FR3057298A1 - MOTORIZATION ASSEMBLY WITH RANKINE LOOP - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un ensemble de motorisation comprenant : -un moteur (1) à combustion interne équipé d'un circuit de refroidissement destiné recevoir un liquide de refroidissement, ce circuit de refroidissement comprenant une partie interne au dit moteur (1) entre une entrée (E2) moteur et une sortie (S2) moteur, et une canalisation (7) de retour direct de liquide de refroidissement vers l'entrée (E2) moteur, - une boucle de Rankine utilisant un fluide de travail et comprenant un échangeur (11) entre le fluide de travail et le liquide de refroidissement du circuit de refroidissement utilisant ce circuit de refroidissement comme source chaude, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend une boucle de liquide de refroidissement vers échangeur (11) dit chaud reliée fluidiquement à : - une sortie (S62) de la canalisation (7), située au plus près de la sortie (S2) moteur, - une entrée (E72) dans la canalisation (7).The invention relates to an engine assembly comprising: an internal combustion engine (1) equipped with a cooling circuit for receiving a cooling liquid, this cooling circuit comprising an inner part of said engine (1) between an inlet (E2) motor and an output (S2) engine, and a line (7) direct return of coolant to the input (E2) engine, - a Rankine loop using a working fluid and comprising a heat exchanger (11). ) between the working fluid and the coolant of the cooling circuit using this cooling circuit as a hot source, characterized in that the cooling circuit comprises a loop of coolant to heat exchanger (11) said hot fluidically connected to: - An output (S62) of the pipe (7), located closer to the output (S2) engine, - an inlet (E72) in the pipe (7).
Description
Titulaire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.Holder (s): PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
Demande(s) d’extensionExtension request (s)
Mandataire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.Agent (s): PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Public limited company.
£>4/ ENSEMBLE DE MOTORISATION A BOUCLE DE RANKINE.£> 4 / RANKINE LOOP MOTORIZATION KIT.
FR 3 057 298 - A1FR 3 057 298 - A1
L'invention concerne un ensemble de motorisation comprenant:The invention relates to a motor assembly comprising:
-un moteur (1) à combustion interne équipé d'un circuit de refroidissement destiné recevoir un liquide de refroidissement, ce circuit de refroidissement comprenant une partie interne au dit moteur (1 ) entre une entrée (E2) moteur et une sortie (S2) moteur, et une canalisation (7) de retour direct de liquide de refroidissement vers l'entrée (E2) moteur,an internal combustion engine (1) equipped with a cooling circuit intended to receive a coolant, this cooling circuit comprising an internal part of said engine (1) between an engine inlet (E2) and an outlet (S2) engine, and a pipe (7) for direct return of coolant to the engine inlet (E2),
- une boucle de Rankine utilisant un fluide de travail et comprenant un échangeur (11 ) entre le fluide de travail et le liquide de refroidissement du circuit de refroidissement utilisant ce circuit de refroidissement comme source chaude, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend une boucle de liquide de refroidissement vers échangeur (11 ) dit chaud reliée fluidiquement à:- a Rankine loop using a working fluid and comprising an exchanger (11) between the working fluid and the coolant of the cooling circuit using this cooling circuit as a hot source, characterized in that the cooling circuit comprises a coolant loop to exchanger (11) said to be hot, fluidly connected to:
- une sortie (S62) de la canalisation (7), située au plus près de la sortie (S2) moteur,- an outlet (S62) from the pipe (7), located closest to the engine outlet (S2),
- une entrée (E72) dans la canalisation (7).- an inlet (E72) in the pipeline (7).
S4S4
E1®E1®
ENSEMBLE DE MOTORISATION A BOUCLE DE RANKINERANKINE LOOP MOTORIZATION ASSEMBLY
La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne comprenant un dispositif de récupération d’énergie thermique, plus particulièrement mettant en œuvre un cycle de Rankine.The present invention relates to the field of internal combustion engines comprising a device for recovering thermal energy, more particularly implementing a Rankine cycle.
La pression économique (prix des carburants) et environnementale (réglementation des émissions polluantes et des gaz à effet de serre) guide la tendance actuelle vers le développement de chaînes de traction à rendement sans cesse amélioré.Economic pressure (fuel prices) and environmental pressure (regulation of polluting emissions and greenhouse gases) guide the current trend towards the development of traction chains with constantly improving efficiency.
Les véhicules de type hybride-électrique apportent une première réponse. Ils comprennent au moins :Hybrid-electric vehicles provide a first response. They include at least:
- une machine électrique de type motrice agencée dans le véhicule de sorte à fournir du couple à au moins un train de roues et capable de faire se mouvoir le véhicule pendant une durée et/ou une distance minimales en dehors du moteur thermique afin d’inhiber toute émission polluante ou pour augmenter les performances du moteur thermique par apport d’un surcroît de couple ou de puissance mécanique,- an electric motor-type machine arranged in the vehicle so as to provide torque to at least one set of wheels and capable of causing the vehicle to move for a minimum duration and / or distance outside the heat engine in order to inhibit any polluting emission or to increase the performance of the heat engine by adding additional torque or mechanical power,
- et un stockeur d’énergie de traction, se présentant sous la forme de super-capacités ou d’une batterie haute tension de traction constituée d’au moins un module rassemblant un agencement de cellules associées en série et/ou en parallèle les unes par rapport aux autres, quelle qu’en soit la technologie : familles Li-ion, Ni-MH, Ni-Cd, ...- And a traction energy store, in the form of super-capacities or a high-tension traction battery made up of at least one module bringing together an arrangement of cells associated in series and / or in parallel compared to the others, whatever the technology: Li-ion, Ni-MH, Ni-Cd families, ...
Dans le domaine des motorisations thermiques également, par exemple de type à combustion interne, les recherches se développent incessamment vers l’amélioration du rendement. Cependant, selon l’état de l’art actuel, dans leurs conditions d’utilisation les plus favorables, le rendement de telles motorisations dépasse rarement 40 à 45%. Ainsi, d’une façon générale et sur les points de fonctionnement de meilleure efficacité, l’énergie totale contenue dans le carburant se retrouve répartie entre, approximativement et en ordre de grandeur :In the area of thermal engines also, for example of the internal combustion type, research is constantly developing towards improving efficiency. However, according to the current state of the art, in their most favorable conditions of use, the efficiency of such engines rarely exceeds 40 to 45%. Thus, in general and at the most efficient operating points, the total energy contained in the fuel is distributed between, approximately and in order of magnitude:
- 30% aux roues, pour faire se mouvoir le véhicule ;- 30% at the wheels, to move the vehicle;
- 35% par pertes thermiques dans le système de refroidissement et par convection et radiation ;- 35% by thermal losses in the cooling system and by convection and radiation;
- 35% dans les gaz d’échappement.- 35% in exhaust gases.
Ce statut décrit la répartition les flux d’énergie sur les points de fonctionnement de meilleur rendement. En usage réel, seulement 10 à 20% de l’énergie totale contenue dans le carburant parvient aux roues ; ce peut même être 0%, par exemple lorsque le véhicule est à l’arrêt alors que son moteur tourne à son régime de ralenti.This status describes the distribution of energy flows over the most efficient operating points. In real use, only 10 to 20% of the total energy contained in the fuel reaches the wheels; it can even be 0%, for example when the vehicle is stopped with its engine running at idle speed.
A l’exemple des documents FR2868809B1 ou encore FR3028885A1, des voies d’amélioration se sont développées pour améliorer le rendement du moteur thermique, en particulier en utilisant la mise en oeuvre de cycles thermodynamiques (Stirling, Ericsson, Rankine notamment) convertissant la chaleur contenue dans les gaz d’échappement en énergie mécanique ou thermique.Following the example of documents FR2868809B1 or also FR3028885A1, ways of improvement have been developed to improve the efficiency of the heat engine, in particular by using the implementation of thermodynamic cycles (Stirling, Ericsson, Rankine in particular) converting the heat contained in exhaust gases in mechanical or thermal energy.
La mise en oeuvre du cycle thermodynamique de Rankine avec les gaz d’échappement en tant que source chaude présente l’avantage, connu de l’homme du métier, d’une exergie élevée. Une telle mise en oeuvre, avec les gaz d’échappement en tant que source chaude, pose toutefois de nombreuses contraintes.The implementation of the Rankine thermodynamic cycle with exhaust gases as a hot source has the advantage, known to those skilled in the art, of high exergy. Such an implementation, with the exhaust gases as a hot source, however poses many constraints.
En effet, l’utilisation des gaz d’échappement en tant que source chaude du cycle de Rankine n’est pas aussi pertinente pour les moteurs à auto-inflammation (ex : Diesel) et pour les groupes motopropulseur hybride-électrique (ex : dans le cas où le moteur thermique est à l’arrêt ou lorsque le moteur thermique est utilisé sur des points de fonctionnement à meilleur rendement) que pour les moteurs à allumage commandé (ex : injection indirecte ou directe d’essence, GPL, etc.), à cause d’une température des gaz d’échappement plus faible.Indeed, the use of exhaust gases as a hot source of the Rankine cycle is not as relevant for auto-ignition engines (ex: Diesel) and for hybrid-electric powertrains (ex: in the case where the engine is stopped or when the engine is used on operating points with better efficiency) than for spark ignition engines (ex: indirect or direct injection of petrol, LPG, etc.) , due to a lower exhaust gas temperature.
En outre, l’utilisation des gaz d’échappement en tant que source chaude du cycle de Rankine est en concurrence avec l’amorçage des organes de dépollution et la réduction des émissions polluantes : l’évaporateur est ainsi disposé en aval des organes de dépollution et est donc soumis à des températures de gaz plus faibles, donc réduisant d’autant le potentiel de récupération d’énergie.In addition, the use of exhaust gases as a hot source of the Rankine cycle is in competition with the priming of pollution control devices and the reduction of pollutant emissions: the evaporator is thus arranged downstream of the pollution control devices and is therefore subject to lower gas temperatures, therefore reducing the potential for energy recovery.
De plus, l’utilisation des gaz d’échappement en tant que source chaude du cycle de Rankine est moins adaptée à une exploitation dans le domaine du véhicule automobile particulier que dans celui de l’usage stationnaire, du poids lourd ou des locomotives par exemple : les cycles d’usage sont beaucoup plus transitoires et avec des points de fonctionnement en majorité en zones de charge partielle et de faible charge, donc avec des niveaux de température et d’exergie disponibles sur les gaz d’échappement plus faibles.In addition, the use of exhaust gases as a hot source of the Rankine cycle is less suitable for operation in the field of the particular motor vehicle than in that of stationary use, heavy goods vehicles or locomotives for example. : the usage cycles are much more transient and with operating points mainly in areas of partial load and low load, therefore with lower temperature and exergy levels available on the exhaust gases.
