FR2885169A1 - Systeme de gestion de l'energie calorifique a bord d'un vehicule comportant un circuit a cycle de rankine - Google Patents

Abstract

Un système de gestion de l'énergie calorifique à bord d'un véhicule comporte un groupe motopropulseur (10), un circuit à cycle de Rankine (3), le circuit comportant, dans le sens de circulation d'un fluide :- une machine réceptrice (30) pour fournir de l'énergie mécanique à partir du fluide à l'état de vapeur,- un ensemble condenseur (31, 35) pour condenser le fluide,- une première pompe (32) pour mettre le fluide condensé sous pression,- une source chaude (33) pour évaporer le fluide, la source chaude étant reliée à la machine réceptrice (30) et comportant au moins un élément du groupe motopropulseur,- une vanne de dérivation (34) en parallèle avec la machine réceptrice (30).

Description

Système de gestion de l'énergie calorifique à bord

d'un véhicule comportant un circuit à cycle de Rankine.

L'invention concerne un système de gestion de l'énergie calorifique à bord d'un véhicule équipé d'un groupe motopropulseur et d'un circuit à cycle de Rankine pour optimiser les températures et la récupération d'énergie calorifique du véhicule.

Les véhicules équipés de moteurs à combustion interne produisent une quantité importante d'énergie calorifique qui est éventuellement utilisée pour le chauffage de l'habitacle du véhicule ou est dissipée par l'intermédiaire d'un circuit de refroidissement comportant un radiateur extérieur refroidi par l'air extérieur. Cette énergie est donc perdue pour le véhicule et n'est pas valorisée.

Par ailleurs, lors du démarrage à froid du véhicule, le délai de mise en température de l'habitacle est généralement long car il est nécessaire que le groupe motopropulseur soit à une température suffisamment élevée pour que de la chaleur soit apportée dans l'habitacle. On a proposé de réduire le délai de mise en température de l'habitacle en équipant le circuit de chauffage avec des éléments de chauffage, tels que des résistances électriques. Cependant, ces éléments augmentent la consommation d'énergie du véhicule.

L'un des problèmes lors du démarrage à froid est la basse température du lubrifiant, et par conséquent sa viscosité importante. De ce fait, les organes mécaniques sont difficiles à entraîner, ce qui génère une consommation de carburant supérieure à celle en régime de température stabilisée.

Un autre problème lors du démarrage à froid est que la température dans les chambres de combustion est basse, ce qui conduit à une mauvaise combustion et à la génération de gaz polluants.

On a proposé par le document WO 02/31319 un véhicule équipé d'un circuit à cycle de Rankine permettant de valoriser les calories produites par le groupe motopropulseur. Le circuit à cycle de Rankine remplace le circuit de refroidissement classique du groupe motopropulseur. La source chaude du circuit est formée par le moteur directement et par la tubulure d'échappement. Le fluide arrivant pour le refroidissement du moteur est préchauffé par un échangeur placé sur la tubulure d'échappement, ce qui permet d'accélérer la mise en température du moteur lors du démarrage à froid. Cependant, ce système ne permet pas d'accélérer la mise en température de l'habitacle.

C'est donc un objectif de l'invention de proposer un véhicule dont la température du groupe motopropulseur, du lubrifiant et de l'habitacle puisse monter rapidement lors du démarrage à froid. C'est un autre objectif de proposer un véhicule qui puisse exploiter l'énergie calorifique générée par le groupe motopropulseur.

Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un véhicule comportant un groupe motopropulseur, un circuit à cycle de Rankine, le circuit comportant, dans le sens de circulation d'un fluide: - une machine réceptrice pour fournir de l'énergie mécanique à partir de la détente du fluide à l'état de vapeur, - un ensemble condenseur pour condenser le fluide en liquide, une première pompe pour mettre le fluide condensé sous pression, - une source chaude pour évaporer le fluide, la source chaude étant reliée à la machine réceptrice et comportant au moins un élément du groupe motopropulseur, caractérisé en ce que le circuit comporte une vanne de dérivation en parallèle avec la machine réceptrice.

