Brevet FR3046629A1 — publié le 20170714

METHODES ET SYSTEMES D'ALIMENTATION EN COURANT ELECTRIQUE DANS UN VEHICULE AUTOMOBILE [0001] L'invention se rapporte aux systèmes de récupération de l'énergie dans un véhicule automobile. [0002] L'invention se rapporte, plus particulièrement, à une méthode d'utilisation de l'énergie récupérée, pour l'alimentation en courant électrique d'un dispositif de ce véhicule automobile, ainsi qu'à un système pour la mise en oeuvre d'une telle méthode. [0003] Les véhicules automobiles sont de plus en plus équipés de dispositifs électriques. Pour assurer au moins partiellement leur alimentation en courant électrique, il est généralement fait recours à la valorisation des énergies perdues lors du fonctionnement des différents composants du véhicule. [0004] Le document W0201173718 enseigne une méthode de valorisation de l'énergie thermique des gaz d'échappement, par conversion en énergie électrique, au moyen d'un cycle de Rankine organique (en terminologie anglo-saxonne ORC pour Organic Rankine Cycle). L'énergie électrique produite est ensuite stockée dans un élément de stockage tampon, de type batterie électrique, permettant d'alimenter ultérieurement des dispositifs électriques présents dans le véhicule automobile. [0005] Parmi les dispositifs électriques compris dans un véhicule automobile, les actionneurs électromagnétiques assurent l'actionnement des soupapes dans un moteur à combustion interne n'utilisant pas d'arbres à cames (connu sous la dénomination « Moteur Camless »). Dans cette technique, un ou plusieurs aimants génèrent un champ électromagnétique apte à mouvoir, par la force de Laplace, une carcasse sur laquelle est enroulée une bobine, parcourue par un courant électrique, et dont est solidaire la soupape. La soupape est ainsi apte à se mouvoir linéairement dans un sens, par la force de Laplace, lorsque la bobine de l'actionneur est alimentée par un courant positif, et respectivement dans le sens inverse, lorsqu'elle est alimentée par un courant négatif. [0006] Une alimentation électrique est requise par ce système d'actionnement électrique des soupapes. A ce jour, ce sont des batteries électriques qui sont en charge de l'alimentation en courant électrique des actionneurs électromagnétiques des soupapes. 3046629 2 [0007] Cette technique a fait ses preuves mais elle ne va pas sans inconvénients. [0008] Etant donné la masse de l'équipage mobile composé d'un aimant et de la soupape, la mise en mouvement de chaque soupape nécessite une 5 quantité d'énergie élevée. Ce besoin énergétique, nécessaire à la commande de l'ensemble des soupapes, requiert l'implantation d'une batterie haute capacité, plus onéreuse et plus volumineuse que les batteries classiques. [0009] En outre, de telles batteries présentent un encombrement et une 10 masse non-négligeables, qui accroissent la consommation en carburant et l'émission polluante du véhicule automobile. [0010] Un objectif est de proposer une méthode d'alimentation en courant électrique des actionneurs électromagnétiques des soupapes, permettant de remédier aux inconvénients précités. 15 [0011] Un autre objectif est d'optimiser la consommation en énergie électrique et en carburant d'un véhicule automobile. [0012] Un autre objectif est d'améliorer l'ergonomie du compartiment moteur d'un véhicule automobile. [0013] Un autre objectif est d'utiliser plus efficacement l'énergie 20 électrique produite par un cycle de Rankine organique. [0014] Un autre objectif est de proposer un véhicule automobile comprenant un système d'alimentation en courant électrique d'un dispositif électrique de ce véhicule, répondant aux objets exprimés ci-dessus. [0015] A ces fins, il est proposé, selon un premier aspect, un système 25 comprenant un actionneur électromagnétique, configuré pour assurer l'actionnement d'une soupape dans un moteur à combustion interne n'utilisant pas d'arbres à cames ; un cycle de Rankine organique, configuré pour produire, via un 30 générateur de courant électrique, un courant électrique depuis une source de chaleur ; ce système comprenant, en outre, un commutateur connectant électriquement l'actionneur électromagnétique au générateur de courant électrique du cycle de Rankine organique, de sorte que l'actionneur 35 électromagnétique soit alimenté, au moins partiellement, par le courant électrique produit par le cycle de Rankine organique. 