Dans le cas de l’utilisation des gaz d’échappement en tant que source chaude du cycle de Rankine encore, les niveaux de température et de pression dans la boucle Rankine contraignent d’autant la conception, le dimensionnement des composants associés : évaporateur, condenseur, turbine, etc. et donc le coût du système.In the case of the use of exhaust gases as a hot source of the Rankine cycle again, the temperature and pressure levels in the Rankine loop all the more constrain the design, the dimensioning of the associated components: evaporator, condenser , turbine, etc. and therefore the cost of the system.
Enfin, l’utilisation des gaz d’échappement en tant que source chaude du cycle de Rankine nécessite l’implantation de l’évaporateur sur la ligne d’échappement, ce qui constitue alors une contre-pression à l’échappement supplémentaire et dégrade d’autant le rendement intrinsèque du moteur thermique, contribuant alors à la mise en œuvre d’un conduit de court-circuit et d’une vanne de de court-circuit de l’évaporateur par les gaz d’échappement. L’utilisation des gaz d’échappement en tant que source chaude du cycle de Rankine requiert en outre le cheminement du fluide de travail en environnement sous caisse depuis l’environnement sous capot et en face avant du véhicule et génère le risque d’inflammabilité compte-tenu de la nature du fluide de Rankine et des températures et des pressions induites.Finally, the use of exhaust gases as a hot source of the Rankine cycle requires the installation of the evaporator on the exhaust line, which then constitutes an additional exhaust backpressure and degrades d 'as much the intrinsic efficiency of the heat engine, thus contributing to the implementation of a short-circuit conduit and a short-circuit valve of the evaporator by the exhaust gases. The use of exhaust gases as a hot source of the Rankine cycle also requires the flow of working fluid in the underbody environment from the environment under the hood and at the front of the vehicle and generates the risk of flammability. -due to the nature of the Rankine fluid and the temperatures and pressures induced.
Par conséquent, le problème à la base de l’invention est d’améliorer la récupération d’énergie thermique sur un moteur thermique par une boucle de Rankine tout en s’affranchissant des problèmes dus à l’utilisation des gaz d’échappement en tant que source chaude du cycle de Rankine.Therefore, the problem underlying the invention is to improve the recovery of thermal energy on a heat engine by a Rankine loop while eliminating the problems due to the use of exhaust gases as that hot spring of the Rankine cycle.
Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un ensemble de motorisation comprenant :To achieve this objective, there is provided according to the invention a motor assembly comprising:
- un moteur à combustion interne équipé d’un circuit de refroidissement destiné recevoir un liquide de refroidissement, ce circuit de refroidissement comprenant une partie interne au dit moteur entre une entrée moteur et une sortie moteur, et une canalisation de retour direct de liquide de refroidissement vers l’entrée moteur,an internal combustion engine equipped with a cooling circuit intended to receive a coolant, this coolant circuit comprising an internal part of said engine between an engine inlet and an engine outlet, and a pipe for direct return of coolant towards the motor input,
- une boucle de Rankine utilisant un fluide de travail et comprenant un échangeur entre le fluide de travail et le liquide de refroidissement du circuit de refroidissement utilisant ce circuit de refroidissement comme source chaude, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend une boucle de liquide de refroidissement vers échangeur dit chaud reliée fluidiquement à :- a Rankine loop using a working fluid and comprising an exchanger between the working fluid and the coolant of the cooling circuit using this cooling circuit as a hot source, characterized in that the cooling circuit comprises a liquid loop cooling to said hot exchanger fluidly connected to:
- une sortie de la canalisation, située au plus près de la sortie moteur,- an outlet from the pipeline, located as close as possible to the engine outlet,
- une entrée dans la canalisation.- an entry in the pipeline.
L’effet technique est de récupérer l’énergie contenue dans le circuit caloporteur, certes à un niveau d’exergie (compte-tenu du niveau de température) plus faible que dans les gaz d’échappement (pourtant alors à un niveau énergétique sensiblement identique) mais est, par les niveaux de capacités thermiques mis en œuvre, davantage disponible et moins dépendant du niveau de charge du moteur tout en permettant de plus une transmission au fluide de travail de la boucle de Rankine des calories dissipées par les gaz d’échappement recirculés à la traversée des moyens de refroidissement de gaz d’échappement recirculés.The technical effect is to recover the energy contained in the heat transfer circuit, certainly at an exergy level (taking into account the temperature level) lower than in the exhaust gases (yet then at a substantially identical energy level ) but is, by the levels of thermal capacities implemented, more available and less dependent on the load level of the engine while also allowing a transmission to the working fluid of the Rankine loop of the calories dissipated by the exhaust gases recirculated through the recirculated exhaust gas cooling means.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :Various additional characteristics can be provided, alone or in combination:
Avantageusement, la boucle de Rankine est agencée de sorte à pouvoir basculer entre le mode où l’échangeur utilise le circuit de refroidissement du moteur thermique comme source chaude et un mode dit pompe à chaleur où ce même échangeur utilise le circuit de refroidissement du moteur thermique comme source froide.Advantageously, the Rankine loop is arranged so as to be able to switch between the mode where the exchanger uses the cooling circuit of the heat engine as a hot source and a so-called heat pump mode where this same exchanger uses the cooling circuit of the heat engine. as a cold source.
Avantageusement, le circuit de refroidissement du moteur thermique comprend un dispositif de répartition des débits de liquide de refroidissement intégré à la canalisation comprenant une entrée de liquide de la canalisation, la sortie de la canalisation vers l’échangeur et une autre sortie dans la canalisation vers l’entrée du moteur, le dispositif comprenant un premier moyen de contrôle de l’ouverture de la sortie vers l’entrée du moteur et un second moyen de contrôle de l’ouverture de la sortie vers l’échangeur.Advantageously, the cooling circuit of the thermal engine comprises a device for distributing the flow rates of coolant integrated into the pipeline comprising an inlet for liquid from the pipeline, the outlet from the pipeline to the exchanger and another outlet in the pipeline to the engine inlet, the device comprising a first means for controlling the opening of the outlet towards the engine inlet and a second means for controlling the opening of the outlet towards the exchanger.
Avantageusement, le premier et/ou le second moyen de contrôle d’ouverture sont un actionneur thermostatique, de préférence de type piloté, ou une électrovanne.Advantageously, the first and / or the second opening control means are a thermostatic actuator, preferably of the piloted type, or a solenoid valve.
Avantageusement, le premier moyen de contrôle d’ouverture est également un actionneur pressostatique conçu pour ouvrir ladite sortie si la pression du liquide de refroidissement en amont de l’actionneur, relativement au sens de circulation du liquide, dépasse un seuil déterminé.Advantageously, the first opening control means is also a pressostatic actuator designed to open said outlet if the pressure of the coolant upstream of the actuator, relative to the direction of circulation of the liquid, exceeds a determined threshold.
Avantageusement, le premier et le second moyen de contrôle d’ouverture sont conçus de sorte que :Advantageously, the first and the second opening control means are designed so that:
- pour une température de liquide de refroidissement inférieure à un seuil de température pour lequel il est jugé que la chaleur transférable à travers l’échangeur est trop faible pour tirer profit de la boucle Rankine, le premier moyen de contrôle d’ouverture empêche la circulation la circulation de liquide de refroidissement dans la canalisation de retour vers l’entrée du moteur et le second moyen de contrôle d’ouverture empêche la circulation de liquide de refroidissement à travers l’échangeur,- for a coolant temperature below a temperature threshold for which it is judged that the heat transferable through the exchanger is too low to take advantage of the Rankine loop, the first opening control means prevents circulation the circulation of coolant in the return pipe to the engine inlet and the second opening control means prevents the circulation of coolant through the exchanger,
- pour une température de liquide de refroidissement supérieure à ce seuil de température, le premier moyen de contrôle d’ouverture empêche la circulation la circulation de liquide de refroidissement dans la canalisation de retour vers l’entrée du moteur et le second moyen de contrôle d’ouverture autorise la circulation de liquide de refroidissement à travers l’échangeur.- for a coolant temperature above this temperature threshold, the first opening control means prevents circulation of the coolant circulation in the return line to the engine inlet and the second control means d opening allows circulation of coolant through the exchanger.
Avantageusement, le circuit de refroidissement comprend une boucle comportant un radiateur et un thermostat conçu pour autoriser la circulation du liquide de refroidissement dans la boucle comportant ce radiateur lorsque la température du liquide de refroidissement est supérieur à un seuil de température de régulation du moteur, le seuil de température pour lequel il est jugé que la chaleur transférable à travers l’échangeur dit chaud est trop faible pour tirer profit de la boucle Rankine étant inférieur au seuil de température de régulation du moteur.Advantageously, the cooling circuit comprises a loop comprising a radiator and a thermostat designed to authorize the circulation of the coolant in the loop comprising this radiator when the temperature of the coolant is above a temperature threshold for regulating the engine, the temperature threshold for which it is judged that the heat transferable through the so-called hot exchanger is too low to take advantage of the Rankine loop being lower than the engine regulation temperature threshold.
Avantageusement, l’ensemble de motorisation est conçu de sorte à choisir d’activer la boucle de Rankine dans le mode où l’échangeur utilise le circuit de refroidissement comme source chaude lorsque la température de liquide de refroidissement est supérieure au seuil de température pour lequel il est jugé que la chaleur transférable à travers l’échangeur est trop faible pour tirer profit de la boucle Rankine.Advantageously, the engine assembly is designed so as to choose to activate the Rankine loop in the mode where the exchanger uses the cooling circuit as a hot source when the coolant temperature is above the temperature threshold for which it is considered that the heat transferable through the exchanger is too low to take advantage of the Rankine loop.
Avantageusement, l’ensemble de motorisation est conçu de sorte à choisir d’activer la boucle de Rankine dans le mode pompe à chaleur lorsque la température de liquide de refroidissement est inférieure au seuil de température de régulation du moteur et à autoriser la circulation de liquide de refroidissement à travers l’échangeur par le second moyen de contrôle d’ouverture.Advantageously, the motor assembly is designed so as to choose to activate the Rankine loop in the heat pump mode when the coolant temperature is below the engine regulation temperature threshold and to allow the circulation of liquid. cooling through the exchanger by the second opening control means.
L’invention porte aussi sur un véhicule équipé d’un ensemble de motorisation selon l’une quelconque des variantes précédemment décrites.The invention also relates to a vehicle equipped with an engine assembly according to any of the variants described above.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :Other particularities and advantages will appear on reading the description below of a particular embodiment, without limitation of the invention, made with reference to the figures in which:
- La figure 1 est une représentation schématique d’un premier mode de réalisation de l’invention pour un premier état de fonctionnement.- Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of the invention for a first operating state.
