Brevet FR3057622A1 — publié le 20180420

SYSTEME DE RECUPERATION D'ENERGIE AVEC SYSTEME DE REFROIDISSEMENT La présente invention concerne les machines thermiques et plus particulièrement les moteurs à combustion interne à circuit de recirculation des gaz brûlés et turbocompresseur, avec circuit de refroidissement. De nombreux moteurs équipant les véhicules automobiles sont équipés de circuits de recirculation des gaz d'échappement (RGE), dans lesquels une fraction des gaz d'échappement prélevée à l'échappement du moteur à combustion interne est mélangée aux gaz admis, après traversée du circuit de recirculation. Selon les architectures de moteur, certaines d'entre elles peuvent être équipées en plus de turbocompresseurs pour augmenter la pression des gaz admis. Ces turbocompresseurs comportent un compresseur d'air entraîné par une turbine animée par la pression des gaz d'échappement. Les entrées et sorties des circuits de recirculation peuvent être situées avant ou après le turbocompresseur. Ces circuits peuvent comporter une turbine de récupération, un refroidisseur RGE et une vanne RGE. La turbine convertit une partie de la puissance des gaz en puissance mécanique, qui sera elle-même convertie en puissance électrique via un générateur. La présence de ce générateur nécessite un refroidissement pour éviter une démagnétisation du générateur ou une dégradation de son électronique de contrôle. Le refroidisseur RGE évacue les calories des gaz pour admettre des gaz frais. La vanne régule avec la turbine la perméabilité du circuit RGE. Tous ces éléments requièrent un refroidissement et une intégration dans le circuit de refroidissement du moteur thermique. La présente invention a donc pour objet de palier aux inconvénients de l'art antérieur. Pour cela, l'invention propose un système moteur à circuit de recirculation des gaz brulés provenant d'un moteur thermique, comportant une turbine de récupération d'énergie recevant les gaz d'un circuit de recirculation des gaz brulés, le circuit de refroidissement de la turbine étant intégré à celui du circuit de recirculation des gaz brulés. 3057622 2 Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de refroidissement du circuit de recirculation des gaz brulés est connecté au moteur. Selon un mode de réalisation de l'invention, comportant un refroidisseur RGE et une vanne RGE. 5 Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de recirculation comporte un refroidisseur RGE en aval de la turbine. Selon un mode de réalisation de l'invention, la turbine est disposée en série avec le refroidisseur RGE et la vanne RGE. Selon un mode de réalisation de l'invention, la turbine est disposée en 10 parallèle avec le refroidisseur RGE et la vanne RGE. Selon un mode de réalisation de l'invention, la turbine est disposée en parallèle avec le refroidisseur RGE et en série avec la vanne RGE. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur thermique est un moteur suralimenté. 15 Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de recirculation est haute pression ou basse pression. L'invention concerne également un véhicule, notamment automobile, équipé d'un système moteur selon l'invention. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux 20 compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles: - la figure 1 représente les principales architectures moteur de référence pour l'invention, - la figure 2 représente une architecture de refroidissement selon une 25 première variante de l'invention, - la figure 3 représente une architecture de refroidissement selon une deuxième variante de l'invention, - la figure 4 représente une architecture de refroidissement selon une troisième variante de l'invention, 3057622 3 - la figure 5 illustre un détail de l'architecture de refroidissement selon l'invention. L'architecture représentée sur la figure 1 est formée d'un moteur thermique à 5 combustion interne 17, d'une ligne d'admission des gaz frais 171, d'une ligne d'échappement des gaz brulés 172 et d'un circuit de recirculation comprenant une turbine de récupération 30 et une vanne de recirculation 23. Selon un mode de réalisation, ce circuit de recirculation comprend une vanne de dérivation 42 de la turbine. Dans la suite, la vanne de dérivation est incluse dans la 10 turbine 30. Selon un mode de réalisation, ce circuit de recirculation comprend un refroidisseur des gaz de recirculation 20. Selon l'architecture du moteur de référence, un compresseur 11 et une turbine 12 peuvent être intégrés respectivement sur la ligne d'admission 171 et 15 d'échappement 172. L'architecture représentée sur les figures 2 à 4, encore appelée circuit de refroidissement 10 du moteur thermique à combustion interne 17, est formée principalement d'un conduit de refroidissement 18 et d'une pompe à eau 15. Cette pompe à eau 15 permet de créer le débit nécessaire à la circulation du fluide de 20 refroidissement pour dissiper les calories du moteur 17. Le conduit 18 se divise à la sortie du moteur 17 en deux conduits 181, 182. Le premier conduit 181 amène le fluide de refroidissement vers un refroidisseur 14 qui évacue les calories du fluide de refroidissement pour rejoindre le circuit 18, à la sortie de la branche 182 et à l'entrée de la pompe à eau 15. 25 Le second conduit 182 traverse divers éléments à refroidir tels que des refroidisseurs de recirculation des gaz d'échappement 20, des vannes de recirculation des gaz d'échappement 23, la turbine de récupération des gaz d'échappement 30, ou à réchauffer comme la source chaude de l'habitacle 16, puis rejoint de la même manière le circuit 18, à la sortie de la branche 182 et à l'entrée de la pompe à eau 15. 3057622 4 La branche 181 comporte également un thermostat 40 disposé à l'entrée de cette branche 181, entre la sortie du moteur 17 et le refroidisseur 14. Ce thermostat 40 sert à réguler la température du fluide de refroidissement au niveau de la sortie du moteur 17. En contrôlant le débit de fluide allant vers la branche 181 et donc vers le 5 refroidisseur 14, ce thermostat 40 régule la répartition de débit entre le débit dit « froid » de la branche 181 et le débit dit « chaud » de la branche 182 pour atteindre la température de consigne. Selon une autre mode de réalisation, ce thermostat 40 est entre le refroidisseur 14 et la sortie de la branche 181. 