EP2229513A2 - Moteur a combustion interne et vehicule equipe d'un tel moteur - Google Patents

Moteur a combustion interne et vehicule equipe d'un tel moteur

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Publication number
EP2229513A2
EP2229513A2 EP09704671A EP09704671A EP2229513A2 EP 2229513 A2 EP2229513 A2 EP 2229513A2 EP 09704671 A EP09704671 A EP 09704671A EP 09704671 A EP09704671 A EP 09704671A EP 2229513 A2 EP2229513 A2 EP 2229513A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit
shaft
compressor
engine
exhaust
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09704671A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Armel Le Lievre
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02B39/12—Drives characterised by use of couplings or clutches therein
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/06—Low pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust downstream of the turbocharger turbine and reintroduced into the intake system upstream of the compressor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to internal combustion engines and in particular the optimization of the energy efficiency of an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • a first supercharging solution consists in placing a positive displacement compressor in the intake duct.
  • the compressor is driven by the crankshaft of the engine via a belt.
  • Such a compressor provides a large boost pressure at low engine speeds with a reduced response time during load changes.
  • a second supercharging solution is to use a turbocharger.
  • the turbocharger has an expansion turbine driven in rotation by the exhaust gas.
  • the expansion turbine rotates a compression turbine of the intake air. Exhaust gas energy is thus recovered to increase the intake pressure.
  • Document FR-2,500,536 describes an internal combustion engine equipped with a positive displacement compressor.
  • the output shaft of the engine is coupled to a first pulley via a first controlled clutch.
  • the first pulley drives a second pulley through a belt.
  • the second pulley is coupled to a drive shaft of the positive displacement compressor via a second controlled clutch.
  • the internal combustion engine is further provided with a Rankine cycle circuit.
  • the Rankine cycle circuit comprises a heat exchange boiler traversed by the exhaust gases of the internal combustion engine. Another heat transfer fluid circuit passes through the boiler. The heat transfer fluid enters in liquid form into the boiler and is vaporized by the heat provided by the exhaust gas. The vaporized heat transfer fluid drives a rotating turbine. The coolant passing through the circuit is also heated on the one hand by the engine coolant and on the other hand by the engine oil.
  • the turbine is coupled to a third pulley via a third controlled clutch. The third pulley drives a fourth pulley in rotation through a belt. The fourth pulley is coupled to the engine output shaft via a fourth controlled clutch, so that the turbine can transmit motor torque to the output shaft.
  • Such a motor has drawbacks.
  • This engine involves a large number of mechanical components on its manufacturing cost and increasing the volume occupied in the engine compartment.
  • such an engine requires managing the control of several clutches without optimizing combustion during the entire operating cycle of the engine.
  • the heat transfer fluid circuit is relatively complex and bulky.
  • the positioning of the boiler in the exhaust system is not optimized and such a motor is capable of emitting large quantities of nitrogen oxides.
  • the invention aims to solve one or more of these disadvantages.
  • the invention thus relates to an internal combustion engine, comprising:
  • a compressor having an input shaft adapted to increase the air pressure in the intake circuit when its input shaft is rotated;
  • a Rankine cycle circuit provided with an evaporator in thermal contact with the exhaust circuit and provided with an expansion member driven by gas from the evaporator,
  • said selective coupling means comprise first and second freewheels mounted on the input shaft of the compressor.
  • the motor comprises an intermediate shaft, the intermediate shaft and the input shaft of the compressor respectively forming the driving shaft and the driven shaft of the first freewheel, the intermediate shaft being rotated by the output shaft of the motor.
  • the intermediate shaft is coupled to the output shaft of the motor via an electromagnetic clutch.
  • the expansion member is a turbine.
  • the expansion member comprises an output shaft, this output shaft and the input shaft of the compressor respectively forming the driving shaft and the driven shaft of the second freewheel.
  • the exhaust circuit comprises a pollution control member disposed in the flow of the exhaust gas, and wherein the evaporator is disposed in thermal contact with the exhaust circuit downstream of the exhaust gas. depollution body.
  • the Rankine cycle circuit comprises a pump supplying the evaporator with liquid to vaporize and a condenser connected between the pump and the expansion member.
  • the engine comprises an exhaust gas recirculation circuit connecting the exhaust circuit to the intake circuit, the exhaust gas recirculation circuit opening into the exhaust circuit in downstream of the thermal contact between the evaporator and the exhaust circuit.
