FR2510183A1 - Engine waste energy recovery circuit - uses exhaust heat to vaporise fluid supplying supercharger turbine - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention est relative à un récuperateur d'énergie des moteurs à combustion interne. Elle trouvera notamment son application dans l'entralnement du compresseur de suralimentation équipant les véhicules automobiles. The invention relates to an energy recuperator of internal combustion engines. It will find its application in particular in the centering of the supercharging compressor fitted to motor vehicles.
Actuellement, la suralimentation des moteurs à combustion interne équipant les véhicules se fait en utilisant un turbo-compresseur. Currently, the supercharging of internal combustion engines fitted to vehicles is done using a turbo-compressor.
La suralimentation est obtenue en alimentant le moteur à l'aide d'un melange de carburation comprime . Cette compression que l'on pourrait appeler primaire, a pour effet d'augmenter artificiellement la cylindrée du moteur.Supercharging is achieved by fueling the engine with a compressed fuel mixture. This compression, which could be called primary, has the effect of artificially increasing the engine displacement.
Le moteur ainsi obtenu présente une réduction de poids et dimension par rapport au moteur de cylindree équivalente sans équipement de suralimentation. The engine thus obtained has a reduction in weight and size compared to the equivalent displacement engine without supercharging equipment.
L'entrainement du compresseur se fait actuellement à l'aide d'une turbine placée dans le circuit d'échappement des gaz de combustion. The compressor is currently driven by a turbine placed in the combustion gas exhaust circuit.
Il en résulte un certain nombre d'inconvénients. Parmi ceux-ci, on peut citer la perte de charge qu'occasionne la turbine dans le circuit d'echappement des gaz. Cette perte de charge a pour conséquence de réduire la vitesse d'évacuation ce qui a un effet néfaste pour les performances du moteur.This results in a number of drawbacks. Among these, mention may be made of the pressure drop caused by the turbine in the gas exhaust circuit. This pressure drop has the consequence of reducing the evacuation speed which has a detrimental effect on the performance of the engine.
De plus, la vitesse de rotation de la turbine est fonction du volume des gaz d'échappement qui n'est pas constant. A bas régime, lorsque le volume des gaz d'échappement est faible le turbo-compresseur est inefficace. Les temps de réaction à l'accélération seront par conséquent importants ce qui peut être genant lorsque le moteur est utilisé à des regimes variant constamment, comme dans le cas d'une automobile. In addition, the speed of rotation of the turbine is a function of the volume of the exhaust gas which is not constant. At low speed, when the volume of exhaust gases is low the turbo-compressor is ineffective. The acceleration reaction times will therefore be significant, which can be annoying when the engine is used at constantly varying speeds, as in the case of an automobile.
Le but principal de la présente invention est de proposer une installation de récupération d'énergie des moteurs à combustion interne qui ne préleve aucune part de la puissance active du moteur. Les caracte- ristiques techniques notamment de puissance pourront ainsi etre maintenues. The main object of the present invention is to provide an energy recovery installation for internal combustion engines which takes no part of the active power of the engine. The technical characteristics, in particular of power, can thus be maintained.
Au cas où l'énergie recupéree, serait utilisée à l'entraine- ment d'un compresseur de suralimentation, le moteur verrait ses caractéristiques, notamment de puissance, nettement améliorées sans que l'entraf- nement de ce compresseur ne soit fait au detriment d'une partie de la puissance obtenue. If the recovered energy is used to drive a supercharging compressor, the engine would see its characteristics, in particular of power, significantly improved without the drive of this compressor being done to the detriment of part of the power obtained.
Un autre but de la présente invention est de proposer une
installation de récupération d'énergie qui pourra facilement être adap
tee aux véhicules automobiles équipés d'un moteur à combustion interne
traditionnel.Another object of the present invention is to provide a
energy recovery facility that can easily be adapted
tee to motor vehicles fitted with an internal combustion engine
traditional.
D'autres buts et avantages de la présente invention apparaî
tront au cours de la description qui va suivre, qui n'est cependant don
née qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter.Other objects and advantages of the present invention appear
tront during the description which follows, which is however not
born for information only and which is not intended to limit it.
