FR3057305A1 - Ensemble de motorisation a boucle de rankine - 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, - une boucle (10) de Rankine utilisant un fluide de travail et comprenant des moyens d'échange thermique (11, 11') entre le fluide de travail et le liquide de refroidissement du circuit de refroidissement utilisant ce circuit de refroidissement comme source chaude, et des moyens de détente (12, 12') aptes à transformer de l'énergie provenant de la détente du fluide de travail en énergie mécanique, caractérisé en ce que les moyens de détente (12, 12') et les moyens d'échange thermique (11, 11') sont reliés fluidiquement de sorte que le cycle thermodynamique d'au moins une partie du fluide de travail de la boucle (10) de Rankine comprend une étape d'évaporation suivi d'une première surchauffe, suivi d'une première détente, suivi d'une seconde surchauffe, suivi d'une seconde détente.
Description
Titulaire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
(04) ENSEMBLE DE MOTORISATION a BOUCLE DE RANKINE.
FR 3 057 305 - A1 (57) 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,
- une boucle (10) de Rankine utilisant un fluide de travail et comprenant des moyens d'échange thermique (11, 11 j entre le fluide de travail et le liquide de refroidissement du circuit de refroidissement utilisant ce circuit de refroidissement comme source chaude, et des moyens de détente (12, 12 j aptes à transformer de l'énergie provenant de la détente du fluide de travail en énergie mécanique, caractérisé en ce que les moyens de détente (12,12 j et les moyens d'échange thermique (11, 11 j sont reliés fluidiquement de sorte que le cycle thermodynamique d'au moins une partie du fluide de travail de la boucle (10) de Rankine comprend une étape d'évaporation suivi d'une première surchauffe, suivi d'une première détente, suivi d'une seconde surchauffe, suivi d'une seconde détente.
ENSEMBLE DE MOTORISATION A BOUCLE DE RANKINE
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.
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.
Les véhicules de type hybride-électrique apportent une première réponse. Ils comprennent au moins :
- 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,
- 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, ...
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 :
- 30% aux roues, pour faire se mouvoir le véhicule ;
- 35% par pertes thermiques dans le système de refroidissement et par convection et radiation ;
- 35% dans les gaz d’échappement.
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.
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 œuvre de cycles thermodynamiques (Stirling, Ericsson, Rankine notamment) convertissant la chaleur contenue dans les gaz d’échappement en énergie mécanique ou thermique.
La mise en œuvre 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 œuvre, avec les gaz d’échappement en tant que source chaude, pose toutefois de nombreuses contraintes.
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.
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.
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.
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.
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, conduisant alors à la mise en œuvre d’un conduit de court-circuit et d’une vanne 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.
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.
Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un ensemble de motorisation comprenant :
- un moteur à combustion interne équipé d’un circuit de refroidissement destiné recevoir un liquide de refroidissement,
- une boucle de Rankine utilisant un fluide de travail et comprenant des moyens d’échange thermique entre le fluide de travail et le liquide de refroidissement du circuit de refroidissement utilisant ce circuit de refroidissement comme source chaude, et des moyens de détente aptes à transformer de l’énergie provenant de la détente du fluide de travail en énergie mécanique, caractérisé en ce que les moyens de détente et les moyens d’échange thermique sont reliés fluidiquement de sorte que le cycle thermodynamique d’au moins une partie du fluide de travail de la boucle de Rankine comprend une étape d’évaporation suivi d’une première surchauffe, suivi d’une première détente, suivi d’une seconde surchauffe, suivi d’une seconde détente.
L’effet technique est d’améliorer la récupération 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
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :
En variante, les étapes d’évaporation et de surchauffe s’effectuent à travers un seul échangeur à double circulation distincte de fluide de travail, ce qui permet une économie de moyens.
Dans une autre variante, l’évaporation et la première surchauffe s’effectuent à travers un premier échangeur thermique et la seconde surchauffe à travers un second échangeur thermique, le premier et le second échangeur thermique étant disposés à des endroits différents du circuit de refroidissement. Cette variante permet de placer par exemple le premier échangeur à un point du circuit de refroidissement plus chaud que pour le second échangeur.
En variante, l’évaporation et la première surchauffe s’effectuent à travers un échangeur thermique disposé fluidiquement, relativement au sens de circulation du liquide de refroidissement au sein du circuit de refroidissement, en aval d’un échangeur de refroidissement des gaz d’échappement recirculés vers l’admission du moteur, pour justement profiter de la température plus élevée du liquide de refroidissement en sortie de l’échangeur de refroidissement des gaz d’échappement recirculés.
En variante, la première détente et la seconde détente s’effectuent par des moyens de détente communs, ce qui permet une économie de moyens.
En variante, la première détente et la seconde détente s’effectuent par des moyens de détente distincts, ce qui permet d’adapter plus finement les moyens de détente aux conditions thermodynamique du fluide de travail.
En variante, la boucle de Rankine comprend des vannes et des moyens de commande de ces vannes, ces vannes étant agencées de sorte que dans un premier mode de fonctionnement, les moyens d’échange thermique entre le fluide de travail et le liquide de refroidissement du circuit de refroidissement du moteur thermique utilisent ce circuit de refroidissement comme source chaude, et dans un second mode de fonctionnement, les moyens d’échange thermique entre le fluide de travail et le liquide de refroidissement du circuit de refroidissement du moteur thermique utilisent ce circuit de refroidissement comme source froide.