Grâce à l'invention, on peut, lors d'un démarrage à froid, ouvrir la vanne de dérivation et ainsi court-circuiter la machine réceptrice telle qu'une turbine. Ainsi, des calories reçues de la source chaude sont transférées pleinement vers le condenseur, ce qui permet d'élever rapidement sa température. Lorsque la température est stabilisée, la vanne de dérivation est fermée et le circuit à cycle de Rankine permet d'exploiter les calories reçues de la source chaude et de les transformer en énergie grâce à la machine réceptrice.

De préférence, l'ensemble condenseur comprend au moins l'un des éléments parmi un radiateur de chauffage d'habitacle, un radiateur d'huile, un échangeur sur un circuit de refroidissement, un radiateur extérieur refroidi par l'air extérieur. Grâce à l'invention, ces éléments peuvent recevoir de la chaleur pendant la phase de démarrage, pour augmenter rapidement par exemple la température de l'huile, du moteur ou de l'habitacle. De plus, l'apport de chaleur à l'habitacle permet d'éviter de recourir à la chaleur provenant du groupe motopropulseur pour chauffer l'habitacle et donc évite de retarder la mise en température du groupe motopropulseur.

Selon un premier mode de réalisation, l'ensemble condenseur comprend un radiateur de chauffage d'habitacle et un radiateur extérieur refroidi par l'air extérieur montés en série, des moyens de sélection permettant de court-circuiter sur commande le radiateur extérieur ou le radiateur de chauffage d'habitacle. On peut ainsi choisir d'envoyer le fluide soit vers le radiateur extérieur, soit vers le radiateur de chauffage d'habitacle, soit simultanément vers les deux radiateurs. Les calories reçues de la source chaude sont envoyées vers le radiateur de chauffage pour réchauffer l'habitacle quand cela est nécessaire. Dans le cas contraire, on utilise le radiateur extérieur comme condenseur pour l'exploitation du cycle de Rankine et récupérer de l'énergie. Les deux radiateurs peuvent être utilisés simultanément comme condenseurs pour l'exploitation du cycle de Rankine.

Selon un premier perfectionnement du premier mode de réalisation, une deuxième pompe est montée en aval du radiateur extérieur, au moins un élément parmi le radiateur d'huile ou l'échangeur sur le circuit de refroidissement étant monté en amont de la première pompe. Dans le cas où le radiateur extérieur est court-circuité, le radiateur d'huile ou l'échangeur sur le circuit de refroidissement servent de condenseur et de la chaleur est transmise au liquide de refroidissement ou à l'huile. Par contre, en mettant en service le radiateur extérieur et la deuxième pompe, le fluide est condensé dans le radiateur extérieur, comprimé par la deuxième pompe et réchauffé en passant dans le radiateur d'huile ou l'échangeur sur le circuit de refroidissement. Le fluide récupère ainsi des calories depuis le circuit de refroidissement ou le circuit d'huile. Ces calories servent à augmenter la puissance développée par la machine réceptrice.

Selon un deuxième perfectionnement du premier mode de réalisation, le circuit à cycle de Rankine comporte en outre des moyens de sélection pour connecter au moins un radiateur d'huile soit en amont de la pompe, soit en aval de la première pompe.

Lorsque le radiateur d'huile est connecté en amont de la première pompe, il fait fonction de condenseur, en complément ou à la place du radiateur extérieur. La température de l'huile peut monter rapidement. Par contre, lorsqu'il est connecté en aval de la première pompe, le fluide qui le traverse est sous pression et est réchauffé, récupérant ainsi de l'énergie calorifique pour la transformer en énergie mécanique grâce à la machine réceptrice.

Selon une variante du deuxième perfectionnement, soit un échangeur sur le circuit de refroidissement, soit directement le groupe motopropulseur est connecté en parallèle du radiateur d'huile. Ainsi, selon le mode de fonctionnement, soit on réchauffe rapidement le moteur, soit on récupère en plus des calories en provenance du moteur de manière directe, ou par l'intermédiaire du circuit de refroidissement classique du moteur.

Selon un deuxième mode de réalisation, l'ensemble condenseur comprend un radiateur de chauffage d'habitacle et un radiateur extérieur refroidi par l'air extérieur montés en parallèle, des moyens de sélection orientant sur commande le fluide en provenance de la machine réceptrice vers le radiateur extérieur ou vers le radiateur de chauffage d'habitacle. Ainsi, lorsque la machine réceptrice est en service, le fluide peut être condensé soit dans le radiateur de chauffage, si l'habitacle a besoin d'être chauffé, soit dans le radiateur extérieur dans le cas contraire, ou éventuellement dans les deux éléments.

