FR3054173B1 - Systeme d'alimentation en air de refroidissement pour une machine electrique de vehicule automobile - Google Patents

Abstract

Système d'alimentation en air de refroidissement pour une machine électrique (10) fixée sur un moteur thermique disposé transversalement dans un compartiment avant d'un véhicule automobile, ce véhicule comprenant une façade avant supportant des échangeur thermiques (26), et un volume avant devant cette façade recevant l'air frais, fermé sur les côtés des échangeurs thermiques par des cloisons anti-recyclage d'air, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit de circulation d'air frais (50) comprenant une entrée (52) prévue pour prélever l'air dans le volume avant, et une sortie dans la direction transversale du véhicule, comprenant un contour de sortie (56) adapté pour s'ajuster sur une face avant de la machine électrique (10) disposant d'entrées d'air.

Description

SYSTEME D’ALIMENTATION EN AIR DE REFROIDISSEMENT POUR UNE MACHINE ÉLECTRIQUE DE VEHICULE AUTOMOBILE

La présente invention concerne un système d’alimentation en air de refroidissement pour une machine électrique d’un véhicule automobile, ainsi qu’un véhicule automobile équipé d’un tel système d’alimentation en air.

Les véhicules automobiles équipés d’un compartiment moteur à l’avant, comportent généralement une façade en avant de ce compartiment supportant différents échangeurs thermiques qui peuvent servir à refroidir le moteur thermique, l’air d’admission de ce moteur, ou d’autres fluides comme l’huile du moteur ou le fluide d’une climatisation.

La face avant du véhicule comporte des entrées d’air, notamment au-dessus et en dessous du bouclier de protection, pour permettre l’entrée d’un flux d’air qui alimente le volume avant qui est devant la façade avant, et traverse les différents échangeurs thermiques pour finir dans le compartiment moteur. Certains échangeurs thermiques, notamment pour le refroidissement du moteur thermique, comportent des ventilateurs d’activation du flux au travers de ces échangeurs.

En complément un type de volume avant du véhicule, présenté notamment par le document FR-A1-2978383, comporte de chaque côté de l’ensemble des radiateurs de la façade avant des cloisons anti-recyclage d’air disposé transversalement, qui ferment les deux côtés de ce volume avant.

Lors du fonctionnement des ventilateurs des échangeurs thermiques, notamment avec le véhicule à l’arrêt ou roulant aux basses vitesses, on a alors une dépression générée devant ces échangeurs dans le volume avant, et une surpression dans le compartiment moteur. Les cloisons anti-recyclage évitent un passage de l’air chaud en surpression du compartiment moteur, directement vers le volume avant, qui repasserait alors dans les échangeurs en limitant leur refroidissement.

De plus en roulant à des vitesses assez élevées, les cloisons antirecyclage fermant les côtés du volume avant, obligent la totalité du flux d’air entrant par la face avant du véhicule à traverser les différents échangeurs thermiques.

Par ailleurs les moteurs thermiques supportent généralement un alternateur disposé sur le côté de ce moteur, présentant un axe parallèle au vilebrequin du moteur, qui est le plus souvent disposé transversalement dans le véhicule.

Afin d’améliorer le fonctionnement du moteur thermique et de réduire la consommation de carburant, les constructeurs automobiles développent pour remplacer l’alternateur des machines électriques de plus forte puissance, pouvant atteindre notamment 10 kW, qui peuvent fonctionner en moteur afin de permettre des roulages en mode hybride.

Ces machines électriques de forte puissance permettent notamment de récupérer une énergie cinétique du véhicule lors des freinages en rechargeant des accumulateurs électriques, cette énergie étant ensuite restituée lors du fonctionnement en moteur, notamment pour démarrer le moteur thermique ou pour délivrer un complément de couple sur les roues motrices.

Certaines machines électriques disposent d’un refroidissement par air, avec une petite turbine de ventilation liée au rotor délivrant un flux d’air axial pulsé entrant par la face avant comprenant la poulie d’entraînement de cette machine, et traversant le carter de la machine pour sortir vers l’arrière en refroidissant l’intérieur, notamment le rotor.

Toutefois pour les machines électriques présentant des fortes puissances on a un problème pour obtenir une alimentation suffisante en air frais de refroidissement de ces machines. En particulier l’air prélevé dans le compartiment moteur peut présenter une température assez élevée. De plus lors du roulage du véhicule rien ne favorise un écoulement de l’air vers la machine électrique, en particulier pour un positionnement transversal.

On notera que ce type de machine électrique comporte généralement une protection thermique qui diminue les performances, ou coupe le fonctionnement en génératrice ou en moteur, à partir d’une certaine température interne afin d’éviter une défaillance. Cette température se situe en particulier vers 110 ou 120°C.