L'installation de récupération d'énergie de moteurs à com
bustion interne, en particulier destinée à entrainer le compresseur de
suralimentation pour automobiles est caractérisee par le fait qu'elle présente un réservoir de fluide caloporteur , un dispositif de récupé
ration des calories de gaz d'échappement du moteur à combustion interne
qui vaporise ledit fluide caloporteur, une turbine alimentée par ladite
vapeur qui entraine le compresseur de suralimentation.Installation of energy recovery from com motors
internal bustion, in particular intended to drive the compressor
supercharging for cars is characterized by the fact that it has a coolant reservoir, a recovery device
internal combustion engine exhaust gas calorie
which vaporizes said heat transfer fluid, a turbine powered by said
steam which drives the supercharger.
L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère à la des
cription ci-dessous, ainsi qu'aux dessins en annexe qui en font partie
intégrante.The invention will be better understood if we refer to the
description below, as well as the annexed drawings which form part of it
integral.
La figure 1 schematise le principe de fonctionnement de l'ins
tallation de récupération d'énergie selon l'invention.Figure 1 shows schematically the operating principle of the ins
energy recovery plant according to the invention.
La figure 2 présente une variante de réalisation du récupera
teur de calories des gaz d'échappement
Dans un moteur à combustion interne, les gaz d'échappement
brûlés sont évacués aux moyens d'une tubulure, et rejetez dans l'atmos
phère. Or, ces gaz en sortie du moteur sont chauds et contiennent une é
nergie calorifique qui est non utilisée et donc perdue.Figure 2 shows an alternative embodiment of the recovery
exhaust gas calor
In an internal combustion engine, the exhaust gases
burned are evacuated by means of a tube, and discharge into the atmos
sphere. However, these gases leaving the engine are hot and contain a th
heat energy which is unused and therefore lost.
La présente invention a pour objet de récupérer l'énergie
calorifique contenue dans les gaz d'échappement des moteurs à combustion
interne.The object of the present invention is to recover energy
heat contained in the exhaust gases of combustion engines
internal.
La figure 1 illustre le principe de fonctionnement de l'ins
tallation selon l'invention.Figure 1 illustrates the operating principle of the ins
tallation according to the invention.
Un réservoir 1 contient un fluide caloporteur 2, la tubulure
3 qui sert à evacuer les gaz d'echappement-4 du moteur à combustion in
terne non représentée sur la figure, est équipee d'un dispositif 5 de
récupération des calories des gaz d'échappement 4 du moteur. Ce dispo
si tif de récupération des calories contenues dans les gaz d'échappement
du moteur, servira à échauffer le liquide caloporteur 2 contenu dans le
reservoir 1. Le liquide caloporteur 2 n'occupera, de préférence, pas la
totalité du volume du reservoir 1. Le dispositif de récupération des ca
lories des gaz d'échappement 5 échauffera suffisamment le liquide calo porteur 2 de sorte que celui-ci se vaporise dans la partie superieure 6 du réservoir.A tank 1 contains a heat transfer fluid 2, the tubing
3 which is used to evacuate the exhaust gases-4 from the combustion engine in
dull not shown in the figure, is equipped with a device 5 of
recovery of calories from the exhaust gases 4 of the engine. This availability
if recovery of calories contained in the exhaust gases
of the engine, will be used to heat the coolant 2 contained in the
tank 1. The heat transfer liquid 2 will preferably not occupy the
entire volume of tank 1. The device for recovering ca
lories of the exhaust gases 5 will sufficiently heat the heat-carrying liquid 2 so that it vaporizes in the upper part 6 of the tank.
Le dispositif 5 de récupération des calories des gaz d'echappement pourra par exemple se présenter sous la forme d'un serpentin entourant la tubulure d'échappement 3 en contact étroit avec elle de façon a favoriser les échanges thermiques le serpentin étant relie auréservoir 1 à chacune de ses extrémites et est parcouru par le fluide 2 caloporteur. The device 5 for recovering the calories from the exhaust gases may for example be in the form of a coil surrounding the exhaust pipe 3 in close contact with it so as to promote heat exchanges, the coil being connected to the tank 1 to each of its extremities and is traversed by the heat transfer fluid 2.
Dans un mode préférentiel de réalisation du dispositif 5, une des extrémités 7 du serpentin débouchera à la partie inférieure du reservoir 1, par contre, l'autre extrémite 8 du serpentin débouchera dans la partie supérieure du réservoir 1, au moins au-dessus du niveau du liquide caloporteur 2 contenu dans ce reservoir. Ainsi, le liquide caloporteur 2 pourra pénétrer dans le serpentin par l'orifice 7, pourra s'échauffer dans le serpentin entourant la tubulure 3, jusqu'à se vaporiser pour ressortir sous forme de vapeur par l'autre extrémité 8 du serpentin. In a preferred embodiment of the device 5, one of the ends 7 of the coil will open into the lower part of the tank 1, on the other hand, the other end 8 of the coil will open into the upper part of the tank 1, at least above the level of the heat transfer liquid 2 contained in this tank. Thus, the heat transfer liquid 2 can enter the coil through the orifice 7, can heat up in the coil surrounding the tube 3, until it vaporizes to emerge in the form of vapor from the other end 8 of the coil.