  • the air intake circuit passes through a cooling radiator disposed downstream of the compressor.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising a motor as described above and a ventilation circuit of the passenger compartment, the engine comprising a valve putting an output of the detent member selectively in communication with the condenser or with a heat exchanger in contact with the aeration circuit.
  • FIG. 1 schematically illustrates an internal combustion engine according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 schematically illustrates an internal combustion engine according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 3 schematically illustrates an internal combustion engine according to a third embodiment of the invention.
  • the invention provides an internal combustion engine comprising a compressor and a Rankine cycle circuit provided with an evaporator in thermal contact with the exhaust circuit.
  • the motor output shaft can selectively be coupled or uncoupled from the input shaft of the compressor.
  • the Rankine cycle circuit has an expansion member driven by gas from the evaporator.
  • the detent member may selectively be coupled or uncoupled from the input shaft of the compressor.
  • the invention makes it possible in practice to increase the energy efficiency of the engine by reducing the loads on its output shaft.
  • the invention makes it possible to reduce the number of mechanical components by reducing the number of clutches required, thereby also reducing the complexity of the control of these clutches.
  • FIG. 1 illustrates more specifically a first embodiment of an internal combustion engine 1 according to the invention.
  • the engine 1 comprises a motor unit 2 in which opens an intake circuit 3 of combustion air and out of which a exhaust circuit 6 of combustion gas.
  • the engine 1 comprises a compressor 4 mounted in the intake circuit 3.
  • the compressor 4 comprises an input shaft 41. When the input shaft 41 is rotated, the compressor 4 increases the air pressure in the intake circuit 3.
  • the compressor 4 may for example be designed as a supercharger, turbine or scroll compressor.
  • the input shaft 41 has two ends on which first and second selective coupling means 42 and 44 are mounted.
  • the intake circuit 3 opens into a combustion chamber of the engine block 2.
  • the combustion chamber communicates with the exhaust circuit 6.
  • the exhaust circuit 6 is in thermal contact with an evaporator 71 of a Rankine cycle circuit 7.
  • a heat exchanger can thus be mounted in the exhaust circuit 6 in order to transfer heat energy to the evaporator 71.
  • the Rankine cycle circuit 7 further comprises an expansion device 72 driven by gas from the evaporator 71.
  • the expansion member 72 may be embodied in the form of a turbine or a volumetric expansion device known in itself to those skilled in the art.
  • the expansion member 72 has an output shaft 75 coupled to the coupling means 44.
  • the coupling means 44 thus selectively couples the output shaft 75 and the input shaft 41.
  • the engine block 2 has an output shaft 21, typically formed of the crankshaft of a piston engine.
  • the output shaft 21 is coupled to the coupling means 42.
  • the coupling means 42 selectively couple the output shaft 21 and the input shaft 41.
  • the energy supplied by the expansion member 72 is recovered to compress the combustion gas at the inlet instead of applying a motor torque on the output shaft 21.
  • the loop circuit Rankine 7 does not generate pressure drop in the exhaust system 6, which is favorable to the energy efficiency of the engine.
  • the resisting torque on the output shaft 21 can be reduced by uncoupling the shafts 75 and 41: especially when the engine block 2 is cold, the circuit 7 does not generate enough energy and insufficient drive torque is generated at the shaft 75.
  • the shafts 75 and 41 are advantageously uncoupled to reduce the resistive torque on the output shaft 21.
  • the shafts 21 and 41 are advantageously coupled so that an overpressure is generated by the compressor 4 in the intake circuit 3.
  • the resisting torque on the output shaft 21 can also be reduced by uncoupling the shafts 21 and 41, especially when the engine block 2 is hot.
  • the circuit 7 then generates enough energy and a sufficient drive torque is generated at the shaft 75.
  • the shafts 21 and 41 are advantageously uncoupled to reduce the resistive torque on the shaft 21.
  • the shafts 41 and 75 are advantageously coupled so that an overpressure is generated by the compressor 4 in the intake circuit 3.
  • the resisting torque on the output shaft 21 can be further reduced by coupling the shafts 21, 41 and 75, especially during an intermediate phase of temperature rise of the engine block 2 or in all cases where the torque of drive generated at the shaft 75 does not allow to obtain a sufficient overpressure at the compressor 4.
  • the torques applied by the shafts 21 and 75 on the shaft 41 are cumulative: the resisting torque on the 21 is then reduced (due to the torque provided by the shaft 75) and the overpressure generated at the intake by the compressor 4 is sufficient.
  • a high supply overpressure is thus generated for a partial load of the engine, which promotes its energy efficiency and the reduction of polluting emissions.
