FR2940197A1

FR2940197A1 - Procede et systeme de refroidissement d'un moteur de vehicule

Info

Publication number: FR2940197A1
Application number: FR0858791A
Authority: FR
Inventors: Patrick Gillieron; Marion D'hondt
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2010-06-25
Anticipated expiration: 2028-12-18
Also published as: FR2940197B1

Abstract

Procédé de refroidissement d'un moteur (3) de véhicule automobile, utilisant un radiateur (2) logé dans un compartiment du véhicule logeant le moteur, dans lequel on fait traverser le compartiment moteur (1) par de l'air. On contrôle activement la direction d'écoulement du flux d'air (10, 15) dans le compartiment moteur et/ou au voisinage de la sortie d'air du compartiment moteur, afin d'augmenter la quantité d'air tarversant des surfaces d'échange du radiateur (2).

Description

DEMANDE DE BREVET B08-1881FR - EGA/EVH PJ 9059/DC

Société par Actions Simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Procédé et système de refroidissement d'un moteur de véhicule Invention de : GILLIERON Patrick D'HONDT Marion Procédé et système de refroidissement d'un moteur de véhicule

L'invention concerne le domaine des procédés et des systèmes de refroidissement de moteurs de véhicules automobiles, et en particulier les systèmes comprenant un radiateur. L'évolution de la conception des véhicules automobiles présente deux tendances principales. D'une part, le compartiment moteur est de plus en plus encombré, car la conception esthétique de la carrosserie impose de réduire les dimensions du compartiment moteur, alors que la taille du moteur lui-même augmente. D'autre part, les moteurs sont de plus en plus puissants. Ces deux tendances ont comme conséquence une augmentation de la température dans le compartiment moteur. Pour ne pas altérer le fonctionnement des pièces mécaniques, ni renchérir le coût des composants, le refroidissement du moteur doit être plus efficace. Pour ne pas encombrer encore plus le compartiment moteur, ni alourdir le véhicule, il est souhaitable de ne pas augmenter la taille du radiateur. De plus, la conception esthétique de la carrosserie impose de ne pas augmenter la dimension des entrées d'air.

La demande de brevet KR 2005/0 000 072 décrit un dispositif de contrôle d'écoulement de l'air vers le compartiment moteur d'un autobus. Des volets s'ouvrent plus ou moins pour réduire la quantité d'air pénétrant dans le compartiment moteur afin de réduire le temps d'échauffement du moteur. L'inconvénient de cette technique est qu'elle ne permet pas d'augmenter le refroidissement au-delà de la position ouverte des volets d'entrée. Or, une quantité importante d'air traversant le compartiment moteur est sans action sur le radiateur et contribue peu au refroidissement du moteur. L'invention propose donc un procédé et un système de refroidissement de véhicule automobile qui remédient aux inconvénients précédents et en particulier, qui améliorent le refroidissement du moteur sans augmenter les dimensions du radiateur ni des entrées d'air.

Selon un mode de réalisation le procédé de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, utilise un radiateur logé dans un compartiment du véhicule logeant le moteur. Selon le procédé, on fait traverser le compartiment moteur par de l'air. On contrôle activement la direction d'écoulement du flux d'air dans le compartiment moteur et/ou au voisinage de la sortie d'air du compartiment moteur, afin d'augmenter la quantité d'air traversant les surfaces d'échange du radiateur. Par opposition à un contrôle passif qui agit de manière constante, on entend par contrôle actif d'une direction d'écoulement, une action de modification de cette direction susceptible de varier, en particulier en fonction des besoins. La modification de direction d'écoulement peut concerner certaines zones d'action du compartiment moteur et/ou du voisinage de la sortie d'air.

