Brevet FR2914233A1 — publié le 20081003

DEMANDE DE BREVET B06-5161FR ù JT/PG Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Dispositif et procédé de récupération d'énergie pour moteur à combustion interne de véhicule automobile. Invention de : Richard BALMY AIT-TALEB Lahsen 2 Dispositif et procédé de récupération d'énergie pour moteur à combustion interne de véhicule automobile. La présente invention concerne le domaine automobile, et plus particulièrement la récupération d'énergie à partir de l'entraînement en rotation d'un ventilateur qui est généralement associé à un échangeur de chaleur pour moteur à combustion interne, ou tout autre motorisation ayant un système de refroidissement (pile à combustible, machine électrique). Un moteur d'entraînement à combustion interne, ou tout autre motorisation ayant un système de refroidissement, est généralement refroidi par la mise en circulation d'un liquide caloporteur, en pratique de l'eau mélangée avec un anti-gel, qui traverse les principales parties du moteur qu'il convient de refroidir. Le circuit de refroidissement comprend essentiellement une pompe de circulation entraînée par le moteur et un radiateur constitué d'un échangeur de chaleur eau/air capable de refroidir l'eau mise en circulation par la pompe. Classiquement, un ventilateur est associé au radiateur pour accroître son efficacité de fonctionnement. De manière à optimiser l'efficacité de fonctionnement du groupe moto-propulseur, une vanne thermostatique est généralement prévue de façon à isoler la partie du circuit de refroidissement qui contient le radiateur pendant un démarrage à froid, durant lequel un refroidissement excessif du groupe moto-propulseur n'est pas souhaité. Progressivement, la vanne thermostatique s'ouvre en fonction de la température de l'eau mise en circulation qui est réchauffée par le moteur après la période de démarrage. Dans ce but, dans certaines conditions de fonctionnement du groupe moto-propulseur, notamment dans des phases de roulage urbain 3 embouteillées, le ventilateur associé au radiateur peut-être mis en marche de manière à augmenter la quantité de calories prélevées par l'air au liquide caloporteur. Toutefois, lorsque le véhicule automobile roule à une vitesse relativement élevée et que la température du liquide caloporteur est basse, l'entraînement en rotation du ventilateur par un moteur ne présente plus de véritable intérêt. Ainsi, il est possible d'utiliser le ventilateur en vue d'une récupération de l'énergie cinétique acquis par une masse d'air s'engouffrant sous le capot du véhicule. C'est ainsi que la demande de brevet US2003/0140643 prévoit différentes phases de pilotage de ventilateurs en fonction de la vitesse du véhicule automobile. Dans ce domaine, on connaît encore par le document US2005/0121242, des modules de récupération d'énergie destinés à être montés sur un véhicule automobile et comportant une pluralité de ventilateurs reliés à un générateur d'électricité pour récupérer l'énergie générée par l'entraînement des ventilateurs lors de l'avancement du véhicule automobile. Ces deux dispositifs de l'art antérieur ont notamment pour inconvénient de ne pas permettre une récupération d'énergie qui soit particulièrement adaptée selon les différentes conditions de roulage du véhicule. La présente invention a donc pour but de remédier à cet inconvénient. Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir un dispositif qui permet d'obtenir un refroidissement satisfaisant du groupe moto-propulseur, et plus généralement de l'ensemble des organes du véhicule, ainsi qu'une récupération d'énergie dans différentes plages de roulage du véhicule de manière fiable. 