  • the invention is particularly advantageous in stratified direct injection engines.
  • the shaft 75 forms the driving shaft of the second freewheel.
  • the shaft 41 forms the driven shaft of the second freewheel.
  • the engine 1 comprises an intermediate shaft 45 forming the driving shaft of the first freewheel.
  • the shaft 41 forms the driven shaft of the first freewheel.
  • the intermediate shaft 45 is rotated by the output shaft 21, via a pulley 43, a belt 24, a pulley 23 and an electromagnetic clutch 22.
  • the electromagnetic clutch 22 eliminates the resisting torque pulleys 23 and 43, the belt 24 and the intermediate shaft 45, especially when the torque generated on the shaft 75 is sufficient.
  • the Rankine loop circuit 7 forms a closed circuit. A two-phase Rankine loop is produced using a heat transfer fluid in a manner known per se.
  • the Rankine loop circuit 7 comprises the evaporator 71 supplying the vaporized gas to the expansion member 72.
  • the output of the expansion member 72 is connected in a manner known per se to a condenser 73, liquefying the fluid coming from the expansion member 72.
  • the outlet of the condenser 73 is connected to an inlet of the vaporizer 71 via a pump 74 supplying the vaporizer 71 with liquefied fluid.
  • the engine 1 further comprises a pollution control member 61 disposed in the flow of the exhaust gas.
  • This pollution control member 61 forms a post-treatment device and may typically include a particulate filter, a carbon monoxide catalyst, a nitrogen oxide catalyst, an unburnt hydrocarbon catalyst or a carbon oxide trap. nitrogen.
  • the evaporator 71 is placed in thermal contact with the exhaust circuit downstream of this pollution control member 61.
  • the efficiency of the pollution control member 61 is optimal since it deals with the exhaust gases It has not been cooled by the evaporator 71.
  • the evaporator 71 does not add thermal inertia that can delay the priming of the catalysts of the pollution control member 61.
  • the pollution control member 61 performs exothermic reactions (oxidation of unburned hydrocarbons and carbon monoxide) whose energy is recovered by the evaporator 71.
  • the engine 1 advantageously comprises a charge air cooler 5 mounted in the intake circuit 3 between the compressor 4 and the combustion chamber. A larger amount of oxidant gas can thus be introduced into the combustion chamber at each engine cycle.
  • the engine 1 may include an exhaust gas recirculation circuit or EGR 8 for promoting the reduction of nitrogen oxide emissions.
  • the EGR circuit 8 connects the exhaust circuit 6 to the intake circuit 3 via a valve 81.
  • the EGR conduit 8 opens into the exhaust circuit 6 downstream of the thermal contact between the evaporator 71 and the exhaust circuit 6.
  • the exhaust gas passing through the EGR circuit 8 is cooled by the evaporator, which makes it possible not to mount a radiator of dedicated cooling in the EGR circuit 8.
  • the mode illustrated embodiment corresponds to a low pressure EGR circuit, that is to say that the EGR circuit 8 is connected to the intake circuit 3 upstream of the compressor 4.
  • the conduit 8 also opens downstream of the organ depollution 61, the reliability of the valve 81 is improved because it is traversed by cooled gases and cleaned.
  • FIG. 2 does not include driving the compressor 4 by the output shaft 21 of the engine block 2.
  • a bypass 9 for heating the air to the passenger compartment of the vehicle interacts with the Rankine loop circuit 7.
  • the bypass 9 comprises a heat exchanger 92 putting in thermal contact a line 93 of the circuit 7 with a duct (not shown) of air flow to the aerators of the passenger compartment.
  • the branch 9 comprises a three-way valve 91 putting the outlet of the expansion member 72 in communication selectively with the condenser 73 or with the heat exchanger 92.
  • FIG. 3 does not include driving the compressor 4 by the output shaft 21 of the engine block 2.

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Abstract

Moteur à combustion interne (1), comprenant un circuit d'admission (3) d'air comburant, un circuit d'échappement (6), un compresseur (4) présentant un arbre d'entrée (41), apte à accroître la pression d'air dans le circuit d'admission lorsque son arbre d'entrée est entrainé en rotation, un arbre de sortie du moteur (21), des moyens d'accouplement sélectif (42) entre l'arbre de sortie du moteur et l'arbre d'entrée du compresseur, un circuit à cycle de Rankine (7) muni d'un évaporateur (71) en contact thermique avec le circuit d'échappement et muni d'un organe de détente (72) entrainé par du gaz issu de l'évaporateur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'accouplement sélectif (44) entre l'organe de détente (72) et l'arbre d'entrée (41) du compresseur.