- La figure 2 est une vue agrandie du dispositif de répartition du liquide de refroidissement et de son agencement dans le premier état de fonctionnement.- Figure 2 is an enlarged view of the coolant distribution device and its arrangement in the first operating state.
- La figure 3 présente une variante du dispositif de répartition du liquide de refroidissement de la figure 2.FIG. 3 shows a variant of the device for distributing the cooling liquid of FIG. 2.
- La figure 4 est une représentation schématique du premier mode de réalisation de l’invention pour un second état de fonctionnement.- Figure 4 is a schematic representation of the first embodiment of the invention for a second operating state.
- La figure 5 est une vue agrandie du dispositif de répartition du liquide de refroidissement et de son agencement dans le second état de fonctionnement.- Figure 5 is an enlarged view of the coolant distribution device and its arrangement in the second operating state.
- La figure 6 est une représentation schématique du premier mode de réalisation de l’invention pour un troisième état de fonctionnement.- Figure 6 is a schematic representation of the first embodiment of the invention for a third operating state.
- La figure 7 est une vue agrandie du dispositif de répartition du liquide de refroidissement et de son agencement dans le troisième état de fonctionnement.- Figure 7 is an enlarged view of the coolant distribution device and its arrangement in the third operating state.
- Les figures 8 et 9 sont une représentation schématique d’une boucle Rankine réversible.- Figures 8 and 9 are a schematic representation of a reversible Rankine loop.
La figure 1 présente un mode de réalisation de l’ensemble de motorisation de l’invention.Figure 1 shows an embodiment of the motor assembly of the invention.
L’ensemble de motorisation comprend un moteur thermique 1. Le moteur thermique 1 peut être par exemple un moteur à combustion interne à allumage commandé ou un moteur à combustion interne à allumage par compression. Un tel ensemble de motorisation équipe de préférence un véhicule, en particulier automobile, pour permettre un déplacement de celui-ci, mais peut également convenir à une installation stationnaire.The engine assembly includes a heat engine 1. The heat engine 1 can be for example an internal combustion engine with positive ignition or an internal combustion engine with compression ignition. Such an engine assembly preferably equips a vehicle, in particular a motor vehicle, to allow movement thereof, but may also be suitable for a stationary installation.
Le moteur thermique 1 est pourvu d’un circuit de refroidissement à l’intérieur duquel circule un liquide de refroidissement, tel qu’un mélange d’eau et de mono-éthylène glycol par exemple.The heat engine 1 is provided with a cooling circuit inside which a coolant circulates, such as a mixture of water and mono-ethylene glycol for example.
Le circuit de refroidissement comprend un circuit interne de circulation du liquide de refroidissement à l’intérieur du moteur thermique. Le circuit de refroidissement est destiné à prélever les calories générées par le moteur thermique et à évacuer ces dernières pour maintenir le moteur thermique à une température de fonctionnement acceptable.The cooling circuit includes an internal circuit for circulating the coolant inside the engine. The cooling circuit is intended to take the calories generated by the heat engine and to evacuate them to maintain the heat engine at an acceptable operating temperature.
Les entrées et sorties des différents organes disposés dans le circuit de refroidissement sont définies relativement au sens de circulation du liquide de refroidissement.The inputs and outputs of the various members arranged in the cooling circuit are defined relative to the direction of circulation of the coolant.
Le moteur thermique 1 est relié en sortie S2 du circuit interne 2 à une entrée E31 d’un boîtier 3 de sortie du liquide de refroidissement. Le boîtier 3 est destiné à répartir le liquide de refroidissement à l’intérieur de diverses branches du circuit de refroidissement.The heat engine 1 is connected at the output S2 of the internal circuit 2 to an input E31 of a housing 3 for the outlet of the coolant. The housing 3 is intended to distribute the coolant inside various branches of the cooling circuit.
Le boîtier 3 comprend une première sortie S31 de liquide de refroidissement reliée fluidiquement, au moyen par exemple d’une canalisation, à une entrée E4 d’un aérotherme 4. L’aérotherme 4 est traversé par un flux d’air interne et/ou externe qui est destiné à être délivré à l’intérieur d’un habitacle du véhicule automobile pour réchauffer un air présent à l’intérieur de l’habitacle. L’aérotherme 4 est préférentiellement logé à l’intérieur d’une installation de chauffage du véhicule. L’aérotherme comprend une sortie S4 de liquide de refroidissement reliée fluidiquement, au moyen par exemple d’une canalisation, à une entrée E5 d’un échangeur 5, encore désigné échangeur EGR, de refroidissement des gaz d’échappement recirculés vers l’admission du moteur 1. Dans ce mode de réalisation l’aérotherme 4 et l’échangeur EGR 5 sont en série dans cet ordre. Les gaz d’échappement recirculés peuvent indifféremment être prélevés en amont ou en aval d’organes de dépollution des gaz d’échappement (recirculation des gaz d’échappement haute pression dite EGR HP ou recirculation des gaz d’échappement basse pression dite EGR BP selon que le prélèvement est respectivement en amont ou en aval des organes de dépollution, le sens amont et aval étant défini ici relativement au sens de circulation des gaz d’échappement). En variante, l’échangeur EGR 5 peut être complété ou remplacé par un collecteur d’échappement intégré à la culasse ou par un passage des gaz d’échappement recirculés en interne du moteur thermique, par exemple au sein de la culasse.The housing 3 comprises a first outlet S31 of coolant fluidly connected, by means for example of a pipe, to an inlet E4 of an air heater 4. The air heater 4 is crossed by an internal air flow and / or external which is intended to be delivered inside a passenger compartment of the motor vehicle to heat an air present inside the passenger compartment. The fan heater 4 is preferably housed inside a vehicle heating installation. The air heater comprises an outlet S4 of coolant fluidly connected, by means for example of a pipe, to an inlet E5 of an exchanger 5, also designated EGR exchanger, for cooling the exhaust gases recirculated to the intake of the engine 1. In this embodiment, the air heater 4 and the EGR exchanger 5 are in series in this order. The recirculated exhaust gases can be taken upstream or downstream from exhaust gas depollution devices (recirculation of high pressure exhaust gases called EGR HP or recirculation of low pressure exhaust gases called EGR BP according to that the sampling is respectively upstream or downstream of the pollution control devices, the upstream and downstream direction being defined here relative to the direction of circulation of the exhaust gases). As a variant, the EGR exchanger 5 can be supplemented or replaced by an exhaust manifold integrated into the cylinder head or by a passage of exhaust gases recirculated internally of the internal combustion engine, for example within the cylinder head.
Le boîtier 3 comprend une seconde sortie S32 de liquide de refroidissement reliée fluidiquement, au moyen par exemple d’une canalisation 7 à une entrée E8 d’une pompe à liquide de refroidissement. La pompe 8 à liquide de refroidissement comprend une sortie S8 reliée à une entrée E2 du circuit interne 2 au moteur thermique 1. La canalisation 7 est une canalisation de retour direct de liquide de refroidissement au circuit interne 2 du moteur 1 via la pompe 8 (classiquement désigné by-pass en anglais). La canalisation 7 permet d’assurer un débit minimal au sein du moteur thermique 1 qui serait insatisfait par la circulation de liquide de refroidissement au sein des seuls aérotherme 4 et échangeur EGR 5.The housing 3 comprises a second outlet S32 of coolant fluidly connected, by means for example of a pipe 7 to an inlet E8 of a coolant pump. The coolant pump 8 comprises an outlet S8 connected to an input E2 of the internal circuit 2 to the heat engine 1. The pipe 7 is a pipe for direct return of coolant to the internal circuit 2 of the engine 1 via the pump 8 ( classically designated by-pass in English). Line 7 ensures a minimum flow within the heat engine 1 which would be dissatisfied with the circulation of coolant within only the air heater 4 and EGR exchanger 5.
L’échangeur EGR 5 comprend une sortie S5 reliée fluidiquement, au moyen par exemple d’une canalisation, à une entrée E71 de la canalisation 7 reliant le boîtier 3 à la pompe 8.The EGR exchanger 5 includes an outlet S5 fluidly connected, for example by means of a pipe, to an inlet E71 of the pipe 7 connecting the housing 3 to the pump 8.
Le boitier 3 comprend une troisième sortie S33 de liquide de refroidissement reliée fluidiquement, au moyen par exemple d’une canalisation, à une entrée E9 d’un radiateurThe box 3 comprises a third outlet S33 of coolant fluidly connected, by means for example of a pipe, to an inlet E9 of a radiator
9. Le radiateur 9 est traversé par un flux d’air externe pour refroidir le liquide de refroidissement à l’intérieur du radiateur 9. Le radiateur est préférentiellement logé à l’intérieur d’une façade avant du véhicule automobile pour faciliter un échange de chaleur entre le flux d’air externe et le liquide de refroidissement à l’intérieur du radiateur 9. Le boitier 3 comprend encore un thermostat 19, qui peut être piloté et dont la fonction est de distribuer le liquide de refroidissement en fonction de sa température vers les sorties S32, S33.9. The radiator 9 is crossed by an external air flow to cool the coolant inside the radiator 9. The radiator is preferably housed inside a front panel of the motor vehicle to facilitate an exchange of heat between the external air flow and the coolant inside the radiator 9. The box 3 also includes a thermostat 19, which can be controlled and whose function is to distribute the coolant according to its temperature to outputs S32, S33.
Le radiateur 9 comprend une sortie S9 de liquide de refroidissement reliée fluidiquement, à une seconde entrée E32 du boitier 3. Cette seconde entrée E32 est reliée fluidiquement, par exemple par un conduit interne au sein du boîtier 3, à la seconde sortie S32 de liquide de refroidissement du boîtier 3.The radiator 9 comprises an outlet S9 for coolant fluidly connected to a second inlet E32 of the housing 3. This second inlet E32 is fluidly connected, for example by an internal conduit within the housing 3, to the second outlet S32 for liquid case cooling 3.
L’ensemble de motorisation de l’invention comprend encore un dispositif de récupération d’énergie mettant en œuvre un cycle de Rankine. Ce dispositif de récupération d’énergie comprend une boucle 10 d’échange thermique à l’intérieur de laquelle circule un fluide de travail. Un échangeur thermique 11 est disposé dans la boucle d’échange thermique 10, en contact thermique avec le circuit de refroidissement du moteur 1 comme source chaude de sorte à capter les calories véhiculées par le liquide de refroidissement pour les transférer au fluide de travail. Cet échangeur thermique 11 est dit chaud car il est relié à la source chaude. Cet échangeur thermique 11 constitue préférentiellement un évaporateur pour le fluide de travail, de telle sorte que ce dernier passe d’un état liquide en entrée de l’échangeur thermique 11 à un état vapeur à en sortie de l’échangeur thermique 11.The engine assembly of the invention also includes an energy recovery device implementing a Rankine cycle. This energy recovery device comprises a heat exchange loop 10 inside which a working fluid circulates. A heat exchanger 11 is arranged in the heat exchange loop 10, in thermal contact with the engine cooling circuit 1 as a hot source so as to capture the calories conveyed by the coolant to transfer them to the working fluid. This heat exchanger 11 is said to be hot because it is connected to the hot source. This heat exchanger 11 preferably constitutes an evaporator for the working fluid, so that the latter changes from a liquid state at the inlet of the heat exchanger 11 to a vapor state at the outlet of the heat exchanger 11.