Selon un premier perfectionnement du deuxième mode de réalisation, un radiateur d'huile est monté en parallèle avec le radiateur de chauffage d'habitacle. Ainsi, le radiateur d'huile joue également un rôle de condenseur, dans le cas où il serait utile de transférer de la chaleur à l'huile.

Selon un deuxième perfectionnement du deuxième mode de réalisation, un échangeur sur le circuit de refroidissement est monté en parallèle avec le radiateur de chauffage d'habitacle. Ainsi, l'échangeur sur le circuit de refroidissement joue également un rôle de condenseur, dans le cas où il serait utile de transférer de la chaleur au circuit de refroidissement.

Selon un troisième mode de réalisation, l'ensemble condenseur comprend un échangeur sur le circuit de refroidissement directement en aval d'une sortie du groupe motopropulseur. Dans ce mode de réalisation, on évite l'utilisation du radiateur extérieur sur le circuit à cycle Rankine, tout en ayant la possibilité de réchauffer rapidement le moteur et de récupérer de l'énergie en provenance du moteur.

De manière particulière, la source chaude comprend au moins l'un des éléments parmi un évaporateur sur une tubulure d'échappement, un radiateur de gaz recyclés, un radiateur d'air de suralimentation. Ces éléments sont portés très rapidement à des températures sensiblement élevées, par exemple par les gaz d'échappement, ce qui permet de récupérer de la chaleur très rapidement lors du démarrage du moteur. Cette chaleur est ensuite envoyée vers les éléments à réchauffer ou vers la machine réceptrice. De plus, l'utilisation d'un évaporateur sur la tubulure d'échappement permet de limiter les pointes de température dans la ligne d'échappement et de préserver la durée de vie des organes situés en aval.

La tubulure d'échappement comporte par exemple une dérivation en parallèle de l'échangeur sur la tubulure d'échappement. On dispose d'un moyen pour orienter ou non les gaz d'échappement vers l'échangeur. Les gaz d'échappement sont dérivés de l'échangeur dans le cas où il serait nécessaire de conserver des gaz d'échappements chauds, par exemple pour entretenir le fonctionnement d'un système de dépollution, ou d'éviter de monter en température excessive le fluide du circuit de Rankine.

Selon un agencement particulier, la source chaude comporte en série et dans le sens du fluide le radiateur d'air de suralimentation, le radiateur de gaz recyclés puis l'échangeur sur la tubulure d'échappement. La température maximale de ces éléments est sensiblement croissante dans le sens de circulation du fluide. Par cet agencement, on optimise l'efficacité du cycle thermodynamique pour la récupération d'énergie.

Selon un autre agencement particulier, la source chaude comporte en série le radiateur d'air de suralimentation, et un ensemble comportant le radiateur de gaz recyclés et l'échangeur sur la tubulure d'échappement montés en parallèle. Cet agencement permet également une optimisation de l'efficacité du cycle thermodynamique pour la récupération d'énergie.

L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un système de gestion de l'énergie calorifique sur un véhicule mettant en oeuvre un circuit à cycle de Rankine conforme à l'invention; - les figures 2 à 6 sont des vues schématiques de différents modes de réalisation et variantes de circuits à cycle de Rankine conformes à l'invention.

Un véhicule équipé d'un système de gestion d'énergie comporte un circuit de refroidissement 1 d'un groupe motopropulseur 10, un circuit de climatisation 2 de l'habitacle et un circuit 3 de récupération d'énergie à cycle de Rankine conforme à l'invention, représentés de manière schématique sur la figure 1.

D'une manière classique, le groupe motopropulseur 10 comporte un circuit de gaz comportant une tubulure d'admission 11 pour alimenter un moteur en air, et une tubulure d'échappement 12 pour évacuer des gaz d'échappement. Il comporte également un circuit de refroidissement 1 comportant un radiateur principal 15 et une pompe 16, la pompe faisant circuler un liquide de refroidissement à travers le moteur 10 puis à travers le radiateur principal 15, avant le bouclage du circuit vers la pompe 16. Une vanne thermostatique 17 à trois voies permet de court-circuiter le radiateur principal dans le cas où le liquide de refroidissement n'est pas encore assez chaud.

