FR3002285A1 - Systeme de recuperation de chaleur des gaz d'echappement dans un moteur a combustion interne, avec deux echangeurs de chaleur au niveau d'un circuit de recirculation de gaz - Google Patents
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Abstract
L'invention propose un système (10) de récupération d'énergie pour véhicule automobile équipé d'un moteur (16) à combustion interne. Le système comprend un circuit (17) de recirculation partielle des gaz d'échappement du moteur, et comprend un premier circuit (21) de liquide de refroidissement traversant le moteur (16) et traversant un premier échangeur refroidisseur (1) configuré pour prélever des calories sur le circuit de recirculation (17). Le système de récupération comprend en outre un second circuit (22) dans lequel circule un fluide à changement d'état. Le premier circuit (21) comprend au moins un premier échangeur (11) de couplage servant de source chaude au second circuit (22). Le système (10) comprend un troisième circuit (23) de liquide de refroidissement comprenant un second échangeur refroidisseur (2) apte à prélever des calories sur le circuit de recirculation (17). Le premier circuit (21) et le troisième circuit (23) sont disposés de sorte que la circulation de liquide de refroidissement peut se faire de manière découplée dans le premier circuit (21) et dans le troisième circuit (23).
Description
Système de récupération de chaleur des gaz d'échappement dans un moteur à combustion interne, avec deux échangeurs de chaleur au niveau d'un circuit de recirculation de gaz L'invention concerne un dispositif de récupération d'énergie thermique d'un moteur à combustion interne. Les véhicules équipés de moteurs à combustion interne produisent une quantité importante d'énergie thermique, qui est parfois utilisée pour le chauffage de l'habitacle du véhicule, et est généralement dissipée par l'intermédiaire d'un circuit de refroidissement comportant un radiateur refroidi par l'air extérieur au véhicule. Cette énergie peut également être dissipée par la ligne d'échappement du véhicule. Cette énergie est donc perdue pour le véhicule et n'est pas valorisée.
Des systèmes de récupération d'énergie basés sur des circuits de fluide à changement d'état soumis à un cycle thermodynamique correspondant à un cycle de Rankine, ou à un cycle voisin, par exemple un cycle de type Rankine-Hirn, ont été proposés pour récupérer une partie de l'énergie thermique dégagée par un moteur de véhicule. Une partie de l'énergie thermique peut ainsi être récupérée sous forme d'énergie mécanique, ou d'énergie électrique produite à partir de l'énergie mécanique. Cette énergie mécanique récupérée peut être directement utilisée pour générer un couple additionnel améliorant ainsi le rendement du moteur à combustion interne, et réduisant la consommation globale en carburant du moteur. Ainsi, la demande de brevet FR 2 884 556 décrit un système de récupération d'énergie par cycle Rankine, comprenant un échangeur couplant directement la ligne des gaz d'échappement et le circuit de Rankine. Une telle architecture de récupération d'énergie directement au niveau de la ligne d'échappement pose des problèmes d'encombrement physique. En outre les échangeurs entrant en jeu doivent supporter des gradients thermiques très importants, donc sont coûteux à réaliser. La demande de brevet JP 2007 332853 propose de récupérer des calories de gaz d'échappement recirculés vers l'entrée d'un moteur à combustion interne, à l'aide d'un circuit d'eau récupérant ces calories et les cédant ensuite à un circuit de Rankine. Ce système représente un handicap pour la régulation de la température des gaz recirculés, température qui doit alors être gérée avec des compromis en ce qui concerne l'optimisation du fonctionnement du circuit de Rankine.
On utilise la recirculation des gaz d'échappement ("EGR") pour réduire les polluants émis par un moteur à combustion interne de type Diesel. En effet, sans EGR, on retrouve à l'échappement des gaz incomplètement brûlés. L'EGR consiste en la réintroduction à l'admission du moteur, de ces gaz. Pour un maximum d'efficacité, les gaz EGR doivent être refroidis. Or, dans un système de recirculation de gaz à haute pression (souvent désigné par "EGR HP"), dans lequel une partie des gaz brûlés sont renvoyés de l'aval des cylindres du moteur vers l'admission du moteur sans passer ni par la turbine ni par le compresseur d'un turbocompresseur, les gaz recirculés sont très chauds (jusqu'à 800°C), et on souhaite ramener leur température à une température voisine de 150°C. Dans le refroidisseur EGR, il faut donc prévoir un important débit d'eau ou une température d'eau basse. Cependant, pour une bonne efficacité des échanges thermiques, et pour éviter les risques de colmatage du circuit de recirculation, la température d'eau doit rester supérieure à 50°C. En même temps, pour éviter la destruction du refroidisseur, il faut éviter l'ébullition de l'eau le traversant. Pour être à même de respecter les futures normes de dépollution, on souhaite pouvoir utiliser l'EGR : - pour des faibles températures ambiantes : un refroidisseur EGR traversé par du liquide de refroidissement à température basse peut alors poser des difficultés, car la température d'eau le traversant pourrait devenir inférieure à 50°C, - pour des fortes charges : les refroidisseurs EGR existants ne sont pas assez efficaces. De plus, l'encrassement diminue l'efficacité des refroidisseurs EGR. Pour le réduire, il est souhaitable de limiter le gradient de température des gaz entre l'entrée et la sortie de l'échangeur. L'invention a pour but de proposer un système de récupération d'énergie qui permet une meilleure régulation de la température des gaz recirculés tout en limitant l'encrassement du circuit de recirculation de gaz brûlés, qui permet de récupérer simultanément des calories de sources de chaleur autres que le circuit de recirculation de gaz, et qui permet en outre, lors des démarrages à froid du véhicule, d'assurer un réchauffement rapide de l'habitacle du véhicule si les occupants du véhicule en éprouvent le besoin. A cette fin, l'invention propose un système de récupération d'énergie pour véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne. Le système comprend un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement du moteur, et comprend un premier circuit de liquide de refroidissement traversant le moteur et traversant un premier échangeur refroidisseur configuré pour prélever des calories sur le circuit de recirculation. Le système de récupération d'énergie comprend en outre un second circuit dans lequel circule un fluide à changement d'état traversant une machine de détente de manière à entraîner mécaniquement un arbre de sortie. Le premier circuit comprend au moins un premier échangeur de couplage servant de source chaude au second circuit pour faire passer à l'état gazeux le fluide du second circuit, et le système comprend un troisième circuit de liquide de refroidissement comprenant un second échangeur refroidisseur apte à prélever des calories sur le circuit de recirculation. Le premier circuit et le troisième circuit sont disposés de sorte que la circulation de liquide de refroidissement peut se faire de manière découplée dans le premier circuit et dans le troisième circuit. Le second circuit de fluide peut être désigné par « circuit de Rankine » ou « circuit de Rankine-Hirn », car le cycle du fluide circulant dans ce circuit se rapproche d'un cycle thermodynamique connu sous le nom de cycle de Rankine (si le fluide est vaporisé dans le premier échangeur de couplage, puis utilisé à la température de vapeur saturante dans la machine de détente), ou sous le nom de Rankine-Hirn (si le fluide est vaporisé dans le premier échangeur de couplage, ou "vaporisateur", puis chauffé au-delà de la température de vapeur saturante dans un second échangeur de couplage, ou "surchauffeur" avant d'être envoyé dans la machine de détente). Le premier échangeur de couplage est habituellement désigné par le terme "évaporateur". De manière préférentielle, le second échangeur refroidisseur se trouve -sur le circuit de recirculation- en aval, par rapport à la circulation des gaz recirculés, du premier échangeur refroidisseur. Le circuit de recirculation partielle peut comprendre une tubulure de recirculation de type EGR HP, ramenant une partie des gaz d'échappement de l'aval des cylindres du moteur vers un collecteur d'admission du moteur, ou vers l'entrée des cylindres du moteur, sans passer par un turbocompresseur du moteur. Selon d'autres variantes de réalisation, le circuit de recirculation peut comprendre une tubulure de type EGR BP, ramenant les gaz d'échappement vers l'entrée d'un turbocompresseur. Selon un mode de réalisation avantageux, le système comprend un thermostat configuré de manière à basculer alternativement entre une première position, où les circulations de liquide de refroidissement dans le premier et le troisième circuits sont indépendantes l'une de l'autre, et une seconde position, dans laquelle au moins une partie du liquide traversant le moteur traverse également le second échangeur refroidisseur. Selon un mode de réalisation préféré, le thermostat est configuré pour se placer dans la première position quand la température de liquide détectée par le thermostat est inférieure à une température seuil, et pour se placer dans la seconde position quand la température de liquide détectée est supérieure à la même température seuil.