A partir de l’échangeur thermique 11, selon un sens d’écoulement du fluide à l’intérieur de la boucle 10 d’échange thermique, celle-ci comprend encore :From the heat exchanger 11, in a direction of flow of the fluid inside the heat exchange loop 10, the latter also comprises:
- un organe de détente 12, encore désigné turbine ou détendeur, apte à transformer de l’énergie provenant de la détente du fluide de travail en énergie mécanique. A l’intérieur de l’organe de détente 12 le fluide subit une détente qui fait s’abaisser la température et la pression du fluide de travail.- An expansion member 12, also designated turbine or regulator, capable of transforming energy from the expansion of the working fluid into mechanical energy. Inside the expansion member 12 the fluid undergoes an expansion which lowers the temperature and the pressure of the working fluid.
- un échangeur thermique 13 dit froid car il est relié thermiquement à une source froide. Cet échangeur thermique 13 constitue préférentiellement un condenseur 13 à l’intérieur duquel le fluide de travail se condense en cédant sa chaleur à pression sensiblement constante à la source froide, et- A heat exchanger 13 called cold because it is thermally connected to a cold source. This heat exchanger 13 preferably constitutes a condenser 13 inside which the working fluid condenses by yielding its heat at substantially constant pressure to the cold source, and
- un compresseur ou une pompe 14 pour augmenter la pression du fluide de travail et pour mettre en circulation le fluide à l’intérieur de la boucle d’échange thermique 10.- a compressor or a pump 14 to increase the pressure of the working fluid and to circulate the fluid inside the heat exchange loop 10.
L’énergie mécanique ainsi produite à partir de l’énergie thermique dégagée par la détente du fluide de travail peut ensuite être, soit communiquée directement, par au moins un engrenage de pignons débrayable, en sortie du vilebrequin du moteur thermique, soit préférentiellement transformée par une génératrice ou un alternateur en énergie électriqueThe mechanical energy thus produced from the thermal energy released by the expansion of the working fluid can then be either communicated directly by at least one disengageable pinion gear, at the output of the crankshaft of the thermal engine, or preferably transformed by an electric power generator or alternator
- stockée dans une batterie haute tension de traction ou une batterie 48V d’un véhicule hybride-électrique- stored in a high voltage traction battery or a 48V battery of a hybrid-electric vehicle
- ou utilisée pour faciliter ou seconder la génération d’énergie électrique au niveau d’un alternateur d’une chaîne de traction conventionnelle ou micro-hybridée (par exemple de type à arrêt et redémarrage automatique encore désigné « stop & start >> en anglais) où l’alternateur est usuellement entraîné par le moteur thermique.- or used to facilitate or assist the generation of electrical energy at the level of an alternator of a conventional or micro-hybridized powertrain (for example of the automatic stop and restart type still called "stop & start" in English ) where the alternator is usually driven by the engine.
Le circuit de refroidissement du moteur 1 comprend encore une boucle de liquide de refroidissement vers l’échangeur 11 dit chaud avec :The cooling circuit of the engine 1 also includes a loop of coolant towards the exchanger 11 called hot with:
- une sortie S62 de la canalisation 7 de retour, au plus près de la seconde sortie S32 du boîtier 3, donc de la sortie moteur S2,an output S62 of the return pipe 7, as close as possible to the second output S32 of the housing 3, therefore of the motor output S2,
- une entrée E72 dans la canalisation 7 de retour.- an input E72 in the return line 7.
Relativement au sens de circulation du liquide de refroidissement dans la canalisation 7 de retour, l’entrée E71 est en aval de l’entrée E72, qui est elle-même en aval de la sortie S62.Relative to the direction of circulation of the coolant in the return line 7, the inlet E71 is downstream of the inlet E72, which is itself downstream of the outlet S62.
Le circuit de refroidissement comprend encore un dispositif 6 de répartition de débit de liquide de refroidissement, dont la figure 2 présente une vue schématique agrandie d’un mode de réalisation. De préférence, ce dispositif 6 de répartition de débit de liquide de refroidissement est intégré à la canalisation 7 de retour.The cooling circuit also comprises a device 6 for distributing the flow rate of coolant, FIG. 2 of which shows an enlarged schematic view of an embodiment. Preferably, this device 6 for distributing the coolant flow rate is integrated into the return pipe 7.
Ce dispositif 6 de répartition de débit comprend une entrée E6 de liquide de refroidissement reliée fluidiquement, au plus près du boîtier 3 de sortie du liquide de refroidissement, plus précisément de sa seconde sortie S32.This device 6 for distributing flow comprises an inlet E6 for coolant fluidly connected, as close as possible to the housing 3 for outlet of the coolant, more precisely from its second outlet S32.
Ce dispositif 6 de répartition de débit comprend encore une première sortie S61, et la sortie, S62, de liquide de refroidissement, encore désigné seconde sortie S62. Comme détaillé plus loin, le dispositif 6 a pour fonction de distribuer le liquide de refroidissement en provenance du boitier 3 vers les sorties S61 et / ou S62.This flow distribution device 6 also comprises a first outlet S61, and the outlet, S62, for coolant, also designated second outlet S62. As detailed below, the device 6 has the function of distributing the coolant coming from the housing 3 towards the outputs S61 and / or S62.
L’échangeur thermique 11 dit chaud comprend une entrée E11 de liquide de refroidissement reliée fluidiquement à la deuxième sortie, S62, du dispositif 6 de répartition de débit de liquide de refroidissement. L’échangeur thermique 11 comprend encore une sortie S11 de liquide de refroidissement reliée fluidiquement à l’entrée E72 de la canalisation 7 reliant le boitier 3 à la pompe 8.The so-called hot heat exchanger 11 comprises an inlet E11 for coolant fluidly connected to the second outlet, S62, of the device 6 for distributing the coolant flow rate. The heat exchanger 11 also includes an outlet S11 for coolant fluidly connected to the inlet E72 of the pipe 7 connecting the housing 3 to the pump 8.
L’échangeur thermique 13 dit froid de la boucle 10 d’échange thermique décrivant un cycle de Rankine est relié thermiquement à un second circuit de refroidissement, indépendant du circuit de refroidissement du moteur 1, à l’intérieur duquel circule un liquide de refroidissement, tel qu’un mélange d’eau et de mono-éthylène glycol par exemple. Ce second circuit de refroidissement comprend une pompe 15, un radiateur 16. Le radiateur 16 est traversé par un flux d’air externe pour refroidir le liquide de refroidissement à l’intérieur du radiateur 16. Le radiateur est préférentiellement logé à l’intérieur d’une façade avant du véhicule automobile pour faciliter un échange de chaleur entre le flux d’air externe et le liquide de refroidissement à l’intérieur du radiateur 16, et préférentiellement en amont ou en parallèle du radiateur 9 compte-tenu du sens de circulation du flux d’air externe depuis l’environnement extérieur à l’avant du véhicule vers l’environnement du sous-capot moteur du véhicule. Dans cette variante, l’échangeur 13 froid est un condenseur de type indirect ou à eau. II peut comprendre alors notamment :The heat exchanger 13, said to be cold, of the heat exchange loop 10 describing a Rankine cycle is thermally connected to a second cooling circuit, independent of the cooling circuit of the engine 1, inside which a coolant circulates, such as a mixture of water and mono-ethylene glycol for example. This second cooling circuit comprises a pump 15, a radiator 16. The radiator 16 is crossed by an external air flow to cool the coolant inside the radiator 16. The radiator is preferably housed inside d '' a front panel of the motor vehicle to facilitate heat exchange between the external air flow and the coolant inside the radiator 16, and preferably upstream or in parallel with the radiator 9 taking into account the direction of circulation of the external air flow from the external environment at the front of the vehicle to the environment of the vehicle engine bonnet. In this variant, the cold exchanger 13 is an indirect or water type condenser. It can then include in particular:
- un réservoir de fluide de travail, qui stocke la quantité de fluide de travail non circulante et sépare la phase minoritaire gazeuse de la phase majoritaire liquide du fluide de travail sortant du condenseur,- a working fluid reservoir, which stores the quantity of non-circulating working fluid and separates the gaseous minority phase from the majority liquid phase of the working fluid leaving the condenser,
- un sous-refroidisseur, soumis à un débit de liquide de refroidissement du second circuit de refroidissement et qui assure un échange thermique entre le fluide de travail et le liquide de refroidissement du second circuit, pour amener le fluide de travail à une température inférieure à sa température de condensation. Cette disposition permet de garantir que le fluide de travail soit totalement en phase liquide en entrée de la pompe ou du compresseur 14 afin de s’affranchir de tout risque de cavitation pouvant provoquer la détérioration ou la ruine de la pompe ou du compresseur 14.- a sub-cooler, subjected to a flow of coolant from the second cooling circuit and which provides heat exchange between the working fluid and the coolant in the second circuit, to bring the working fluid to a temperature below its condensation temperature. This arrangement makes it possible to guarantee that the working fluid is completely in the liquid phase at the inlet of the pump or of the compressor 14 in order to be free of any risk of cavitation which may cause deterioration or ruin of the pump or the compressor 14.
Le radiateur 16 comprend une sortie S16 de liquide de refroidissement reliée fluidiquement à la pompe 15 qui est elle-même reliée à une entrée E13 de liquide de refroidissement que comprend l’échangeur 13 froid. L’échangeur 13 froid comprend encore une sortie S13 de liquide de refroidissement.The radiator 16 comprises an outlet S16 of coolant fluidly connected to the pump 15 which is itself connected to an inlet E13 of coolant which includes the cold exchanger 13. The cold exchanger 13 also includes an outlet S13 for coolant.
Le moteur peut encore comprendre un turbocompresseur 17 et un refroidisseur 18 d’air de suralimentation pour le refroidissement de l’air d’admission en sortie du turbocompresseur 17 et avant son entrée dans les chambres de combustion du moteur 1.The engine may also include a turbocharger 17 and a charge air cooler 18 for cooling the intake air at the outlet of the turbocharger 17 and before it enters the combustion chambers of the engine 1.
Le refroidisseur 18 d’air de suralimentation est relié au second circuit de refroidissement préférentiellement en parallèle de l’échangeur 13 froid pour ne pas additionner leurs pertes de charge.The charge air cooler 18 is connected to the second cooling circuit preferably in parallel with the cold exchanger 13 so as not to add up their pressure drops.