Il est aussi connu de réaliser des machines électriques comportant un circuit de refroidissement par eau, qui permet de développer une puissance importante par rapport au volume et à la masse de cette machine. Cependant le circuit de refroidissement par eau augmente sensiblement les coûts de l’installation.

La présente invention a notamment pour but de résoudre ces problèmes de l’art antérieur.

Elle propose à cet effet un système d'alimentation en air de refroidissement pour une machine électrique fixée sur un moteur thermique disposé transversalement dans un compartiment avant d’un véhicule automobile, ce véhicule comprenant une façade avant supportant des échangeur thermiques, et un volume avant devant cette façade recevant l’air frais, fermé sur les côtés des échangeurs thermiques par des cloisons antirecyclage d’air, ce système étant remarquable en ce qu’il comporte un conduit de circulation d’air frais comprenant une entrée prévue pour prélever l’air dans le volume avant, et une sortie dans la direction transversale du véhicule, comprenant un contour de sortie adapté pour s’ajuster sur une face avant de la machine électrique disposant d’entrées d’air.

Un avantage de ce système d’alimentation est que de manière simple et économique, le conduit d’air distribue au plus près des entrées d’air de la machine électrique grâce au contour s’ajustant sur sa face avant, de l’air toujours frais prélevé dans le volume avant, venant directement des ouvertures de la face avant du véhicule. On limite une distribution d’air chaud vers cette machine produit en sortie des échangeurs thermiques, et produit par la chaleur dégagée directement par le moteur thermique dans le compartiment avant.

De plus pendant le roulage du véhicule on obtient une légère surpression dans le volume avant due à la vitesse du véhicule, qui est favorable pour puiser l’air au travers du conduit de circulation vers la machine électrique. On peut ainsi lors des roulages facilement augmenter la puissance moyenne utilisable en génératrice ou en motorisation par cette machine électrique.

Le système d’alimentation en air selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.

En particulier, le contour de sortie du conduit de circulation peut être sensiblement circulaire.

Avantageusement, le conduit de circulation présente une forme allongée entre l’entrée et le contour de sortie, comprenant successivement une réduction de la section de passage, puis une augmentation qui se termine par ce contour de sortie.

Dans ce cas, le contour de sortie peut être prévu pour être disposé à une hauteur supérieure par rapport à l’entrée.

Avantageusement, le conduit de circulation est réalisé par le moulage d’une matière plastique.

Selon un mode de réalisation, le conduit de circulation peut être formé au moins en partie par un montant métallique du véhicule.

En complément, le système d’alimentation peut comporter un clapet à fermeture automatique fermant le passage d’air frais. L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile comportant une machine électrique équipée d’un système d’alimentation comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.

Selon un mode de réalisation, l'entrée du système de refroidissement est disposée sur une cloison anti-recyclage d'air montée sur un côté du volume avant.

Selon un autre mode de réalisation, l’entrée du système de refroidissement est disposée dans une canalisation d’entrée conduisant l’air frais vers un échangeur thermique, en formant une dérivation de cette canalisation. L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 présente un moteur thermique d’un véhicule automobile comportant une machine électrique recevant un système d’alimentation en air selon l’invention ; - la figure 2 est une vue de côté de cette machine électrique ; - la figure 3 est une vue de côté du volume avant d’un véhicule équipé de ce moteur thermique, comportant une canalisation d’entrée vers un échangeur thermique d’air d’alimentation du moteur ; - la figure 4 est une vue de détail du côté intérieur de cette canalisation d’entrée ; - les figures 5 et 6 sont des vues de l’échangeur thermique d’air d’alimentation sans sa canalisation d’entrée, présenté respectivement du côté extérieur et de face ; - la figure 7 présente pour ce véhicule en vue de côté et de face le conduit de circulation du système d’alimentation selon l’invention ; - la figure 8 présente une façade avant d’un véhicule suivant une variante ; - la figure 9 présente la machine électrique de ce véhicule ; - la figure 10 présente une tôle d’appui façade de ce véhicule ; - les figures 11 et 12 présentent respectivement la façade avant de ce véhicule équipé d’une cloison anti-recyclage, et cette cloison anti-recyclage seule ; et - la figure 13 présente la tôle d’appui façade comportant un conduit de circulation du système d’alimentation selon l’invention.

La figure 1 présente un moteur thermique 2 disposé transversalement dans le compartiment avant d’un véhicule automobile, l’avant de ce véhicule étant indiqué par la flèche notée «AV ». Les côtés droit et gauche sont définis par rapport au véhicule, en regardant vers l’avant. Le côté extérieur est défini transversalement, par rapport à l’axe longitudinal du véhicule.

Une poulie 4 fixée à l’extrémité du vilebrequin du moteur thermique 2, entraîne par une courroie 6 la poulie 16 d’un compresseur de climatisation 8, puis une machine électrique 10 comportant autour de sa poulie un système de tension de la courroie 12 comprenant deux petites poulies maintenues resserrées en permanence l’une vers l’autre par un ressort formant une boucle.

