Brevet FR3100584A1 — publié le 20210312

Un dispositif de ventilation (23) pour module de refroidissement (22) de véhicule automobile (10), comprenant une hélice (32) adaptée à créer un flux d’air (F), une structure (34) présentant un logement (30) de réception de l’hélice (32) et au moins une ouverture (80) dans la structure (34), distincte du logement (30) de réception de l’hélice (32), au moins un volet pivotant (78), contraint élastiquement en rotation vers une position d’obturation de l’ouverture (80) dans la structure (34). Figure pour l’abrégé : Fig. 6 DISPOSITIF DE VENTILATION POUR MODULE DE REFROIDISSEMENT DE VÉHICULE AUTOMOBILE L’invention se rapporte à un dispositif de ventilation pour un module de refroidissement pour véhicule automobile, en particulier électrique. L’invention vise également un tel module de refroidissement et un véhicule automobile, en particulier électrique, muni d’un tel module de refroidissement. Un module de refroidissement (ou module d’échange de chaleur) d’un véhicule automobile comporte classiquement au moins un échangeur thermique et un dispositif de ventilation adapté à générer un flux d’air au contact du au moins un échangeur thermique. Le dispositif de ventilation permet ainsi, par exemple, de générer un flux d’air au contact de l’échangeur thermique, à l’arrêt du véhicule. Dans les véhicules automobiles à moteur thermique classiques, le au moins un échangeur thermique est de forme sensiblement carrée, le dispositif de ventilation étant alors un ventilateur à hélice dont le diamètre est sensiblement égal au côté du carré formé par l’échangeur thermique. Classiquement, l’échangeur thermique est alors placé en regard d’au moins deux baies de refroidissement, formées dans la face avant de la carrosserie du véhicule automobile. Une première baie de refroidissement est située au-dessus du pare-chocs tandis qu’une deuxième baie est située au-dessous du pare-chocs. Une telle configuration est préférée car le moteur thermique doit également être alimenté en air, l’admission d’air du moteur étant classiquement située dans le passage du flux d’air traversant la baie de refroidissement supérieure. Cependant, les véhicules électriques sont de préférence munis uniquement de baies de refroidissement situées sous le pare-chocs, de préférence encore d’une unique baie de refroidissement située sous le pare-chocs. En effet, le moteur électrique n’a pas besoin d’être alimenté en air. Et la diminution du nombre de baies de refroidissement permet d’améliorer les caractéristiques aérodynamiques du véhicule électrique. Ceci se traduit également par une meilleure autonomie et une plus grande vitesse de pointe du véhicule automobile. Dans ces conditions, la mise en œuvre d’un module de refroidissement classique apparait peu satisfaisante. En effet, une grande partie des échangeurs thermiques ne sont plus correctement refroidis par le flux d’air provenant uniquement de la ou des baies de refroidissement inférieure/s. En outre, à grande vitesse du véhicule, l’hélice n’est plus adaptée à créer le flux d’air. La vitesse du véhicule peut suffire alors à créer le flux d’air. Cependant, celui-ci doit passer à travers le dispositif de ventilation. De ce fait, le flux d’air est restreint, ce qui nuit au refroidissement des échangeurs thermique. Un but de l’invention est de proposer un dispositif de ventilation pour module de refroidissement de véhicule automobile, préférentiellement de véhicule automobile électrique, ne présentant pas au moins certains des inconvénients susmentionnés. À cet effet, il est proposé Dispositif de ventilation pour module de refroidissement de véhicule automobile, comprenant : - une hélice adaptée à créer un flux d’air ; - une structure présentant un logement de réception de l’hélice et au moins une ouverture dans la structure, distincte du logement de réception de l’hélice ; - au moins un volet pivotant, contraint élastiquement en rotation vers une position d’obturation de l’ouverture dans la structure. Ainsi, avantageusement, à haute vitesse du véhicule, le ou les volet/s pivote/nt pour laisser passer le flux d’air par l’ouverture à travers la structure. La partie du flux d’air traversant