EP2839165B1

EP2839165B1 - Ventilateur pour automobile a encombrement axial reduit

Info

Publication number: EP2839165B1
Application number: EP13711432.8A
Authority: EP
Inventors: Denis SCOUARNEC
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2033-03-22
Also published as: EP2839165A1; CN104302925B; CN104302925A; FR2989423A1; WO2013156254A1; FR2989423B1; US20150071776A1; US9784277B2

Description

Le domaine de la présente invention est celui de l'automobile, et plus particulièrement celui de la circulation de l'air pour le refroidissement d'équipements du véhicule, et notamment de son moteur.
Les véhicules à moteur thermique ont besoin d'évacuer les calories que génère leur fonctionnement et ils sont pour cela équipés d'échangeurs thermiques, notamment des radiateurs de refroidissement, qui sont placés à l'avant du véhicule et qui sont traversés par de l'air extérieur. Pour forcer la circulation de cet air à travers le ou les échangeurs, un ventilateur est placé en amont ou en aval de ceux-ci, l'amont ou l'aval s'appréciant dans ce document en référence à la direction d'écoulement de l'air. L'hélice qui sert à forcer la circulation d'air se caractérise par un débit élevé et une pression faible et présente un écoulement orienté de façon très axiale.
Le ventilateur comprend généralement une buse ou socle, de forme parallélépipédique, qui est traversé en son centre par une cavité cylindrique creuse dans laquelle est positionnée l'hélice. Ce socle assure l'accrochage du ventilateur à un support, notamment le radiateur de refroidissement ou le châssis, ainsi que le support du moteur électrique d'actionnement de l'hélice et le maintien de l'axe autour duquel celle-ci tourne. Par ailleurs, aérodynamiquement, il forme un obstacle frontal pour le flux d'air, ce qui force celui-ci à se diriger vers l'hélice.
Dans les ventilateurs de l'art antérieur l'hélice affleure et/ou est enfoncée axialement, vers l'aval, par rapport au plan frontal du support, comme on peut le voir sur les figures 1 à 3. L'hélice est configurée de sorte que l'air qui circule sur face amont de la paroi frontale de ce support franchit un dénivelé en se déversant dans l'hélice. Il suit alors une trajectoire plongeante vers l'hélice, ce qui est favorable à son mélange avec le débit principal d'air qui, lui, arrive dans une direction purement axiale.
Cette configuration a, en revanche, pour inconvénient une trop grande extension axiale pour le ventilateur, les parois latérales du socle s'étendant vers l'amont à partir de ce plan frontal, qui est donc situé à une position axialement plus amont que le plan amont de l'hélice. Pour des raisons d'encombrement global du ventilateur et compte tenu des contraintes sévères imposées aux équipements de face avant de véhicule d'automobile sur ce point, il importe d'optimiser l'encombrement axial du ventilateur, sans cependant en dégrader les performances aérodynamiques.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un ventilateur amélioré, à encombrement axial minimum.
A cet effet, l'invention a pour objet un ventilateur pour véhicule automobile selon la revendication 1 comprenant une hélice formée de plusieurs pales et un socle support de l'hélice, ladite hélice étant entraînée en rotation autour d'un axe de rotation, ledit socle comportant une paroi frontale amont faisant face au flux d'air de ventilation et s'étendant extérieurement selon un plan radial en référence audit axe, et une paroi externe s'étendant axialement à partir de ladite paroi frontale.
Selon l'invention, ladite paroi frontale présente une excroissance bordant l'hélice, ladite excroissance s'étendant axialement vers l'amont par rapport au plan de ladite paroi frontale, et dont l'extrémité amont est située plus en amont que l'extrémité amont des pales de ladite hélice, les pales sont raccordées extérieurement sur une virole, ladite paroi frontale est positionnée axialement dans le même plan que ladite extrémité amont des pales et/ ou de la virole, et ladite excroissance a la forme d'une nervure de révolution entièrement située radialement à l'extérieur de l'extrémité extérieure des pales ou de la virole et se rattachant à la paroi axiale de ladite cavité cylindrique.
La présence de cette excroissance au niveau interne de la paroi frontale permet, tout en limitant les pertes aérodynamiques, de reculer vers l'aval la partie extérieure de la paroi et ainsi de reculer sa paroi externe qui participe directement à la définition de l'encombrement axial du ventilateur.
Selon différents modes de réalisation qui pourront être pris ensemble ou séparément :