3046629 3 [0016] Ce système comprend avantageusement, en outre, un circuit de commande, pour piloter l'état du commutateur. [0017] Il est proposé, selon un deuxième aspect, une méthode d'alimentation en courant électrique d'un actionneur électromagnétique, 5 configuré pour assurer l'actionnement d'une soupape dans un moteur à combustion interne n'utilisant pas d'arbres à cames, cette méthode comprenant une étape de production d'un courant électrique, depuis une source de chaleur, au moyen d'un cycle de Rankine organique, ce cycle de 10 Rankine organique intégrant un générateur de courant électrique ; une étape de liaison électrique de l'actionneur électromagnétique au générateur de courant électrique du cycle de Rankine organique, de sorte que l'actionneur électromagnétique soit alimenté, au moins partiellement, par le courant électrique produit par le cycle de Rankine 15 organique. [0018] Dans une mise en oeuvre, cette méthode comprend, en outre, une étape d'adaptation de la tension ou de l'intensité du courant électrique produit par le cycle de Rankine organique aux besoins de l'actionneur électromagnétique. 20 [0019] L'invention se rapporte, selon un troisième aspect, à un véhicule automobile comprenant le système présenté ci-dessus. [0020] Avantageusement, le courant électrique est produit dans ce véhicule par un cycle de Rankine organique, depuis la chaleur des gaz d'échappement. 25 [0021] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière concrète à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement le principe du cycle de Rankine 30 organique ; - la figure 2 illustre schématiquement une liaison électrique entre le générateur électrique du cycle de Rankine et un actionneur électromagnétique d'une soupape, dans un moteur à combustion interne n'utilisant pas d'arbres à cames ; 3046629 4 - la figure 3 illustre schématiquement un véhicule automobile comprenant le cycle de Rankine organique et l'actionneur électromagnétique représentés en figures 1 et 2. [0022] La figure 1 illustre le principe de base du cycle 1 de Rankine 5 organique, dont l'objectif est de convertir, via un cycle thermodynamique, une énergie calorifique (chaleur) en une énergie mécanique (mouvement). Pour cela, un fluide organique de travail (un réfrigérant ou un hydrocarbure par exemple) est chauffé puis vaporisé, dans un évaporateur 11, au moyen de la chaleur récupérée d'une source 12 de chaleur, telle que les gaz 10 d'échappement. La vapeur produite est ensuite détendue dans une machine 13 de détente (généralement une turbine), pour produire de l'énergie mécanique. Le fluide organique est ensuite condensé dans un condensateur 14, au moyen d'une source 15 froide (air ou eau par exemple), pour fermer le cycle thermodynamique. 15 [0023] L'énergie mécanique obtenue via la turbine est convertie en électricité, à l'aide d'un générateur G de courant électrique, notamment un alternateur. [0024] En se référant maintenant à la figure 2, le générateur G de courant électrique du cycle 1 de Rankine organique est électriquement 20 connecté, via un commutateur 3, à un actionneur 2 électromagnétique. Cet actionneur 2 électromagnétique assure l'actionnement d'une soupape, dans un moteur à combustion interne n'utilisant pas d'arbres à cames. [0025] Le commutateur 3 lie ainsi électriquement les bornes du générateur G de courant électrique du cycle 1 de Rankine organique, 25 directement aux bornes de l'actionneur 2 électromagnétique. Il s'ensuit que l'énergie électrique produite à la sortie du cycle 1 de Rankine organique sert directement à l'alimentation, au moins en partie, en courant électrique de l'actionneur 2 électromagnétique. [0026] Il en résulte que l'énergie électrique produite par le cycle 1 de 30 Rankine organique, au lieu d'être stockée, est directement utilisée pour l'alimentation électrique, au moins en partie, d'au moins un actionneur 2 électromagnétiques d'une soupape, dans un moteur à combustion interne n'utilisant pas d'arbres