Le troisième circuit peut comprendre un premier radiateur apte à céder à l'atmosphère extérieure au véhicule, des calories du troisième circuit. Avantageusement, le premier radiateur est monté en série avec le second échangeur refroidisseur. On entend par là que le premier radiateur et le second échangeur refroidisseur sont situés sur une même branche du troisième circuit. Tout le liquide de refroidissement traversant le radiateur et/ou respectivement le refroidisseur, traverse donc le refroidisseur et/ou respectivement le radiateur, que le thermostat soit dans la première ou dans la seconde position. Le troisième circuit peut comprendre en outre un second radiateur apte à céder à l'atmosphère extérieure au véhicule, des calories du troisième circuit, le second radiateur étant monté en parallèle du second échangeur refroidisseur, ou, plus précisément, de manière à se trouver en parallèle du second échangeur refroidisseur quand le thermostat se trouve dans la seconde position. On entend par là que le radiateur et le refroidisseur se trouvent sur deux branches ayant un embranchement amont commun et un embranchement aval commun, par rapport à la direction de circulation de liquide de refroidissement quand le thermostat se trouve dans la seconde position. Selon un mode de réalisation préféré, le troisième circuit comprend une première pompe placée de manière à diriger le liquide de refroidissement du premier radiateur vers le second échangeur refroidisseur. De manière préférentielle, le troisième circuit est alors dimensionné de manière à, quand le thermostat est dans la première position, établir une boucle de liquide de refroidissement traversant successivement le premier radiateur, le second échangeur refroidisseur, et le troisième radiateur. Avantageusement, le troisième circuit peut comprendre un réservoir de liquide configuré pour accommoder les dilatations du liquide de refroidissement dans le troisième circuit. De manière préférentielle, le réservoir est disposé sur le troisième circuit sur une branche connectée en parallèle d'une branche comprenant le second radiateur, et d'une autre branche comprenant le premier radiateur, la première pompe, et le second échangeur refroidisseur. Avantageusement, le troisième circuit comprend également une branche d'équilibrage connectée en parallèle des trois branches précédentes.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le premier circuit comprend un aérotherme apte à céder des calories du premier circuit à l'air de l'habitacle du véhicule. Le premier circuit définit alors une première boucle de liquide de refroidissement munie d'au moins une pompe configurée pour faire circuler le liquide de la première boucle, successivement à travers le moteur, le premier échangeur refroidisseur, et l'aérotherme. Avantageusement, le premier circuit comprend en outre une branche de dérivation connectée de manière à pouvoir faire circuler le liquide de refroidissement à travers le premier échangeur refroidisseur puis l'aérotherme, sans passer par le moteur. La branche de dérivation peut consister essentiellement en une canalisation d'équilibrage ne portant pas d'échangeur, ou peut comporter un échangeur servant par exemple à refroidir un organe du moteur ou de son circuit de gaz. La branche de dérivation peut contribuer à définir une boucle secondaire de circulation de liquide de refroidissement passant en particulier par la branche de dérivation et par une canalisation traversant le premier échangeur refroidisseur et l'aérotherme. Selon un mode de réalisation préféré, la branche de dérivation peut comprendre un quatrième échangeur refroidisseur configuré pour transférer les calories du liquide de refroidissement traversant une vanne de régulation de gaz appartenant au circuit de recirculation. Selon un mode de réalisation avantageux, le premier circuit comprend une vanne tout ou rien disposée sur la première boucle de circulation de liquide, en dehors de la boucle secondaire de circulation de liquide. La seconde pompe peut être alors placée sur le premier circuit sur une branche commune à la première boucle et à la boucle secondaire. Avantageusement, le premier circuit comprend une pompe, disposée sur la première boucle en dehors de la boucle secondaire. De préférence, la vanne tout ou rien est placée en amont du moteur. La vanne tout ou rien est commandée, par exemple par une unité de commande électronique, pour interrompre la circulation de liquide de refroidissement dans le moteur lors d'un démarrage à froid de ce dernier. Le système peut comprendre un troisième échangeur refroidisseur configuré pour transférer des calories d'un circuit d'huile ou, plus généralement, d'un circuit de fluide de lubrification, vers le liquide du premier circuit. Avantageusement, le troisième échangeur refroidisseur peut être placé sur la première boucle en amont du moteur, et hors de la boucle secondaire. Avantageusement, le premier circuit peut comprendre une ou plusieurs branches d'équilibrage permettant de stabiliser les débits de liquide de refroidissement et les sens de circulation de ce dernier. Une première branche d'équilibrage peut par exemple relier un point de la première boucle situé entre le moteur et le premier échangeur refroidisseur, et un point de la première boucle en aval de l'aérotherme. Le thermostat peut être avantageusement placé sur la première branche d'équilibrage de manière à permettre la circulation de liquide sortant du moteur dans la première position du thermostat, et de manière à couper la circulation liquide de refroidissement dans la première branche d'équilibrage et à envoyer une partie du liquide sortant du moteur vers le troisième circuit quand le thermostat se trouve dans la seconde position. Une seconde branche d'équilibrage peut par exemple être branchée en parallèle du second échangeur refroidisseur. Le premier circuit peut comprendre en outre un second échangeur de couplage servant de source chaude au second circuit. Le second échangeur de couplage, ou surchauffeur, est configuré pour permettre de céder des calories du premier circuit au fluide du second circuit, préalablement vaporisé dans le premier échangeur de couplage. Selon un premier mode de réalisation particulièrement avantageux, le premier échangeur de couplage est disposé sur la première boucle de liquide, entre le premier échangeur refroidisseur et l'aérotherme. Si un second échangeur de couplage est présent, le premier échangeur de couplage est placé sur la première boucle en aval du second échangeur de couplage, par rapport au sens de circulation de liquide dans la première boucle. Selon un second mode de réalisation avantageux, le premier échangeur de couplage est disposé sur la première boucle, en aval du moteur et en amont du premier échangeur de refroidissement. Selon un troisième mode de réalisation avantageux, le premier échangeur de couplage est disposé sur la première boucle, en aval de l'aérotherme et en amont du moteur. De manière préférentielle, dans ce mode de réalisation, le premier échangeur de couplage est également placé en aval d'un quatrième échangeur refroidisseur du premier circuit, configuré pour transférer les calories du liquide de refroidissement traversant une vanne de régulation de gaz appartenant au circuit de recirculation. Le quatrième