ladite excroissance est circulaire, entourant l'hélice,
ladite paroi frontale est positionnée axialement en aval de ladite extrémité amont des pales et/ou de la virole,
l'hélice est positionnée à l'intérieur d'une cavité cylindrique creuse, de même axe, formée par une paroi axiale rattachée au socle de sorte que ladite cavité cylindrique soit située face, notamment, à une extrémité extérieure des pales,
ladite nervure a, en coupe radiale, une forme dont la pente est continûment variable entre ladite paroi frontale amont et ladite paroi axiale,
ladite nervure se rattache à ladite paroi axiale selon une direction axiale ou est orientée selon un plan radial au niveau de sa jonction avec ladite paroi axiale,
ladite excroissance a la forme d'une nervure de révolution qui s'étend jusqu'à une extrémité radiale intérieure positionnée radialement à l'intérieur de l'extrémité extérieure des pales ou de la virole, de sorte à se rattacher, notamment, à la paroi axiale de la cavité cylindrique,
la nervure de révolution forme un conduit de guidage du flux circulant entre la virole et la paroi axiale,
ladite nervure de révolution a, en coupe radiale, une forme dont la pente est continûment variable entre la partie radiale de ladite paroi frontale amont et son extrémité radiale intérieure,
ladite nervure se rattache à ladite paroi axiale selon une direction axiale à partir de ladite extrémité radiale intérieure,
ladite nervure est orientée selon un plan radial au niveau de son extrémité radiale intérieure.

Comme indiqué plus haut, ladite paroi frontale est avantageusement positionnée axialement en aval de ladite extrémité amont des pales et/ou de la virole. Cette position très reculée de la paroi frontale permet de réduire l'encombrement axial du ventilateur. L'invention porte encore sur un module de refroidissement de véhicule automobile comprenant un ventilateur tel que décrit ci-dessus. Un module de refroidissement d'un bloc moteur de véhicule automobile est un ensemble comprenant notamment un ventilateur et un échangeur thermique tel qu'un radiateur de refroidissement.
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, de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés.
Sur ces dessins :

la figure 1 est une vue de face, depuis l'amont, d'un ventilateur pour véhicule automobile, selon l'art antérieur;
la figure 2 est une vue schématique en coupe radiale du ventilateur de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue schématique simplifiée de la figure 2 ;
la figure 4 est une vue en perspective d'un ventilateur pour véhicule automobile, selon un exemple non revendiqué
la figure 5 est une vue schématique simplifiée, en coupe radiale, du ventilateur de la figure 4 ;
la figure 6 est une vue schématique simplifiée, en coupe radiale, du ventilateur de la figure 4 ;
la figure 7 est une vue schématique simplifiée, en coupe radiale, du ventilateur de la figure 4, dans un mode de réalisation,
la figure 8 est une vue schématique simplifiée, en coupe radiale, du ventilateur de la figure 4, dans une variante du mode de réalisation, et
la figure 9 est une vue schématique simplifiée, en coupe radiale, du ventilateur de la figure 4, dans une variante supplémentaire du mode de réalisation.