Par ailleurs, le circuit de climatisation 2 comporte, en boucle et dans le sens de circulation d'un fluide de climatisation, un compresseur 20, un condenseur de climatisation 21, une vanne de commande 22 et un évaporateur 23. L'évaporateur 23 est placé dans un flux d'air canalisé dans un boîtier de climatisation 40.

Le circuit à cycle de Rankine 3 comporte de manière classique, en boucle et dans le sens de circulation d'un fluide, une machine réceptrice 30 pour fournir de l'énergie mécanique à partir du fluide à l'état de vapeur, un radiateur extérieur 31 pour condenser le fluide, une première pompe 32 pour mettre le fluide condensé sous pression, et une source chaude 33 pour évaporer le fluide. Dans cet exemple, la machine réceptrice est une turbine 30, mais ce pourrait être un moteur à palettes, ou tout autre machine volumétrique.

Dans le mode de réalisation exposé à la figure 1, la source chaude est un évaporateur 33 placé sur la tubulure d'échappement 12. Une vanne à trois voies 13, en amont de l'évaporateur 33 dans le sens de l'écoulement des gaz d'échappement, permet de court-circuiter sur commande l'évaporateur 33.

Le circuit à cycle de Rankine comporte en outre une vanne de dérivation 34 en parallèle avec la machine réceptrice 30 et un radiateur de chauffage 35 placé dans le boîtier de climatisation 40. Une vanne à trois voies 36 permet d'orienter sur commande le fluide vers le radiateur de chauffage 35 ou vers une deuxième vanne à trois voies 37. Le retour du fluide en provenance du radiateur de chauffage 35 s'effectue en amont de la deuxième vanne 37. La deuxième vanne à trois voies 37 permet d'orienter sur commande le fluide vers le radiateur extérieur 31 ou dans une conduite de dérivation 38, en parallèle au radiateur extérieur 31.

Lors d'un démarrage à froid du véhicule, et en cas de besoin de chauffage de l'habitacle, la première pompe 32 fonctionne et fait circuler le fluide. La vanne de dérivation 34 est ouverte de telle sorte que la turbine 30 ne fonctionne pas. Le fluide chauffé et vaporisé par le passage dans l'évaporateur par les gaz d'échappement sortant par la tubulure 12 est envoyé à travers le radiateur de chauffage 35 qui fait fonction de condenseur. Le fluide se condense en libérant de l'énergie qui élève la température de l'air circulant dans le boîtier de climatisation. Puis le fluide sous forme liquide revient vers la deuxième vanne 37 et est envoyé vers la première pompe 32 en passant par la conduite de dérivation 38, avant d'être mis sous pression par la pompe 32 et renvoyé dans l'évaporateur 33 pour un nouveau cycle. Ainsi, des calories sont transférées vers l'habitacle pour obtenir rapidement un bon niveau de confort pour les occupants.

Dès que le niveau de confort dans l'habitacle est à un niveau satisfaisant, la vanne de dérivation 34 est fermée, ce qui permet de mettre en service la turbine 30. La fermeture est progressive pour que la transition ne soit pas trop brutale. La turbine 30 fournit alors de l'énergie mécanique qui peut être diversement utilisée à bord du véhicule. A titre d'exemple, la turbine 30 entraîne un générateur électrique, un compresseur de climatisation, un compresseur d'air de suralimentation ou l'arbre moteur, non représentés. Selon le besoin d'énergie pour le maintien du confort dans l'habitacle, la première vanne 36 est commandée pour orienter le fluide vers le radiateur de chauffage 35, partiellement ou complètement, ou vers le radiateur extérieur 31, de telle sorte que la totalité du fluide soit condensé avant d'être dirigé vers la pompe 32.

Un premier perfectionnement du premier mode de réalisation est représenté sur la figure 2. Les mêmes éléments ont les mêmes références que sur la figure 1. Une deuxième pompe 130 est montée en aval du radiateur extérieur, et un radiateur d'huile 131 et un échangeur 132 sur le circuit de refroidissement sont montés en amont de la première pompe 32.

