Domaine technique de l'invention

L'invention se rapporte au domaine des dispositifs de refroidissement pour véhicules automobiles, notamment destinés au refroidissement d'un moteur à combustion interne.

L'invention concerne plus particulièrement une hélice pour un groupe moto-ventilateur d'un système de refroidissement d'un moteur de véhicule.

L'invention concerne aussi un groupe moto-ventilateur équipé d'une telle hélice ainsi qu'un véhicule équipé d'un tel groupe moto-ventilateur.

Etat de la technique

Classiquement, les véhicules automobiles comportent un dispositif de refroidissement permettant de réaliser un échange thermique entre un liquide caloporteur et de l'air. C'est la raison pour laquelle de nombreux véhicules sont équipés d'au moins un échangeur de chaleur en face avant de telle sorte que le déplacement du véhicule engendre un mouvement relatif de l'air au travers de l'échangeur de chaleur. Lorsque ce mouvement relatif de l'air est insuffisant, il est connu d'utiliser l'assistance d'un groupe moto-ventilateur. Ce dernier se compose d'une volute fixe sur laquelle une hélice est mise en rotation par un moteur électrique.

Afin d'améliorer le coefficient de pénétration dans l'air du véhicule équipé d'un tel échangeur de chaleur, il est connu d'agencer de préférence à l'avant du faisceau de l'échangeur de chaleur, un dispositif d'obturation piloté entre une position de fermeture du faisceau et une position d'ouverture permettant à l'air de circuler au travers de l'échangeur de chaleur.

L'un des inconvénients de l'ajout d'un cadre à lames articulées réside dans son encombrement qui l'exclue de certaines catégories de véhicule.

Un autre inconvénient réside dans le fait qu'en l'état passif du groupe moto-ventilateur, l'air de refroidissement circulant au travers de l'hélice tend à provoquer sa rotation, ce qui engendre une usure prématurée des pièces d'usure du moteur, notamment de ses balais.

Objet de l'invention

L'invention a pour but de remédier à l'ensemble des inconvénients précités et a pour objet une hélice pour un groupe moto-ventilateur comportant une virole délimitant un passage d'écoulement d'air au travers de laquelle s'étendent des pales, l'hélice comportant un moyeu central apte à être liée à rotation à un arbre d'un moteur d'entraînement, chaque pale s'étendant radialement du moyeu par leur extrémité intérieure, chaque pale comportant un bord d'attaque et un bord de fuite.

L'hélice objet de l'invention est d'autant plus remarquable qu'elle comprend un moyen de déplacement angulaire des pales par rapport au moyeu de telle sorte que le pas des pales est apte à varier entre au moins une configuration d'ouverture selon laquelle les bords d'attaque et de fuite de deux pales adjacentes sont mutuellement écartés l'un de l'autre et une configuration de fermeture du passage d'air de la virole selon laquelle ces mêmes bords sont rapprochés de telle sorte que les pales forment une paroi d'obturation du passage d'air.

L'hélice de l'invention est destinée à améliorer le rendement d'un véhicule, de limiter l'usure prématurée de certaines pièces habituellement mise en rotation, tout en permettant de générer au besoin un flux d'air forcé.

Grâce à l'hélice de l'invention, les pales de l'hélice sont aptes à pivoter entre une configuration de libre circulation de l'air et une configuration d'interruption de l'écoulement du flux d'air, et vice et versa. La circulation de l'air au travers de l'hélice se traduit habituellement par une rotation du moteur électrique, donc une usure prématurée de ce dernier lorsque le besoin en flux d'air forcé n'est pas demandé. A contrario, dans sa configuration d'interruption d'un tel écoulement du flux d'air, l'hélice est figée en rotation. Avec l'hélice à pas variable de l'invention, cette dernière est apte à former un écran d'obturation s'étendant au droit d'un échangeur thermique, ce qui tend à en interdire sa rotation, ce qui améliore la longévité de fonctionnement du moteur. Cela permet en outre d'améliorer le rendement du véhicule, notamment au regard de son coefficient de pénétration dans l'air, qui s'en trouve alors réduit lorsque l'hélice est dans sa configuration de fermeture du passage d'air.

Selon l'invention, ledit moyen de déplacement angulaire des pales peut comprendre un support lié à rotation au moyeu, un disque mobile en translation le long de l'axe de rotation du moyeu, et un électro-aimant.