En se référant à la figure 1, on voit, de face, un ventilateur 1 pour lequel une hélice est insérée dans une cavité cylindrique creuse placée au centre d'un socle 2 de forme parallélépipédique. Le socle présente une paroi frontale 22 sensiblement plane faisant face au flux d'air de ventilation et une paroi externe 23 qui entoure la paroi frontale 22 et qui forme un conduit pour l'acheminement de l'air dans le ventilateur 1. L'hélice du ventilateur comprend une série de pales 3 qui sont rattachées, à leur extrémité centrale à un moyeu 4 et, ici, à leur extrémité périphérique sur une virole circulaire 5. Le ventilateur 1 tourne autour d'un axe central 6 entraîné par un moyen d'actionnement, notamment un moteur électrique 7 (visible sur la figure 2).
On voit sur la figure 2 des aubes de stator 8 positionnées en aval des pales 3, qui ont pour objet de servir de support au moteur électrique 7 et de guide au flux d'air en sortie du ventilateur.
Comme sur tous les ventilateurs existe un courant de recirculation de l'air, qui va de l'aval du ventilateur vers l'amont en contournant les extrémités des pales 3, qu'il convient de minimiser. Pour cela il a déjà été proposé un anneau 9 en forme de quart de tore, visible sur la figure 2, qui est placé entre l'aval des pales 2 et l'amont des aubes de stator 8 et qui s'étend radialement, depuis la paroi extérieure vers l'intérieur du ventilateur. Ce quart de tore 9 a pour objet, en utilisant l'effet Coanda, de dévier préférentiellement le flux d'air en aval des pales 2 vers le stator 8 et ainsi éviter qu'il ne s'oriente à la périphérie, en direction des parois du socle 2 et qu'il n'alimente le circuit de recirculation. L'effet Coanda consiste en une attraction d'un jet de fluide par une paroi lorsqu'il circule à proximité de celle-ci. On l'utilise généralement pour produire une déviation de l'orientation du jet, en choisissant pour paroi une paroi courbe, ce qui est le cas ici avec la forme en quart de tore de l'anneau 9.
Pour réduire encore plus ce flux de recirculation, on a donné à la virole 5, en coupe radiale, une forme en L, dont la branche axiale forme le support des extrémités des pales 3 et dont la branche radiale vient recouvrir la partie cylindrique, radialement la plus interne 21, du support 2. Cette partie radiale interne 21 forme la cavité cylindrique dans lequel est positionnée l'hélice. Pour loger la branche radiale de la virole 5, le support 2 a en conséquence été modifié avec l'introduction d'un épaulement formé d'une découpe en L entre sa partie radiale interne 21 et sa paroi frontale 22. Cette découpe en L présente une première paroi radiale 26, qui est parallèle à la branche radiale de la virole 5, et une paroi axiale 25 qui fait face à cette extrémité de la branche radiale de la virole et qui est raccordée à la paroi frontale 22 du socle. Enfin, comme indiqué précédemment, à l'extrémité radiale externe de la paroi frontale 22 est attachée la paroi externe 23 qui s'étend axialement et qui forme un conduit pour l'acheminement de l'air dans le ventilateur. Axialement cette paroi externe 23 s'étend à partir de la paroi frontale 22, sur une longueur qui est déterminée par des considérations de tenue mécanique de l'ensemble et qui ne peut être réduite sans conséquence néfaste.
L'écart axial résultant, entre la face amont de la virole 5 et l'extrémité amont de la paroi externe 23, augmente l'encombrement axial global d du ventilateur, comme on le peut le voir sur la figure 3. C'est ce que l'invention se propose de corriger.
La figure 4 montre un ventilateur . La paroi frontale 22 du socle 2 n'est pas plane, comme c'est le cas dans l'art antérieur, mais elle présente, à son extrémité radiale interne, une excroissance en forme de lèvre 24, qui s'étend vers l'amont à partir de la paroi frontale 22 et qui vient se raccorder, selon une direction axiale, à la paroi axiale 25 de la découpe en L du support 2. De ce fait la paroi frontale 22 du support 2 est dans une position moins avancée vers l'amont par rapport à la face amont de la virole 5, que dans l'art antérieur. Et, en conséquence, la paroi externe 23, qui s'étend à partir de cette paroi frontale et qui pourra avoir la même extension axiale que dans l'art antérieur, est, elle aussi, moins avancée axialement par rapport à la face amont du moyeu 4 ou de la virole 5. L'encombrement axial d du ventilateur est ainsi réduit.
La figure 5 montre, de façon simplifiée, une première variante du ventilateur. Selon cette variante, la lèvre 24 s'infléchit, en allant de la périphérie vers l'intérieur, avec une forme dont la pente évolue continûment, sans cassure, avant de rejoindre la paroi axiale 25 selon une direction axiale en étant tangente à celle-ci.