échangeur refroidisseur peut se trouver par exemple sur une branche reliant l'aval du moteur et l'amont du premier échangeur de couplage. Selon un quatrième mode de réalisation avantageux, le premier échangeur de couplage est placé sur le premier circuit en parallèle à une branche comprenant le premier échangeur et l'aérotherme. Selon un autre aspect, l'invention propose un procédé de gestion de l'énergie mise en oeuvre par un moteur à combustion interne de véhicule automobile, dans lequel on utilise un premier circuit de liquide de refroidissement du moteur pour prélever des calories d'un circuit de recirculation de gaz d'échappement du véhicule, et pour transmettre au moins une partie des calories prélevées à un second circuit de fluide à changement d'état. On utilise un troisième circuit de liquide de refroidissement également apte à prélever des calories du circuit de recirculation de gaz. On connecte le premier et le troisième circuits quand la température de liquide de refroidissement sortant du moteur est supérieure à une température seuil, et on provoque des circulations indépendantes de liquide de refroidissement dans le premier et dans le troisième circuits dans le cas contraire. Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux, lors d'un démarrage à froid du moteur, on fait transiter le liquide du premier circuit dans un aérotherme de l'habitacle du véhicule sans le faire transiter par le moteur du véhicule. De manière préférentielle, le second circuit de fluide à changement d'état comporte une machine de détente configurée pour pouvoir fournir de l'énergie mécanique à un arbre de sortie du moteur à combustion interne.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique montrant un moteur de véhicule automobile équipé d'un système de récupération d'énergie selon l'invention ; la figure 2 est une vue rappelant les principaux éléments d'un circuit de fluide à changement d'état tel qu'utilisé dans un système de récupération d'énergie selon l'invention ; la figure 3 est une vue schématique montrant un schéma de circulation de liquide de refroidissement dans un système de récupération d'énergie selon l'invention ; la figure 4 est une vue schématique montrant un autre schéma de circulation de liquide de refroidissement dans un système de récupération d'énergie selon l'invention ; la figure 5 est une vue schématique montrant un autre schéma de circulation de liquide de refroidissement dans un système de récupération d'énergie selon l'invention ; la figure 6 est une vue schématique montrant encore un autre schéma de circulation de liquide de refroidissement dans un système de récupération d'énergie selon l'invention ; du système de la figure 7 illustre un des modes de fonctionnement récupération d'énergie de la figure 3 ; du système de la figure 8 illustre un autre mode de fonctionnement récupération d'énergie de la figure 3 ; la figure 9 illustre encore un autre mode de fonctionnement du système de récupération d'énergie de la figure 3.
Comme illustré sur la figure 1, un système 10 de récupération d'énergie thermique d'un moteur 16 à combustion interne, comporte un premier circuit 21 de refroidissement du moteur 16. Le moteur 16 est alimenté en air à partir d'une admission d'air 24 permettant à l'air extérieur au véhicule d'être aspiré par un compresseur d'un turbocompresseur 20. L'air est ensuite envoyé vers le collecteur d'admission 37, à partir duquel l'air est admis dans les différents cylindres du moteur 16 pour servir de comburant au carburant injecté dans les cylindres.
Les gaz brûlés sont ensuite chassés des cylindres du moteur vers un collecteur d'échappement 47. Une partie de ces gaz brûlés est ramenée du collecteur d'échappement 47 vers le collecteur d'admission 37 du moteur 16, à l'aide d'un circuit de recirculation des gaz 17 brûlés. Une autre partie de ces gaz brûlés est dirigée vers l'échappement 34 du moteur 16, entraînant au passage la turbine du turbocompresseur 20. Le système comprend un premier échangeur refroidisseur référencé 1, et un second échangeur refroidisseur référencé 2, tous deux placés de manière à transférer les calories de la partie gaz brulés ramenée au collecteur d'admission 37 par le circuit de recirculation des gaz 17. Le second échangeur refroidisseur 2 est monté en aval du premier échangeur refroidisseur 1 selon le sens d'écoulement des gaz. Le premier échangeur refroidisseur 1 peut être également, selon la littérature, désigné par "échangeur EGR chaud", et le second échangeur refroidisseur est parfois désigné par "échangeur EGR froid". Le premier circuit de liquide de refroidissement 21 traverse le moteur 16, le premier échangeur refroidisseur 1, et un ou plusieurs échangeurs "de couplage" permettant au circuit 21 de céder des calories à un second circuit 22 de fluide à changement d'état. Une pompe 29 impose le sens de circulation du liquide de refroidissement dans le premier circuit 21, de manière à ce que le liquide de refroidissement traverse successivement le moteur 16, le premier échangeur refroidisseur 1 et les échangeurs de couplage communs au premier circuit 21 et au second circuit 22.
Dans le mode de réalisation illustré, la recirculation des gaz brûlés est de type EGR (« Exhaust Gas Recirculation ») HP (« Haute Pression ») car les gaz brûlés sont récupérés avant d'avoir franchi la turbine du turbocompresseur 20. L'invention pourrait également s'appliquer à un circuit de gaz recyclant des gaz à basse pression ("EGR BP") par exemple un circuit prélevant ces gaz brûlés en aval d'une turbine d'un turbocompresseur, et les réinjectant en amont du compresseur du turbocompresseur. Le système 10 comprend un troisième circuit qui est également un circuit de refroidissement, référencé 23, passant par le second échangeur refroidisseur 2 afin de transférer des calories résiduelles du circuit de recirculation des gaz 17, c'est-à-dire des calories non évacuées par le premier échangeur refroidisseur 1, et que l'on souhaite évacuer pour obtenir la température de gaz souhaitée à l'admission du moteur 16. Une partie au moins de ces calories prélevées par le troisième circuit est cédée dans un premier radiateur 8 présent sur le troisième circuit 23. Une première pompe 28 impose le sens de circulation du liquide de refroidissement dans le troisième circuit 23. Le débit total de gaz recirculés vers le collecteur d'admission 37 est régulé par une vanne 18, ou "vanne EGR", dont le mécanisme est refroidit à l'aide d'un échangeur refroidisseur référencé 4. Le principe de fonctionnement du second circuit 22 est illustré plus en détail sur la figure 2. On retrouve sur la figure 2 des éléments communs à la figure 1, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes références. Le second circuit 22, qui peut également être désigné sous le nom de "circuit de Rankine" ou "circuit de RankineHirn" comprend un premier échangeur de couplage 11, ou "évaporateur", permettant de transférer des calories du liquide de refroidissement du premier circuit 21 vers un fluide à changement d'état présent dans le second circuit 22, de manière à vaporiser ce fluide à changement d'état. Le fluide du second circuit 22, à l'état de vapeur, passe ensuite dans un second échangeur de couplage 12 ou "surchauffeur", afin d'augmenter encore la température de la vapeur obtenue.