Le réservoir 1 étant de préférence étanche, la pression, oc casionnée par la formation de vapeur, augmentera et pourra atteindre par exemple 16 bar pour une temperature interieure du réservoir d'environ 2000. The tank 1 being preferably sealed, the pressure, oc caused by the formation of vapor, will increase and may reach, for example, 16 bar for an internal temperature of the tank of approximately 2000.
La vapeur 6 ainsi produite pourra être utilisée par exemple pour entraîner une turbine à vapeur 9. Cette turbine 9 pourrå elle-même entraîner par exemple le compresseur de suralimentation du moteur à combustion interne, ou encore une génératrice électrique. L'alimentation en vapeur 6 de la turbine 9 est réalisée à l'aide d'une conduite 10 prélevant la vapeur dans la partie supérieure du réservoir 1. The steam 6 thus produced can be used for example to drive a steam turbine 9. This turbine 9 itself can for example drive the supercharging compressor of the internal combustion engine, or even an electric generator. The supply of steam 6 to the turbine 9 is carried out using a pipe 10 taking the steam from the upper part of the tank 1.
Cette conduite 10 pourra avantageusement être enroulée autour de la tubulure d'échappement 3 de façon à ce que la vapeur ne soit pas refroidie durant son transport, ou même avantageusement surchauffée avant d'alimenter la turbine 9. L'enroulement de la conduite 10 se faisant sous la forme d'un serpentin en contact étroit avec la tubulure 3 est analogue au dispositif de récupération des calories de gaz d'échappement 5. This pipe 10 can advantageously be wound around the exhaust pipe 3 so that the steam is not cooled during transport, or even advantageously even overheated before feeding the turbine 9. The winding of the pipe 10 is making in the form of a coil in close contact with the pipe 3 is analogous to the device for recovering heat from exhaust gases 5.
Une variante du dispositif de récupération des calories de gaz d'échappement est illustree à la figure 2. La tubulure 3 d'évacuation des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, presente une double paroi 11 étanche. Le fluide caloporteur 2 circule dans l'intervalle aménage entre les doubles parois 3 et 11, de façon à se vaporiser. A variant of the device for recovering heat from exhaust gases is illustrated in FIG. 2. The pipe 3 for discharging the exhaust gases from the internal combustion engine has a sealed double wall 11. The heat transfer fluid 2 circulates in the space between the double walls 3 and 11, so as to vaporize.
De méme, la vapeur 6 dirigée vers la turbine 9 par l'intermé- diaire de la conduite 10 pourra être surchauffée par les gaz d'échappe ment du moteur à combustion en passant dans une cavité 12 aménagée entre la tubulure 3 et une double paroi 13. Likewise, the steam 6 directed towards the turbine 9 via the pipe 10 may be overheated by the exhaust gases of the combustion engine by passing through a cavity 12 arranged between the pipe 3 and a double wall 13.
De façon à minimiser la consommation de fluide caloporteur, on placera avantageusement un condenseur à la sortie de la turbine 9. In order to minimize the consumption of heat transfer fluid, a condenser is advantageously placed at the outlet of the turbine 9.
Ainsi la vapeur basse pression issue de la turbine 9 sera liquéfiée et réintroduite ultérieurement dans le réservoir 1.Thus the low pressure steam from the turbine 9 will be liquefied and subsequently reintroduced into the tank 1.
Selon une variante avantageuse de la présente invention, le condenseur 14 sera refroidi à l'aide du fluide de refroidissement 15 du moteur à combustion interne. Ce fluide 15 circulant entre le moteur et un radiateur 16. According to an advantageous variant of the present invention, the condenser 14 will be cooled using the coolant 15 of the internal combustion engine. This fluid 15 circulating between the engine and a radiator 16.
Le fluide caloporteur 2 pourra avantageusement être identique au liquide de refroidissement du moteur à combustion interne. En ge néral, ce liquide est composé d'eau éventuellement additionnée d'antigel. The heat transfer fluid 2 may advantageously be identical to the coolant of the internal combustion engine. In general, this liquid is composed of water possibly added with antifreeze.