4 Selon un premier aspect, l'invention a pour objet un dispositif de récupération d'énergie pour groupe moto-propulseur de véhicule automobile, le dispositif comprenant au moins un ventilateur destiné à être associé à un échangeur de chaleur pour le refroidissement d'un fluide caloporteur du groupe moto-propulseur, une buse de support du ventilateur et un moteur pour l'entraînement en rotation du ventilateur. Selon une caractéristique générale de l'invention, le dispositif comprend en outre des moyens d'embrayage pour la transmission d'un couple entre le moteur d'entraînement et le ventilateur, et des moyens de régulation du débit d'air transmis au ventilateur. Avec un tel dispositif, il devient notamment possible d'utiliser le ventilateur pour procéder au refroidissement du groupe moto-propulseur mais également pour obtenir une récupération d'énergie qui est optimisée en fonction des conditions de roulage du véhicule. En effet, si l'énergie récupérée par le moteur devient supérieure à l'énergie maximale récupérable imposée par ses caractéristiques techniques, les moyens de régulation permettent l'obtention d'un débit de fuite de manière à obtenir un fonctionnement fiable dans le temps du dispositif et limiter le risque de détérioration des éléments le constituant. Dans un mode de réalisation, la buse de support comprend les moyens de régulation du débit d'air transmis au ventilateur. Cette disposition est particulièrement avantageuse dans la mesure où les moyens de régulation sont disposés directement sur la buse de support, ce qui simplifie le montage du dispositif. En effet, il n'est pas nécessaire, une fois la buse de support montée, de rapporter des moyens additionnels aptes à faire varier la quantité d'air se dirigeant vers le radiateur du groupe moto-propulseur. Dans un mode de réalisation, les moyens de régulation du débit d'air transmis au ventilateur comprennent des volets mobiles en rotation. Préférentiellement, le dispositif comprend une unité de 5 contrôle électronique, un capteur de mesure du niveau de charge d'un moyen d'alimentation en énergie, et un capteur de mesure de la vitesse du véhicule automobile. Avantageusement, l'unité de contrôle électronique comprend une cartographie mémorisée de valeurs de consigne de la position des moyens d'embrayage et des moyens de régulation du débit d'air en fonction du niveau de charge du moyen d'alimentation en énergie et de la vitesse du véhicule automobile. Dans un mode de réalisation, l'unité de contrôle électronique comprend un convertisseur de tension. Selon un second aspect, l'invention a également pour objet un groupe moto-propulseur pour véhicule automobile comprenant un dispositif de récupération d'énergie tel que défini précédemment. Enfin, l'invention concerne un procédé de récupération d'énergie pour groupe moto-propulseur de véhicule automobile équipé d'au moins un ventilateur associé à un échangeur de chaleur pour le refroidissement d'un fluide caloporteur du groupe moto-propulseur et d'un moteur pour l'entraînement en rotation du ventilateur, dans lequel on accouple le ventilateur et le moteur, et on régule le débit d'air sous capot du véhicule automobile qui est transmis au ventilateur afin de générer de l'électricité. Avantageusement, on régule le débit d'air par l'intermédiaire de volets mobiles montés sur une buse de support du ventilateur. 6 Dans un mode de mise en oeuvre, on régule le débit d'air en fonction de la puissance générée par la rotation du ventilateur et récupérée par le moteur. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : -la figure 1 illustre schématiquement un véhicule automobile pourvu d'un dispositif de récupération d'énergie selon l'invention, et - la figure 2 représente les différentes étapes de fonctionnement du dispositif de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté un véhicule automobile, référencé 10 dans son ensemble, qui comprend un moteur 12 à combustion interne, un radiateur 14 constitué d'un échangeur de chaleur eau/air pour le refroidissement du moteur, et un dispositif 16 permettant de favoriser le refroidissement du radiateur 14, et plus généralement du moteur 12, et d'obtenir également une récupération d'énergie grâce à l'air s'engouffrant sous le capot 17 lors de l'avancement du véhicule. Le dispositif 16, le radiateur 14 et le moteur 12 sont disposés d'amont en aval, en considérant le sens de circulation de l'air qui est véhiculé en direction de ces éléments, via une grille d'entrée 18 située au niveau d'une calandre d'un capot 17, lors de l'avancement du véhicule 10. Le dispositif 16 comporte essentiellement un ventilateur 20, une buse 22 de support du ventilateur, un