Le second circuit de refroidissement assure en variante également le refroidissement des gaz EGR (dans ce cas, l’échangeur EGR 5 est alors disposé sur ce second circuit) et/ou d’une partie du turbocompresseur 17 (par exemple le carter de la turbine) et/ou au moins un composant électrique ou électronique de la chaîne de traction d’un véhicule hybrideélectrique (moteur ou génératrice électrique, électronique de puissance, chargeur, batterie haute tension de traction, etc.).The second cooling circuit also alternatively ensures the cooling of the EGR gases (in this case, the EGR exchanger 5 is then placed on this second circuit) and / or of a part of the turbocharger 17 (for example the turbine casing ) and / or at least one electrical or electronic component of the traction chain of a hybrid electric vehicle (electric motor or generator, power electronics, charger, high voltage traction battery, etc.).
Dans une variante, l’échangeur 13 froid est un condenseur de type direct ou à air, préférentiellement logé à l’intérieur d’une façade avant du véhicule automobile pour faciliter un échange de chaleur entre le flux d’air externe et le fluide de travail à l’intérieur de l’échangeur 13 froid, et préférentiellement en amont ou en parallèle du radiateur 9 compte-tenu du sens de circulation du flux d’air externe.In a variant, the cold exchanger 13 is a direct or air type condenser, preferably housed inside a front facade of the motor vehicle to facilitate a heat exchange between the external air flow and the work inside the cold exchanger 13, and preferably upstream or in parallel of the radiator 9 taking into account the direction of circulation of the external air flow.
Afin d’optimiser le rapport entre le débit de liquide de refroidissement à travers l’échangeur 11 et le débit de liquide de refroidissement traversant la canalisation 7 en créant une perte de charge variable, en fonction principalement de la température du liquide de refroidissement dans la canalisation 7, le dispositif 6 de répartition de débit de liquide de refroidissement comprend un premier actionneur 6a thermostatique pour le contrôle du débit de liquide de refroidissement à travers la première sortie S61 et un second actionneur 6b thermostatique pour le contrôle du débit de liquide de refroidissement à travers la seconde sortie S62. Le premier et le second actionneur thermostatique 6a, 6b ont respectivement chacun un élément thermosensible, 6a3, 6b3 irrigué par le liquide de refroidissement et implanté de sorte à minimiser leur impact sur la section de passage du liquide de refroidissement à travers le dispositif 6.In order to optimize the ratio between the flow of coolant through the exchanger 11 and the flow of coolant through the pipe 7 by creating a variable pressure drop, mainly depending on the temperature of the coolant in the pipe 7, the device 6 for distributing the flow of coolant comprises a first thermostatic actuator 6a for controlling the flow of coolant through the first outlet S61 and a second thermostatic actuator 6b for controlling the flow of coolant through the second output S62. The first and second thermostatic actuators 6a, 6b each have a thermosensitive element, 6a3, 6b3 respectively irrigated by the coolant and implanted so as to minimize their impact on the section of coolant passage through the device 6.
Le fonctionnement est le suivant :The operation is as follows:
Dans la configuration illustrée en figure 1 le moteur thermique 1 est en régime thermique transitoire, dans une première phase de montée en température :In the configuration illustrated in FIG. 1, the heat engine 1 is in transient thermal mode, in a first phase of temperature rise:
Lorsque la circulation du liquide de refroidissement au sein du moteur thermique 1 est établie (car elle peut être transitoirement coupée, soit au niveau de la pompe 8, soit au niveau du boîtier 3, pour accélérer la montée en température du moteur thermique 1), elle s’effectue au sein du circuit interne 2 au moteur thermique 1 puis débouche en entrée E31 du boîtier 3. Le moteur 1 thermique n’a pas encore atteint sa température de régulation et son thermostat 19 ferme la sortie S33. De préférence, pour un fonctionnement acceptable du moteur 1, la température de régulation, correspondant à la température du liquide de refroidissement provoquant un début d’ouverture du thermostat 19, est de préférence comprise entre 75 et 105°C.When the circulation of the coolant within the heat engine 1 is established (because it can be temporarily cut off, either at the level of the pump 8, or at the level of the housing 3, to accelerate the rise in temperature of the heat engine 1), it takes place within the internal circuit 2 of the heat engine 1 then leads to input E31 of the housing 3. The heat engine 1 has not yet reached its regulation temperature and its thermostat 19 closes the output S33. Preferably, for acceptable operation of the engine 1, the regulation temperature, corresponding to the temperature of the coolant causing the thermostat 19 to start to open, is preferably between 75 and 105 ° C.
Dans cette configuration, la température du liquide de refroidissement irriguant les éléments thermosensibles 6a3 et 6b3 du dispositif 6 de répartition de débit de liquide de refroidissement est inférieure à un seuil prédéfini, Sr, pour lequel il est jugé que la température et la chaleur transférables à travers l’échangeur 11 sont trop faibles pour tirer profit de la boucle Rankine et la priorité est donnée à la montée en température du moteur thermique 1 et au chauffage de l’habitacle, via l’aérotherme 4. La boucle Rankine est donc alors désactivée : la pompe à fluide ou compresseur 14 et l’organe de détente 12 sont ici inopérants. Le seuil prédéfini, Sr, est inférieur à la température de régulation du moteur thermique 1 et de préférence compris entre 40 et 70 °C.In this configuration, the temperature of the coolant irrigating the heat-sensitive elements 6a3 and 6b3 of the device 6 for distributing the coolant flow is less than a predefined threshold, Sr, for which it is judged that the temperature and the heat transferable to through the exchanger 11 are too weak to take advantage of the Rankine loop and priority is given to the rise in temperature of the heat engine 1 and to the heating of the passenger compartment, via the air heater 4. The Rankine loop is therefore deactivated : the fluid pump or compressor 14 and the expansion member 12 are inoperative here. The predefined threshold, Sr, is lower than the regulation temperature of the heat engine 1 and preferably between 40 and 70 ° C.
Dans cette première phase de montée en température, le premier actionneur 6a thermostatique ferme la première sortie S61 et le second actionneur 6b thermostatique ferme la seconde sortie S62. En pratique, la première sortie S61 n’est jamais totalement fermée de manière étanche.In this first temperature rise phase, the first thermostatic actuator 6a closes the first outlet S61 and the second thermostatic actuator 6b closes the second outlet S62. In practice, the first S61 outlet is never completely sealed.
Le thermostat 19 étant fermé, le liquide de refroidissement en sortie moteur se dirige, par la sortie S31 du boitier 3, vers l’aérotherme 4 et l’échangeur EGR 5 avant d’être réintroduit par l’entrée E71 dans la canalisation 7 pour être aspiré par l’admission E8 de la pompe à eau 8 et d’en être refoulé en entrée E2 du moteur thermique 1.The thermostat 19 being closed, the coolant at the engine outlet goes, through the outlet S31 of the housing 3, to the air heater 4 and the EGR exchanger 5 before being reintroduced through the inlet E71 in the pipe 7 for be sucked in by the inlet E8 of the water pump 8 and be discharged from it at the inlet E2 of the heat engine 1.
Cependant, si le régime de rotation du moteur thermique 1 ou la pression du liquide de refroidissement en sortie du moteur thermique 1 au niveau de l’entrée E6 du dispositif 6 de répartition de débit de liquide de refroidissement en amont du premier actionneur 6a, relativement au sens de circulation du liquide, dépasse un premier seuil prédéfini de régime ou un seuil prédéfini de pression donné alors que le premier actionneur 6a ferme la première sortie S61, la section de passage minimale alors quand même disponible au liquide de refroidissement peut ne pas être suffisante pour que la pression dans le circuit de refroidissement reste sous un seuil de sécurité pour à long terme ne pas nuire à la fiabilité du circuit et éviter un risque de fuite. Pour remédier à ce risque, on peut donc prévoir que le premier actionneur 6a soit également pressostatique, de sorte que si la pression du liquide de refroidissement en amont du premier actionneur 6a, relativement au sens de circulation du liquide, dépasse un seuil déterminé, Sp, la première sortie S61 s’ouvre. Le premier seuil prédéfini de régime de rotation du moteur 1, Sn1, est préférentiellement supérieur à respectivement 3000 tours/min pour un moteur à autoinflammation et 4000 tours/min pour un moteur à allumage commandé et/ou le seuil prédéfini de pression, Sp, est préférentiellement supérieur à 2,2 bar relatif par rapport à la pression atmosphérique.However, if the speed of rotation of the heat engine 1 or the pressure of the coolant leaving the heat engine 1 at the inlet E6 of the device 6 for distributing the coolant flow upstream of the first actuator 6a, relatively in the direction of flow of the liquid, exceeds a first predefined threshold of speed or a predefined threshold of given pressure while the first actuator 6a closes the first outlet S61, the minimum passage section then still available to the coolant may not be sufficient for the pressure in the cooling circuit to remain below a safety threshold, in the long term not to affect the reliability of the circuit and to avoid a risk of leakage. To remedy this risk, provision can therefore be made for the first actuator 6a to also be pressostatic, so that if the pressure of the coolant upstream of the first actuator 6a, relative to the direction of circulation of the liquid, exceeds a determined threshold, Sp , the first output S61 opens. The first predefined threshold of rotation speed of the engine 1, Sn1, is preferably greater than 3000 rev / min respectively for an auto-ignition engine and 4000 rev / min for a spark-ignition engine and / or the predefined pressure threshold, Sp, is preferably greater than 2.2 bar relative to atmospheric pressure.
Comme le montre la figure 3, le clapet 6a1 du premier actionneur 6a n’est pas solidaire de son axe 6a2 et peut donc s’ouvrir sous l’action de la pression de liquide de refroidissement s’exerçant dessus, en en comprimant un ressort de rappel, non représenté qui peut être taré également en fonction du rapport de débit de liquide de refroidissement entre les traversées de la canalisation 7 et de l’échangeur 11.As shown in Figure 3, the valve 6a1 of the first actuator 6a is not integral with its axis 6a2 and can therefore open under the action of the pressure of coolant acting on it, compressing a spring reminder, not shown, which can also be calibrated as a function of the ratio of coolant flow rate between the bushings of the pipe 7 and of the exchanger 11.