à cames. Ainsi, le courant électrique généré par le cycle 1 de Rankine organique est, avantageusement, directement utilisé 35 pour l'alimentation instantanée en courant électrique d'au moins un 3046629 5 actionneur 2 électromagnétique des soupapes, sans besoin d'une étape intermédiaire supplémentaire de stockage d'énergie électrique. [0027] La liaison électrique entre le générateur G de courant électrique du cycle 1 de Rankine organique et l'actionneur 2 électromagnétique est 5 matérialisée par le commutateur 3 et des connecteurs 4-5 électriques. Avantageusement, les connecteurs 4-5 électriques sont flexibles, de sorte qu'ils s'adaptent à l'environnement du compartiment moteur. Dans un mode de réalisation, les connecteurs 4-5 électriques se présentent sous la forme de fils de connexion accolés, avec interposition d'une couche isolante. 10 [0028] Avantageusement, par leurs caractéristiques géométriques et structurelles, le commutateur 3 et les connecteurs 4-5 électriques possèdent un faible encombrement, une faible masse et une grande flexibilité, permettant de participer à la diminution de la consommation en carburant et des émissions polluantes du véhicule. 15 [0029] La tension générée par le générateur G de courant électrique du cycle 1 de Rankine organique est variable, car l'énergie calorifique fournie par la source 12 de chaleur (en l'espèce, les gaz d'échappement) n'est généralement pas constante. A cet égard, un adaptateur électrique se charge d'adapter la tension ou l'intensité du courant électrique, produit par 20 le cycle 1 de Rankine organique, aux besoins de l'actionneur 2 électromagnétique. [0030] Dans un mode de réalisation, le commutateur 3 est piloté par un circuit 6 de commande, pour permettre la connexion ou la déconnexion de la liaison électrique entre le générateur G du cycle de Rankine organique et 25 l'actionneur 2 électromagnétique. [0031] Le circuit 6 de commande permet de commander l'état du commutateur 3 via des signaux appropriés. Ces signaux dépendent de la tension ou de l'intensité produite par le générateur G de courant électrique et du besoin en énergie électrique de l'actionneur 2 électromagnétique. 30 [0032] Avantageusement, le type de consommation électrique de l'actionneur 2 électromagnétique favorise l'utilisation optimale de l'énergie électrique fournie par le cycle 1 de Rankine organique. Il est en effet constaté qu'à des vitesses de rotation élevées du moteur, où les actionneurs 2 électromagnétiques ont besoin d'un surplus d'énergie 35 électrique, le cycle 1 de Rankine organique fourni avantageusement une quantité élevée d'électricité. Il est également observé qu'à basses vitesses 3046629 6 de rotation du moteur, où les actionneurs 2 électromagnétiques ont besoin d'une quantité moindre d'énergie électrique, le cycle 1 de Rankine organique produit avantageusement une quantité appropriée d'électricité. [0033] Sur la figure 3 est représenté un véhicule 7 automobile. Ce 5 véhicule 7 automobile peut être un utilitaire, un camion, ou un engin de chantier par exemples. [0034] Ce véhicule 7 automobile comprend - au moins un moteur 2 électromagnétique, configuré pour actionner le mouvement de translation d'une soupape dans un moteur à 10 combustion interne n'utilisant pas d'arbres à cames. Ce moteur peut être du type diesel à injection directe, ou de tout autre type de moteur à combustion interne : essence, à injection indirecte, hybride; - un cycle 1 de Rankine organique, permettant de produire de l'énergie électrique à partir d'une énergie calorifique (chaleur) récupérée des 15 gaz d'échappement au sein du véhicule 7 automobile ; - un commutateur 3, reliant électriquement le cycle 1 de Rankine organique directement à l'actionneur électromagnétique, pour son alimentation, au moins partiellement, en courant électrique produit par le cycle 1 de Rankine organique. 