La figure 2 présente la machine électrique 10 avec une face avant comportant la sortie d’arbre 14, comprenant des entrées d’air frais de refroidissement qui traverse l’intérieur du carter, puis ressort vers l’arrière par des perçages latéraux 28.

La figure 3 présente l’avant du véhicule vu du côté droit, sans la carrosserie, comprenant une façade avant 20 formant la limite arrière d’un volume avant 34 recevant l’air frais d’ouvertures de la face avant du véhicule, supportant un échangeur thermique 22 de grande dimension prévu pour le refroidissement du moteur thermique 2.

Un longeron 40 passant sur le côté droit du moteur thermique 2, au-dessus de l’axe de la poulie du vilebrequin 4, se termine par un montant sensiblement vertical 42 maintenant la façade avant 20.

Un échangeur thermique 26 d’air d’alimentation du moteur thermique 2 est disposé au niveau de la façade avant 20, à l’extérieur du longeron 40. Une canalisation d’entrée 24 formant une écope comporte une ouverture avant qui s’adapte sur des ouvertures de la face avant du véhicule afin de récupérer de l’air frais, et un contour arrière 30 qui est ajusté sur le contour de l’échangeur thermique d’air d’alimentation 26 afin de canaliser entièrement l’air récupéré vers cet échangeur.

Les figures 4 et 5 présentent une section rectangulaire 32 allongée verticalement, disposée en bas sur le côté intérieur du contour arrière 30 de la canalisation d’entrée 24, juste en dessous du longeron 40, et juste en arrière du montant de maintien de façade 42.

Les figures 6 et 7 présentent un conduit de circulation d’air frais 50 comportant vers l’extérieur du véhicule une entrée d’air 52 ajustée sur la section rectangulaire 32 de passage en dessous du longeron 40, correspondant à une découpe du contour arrière 30 de la canalisation d’entrée 24.

Le conduit de circulation 50 présente ensuite une partie sensiblement horizontale 54 disposée transversalement, qui passe juste en dessous du longeron 40, et juste en arrière du montant de maintien de façade 42. On a enfin une partie verticale se terminant par un contour circulaire 56 ouvert, tourné transversalement vers l’intérieur du véhicule, qui s’ajuste de manière précise sur la face avant de la machine électrique 10.

On obtient de cette manière de l’air frais venant de l’extérieur en avant du véhicule, prélevé au fond de la canalisation d’entrée 24, juste avant l’échangeur thermique 26, qui ne peut pas provenir du compartiment moteur grâce à cette canalisation d’entrée formant une protection anti-recyclage de l’air de ce compartiment.

Une grande partie de l’air extérieur arrivant avec une légère pression dans la canalisation d’entrée 24 due à la vitesse du véhicule, traverse l’échangeur thermique 26 pour le refroidir, une petite partie de cet air étant prélevée par le conduit de circulation 50 pour arriver avec la légère pression sur la face avant de la machine électrique 10.

On obtient ainsi un refroidissement optimal de la machine électrique 10, avec un air présentant une pression et une température bien adaptées pour obtenir un fonctionnement optimal de cette machine.

Avantageusement le conduit de circulation est formé par un moulage en matière plastique, qui permet d’obtenir de manière économique des formes complexes, et une masse réduite. On peut en particulier prévoir une forme intérieure comportant des variations de section donnant une accélération de la vitesse du flux d’air.

En option on peut disposer un clapet automatique à commande électrique dans la canalisation d’entrée d’air 24, à l’entrée 52 du conduit de circulation 50 afin de fermer ce conduit quand la température de la machine électrique 10 n’est pas trop élevée. De cette manière on envoie la totalité du débit d’air sur l’échangeur thermique 26, ce qui favorise son refroidissement.

La figure 8 présente en variante un véhicule comportant une façade avant recevant sur le côté droit l’échangeur thermique d’air d’alimentation 26, son côté extérieur étant aligné sur le longeron droit 40 qui se termine par une face transversale avant 62. L’échangeur thermique d’air d’alimentation 26 reçoit en direct l’air frais venant dans le compartiment avant, sans canalisation d’air spécifique, en même temps que l’échangeur de refroidissement du moteur thermique.

Les figures 9 et 10 présentent un montant de maintien 42 de façade avant 20, formé par une tôle emboutie allongée verticalement et disposée dans un plan transversal, comportant une base fixée à l’extrémité avant d’un longeron inférieur 44, et une extrémité supérieure qui supporte la façade avant 20.

Le montant de maintien de façade 42 disposé en face du compresseur de climatisation 8 et de la machine électrique 10, présente sur ses côtés avant et arrière, un petit rebord 46 tourné vers l’intérieur du véhicule qui lui donne de la rigidité.