Sur la figure 6, qui montre une seconde variante , la position axiale de la paroi frontale 22 est inchangée par rapport à la première variante, de façon à conserver le gain obtenu sur l'encombrement axial global d. Mais au contraire de la première variante, la lèvre 24 présente une rupture de sa pente avec un angle droit au niveau de son raccordement avec la paroi axiale 25 de la découpe en L. La pente de la lèvre évolue ainsi continûment jusqu'à atteindre une orientation radiale, précisément là où la lèvre se raccorde à la paroi axiale 25.
Dans la première variante, l'air qui longe la partie frontale subit un effet Coanda associé à la forme courbe de la lèvre 24 et se trouve dirigé plus axialement à son arrivée en extrémité des pales 3, ce qui facilite son mélange avec le flux d'air principal qui les traverse. La seconde variante favorise, quant à elle, le retour de l'air de circulation en extrémité des pales vers le flux principal, en injectant le flux circulant le long de la paroi frontale 22 dans une direction radiale, au-dessus du circuit de recirculation.
Les figures 7 et 8 montrent, quant à elles, deux variantes d'un mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode la lèvre 24 se prolonge, à sa partie la plus amont, vers l'intérieur du ventilateur, de sorte qu'elle déborde et recouvre l'extrémité radiale extérieure de la virole 5. La figure 7 représente la première variante avec, comme précédemment, un sommet arrondi qui s'infléchit, en venant vers l'intérieur, en direction de la direction axiale. Au delà de ce sommet la lèvre 24 se termine par un point de rebroussement, à partir duquel elle revient vers l'extérieur en se dirigeant vers l'aval, pour rejoindre la paroi axiale 25 de la découpe en L selon une orientation axiale. Cette forme arrondie permet de faire bénéficier le flux d'air qui circule le long de la paroi frontale 22 de l'effet Coanda et de le redresser dans une direction plus axiale.
La figure 8 représente la deuxième variante du mode, avec comme précédemment, une orientation radiale au sommet de la lèvre. De la même façon, celle-ci présente un point de rebroussement et revient vers l'extérieur en se dirigeant vers l'aval, pour rejoindre la paroi axiale 25 de la découpe en L selon une orientation axiale. Cette seconde variante favorise, elle aussi, le retour, vers le flux principal, de l'air de circulation en extrémité des pales, en injectant le flux qui circule le long de la paroi frontale 22 dans une direction radiale, au-dessus du circuit de recirculation.
Dans les figures 5 à 8 précédentes, la paroi frontale 22 est positionnée axialement dans le même plan que ladite extrémité amont des pales 3 et/ou de la virole 5.
Comme illustré à la figure 9, elle peut aussi être située en aval. Elle est ici illustrée avec une excroissance identique à celle de la figure 5 mais il pourrait bien sûr s'agir d'une excroissance de formes différentes telles que celles illustrées aux figures 6 à 8.
Le principe de l'invention consiste donc, par rapport à l'art antérieur, à réduire l'encombrement axial du ventilateur en décalant vers l'aval la paroi frontale 22, et plus particulièrement sa face amont, formant face avant du support parallélépipédique 2, tout en conservant la même longueur pour la paroi externe 23. Pour compenser ce décalage de la paroi frontale 22 et retrouver le fonctionnement aérodynamique amélioré qui est associé à une injection de l'air circulant sur la paroi frontale 22 au-dessus de la virole périphérique 5, une lèvre 24 est introduite à l'extrémité radiale intérieure de cette paroi frontale 22. Cette lèvre a la forme d'une nervure, par exemple circulaire arrondie, qui s'étend axialement vers l'amont au-dessus de la paroi frontale 22 et qui vient ici se raccorder selon une orientation axiale, à la paroi axiale 25 faisant face à la virole 5. Ainsi l'air circulant sur la paroi frontale 22 est remonté vers l'amont pour être injecté dans le flux d'air principal sans générer de tourbillon et donc en créant le moins de perturbations possibles dans ce flux principal.
Dans le mode de réalisation la lèvre 24 se prolonge au-dessus de l'extrémité radiale extérieure de la virole 5, formant ainsi un conduit de guidage du flux de recirculation qui circule entre la virole 5 et la paroi axiale 25 du support 2. Elle fait par ailleurs office de séparateur entre les flux de recirculation et le flux circulant sur la paroi frontale 22 avant son injection dans le flux principal qui traverse les pales 3.
Dans une variante, non représentée, du mode de réalisation, il est possible d'installer des guides en-dessous de la partie de la lèvre 24 qui s'étend entre le point de rebroussement et la paroi axiale 25, pour redresser le flux de recirculation et l'empêcher d'acquérir une vitesse tangentielle par un effet d'entraînement de la virole. Ces guides sont des plaques orientées essentiellement radialement, qui s'étendent à partir du cercle interne à la lèvre 24 et qui présentent, du côté opposé à ce cercle, une arête soit diagonale soit courbe en face de l'extrémité de la virole 5. En réduisant la composante tangentielle du flux de recirculation on arrive ainsi à mieux gérer son mélange avec le flux principal.