Selon cette réalisation le clapet 6a1 du premier actionneur 6a est à la fois thermostatique et pressostatique : il s’ouvre selon la condition la plus sévère entre la température du liquide de refroidissement et sa pression, provoquant l’ouverture maximale. Dans l’exemple présenté en figure 3, si la pression diminue sous le seuil déterminé Sp, par exemple car le régime de rotation du moteur 1 redescend, alors le clapet 6a1 reprend la position commandée par la position de l’axe 6a2 du premier actionneur 6a en fonction de la température du liquide de refroidissement. La température du liquide de refroidissement irriguant l’élément thermosensible 6a3 de l’actionneur 6a ayant pu entretemps augmenter, il se peut donc qu’il ne s’agit pas exactement de la position occupée initialement par le clapet 6a1 avant l’apparition de la condition de pression.According to this embodiment, the valve 6a1 of the first actuator 6a is both thermostatic and pressostatic: it opens according to the most severe condition between the temperature of the coolant and its pressure, causing maximum opening. In the example presented in FIG. 3, if the pressure decreases below the determined threshold Sp, for example because the rotation speed of the motor 1 goes down again, then the valve 6a1 returns to the position controlled by the position of the axis 6a2 of the first actuator 6a as a function of the temperature of the coolant. The temperature of the cooling liquid irrigating the thermosensitive element 6a3 of the actuator 6a having been able to increase meanwhile, it may therefore be that it is not exactly the position initially occupied by the valve 6a1 before the appearance of the pressure condition.
L’échangeur 13 dit froid de la boucle Rankine est irrigué par le liquide de refroidissement du second circuit de refroidissement si la pompe 15 associée est activée. Une alternative possible propose de s’affranchir de la circulation de liquide de refroidissement dans le second circuit de refroidissement et donc au sein de l’échangeur 13 dit froid, inutile puisque la boucle Rankine est alors désactivée. Cette circulation de liquide de refroidissement au sein de l’échangeur 13 dit froid alors inopérant permet toutefois par conduction de le mettre à une température déjà propice afin de garantir une rapide mise à disposition de la source froide.The exchanger 13, said cold of the Rankine loop, is irrigated by the coolant of the second cooling circuit if the associated pump 15 is activated. A possible alternative proposes to bypass the circulation of coolant in the second cooling circuit and therefore within the exchanger 13 said cold, useless since the Rankine loop is then deactivated. This circulation of coolant within the heat exchanger 13 said cold then inoperative however allows by conduction to put it at an already favorable temperature in order to guarantee a rapid availability of the cold source.
La figure 4 présente le premier mode de réalisation dans une seconde phase de fonctionnement dans laquelle le moteur thermique 1 est toujours en régime thermique transitoire, dans une seconde phase de montée en température.FIG. 4 shows the first embodiment in a second operating phase in which the heat engine 1 is still in transient thermal regime, in a second temperature rise phase.
Dans cette seconde phase, le moteur thermique n’a pas encore atteint sa température de régulation et son thermostat 19 garde la sortie S33 fermée.In this second phase, the heat engine has not yet reached its regulation temperature and its thermostat 19 keeps the output S33 closed.
Toutefois, dans cette seconde phase, la phase de convergence du confort thermique habitacle en mode chauffage est terminée et la température et la chaleur transférables à travers l’échangeur chaud 11 sont désormais suffisantes pour tirer profit de la boucle Rankine : la boucle Rankine est alors activée et la pompe 14 et l’organe de détente 12 fonctionnent désormais.However, in this second phase, the convergence phase of cabin thermal comfort in heating mode is finished and the temperature and heat transferable through the hot exchanger 11 are now sufficient to take advantage of the Rankine loop: the Rankine loop is then activated and the pump 14 and the expansion member 12 now operate.
Dans cette seconde phase, comme le montre la figure 5, la température du liquide de refroidissement irriguant l’élément thermosensible 6b3 du second actionneur 6b du dispositif 6 étant supérieure au seuil prédéfini, Sr, le second actionneur 6b ouvre la seconde sortie S62 pour autoriser le passage du liquide de refroidissement vers l’échangeur 11, mais le premier actionneur 6a laisse la première sortie S61 obturée pour en empêcher le passage du liquide de refroidissement, la température du liquide de refroidissement qui l’irrigue étant encore insuffisante pour provoquer son début d’ouverture et ouvrir un passage plus grand au fluide vers la pompe 8. Le liquide de refroidissement en sortie du boitier 3 est alors préférentiellement dirigé vers l'échangeur 11, le second actionneur 6b ouvrant alors la seconde sortie S62.In this second phase, as shown in FIG. 5, the temperature of the coolant irrigating the thermosensitive element 6b3 of the second actuator 6b of the device 6 being greater than the predefined threshold, Sr, the second actuator 6b opens the second outlet S62 to allow the passage of the coolant to the exchanger 11, but the first actuator 6a leaves the first outlet S61 closed to prevent the passage of the coolant, the temperature of the coolant which irrigates it being still insufficient to cause its start opening and opening a larger passage for the fluid to the pump 8. The coolant leaving the housing 3 is then preferably directed towards the exchanger 11, the second actuator 6b then opening the second outlet S62.
A la traversée de l’échangeur 11, le liquide de refroidissement en sortie moteur cède des calories à travers l’échangeur 11 au fluide de travail de la boucle de Rankine dont il augmente ainsi la température avant la détente à travers la turbine 12. Cette disposition permet de s’affranchir des pertes thermiques à travers l’aérotherme 4.When passing through the exchanger 11, the coolant at the engine outlet transfers calories through the exchanger 11 to the working fluid of the Rankine loop, thereby increasing the temperature before expansion through the turbine 12. This arrangement makes it possible to overcome heat losses through the air heater 4.
Alors que le dispositif 6 de répartition de débit de liquide de refroidissement occupe la configuration décrite en figure 5, plus particulièrement alors que le premier actionneur 6a ferme la première sortie S61, si la pression de liquide de refroidissement au niveau de l’entrée E6 du dispositif 6 et plus particulièrement au niveau de la sortie S61 en amont du premier actionneur 6a, dépasse un second seuil prédéfini de régime, Sn2, ou dépasse le seuil prédéfini de pression Sp, alors la première sortie S61 s’ouvre. Comme l’illustre la figure 3, le clapet 6a1 du premier actionneur 6a est à la fois thermostatique et pressostatique et s’ouvre selon la condition la plus sévère entre la température du liquide de refroidissement et sa pression, provoquant l’ouverture maximale. Le second seuil prédéfini de régime de rotation du moteur 1, Sn2, est supérieur au premier seuil prédéfini de régime de rotation du moteur 1, Sn1, et préférentiellement supérieur à respectivement 3300 tours/min pour un moteur à auto-inflammation et 4800 tours/min pour un moteur à allumage commandé.While the coolant flow distribution device 6 occupies the configuration described in FIG. 5, more particularly while the first actuator 6a closes the first outlet S61, if the coolant pressure at the inlet E6 of the device 6 and more particularly at the output S61 upstream of the first actuator 6a, exceeds a second predefined speed threshold, Sn2, or exceeds the predefined pressure threshold Sp, then the first output S61 opens. As illustrated in FIG. 3, the valve 6a1 of the first actuator 6a is both thermostatic and pressostatic and opens according to the most severe condition between the temperature of the coolant and its pressure, causing maximum opening. The second predefined threshold of rotation speed of engine 1, Sn2, is greater than the first predefined threshold of rotation speed of engine 1, Sn1, and preferably greater than 3300 rpm respectively for a self-igniting engine and 4800 rpm min for a spark ignition engine.
Alors que le dispositif 6 de répartition de débit de liquide de refroidissement occupe la configuration décrite en figure 5, plus particulièrement alors que le second actionneur 6b ouvre la seconde sortie S62 pour autoriser le passage du liquide de refroidissement vers l’échangeur 11, l’ouverture de la sortie 61 par le clapet pressostatique 6a1 sous apparition de la condition de pression de liquide de refroidissement au niveau de la sortie S61 en amont du premier actionneur 6a, alors supérieure au seuil prédéfini de pression Sp, peut réduire alors la part du débit de liquide de refroidissement envoyé depuis la canalisation 7 vers l’échangeur 11 à travers la sortie S62 du dispositif 6 alors que la position du clapet du second actionneur 6b est restée stable.While the coolant flow distribution device 6 occupies the configuration described in FIG. 5, more particularly while the second actuator 6b opens the second outlet S62 to allow the passage of the coolant to the exchanger 11, the opening of the outlet 61 by the pressostatic valve 6a1 under the appearance of the coolant pressure condition at the outlet S61 upstream of the first actuator 6a, then greater than the predefined pressure threshold Sp, can then reduce the share of the flow coolant sent from the pipe 7 to the exchanger 11 through the outlet S62 of the device 6 while the position of the valve of the second actuator 6b has remained stable.
Si la pression diminue sous le seuil déterminé Sp, alors le clapet 6a1 reprend la position commandée par la position de l’axe 6a2 du premier actionneur 6a en fonction de la température du liquide de refroidissement. La température du liquide de refroidissement irriguant l’élément thermosensible 6a3 de l’actionneur 6a ayant pu entretemps augmenter, il se peut donc qu’il ne s’agit pas exactement de la position occupée initialement par le clapet 6a1 avant l’apparition de la condition de pression.If the pressure decreases below the determined threshold Sp, then the valve 6a1 returns to the position controlled by the position of the axis 6a2 of the first actuator 6a as a function of the temperature of the coolant. The temperature of the cooling liquid irrigating the thermosensitive element 6a3 of the actuator 6a having been able to increase meanwhile, it may therefore be that it is not exactly the position initially occupied by the valve 6a1 before the appearance of the pressure condition.
La figure 6 présente le premier mode de réalisation pour une troisième phase de fonctionnement dans laquelle le moteur thermique 1 est en régime thermique établi. Dans cette troisième phase, le moteur 1 thermique a atteint sa température de régulation et son thermostat 19 est en régulation (entre-ouvert) ou en pleine ouverture.FIG. 6 shows the first embodiment for a third operating phase in which the heat engine 1 is in established thermal regime. In this third phase, the heat engine 1 has reached its regulation temperature and its thermostat 19 is in regulation (half-open) or in full opening.
En faible ouverture, le thermostat 19 dirige vers le radiateur 9 une faible partie du débit de liquide de refroidissement issu du moteur thermique 1. Le boîtier 3 est conçu de sorte que le débit de liquide de refroidissement issu du moteur thermique 1 dirigé vers le circuit aérotherme 4 est indépendant de la position du thermostat 19 pour un régime moteur donné. Le reste du débit de liquide de refroidissement issu du moteur thermique 1 est donc dirigé par la voie interne S34 du boitier 3 vers la seconde sortie S32 et la canalisation 7 et la pompe 8.At low opening, the thermostat 19 directs a small part of the coolant flow from the heat engine 1 to the radiator 9. The housing 3 is designed so that the flow of coolant from the heat engine 1 directed to the circuit heater 4 is independent of the position of thermostat 19 for a given engine speed. The rest of the coolant flow from the heat engine 1 is therefore directed via the internal path S34 of the box 3 towards the second outlet S32 and the pipe 7 and the pump 8.