Lors d'un démarrage à froid du véhicule, la première pompe 32 fonctionne et fait circuler le fluide. La vanne de dérivation 34 est ouverte de telle sorte que la turbine 30 ne fonctionne pas. Le fluide chauffé et vaporisé par le passage dans l'évaporateur est envoyé à travers un ou plusieurs éléments parmi un ensemble condenseur comportant le radiateur de chauffage 35, le radiateur d'huile 131 et l'échangeur 132 sur le circuit de refroidissement. Pour cela, la première vanne 36 oriente ou non le fluide vers le radiateur de chauffage, et la deuxième vanne 37 oriente le fluide vers la conduite de dérivation 38 puis vers le radiateur d'huile 131 et l'échangeur 132. Le fluide se condense en libérant de l'énergie qui élève la température soit de l'air circulant dans le boîtier de climatisation 30, soit de l'huile, soit du liquide de refroidissement. Puis le fluide sous forme liquide revient vers la première pompe 32 avant d'être mis sous pression et renvoyé dans l'évaporateur 33 pour un nouveau cycle. Ainsi, des calories sont transférées vers l'habitacle pour obtenir rapidement un bon niveau de confort pour les occupants, et vers l'huile ou vers le fluide de refroidissement pour obtenir rapidement un fonctionnement optimal du groupe motopropulseur.

Dès que le niveau de confort dans l'habitacle est à un niveau satisfaisant, la première vanne 36 oriente le fluide au moins partiellement vers la deuxième vanne 37. Cette dernière oriente le fluide en provenance de la première vanne 36 ou du radiateur de chauffage 35 vers la conduite de dérivation 38 tant que les niveaux de température de l'huile et du liquide de refroidissement sont insuffisants. Ils font alors fonction de condenseurs. A titre d'exemple, les niveaux de température sont de 110 C pour l'huile et 90 C pour le liquide de refroidissement. Lorsque ces niveaux de températures sont dépassés, l'échange de chaleur doit se faire en sens inverse, c'est-à-dire que la chaleur doit être évacuée de l'huile ou du liquide de refroidissement. Le fluide en provenance du radiateur de chauffage peut être à une température suffisamment basse pour permettre cet échange. La mise en service de la turbine par la fermeture progressive de la vanne de dérivation 34 permet également d'abaisser la température du fluide.

Si la température du fluide est trop élevée pour refroidir l'huile ou le liquide de refroidissement, malgré la mise en service de la turbine, la deuxième vanne 37 est commutée pour orienter le fluide vers le radiateur extérieur 31, et la deuxième pompe 130 est mise en service. Le fluide est fourni alors au radiateur d'huile et à l'échangeur suffisamment comprimé pour que la chaleur reçue ne provoque pas l'évaporation du fluide. Le radiateur d'huile et l'échangeur font alors fonction de source chaude et le système récupère de l'énergie calorifique supplémentaire. Le fluide déjà chauffé se vaporise plus facilement en traversant l'évaporateur 33, ce qui permet d'augmenter le débit de fluide et la quantité d'énergie récupérée par la turbine 30.

Un deuxième perfectionnement du premier mode de réalisation est représenté sur les figures 3a et 3b. Les mêmes éléments ont les mêmes références que sur la figure 1. Le circuit à cycle de Rankine comporte ici des moyens de sélection pour connecter le radiateur d'huile 231 et l'échangeur 232 soit en amont de la première pompe 32, soit en aval de la première pompe 32. Pour cela, le circuit à cycle de Rankine comporte une vanne 230 en amont de la première pompe 32 et une vanne 233 en aval de la première pompe 32. L'échangeur 232 et le radiateur d'huile 231 sont montés en parallèle et reliés au circuit à cycle de Rankine en amont de la vanne 230 par l'intermédiaire d'une première vanne de sélection 234 à trois voies, et entre la vanne 230 et la pompe 32 par l'intermédiaire d'une deuxième vanne de sélection 235 à trois voies. La première vanne de sélection 234 est reliée en outre en aval de la vanne 233 et la deuxième vanne de sélection 235 est reliée en outre entre la pompe 32 et la vanne 233.