Le fait que le contrôle soit actif, permet d'agir en tenant compte de divers paramètres tels que la vitesse du véhicule et/ou des gradients de température dans le compartiment moteur. Selon une variante, on réduit l'angle de diffusion de l'écoulement de l'air entrant dans le compartiment moteur. Cela permet de plus concentrer l'air entrant vers le radiateur. Selon une autre variante, on redresse, vers une direction horizontale, les directions d'écoulement des flux d'air au voisinage du radiateur. Le radiateur peut comprendre des tuyaux de fluide de refroidissement équipés d'ailettes d'échange thermique s'étendant radialement des tuyaux. L'échange thermique est d'autant plus efficace que le flux d'air provenant de l'extérieur s'écoule de manière tangente aux ailettes d'échange thermique. Le redressement horizontal des directions des flux d'air atteignant le radiateur permet d'augmenter l'efficacité du refroidissement.

Selon une autre variante, on contrôle activement la direction de sortie de l'air du compartiment moteur de manière à réduire les décollements et pertes d'énergie volumique dans la zone de sortie d'air. Le fait de réduire les décollements et pertes d'énergie volumique provoqués par l'air sortant du compartiment moteur réduit fortement la traînée aérodynamique du véhicule. Cela peut, dans certains cas, favoriser l'évacuation de l'air du compartiment moteur et augmenter le refroidissement résultant. Le flux d'air dont la direction d'écoulement est contrôlée activement est un flux d'air principal. Avantageusement, on agit sur ladite direction en soufflant et/ou en aspirant un flux d'air correctif et en faisant interagir le flux correctif avec le flux principal d'air. Un flux d'air correctif peut supprimer des tourbillons parasites déviant le flux d'air principal. Un flux d'air correctif, de débit réduit, peut suffire à modifier fortement les directions d'écoulement du flux principal d'air. Ce type de contrôle actif est particulièrement avantageux. En effet, la masse embarquée nécessaire au fonctionnement des moyens actifs peut être réduite. Par exemple, il peut être moins lourd d'éviter une diffusion parasite du flux d'air entrant que de canaliser de manière passive la totalité de l'air entrant jusqu'au radiateur en utilisant des MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) plutôt que de la matière pour canaliser l'écoulement. Avantageusement, on fait varier le flux d'air correctif en intensité et/ou en direction et/ou en fréquence, de préférence en fonction de la vitesse du véhicule. Lorsqu'il s'agit d'agir sur des phénomènes de tourbillons périodiques, le fait d'agir à une fréquence de résonance du système peut permettre d'augmenter l'efficacité avec laquelle un flux d'air correctif modeste peut modifier la direction d'écoulement du flux principal.

Selon un autre aspect, l'invention porte également sur un système de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, comprenant un radiateur et un compartiment moteur contenant le radiateur. Le compartiment moteur présente au moins une entrée d'air et au moins une sortie d'air de manière que de l'air extérieur puisse traverser les surfaces d'échange du radiateur. Le système comprend au moins un moyen de contrôle actif de la direction d'écoulement d'un flux d'air principal dans une zone d'action. La zone d'action correspondant audit moyen de contrôle est située dans le compartiment moteur et/ou au voisinage de la sortie d'air.

Le moyen de contrôle comprend, au moins lorsque la zone d'action est située dans le compartiment moteur, un générateur de flux correctif d'air apte à interagir avec le flux d'air principal. Dans une variante, un desdits au moins un moyen de contrôle actif comprend un réservoir auxiliaire, un moyen de maintien de la pression ou de la dépression de l'air dans le réservoir proche d'une valeur de consigne de pression, le réservoir étant relié à un ou des orifices de distribution par une conduite équipée d'une vanne pilotée. Avantageusement, au moins une partie desdits un ou des orifices de distribution est située au voisinage d'une entrée d'air extérieur dans le compartiment moteur. Cela permet de réduire l'angle de diffusion de l'air entrant et de mieux le diriger vers le radiateur. En particulier, l'air peut traverser le radiateur horizontalement. Dans une autre variante, le moyen de contrôle actif peut comprendre des systèmes de type MEMS basés sur des technologies piézoélectriques, électromagnétiques, électrostatiques ou de plasma froid qui permettent de générer du soufflage et/ou de l'aspiration alternée et dont la fréquence d'action peut être pilotée en fonction de paramètres relevés sur le véhicule tels que sa vitesse de déplacement.