l’ouverture est beaucoup plus importante que celle traversant le logement de réception de l’hélice. En d’autres termes, la partie du flux d’air traversant l’ouverture dérive (de l’anglais « by-pass ») l’hélice. De préférence, le dispositif de refroidissement comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - l’hélice est configurée pour créer un flux d’air s’écoulant selon une direction sensiblement parallèle à l’axe de rotation de l’hélice ; - la structure est sensiblement plane, s’étendant perpendiculairement à l’axe de rotation de l’hélice ; - l’hélice est une hélice tangentielle configurée pour créer un flux d’air s’écoulant selon une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe de rotation de l’hélice ; - la structure forme une volute de réception de l’hélice tangentielle ; - la structure forme également une paroi de guidage du flux d’air en amont de l’hélice tangentielle, l’ouverture étant réalisée à travers la paroi de guidage du flux d’air ; - le au moins un volet s’étend selon une direction principale d’extension, la direction principale d’extension étant sensiblement parallèle à l’axe de rotation de l’hélice tangentielle ; - le au moins un volet s’étend selon une direction principale d’extension, la direction principale d’extension étant sensiblement perpendiculaire à l’axe de rotation de l’hélice tangentielle ; et - l’axe de rotation du au moins un volet est parallèle ou perpendiculaire, à la direction principale d’extension du au moins un volet. Selon un autre aspect, il est proposé un module de refroidissement Module de refroidissement pour véhicule automobile, en particulier pour véhicule automobile à moteur électrique, comprenant au moins un échangeur thermique et au moins un dispositif de ventilation tel que décrit ci-avant dans toutes ses combinaisons, apte à créer un flux d’air au contact du au moins un échangeur thermique. De préférence, le module de refroidissement comprend en outre une pièce d’entrée d’air conformée pour faire entrer un flux d’air dans le module et pour guider ledit flux d’air au moins jusqu’audit au moins un échangeur thermique. Selon encore un autre aspect, il est décrit un véhicule, de préférence à moteur électrique, comprenant une carrosserie, un pare-chocs et un module de refroidissement tel que décrit ci-avant, dans toutes ses combinaisons, la carrosserie définissant au moins une baie de refroidissement disposée sous le pare-chocs, le module de refroidissement étant disposé en regard de la au moins une baie de refroidissement. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : représente schématiquement la partie avant d’un véhicule automobile, vu de côté. est une vue en perspective d’une partie de la face avant de la figure 1, comprenant un module de refroidissement selon un mode de réalisation. est une vue en perspective du module de refroidissement de la figure 2. est une vue de côté du module de la figure 3. est une vue en perspective partiellement éclatée du module de la figure 3. est une vue en perspective du dispositif de ventilation du module de refroidissement des figures 2 à 5. est une vue du dispositif de ventilation de la figure 6, selon une perspective opposée. illustre un deuxième exemple de dispositif de ventilation pouvant être mis en œuvre dans le module de refroidissement des figures 2 à 5. Description de modes de réalisation Dans la suite de la description, les éléments identiques ou de fonction identique portent le même signe de référence. À fin de concision de la présente description, ces éléments ne sont pas décrits en détails dans chaque mode de réalisation. Au contraire, seules les différences entre les variantes de réalisation sont décrites en détails. On note que, dans le mode de réalisation illustré, la turbomachine fonctionne en aspiration, c'est-à-dire qu’elle aspire l’air ambiant pour le conduire au contact des différents échangeurs thermiques, comme il va être détaillé. Alternativement, cependant, chaque turbomachine fonctionne par soufflage, soufflant l’air vers les différents échangeurs thermiques. La figure 1 illustre de manière schématique la partie avant d’un véhicule automobile 10 pouvant comporter un moteur 12, ici un