A mesure que l’ouverture du thermostat 19 augmente, la voie interne S34 du boitier 3 vers la canalisation 7 se referme : en conséquence, la proportion de liquide de refroidissement issue du radiateur 9 dans la canalisation 7 augmente. A l’inverse, à mesure que le thermostat 19 se referme, la voie interne S34 du boitier 3 vers la canalisation 7 se rouvre : la proportion de liquide de refroidissement issue du radiateur 9 dans la canalisation 7 diminue alors en conséquence.As the opening of the thermostat 19 increases, the internal path S34 of the housing 3 towards the pipe 7 closes: consequently, the proportion of coolant coming from the radiator 9 in the pipe 7 increases. Conversely, as the thermostat 19 closes, the internal path S34 from the box 3 to the pipe 7 reopens: the proportion of coolant from the radiator 9 in the pipe 7 then decreases accordingly.
En pleine ouverture, le thermostat 19 oriente vers le radiateur 9 la totalité du débit de liquide de refroidissement issu du moteur thermique 1 n’ayant pas été dirigé, par la conception du boitier 3, vers le circuit aérotherme 4. La voie interne S34 du boitier 3 est alors complètement fermée et la totalité du débit de liquide de refroidissement issu du radiateur 9 est dirigé à travers la seconde sortie S32 du boitier vers la canalisation 7 et la pompe 8.When fully open, the thermostat 19 directs towards the radiator 9 the entire flow of coolant from the heat engine 1 which has not been directed, by the design of the housing 3, to the air heater circuit 4. The internal channel S34 of the box 3 is then completely closed and the entire flow of coolant from the radiator 9 is directed through the second outlet S32 of the box towards the pipe 7 and the pump 8.
Lors de la première ouverture du thermostat 19 du moteur 1 après la phase de montée en température du moteur thermique depuis un départ à froid, un grand volume de liquide froid contenu dans la boucle du circuit de refroidissement comprenant le radiateur 9, car n’ayant pas encore échangé de calories avec le moteur thermique 1 puisque son thermostat 19 était auparavant fermé, arrive en entrée E32 du boitier 3, en amont de la canalisation 7 de retour de refroidissement moteur : ce débit de liquide de refroidissement froid, toutefois limité puisque le thermostat 19 du moteur est alors faiblement ouvert, se mélange au débit de liquide chaud en sortie moteur empruntant la voie interne S34 du boitier 3 vers la canalisation 7 de retour et maintient sensiblement constante la température du liquide de refroidissement en entrée E6 de la dérivation pratiquée dans la canalisation 7 au niveau des deux actionneurs 6a, 6b.During the first opening of the thermostat 19 of the engine 1 after the temperature rise phase of the heat engine from a cold start, a large volume of cold liquid contained in the loop of the cooling circuit comprising the radiator 9, since it has no not yet exchanged calories with the heat engine 1 since its thermostat 19 was previously closed, arrives at input E32 of the box 3, upstream of the pipe 7 for engine cooling return: this flow of cold coolant, however limited since the thermostat 19 of the engine is then slightly open, mixes with the flow of hot liquid at the engine outlet using the internal path S34 from the box 3 to the return pipe 7 and keeps the temperature of the coolant at the inlet E6 of the bypass practically constant in the pipe 7 at the two actuators 6a, 6b.
Comme le montre la figure 7, dès que la température du liquide de refroidissement irriguant l’élément thermosensible 6b3 du second actionneur 6b du dispositif 6 atteint dans cette troisième phase une température supérieure à la température de régulation, le premier actionneur 6a ouvre plus grand, par exemple à mesure que la température du liquide de refroidissement au niveau de l’élément thermosensible 6a3 augmente, la première sortie S61 pour en autoriser le passage du liquide de refroidissement, la température du liquide de refroidissement qui irrigue l’élément thermosensible 6a3 étant suffisante pour provoquer l’ouverture du premier actionneur 6a et ouvrir un passage plus grand au fluide vers la pompe 8. Le second actionneur 6b maintient la seconde sortie S62 ouverte pour autoriser le passage du liquide de refroidissement depuis la canalisation 7 vers l’échangeur 11, puisque la température du liquide de refroidissement irriguant l’élément thermosensible 6b3 du second actionneur 6b du dispositif 6 est alors supérieure au seuil prédéfini Sr, lui-même étant inférieur à la température de régulation du moteur thermique 1.As shown in FIG. 7, as soon as the temperature of the cooling liquid irrigating the thermosensitive element 6b3 of the second actuator 6b of the device 6 reaches in this third phase a temperature higher than the regulation temperature, the first actuator 6a opens larger, for example as the temperature of the coolant at the heat-sensitive element 6a3 increases, the first outlet S61 to allow the passage of the coolant, the temperature of the coolant which irrigates the heat-sensitive element 6a3 being sufficient to cause the opening of the first actuator 6a and to open a larger passage for the fluid towards the pump 8. The second actuator 6b keeps the second outlet S62 open to allow the passage of the coolant from the pipe 7 to the exchanger 11, since the temperature of the coolant supplying the thermosen element sible 6b3 of the second actuator 6b of the device 6 is then greater than the predefined threshold Sr, itself being lower than the regulation temperature of the heat engine 1.
Afin de mieux adapter sa température de début d’ouverture et sa course, le second actionneur 6b thermostatique est de type piloté : un élément électrique piloté par un calculateur du véhicule est intégré à l’actionneur 6b thermostatique et permet d’en provoquer l’ouverture à une température du liquide de refroidissement différente de son seuil de début d’ouverture passive. L’actionnement électrique de l’actionneur 6b thermostatique est mis en œuvre par une loi de commande enregistrée dans un espace mémoire du calculateur, en fonction notamment de la température du liquide de refroidissement en sortie du moteur thermique 1, du régime de rotation du moteur, du degré d’ouverture du thermostat 19 du moteur 1, de la vitesse du véhicule et du degré d’activation du groupe moto-ventilateur assurant un flux d’air extérieur complémentaire à travers le radiateur 9.In order to better adapt its opening start temperature and its travel, the second thermostatic actuator 6b is of the piloted type: an electric element controlled by a vehicle computer is integrated into the thermostatic actuator 6b and makes it possible to cause it to opening at a coolant temperature different from its passive opening start threshold. The electrical actuation of the thermostatic actuator 6b is implemented by a control law recorded in a memory space of the computer, in particular as a function of the temperature of the coolant leaving the heat engine 1, of the engine rotation speed , the degree of opening of the thermostat 19 of the engine 1, the speed of the vehicle and the degree of activation of the motor-fan unit ensuring a complementary flow of outside air through the radiator 9.
Préférentiellement, le thermostat 19 du moteur 1 est de type thermostat piloté ou en alternative, le dispositif assurant la régulation thermique du moteur 1 est ainsi conçu, dans les deux cas de sorte à favoriser le fonctionnement du moteur 1 à une température de liquide de refroidissement en sortie S2 du moteur 1, et plus particulièrement à une température de liquide de refroidissement en entrée E6 du dispositif 6 de répartition de débit de liquide de refroidissement, les plus élevées possibles, notamment en tenant compte de la fiabilité du moteur thermique 1. Une telle disposition permet d’augmenter la pression et la température du fluide de travail dans la boucle Rankine en sortie de l’échangeur 11 : la chaleur du liquide de refroidissement du moteur thermique 1 est alors cédée à travers l’échangeur 11 au fluide de travail de la boucle Rankine à une température supérieure et l’efficacité du cycle de Rankine s’en trouve augmentée.Preferably, the thermostat 19 of the engine 1 is of the controlled thermostat type or as an alternative, the device ensuring the thermal regulation of the engine 1 is thus designed, in both cases so as to favor the operation of the engine 1 at a coolant temperature. at the output S2 of the engine 1, and more particularly at a temperature of coolant at the input E6 of the device 6 for distributing the flow of coolant, the highest possible, in particular taking into account the reliability of the heat engine 1. A such an arrangement makes it possible to increase the pressure and the temperature of the working fluid in the Rankine loop at the outlet of the exchanger 11: the heat of the coolant of the heat engine 1 is then transferred through the exchanger 11 to the working fluid of the Rankine loop at a higher temperature and the efficiency of the Rankine cycle is increased.
Par ailleurs, l’ouverture plus grande de la sortie S61 à travers la canalisation 7, liée à l’ouverture du premier actionneur 6a par la température du liquide de refroidissement au niveau de l’élément thermosensible 6a3 (ouverture thermostatique) et/ou par la pression du liquide de refroidissement au niveau du clapet 6a1 (ouverture pressostatique), peut réduire la part du débit de liquide envoyé vers l’échangeur 11, par exemple alors que le dispositif 6 de répartition de débit de liquide de refroidissement occupe la configuration décrite en figure 5 et que le second actionneur 6b ouvre la seconde sortie S62 pour autoriser le passage du liquide de refroidissement vers l’échangeur 11. Cette plus grande ouverture serait judicieusement compensée par une ouverture plus grande du clapet du second actionneur 6b, en paramétrant en conséquence les températures de début d’ouverture et les courses d’ouverture des deux actionneurs 6a, 6b afin de maintenir l’équilibre hydraulique de l’ensemble de la dérivation insensible aux positions intermédiaires (en cours d’ouverture) de ces deux actionneurs 6a, 6b. Afin de mieux piloter cet équilibre hydraulique, on peut également prévoir, comme pour le second actionneur 6b, un premier actionneur 6a de type thermostat piloté.Furthermore, the larger opening of the outlet S61 through the pipe 7, linked to the opening of the first actuator 6a by the temperature of the coolant at the heat-sensitive element 6a3 (thermostatic opening) and / or by the coolant pressure at the valve 6a1 (pressostatic opening) can reduce the proportion of the flow of liquid sent to the exchanger 11, for example while the device 6 for distributing the flow of coolant occupies the configuration described in FIG. 5 and that the second actuator 6b opens the second outlet S62 to authorize the passage of the coolant to the exchanger 11. This larger opening would be judiciously compensated for by a larger opening of the valve of the second actuator 6b, by setting in consequently the opening start temperatures and the opening strokes of the two actuators 6a, 6b in order to maintain the balance hydraulic ibre of the entire bypass insensitive to the intermediate positions (during opening) of these two actuators 6a, 6b. In order to better control this hydraulic balance, it is also possible to provide, as for the second actuator 6b, a first actuator 6a of the controlled thermostat type.