moteur 24 électrique pour l'entraînement en rotation du ventilateur 20, et une unité de contrôle 26 électronique prévue notamment pour le pilotage du moteur 22. De manière connue en soi, le ventilateur 20 est monté sous le capot 17 par l'intermédiaire de la buse 22 de support, et comporte un 7 moyeu 28 relié au moteur 24 et des pales 30 réparties sur le moyeu de manière uniforme dans le sens circonférentiel. Le moyeu 28 s'étend suivant un axe 32 longitudinal supposé horizontal. La buse 22 est illustrée ici de manière schématique et présente une forme générale conique. Elle permet également le montage de la grille d'entrée 18 et du radiateur 14 sous le capot 17. Le dispositif 16 comporte encore des moyens d'embrayage (non représentés) pour la transmission d'un couple entre le moteur 24 et le ventilateur 20, et des moyens de régulation 34 du débit d'air transmis au ventilateur 20 après s'être engouffré par la grille d'entrée 18. Les moyens d'embrayage peuvent être du type monodisque. Les moyens de régulation 34 comportent des volets 36, 38 mobiles montés entre la grille d'entrée 18 et le ventilateur 20. Les volets 36, 38 sont donc montés en amont du ventilateur 20, en considérant le sens de circulation de l'air s'engouffrant par la grille d'entrée 18 lors de l'avancement du véhicule 10. Les volets 36, 38 sont montés à rotation sur la buse 22 de support de façon à faire varier le débit d'air envoyé au ventilateur 20. Les volets 36, 38 sont ici au nombre de deux et montés sensiblement à mi-distance entre la grille d'entrée 18 et le ventilateur 20, en regard l'un par rapport à l'autre. Les volets 36, 38 sont déplaçables conjointement entre une position de repos dans laquelle ils forment en partie la paroi intérieure de la buse 22 permettant l'acheminement d'un flux d'air de la grille d'entrée 18 vers le ventilateur 20, et une position active, visible sur la figure, dans laquelle ils permettent l'échappement d'une partie du flux d'air. Dans la position active, les volets 36, 38 s'étendent vers l'extérieur de la buse 22 de support et libèrent deux ouvertures 40, 42 8 dont le débit de fuite varie en fonction du degré d'ouverture des volets. Bien entendu, il est possible de prévoir un nombre différent de volets ou encore de prévoir des volets mobiles en translation par rapport à la buse 22 de support. La position des moyens d'embrayage et des moyens de régulation 34 du débit d'air sont commandés en fonction des conditions de fonctionnement du véhicule 10 déterminées par l'unité de contrôle 26. A cet égard, le dispositif 16 est encore pourvu d'un capteur de température apte à détecter la température d'un liquide caloporteur circulant à l'intérieur du radiateur 14 et destiné à refroidir le moteur 12, d'un capteur de température apte à détecter la température ambiante extérieure, d'un capteur de mesure de vitesse du véhicule 10, et d'un capteur d'un niveau de charge d'un consommateur électrique du véhicule tel que la batterie 39. Les capteurs (non représentés) sont reliés à l'unité de contrôle 26. Pour procéder au contrôle de fonctionnement du dispositif 16, l'unité de contrôle 26 comprend stockés en mémoire tous les moyens matériels et logistiques pour commander les moyens d'embrayage et le déplacement des volets 36, 38 des moyens de régulation 34. Elle comprend en outre une cartographie mémorisée de valeurs de consigne de la position des moyens d'embrayage et des volets 36, 38 en fonction de la température du liquide caloporteur circulant à l'intérieur du radiateur 14, de la température extérieure, de la vitesse du véhicule 10, et du niveau de charge de la batterie 39. La position des moyens d'embrayage et celle des moyens de régulation sont donc déterminées par l'unité de contrôle 26 en fonction de conditions de fonctionnement du moteur 12 de manière à 9 transmettre ou non un couple entre le ventilateur 20 et le moteur 24, et à ajuster le débit d'air véhiculé en direction du ventilateur 20. En référence à la figure 2, on va maintenant décrire les principales étapes mises en oeuvre au sein de l'unité de contrôle 26 du dispositif 16 pour obtenir un refroidissement satisfaisant du moteur 12 et une récupération