moteur électrique 12. Le véhicule 10 comporte notamment une carrosserie 14 et un pare-chocs 16 portés par un châssis (non représenté) du véhicule automobile 10. La carrosserie 14 définit une baie de refroidissement 18, c'est-à-dire une ouverture à travers la carrosserie 14. La baie de refroidissement 18 est ici unique. Cette baie de refroidissement 18 se trouve en partie basse de la face avant 14a de la carrosserie 14. Dans l’exemple illustré, la baie de refroidissement 18 est située sous le pare-chocs 16. Une grille 20 peut être disposée dans la baie de refroidissement 18 pour éviter que des projectiles puissent traverser la baie de refroidissement 18. Un module de refroidissement 22 est disposé en vis-à-vis de la baie de refroidissement 18. La grille 20 permet notamment de protéger ce module de refroidissement 22. Sur les figures, une première direction, notée X, correspond à une direction longitudinale du véhicule. Elle correspond également à la direction d’avancement du véhicule. Une deuxième direction, notée Y, est une direction latérale ou transversale. Les directions X et Y sont de préférence horizontales. Enfin, une troisième direction, notée Z, est verticale. Les directions, X, Y, Z sont orthogonales deux à deux. Le module de refroidissement 22 comprend au moins un échangeur thermique. Sur les figures, le dispositif de ventilation 1 comprend trois échangeurs thermiques 24, 26, 28. Il pourrait toutefois en comporter plus ou moins suivant la configuration souhaitée. Sur le mode de réalisation illustré aux figures 2 à 5, chacun des échangeurs thermiques 24, 26, 28 présente une forme générale parallélépipédique déterminée par une longueur, une épaisseur et une hauteur. La longueur s’étend le long de la direction Y, l’épaisseur le long de la direction X et la hauteur dans la direction Z. Le module de refroidissement 22 comprend également au moins un dispositif de ventilation, ici un ventilateur tangentiel 23, aussi nommé turbomachine tangentielle ci-après, qui aspire un flux d’air F à destination des échangeurs de chaleur 24, 26, 28. Sur le mode de réalisation illustré aux figures 2 à 5, le module de refroidissement 22 comprend une turbomachine 30. Le module de refroidissement peut toutefois comporter plusieurs turbomachines 30 pouvant être disposées dans des configurations variées (non décrites dans cette demande). La turbomachine tangentielle 30 comprend un rotor ou turbine 32, constitué/e ici d’une hélice tangentielle ou roue à aubes. La turbine 32 a une forme sensiblement cylindrique. La turbine 32 comporte avantageusement plusieurs étages de pales 33 (ou aubes), comme notamment visible à la figure 6. La turbine 32 est montée rotative autour d’un axe de rotation A, par exemple parallèle à la direction Y. La turbine 32, en tant qu’hélice tangentielle, est adaptée à créer un flux d’air s’écoulant selon une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe A32 de rotation de la turbine 32. La turbomachine 30 est logée dans un boîtier 34 comprenant une sortie 36 formant sortie d’air du module 22. En l’espèce, le boîtier 34 forme un logement 35 de réception du rotor 32 de la turbomachine 28. Le logement 35 prend ici la forme de la volute de la turbomachine 28. Comme il ressort également des figures 2 à 5, le module de refroidissement 22 comprend une pièce d’entrée d’air 38 conformée pour faire entrer un flux d’air F dans le module 22 et pour guider ledit flux d’air F au moins jusqu’aux échangeurs thermiques 24, 26 et 28. Le module de refroidissement 22 comprend aussi un boîtier ou carénage 40 formant un canal interne d’air. Le carénage 40 permet de loger au moins les échangeurs thermiques 24, 26, 28. La pièce d’entrée 38 est solidaire du carénage 40 et du boîtier 34. La pièce d’entrée 38 et le carénage 40 pourraient également composer une seule pièce unique. La pièce d’entrée 38 est maintenant détaillée. Comme illustré sur les figures 2 à 4, la pièce d’entrée 38 comprend une entrée 42. L’entrée 42 forme l’entrée du module de refroidissement 22. La pièce d’entrée 38 comprend également une paroi 44 de guidage d’air. La paroi 44 est conformée pour guider le flux d’air F entre l’entrée 42 d’air et les échangeurs de chaleur 