Dans le cas d’actionneurs 6a et 6b de type thermostats pilotés, leurs alimentations électriques sont désactivées, préférentiellement de façon indépendante l’une de l’autre, dès lors que la température du liquide de refroidissement irriguant leurs éléments thermosensibles respectifs 6a3 et 6b3 est suffisante pour assurer seule la pleine ouverture du clapet 6a1 de l’actionneur 6a ou du clapet de l’actionneur 6b, sans qu’il soit nécessaire qu’en activer l’alimentation électrique.In the case of actuators 6a and 6b of the controlled thermostats type, their electrical supplies are deactivated, preferably independently of one another, as soon as the temperature of the coolant irrigating their respective heat-sensitive elements 6a3 and 6b3 is sufficient to ensure only full opening of the valve 6a1 of the actuator 6a or of the valve of the actuator 6b, without it being necessary to activate the power supply.
En alternative, les actionneurs 6a, 6b du dispositif 6 de répartition des débits peuvent, chacun et indépendamment l’un de l’autre, être remplacés par un actionneur de type électrovanne on/off ou proportionnelle, par exemple à solénoïde. Le calculateur commande alors l’actionnement électrique du dispositif 6 de répartition de débit de liquide de refroidissement, ou en alternative de l’électrovanne.Alternatively, the actuators 6a, 6b of the device 6 for distributing the flow rates can, each and independently of one another, be replaced by an actuator of the on / off or proportional solenoid valve type, for example with solenoid. The computer then controls the electrical actuation of the device 6 for distributing the coolant flow, or alternatively of the solenoid valve.
Les figures 8 et 9 présentent en variante une boucle de Rankine réversible, c’est à dire dans laquelle, dans une première configuration conventionnelle décrite en figure 8 : L’échangeur 11 a pour source chaude le circuit de refroidissement du moteur tandis que l’échangeur 13 a pour source froide le second circuit de refroidissement.FIGS. 8 and 9 show a variant of a reversible Rankine loop, that is to say in which, in a first conventional configuration described in FIG. 8: The heat exchanger 11 has the engine cooling circuit as a hot source while the exchanger 13 has the second cooling circuit as a cold source.
Dans une seconde configuration dite « pompe à chaleur >> décrite en figure 9 :In a second configuration called "heat pump" described in Figure 9:
L’échangeur 11 a pour source froide le circuit de refroidissement du moteur tandis que l’échangeur 13 a pour source chaude le second circuit de refroidissement.The heat exchanger 11 has the engine cooling circuit as a cold source while the heat exchanger 13 has the second cooling circuit as a hot source.
A cet effet, la boucle 10 d’échange thermique est aménagée de façon appropriée, comme illustrée en figure 8 ou 9, à l’aide de deux vannes V1, V2 trois voies et une vanne distributrice V3 à quatre voies de sorte que le sens de la circulation du fluide de travail dans la boucle 10 d’échange thermique peut être inversé en fonction de la position adoptée par les vannes V1, V2 et V3. Les vannes V1, V2 et V3 peuvent être actionnées indépendamment ou par un actionneur commun, non représenté.To this end, the heat exchange loop 10 is appropriately arranged, as illustrated in FIG. 8 or 9, using two valves V1, V2 three-way and a distributor valve V3 four-way so that the direction of the circulation of the working fluid in the heat exchange loop 10 can be reversed depending on the position adopted by the valves V1, V2 and V3. The valves V1, V2 and V3 can be actuated independently or by a common actuator, not shown.
Plus précisément en mode conventionnel (figure 8) :More precisely in conventional mode (figure 8):
- La vanne trois voies V1 met en communication la sortie de la turbine 12 avec l’entrée de fluide de travail, Ef 13 de l’échangeur 13,- The three-way valve V1 communicates the outlet of the turbine 12 with the working fluid inlet, Ef 13 of the exchanger 13,
- La vanne trois voies V2 met en communication la sortie de fluide de travail Sf 11 de l’échangeur 11 avec l’entrée de la turbine 12,- The three-way valve V2 communicates the working fluid outlet Sf 11 of the exchanger 11 with the inlet of the turbine 12,
- La vanne distributrice quatre voies V3 met en communication la sortie du compresseur 14 avec l’entrée de fluide de travail, Ef 11, de l’échangeur 11 ainsi que la sortie de fluide de travail, Sf 13, de l’échangeur 13 avec l’entrée du compresseur 14.- The four-way distributor valve V3 communicates the output of the compressor 14 with the working fluid inlet, Ef 11, of the exchanger 11 as well as the working fluid outlet, Sf 13, of the exchanger 13 with the input of compressor 14.
En mode « pompe à chaleur >> (figure 9), la circulation du fluide de travail est inversée. En gardant cependant les mêmes références pour les entrées / sorties des échangeurs 11, que celles de la figure 8:In “heat pump” mode (figure 9), the circulation of the working fluid is reversed. However, keeping the same references for the inputs / outputs of the exchangers 11, as those of FIG. 8:
- La vanne trois voies V1 met en communication l’entrée Ef13 de l’échangeur 13 avec l’entrée de la turbine 12,- The three-way valve V1 communicates the inlet Ef13 of the exchanger 13 with the inlet of the turbine 12,
- La vanne trois voies V2 met en communication la sortie de la turbine 12 avec la sortie, Sf11 de l’échangeur 11,- The three-way valve V2 communicates the outlet of the turbine 12 with the outlet, Sf11 of the exchanger 11,
- La vanne distributrice quatre voies V3 met en communication la sortie du compresseur avec la sortie Sf 13 de l’échangeur 13 ainsi que l’entrée Ef11 de l’échangeur 11 avec l’entrée du compresseur 14.- The four-way distributor valve V3 communicates the output of the compressor with the output Sf 13 of the exchanger 13 as well as the input Ef11 of the exchanger 11 with the input of the compressor 14.
Alors que le moteur thermique 1 est en régime thermique transitoire, dans la première ou seconde phase de fonctionnement, telles qu’illustrées aux figures 1 et 4, le mode « pompe à chaleur >> de la boucle Rankine illustré par la figure 9 permet de transférer au liquide de refroidissement en entrée E2 du moteur thermique 1 la chaleur pompée par la boucle Rankine à l’environnement extérieur et au second circuit de refroidissement. La boucle Rankine adopte alors une configuration telle que sa source chaude est le second circuit de refroidissement et l’environnement extérieur tandis que sa source froide est alors le circuit de refroidissement du moteur thermique 1. La boucle Rankine est alors activée et la pompe 14 et l’organe de détente 12 fonctionnent. Dans le même temps, le dispositif 6 de répartition de débit de liquide de refroidissement équipant canalisation 7 de retour de refroidissement moteur occupe la configuration illustrée par la figure 5 : en particulier, le second actionneur 6b, qui dans ce cas doit être un thermostat piloté ou une électrovanne, est forcé en position ouverte par pilotage électrique. La configuration de la boucle Rankine et du circuit de refroidissement du moteur thermique 1 introduit des calories supplémentaires au liquide de refroidissement en sortie de l’échangeur 11, qui remplit alors le rôle de condenseur, en entrée E2 du moteur thermique 1. Cette configuration accélère ainsi la montée en température du moteur thermique 1. Cette configuration est mise en œuvre dans une plage donnée de températures de l’air extérieur et du liquide de refroidissement en sortie S2 du moteur thermique 1. Lorsqu’il devient énergétiquement plus pertinent de récupérer via la boucle Rankine les pertes thermiques du circuit de refroidissement, la boucle Rankine passe du mode pompe à chaleur (illustré en figure 9) au mode conventionnel (illustré en figure 8), notamment par adaptation de la position des vannes V1, V2, V3 implantées sur la boucle Rankine.While the heat engine 1 is in transient thermal regime, in the first or second phase of operation, as illustrated in FIGS. 1 and 4, the “heat pump” mode of the Rankine loop illustrated in FIG. 9 makes it possible to transfer the heat pumped by the Rankine loop to the external environment and to the second cooling circuit to the coolant at input E2 of the heat engine 1. The Rankine loop then adopts a configuration such that its hot source is the second cooling circuit and the external environment while its cold source is then the cooling circuit of the heat engine 1. The Rankine loop is then activated and the pump 14 and the expansion member 12 operate. At the same time, the device 6 for distributing the coolant flow equipping the engine cooling return pipe 7 occupies the configuration illustrated in FIG. 5: in particular, the second actuator 6b, which in this case must be a controlled thermostat or a solenoid valve, is forced into the open position by electrical control. The configuration of the Rankine loop and of the cooling circuit of the heat engine 1 introduces additional calories to the coolant at the outlet of the exchanger 11, which then fulfills the role of condenser, at the inlet E2 of the heat engine 1. This configuration accelerates thus the rise in temperature of the heat engine 1. This configuration is implemented in a given range of temperatures of the outside air and of the coolant at the outlet S2 of the heat engine 1. When it becomes more energetically relevant to recover via the Rankine loop the thermal losses of the cooling circuit, the Rankine loop switches from the heat pump mode (illustrated in FIG. 9) to the conventional mode (illustrated in FIG. 8), in particular by adapting the position of the valves V1, V2, V3 installed on the Rankine loop.
L’ensemble de motorisation de l’invention propose une architecture qui permet de valoriser les pertes thermiques dans le circuit caloporteur du moteur à combustion interne d’une chaîne de traction conventionnelle ou hybride tout en présentant l’avantage de ne pas avoir d’impact sur la réduction des émissions polluantes et l’amorçage des organes de dépollution : l’enrichissement de leur conception (grammage en métaux précieux, rapprochement de la sortie moteur) n’est pas nécessaire.The motor assembly of the invention provides an architecture which makes it possible to value the heat losses in the heat transfer circuit of the internal combustion engine of a conventional or hybrid traction chain while having the advantage of having no impact. on the reduction of polluting emissions and the priming of depollution organs: the enrichment of their design (grammage in precious metals, approximation of the engine output) is not necessary.
Avec cette architecture, l’énergie contenue dans le circuit caloporteur est certes à un niveau d’exergie (compte-tenu du niveau de température) plus faible que dans les gaz d’échappement mais est, par les niveaux de capacités thermiques mis en œuvre, davantage disponible et moins dépendant du niveau de charge de la chaîne de traction.With this architecture, the energy contained in the heat transfer circuit is certainly at an exergy level (taking into account the temperature level) lower than in the exhaust gases but is, by the levels of thermal capacities implemented , more available and less dependent on the load level of the traction chain.
Relativement à une architecture avec une boucle de Rankine avec les gaz d’échappement comme pour source chaude, l’architecture de l’invention présente une sûreté de fonctionnement plus favorable, une implantation physique moins contrainte et sans développements et validations coûteux.Relative to an architecture with a Rankine loop with the exhaust gases as for hot source, the architecture of the invention presents a more favorable operating safety, a less constrained physical installation and without expensive developments and validations.
Cette architecture est également adaptable à des chaînes de traction hybride-électrique ce qui permet une mutualisation des composants.This architecture is also adaptable to hybrid-electric powertrains, which allows the components to be shared.
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2016
- 2016-10-11 FR FR1659798A patent/FR3057298A1/en active Pending
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