d'énergie. Comme mentionné précédemment, l'unité de contrôle 26 reçoit en entrée des données représentatives du fonctionnement du véhicule qui sont : - T12Ot : la température du liquide caloporteur destiné à refroidir le moteur 12, - Taä2b : la température à l'extérieur du véhicule automobile, - V,eh : la vitesse du véhicule (en km/h), et - Ncharge : le niveau de charge de la batterie 39 du véhicule. Une première étape 50 consiste à déterminer en fonction des données représentatives précitées s'il est nécessaire de refroidir le moteur 12. Lorsque l'unité de contrôle 26 détermine que le refroidissement n'est pas satisfaisant, elle commande les moyens d'embrayage et le moteur 24 de manière à permettre la transmission d'un couple entre celui-ci et le ventilateur 20. L'unité de contrôle 26 commande également les moyens de régulation 34 pour positionner les volets 36, 38 en position de repos. Ainsi, on augmente la quantité d'air envoyée vers le radiateur 14 et on accroît l'effet de refroidissement du liquide caloporteur du moteur 12 par ventilation naturelle. Un tel mode de fonctionnement du dispositif 16 est appelé Mode 1. Dans ce mode, le moteur 24 électrique d'entraînement du ventilateur 20 est alimenté en courant par l'intermédiaire de la batterie 39, via les câbles 44 (figure 1). 10 Si le refroidissement du moteur est satisfaisant, alors l'unité de contrôle 26 passe à l'étape suivante 52 et vérifie si la vitesse du véhicule automobile est supérieure à une vitesse prédéterminée et si le niveau de charge de la batterie 39 est en dessous d'un niveau de charge préétabli. La vitesse peut par exemple être de 90 km/h et le niveau de charge de 50% du niveau de charge maximal. Si l'unité de contrôle 26 détermine qu'une de ces deux conditions n'est pas respectée, elle commande alors les moyens d'embrayage de manière à passer dans une position débrayée, dans laquelle aucun couple n'est transmis entre le ventilateur 20 et le moteur 24. Dans ce mode de fonctionnement, le moteur 24 n'est pas alimenté en courant. Les volets 36, 38 sont maintenus dans leur position de repos. Le dispositif 16 fonctionne alors selon un second mode (Mode 2) dans lequel le ventilateur 20 est débrayé du moteur 24 de manière à minimiser les pertes de charge induites lors de l'entraînement en rotation du ventilateur 20 par l'air s'engouffrant au niveau de la grille d'entrée 18. Au contraire, si l'unité de contrôle 26 détecte que les deux conditions précitées sont respectées, elle commande alors le fonctionnement du dispositif 16 selon un troisième mode (Mode 3) dans lequel les moyens d'embrayage sont à nouveau dans une position embrayée de manière à valoriser l'air sous capot s'engouffrant au niveau de la grille d'entrée 18 et entraînant en rotation le moteur 24. Lors du passage du second mode au troisième mode, les volets 36, 38 restent dans leur position de repos. Dans ce mode de fonctionnement, le ventilateur 20 devient alors un générateur électrique. L'énergie électrique ainsi obtenue étant récupérée par le moteur 24. Le courant électrique généré est ensuite 11 acheminé à l'unité de contrôle 26, par l'intermédiaire des câbles 44. L'unité de contrôle 26 comporte un convertisseur de tension (non représenté), et alimente la batterie 39. Bien entendu, on conçoit aisément qu'il est possible d'alimenter d'autres consommateurs électriques du véhicule avec l'énergie récupérée. De manière à optimiser le fonctionnement du dispositif 16 dans ce troisième mode, lorsque la puissance générée par la rotation du ventilateur 20 est supérieure à la puissance maximale récupérable par le moteur 24, l'unité de contrôle 26 commande l'ouverture des volets 36, 38 des moyens de régulation 34. Dans ce cas, l'ouverture des volets 36, 38 est commandée de façon que la puissance générée par le ventilateur 20 soit égale à la puissance récupérable par le moteur 24. D'une manière similaire, l'unité de contrôle 26 peut également commander l'ouverture des volets 36, 38 lorsque la vitesse de rotation du ventilateur 24 a atteint sa vitesse de fonctionnement maximale imposée par des contraintes mécaniques. Ainsi, la quantité d'air véhiculé en direction du ventilateur 20 peut