24, 26, 28. L’entrée d’air 42 est disposée dans la baie de refroidissement 18 en étant de préférence hermétiquement raccordée à la calandre Cal. L’entrée d’air 42 est avantageusement munie d’une grille 46 de protection des échangeurs. La grille peut être munie de volets montés mobiles ou fixes. La paroi de guidage 44 est composée par une paroi supérieure 48, une paroi inférieure 50 et deux parois latérales 52 s’étendant entre l’entrée d’air 42 et le carénage 40. L’ensemble des parois supérieure 48, inférieure 50 et latérales 52 assure que la paroi de guidage 44 forme un canal étanche entre l’entrée d’air 42 et le carénage 40. Comme particulièrement visible sur la figure 5, la paroi de guidage 48 présente une forme convergente dans un plan horizontal (X, Y) depuis l’entrée d’air 42 vers les échangeurs 24, 26, 28. Autrement dit, une longueur L1 de la paroi supérieure 48 au niveau de l’entrée d’air 42 est supérieure à une longueur L2 de la paroi supérieure 48 au niveau du carénage 40. De même, une longueur L1 de la paroi inférieure 50 au niveau de l’entrée d’air 42 est supérieure à une longueur L2 de la paroi inférieure 50 au niveau du carénage 40. La longueur L1 correspond à la longueur de l’entrée d’air 42, tandis que la longueur L2 correspond à la longueur du carénage 40. Comme particulièrement visible sur la figure 4, la paroi de guidage présente une forme divergente dans un plan vertical (X, Z) depuis l’entrée d’air 42 vers les échangeurs thermiques 24, 26, 28. Autrement dit, une hauteur H1 des parois latérales 52 au niveau de l’entrée d’air 42 est inférieure à une hauteur H2 des parois latérales 52 au niveau du carénage 40. Cette configuration convergente-divergente assure que la pièce d’entrée 38 constitue une interface adaptative entre l’entrée d’air 42 et le carénage 40. Ainsi, grâce à la pièce d’entrée 38, on peut prévoir une grande entrée d’air et des échangeurs plus petits, sans augmenter les pertes de charge. On fait référence maintenant à certaines dimensions du module de refroidissement 22, illustrées sur les figures 3 et 4. La profondeur P de la pièce d’entrée 38 correspond à la distance (dans la direction X) entre l’entrée d’air 42 et le carénage 40. Avantageusement, la profondeur P est comprise entre 10 cm et 30 cm, en particulier entre 15 cm et 20 cm, de préférence entre 18,1 cm et 18,5 cm. Le carénage présente quant à lui une profondeur P’ (dans la direction X) comprise entre 10 cm et 20 cm, avantageusement entre 10 cm et 15 cm, de préférence entre 13,5 cm et 14 cm. Le boîtier 34 présente une profondeur P’’ comprise entre 10 cm et 20 cm, avantageusement entre 15 cm et 20 cm, de préférence entre 15,5 cm et 16 cm. Une hauteur maximale H’’ du boîtier 48 est comprise entre 25 cm et 35 cm, avantageusement entre 28 cm et 32 cm, de préférence de l’ordre de 30 cm. La longueur L2 quant à elle est comprise entre 65 cm et 75 cm, avantageusement entre 65 cm et 70 cm, de préférence entre 66 cm et 67 cm. On note que le carénage 40 comprend des empreintes 54-1, 54-2, 56-1, 56-2, 58-1, 58-2 associées deux à deux respectivement à l’échangeur thermique 24, 26, 28. Les empreintes permettent d’améliorer l’étanchéité du module 22 et de maintenir chaque échangeur en position dans le carénage 40. On note aussi que la sortie 36 du boîtier 48 est avantageusement munie d’une grille 76, afin de protéger le module 22 contre des projectiles qui, sans la grille, pourraient parvenir jusqu’à la turbomachine 30 ou aux échangeurs thermiques 24, 26, 28. Comme plus particulièrement visible sur les figures 4, 6 et 7, le dispositif de ventilation 23 peut comporter un dispositif d’ouverture et/ou de fermeture d’une ouverture 80 à travers une paroi du boîtier 34. Ici, ce dispositif se présente sous la forme d’une pluralité de volets 78 montés pivotants entre une position d’ouverture et une position de fermeture. La position d’ouverture est particulièrement avantageuse à vitesse élevée du véhicule, quand la turbomachine 28 est à l’arrêt, pour permettre au flux d’air créé par le véhicule se déplaçant de passer directement par l’ouverture 80, sans passer par la volute 35 de la turbomachine 30. La position de fermeture est avantageuse à faible vitesse