Selon l'invention, l'hélice peut comprendre deux demi-coquilles, chaque demi-coquille comprenant un moyen de réception formant, pour chaque pale, un palier transversal de rotation d'un arbre de rotation s'étendant en saillie hors d'une extrémité intérieure de la pale.

Selon l'invention, le disque mobile du moyen de déplacement angulaire peut comprendre pour chaque pale, un logement de réception d'un excentrique s'étendant en saillie hors de l'arbre de rotation de chaque pale sur le moyeu.

Selon l'invention, ledit support peut être un guide coulisse le long duquel le disque mobile est apte à coulisser sous l'effet d'une force de traction générée par l'électroaimant.

Selon l'invention, une demi-coquille peut être liée à la virole par des bras de liaison, et peut être conformée afin de coopérer par complémentarité de forme avec le support dudit moyen de déplacement angulaire des pales.

Selon l'invention, l'hélice peut comprendre au moins un ressort de rappel exerçant un effort s'opposant à la force de traction de l'électroaimant.

Selon l'invention, une extrémité extérieure de chaque pale peut être montée à rotation sur la virole de l'hélice.

Selon l'invention, le disque mobile peut comprendre une interface de fixation d'un aimant de telle sorte que le disque mobile est disposé à l'intérieur du moyeu et que l'aimant de l'électro-aimant est disposé à l'extérieur du moyeu.

L'invention a aussi trait à un groupe moto-ventilateur comportant une hélice liée à rotation d'un arbre d'un moteur d'entraînement, l'hélice étant conforme à l'une quelconque des caractéristiques susmentionnées.

Le groupe moto-ventilateur peut comprendre un électro-aimant dont une bobine peut être solidaire d'un carter du moteur d'entraînement. L'invention vise aussi à protéger un véhicule, notamment du type d'une automobile, comportant un groupe moto-ventilateur susmentionné.

Description sommaire des dessins

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre du mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente une vue en perspective d'une hélice dans une configuration d'interruption d'un écoulement du flux d'air au travers des pales, selon l'invention ;

les figures 2 est une représentation en perspective de l'hélice de la figure 1 , dans une configuration de libre circulation de l'air entre les pales de l'hélice, selon l'invention ;

la figure 3 représente par une vue en perspective arrière, l'hélice de la figure 1 afin de rendre visible selon une coupe partielle l'intérieur d'un moyeu de l'hélice

la figure 4 est une représentation d'un groupe moto-ventilateur comportant l'hélice de l'invention, vue de dessus selon le plan de coupe IV-IV transversale de la figure 3 ;

la figure 5 est un agrandissement du moyeu de la figure 3, représenté selon une vue en perspective partielle, illustrant en partie un moyen de déplacement angulaire des pales par rapport au moyeu, selon l'invention.

Description de modes particuliers de réalisation

Dans la description qui va suivre, des éléments identiques ou analogues porteront les mêmes chiffres et nombres de référence. Les expressions telles que « arrière » et « avant », « gauche » et « droite », « supérieur » et « inférieur » et les orientations « longitudinale », « transversale » et « verticale » seront respectivement définies en référence au trièdre X, Y, Z et aux définitions données dans la description. Notamment, la direction longitudinale X correspond au sens de déplacement en marche avant d'un véhicule automobile (non représenté sur les figures), ce qui correspond également au sens inversé d'écoulement de l'air de refroidissement au travers de l'hélice de l'invention, également au travers du groupe moto-ventilateur portant une telle hélice.

En référence aux figures, le groupe moto-ventilateur 1 , plus particulièrement l'hélice 3 embarquée sur ce groupe moto-ventilateur, propose un système permettant d'améliorer le rendement du véhicule dans l'air, en réduisant le coefficient de pénétration dans l'air du véhicule.

Pour ce faire, l'hélice 3 du groupe moto-ventilateur 1 qui est apte à créer un flux d'air forcé destiné à traverser au moins un échangeur de chaleur d'un dispositif de refroidissement, est remarquable en ce sens qu'elle comprend des pales 6 qui sont montées à rotation par rapport à un moyeu 5 central de l'hélice. Une telle conception permet avantageusement de positionner l'hélice 3 dans des configurations différentes allant d'une configuration d'ouverture dans laquelle l'hélice est apte à provoquer une circulation d'air lors de sa mise en rotation, à une configuration de fermeture dans laquelle l'hélice est une cloison qui bloque l'écoulement de l'air ce qui améliore le rendement du véhicule.

Le moyeu 5 sur lequel sont montées les différentes pales 6 de l'hélice comprend un bol propre à être calé sur un arbre moteur 4 pour être entraîné en rotation suivant un sens de rotation donné.