20 [0035] En agissant sur le commutateur 3, un circuit 6 de commande permet de connecter ou déconnecter la liaison électrique entre le cycle 1 de Rankine organique et l'actionneur 2 électromagnétique. [0036] En particulier, ce circuit 6 de commande permet de fermer, au moyen du commutateur 3, un circuit électrique apte à alimenter directement 25 l'actionneur 2 électrique depuis le cycle 1 de Rankine organique, sans passer par un moyen de stockage tampon d'énergie électrique. [0037] Dans un mode de réalisation, il est envisageable d'alimenter électriquement l'actionneur 2 électromagnétique depuis un moyen de stockage tampon d'énergie électrique, en plus du cycle 1 de Rankine 30 organique. Le commutateur 3 peut être ainsi piloté par le circuit 6 de commande, pour être également connecté à un deuxième générateur de courant, tel qu'une batterie ou des super-condensateurs. Dans ce cas, l'alimentation en courant électrique de l'actionneur 2 électromagnétique, lorsque le moteur est froid, peut se faire par une batterie. Il en est de 35 même lors d'une variation rapide de la demande en puissance, à haut régime moteur. 3046629 7 [0038] Plus généralement, le générateur G de courant électrique peut également être connecté électriquement directement à tout autre dispositif électrique compris dans le véhicule automobile, pour son alimentation, au moins partiellement, en courant électrique. 5 [0039] Dans un autre mode de réalisation, d'autres dispositifs de récupération de l'énergie de type le cycle 1 de Rankine organique sont couplés directement à l'actionneur 2 électromagnétique. Dans ce cycle 1 de Rankine organique, des sources 12 de chaleur autre que les gaz d'échappement peuvent être utilisées. 10 [0040] Les méthodes et systèmes décrits ci-dessus présentent de nombreux avantages. Ils permettent en effet - un couplage direct entre le cycle 1 Rankine organique et des actionneurs électromagnétiques de soupapes, dans un moteur à combustion interne n'utilisant pas d'arbres à cames; 15 - l'utilisation directe de l'énergie électrique générée par le cycle 1 Rankine, sans besoin de recourir à des moyens de stockage d'énergie électrique (un moyen de stockage d'énergie électrique pouvant être utilisé en complément du cycle 1 de Rankine organique); 20 - la réduction des risques de pertes énergétiques, via les moyens de stockage tampon d'énergie électrique ; - un gain d'encombrement dans le compartiment moteur du véhicule. REVENDICATIONS1. Système comprenant - un actionneur (2) électromagnétique configuré pour assurer l'actionnement d'une soupape dans un moteur à combustion interne n'utilisant pas d'arbres à cames ; - un cycle (1) de Rankine organique configuré pour produire, via un générateur (G) de courant électrique, un courant électrique depuis une source (12) de chaleur; ce système étant caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un commutateur (3) connectant électriquement l'actionneur (2) électromagnétique au générateur (G) de courant électrique du cycle (1) de Rankine organique de sorte que l'actionneur (2) électromagnétique soit alimenté, au moins partiellement, par le courant électrique produit par le cycle (1) de Rankine organique. 2. Système de la revendication 1, comprenant en outre un circuit (6) de commande pour piloter l'état du commutateur (3). 3. Méthode d'alimentation en courant électrique d'un actionneur (2) électromagnétique, configuré pour assurer l'actionnement d'une soupape dans un moteur à combustion interne n'utilisant pas d'arbres à cames, cette méthode comprenant - une étape de production d'un courant électrique, depuis une source (12) de chaleur, au moyen d'un cycle (1) de Rankine organique, ce cycle de Rankine organique intégrant un générateur (G) de courant électrique ; - une étape de liaison électrique de l'actionneur (2) électromagnétique au générateur (G) de courant électrique du cycle (1) de Rankine organique de sorte que l'actionneur (2) électromagnétique soit alimenté, au moins partiellement, par le courant électrique produit par le cycle (1) de Rankine organique. 3046629 9 4. Méthode de la revendication précédente, comprenant, en outre, une étape d'adaptation de la tension ou de l'intensité du courant électrique produit par le cycle (1) de Rankine organique aux besoins de l'actionneur (2) électromagnétique. 5 5. Véhicule automobile comprenant le système de la revendication 1 ou 2. 6. Véhicule automobile de la revendication précédente, dans lequel la 10 source de la chaleur est les gaz d'échappement.