Au niveau des échangeurs de couplage 11 et 12, le liquide de refroidissement et le fluide du second circuit circulent à contre courant l'un de l'autre, afin d'améliorer l'efficacité des échanges thermiques. Dans cette disposition, le second échangeur 12 est ainsi traversé par du liquide de refroidissement plus chaud que celui traversant l'échangeur 11. Dans le second circuit 22, la vapeur ainsi surchauffée est envoyée vers une machine de détente 43, dont un arbre de sortie 38 peut être couplé avec un arbre de sortie 41 du moteur 16, par exemple au moyen d'un système de poulies. Le système de poulies peut comprendre un arbre secondaire 39 solidaire en rotation de l'arbre 41 du moteur 16, par exemple solidaire par une courroie. L'arbre secondaire 39 peut être placé de manière à pouvoir être alternativement embrayé et débrayé de l'arbre de sortie 38 de la machine de détente 43, à l'aide d'un embrayage 40.
Une fois que la vapeur a traversé la machine de détente 43, elle est refroidie dans un condenseur 42 pour être ramenée à l'état liquide. Puis le liquide ainsi obtenu est envoyé vers une bouteille 36 permettant de séparer les bulles résiduelles du fluide. Le liquide contenu dans la bouteille 36 est remis sous pression et réinjecté à l'état liquide et sans bulle, vers les échangeurs 11 et 12, au moyen d'une pompe 35. Le second circuit 22 peut être désigné par "circuit de Rankine", ou "circuit de Rankine-Hirn", car le fluide circulant dans ce circuit effectue un cycle thermodynamique proche du cycle connu sous le nom de cycle de Rankine-Hirn.
La figure 3 illustre une configuration possible de circuits de refroidissement dans un système de récupération d'énergie selon l'invention. On retrouve sur la figure 3 des éléments communs aux figures 1 et 2, les mêmes éléments étant alors désignés par les mêmes références. On retrouve sur la figure 3 le premier circuit 21 de liquide de refroidissement et le troisième circuit 23 de liquide de refroidissement. Le troisième circuit 23 comprend la première pompe 28, qui est de préférence une pompe à débit réglable, par exemple une pompe électrique, et est placée de manière à pouvoir faire varier la quantité de liquide de refroidissement traversant le second échangeur refroidisseur 2. La pompe 28 est dimensionnée de manière à permettre d'établir une circulation de liquide de refroidissement dans le troisième circuit 23. Le troisième circuit 23 comporte des canalisations 51, 52, 53, 27 dans lesquelles cette circulation peut se faire selon au moins une boucle de fluide, et de préférence selon plusieurs boucles de fluide. Les sens de circulation dans les différentes boucles peuvent varier notamment selon que le troisième circuit est connecté à un autre circuit de refroidissement ou fonctionne de manière indépendante. La pompe 28 et le second échangeur refroidisseur 2 sont placés sur une même canalisation 52en série l'un par rapport à l'autre. La canalisation 52 peut en outre traverser le premier radiateur 8. La canalisation 51, branchée en parallèle de la canalisation 52, peut traverser un second radiateur 7.
Le premier circuit de liquide de refroidissement 21 comprend la seconde pompe 29 et une troisième pompe 30. La seconde pompe 29 est placée de manière à pouvoir faire varier le débit de liquide de refroidissement traversant le moteur 16. La troisième pompe 30 est placée de manière à permettre de faire varier le débit de liquide de refroidissement traversant le premier échangeur refroidisseur 1. Le premier circuit 21 comporte des canalisations 54, 55, 56, 25, permettant d'établir une circulation de fluide selon une première boucle de circulation de fluide 31 passant par les canalisations 54 et 55, selon une boucle secondaire de circulation de fluide 32 passant par les canalisations 55 et 56 ou selon plusieurs boucles de circulation de fluide simultanément. La circulation peut par exemple se faire selon une première boucle secondaire de circulation de fluide 32 et simultanément selon une deuxième boucle secondaire 33 de circulation de fluide passant par les canalisations 25 et 55. Les pompes 29 et 30 sont dimensionnées pour permettre d'établir ensemble une circulation de fluide à l'intérieur du premier circuit 21. Les circulations de liquide de refroidissement dans le premier circuit 21 et dans le troisième circuit 23 peuvent être interconnectées à l'aide de deux canalisations de fluide 14 et 15. La canalisation 14 relie de manière permanente le premier circuit 21 et le troisième circuit 23, alors que la canalisation 15 ne relie que par moments les deux circuits au travers d'un thermostat 5, en fonction de la position du thermostat 5. Le thermostat 5 est placé en aval du moteur 16. Par "en aval du moteur 16", on entend que du liquide sortant du moteur 16 arrive au thermostat 5 sans traverser d'autres échangeurs avant d'arriver au thermostat 5. Tout au plus, dans un cas particulier illustré à la figure 4, le liquide sortant du moteur 16 peut traverser un échangeur unique, qui est dans cette configuration particulière le premier échangeur 11 de couplage avec le second circuit 22. L'entrée du thermostat 5 est branchée de manière à ce que le thermostat 5 puisse être traversé par au moins une partie du liquide ayant traversé le moteur 16. Le thermostat 5 peut prendre au moins deux positions. Quand le thermostat 5 se trouve dans une première position, le fluide entrant dans le thermostat 5 est dirigé vers la branche 25 du premier circuit 21. Quand le thermostat 5 se trouve dans une seconde position, le fluide entrant dans le thermostat 5 est dirigé, vers la branche de connexion 15, qui envoie le liquide vers le troisième circuit 23. Le thermostat 5 peut être configuré pour être placé dans la première position quand la température de liquide le traversant est inférieure à une température seuil, et pour se placer dans la seconde position quand la température du liquide le traversant est supérieure à cette température seuil. La première boucle 31 de circulation de liquide du premier circuit 21, comprend successivement, de l'amont vers l'aval en considérant le sens de circulation de liquide dans cette boucle 31, le moteur 16 sur la canalisation 54, puis, sur la canalisation 55, le premier échangeur refroidisseur 1, puis une vanne tout ou rien 9. Selon les variantes de réalisation, la première boucle 31 peut également comprendre, sur la canalisation 55, un échangeur 11 ou 12 de couplage avec le second circuit 22 (ou deux échangeurs 11 et 12 de couplage avec le second circuit 22). Ce/ces échangeurs de couplage 11 et/ou 12 sont placés entre le premier échangeur refroidisseur 1 et la vanne tout ou rien 9. La seconde pompe 29 peut être située sur la même canalisation 54 que le moteur 16, et la troisième pompe 30 peut être située sur la même canalisation 55 que le premier échangeur refroidisseur 1. La première boucle 31 peut également comprendre un aérotherme 6, c'est-à-dire un échangeur apte à céder des calories du liquide de refroidissement à un habitacle d'un véhicule automobile. L'aérotherme 6 se trouve sur la canalisation 55, entre l'échangeur 12 du second circuit 22 et la vanne tout ou rien 9. L'échangeur 11 peut éventuellement être interposé entre l'échangeur 12 et l'aérotherme 6 (figure 3) ou entre l'aérotherme 6 et la vanne tout ou rien 9 (figure 6). Pour revenir plus spécifiquement à l'exemple illustré sur la figure 3, la première boucle 31 comprend dans l'ordre, de l'amont vers l'aval, sur la canalisation 54, la seconde pompe 29 puis le moteur 16, puis sur la canalisation 55, la troisième pompe 30, le premier échangeur refroidisseur 1, le second échangeur de couplage 12, le premier échangeur de couplage 11, l'aérotherme 6; on trouve enfin la vanne tout ou rien 9, qui peut par exemple être placée entre la canalisation 55 et la canalisation 54. On désigne ici les échangeurs 11 et 12 par "échangeurs de couplage" car ils permettent de transférer des calories du premier circuit 21 vers le second circuit 22, apte à transformer au moins pour partie ces calories en travail mécanique. Le premier circuit 21 fait office de circuit de couplage entre les organes refroidis, tels que le moteur 16, et le second circuit 22 ou circuit de Rankine-Hirn.