Description

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE ET VEHICULE EQUIPE D'UN TEL MOTEUR
[0001 ] La présente invention revendique la priorité de la demande française
0850307 déposée le 18 janvier 2008 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[0002] L'invention concerne les moteurs à combustion interne et en particulier l'optimisation du rendement énergétique d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile.
[0003] Pour limiter la consommation de carburant des véhicules automobiles, de nombreuses recherches visent à augmenter leur rendement énergétique. Pour accroître le rendement énergétique d'un moteur à combustion interne, il est notamment connu de réaliser une suralimentation d'air au niveau du conduit d'admission afin d'augmenter la quantité de comburant dans la chambre de combustion. Une première solution de suralimentation consiste à placer un compresseur volumétrique dans le conduit d'admission. Le compresseur est entrainé par le vilebrequin du moteur par l'intermédiaire d'une courroie. Un tel compresseur fournit une importante pression de suralimentation dès les bas régimes moteur avec un temps de réponse réduit lors des variations de charge. Une deuxième solution de suralimentation consiste à utiliser un turbocompresseur. Le turbocompresseur présente une turbine de détente entraînée en rotation par les gaz d'échappement. La turbine de détente entraine en rotation une turbine de compression de l'air d'admission. De l'énergie des gaz d'échappement est ainsi récupérée pour accroître la pression d'admission.
[0004] Le rendement énergétique n'est augmenté que dans une moindre mesure puisque la turbine de détente crée une perte de charge dans l'écoulement des gaz d'échappement. En cas de variation de charge, l'inertie du turbocompresseur génère un problème de temps de réponse : l'augmentation de la pression d'admission est retardée par rapport à la commande d'augmentation de charge. Ainsi, la suralimentation doit être limitée en charge partielle et à faible régime, ce qui abaisse le rendement et accroit les émissions nocives. [0005] Le document FR-2 500 536 décrit un moteur à combustion interne muni d'un compresseur volumétrique d'admission. L'arbre de sortie du moteur est accouplé à une première poulie par l'intermédiaire d'un premier embrayage commandé. La première poulie entraîne une deuxième poulie par l'intermédiaire d'une courroie. La deuxième poulie est accouplée à un arbre d'entrainement du compresseur volumétrique par l'intermédiaire d'un deuxième embrayage commandé. Le moteur à combustion interne est par ailleurs muni d'un circuit à cycle de Rankine. Le circuit à cycle de Rankine comprend une chaudière d'échange thermique traversée par les gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Un autre circuit de fluide caloporteur traverse la chaudière. Le fluide caloporteur entre sous forme liquide dans la chaudière et est vaporisé par la chaleur apportée par les gaz d'échappement. Le fluide caloporteur vaporisé entraine une turbine en rotation. Le liquide caloporteur traversant le circuit est par ailleurs réchauffé d'une part par le liquide de refroidissement du moteur et d'autre part par l'huile moteur. La turbine est accouplée à une troisième poulie par l'intermédiaire d'un troisième embrayage commandé. La troisième poulie entraine une quatrième poulie en rotation par l'intermédiaire d'une courroie. La quatrième poulie est accouplée à l'arbre de sortie du moteur par l'intermédiaire d'un quatrième embrayage commandé, de sorte que la turbine peut transmettre un couple moteur sur l'arbre de sortie.
[0006] Un tel moteur présente des inconvénients. Ce moteur implique un grand nombre de composants mécaniques grevant son coût de fabrication et accroissant le volume occupé dans le compartiment moteur. Par ailleurs, un tel moteur nécessite de gérer la commande de plusieurs embrayages sans pour autant optimiser la combustion durant tout le cycle de fonctionnement du moteur. De plus, le circuit de fluide caloporteur est relativement complexe et volumineux. En outre, le positionnement de la chaudière dans le circuit d'échappement n'est pas optimisé et un tel moteur est susceptible d'émettre de grandes quantités d'oxydes d'azote.
[0007] L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients.