Lors d'un démarrage à froid du véhicule, la première pompe 32 fonctionne et fait circuler le fluide. La vanne de dérivation 34 est ouverte de telle sorte que la turbine 30 ne fonctionne pas. Le fluide chauffé et vaporisé par le passage dans l'évaporateur 33 est envoyé à travers un ou plusieurs éléments parmi un ensemble condenseur comportant le radiateur de chauffage 35, le radiateur d'huile 231 et l'échangeur 232 sur le circuit de refroidissement. Pour cela, la première vanne 36 oriente ou non le fluide vers le radiateur de chauffage 35, et la deuxième vanne 37 oriente le fluide vers la conduite de dérivation 38. La vanne 230 est fermée et la vanne 233 est ouverte. De plus, la première vanne de sélection 234 oriente le fluide vers le radiateur d'huile 231 et l'échangeur 232 et la deuxième vanne de sélection 235 oriente le fluide vers la pompe 32. Le fluide suit alors le chemin F1 indiqué par les flèches en traits tiretés sur la figure 3a. Le fluide se condense en libérant de l'énergie qui élève la température soit de l'air circulant dans le boîtier de climatisation 30, soit de l'huile, soit du liquide de refroidissement. Puis le fluide sous forme liquide revient vers la première pompe 32 avant d'être mis sous pression et renvoyé à travers la vanne 233 puis dans l'évaporateur 33 pour un nouveau cycle.

Dès que le niveau de confort dans l'habitacle est à un niveau satisfaisant, comme dans le cas du premier perfectionnement, le fluide est orienté au moins partiellement vers la conduite de dérivation 38 tant que les niveaux de température de l'huile et du liquide de refroidissement sont insuffisants. Le radiateur d'huile 231 et l'échangeur 232 font alors fonction de condenseurs.

Lorsque les niveaux de températures de l'huile ou du liquide de refroidissement sont suffisants, de la chaleur doit être évacuée de l'huile ou du liquide de refroidissement. Le fluide en provenance du radiateur de chauffage peut être à une température suffisamment basse pour permettre cet échange. La mise en service de la turbine par la fermeture de la vanne de dérivation 34 permet également d'abaisser la température du fluide. Si la température du fluide est trop élevée pour refroidir l'huile ou le liquide de refroidissement, malgré la mise en service de la turbine, la deuxième vanne 37 est commutée pour orienter le fluide vers le radiateur extérieur 31. De plus, la vanne 230 est ouverte et la vanne 233 est fermée. La vanne 235 met en communication l'aval de la pompe 32 avec le radiateur d'huile et l'échangeur qui font alors fonction de source chaude. La première vanne de sélection 234 oriente le fluide en provenance du radiateur d'huile 231 et de l'échangeur 232 vers l'aval de la vanne 233 et vers l'évaporateur 33. Le fluide suit alors le chemin F2 représenté sur la figure 3b pour récupérer de l'énergie calorifique supplémentaire.

Dans une variante du deuxième perfectionnement, l'échangeur sur le circuit de refroidissement est supprimé et le circuit passe directement dans le groupe motopropulseur pour le refroidir. Dans ce cas, le circuit de refroidissement est également supprimé.

Le fluide circule dans le groupe motopropulseur à la place du liquide de refroidissement.

Dans un deuxième mode de réalisation, montré sur la figure 4, le radiateur de chauffage 35 et le radiateur extérieur 31 sont montés en parallèle. Des moyens de sélection, tels qu'une vanne d'orientation 330, orientent sur commande le fluide en provenance de la turbine 30 vers le radiateur extérieur 31 refroidi par l'air extérieur ou vers le radiateur de chauffage 35 d'habitacle.

Lors d'un démarrage à froid du véhicule, la première pompe 32 fonctionne et fait circuler le fluide. La vanne de dérivation 34 est ouverte de telle sorte que la turbine 30 ne fonctionne pas. Le fluide chauffé et vaporisé par le passage dans l'évaporateur 33 est orienté par la vanne d'orientation 330 à travers le radiateur de chauffage 35. Le fluide se condense en libérant de l'énergie qui élève la température de l'air circulant dans le boîtier de climatisation 30. Puis le fluide sous forme liquide revient vers la première pompe 32 avant d'être mis sous pression et renvoyé dans l'évaporateur 33 pour un nouveau cycle.

Dès que le niveau de confort dans l'habitacle est à un niveau satisfaisant, la vanne d'orientation 330 oriente le fluide partiellement ou complètement vers le radiateur extérieur 31. La turbine 30 est alors mise en fonction par la fermeture de la vanne de dérivation 34. Le cycle de Rankine est alors mis en oeuvre avec le radiateur extérieur faisant fonction de condenseur.