Dans l'exemple de réalisation illustré en figure 3, on trouve en outre sur la première boucle 31, un troisième échangeur refroidisseur 3 permettant de transférer des calories d'un circuit d'huile (huile de boîte et/ou huile moteur) vers le liquide de refroidissement du premier circuit 21. Le troisième échangeur refroidisseur 3 se trouve ici entre la vanne tout ou rien 9 et le moteur 16, en amont de la pompe 29. Toujours sur la figure 3, afin de faciliter l'établissement de régimes d'écoulement stables du liquide de refroidissement, le premier circuit 21 comprend une première et une troisième branches d'équilibrage 25 et 26, consistant essentiellement en des canalisations ne comportant pas d'organes spécifiques, ou du moins pas d'organes impliquant de pertes de charge autre que celle de la canalisation. Le troisième circuit 23 comprend une seconde branche d'équilibrage 27. La première branche d'équilibrage 25 comprend l'entrée du thermostat 5 et une première sortie du thermostat 5. En d'autres termes, la branche d'équilibrage 25 est traversée par le liquide sortant du moteur 16 quand le thermostat 5 se trouve sur la première position. Cette branche d'équilibrage 25 rejoint l'aval de l'aérotherme 6, en amont de la vanne tout ou rien 9 -amont/aval s'entendant par rapport au sens de circulation du liquide dans la première boucle 31-. La première branche d'équilibrage 25 est connectée en parallèle à la canalisation 54, à la canalisation 55 et à la canalisation 56. Si l'on considère que le thermostat 5 appartient à la branche d'équilibrage 25, les canalisations 25, 55 et 56 ont un premier point d'embranchement commun 45 à une extrémité et un second point commun d'embranchement 46 à leur autre extrémité. La seconde branche d'équilibrage 27 permet d'établir dans le troisième circuit 23, un flux de liquide de refroidissement parallèle aux flux traversant les canalisations 51 et 52.
La troisième branche d'équilibrage 26 permet, sur le premier circuit 21, de contourner le troisième échangeur 3 en conduisant le liquide directement de la vanne tout ou rien 9 à la pompe 29. Comme on peut le voir sur la figure 3, les canalisations du premier circuit 21 définissent les boucles secondaires 32, 33 de circulation de liquide, précédemment décrites, suivant lesquelles peut s'établir la circulation du liquide de refroidissement quand la vanne tout ou rien 9, située sur la première boucle est fermée. La première boucle secondaire de liquide 32 peut par exemple passer par les canalisations 55 et 56 connectées l'une à l'autre au premier point d'embranchement commun 45 et au second point d'embranchement commun 46 de la canalisation 55. Le premier point d'embranchement commun 45 est situé entre le moteur 16 et le thermostat 5. Le second point d'embranchement commun 46, situé en aval de l'aérotherme 6 sur la canalisation 55, se trouve en amont de la vanne tout ou rien 9 par rapport au sens de circulation de la boucle 31. Le second point d'embranchement 46 correspond également à l'extrémité de la branche d'équilibrage 25 opposée au thermostat 5, et à l'extrémité de la canalisation 56 opposée à son extrémité partant de l'aval du moteur 16. La canalisation 56 peut comprendre un quatrième échangeur refroidisseur 4, de sorte à prélever des calories au niveau de la vanne EGR 18, par exemple au niveau d'un boîtier de commande de la vanne EGR 18, afin de maintenir la température de l'électronique de commande à une température acceptable par cette électronique. La boucle secondaire 32 définie par les canalisations 55 et 56, passe successivement par la pompe 30, le premier échangeur refroidisseur 1, au moins un échangeur de couplage 12 du second circuit 22, éventuellement un autre échangeur de couplage 11 du second circuit 22, par l'aérotherme 6, puis par le quatrième échangeur refroidisseur 4 pour revenir à la pompe 30. Le premier circuit 21 peut également définir une deuxième boucle secondaire 33 de circulation de liquide quand la vanne 9 est fermée. Cette deuxième boucle secondaire 33 passe par la première branche d'équilibrage 25. Le liquide circule alors successivement dans la pompe 30, le premier échangeur refroidisseur 1, au moins un échangeur de couplage 12, éventuellement un autre échangeur de couplage 11, par l'aérotherme 6, et par la branche d'équilibrage 25, pour revenir à la pompe 30. Cette deuxième boucle secondaire 33 n'est bien entendu fonctionnelle que quand le thermostat 5 se trouve dans la première position. Le troisième circuit 23 comprend une première branche de refroidissement correspondant à la canalisation 52, et sur laquelle se trouve au moins la pompe 28, le second échangeur refroidisseur 2 et un premier radiateur 8 configuré pour céder à l'atmosphère des calories du liquide de refroidissement. Dans l'exemple illustré sur la figure 3, ces éléments sont dans l'ordre suivant de l'amont vers l'aval -par rapport au sens d'écoulement de fluide imposé par la pompe 28- : le premier radiateur 8, la pompe 28 et le second échangeur refroidisseur 2. Le troisième circuit 23 comporte au moins une seconde branche de refroidissement correspondant à la canalisation 51 et permettant de définir, ensemble avec la première branche de refroidissement, une boucle 44 de circulation de liquide quand le thermostat 5 se trouve dans la première position. Cette seconde branche de refroidissement peut par exemple comporter le second radiateur 7. Le radiateur 7 est ainsi placé de manière à être parcouru par du liquide de refroidissement venant du moteur 16 quand le thermostat 5 se trouve dans la seconde position, et pour être parcouru par du liquide venant du second échangeur refroidisseur 2, quand le thermostat 5 se trouve dans la première position. Quand le thermostat est dans la seconde position, le second radiateur 7 fait office de radiateur principal de refroidissement du moteur 16. Quand le thermostat 5 se trouve dans la première position, la boucle de circulation 44 qui s'établit à l'intérieur du troisième circuit 23, traverse successivement le premier radiateur 8, la pompe 28, le second échangeur refroidisseur 2, et le second radiateur 7.