Le moteur 4 est un moteur électrique qui est relié à une unité de commande. Le contrôle de sa puissance peut être réalisé par un dispositif de modulation de fréquence.

Chaque pale 6 a un profil délimité par une ligne intérieure de forme incurvée et une ligne extérieure de forme incurvée et conformée de telle sorte que ces deux lignes se rejoignent en un bord d'attaque 62 et un bord de fuite 63.

Une pale 6 se définit également par une extrémité intérieure 61 et une extrémité extérieure 64.

L'extrémité intérieure 61 est reliée au moyeu 5 de l'hélice.

L'hélice comprend une virole 2 délimitant un anneau extérieur de l'hélice dont l'effet vise à réduire les nuisances sonores engendrées par le déplacement des pales 6. Un tel anneau extérieur de l'hélice 3 est destiné à coopérer par coopération et complémentarité de forme avec une ouverture ménagée dans une volute d'aspiration d'air afin d'en améliorer l'écoulement d'air par une réduction des turbulences lorsque l'hélice 3 est entraînée en rotation par le moteur 4.

L'extrémité extérieure 64 de chaque pale 6 est alors montée à rotation sur la virole 2. A cet effet, la virole 2 comprend des logements, un par pale, dans chacun desquels est disposé un axe de rotation d'une des pales 6. Le logement est de préférence du type d'un trou traversant de part en part l'anneau extérieur formé par la virole 2. Chaque pale 6 comprend un arbre de rotation s'étendant en saillie hors de son extrémité extérieure 64.

La virole 2 est de préférence reliée à un moyeu 5 de l'hélice par des bras de liaison 21 visibles aux figures 3 à 5.

A partir du moyeu 5, lequel est du type d'un bol, s'étendent radialement une pluralité de pales 6 dont l'extrémité intérieure 61 se rattache au moyeu et l'extrémité extérieure 64 est reliée à un anneau extérieur formant ladite virole 2.

Le moteur 4 est représenté de manière schématique à la figure 4, selon une disposition en aval de l'hélice 3 par rapport au sens d'écoulement de l'air qui est repéré par les flèches F. L'agencement du moteur 4 par rapport à l'hélice peut être différent, c'est-à-dire qu'il peut être disposé en amont de ce dernier sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Quel que soit le type d'agencement, le moteur 4 comprend un rotor lié à rotation au moyeu 5 par un arbre d'entraînement non représenté s'étendant le long de l'axe 8 de rotation.

L'hélice 3 de l'invention est remarquable en ce sens que ces pales 6 sont mobiles en rotation par rapport au moyeu 5, autour d'un axe 1 1 de rotation s'étendant radialement hors du moyeu 5.

Sur la figure 2, l'hélice 3 est dans une configuration traditionnelle de libre circulation de l'air entre ses pales. Le pas de l'hélice 3 lui permet d'engendrer un flux d'air forcé lorsque, dans cette configuration d'ouverture des pales, le moteur 4 d'entraînement provoque la rotation de l'hélice 3. Les bords d'attaque 62 et de fuite 63 s'étendent dans des plans parallèles transversaux écartés en X. L'écart entre le bord d'attaque 61 d'une pale 6 et le bord de fuite 63 d'une autre pale 6 qui lui est directement adjacente, permet un écoulement d'air au travers de l'hélice 3. Sur les figures 1 et 3, l'hélice 3 est dans une configuration de fermeture du passage d'air délimité par la virole. Dans cette configuration, l'écoulement d'air est interrompu. Comparativement à la configuration de l'hélice 3 de la figure 2, ici les pales 6 sont représentées dans un état pivoté selon un angle compris de préférence entre 5 et 20° autour des axes 1 1 de rotation passant par le moyeu 5.

Les bords d'attaque 62 et de fuite 63 des pales 6 peuvent ainsi s'étendre sensiblement dans un même et unique plan transversal d'axe Y-Z. L'hélice 3 a alors un pas quasi nul de sorte que sa rotation ne peut générer un flux d'air suffisant pour réaliser un échange thermique entre l'air et un fluide de type fluide caloporteur par exemple, circulant dans un échangeur de chaleur.

Une telle configuration des pales 6 confère à l'hélice 3 un rôle d'obturateur destiné à bloquer toute circulation d'air au travers du passage de l'hélice, qu'elle soit naturelle lorsque le véhicule est en mouvement ou forcée lorsque le moteur d'entraînement de l'hélice 3 est en mode de fonctionnement.