Dans l'une ou l'autre des variantes, un desdits au moins un moyen de contrôle actif peut comprendre une ou des ailettes de sortie disposées au voisinage d'une des au moins une sortie du compartiment moteur. De telles ailettes permettent d'orienter l'air sortant du compartiment moteur et de le maintenir le plus proche de la paroi pour réduire les décollements. Avantageusement, un desdits au moins un moyen de contrôle actif comprend des moyens pilotés temporellement de compression et/ou de déplacement d'air aptes à expulser de l'air du générateur de manière que la génération d'air correctif présente une ou des périodes de soufflage. Avantageusement, un desdits au moins un moyen de contrôle actif comprend des moyens pilotés temporellement de dépression et/ou de déplacement d'air aptes à aspirer de l'air dans le générateur de manière que la génération d'air correctif présente une ou des périodes d'aspiration. Avantageusement, un desdits au moins un moyen de contrôle actif comprend les moyens de pilotage apte à faire varier le débit d'air correctif généré au dessus d'un seuil de variation de débit de manière que la génération d'air additionnel présente une ou des phases pulsées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 illustre les écoulements d'air dans un compartiment moteur de l'art antérieur ; et - la figure 2 illustre un mode de réalisation du procédé et du système de refroidissement.

Comme illustré sur la figure 1, le véhicule présente un compartiment moteur 1 dans lequel sont logés notamment un radiateur 2 et un moteur 3. Le compartiment moteur 1 comprend également de nombreux autres organes non représentés sur les figures 1 et 2, et en particulier un circuit de refroidissement et une pompe permettant de faire circuler un fluide caloporteur à travers le radiateur 2 et à travers un bâti du moteur 3. Le compartiment moteur 1 présente une ouverture d'entrée 4 et deux ouvertures de sortie 5 et 6. L'ouverture d'entrée 4 est située à l'avant du véhicule. Les ouvertures de sortie 5 et 6 sont situées dans une zone de plancher 14 du compartiment moteur. Lorsque le véhicule avance vers la gauche de la figure, l'air poussé par le véhicule présente une zone de compression 7 qui contribue à dévier des faisceaux d'air extérieurs supérieur 8 et inférieur 9 qui contournent la caisse du véhicule respectivement au dessus et au dessous du véhicule.

La partie de la zone de compression d'air 7 se trouvant en face de l'ouverture d'entrée 4 engendre un flux d'air entrant 10 pénétrant à l'intérieur du compartiment moteur 1. Le flux d'air entrant 10 n'étant plus guidé par d'autres flux d'air adjacents présentant eux aussi la même surpression, le flux d'air entrant se propage en s'évasant à l'intérieur du compartiment moteur 1. Autrement dit, le flux d'air entrant 10 présente un angle de diffusion naturel a. De plus, des tourbillons latéraux 11 se forment sur les côtés de l'ouverture d'entrée 4.

Le radiateur 2 est situé le plus proche possible axialement et le plus en face possible latéralement de l'ouverture d'entrée 4. Le flux d'air entrant 10 se partage en une partie 12 d'air traversant le radiateur 2 et une partie 13 d'air contournant le radiateur 2. En raison de l'angle de diffusion a du flux d'air entrant 10 et des tourbillons latéraux 11, la partie traversant d'air 12 est réduite par rapport au flux d'air entrant 10. On va maintenant décrire l'écoulement de l'air au voisinage des sorties 5 et 6 du compartiment moteur 1. Dans l'exemple illustré, les sorties 5 et 6 sont de simples trous traversant le plancher 14 du compartiment moteur 1. Un flux d'air 15 traversant la première sortie 5 s'échappe naturellement de manière transversale à la surface de sortie 5. Le flux d'air extérieur inférieur 9 contourne la caisse 16 et s'écoule tangentiellement à la caisse 16 jusqu'à rencontrer le flux sortant 15. La rencontre du flux extérieur 9 et du flux sortant 15 provoque une déviation du flux extérieur 9 et une zone de surpression locale 17. De plus, des tourbillons 18 se forment d'un côté aval de l'ouverture de sortie 5. La présence du tourbillon 18 contribue à augmenter la déviation du flux d'air extérieur 9 et la surpression locale 17.

