Brevet FR2638487A1 — publié le 19900504

- i - MOTEUR COMPOUND ADAPTE La présente invention se rapporte à un moteur dit compound adapté du type récupérant de l'énergie sur le flux de gaz d' échappement. L'énergie récupérée sert à alimenter 1' arbre moteur, ou à entraîner diverses machines auxiliaires. Suivant une particularité essentielle, ce moteur qui comporte une turbine montée sur une tubulure d' échappement, incorpore une vanne trois voies placée sur cette tubulure pour dériver tout ou partie du flux gazeux vers cette turbine avant de le diriger vers 1' échappement. Cette conception permet d'améliorer le bilan énergétique global en récupérant de 1' énergie sur les gaz d' échappement pour le seul besoin des énergies d'assistance. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence -aux dessins annexés dans lesquels - La figure I représente un croquis d'un moteur compound conventionnel, - La figure 2 représente un diagramme puissance en fonction du régime, propre à ce moteur, - La figure 3 représente un croquis d'un moteur suralimenté dont 1' arbre moteur entraîne diverses machines d'assistance de bord, - et la figure 4 représente un croquis d'un moteur compound adapté conforme à l'invention. La figure I illustre un moteur compound traditionnel. Un moteur thermique à combustion interne I est une machine qui transforme un comburant 2 et un carburant 3 en énergie mécanique recueillie sur un arbre tournant 4. Il produit de plus et entre autre chose, des gaz d'échapDerrent 5 conter- t une part importante de -2- l'énergie introduite en 3. Une partie de cette énergie peut être récupérée sur une turbine 6 qui entraîne un compresseur 7. Celui-ci aspire 1' air atmosphérique 8 et le comprime pour en gaver le moteur. L'air comprimé 9 peut éventuellement être refroidi dans un échangeur 10 pour abaisser les pressions dans le moteur pour un travail donné. Le système de suralimentation 6 et 7 peut ou non exister, tout comme le refroidisseur 10. Dans tous les cas, il reste sur le flux de gaz d'échappement 11, une quantité d' énergie plus ou moins importante. Diverses solutior dans le cas contraire. Sur le diagramme puissance en fonction du régime représenté à la figure 2, la courbe de pleine charge 17 délimite la plage de fonctionnement possible du moteur. Les courbes d'iso-influence de la perte de charge du compound sur échappement 18, séparent les plages o sa présence est favorable et améliorent le rendement de celles o elle est défavorable et détériorent le rendement. En général, l'influence du compound sur le rendement global est favorable aux régimes et aux charges élevées, et défavorable aux faibles charges et bas régimes. Si le véhicule qui est équiDé d'un tel moteur dispose d'une puissance très supérieure à la puissance nécessaire au roulage, le moteur est fréquemment utilisé à faibles charges et le bilan général du compound est défavorable. -3 Par ailleurs, un certain nombre de machines sont entraînées par 1' arbre moteur 4 pour produire les énergies d'assistance de bord. Ce sont par exemple, comme l' illustre la figure 3, le ventilateur 19 de refroidissement, la pompe hydraulique 20 d'assistance de direction, le compresseur d'air 21 d'assistance de freinage, l'alternateur 22 d' alimentation des batteries, etc..., sans que cette liste d'assistance citée à titre d'exemple ne soit limitative. Les différentes machines ainsi entraînées débitent, soit dans un radiateur, 1O soit dans des accumulateurs hydrauliques ou électriques, soit dans des réservoirs sous pression. L' énergie peut alors être délivrée au moment opportun vers les machines 26 qui en ont besoin pour les différentes assistances de b'rd. L' énergie puisée sur 1' arbre 4 est noble et d'autant plus chère qu'elle est soustraite à faible charge à l'arbre moteur. Dans ces conditions, le rendement du moteur est au plus bas et un joule sur l'arbre moteur peut "coOter" 5 joules ou plus dans le réservoir de carburant. Le bilan énergétique global peut donc être amélioré si, par un système compound, on récupère de l'énergie sur les raz d'échappement pour le seul besoin des énergies d'assistance. Pour éviter de tomber sur les difficultés soulevées par un système compound classique, on peut imaginer un compound adapté qui fonctionne comme suit, en référence à la figure 4: Une vanne 3 voies 27 est placée sur la tubulure d' échappement 11 et dérive une partie ou la totalité du flux vers une turbine 28 avant de le diriger vers 1' échappement 13. La turbine 28 entraîne, directement ou par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse, un alternateur électrique 30 qui débite, lorsqu'il est excité, vers une batterie 32, et une pompe hydraulique ou un compresseur d'air 29 (ou les deux) qui débite ou (débitent) vers les accumulateurs ou réservoirs d'air 31. Les machines d'assistance 26 sont alimentées normalement à partir de la batterie 32 et des accumulateurs d'air 31. Les états de charge de la batterie 32 et de pression des réservcis 31 sont mesurés et les -4informations 33 transmises à un microprocesseur 34. Par une commande et un actionneur 35, il manoeuvre la vanne 27. Le microprocesseur peut ainsi être programmé pour satisfaire aux diverses exigences qu'on impose au puisage d' énergie sur 11, par exemple, mais tout autre logique peut être envisagée - on répond à toute demande de sécurité en priorité (épuisement assistance des freins, de la direction... ), - on ne stocke l' énergie disponible pour les diverses autres assistances que lorsque le point de fonctionnement du moteur sur son diagramme d'utilisation (fi?. 2) est dans la zone des gains, - on privilègie certains scénaris en fonction de critères de fonctionnement divers, -etc... Il va de soi qu'on pourra jouer sur la capacité des réserves (batteries, réservoirs, accumulateurs...). Plus ces capacités seront importantes, et plus le choix des séquences de puisage d' énergie sera aisé. Différentes variantes peuvent être envisagées à titre d'exemple Seulement une machine entraînée par la turbine, au lieu de deux ou trois, - Compresseur centrifuge mono-étagé aspirant en 9 entraTné par la turbine. - Compresseur centrifuge bi-étagé aspirant à l'atmosphère, - Décharge du réservoir 31 dans 9 lors d'une reprise à bas régime. R E V E N D I CATIONS Il Moteur compound adapté du type comprenant une turbine (28) montée sur une tubulure d'échappement (11) pour récupérer de l'énergie, caractérisé en ce qu'il incorpore une vanne trois voies (27) placée sur cette tubulure pour dériver tout ou partie du flux gazeux vers cette turbine avant de le diriger vers l'échappement (13). 2/ Moteur compoundc! suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la turbine (28) 'entraîne un alternateur électrique (30) susceptible de débiter vers une batterie (32), et une pompe hydraulique ou un compresseur d'air (29) qui débite vers des accumulateurs d'air (31), cette batterie et ces accumulateurs d'air alimentant des machines d' assistance (26). 3/ Moteur compound suivant la revendication I ou 2, caractérisé en ce que les états de charge de la batterie (32) et de pression des accumulateurs d'aif (31) sont mesurés et les informations (33) transmises à un microprocesseur (34) qui agit sur la vanne trois voies (27) par une commande et un actionneur (35).