Le troisième circuit 23 peut également comprendre un réservoir de liquide de refroidissement 13, configuré pour permettre d'accommoder les dilatations du liquide de refroidissement dans le troisième circuit. Le réservoir 13 permet également d'accommoder simultanément les dilatations du liquide de refroidissement du premier circuit 21 et du troisième circuit 23 lorsque les deux circuits sont interconnectés. Le réservoir 13 peut par exemple se trouver sous une canalisation 53 du troisième circuit disposée en parallèle à la canalisation 51 et à la canalisation 52. Nota : afin de rappeler visuellement sur la figure 3 les positions occupées par les différents échangeurs de refroidissement, par rapport au circuit de recirculation des gaz 17, les rectangles représentant le second, le premier et le quatrième échangeurs de refroidissement portent des lettres d'indice A, B, C. Ces lettres permettent de lire les positions relatives des échangeurs, sur la même figure, à l'aide de trois repères -indicés 19- disposés le long de la représentation schématique du circuit de recirculation des gaz 17. Par rapport à la direction de circulation des gaz, le second échangeur refroidisseur 2, indicé par la lettre A, est ainsi situé en aval du premier échangeur refroidisseur, indicé par la lettre B. Le quatrième échangeur refroidisseur 4 est quant à lui associé à la vanne de régulation ou vanne EGR 18, et est indicé par la lettre C. Il se trouve le plus souvent, avec la vanne 18, entre le premier échangeur refroidisseur 1 et le second échangeur refroidisseur 2.
Les figures 4 à 6 illustrent des modes de réalisation de l'invention dans lesquels le positionnement du premier échangeur de couplage 11 est différent de celui de la figure 3. Différentes options de positionnement sont possibles, en tenant compte du fait que le liquide de refroidissement acquiert, quand la vanne 18 du circuit de recirculation 17 est ouverte, au moins autant, et plutôt plus, de calories au niveau de l'échangeur EGR 1 qu'en traversant le moteur 16. On retrouve sur les figures 4 à 6 des éléments communs aux figures précédentes, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes références.
Sur la figure 4, le premier échangeur de couplage 11, c'est-à- dire l'évaporateur du second circuit 22, ne se trouve pas entre le second échangeur de couplage 12 et l'aérotherme 6. Il reste interposé sur la première boucle de circulation 31, et se trouve immédiatement en aval du moteur 16. Il est disposé sur la boucle 31, en suivant le sens de circulation de liquide, entre le moteur 16 et le premier échangeur refroidisseur 1. Il se trouve même, sur la figure 4, en amont de la troisième pompe 30 sur la boucle 31. Le premier échangeur de couplage 11 se trouve par ailleurs en amont du point d' embranchement 45 entre la canalisation 55 comprenant le premier échangeur refroidisseur, et la canalisation 56, comprenant le quatrième échangeur refroidisseur 4. De cette manière, l'échangeur de couplage 11 refroidit déjà partiellement le liquide de refroidissement sortant du moteur 16, avant que ce liquide ne parvienne au travers de la pompe 30, au premier échangeur refroidisseur 1. On dispose grâce à cet arrangement, d'un premier échangeur refroidisseur 1 traversé par un liquide plus froid. Les calories cédées par les gaz au niveau du premier échangeur refroidisseur 1, peuvent ensuite être récupérées au niveau du surchauffeur 12 du circuit de Rankine pour amener la température du fluide du circuit de Rankine à une température supérieure à celle acquise dans l'évaporateur 11. Dans l'exemple illustré sur la figure 5, l'évaporateur 11 du second circuit 22 est alimenté en liquide de refroidissement par une canalisation 57 dédiée du premier circuit 21. La canalisation 57 est montée en parallèle à une portion de la canalisation 55 portant le premier échangeur refroidisseur 1, le surchauffeur 12 et l'aérotherme 6. Cette canalisation 57 dédiée est placée en aval de la pompe 30. Une partie du liquide de refroidissement ayant traversé la pompe 30, cède les calories acquises du moteur 16, à l'évaporateur 11. Le restant du liquide traversant la pompe 30, acquiert des calories supplémentaires dans le premier échangeur refroidisseur 1 puis cède tout ou partie de ces calories au surchauffeur 12. Le surchauffeur 12 est ainsi alimenté en liquide de refroidissement plus chaud que le liquide de refroidissement traversant l'évaporateur 11. Après avoir traversé le surchauffeur 12, le liquide de refroidissement encore relativement chaud transite par l'aérotherme 6 où il peut contribuer à céder des calories à l'air de l'habitacle du véhicule. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 6, l'évaporateur 11 est placé sur la première boucle de liquide 31 en aval de l'aérotherme 6. Il situé entre le second point d'embranchement 46 et la vanne tout ou rien 9. Quand le quatrième échangeur refroidisseur 4 de la vanne EGR déverse du liquide de refroidissement en direction de la vanne tout ou rien 9, ce liquide traverse donc l'évaporateur 11. De cette manière, l'évaporateur 11 est parcouru par un liquide de refroidissement qui est a priori de température inférieure au liquide de refroidissement traversant l'évaporateur 12. En même temps, l'évaporateur 11 bénéficie des calories qui viennent d'être cédées au quatrième échangeur refroidisseur 4 par le circuit de recirculation 17, au niveau de sa vanne EGR 18. En outre, l'évaporateur 11, prélève des calories issues du quatrième échangeur refroidisseur 4, qui ne seront donc pas renvoyées vers le moteur 16, à la différence des modes de réalisation des figures 4 et 5.
En prenant pour exemple le mode de réalisation de la figure 3, les figures 7 à 9 illustrent différentes configurations de fonctionnement du système de récupération d'énergie. Le principe général de fonctionnement est transposable aux modes de réalisation des figures 4 à 6.