L'invention porte ainsi sur un moteur à combustion interne, comprenant :
• -un circuit d'admission d'air comburant ;
• -un circuit d'échappement ; • -un compresseur présentant un arbre d'entrée, apte à accroître la pression d'air dans le circuit d'admission lorsque son arbre d'entrée est entrainé en rotation ;
• -un arbre de sortie du moteur ;
• -des moyens d'accouplement sélectif entre l'arbre de sortie du moteur et l'arbre d'entrée du compresseur ;
• -un circuit à cycle de Rankine muni d'un évaporateur en contact thermique avec le circuit d'échappement et muni d'un organe de détente entrainé par du gaz issu de l'évaporateur,
• -des moyens d'accouplement sélectif entre l'organe de détente et l'arbre d'entrée du compresseur.
[0008] Selon une variante, lesdits moyens d'accouplement sélectif comprennent des première et deuxième roues libres montées sur l'arbre d'entrée du compresseur.
[0009] Selon une autre variante, le moteur comprend un arbre intermédiaire, l'arbre intermédiaire et l'arbre d'entrée du compresseur formant respectivement l'arbre menant et l'arbre mené de la première roue libre, l'arbre intermédiaire étant entrainé en rotation par l'arbre de sortie du moteur.
[0010] Selon encore une variante, l'arbre intermédiaire est accouplé à l'arbre de sortie du moteur par l'intermédiaire d'un embrayage électromagnétique.
[0011 ] Selon encore une autre variante, l'organe de détente est une turbine.
[0012] Selon une variante, l'organe de détente comprend un arbre de sortie, cet arbre de sortie et l'arbre d'entrée du compresseur formant respectivement l'arbre menant et l'arbre mené de la deuxième roue libre.
[0013] Selon une autre variante, le circuit d'échappement comprend un organe de dépollution disposé dans l'écoulement des gaz d'échappement, et dans lequel l'évaporateur est disposé en contact thermique avec le circuit d'échappement en aval de l'organe de dépollution. [0014] Selon encore une variante, le circuit à cycle de Rankine comprend une pompe alimentant l'évaporateur en liquide à vaporiser et un condenseur connecté entre la pompe et l'organe de détente.
[0015] Selon encore une autre variante, le moteur comprend un circuit de recyclage de gaz d'échappement raccordant le circuit d'échappement au circuit d'admission, le circuit de recyclage de gaz d'échappement débouchant dans le circuit d'échappement en aval du contact thermique entre l'évaporateur et le circuit d'échappement.
[0016] Selon une variante, le circuit d'admission d'air traverse un radiateur de refroidissement disposé en aval du compresseur.
[0017] L'invention porte également sur un véhicule automobile comprenant un moteur tel que décrit ci-dessus et un circuit d'aération de l'habitacle, le moteur comprenant une vanne mettant une sortie de l'organe de détente sélectivement en communication avec le condenseur ou avec un échangeur thermique au contact du circuit d'aération.
[0018] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
• -la figure 1 illustre schématiquement un moteur à combustion interne selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
• -la figure 2 illustre schématiquement un moteur à combustion interne selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
• -la figure 3 illustre schématiquement un moteur à combustion interne selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
[0019] L'invention propose un moteur à combustion interne comprenant un compresseur et un circuit à cycle de Rankine muni d'un évaporateur en contact thermique avec le circuit d'échappement. L'arbre de sortie du moteur peut sélectivement être accouplé ou désaccouplé de l'arbre d'entrée du compresseur. Le circuit à cycle de Rankine présente un organe de détente entrainé par du gaz issu de l'évaporateur. L'organe de détente peut sélectivement être accouplé ou désaccouplé de l'arbre d'entrée du compresseur.
[0020] L'invention permet en pratique d'augmenter le rendement énergétique du moteur en réduisant les charges sur son arbre de sortie. De plus, l'invention permet de réduire le nombre de composants mécaniques en réduisant le nombre d'embrayages nécessaires, en réduisant par conséquent également la complexité de la commande de ces embrayages.
[0021 ] La figure 1 illustre plus précisément un premier mode de réalisation d'un moteur à combustion interne 1 selon l'invention. Le moteur 1 comprend un bloc moteur 2 dans lequel débouche un circuit d'admission 3 d'air comburant et duquel sort un circuit d'échappement 6 de gaz de combustion. Le moteur 1 comprend un compresseur 4 monté dans le circuit d'admission 3. Le compresseur 4 comprend un arbre d'entrée 41. Lorsque l'arbre d'entrée 41 est entrainé en rotation, le compresseur 4 accroit la pression d'air dans le circuit d'admission 3. Le compresseur 4 peut par exemple être réalisé sous forme de compresseur volumétrique, de turbine ou de compresseur à spirale. L'arbre d'entrée 41 présente deux extrémités sur lesquelles des premiers et deuxièmes moyens d'accouplement sélectifs 42 et 44 sont montés.