Comme illustré sur la figure 2, le véhicule est équipé de moyens de contrôle actif 21 comprenant par exemple des buses de distribution d'air reliées à un réservoir auxiliaire en surpression, ou des systèmes électromagnétiques de type MEMS, non représenté sur la figure. Les buses de distribution présentent des orifices de distribution disposés latéralement, de sorte qu'un flux d'air correctif 23, 24 est soufflé dans une direction privilégiée. Les moyens de contrôle actif 21 présentent un flux d'air correctif 23 s'écoulant horizontalement vers l'arrière du véhicule selon la direction X. Les moyens de contrôle actif 22 présentent un flux d'air correctif 24 s'écoulant verticalement vers le haut, dans la direction Y. L'ouverture d'entrée 4 est équipée de moyens de contrôle actif 21 s'étendant horizontalement le long du rebord supérieur et/ou du rebord inférieur de l'ouverture d'entrée 4. Le flux d'air correctif 23 correspondant contribue à supprimer ou à réduire l'influence de tourbillons latéraux 11 sur l'écoulement du flux d'air entrant 10. Ainsi, l'angle de diffusion a du flux d'air entrant est réduit, et la partie d'air 12 traversant le radiateur 2 est augmentée.

La première sortie 5 et la deuxième sortie 6 sont toutes les deux équipées sur leur rebord avant, d'un moyen de contrôle actif 21 présentant un flux d'air correctif 23 horizontal, et d'un moyen de contrôle actif 22 disposé sur un rebord arrière de l'ouverture correspondante. Les moyens de contrôle actifs au voisinage des sorties 5 et 6 sont de préférence situées en dessous du plancher du véhicule. Le flux d'air correctif 23 horizontal contribue à réduire l'angle avec lequel se rencontrent le flux d'air sortant 15 et le flux d'air extérieur 9. De plus, le flux d'air correctif 24 vertical contribue à réduire le tourbillon 18. Ainsi, le flux d'air extérieur 9 est moins dévié par le flux d'air sortant 15 et la surpression locale 17 est réduite. Cela peut favoriser l'évacuation de l'air du compartiment moteur 1 et faciliter l'entrée du flux d'air entrant 10. Dans ce cas, l'amélioration de l'évacuation du flux d'air sortant 15 améliore le refroidissement du radiateur 2.

Les moyens de contrôle actif 21 et 22 peuvent présenter des directions de flux d'air correctif différentes et adaptées au lieu d'implantation dans le compartiment moteur 1. D'autres variantes de moyens de contrôle actif peuvent également être utilisées en provoquant un flux d'air correctif aspiré ou bien un flux d'air correctif alternatif composé successivement d'aspiration et de soufflage. I1 est également possible d'obtenir des flux d'air correctif pulsés. Les débits d'air correctif peuvent être générés à fréquence très élevée par des mécanismes piézoélectriques ou des actionneurs MEMS (Micro Electro Mechanical Systems).