Sur la figure 7, le thermostat 5 se trouve dans la première position. Le premier circuit de refroidissement 21 et le troisième circuit de refroidissement 23 fonctionnent alors de manière indépendante en n'échangeant pas de liquide par les branches 14 et 15. Le liquide de refroidissement sortant du moteur 16 se répartit entre les canalisations 55, 56 et la branche d'équilibrage 25. Les calories récupérées par le liquide de refroidissement au niveau du moteur 16, puis du premier échangeur refroidisseur 1, sont utilisées dans un échange à contre courant pour être cédées, pour partie au surchauffeur 12 puis pour partie à l'évaporateur 11 du second circuit 22. Les circulations se faisant à contre courant entre le premier circuit de refroidissement 21 et le second circuit 22, le fluide du second circuit 22 passe bien sûr d'abord par l'évaporateur 11 avant de traverser le surchauffeur 12. Après avoir cédé des calories au second circuit 22, le liquide de refroidissement peut réchauffer l'habitacle du véhicule au niveau de l'aérotherme 6. Dans cette configuration, la vanne tout ou rien 9 est ouverte. Au niveau du troisième circuit de refroidissement 23, s'établissent à l'aide de la pompe 28, une ou plusieurs boucles de circulation, notamment la boucle de circulation 44 traversant successivement le second échangeur de refroidisseur 2 ou « échangeur EGR froid », le second radiateur 7, le premier radiateur 8, pour revenir à la pompe 28. Le liquide de refroidissement sortant du second échangeur refroidisseur 2 peut également se déverser pour partie dans la branche d'équilibrage 27, et pour partie retourner vers le réservoir 13. Ce schéma de fonctionnement illustré en figure 7 peut être utilisé quand le moteur 16 atteint une température où il a besoin d'être refroidi et/ou quand la température du moteur 16 permet de réchauffer suffisamment le liquide de refroidissement afin de fournir de l'énergie exploitable au second circuit 22 et/ou à l'aérotherme 6. Au moins une partie du liquide de refroidissement circule alors selon la première boucle de liquide 31 du premier circuit 21.
Cependant, le système n'est configuré pour rester dans ce mode de fonctionnement que tant que le liquide de refroidissement traversant le thermostat 5 ne dépasse pas une température seuil. En deçà de cette température seuil de liquide de refroidissement, l'utilisation du second circuit 22 et de l'aérotherme 6 permet de maintenir le premier échangeur refroidisseur 1 ou "refroidisseur EGR chaud", ainsi que le moteur 16, aux températures maximales de fonctionnement souhaitées pour ces éléments. Lors du démarrage du véhicule, dans un premier temps le moteur 16 n'a pas encore besoin d'être refroidi, et/ou la température du moteur 16 reste insuffisante pour obtenir un rendement satisfaisant du second circuit 22 et/ou pour chauffer suffisamment l'habitacle par l'aérotherme 6. Quand la température du moteur est inférieure à une température seuil, on peut alors fermer la vanne tout ou rien 9. On se retrouve alors dans la configuration illustrée en figure 8.
La vanne 9 peut par exemple être ouverte ou fermée à l'aide d'une unité de commande électronique (non représentée). La pompe 29 fonctionne à vide ou peut être alors débrayée s'il s'agit d'une pompe mécanique ou encore peut être arrêtée s'il s'agit d'une pompe électrique. Une circulation de liquide de refroidissement dans le premier circuit 21 s'établit alors selon les boucles de liquide 32 et 33 mentionnées précédemment. Ces boucles "courtes" permettent d'exploiter rapidement les calories disponibles au niveau du premier échangeur refroidisseur 1 et au niveau du quatrième échangeur refroidisseur 4 de la vanne EGR, sans que le liquide de refroidissement passe par le moteur 16. Le schéma de circulation de liquide dans le troisième circuit 23 reste identique à celui de la figure 7. A noter que sur le mode de réalisation de la figure 8, la vanne tout ou rien 9 fermée empêche également le liquide de refroidissement de transiter par le troisième échangeur refroidisseur 3 associé au circuit d'huile du moteur, lui aussi insuffisamment chaud. Lorsque le moteur 16 est chaud et que la température de liquide sortant du moteur 16 dépasse la température seuil du thermostat 5, le thermostat 5 bascule dans la seconde position.
Le système se retrouve dans la configuration de la figure 9. Une partie du liquide de refroidissement sortant du moteur 16 est ainsi dirigée vers le second radiateur 7 du véhicule -que l'on peut désigner par radiateur principal de refroidissement du moteur 16-, une autre partie du liquide sortant du moteur 16 est dirigée vers le premier radiateur 8 où le liquide est partiellement refroidi avant de traverser le second échangeur de refroidissement 2 ou « EGR froid ». Une partie du liquide sortant du second échangeur 2 transite dans la branche d'équilibrage 27 pour revenir vers le moteur 16. Une partie du liquide sortant du moteur 16 est toujours envoyée dans le premier circuit 21, notamment dans le quatrième échangeur refroidisseur 4 et dans le premier échangeur refroidisseur 1. Le liquide ayant traversé le premier échangeur refroidisseur 1 sert ensuite de source chaude successivement pour le second circuit 22 et, si besoin, pour l'aérotherme 6.
Dans cette configuration illustrée en figure 9, les deux radiateurs 7 et 8 contribuent à dissiper les calories du liquide de refroidissement ayant traversé le moteur 16. L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits et peut se décliner en de nombreuses variantes. L'invention est particulièrement adaptée aux moteurs de type diesel, notamment aux moteurs de véhicules, mais peut également être appliquée à des moteurs fixes, par exemple à des groupes électrogènes. L'aérotherme peut être alors omis.
Les différentes pompes 28, 29, 30 peuvent être disposées différemment de leurs positions illustrées sur les figures. Par exemple la pompe 29 pourrait être située en amont du troisième échangeur refroidisseur 3, ou pourrait être placée entre le moteur 16 et l'embranchement 45. La pompe 30 pourrait être placée en d'autres endroits de la canalisation 55. Le condenseur 42 peut, pour limiter l'encombrement total des circuits de fluide du véhicule, ainsi que les coûts de l'installation, être un condenseur commun avec le condenseur d'un circuit de climatisation du véhicule. Le fluide utilisé dans le circuit de Rankine peut être le même que celui utilisé dans le circuit de climatisation. Le condenseur peut alors avoir une seule entrée où arrive à la fois le fluide vaporisé du circuit de Rankine et le fluide vaporisé du circuit de climatisation, et avoir une seule sortie d'où ressort le même fluide liquéfié avant de se répartir à nouveau dans le second circuit 22 et dans le circuit de climatisation (non représenté). Le premier radiateur 8 peut être de taille plus réduite que le second radiateur 7, qui doit assurer un refroidissement efficace du moteur 16 quand celui-ci le nécessite. Le premier radiateur 8 peut éventuellement être placé dans l'alignement du radiateur 7, les deux radiateurs étant traversés par un même flux d'air. Selon une autre variante de réalisation, les deux radiateurs peuvent être placés de manière à être traversés par des flux d'air indépendants l'un et l'autre. Le réservoir 13 est placé de préférence sur le troisième circuit 23. De cette manière on améliore la perméabilité du troisième circuit 23. Dans la branche portant le réservoir 13, le liquide peut circuler toujours dans le même sens, que le thermostat 5 soit dans la première position ou dans la seconde position. On peut envisager des variantes de réalisation dans lesquelles un second réservoir serait disposé sur le premier circuit 21 de liquide de refroidissement. La pompe 35 du second circuit 22 peut être soit une pompe mécanique reliée à un arbre de sortie du moteur 16, soit une pompe à débit réglable, par exemple une pompe électrique.
