une quelconque des revendications 5 à 10 caractérisé par le fait que l’air est éjecté à une hauteur supérieure à la façade aérothermique. Véhicule (V) selon l’une quelconque des revendications 5 à 11 caractérisé par le fait que la fente d’éjection de l’air (FS) et le bord avant (LC) du capot coïncident. Véhicule (V) selon l’un quelconque des revendications 5 à 11 caractérisé par le fait de la fente d’éjection (FS) de l’air débouche dans l’auvent (AV) du véhicule (V). Véhicule (V) selon la revendication 13 caractérisé en ce que le conduit (C) longe en partie le capot (CA) participant à l’isolation phonique du compartiment moteur (CM) vers l’extérieur du véhicule (V). Véhicule (V) selon la revendication 13 caractérisé en ce que le conduit (C) longe en partie le capot (CA) participant au respect de la norme choc tête d’un piéton sur le capot (CA). Véhicule (V) suivant la revendication 13 caractérisé par le fait que la projection d’air à la sortie de la fente d’éjection (FS) participe à la protection du pare-brise (PB) contre la pluie.