Dans un perfectionnement du deuxième mode de réalisation, montré sur la figure 5, on prévoit en outre une vanne de chauffage 333 en amont du radiateur de chauffage 35, un radiateur d'huile 331 et/ou un échangeur 332 sur le circuit de refroidissement montés en parallèle avec le radiateur de chauffage 35. Dans ce cas, l'huile et le liquide de refroidissement reçoivent également de la chaleur lors du démarrage à froid. Le radiateur de chauffage peut être désactivé de manière indépendante.

Dès que le niveau de confort dans l'habitacle est à un niveau satisfaisant, la vanne de chauffage 333 peut être fermée. Tant que les niveaux de température de l'huile et du liquide de refroidissement sont insuffisants, la vanne d'orientation 330 maintient sa position. Le radiateur d'huile 231 et l'échangeur 232 font alors fonction de condenseurs. La turbine 30 peut éventuellement être mise en fonction par la fermeture de la vanne de dérivation 34.

Lorsque les niveaux de températures de l'huile ou du liquide de refroidissement sont suffisants, le fluide en provenance de la turbine est orienté par la vanne d'orientation 330 vers le radiateur extérieur 31 pour que le fluide s'y condense avant d'être mis sous pression par la pompe 32.

Dans un troisième mode de réalisation, comme représenté sur la figure 6, l'ensemble condenseur comprend un échangeur 431 sur le circuit de refroidissement, sans qu'un radiateur extérieur ne soit prévu. Par exemple, l'échangeur 431 est placé directement en aval d'une sortie du groupe motopropulseur sur le circuit de refroidissement. De plus, le radiateur de chauffage 35 ou le radiateur d'huile 432 peuvent être montés en parallèle à l'échangeur 431, chacun comportant une vanne 433, 434 en amont.

Lors d'un démarrage à froid du véhicule, la première pompe 32 fonctionne et fait circuler le fluide. La vanne de dérivation 34 est ouverte de telle sorte que la turbine 30 ne fonctionne pas. Le fluide chauffé et vaporisé par le passage dans l'évaporateur est distribué vers l'échangeur 431 sur le circuit de refroidissement, le radiateur de chauffage 35 et le radiateur d'huile 331. Le fluide se condense en libérant de l'énergie qui élève la température soit de l'air circulant dans le boîtier declimatisation 30, soit de l'huile, soit du liquide de refroidissement. Puis le fluide sous forme liquide revient vers la première pompe 32 avant d'être mis sous pression et renvoyé dans l'évaporateur 33 pour un nouveau cycle.

Dès qu'il n'est plus nécessaire d'apporter de la chaleur à l'huile ou dans l'habitacle, les vannes 433 ou 434 sont fermées. Dès que le niveau de température du liquide de refroidissement est suffisant, la vanne de dérivation 34 est fermée et la turbine 30 est mise en service. La chaleur libérée lors de la condensation dans l'échangeur est évacuée par le circuit de refroidissement. Tel que l'échangeur est placé, il est en amont du radiateur principal, ce qui permet de garantir une température suffisamment basse pour le liquide de refroidissement à l'entrée du groupe motopropulseur.

La récupération de chaleur n'est pas limitée à un évaporateur situé sur la tubulure d'échappement. Comme le montre les figures 7 et 8, on peut aussi récupérer de la chaleur grâce à un radiateur d'air de suralimentation 530, dans le cas d'un groupe motopropulseur turbocompressé par exemple, et un radiateur de gaz recyclés 531, tels qu'utilisés classiquement dans les moteurs à combustion interne.

Dans l'agencement proposé sur la figure 7, le fluide du circuit à cycle de Rankine traverse d'abord le radiateur d'air de suralimentation 530, puis le radiateur de gaz recyclés 531 et finalement l'évaporateur 33 avant d'alimenter la turbine 30. Dans l'agencement proposé sur la figure 8, le fluide du circuit à cycle de Rankine traverse d'abord le radiateur d'air de suralimentation 530, puis en parallèle le radiateur de gaz recyclés 531 et l'évaporateur 33, avant d'alimenter la turbine 30.

Le pilotage des différentes vannes est effectué par un automate, non représenté, qui détermine la fermeture ou l'ouverture partielle ou complète en fonction des températures mesurées en différents points du circuit et de la demande en chauffage, selon des lois d'optimisation. Le débit de la première pompe 32 est éventuellement ajusté par l'automate pour que le fluide soit entièrement vaporisé dans l'évaporateur 33. Il est également possible de n'échanger aucune chaleur par le radiateur de chauffage 35 en cessant de l'alimenter en air, même si le radiateur 35 est traversé par le fluide.