du véhicule, quand la turbomachine fonctionne pour créer le flux d’air. Dans cette position fermée, les volets 78 sont alignés pour former une surface 82 de guidage du flux d’air vers la volute 35 de la turbomachine 30. Sur le mode de réalisation illustré aux figures 2 à 7, les volets 78 sont montés parallèles à l’axe de rotation A du rotor 32. En d’autres termes, les volets 78 ont une forme allongée, s’étendant selon une direction principale d’extension, parallèle à l’axe A de rotation du rotor 30. Néanmoins, les volets 78 peuvent également être disposés perpendiculairement à l’axe A de rotation du rotor 32. Dans ce cas, la direction principale d’extension des volets 78 est perpendiculaire à l’axe A de rotation du rotor 32. Le nombre de volets 78 n’est pas non plus limitatif. Notamment, un seul volet peut être prévu ou plus de deux volets 78 peuvent être prévus. Le boîtier 34 définit ici une surface d’entrée S sensiblement normale au flux d’air F entrant. La surface S est ici verticale. La surface S est parallèle aux échangeurs thermiques 24, 26, 28. En position de fermeture, les volets 78 sont disposés dans le plan de la surface 82 formant un angle α non nul, en coupe longitudinale, avec la surface d’entrée S du dispositif de ventilation. L’angle α est par exemple compris entre 5 et 20°. Cet angle α assure une distribution plus homogène de l’air sur les échangeurs thermique 24, 26, 28. Ici, de manière avantageuse, les volets 78 sont passifs. En d’autres termes, le dispositif de ventilation 23 est ici dépourvu d’actionneur pour commander le pivotement des volets. Ici, le pivotement des volets 78 est commandé directement par le flux d’air créé au voisinage des volets 78. En effet, les volets 78 sont ici contraints élastiquement en rotation autour de leur axe de rotation A78, vers la position de fermeture de l’ouverture 80. Par exemple, un ou plusieurs ressorts à spiral est/sont fonctionnellement interposé/s entre chaque volet 78 et le boîtier 34 pour contraindre élastiquement le volet 78 associé vers sa position de fermeture de l’ouverture 80. Quand la pression du flux créé devient supérieure à une valeur seuil, le flux pousse sur le ou les volets 78 en compensant l’effort du ou des ressorts de contrainte. Ce faisant, le flux ouvre la ou les ouvertures 80. Le flux est ainsi dérivé de la turbomachine 28. On réduit ainsi les pertes de charge du flux d’air. Il est à noter ici que la surface 82 est inclinée pour permettre une répartition plus homogène du flux d’air créé par la turbomachine 28. Cependant, du fait de cette inclinaison de la surface 82, une simple contrainte des volets par leur poids, n’est pas satisfaisante. En effet, une telle contrainte ne permet de fermer que des ouvertures verticales. La réalisation d’ouverture verticale dans la surface 82 inclinée par rapport à la verticale, nécessite de former des reliefs sur la surface 82 qui nuise à sa fonction d’amélioration de la répartition du flux d’air créé par la turbomachine 28, au voisinage des échangeurs thermiques 24, 26, 28. Ces reliefs créent en effet des perturbations du flux d’air au voisinage de la surface de guidage 82. Dans l’exemple illustré aux figures 4, 6 et 7, l’axe A78 de rotation des volets 78 est sensiblement parallèle à l’axe A de rotation de la turbine 32. Alternativement, cependant, l’axe A78 de rotation des volets 78 est sensiblement perpendiculaire à l’axe A de rotation de la turbine 32. La figure 8 illustre un deuxième exemple de dispositif de refroidissement 23 pouvant être mis en œuvre dans le module de refroidissement 22. Selon ce deuxième exemple, le dispositif de refroidissement 23 comporte une structure 34 (ou bâti), sensiblement plane. Ici, cette structure 34 est destinée à s’étendre dans un plan sensiblement parallèle aux plans d’extension des échangeurs thermiques 24, 26, 28. La structure 34 présente une première ouverture 30 formant logement de réception d’une hélice 32. L’hélice 32 est ici adaptée à créer un flux d’air F orienté sensiblement selon la direction de l’axe A de rotation de l’hélice 32. Ainsi, la direction de l’axe A de rotation de l’hélice 32 est avantageusement normale au plan de la structure 34. La structure 34 