Claims

Ventilateur pour véhicule automobile comprenant une hélice formée de plusieurs pales (3) et un socle (2) support de l'hélice, ladite hélice étant entraînée en rotation autour d'un axe de rotation (6), ledit socle comportant une paroi frontale amont (22) faisant face au flux d'air de ventilation et s'étendant extérieurement selon un plan radial en référence audit axe, et une paroi externe (23) s'étendant axialement à partir de ladite paroi frontale, ladite paroi frontale (22) présentant une excroissance (24) bordant l'hélice, ladite excroissance s'étendant axialement vers l'amont par rapport au plan de ladite paroi frontale, et dont l'extrémité amont est située plus en amont que l'extrémité amont des pales (3) de ladite hélice, les pales (3) étant raccordées extérieurement sur une virole (5), et ladite excroissance ayant la forme d'une nervure de révolution (24) qui s'étend jusqu'à une extrémité radiale intérieure positionnée radialement à l'intérieur de l'extrémité extérieure des pales (3) ou de la virole (5), caractérisé en ce que ladite paroi frontale est positionnée axialement dans le même plan que ladite extrémité amont des pales et/ou de la virole.
Ventilateur selon la revendication 1 dans lequel ladite excroissance est circulaire, entourant l'hélice.
Ventilateur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel ladite paroi frontale (22) est positionnée axialement en aval de ladite extrémité amont des pales (3) et/ou de la virole (5).
Ventilateur selon la revendication 3 dans lequel l'hélice est positionnée à l'intérieur d'une cavité cylindrique creuse, de même axe, formée par une paroi axiale (25) rattachée au socle (2).
Ventilateur selon la revendication 4 dans lequel ladite excroissance a la forme d'une nervure de révolution (24) entièrement située radialement à l'extérieur d'une extrémité extérieure des pales (3) ou de la virole (5) et se rattachant à la paroi axiale (25) de ladite cavité cylindrique.
Ventilateur selon la revendication 5 dans lequel ladite nervure (24) a, en coupe radiale, une forme dont la pente est continûment variable entre ladite paroi frontale amont (22) et ladite paroi axiale (25).
Ventilateur selon la revendication 5 ou 6 dans lequel ladite nervure (24) se rattache à ladite paroi axiale selon une direction axiale ou est orientée selon un plan radial au niveau de sa jonction avec ladite paroi axiale.
Ventilateur selon la revendication 4 dans lequel la nervure de révolution (24) forme un conduit de guidage du flux circulant entre la virole (5) et la paroi axiale (25).
Ventilateur selon la revendication 4 à 8 dans lequel ladite nervure de révolution (24) a, en coupe radiale, une forme dont la pente est continûment variable entre la partie radiale de ladite paroi frontale amont (22) et son extrémité radiale intérieure,
Ventilateur selon l'une quelconque des revendications 1, 8 ou 9 dans lequel ladite nervure se rattache à ladite paroi axiale (25) selon une direction axiale.
Ventilateur selon l'une quelconque des revendications 1, 8 ou 9 dans lequel ladite nervure est orientée selon un plan radial au niveau de son extrémité radiale intérieure.
Module de refroidissement de véhicule automobile comprenant un ventilateur selon l'une des revendications précédentes.