Brevet FR2510183A1 — publié le 19830128

L'invention est relative à un récuperateur d'énergie des moteurs à combustion interne. Elle trouvera notamment son application dans l'entralnement du compresseur de suralimentation équipant les véhicules automobiles. Actuellement, la suralimentation des moteurs à combustion interne équipant les véhicules se fait en utilisant un turbo-compresseur. La suralimentation est obtenue en alimentant le moteur à l'aide d'un melange de carburation comprime . Cette compression que l'on pourrait appeler primaire, a pour effet d'augmenter artificiellement la cylindrée du moteur. Le moteur ainsi obtenu présente une réduction de poids et dimension par rapport au moteur de cylindree équivalente sans équipement de suralimentation. L'entrainement du compresseur se fait actuellement à l'aide d'une turbine placée dans le circuit d'échappement des gaz de combustion. Il en résulte un certain nombre d'inconvénients. Parmi ceux-ci, on peut citer la perte de charge qu'occasionne la turbine dans le circuit d'echappement des gaz. Cette perte de charge a pour conséquence de réduire la vitesse d'évacuation ce qui a un effet néfaste pour les performances du moteur. De plus, la vitesse de rotation de la turbine est fonction du volume des gaz d'échappement qui n'est pas constant. A bas régime, lorsque le volume des gaz d'échappement est faible le turbo-compresseur est inefficace. Les temps de réaction à l'accélération seront par conséquent importants ce qui peut être genant lorsque le moteur est utilisé à des regimes variant constamment, comme dans le cas d'une automobile. Le but principal de la présente invention est de proposer une installation de récupération d'énergie des moteurs à combustion interne qui ne préleve aucune part de la puissance active du moteur. Les caracte- ristiques techniques notamment de puissance pourront ainsi etre maintenues. Au cas où l'énergie recupéree, serait utilisée à l'entraine- ment d'un compresseur de suralimentation, le moteur verrait ses caractéristiques, notamment de puissance, nettement améliorées sans que l'entraf- nement de ce compresseur ne soit fait au detriment d'une partie de la puissance obtenue. Un autre but de la présente invention est de proposer une installation de récupération d'énergie qui pourra facilement être adap tee aux véhicules automobiles équipés d'un moteur à combustion interne traditionnel. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaî tront au cours de la description qui va suivre, qui n'est cependant don née qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. L'installation de récupération d'énergie de moteurs à com bustion interne, en particulier destinée à entrainer le compresseur de suralimentation pour automobiles est caractérisee par le fait qu'elle présente un réservoir de fluide caloporteur , un dispositif de récupé ration des calories de gaz d'échappement du moteur à combustion interne qui vaporise ledit fluide caloporteur, une turbine alimentée par ladite vapeur qui entraine le compresseur de suralimentation. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère à la des cription ci-dessous, ainsi qu'aux dessins en annexe qui en font partie intégrante. La figure 1 schematise le principe de fonctionnement de l'ins tallation de récupération d'énergie selon l'invention. La figure 2 présente une variante de réalisation du récupera teur de calories des gaz d'échappement Dans un moteur à combustion interne, les gaz d'échappement brûlés sont évacués aux moyens d'une tubulure, et rejetez dans l'atmos phère. Or, ces gaz en sortie du moteur sont chauds et contiennent une é nergie calorifique qui est non utilisée et donc perdue. La présente invention a pour objet de récupérer l'énergie calorifique contenue dans les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne. La figure 1 illustre le principe de fonctionnement de l'ins tallation selon l'invention. Un réservoir 1 contient un fluide caloporteur 2, la tubulure 3 qui sert à evacuer les gaz d'echappement-4 du moteur à combustion in terne non représentée sur la figure, est équipee d'un dispositif 5 de récupération des calories des gaz d'échappement 4 du moteur. Ce dispo si tif de récupération des calories