est munie de différentes ouvertures traversant la structure. Des volets 78, contraints élastiquement en position de fermeture, sont associés à ces ouvertures, pour sélectivement ouvrir ou fermer ces ouvertures, en fonction du flux d’air parvenant jusqu’aux volets 78. Les volets 78 sont identiques aux volets décrits dans le cadre du premier exemple, en regard des figures 4, 6 et 7. La présente invention n’est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus mais est au contraire susceptible de nombreuses variantes accessibles à l’Homme de l’art. Par exemple, dans les exemples illustrés, chaque volet est monté pivotant autour d’un axe disposé au voisinage d’un côté du volet considéré. Alternativement, cependant, l’axe de rotation du ou des volets correspond sensiblement à un axe médian du ou des volets. Dispositif de ventilation (23) pour module de refroidissement (22) de véhicule automobile (10), comprenant : - une hélice (32) adaptée à créer un flux d’air (F) ; - une structure (34) présentant un logement (30) de réception de l’hélice (32) et au moins une ouverture (80) dans la structure (34), distincte du logement (30) de réception de l’hélice (32) ; - au moins un volet pivotant (78), contraint élastiquement en rotation vers une position d’obturation de l’ouverture (80) dans la structure (34). Dispositif de ventilation selon la revendication 1, l’hélice (32) étant configurée pour créer un flux d’air (F) s’écoulant selon une direction sensiblement parallèle à l’axe (A) de rotation de l’hélice (32). Dispositif de ventilation selon la revendication 2, dans lequel la structure (34) est sensiblement plane, s’étendant perpendiculairement à l’axe (A) de rotation de l’hélice (32). Dispositif de ventilation selon la revendication 1, l’hélice (32) étant une hélice tangentielle configurée pour créer un flux d’air (F) s’écoulant selon une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe (A) de rotation de l’hélice (32). Dispositif de ventilation selon la revendication 4, dans lequel la structure (34) forme une volute (30) de réception de l’hélice tangentielle (32). Dispositif de ventilation selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la structure (34) forme également une paroi de guidage (82) du flux d’air en amont de l’hélice tangentielle (32), l’ouverture (80) étant réalisée à travers la paroi de guidage (82) du flux d’air (F). Dispositif de ventilation selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel le au moins un volet (78) s’étend selon une direction principale d’extension, la direction principale d’extension étant sensiblement parallèle à l’axe (A) de rotation de l’hélice tangentielle (32). Dispositif de ventilation selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel le au moins un volet (78) s’étend selon une direction principale d’extension, la direction principale d’extension étant sensiblement perpendiculaire à l’axe (A) de rotation de l’hélice tangentielle (32). Dispositif de ventilation selon la revendication 7 ou 8, dans lequel l’axe (A78) de rotation du au moins un volet (78) est parallèle ou perpendiculaire, à la direction principale d’extension du au moins un volet (78). Module de refroidissement (22) pour véhicule automobile (10), en particulier pour véhicule automobile à moteur électrique, comprenant au moins un échangeur thermique (24, 26, 28) et au moins un dispositif de ventilation (23) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, apte à créer un flux d’air (F) au contact du au moins un échangeur thermique (24, 26, 28). Module de refroidissement (22) selon la revendication 10, comprenant en outre une pièce d’entrée d’air (38) conformée pour faire entrer un flux d’air (F) dans le module et pour guider ledit flux d’air (F) au moins jusqu’audit au moins un échangeur thermique (24, 26, 28). Véhicule automobile, de préférence à moteur électrique, comprenant une carrosserie (14), un pare-chocs (16) et un module de refroidissement (22) selon la revendication 10 ou 11, la carrosserie (14) définissant au moins une baie de refroidissement (18) disposée sous le pare-chocs, le module de refroidissement (22) étant disposé en regard de la au moins une baie de refroidissement (18).