[0022] Le circuit d'admission 3 débouche dans une chambre de combustion du bloc moteur 2. La chambre de combustion communique avec le circuit d'échappement 6. Le circuit d'échappement 6 est en contact thermique avec un évaporateur 71 d'un circuit à cycle de Rankine 7. Un échangeur de chaleur peut ainsi être monté dans le circuit d'échappement 6 afin de transférer de l'énergie thermique vers l'évaporateur 71. Le circuit à cycle de Rankine 7 comprend en outre un organe de détente 72 entrainé par du gaz issu de l'évaporateur 71. L'organe de détente 72 peut être réalisé sous forme d'une turbine ou d'un dispositif d'expansion volumétrique connu en soi de l'homme du métier. L'organe de détente 72 présente un arbre de sortie 75 accouplé aux moyens d'accouplement 44. Les moyens d'accouplement 44 accouplent ainsi sélectivement l'arbre de sortie 75 et l'arbre d'entrée 41. [0023] Le bloc moteur 2 présente un arbre de sortie 21 , typiquement formé du vilebrequin d'un moteur à pistons. L'arbre de sortie 21 est accouplé aux moyens d'accouplement 42. Les moyens d'accouplement 42 accouplent sélectivement l'arbre de sortie 21 et l'arbre d'entrée 41.
[0024] Ainsi, l'énergie fournie par l'organe de détente 72 est récupérée pour compresser le gaz comburant à l'admission au lieu d'appliquer un couple moteur sur l'arbre de sortie 21. Par ailleurs, le circuit à boucle de Rankine 7 ne génère pas de perte de charge dans le circuit d'échappement 6, ce qui est favorable au rendement énergétique du moteur.
[0025] Le couple résistant sur l'arbre de sortie 21 peut être réduit en désaccouplant les arbres 75 et 41 : notamment lorsque le bloc moteur 2 est froid, le circuit 7 ne génère pas suffisamment d'énergie et un couple d'entrainement insuffisant est généré au niveau de l'arbre 75. Dans ce cas, les arbres 75 et 41 sont avantageusement désaccouplés pour réduire le couple résistant sur l'arbre de sortie 21. Pendant ce temps, les arbres 21 et 41 sont avantageusement accouplés de sorte qu'une surpression est générée par le compresseur 4 dans le circuit d'admission 3.
[0026] Le couple résistant sur l'arbre de sortie 21 peut également être réduit en désaccouplant les arbres 21 et 41 , notamment lorsque le bloc moteur 2 est chaud. Le circuit 7 génère alors suffisamment d'énergie et un couple d'entrainement suffisant est généré au niveau de l'arbre 75. Dans ce cas, les arbres 21 et 41 sont avantageusement désaccouplés pour réduire le couple résistant sur l'arbre 21. Pendant ce temps, les arbres 41 et 75 sont avantageusement couplés de sorte qu'une surpression est générée par le compresseur 4 dans le circuit d'admission 3.
[0027] Le couple résistant sur l'arbre de sortie 21 peut encore être réduit en accouplant les arbres 21 , 41 et 75, notamment durant une phase intermédiaire de montée en température du bloc moteur 2 ou dans tous les cas où le couple d'entrainement généré au niveau de l'arbre 75 ne permet pas d'obtenir une surpression suffisante au niveau du compresseur 4. Dans ce cas, les couples appliqués par les arbres 21 et 75 sur l'arbre 41 se cumulent : le couple résistant sur l'arbre 21 est alors réduit (du fait du couple fourni par l'arbre 75) et la surpression générée à l'admission par le compresseur 4 est suffisante. Une surpression d'alimentation élevée est ainsi générée pour une charge partielle du moteur, ce qui favorise son rendement énergétique et la réduction des émissions polluantes.
[0028] L'invention se révèle particulièrement avantageuse dans des moteurs à injection directe stratifiée.
[0029] Avantageusement, dans l'exemple illustré, les moyens d'accouplement
42 et 44 sont formés respectivement de première et deuxième roues libres montées aux extrémités de l'arbre d'entrée 41. L'utilisation de roues libres permet en pratique d'éviter de commander les moyens d'accouplement 42 et 44, le désaccouplement entre l'arbre 41 et les arbres 21 et 75 s'opérant automatiquement lorsque soit l'arbre 21 soit l'arbre 75 ne fournit plus un couple d'entrainement suffisant.