Le lieu d'implantation, la direction du flux d'air correctif, sa fonction caractéristique temporelle (aspiration, soufflage, alternatif, pulsé) ainsi que le niveau d'énergie et de fréquence sont très liés à la topologie locale de l'écoulement dans le compartiment moteur du véhicule. Ces paramètres dépendent de chaque application. Dans tous les cas, le fait d'agir de manière active, et en particulier de manière adaptée à la dynamique de l'écoulement, peut permettre de modifier la topologie de l'écoulement du flux dans le compartiment moteur et d'y améliorer l'efficacité du refroidissement du moteur 3.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de refroidissement d'un moteur (3) de véhicule automobile, utilisant un radiateur (2) logé dans un compartiment (1) du véhicule logeant le moteur (3), dans lequel on fait traverser le compartiment moteur par de l'air, caractérisé par le fait qu'on contrôle activement la direction d'écoulement du flux d'air (10, 15) dans le compartiment moteur (1) et/ou au voisinage de la sortie d'air (5, 6) du compartiment moteur (1), afin d'augmenter la quantité d'air traversant les surfaces d'échange du radiateur (2).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on réduit l'angle de diffusion (a) de l'écoulement de l'air entrant (10) dans le compartiment moteur (1).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on redresse, vers une direction horizontale, les directions d'écoulement des flux d'air au voisinage du radiateur (2).
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on contrôle activement la direction de sortie de l'air du compartiment moteur de manière à réduire les turbulences (18) dans la zone de sortie d'air (5).
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le flux d'air dont la direction d'écoulement est contrôlée activement est un flux d'air principal (10, 15), on agit sur ladite direction en soufflant et/ou en aspirant un flux d'air correctif (23, 24) et en faisant interagir le flux correctif (23, 24) avec le flux principal d'air (10, 15).
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel on fait varier le flux d'air correctif (23, 24) en intensité et/ou en direction et/ou en fréquence, de préférence en fonction de la vitesse du véhicule.
7. Système de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, comprenant un radiateur (2) et un compartiment moteur (1) contenant le radiateur (2), le compartiment moteur (1) présentant au moins une entrée d'air (4) et au moins une sortie d'air (5, 6) de manière que de l'air extérieur puisse traverser les surfaces d'échangedu radiateur (2), caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un moyen de contrôle actif (21, 22) de la direction d'écoulement d'un flux d'air principal (10, 15) dans une zone d'action, la zone d'action correspondant audit moyen de contrôle (21, 22) étant située dans le compartiment moteur (1) et/ou au voisinage de la sortie d'air, ledit moyen de contrôle (21) comprenant, au moins lorsque la zone d'action est située dans le compartiment moteur (1), un générateur de flux correctif d'air (23) apte à interagir avec le flux d'air principal (10).
8. Système selon la revendication 7, dans lequel un desdits au moins un moyen de contrôle actif (21, 22) comprend un réservoir auxiliaire, un moyen de maintien de la pression ou de la dépression de l'air dans le réservoir proche d'une valeur de consigne de pression, le réservoir étant relié à un ou des orifices de distribution par une conduite équipée d'une vanne pilotée.
9. Système selon la revendication 8, dans lequel au moins une partie desdits un ou des orifices de distribution est située au voisinage d'une entrée d'air extérieur (4) dans le compartiment moteur (1).
10. Système selon l'une des revendications 7 à 9, dans lequel un desdits au moins un moyen de contrôle actif comprend une ou des ailettes de sortie disposées au voisinage d'une desdites au moins une sortie (5, 6) du compartiment moteur (1).
11. Système selon l'une des revendications 7 à 10, dans lequel un desdits au moins un moyen de contrôle actif comprend des moyens pilotés temporellement de compression et/ou de déplacement d'air aptes à expulser de l'air du générateur de manière que la génération d'air correctif (23, 24) présente une ou des périodes de soufflage.
12. Système selon l'une des revendications 7 à 11, dans lequel un desdits au moins un moyen de contrôle actif comprend des moyens pilotés temporellement de dépression et/ou de déplacement d'air aptes à aspirer de l'air dans le générateur de manière que la génération d'air correctif présente une ou des périodes d'aspiration.
13. Système selon l'une des revendications 7 à 12, dans lequel un desdits au moins un moyen de contrôle actif comprend les moyens de pilotage apte à faire varier le débit d'air correctif (23, 24) généréau dessus d'un seuil de variation de débit de manière que la génération d'air additionnel présente une ou des phases pulsées.