10 Le refroidisseur 14 est relié à un vase 41 d'expansion qui régule les variations de pression du circuit de refroidissement liées aux dilatation du fluide engendrées par les variations de températures de travail du fluide. Selon les variantes de l'invention, les éléments à refroidir sont placés soit en série, les uns après les autres, soit en parallèle, dans des sous-branches séparées, ou une 15 combinaison de série-parallèle. Une intégration en série minimise en général l'encombrement et la complexité d'intégration du circuit. Une intégration en parallèle garantit une température de refroidissement constante égale à la température de sortie moteur qui est régulée. Selon une première variante de l'invention, illustrée figure 2 et 5, la turbine 20 de récupération 30 est disposée sur le deuxième conduit 182 du circuit de refroidissement, en série avec le refroidisseur RGE 20 et la vanne RGE 23. Dans cette variante, par exemple, le fluide de refroidissement en sortie du moteur est à une température d'environ 90 degrés. Le fluide passe ensuite dans la turbine 30 et en ressort à une température d'environ de 100 degrés. Le fluide circule 25 ensuite dans le refroidisseur RGE 20 et en ressort à une température d'environ 140 degrés. Puis le fluide circule via la vanne 23 RGE pour se mélanger ensuite avec la boucle « froide » du circuit 181 d'environ 45 degrés pour atteindre environ les 60 degrés et retourne ensuite dans la pompe 15 à eau, puis repart vers le moteur 17. Selon une deuxième variante de l'invention, illustrée figure 3, la turbine de 30 récupération 30 est disposée sur le deuxième conduit 182 du circuit de refroidissement, 3057622 5 en parallèle avec le refroidisseur RGE 20 et la vanne RGE 23 (ces deux éléments étant disposés en série). Dans cette variante, par exemple, le fluide de refroidissement en sortie du moteur est à une température d'environ 90 degrés. Une partie du fluide passe ensuite 5 dans la turbine 30 et en ressort à une température d'environ de 100 degrés, puis retourne dans la pompe 15 à eau puis repart vers le moteur 17. Une autre partie du fluide circule dans le refroidisseur RGE 20 et puis circule via la vanne RGE 23 et retourne dans la pompe 15 à eau, puis repart vers le moteur 17. Selon une troisième variante de l'invention, illustrée figure 4, la turbine de 10 récupération 30 est disposée sur le deuxième conduit 182 du circuit de refroidissement, en parallèle avec le refroidisseur RGE 20 et en parallèle avec la vanne 23 EGR. Dans cette variante, par exemple, le fluide de refroidissement en sortie du moteur est à une température d'environ 90 degrés. Une première partie du fluide passe ensuite dans la turbine 30 et en ressort à une température d'environ de 100 degrés. Une 15 seconde partie du fluide circule dans le refroidisseur RGE 20 et en ressort à une température d'environ 140 degrés, puis retourne dans la pompe 15 à eau, puis repart vers le moteur 17. Une troisième partie du fluide circule via la vanne RGE 23 et retourne dans la pompe 15 à eau, puis repart vers le moteur 17 à une température d'environ 60 degrés car les puissances thermiques en jeu sont identiques. 20 La structure décrite dans la figure 5 permet de minimiser la complexité de l'intégration et l'encombrement du système de refroidissement tout en hiérarchisant les besoins de refroidissement : la thermique initiale est en partie transformée en puissance dans la turbine de récupération et passe dans son refroidissement, l'échangeur RGE a donc moins besoin d'évacuer de calories et est donc moins contraint, ainsi que la vanne 25 RGE. Selon un mode de réalisation, la vanne RGE peut ne pas être refroidie et n'est donc pas connectée au circuit de refroidissement. Selon un mode de réalisation, la vanne 42 de dérivation de la turbine 30 est connectée au circuit de refroidissement selon les mêmes modalités que la turbine 30. 3057622 6 L'invention s'applique à un moteur de véhicule terrestre, naval ou aérien, ainsi qu'aux moteurs de groupes électrogènes et à toutes autres applications utilisant un moteur thermique et de la recirculation de gaz brûlés. REVENDICATIONS1. Système moteur (10) à circuit de recirculation des gaz brulés (21) provenant d'un moteur thermique (17), comportant une turbine de récupération d'énergie (30) recevant les gaz d'un circuit de recirculation des gaz brulés, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement de la turbine (30) est intégré à celui du circuit de recirculation des gaz brulés. 2. Système moteur selon la revendication 1, le circuit de refroidissement du circuit de recirculation des gaz brulés (21) est connecté au moteur (17). 3. Système moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, comportant un refroidisseur RGE (20) et une vanne RGE (23). 4. Système moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, le circuit de recirculation (21) comportant un refroidisseur RGE (20) en aval de la turbine (30). 5. Système moteur selon la revendication 4, dans lequel la turbine (30) est disposée en série avec le refroidisseur RGE (20) et la vanne RGE (23). 6. Système moteur selon la revendication 3, dans lequel la turbine (30) est disposée en parallèle avec le refroidisseur RGE (20) et la vanne RGE (23). 7. Système moteur selon la revendication 3, dans lequel la turbine (30) est disposée en parallèle avec le refroidisseur RGE (20) et en série avec la vanne RGE (23). 8. Système moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, le moteur thermique (17) étant un moteur suralimenté. 9. Système moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le circuit de recirculation (21) est haute pression ou basse pression. 10. Véhicule, notamment automobile, équipé d'un système moteur (10) tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 9.