Le condenseur 14 sera alimenté par le liquide de refroidissement 15 en provenance du radiateur 16 par l'intermédiaire d'une conduite 17, puis le liquide retournera vers le radiateur 16 dans une conduite 18. Au cas ou le fluide caloporteur 2 et le liquide de refroidissement 15 sont identiques, on pourra avantageusement diriger la vapeur condensée issue de la turbine 9 vers le radiateur 16 par l'intermédiaire de la conduite 18. Le réservoir-l sera alimenté en fluide caloporteur par l'intermé- diaire d'une conduite 19 qui prélèvera du liquide de refroidissement 15 dans le radiateur 16.Une pompe 20 équipera la conduite 19 pour contrebalancer les differences de pression d'une part et d'autre part la pompe 20 sera asservie à partir d'un contacteur électrique 21 de niveau du fluide caloporteur 2 dans le reservoir 1. Ainsi, le nivéau de fluide caloporteur 2 eera mauntenu constant, aussitôt qu'il aura tendance à diminuer par suite de la formation de vapeur évacuée vers la turbine 9, la pompe 20 sera actionnee pour rétablir le niveau de fluide. The condenser 14 will be supplied with the cooling liquid 15 coming from the radiator 16 via a line 17, then the liquid will return to the radiator 16 in a line 18. In the case where the heat transfer fluid 2 and the liquid cooling 15 are identical, it is advantageous to direct the condensed steam from the turbine 9 to the radiator 16 via the pipe 18. The reservoir-1 will be supplied with heat-transfer fluid via a pipe 19 which will take coolant 15 from the radiator 16. A pump 20 will equip the line 19 to counterbalance the pressure differences on the one hand and on the other hand the pump 20 will be controlled by an electrical contactor 21 of the level heat transfer fluid 2 in the reservoir 1. Thus, the level of heat transfer fluid 2 will be kept constant, as soon as it tends to decrease as a result of the formation of vapor discharged to the turbine 9, the pump 20 will be activated to restore the fluid level.
La conduite 10 d'alimentation de vapeur de la turbine 9 pourra avantageusement présenter une vanne by-pass 22, cette vanne pourra, lorsqu'elle est actionné, diriger tout ou partie de la vapeur produite dans le réservoir 1 directement vers le condenseur 14. Cette vanne by-pass 22 pourra par exemple être pilotee à partir d'un manomètre electrique 23 placé sur le réservoir 1. The pipe 10 for supplying steam to the turbine 9 may advantageously have a by-pass valve 22, this valve may, when activated, direct all or part of the steam produced in the tank 1 directly to the condenser 14. This bypass valve 22 could for example be controlled from an electric pressure gauge 23 placed on the tank 1.
Cette vanne 22 permet de jouer un rôle de régulateur au cas où la pression dans le réservoir 1 deviendrait trop importante. En ef fet, si une quantité de vapeur trop importante était produite, plus que la turbine 9 ne peut en absorber, il serait nécessaire d'actionner la vanne 22 pour que la quantité de vapeur excédentaire soit dirigée directement vers le condenseur 14 afin qu'elle soit liquéfiée puis refroidie dans le radiateur 16. Ce pilotage automatique permet notamment de faire tourner la turbine à vapeur 9 à vitesse constante. This valve 22 makes it possible to play a regulating role in the event that the pressure in the tank 1 becomes too high. In fact, if too much steam was produced, more than the turbine 9 can absorb, it would be necessary to actuate the valve 22 so that the quantity of excess steam is directed directly to the condenser 14 so that it is liquefied and then cooled in the radiator 16. This automatic control makes it possible in particular to turn the steam turbine 9 at constant speed.
Le mode de réalisation qui vient d'être décrit n'est donné qu'à titre indicatif, et d'autres mises en oeuvres de la présente invention, à la portée de l'Homme de l'Art, pourraient être adoptées sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. The embodiment which has just been described is given for information only, and other implementations of the present invention, within the reach of ordinary skill in the art, could be adopted without however get out of it.
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| FR8114803A FR2510183A1 (en) | 1981-07-24 | 1981-07-24 | Engine waste energy recovery circuit - uses exhaust heat to vaporise fluid supplying supercharger turbine |
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| FR (1) | FR2510183A1 (en) |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ER | Errata listed in the french official journal (bopi) |
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| ST | Notification of lapse |