[0030] L'arbre 75 forme l'arbre menant de la deuxième roue libre. L'arbre 41 forme l'arbre mené de la deuxième roue libre.
[0031 ] Le moteur 1 comprend un arbre intermédiaire 45 formant l'arbre menant de la première roue libre. L'arbre 41 forme l'arbre mené de la première roue libre. L'arbre intermédiaire 45 est entrainé en rotation par l'arbre de sortie 21 , par l'intermédiaire d'une poulie 43, d'une courroie 24, d'une poulie 23 et d'un embrayage électromagnétique 22.
[0032] Lorsqu'un des arbres 45 ou 75 tourne moins vite que l'arbre 41 , il est désaccouplé par la roue libre. Ainsi, celui des arbres 45 ou 75 qui tournera le plus vite s'accouplera à l'arbre 41 pour l'entrainer. Lorsque les couples fournis par les arbres 45 et 75 sont proches, ces arbres se synchronisent pour entrainer l'arbre 41. Pour favoriser une telle synchronisation, on pourra réguler le cycle de la boucle de Rankine de façon adéquate.
[0033] L'embrayage électromagnétique 22 permet de supprimer le couple résistant des poulies 23 et 43, de la courroie 24 et de l'arbre intermédiaire 45, notamment lorsque le couple généré sur l'arbre 75 est suffisant. [0034] Le circuit à boucle de Rankine 7 forme un circuit fermé. On réalise une boucle de Rankine diphasique en utilisant un fluide caloporteur de façon connue en soi. Le circuit à boucle de Rankine 7 comprend l'évaporateur 71 fournissant le gaz vaporisé à l'organe de détente 72. La sortie de l'organe de détente 72 est connectée de façon connue en soi à un condenseur 73, liquéfiant le fluide issu de l'organe de détente 72. La sortie du condenseur 73 est connectée à une entrée du vaporisateur 71 par l'intermédiaire d'une pompe 74 alimentant le vaporisateur 71 en fluide liquéfié.
[0035] Le moteur 1 comprend par ailleurs un organe de dépollution 61 disposé dans l'écoulement des gaz d'échappement. Cet organe de dépollution 61 forme un dispositif de post-traitement et peut typiquement inclure un filtre à particules, un catalyseur de monoxydes de carbone, un catalyseur d'oxydes d'azote, un catalyseur d'hydrocarbures imbrûlés ou un piège à oxydes d'azote. L'évaporateur 71 est placé en contact thermique avec le circuit d'échappement en aval de cet organe de dépollution 61. Ainsi, l'efficacité de l'organe de dépollution 61 est optimale puisqu'il traite des gaz d'échappement n'ayant pas été refroidis par l'évaporateur 71. De plus, l'évaporateur 71 n'ajoute pas d'inertie thermique pouvant retarder l'amorçage des catalyseurs de l'organe de dépollution 61. Par ailleurs, l'organe de dépollution 61 effectue des réactions exothermes (oxydation des hydrocarbures imbrulés et du monoxyde de carbone) dont l'énergie est récupérée par l'évaporateur 71.
[0036] Le moteur 1 comprend avantageusement un radiateur d'air de suralimentation 5 monté dans le circuit d'admission 3 entre le compresseur 4 et la chambre de combustion. Une plus grande quantité de gaz comburant peut ainsi être introduite dans la chambre de combustion à chaque cycle moteur.
[0037] Comme illustré à la figure 2, le moteur 1 peut comprendre un circuit de recyclage de gaz d'échappement ou EGR 8 destiné à favoriser la réduction des émissions d'oxydes d'azote. Le circuit EGR 8 raccorde le circuit d'échappement 6 au circuit d'admission 3 par l'intermédiaire d'une vanne 81. Le conduit EGR 8 débouche dans le circuit d'échappement 6 en aval du contact thermique entre l'évaporateur 71 et le circuit d'échappement 6. Ainsi, les gaz d'échappement traversant le circuit EGR 8 sont refroidis par l'évaporateur, ce qui permet de ne pas monter de radiateur de refroidissement dédié dans le circuit EGR 8. Par ailleurs, l'intégralité des gaz d'échappement a traversé l'évaporateur 71 avant d'atteindre le circuit EGR 8, ce qui optimise le rendement énergétique du circuit à boucle de Rankine 7. Le mode de réalisation illustré correspond à un circuit EGR basse pression, c'est-à-dire que le circuit EGR 8 est connecté au circuit d'admission 3 en amont du compresseur 4. Lorsque le conduit 8 débouche en outre en aval de l'organe de dépollution 61 , la fiabilité de la vanne 81 est améliorée car elle est traversée par des gaz refroidis et dépollués.