Claims (1)

1. 21 REVENDICATIONS

   1. Système de gestion de l'énergie calorifique à bord d'un véhicule comportant un groupe motopropulseur (10), un circuit à cycle de Rankine (3), le circuit comportant, dans le sens de circulation d'un fluide: une machine réceptrice (30) pour fournir de l'énergie mécanique à partir de la détente du fluide à l'état de vapeur, - un ensemble condenseur (31, 35) pour condenser le fluide en liquide, - une première pompe (32) pour mettre le fluide condensé sous pression, - une source chaude (33) pour évaporer le fluide, la source chaude étant reliée à la machine réceptrice (30) et comportant au moins un élément du groupe motopropulseur, caractérisé en ce que le circuit comporte une vanne de dérivation (34) en parallèle avec la machine réceptrice (30).

   2. Système selon la revendication 1, dans lequel l'ensemble condenseur comprend au moins l'un des éléments parmi un radiateur de chauffage (35) d'habitacle, un radiateur d'huile (131), un échangeur (132) sur un circuit de refroidissement, un radiateur extérieur (31) refroidi par l'air extérieur.

   3. Système selon la revendication 2, dans lequel l'ensemble condenseur comprend un radiateur de chauffage (35) d'habitacle et un radiateur extérieur (31) refroidi par l'air extérieur montés en série, des moyens de sélection (36, 37, 38) permettant de court-circuiter sur commande le radiateur extérieur (31) ou le radiateur de chauffage (35) d'habitacle.

   4. Système selon la revendication 3, dans lequel une deuxième pompe (130) est montée en aval du radiateur extérieur (31), au moins un élément parmi le radiateur d'huile (131) ou l'échangeur (132) sur le circuit de refroidissement étant monté en amont de la première pompe {32).

   5. Système selon la revendication 3, dans lequel le circuit à cycle de Rankine (3) comporte en outre des moyens de sélection (230, 233, 234, 235) pour connecter au moins un radiateur d'huile (231) soit en amont de la première pompe (32), soit en aval de la première pompe (32).

   6. Système selon la revendication 5, dans lequel soit un échangeur (232) sur le circuit de refroidissement, soit directement le groupe motopropulseur (10) est connecté en parallèle au radiateur d'huile.

   7. Système selon la revendication 2, dans lequel l'ensemble condenseur comprend un radiateur de chauffage (35) d'habitacle et un radiateur extérieur (31) refroidi par l'air extérieur montés en parallèle, des moyens de sélection (330) orientant sur commande le fluide en provenance de la machine réceptrice (30) vers le radiateur extérieur (31) ou vers le radiateur de chauffage (35) d'habitacle.

   8. Système selon la revendication 7, dans lequel un radiateur d'huile (331) est monté en parallèle avec le radiateur de chauffage (35) d'habitacle.

   9. Système selon la revendication 7, dans lequel un échangeur (332) sur le circuit de refroidissement est monté en parallèle avec le radiateur de chauffage (35) d'habitacle.

   10. Système selon la revendication 2, dans lequel l'ensemble condenseur comprend un échangeur {431) sur le circuit de refroidissement directement en aval d'une sortie du groupe motopropulseur (10).

   11. Système selon la revendication 1, dans lequel la source chaude comprend au moins l'un des éléments parmi un évaporateur (33) sur une tubulure d'échappement (12), un radiateur de gaz recyclés (531), un radiateur d'air de suralimentation (530).

   12. Système selon la revendication 11, dans lequel la tubulure d'échappement (12) comporte une dérivation (14) en parallèle de l'évaporateur (33) sur la tubulure d'échappement.

   13. Système selon la revendication 11, dans lequel la source chaude comporte en série et dans le sens du fluide le radiateur d'air de suralimentation (530), le radiateur de gaz recyclés (531) puis l'évaporateur (33).

   14. Système selon la revendication 11, dans lequel la source chaude comporte en série et dans le sens du fluide le radiateur d'air de suralimentation (530), et un ensemble comportant le radiateur de gaz recyclés (531) et l'évaporateur (33) montés en parallèle.