Dans ce qui suit va être décrit en détails ledit moyen de déplacement angulaire 7 des pales par rapport au moyeu de sorte que ces dernières peuvent évoluer entre des positions extrêmes d'ouverture et de fermeture et au moins une position intermédiaire de quasi fermeture dans laquelle un flux d'air de quantité réduit peut circuler entre les pales 6.

Chaque pale 6 comprend un arbre de rotation 65 s'étendant en saillie hors de son extrémité intérieure 61 . L'arbre 65 de rotation pivote autour d'un axe de rotation confondu avec l'axe de rotation de l'extrémité extérieure 64 sur la virole 2. L'arbre 65 de rotation comprend à son extrémité libre un excentrique 66.

Un déplacement de l'excentrique, du type d'un mouvement de translation parallèle à l'axe 8 de rotation de l'hélice 3 engendre en concomitance la rotation de la pale 8 autour de l'axe de rotation 1 1 .

Le dispositif de déplacement angulaire 7 comprend un disque 72 mobile en translation disposé à l'intérieur du bol formant le moyeu 5. Le disque 72 mobile est pourvu de logements 54 de réception des excentriques 66. Chaque logement 54 de réception peut être du type d'une lumière oblongue d'axe Z. La conception même des logements 54 est assujetties à celle des excentriques 66 de telle sorte que ce dernier se déplacer à coulissement le long de l'axe Z lorsque le dispositif de déplacement angulaire 7 est rendu mobile en translation d'axe X.

Le dispositif de déplacement angulaire 7 comprend un moyen de déplacement du disque 72 mobile le long de l'axe 8 de rotation. Un tel moyen de déplacement du disque 72 comprend un électro-aimant 9 constitué d'un aimant

91 solidaire du disque 72 mobile et d'une bobine 92 pouvant être solidaire d'un carter du moteur 4 d'entraînement.

L'aimant 91 peut être un disque aimanté comme représenté partiellement sur les figures 3 à 5.

La bobine 92 peut être disposée sur un élément structurel d'un cadre support sur lequel est agencé le groupe moto-ventilateur.

La bobine 92 peut être une partie du bobinage du moteur 4 de telle sorte que le déplacement angulaire des pales 6 de la configuration de fermeture vers la configuration d'ouverture s'effectue en concomitance de la mise en rotation de l'hélice 3.

Le disque 72 mobile peut être réalisé par moulage d'une matière plastique. Avantageusement, le recours à la matière plastique permet de réaliser la liaison du disque 72 mobile à l'aimant 91 par surmoulage de telle sorte que le disque 72 mobile est solidaire en translation de l'aimant 91 .

Ledit moyen de déplacement angulaire 7 des pales 6 comprend un support

71 assemblé de manière réversible au moyeu 5 de préférence par vissage.

Le moyeu 5 se compose d'au moins deux demi-coquilles 51 et 52 assemblées l'une à l'autre par opposition de face afin de délimiter une chambre à l'intérieure de laquelle est agencé au moins le disque 72 mobile.

L'une des demi-coquilles 51 , du type d'un bol, comprend les bras de liaison 21 à la virole 2.

L'autre des demi-coquilles 52 également du type d'un bol comprend, au niveau de sa paroi de fond, une ouverture sensiblement de forme cylindrique qui est fermée par le support 71 dudit moyen de déplacement angulaire 7. Le moyeu 5 comprend un moyen de réception 53 formant, pour chaque pale 6, un palier transversal destiné à la rotation d'un arbre 65 de rotation de la pale s'étendant en saillie hors de son extrémité intérieure 61 . Les bords périphériques extérieurs des deux demi-coquilles 51 et 52 comprennent des encoches formant ledit moyen de réception 53. Chaque encoche a sensiblement une section en demi-arc de cercle. Les encoches sont par paires disposées l'une au regard de l'autre de telle sorte que l'assemblage des deux demi-coquilles par leur bord périphérique extérieur permet de réaliser des tubes formant des paliers sur lesquels les arbres de rotation 65 des pales sont aptes à pivoter.

Le moyen de déplacement angulaire 7 des pales comprend un ressort de rappel 10 qui est agencé entre le disque 72 mobile et le support 71 . Le ressort de rappel 10 travaille en compression de telle sorte qu'il s'oppose au rapprochement du disque 71 et du support 72 sous l'influence de l'électro-aimant

9 relié à une unité de pilotage (non représentée).

