Brevet FR2502692A1 — publié le 19821001

Système de récupération de l'énergie dynamique et thermique des gaz d'échappements des moteurs à combustion interne par injection de liquide et turbine. La présente invention concerne un dispositif de récupération de 1' énergie dynamique et thermique perdue dans les gaz d'échappements. Jusqu'à maintenant la récupération de l'énergie perdue dans les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne se limite à la récupération d'une partie de leur énergie dynamique servant à l'entrainement du compresseur d'air d'appoint de carburation. L'objet de la présente invention est de récupérer à la fois l'énergie dynamique et thermique perdue dans les gaz d'échappements, la valeur de cette perte pouvant se situer aux environs de 40% suivant les caractéristiques des moteurs. Pour cela, sur le conduit d'échappement des gaz on place une turbine de récupération de l'énergie dynamique. Pour la récupération de 1' énergie thermique on injecte du liquide (eau, méthanol, méthanol ou mélange), cela le plus près possible du cylindre; La vaporisation instantanée de ce liquide, ou sa combustion, augmente d'une façon très importante la masse gazeuse et sa vitesse d'écoulement dans le conduit d'échappement. Son énergie dynamique, peut ainsi, être récupérée sur la roue de la turbine, la récupération est transmise, soit au moteur, soit à l'entrainement d'accessoires ou autres. Ce système a le gros avantage de récupérer une grande partie de l'énergie importante perdue, et de réduire d'autant la consommation ainsi que la pollution, en effet dans le cas de vaporisation les gaz d'échappement sortant sont beaucoup plus froids. L'eau additionnée d'éthanol ou de méthanol augmente encore le rendement de ce système en permettant l'utilisation de carburants végétaux ou minéraux secondaires, sans aucun risque de détérioration des organes moteurs. Cette énergie peut- & re facilement récupérable et directement transmise à l'arbre de sortie moteur, soit, suivant les besoins à alimenter des servitudes annexes. Une description détaillée du dispositif fait suite pour une meilleure compréhension de la présente invention. Cette description est donnée à titre d'exemple non limitatif en se référant au dessin annéxé. Cette figure décrit l'ensemble du dispositif avec son système de transmission. Les gaz d'échappement sortent du moteur (1) par l'orifice (3) et le conduit (4) vers le carter de la turbine (5) . La roue de turbine (o) est entrainée par ceux-ci. Suivant les caractéristiques du moteur, pour obtenir un rendement maximum, la roue de turbine sera du type Françis Pelton, soit mise axiale ou autre modèle mieux adapté. Pour cet exemple nous prendrons de l'eau pour la récupération de l'énergie thermique. Du réservoir (14) l'eau arrive à une électro-pompe autorégulatrice (13) commandRe par le régime (19) du moiteur. La mise en fonction de la pompe ne se fait qu'à partir d'un régime pré-déterminé (19) du moteur correspondant à une certaine vitesse d'écoulement des gaz d'échappement ainsi qu'à une température pouvant assurer la vaporisation instantannéo du liquide. Un interrup- teur (18) à commande manuelle permet à tout moment d'arrêter la pompe en oaa de nécessité. La régulation de la pompe doit fournir à tous les régimes moteurs une quantité de liquide à l'injecteur (17) pouvant subir une vaporisation instantanie- sans risque de saturation. Cette vaporisation instantanée du liquide se traduit par une augmentation importante de la masse gazeuse dansa le conduit d'échappement (4) et en accélère la vitesse d'écoulement et sen énergie dynamique immédiatement récupérée par la turbine (6) et transmise par son arbre (7) à travers un coupleur, soit hydraulique, soit mécanique par l'intermédiaire de l'arbre (12) à la poulie crantée (13) et par courroie (20) sur le volant moteur. Ce système de récupération a l'avantage d'être simple et silencieux. I1 assure également une réduction de vitesse correcte entre la vitesse de la turbine et celle du moteur. Mais tout autre système de transmission peut entre envisagé, chaines, engrenages ou autres. Lors de l'utilisation de carburants secondaires comme le méthanol ou I'éthanol, employés purs ou mélangés, la récupération d'énergie est beaucoup plus importante et cela sans nuire à la tenue des organes des moteurs. Ce système peut être employé indifféremment sur les moteurs turbocompressés ou atmosphériques. Il faut tenir compte que l'effet turbine freine légèrement l'évacuation des gaz d'échappement en maintenant une petite contre-pression, ce qui se traduit par un moins bon remplissage des cylindres du moteur. Cela doit être accompagné pour les moteurs à turbo-compresseur par une légère augmentation de la pression d'air. Pour les moteurs atmosphériques, comme sur la figure représentée la compensation est réalisée par la mise on place sur l'axe de la turbine d'un petit compresseur d'air (8) qui souffle à quelques dizaines de grammes d'air,par le conduit (9) vers l'alimentation du cylindre (10) à travers le régulateur de carburation (2). Ce système annule l'effet de la contre pression de l'échappement pour le bon remplissage des cylindres. RPVL!;DICATIONS 1.- Système de récupération de l'énergie dynamique et thermique perdue dans les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne, du type comportant une turbine transmission de puissance, caractérisé par le fait que cette turbine est combinée avec une pompe auto régulée, un système d'injection et de vaporisation de liquide dans le conduit d'échappement asservi au régime du moteur et un système de compensation assurant un bon remplissage des cylindres. 2.- Système de récupération de l'énergie dynamique et thermique1 selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'énergie dynamique est récupérée par une roue à turbine (6). 3.- Système de récupération de l'énergie dynamique et thermique, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'énergie dynamique est transfwrmée en dynaatiqu-par.-l'injéction de liquide se vaporisant instantanément dans le conduit d'échappement (4) on agissant sur la turbine de récupération. 4.- Système de récupération de l'énergie dynamique et thermique, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la pompe distributrice (15) de liquide est auto-régulatrice et ne fournit que la quantité de liquide pouvant être vaporisé instantanément dans le conduit d'échappement, cela en fonction du régime du moteur 5.- Système de récupératien de l'énergie dynamique et thermique, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le liquide est soit de l'eau, soit tout autre liquide soit des mélanges se vaporisant ou devenant combustibles. 6.- Système de récupération de l'énergie dynamique et thermique, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la puissance récupérée peut être transmise directement à l'arbre (7) du moteur ou utilisée à actionner des servitudes annexes. 7.- Système de récupération de l'énergie dynamique et thermique, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le freinage à l'évacuation des gaz d'échappement par la turbine est compensé par un compresseur d'air (8) de carburation entrainé par la turbine (6). 8.- Système de récupération de l'énergie dynamique et thermique, selon la revendication I, caractérisé par le fait que différents types de turbines peuvent être utilisées.