contenues dans les gaz d'échappement du moteur, servira à échauffer le liquide caloporteur 2 contenu dans le reservoir 1. Le liquide caloporteur 2 n'occupera, de préférence, pas la totalité du volume du reservoir 1. Le dispositif de récupération des ca lories des gaz d'échappement 5 échauffera suffisamment le liquide calo porteur 2 de sorte que celui-ci se vaporise dans la partie superieure 6 du réservoir. Le dispositif 5 de récupération des calories des gaz d'echappement pourra par exemple se présenter sous la forme d'un serpentin entourant la tubulure d'échappement 3 en contact étroit avec elle de façon a favoriser les échanges thermiques le serpentin étant relie auréservoir 1 à chacune de ses extrémites et est parcouru par le fluide 2 caloporteur. Dans un mode préférentiel de réalisation du dispositif 5, une des extrémités 7 du serpentin débouchera à la partie inférieure du reservoir 1, par contre, l'autre extrémite 8 du serpentin débouchera dans la partie supérieure du réservoir 1, au moins au-dessus du niveau du liquide caloporteur 2 contenu dans ce reservoir. Ainsi, le liquide caloporteur 2 pourra pénétrer dans le serpentin par l'orifice 7, pourra s'échauffer dans le serpentin entourant la tubulure 3, jusqu'à se vaporiser pour ressortir sous forme de vapeur par l'autre extrémité 8 du serpentin. Le réservoir 1 étant de préférence étanche, la pression, oc casionnée par la formation de vapeur, augmentera et pourra atteindre par exemple 16 bar pour une temperature interieure du réservoir d'environ 2000. La vapeur 6 ainsi produite pourra être utilisée par exemple pour entraîner une turbine à vapeur 9. Cette turbine 9 pourrå elle-même entraîner par exemple le compresseur de suralimentation du moteur à combustion interne, ou encore une génératrice électrique. L'alimentation en vapeur 6 de la turbine 9 est réalisée à l'aide d'une conduite 10 prélevant la vapeur dans la partie supérieure du réservoir 1. Cette conduite 10 pourra avantageusement être enroulée autour de la tubulure d'échappement 3 de façon à ce que la vapeur ne soit pas refroidie durant son transport, ou même avantageusement surchauffée avant d'alimenter la turbine 9. L'enroulement de la conduite 10 se faisant sous la forme d'un serpentin en contact étroit avec la tubulure 3 est analogue au dispositif de récupération des calories de gaz d'échappement 5. Une variante du dispositif de récupération des calories de gaz d'échappement est illustree à la figure 2. La tubulure 3 d'évacuation des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, presente une double paroi 11 étanche. Le fluide caloporteur 2 circule dans l'intervalle aménage entre les doubles parois 3 et 11, de façon à se vaporiser. De méme, la vapeur 6 dirigée vers la turbine 9 par l'intermé- diaire de la conduite 10 pourra être surchauffée par les gaz d'échappe ment du moteur à combustion en passant dans une cavité 12 aménagée entre la tubulure 3 et une double paroi 13. De façon à minimiser la consommation de fluide caloporteur, on placera avantageusement un condenseur à la sortie de la turbine 9. Ainsi la vapeur basse pression issue de la turbine 9 sera liquéfiée et réintroduite ultérieurement dans le réservoir 1. Selon une variante avantageuse de la présente invention, le condenseur 14 sera refroidi à l'aide du fluide de refroidissement 15 du moteur à combustion interne. Ce fluide 15 circulant entre le moteur et un radiateur 16. Le fluide caloporteur 2 pourra avantageusement être identique au liquide de refroidissement du moteur à combustion interne. En ge néral, ce liquide est composé d'eau éventuellement additionnée d'antigel. Le condenseur 14 sera alimenté par le liquide de refroidissement 15 en provenance du radiateur 16 par l'intermédiaire d'une conduite 17, puis le liquide retournera vers le radiateur 16 dans une conduite 18. Au cas ou le fluide caloporteur 2 et le liquide de refroidissement 15 sont identiques, on pourra avantageusement diriger la vapeur condensée issue de la turbine 9 vers le radiateur 16 par l'intermédiaire de la conduite 18. Le réservoir-l sera alimenté en fluide caloporteur par l'intermé- diaire d'une conduite 19 qui prélèvera du liquide de refroidissement 15 dans le radiateur 16.Une pompe 