Les figures 11 et 12 présentent la façade avant 20 comportant une grande ouverture 70 prévue pour recevoir l’échangeur de refroidissement du moteur thermique, et sur le côté droit une petite ouverture 72 prévue pour recevoir l’échangeur thermique d’alimentation d’air.

Une cloison anti-recyclage d’air 74 forme un plan transversal fixé sur la façade avant 20, juste à droite de la petite ouverture 72, qui avance vers l’avant de cette façade. La cloison anti-recyclage 74 est avantageusement formée par un moulage en matière plastique.

La cloison anti recyclage 74 comporte une zone 76 prévue pour l’entrée d’air du conduit de circulation d’air frais.

La figure 13 présente le montant de maintien de façade 42 comportant sur sa face tournée vers l’intérieur du véhicule, un conduit de circulation 50 réalisé par un moulage d’une matière plastique, qui est ajusté entre les rebords 46, sur une grande partie de sa hauteur.

Le conduit de circulation 50 comprenant une forme globalement plate appliquée sur la face intérieure du montant de maintien de façade 42, présente l’entrée d’air inférieure 52 qui traverse la zone 76 de la cloison antirecyclage 74 pour prélever de l’air frais dans le volume avant 34 du véhicule.

Le conduit de circulation 50 présente ensuite une partie verticale se terminant par le contour circulaire 56 ouvert, tourné vers l’intérieur du véhicule, qui s’ajuste sur la face avant de la machine électrique 10.

La forme plate du conduit de circulation 50 lui permet en occupant un espace très réduit dans la direction transversale, de s’insérer entre le montant de maintien de façade 42, et la face droite du moteur thermique comportant les poulies de la machine électrique 10 et du compresseur de climatisation 8. De plus le montant de maintien de façade 42 constitue un support efficace pour recevoir le conduit de circulation 50 qui est fixé dessus, ce qui évite de prévoir des supports spécifiques.

En variante le montant de maintien de façade 42 peut constituer en lui-même la face extérieure du conduit de circulation 50, en lui ajoutant par exemple une tôle métallique ou une pièce en plastique sur son côté intérieur afin de former le conduit fermé.

Dans tous les cas le système d’alimentation suivant l’invention permet de manière simple, économique et efficace un prélèvement d’air toujours frais qui arrive de manière bien ajustée sur la face avant de la machine électrique 10, afin d’optimiser son refroidissement. On évite ainsi des systèmes plus complexes de circulation d’eau de refroidissement, tout en obtenant les meilleures performances de cette machine électrique.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1 - Système d'alimentation en air de refroidissement pour une machine électrique (10) fixée sur un moteur thermique (2) disposé transversalement dans un compartiment avant d’un véhicule automobile, ce véhicule comprenant une façade avant (20) supportant des échangeur thermiques (22, 26), et un volume avant (34) devant cette façade recevant l’air frais, fermé sur les côtés des échangeurs thermiques (22, 26) par des cloisons anti-recyclage d’air (74), caractérisé en ce qu’il comporte un conduit de circulation d’air frais (50) comprenant une entrée (52) prévue pour prélever l’air dans le volume avant (34), et une sortie dans la direction transversale du véhicule, comprenant un contour de sortie (56) adapté pour s’ajuster sur une face avant de la machine électrique (10) disposant d’entrées d’air.
2. 2 - Système d’alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contour de sortie (56) du conduit de circulation (50) est sensiblement circulaire.
3. 3 - Système d’alimentation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le conduit de circulation (50) présente une forme allongée entre l’entrée (52) et le contour de sortie (56), comprenant successivement une réduction de la section de passage, puis une augmentation qui se termine par ce contour de sortie (56).
4. 4 - Système d’alimentation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le contour de sortie (56) est prévu pour être disposé à une hauteur supérieure par rapport à l’entrée (52).
5. 5 - Système d’alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit de circulation (50) est réalisé par le moulage d’une matière plastique.
6. 6 - Système d’alimentation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le conduit de circulation (50) est formé au moins en partie par un montant métallique (42) du véhicule.
7. 7 - Système d’alimentation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un clapet à fermeture automatique fermant le passage d’air frais.
8. 8 - Véhicule automobile comportant une machine électrique (10), caractérisé en ce que cette machine électrique (10) est équipée d’un système d’alimentation selon l’une quelconque des revendications précédentes.
9. 9 - Véhicule automobile selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'entrée du système d’alimentation est disposée sur une cloison antirecyclage d'air (74) montée sur un côté du volume avant (34).
10. 10 - Véhicule automobile selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’entrée du système d’alimentation est disposée dans une canalisation d’entrée (24) conduisant l’air frais vers un échangeur thermique (26), en formant une dérivation de cette canalisation.