La pompe 29 située à proximité du moteur peut être une pompe mécanique entraînée par le moteur et éventuellement être débrayable pour ne pas freiner le moteur 16 lors du démarrage à froid de ce dernier. Selon une variante de réalisation préférée, cette pompe 29 peut être une pompe à débit variable, par exemple une pompe électrique. Les pompes 28 et 30 sont de préférence des pompes électriques à débit variable. Le système de circulation de liquide de refroidissement proposé dans l'invention permet de disposer de calories exploitables par le circuit de Rankine et/ou par l'aérotherme 6, même quand le moteur 16 vient de tout juste de démarrer Ce système permet également d'assurer un refroidissement efficace du moteur 16 une fois que celui-ci atteint son régime de croisière. Grâce à l'utilisation conjointe de deux refroidisseurs EGR, soit un refroidisseur EGR «chaud» 1 et un refroidisseur EGR «froid» 2 en série par rapport au circuit de gaz recirculés, on parvient à réguler efficacement la température des gaz renvoyés vers l'admission du moteur, tout en limitant le gradient de température de gaz entre l'entrée et la sortie de chacun des refroidisseurs, donc en limitant l'encrassement du circuit de recirculation 17. Selon un mode de réalisation avantageux, chacun de ces échangeurs de refroidissement 1 et 2 est "court-circuitable" : les gaz recirculés peuvent être envoyés dans une première et/ou dans une seconde conduite de dérivation de gaz renvoyant ces gaz vers l'admission du moteur sans traverser le premier, et/ou sans traverser le second refroidisseur. Il est ainsi possible par moment d'utiliser un seul des deux refroidisseurs, en fonction par exemple de la température d'air extérieur au véhicule et du débit de gaz recirculés. Lorsque la vanne 18 de gaz recirculés est fermée, ou lorsque les gaz recirculés ne sont pas envoyés dans le premier refroidisseur 1, le second circuit de Rankine peut éventuellement continuer à fonctionner et à délivrer de l'énergie mécanique, même en moindre quantité que lors de la récupération de calories par le premier refroidisseur. Cette possibilité dépend bien sûr de la température du moteur 16, de la température de la vanne EGR 4, et de l'emplacement du premier échangeur de couplage 11 dans le circuit (variantes des figures 3 à 6). A noter que le "second circuit de Rankine" est a priori le seul circuit de Rankine du système, le terme "second" se rapportant seulement au fait que c'est le second circuit de fluide mentionné dans la description. De même, le premier et le troisième circuits de liquide de refroidissement peuvent être les deux seuls circuits de liquide de refroidissement du système.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Système (10) de récupération d'énergie pour un véhicule automobile équipé d'un moteur (16) à combustion interne, comprenant un circuit de recirculation (17) partielle des gaz d'échappement du moteur, et comprenant un premier circuit (21) de liquide de refroidissement traversant le moteur (16) et traversant un premier échangeur refroidisseur (1) configuré pour prélever des calories sur le circuit de recirculation (17), le système de récupération d'énergie comprenant en outre un second circuit (22) dans lequel circule un fluide à changement d'état apte à entraîner mécaniquement un arbre de sortie d'une machine de détente (43) du second circuit (22), caractérisé en ce que le premier circuit (21) comprend au moins un premier échangeur (11) de couplage servant de source chaude au second circuit (22), et en ce que le système (10) comprend un troisième circuit (23) de liquide de refroidissement comprenant un second échangeur refroidisseur (2) apte à prélever des calories sur le circuit de recirculation (17), le premier circuit (21) et le troisième circuit (23) étant disposés de sorte que la circulation de liquide de refroidissement puisse se faire de manière découplée dans le premier circuit (21) et dans le troisième circuit (23).
- 2. Système selon la revendication 1, comprenant un thermostat (5) configuré pour basculer entre une première position, où les circulations de liquide de refroidissement dans le premier circuit (21) et le troisième circuit (23) sont indépendantes l'une de l'autre, et une seconde position, dans laquelle au moins une partie du liquide traversant le moteur (16) traverse également le second échangeur refroidisseur (2).
- 3. Système selon la revendication 2, dans lequel le thermostat (5) est configuré pour se placer dans la première position quand la température de liquide détectée par le thermostat (5) est inférieure à une température seuil, et pour se placer dans la seconde position quand la température de liquide détectée est supérieure à la même température seuil.
- 4. Système selon les revendications 2 ou 3, comprenant sur le troisième circuit (23) un premier radiateur (8) apte à céder à l'atmosphère extérieure au véhicule, des calories du troisième circuit (23).
- 5. Système selon la revendication 4, dans lequel le premier radiateur (8) est monté en série avec le second échangeur refroidisseur (2).
- 6. Système selon la revendication 5, comprenant en outre sur le troisième circuit (23) un second radiateur (7) apte à céder à l'atmosphère extérieure, des calories du troisième circuit (23), le second radiateur (7) étant monté en parallèle du second échangeur refroidisseur (2).
- 7. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier circuit (21) comprend un aérotherme (6) apte à céder des calories du premier circuit (21) à l'air de l'habitacle du véhicule, et dans lequel le premier circuit (21) comprend une première boucle de liquide de refroidissement (31) munie d'au moins une pompe (29, 30) configurée pour faire circuler le liquide de la première boucle (31), successivement à travers le moteur (16), le premier échangeur refroidisseur (1), et l'aérotherme (6).
- 8. Système selon la revendication 7, dans lequel le premier circuit (21) comprend en outre au moins une branche de dérivation (25, 56) connectée de manière à pouvoir faire circuler le liquide de refroidissement à travers le premier échangeur refroidisseur (1) puis l'aérotherme (6), sans passer par le moteur.
- 9. Système selon l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel le premier circuit (21) comprend en outre un second échangeur de couplage (12) servant de source chaude au second circuit (22), placé sur la première boucle de liquide (31).
- 10. Procédé de récupération d'énergie pour un véhicule automobile équipé d'un moteur (16) à combustion interne, dans lequel on utilise un premier circuit (21) de liquide de refroidissement du moteur (16) pour prélever des calories d'un circuit de recirculation (17) de gaz d'échappement du véhicule, et pour transmettre au moinsune partie des calories prélevées à un second circuit (22) de fluide à changement d'état, caractérisé en ce que l'on utilise un troisième circuit (23) de liquide de refroidissement également configuré pour prélever des calories du circuit(17) de recirculation de gaz, en ce que l'on connecte le premier circuit (21) et le troisième circuit (23) quand la température de liquide de refroidissement sortant du moteur (16) est supérieure à une température seuil, et en ce que l'on provoque des circulations indépendantes de liquide de refroidissement dans le premier circuit (21) et dans le troisième circuit (23) dans le cas contraire.
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