20 équipera la conduite 19 pour contrebalancer les differences de pression d'une part et d'autre part la pompe 20 sera asservie à partir d'un contacteur électrique 21 de niveau du fluide caloporteur 2 dans le reservoir 1. Ainsi, le nivéau de fluide caloporteur 2 eera mauntenu constant, aussitôt qu'il aura tendance à diminuer par suite de la formation de vapeur évacuée vers la turbine 9, la pompe 20 sera actionnee pour rétablir le niveau de fluide. La conduite 10 d'alimentation de vapeur de la turbine 9 pourra avantageusement présenter une vanne by-pass 22, cette vanne pourra, lorsqu'elle est actionné, diriger tout ou partie de la vapeur produite dans le réservoir 1 directement vers le condenseur 14. Cette vanne by-pass 22 pourra par exemple être pilotee à partir d'un manomètre electrique 23 placé sur le réservoir 1. Cette vanne 22 permet de jouer un rôle de régulateur au cas où la pression dans le réservoir 1 deviendrait trop importante. En ef fet, si une quantité de vapeur trop importante était produite, plus que la turbine 9 ne peut en absorber, il serait nécessaire d'actionner la vanne 22 pour que la quantité de vapeur excédentaire soit dirigée directement vers le condenseur 14 afin qu'elle soit liquéfiée puis refroidie dans le radiateur 16. Ce pilotage automatique permet notamment de faire tourner la turbine à vapeur 9 à vitesse constante. Le mode de réalisation qui vient d'être décrit n'est donné qu'à titre indicatif, et d'autres mises en oeuvres de la présente invention, à la portée de l'Homme de l'Art, pourraient être adoptées sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Installation de récupération d'énergie de moteur à combustion interne, en particulier destinée à entrainer le compresseur de suralimentation pour automobiles, caractérisée par le fait qu'elle présente un réservoir (1) de fluide caloporteur (2), un dispositif (5) de récupération de calories des gaz d'échappement du moteur à combustion qui vaporise ledit fluide caloporteur, une turbine (9) alimentée par ladite vapeur qui entraîne le compresseur de suralimentation. 2. Installation de récupération d'énergie de moteur à combustion interne, comprenant notamment une tubulure d'évacuation des gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le dispositif (5) de récupération de calories des gaz d'échappement se présente sous la forme d'un serpentin entourant la tubulure (3) d'échappement en contact étroit avec elle, le serpentin étant parcouru par le fluide caloporteur (2). 3. Installation de récupération d'énergie de moteur à combustion interne, comprenant notamment une tubulure d'évacuation des gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la tubulure d'échappement (3) est munie d'une double paroi (11) à l'intérieur de laquelle circule le fluide caloporteur (2). 3. Installation de récuperation d'énergie selon les revendications précédentes, caractérisée par le fait que la vapeur issue du réservoir (1) est surchauffée avant d'être introduite dans la turbine à vapeur (9). 5. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la vapeur est liquéfiée par un condenseur (14) place dans le circuit en sortie de la turbine (9). 6. Installation de récupération d'énergie de moteur à combustion interne refroidi par un liquide circulant entre ledit moteur et un radiateur, selon la revendication 5, caractérisée par le fait que le condenseur (14) est refroidi par le liquide de refroidissement du moteur. 7. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le fluide caloporteur (2) est de l'eau éventuellement additionnée d'antigel. 8. Installation selon la revendication 6, caractérisée par le fait que la vapeur liquéfiée dans le condenseur (14) est dirigée vers le radiateur (16). 9. Installation de -récupération d'energie selon les revendi cations précédentes, caractérisée par le fait qu'une vanne by-pass (22) permet de diriger tout ou partie de la vapeur issue du réservoir (1) di rectement vers le condenseur (14). 10. Installation selon les revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'une pompe (20) asservie alimente en liquide caloporteur (2) le réservoir (1), a niveau constant, à partir du liquide de refroidissement (15) contenu dans le radiateur (16).