[0038] On peut envisager que le mode de réalisation de la figure 2 ne comprenne pas d'entrainement du compresseur 4 par l'arbre de sortie 21 du bloc moteur 2.
[0039] Dans le mode de réalisation illustré à la figure 3, une dérivation 9 de réchauffement de l'air à destination de l'habitacle du véhicule interagit avec le circuit à boucle de Rankine 7. La dérivation 9 comprend un échangeur thermique 92 mettant en contact thermique une conduite 93 du circuit 7 avec une conduite (non illustrée) d'écoulement d'air à destination des aérateurs de l'habitacle. La dérivation 9 comprend une vanne trois voies 91 mettant la sortie de l'organe de détente 72 en communication sélectivement avec le condenseur 73 ou avec l'échangeur thermique 92. Ainsi, lorsque de l'air très froid doit être réchauffé avant d'être injecté dans l'habitacle, le fluide sortant de l'organe de détente 72 peut être orienté par la vanne
91 dans la conduite 93. Ainsi, le condenseur 73 peut être court-circuité, l'échangeur
92 faisant alors office de condenseur.
[0040] On peut envisager que le mode de réalisation de la figure 3 ne comprenne pas d'entrainement du compresseur 4 par l'arbre de sortie 21 du bloc moteur 2.

Claims

REVENDICATIONS
1. Moteur à combustion interne (1 ) comprenant :
-un circuit d'admission (3) d'air comburant ;
-un circuit d'échappement (6) ;
-un compresseur (4) présentant un arbre d'entrée (41 ), apte à accroître la pression d'air dans le circuit d'admission lorsque son arbre d'entrée est entrainé en rotation ;
-un arbre de sortie du moteur (21 ) ;
-des moyens d'accouplement sélectif (42) entre l'arbre de sortie du moteur et l'arbre d'entrée du compresseur ;
-un circuit à cycle de Rankine (7) muni d'un évaporateur (71 ) en contact thermique avec le circuit d'échappement et muni d'un organe de détente
(72) entrainé par du gaz issu de l'évaporateur,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'accouplement sélectif (44) entre l'organe de détente (72) et l'arbre d'entrée (41 ) du compresseur.
2. Moteur selon la revendication 1 , dans lequel lesdits moyens d'accouplement sélectif (42, 44) comprennent des première et deuxième roues libres montées sur l'arbre d'entrée du compresseur.
3. Moteur selon la revendication 2, comprenant un arbre intermédiaire (45), l'arbre intermédiaire et l'arbre d'entrée du compresseur formant respectivement l'arbre menant et l'arbre mené de la première roue libre, l'arbre intermédiaire étant entrainé en rotation par l'arbre de sortie du moteur.
4. Moteur selon la revendication 3, dans lequel l'arbre intermédiaire (45) est accouplé à l'arbre de sortie du moteur par l'intermédiaire d'un embrayage électromagnétique (22).
5. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe de détente (72) est une turbine.
6. Moteur selon la revendications 2, dans lequel l'organe de détente (72) comprend un arbre de sortie (75), cet arbre de sortie et l'arbre d'entrée (41 ) du compresseur (4) formant respectivement l'arbre menant et l'arbre mené de la deuxième roue libre.
7. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit d'échappement (6) comprend un organe de dépollution (61 ) disposé dans l'écoulement des gaz d'échappement, et dans lequel l'évaporateur (71 ) est disposé en contact thermique avec le circuit d'échappement en aval de l'organe de dépollution.
8. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit à cycle de Rankine (7) comprend une pompe (74) alimentant l'évaporateur en liquide à vaporiser et un condenseur (73) connecté entre la pompe et l'organe de détente (72).
9. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un circuit de recyclage de gaz d'échappement (8) raccordant le circuit d'échappement (6) au circuit d'admission (3), le circuit de recyclage de gaz d'échappement débouchant dans le circuit d'échappement en aval du contact thermique entre l'évaporateur et le circuit d'échappement.
10. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit d'admission d'air (3) traverse un radiateur de refroidissement (5) disposé en aval du compresseur.
11. Véhicule automobile comprenant un moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes et un circuit d'aération de l'habitacle, le moteur comprenant une vanne (91 ) mettant une sortie de l'organe de détente sélectivement en communication avec le condenseur ou avec un échangeur thermique (92) au contact du circuit d'aération.
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