Le moyen de déplacement angulaire 7 des pales comprend un dispositif de guidage en translation du disque 72 mobile sur le support 71 . Un tel dispositif de guidage est réalisé sous la forme d'une rampe de section tubulaire s'étendant en saillie hors d'une face intérieure du support 71 sur laquelle est montée à coulissement une paroi guidée de forme sensiblement complémentaire qui est ménagée sur le disque 72 mobile.

Le ressort 1 0 de rappel est disposé autour de la rampe du support 71 et de la paroi guidée du disque 72.

Afin de limiter le mouvement de translation du disque 72 le long de l'axe 8 de rotation, ledit moyen de déplacement angulaire 7 comprend au moyen de mise en butée du disque 72 sur le support 71 . Les butées, plus particulièrement leur épaisseur, sont assujetties au profil des pales de telle sorte que dans la configuration d'ouverture du passage d'air, la position relative des pales 6 sur le moyeu 5 est limitée.

A titre d'exemple non limitatif, un tel moyen de mise en butée est réalisé par des nervures disposées sur le disque 72 et le support 71 . De telles nervures permettent en outre d'augmenter la rigidité du disque 72 et du support 71 à la déformation. Les butées ont un profil circulaire de telle manière qu'elles s'étendent de manière coaxiale audit dispositif de guidage du disque 72 sur le support 71 , susmentionné. L'écart radial entre le dispositif de guidage susmentionné et ledit moyen de mise en butée délimite des logements de section annulaire, disposés respectivement sur le disque 72 mobile et le support 71 , chaque logement recevant une extrémité du ressort 10 de rappel.

En l'absence de besoin de refroidissement, les pales 6 de l'hélice 3 de l'invention sont dans la configuration de fermeture du passage d'air. Le ressort 10 exerce sur le disque 72 mobile un effort de poussée qui éloigne le disque 72 du support 71 de telle sorte que l'aimant 91 est en butée contre une face externe du support 71 .

Lorsque le dispositif d'échange thermique (non représenté) nécessite un refroidissement, l'unité de commande fait circuler un courant dans la bobine 92 de telle sorte que le champ magnétique ainsi créé par le courant dans la bobine tend à rapprocher le disque 72 du support 71 . Le ressort 10 de rappel est comprimé. Le rapprochement du disque 72 mobile du support 71 engendre un déplacement des logements 54 de réception des excentriques 66, selon un mouvement en translation le long de l'axe 8 de rotation. L'excentrique 66 engendre une rotation des arbres 65 de rotation des pales 6 sur ledit moyen de réception 53 du moyeu 5.

Le courant peut être d'intensité variable de telle sorte qu'il génère un effort de traction d'intensité variable. L'écart entre les bords d'attaque 62 et de fuites

63 de pales 6 adjacentes est variable entre un écart minimal associé à la configuration de fermeture du passage d'air et un écart maximal associé à la configuration d'ouverture totale du passage d'air.

La position relative des pales 6 sur le moyeu 5 peut ainsi varier entre au moins une configuration d'ouverture et la configuration de fermeture du passage d'air qui est délimitée en partie par la volute 2.

La position relative des pales 6 sur le moyeu 5 est dépendante de la force de traction générée par l'électro-aimant 9 de telle sorte que selon l'intensité du courant circulant dans la bobine, les pales 6 peuvent être déplacées dans une configuration d'ouverture parmi plusieurs.

Le groupe moto-ventilateur 1 équipé de l'hélice 3 est remarquable en ce qu'il permet une gestion améliorée du débit d'air au travers de l'échangeur thermique, tout en augmentant le rendement du véhicule. L'hélice 3 à pas variable entre une configuration d'ouverture et une configuration de fermeture du passage d'air de la volute 1 permet une gestion de l'écoulement d'air optimisée, tant à l'arrêt de l'hélice qu'à la rotation forcée de l'hélice 3 par le moteur 4 du groupe moto-ventilateur 1 .

L'hélice 3 est de préférence destinée à une application dans un groupe moto-ventilateur 1 embarqué dans un véhicule automobile. Elle peut bien entendu trouver d'autres applications dans lesquelles un besoin en fermeture d'un passage d'air et un besoin en écoulement forcé de l'air sont recherchés.

De préférence, l'hélice 3 est un élément constitutif d'un groupe moto- ventilateur pour véhicule automobile, en ce sens qu'il permet l'écoulement forcé de l'air au travers d'un dispositif d'échange thermique. L'invention concerne donc un véhicule équipé d'un tel groupe moto-ventilateur.