être adaptée de manière à obtenir un bon compromis entre la récupération d'énergie et la fiabilité du dispositif 16. L'unité de contrôle 26 permet donc le déplacement en rotation des volets 36, 38 et l'obtention d'un débit de fuite contrôlable afin de limiter la quantité d'air transmise vers le ventilateur 20. En d'autres termes, l'ouverture des volets 36, 38 des moyens de régulation 34 permet d'optimiser la quantité d'air envoyée vers le ventilateur 20, de manière à obtenir un compromis satisfaisant entre la résistance mécanique du dispositif 16 et la récupération d'énergie cinétique de la masse d'air s'engouffrant sous le capot 17. 12 Par ailleurs, il peut également être envisageable de prévoir, lors d'un démarrage à froid du véhicule 10, que l'unité de contrôle 26 commande les moyens d'embrayage de manière à permettre la transmission d'un couple entre le ventilateur 20 et le moteur 24, sans alimenter en courant ledit moteur 24. Le dispositif 16 fonctionne ainsi de façon identique au Mode 3. Dans ces conditions, le débit d'air transmis au radiateur 14 est limité, ce qui accélère la montée en température du liquide caloporteur et donc du moteur 12. Grâce à l'invention, on obtient donc un dispositif utilisant un ventilateur traditionnellement utilisé pour le refroidissement du radiateur et présentant une bonne fiabilité de fonctionnement, pour obtenir une récupération d'énergie cinétique lors de l'avancement du véhicule automobile, mais également pour favoriser la montée en température du groupe moto-propulseur lors d'un démarrage à froid du véhicule. REVENDICATIONS 1-Dispositif de récupération d'énergie pour groupe moto-propulseur de véhicule automobile, le dispositif comprenant au moins un ventilateur (20) destiné à être associé à un échangeur de chaleur pour le refroidissement d'un fluide caloporteur du groupe moto-propulseur, une buse (22) de support du ventilateur, et un moteur (24) pour l'entraînement en rotation du ventilateur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'embrayage pour la transmission d'un couple entre le moteur d'entraînement et le ventilateur, et des moyens de régulation (34) du débit d'air transmis au ventilateur. 2-Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la buse (22) de support comprend les moyens de régulation (34) du débit d'air. 3-Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens de régulation (34) du débit d'air comprennent des volets (36) mobiles en rotation 4-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une unité de contrôle (26) électronique, un capteur de mesure du niveau de charge d'un moyen d'alimentation (38) en énergie, et un capteur de mesure de la vitesse du véhicule automobile. 5-Dispositif selon la revendication 4, dans lequel l'unité de contrôle (26) électronique comprend une cartographie mémorisée de valeurs de consigne de la position des moyens d'embrayage et des moyens de régulation (34) du débit d'air en fonction du niveau de charge du moyen d'alimentation (38) en énergie et de la vitesse du véhicule automobile. 6-Dispositif selon la revendication 4 ou 5, dans lequel l'unité de contrôle (26) électronique comprend un convertisseur de tension. 14 7-Groupe moto-propulseur pour véhicule automobile comprenant un échangeur de chaleur et un dispositif de récupération d'énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8-Procédé de récupération d'énergie pour groupe moto- propulseur de véhicule automobile équipé d'au moins un ventilateur associé à un échangeur de chaleur pour le refroidissement d'un fluide caloporteur du groupe moto-propulseur et d'un moteur pour l'entraînement en rotation du ventilateur, caractérisé en ce qu'on accouple le ventilateur et le moteur, et en ce qu'on régule le débit d'air sous capot du véhicule automobile qui est transmis au ventilateur afin de générer de l'électricité. 9-Procédé selon la revendication 8, dans lequel on régule le débit d'air par l'intermédiaire de volets mobiles montés sur une buse de support du ventilateur. 10-Procédé selon la revendication 8 ou 9, dans lequel on régule le débit d'air en fonction de la puissance générée par la rotation du ventilateur et récupérée par le moteur.