En variante, la boucle de Rankine comprend une vanne et des moyens de commande de cette vanne, cette vanne étant agencée de sorte que dans un premier mode de fonctionnement, la circulation du fluide de travail dans les moyens d’échange thermique pour la seconde surchauffe est autorisée et dans un second mode de fonctionnement, cette circulation est interdite.
L’invention porte aussi sur un véhicule, caractérisé en ce qu’il est équipé d’un ensemble de motorisation selon l’une quelconque des variantes précédemment décrites.
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 :
- La figure 1 est une représentation schématique d’un premier mode de réalisation de l’invention, pour un premier état de fonctionnement.
- 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.
- La figure 3 présente une variante du dispositif de répartition du liquide de refroidissement de la figure 2.
- La figure 4 est une représentation schématique du premier mode de réalisation de l’invention pour un second état de fonctionnement.
- 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.
- La figure 6 est une représentation schématique du premier mode de réalisation de l’invention pour un troisième état de fonctionnement.
- La figure 7 est une représentation schématique du cycle de Rankine dans le champ Température / Entropie selon l’invention.
- La figure 8 est une représentation schématique d’un autre mode de réalisation de l’invention.
- Les figures 9 et 10 sont une représentation schématique d’une variante du mode de réalisation présenté en figure 8 avec une boucle Rankine réversible.
- Les figures 11 et 12 sont une représentation schématique d’une variante de boucle Rankine réversible conforme à l’invention.
- Les figures 13 et 14 sont une représentation schématique d’une autre variante de boucle Rankine réversible conforme à l’invention.
- Les figures 15 et 16 sont une représentation schématique d’une autre variante de boucle Rankine réversible conforme à l’invention.
La figure 1 présente un premier mode de réalisation de l’ensemble de motorisation de l’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.
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.
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.
Les entrées et sorties des différents organes disposés dans le circuit de refroidissement sont définies relativement au sens de circulation du liquide de refroidissement.
Le moteur thermique 1 est relié en sortie S2 du circuit interne 2 à une entrée E31 d’un boitier 3 de sortie du liquide de refroidissement. Le boitier 3 est destiné à répartir le liquide de refroidissement à l’intérieur de diverses branches du circuit de refroidissement.
Le boitier 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 et 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. L’aérotherme 4 et l’échangeur 5 EGR sont disposés fluidiquement en parallèle l’un de l’autre en sortie du moteur thermique 1. 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. 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 1, par exemple au sein de la culasse.
Le boitier 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.
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 radiateur 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.
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.
Le circuit de refroidissement comprend encore un premier dispositif thermostatique 6 comprenant une entrée E6 de liquide de refroidissement reliée fluidiquement, au moyen par exemple d’une canalisation, à une sortie S5 de l’échangeur EGR 5. Le dispositif thermostatique 6 comprend également une première sortie, S61, et une seconde sortie, S62, de liquide de refroidissement. Le dispositif thermostatique 6 distribue le liquide de refroidissement en fonction de sa température vers les sorties S61 et / ou S62.
L’entrée E6 du dispositif thermostatique 6 de liquide de refroidissement est reliée fluidiquement, au moyen par exemple d’une canalisation, à la sortie S5 de l’échangeur 5 EGR. La seconde sortie, S62 est reliée fluidiquement à une entrée E71 de la canalisation 7. La sortie S4 de l’aérotherme rejoint la liaison fluidique de la seconde sortie S62 vers la canalisation 7.
L’ensemble de motorisation de l’invention comprend encore un dispositif de récupération d’énergie mettant en oeuvre 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, selon un premier mode de fonctionnement de la boucle d’échange thermique 10, un évaporateur pour le fluide de travail, de telle sorte que ce dernier passe d’un état liquide en entrée d’échangeur thermique 11 à un état vapeur à en sortie de l’échangeur thermique 11.
Cet échangeur thermique 11 dit chaud comprend une entrée E11 de liquide de refroidissement reliée fluidiquement à la première sortie, S61, du dispositif thermostatique 6. Cet échangeur thermique 11 comprend encore une sortie S11 de liquide de refroidissement reliée fluidiquement à une entrée E72 de la canalisation 7 reliant le boitier 3 à la pompe 8.
Par ailleurs, la première sortie, S61, du dispositif thermostatique 6 est reliée à l’entrée E11 de l’échangeur 11 tandis que la seconde sortie, S62 est reliée fluidiquemement à une entrée E71 de la canalisation 7. La sortie S4 de l’aérotherme rejoint la liaison fluidique de la seconde sortie S62 vers l’entrée E71 de la canalisation 7.
Dans ce mode de réalisation, un autre 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 autre échangeur thermique 11’ est lui aussi dit chaud car il est également relié à la source chaude et constitue préférentiellement, selon un premier mode de fonctionnement de la boucle d’échange thermique 10, un surchauffeur pour le fluide de travail, de telle sorte que ce dernier entre et sorte de l’échangeur thermique 11 ’ à l’état vapeur.
Cet autre échangeur thermique 11’ dit chaud comprend une entrée E11’ de liquide de refroidissement reliée fluidiquement à une sortie, S62’ de la canalisation 7. Cet échangeur thermique 11 comprend encore une sortie S11’ de liquide de refroidissement reliée également fluidiquement à l’entrée E72 de la canalisation 7 reliant le boitier 3 à la pompe 8.
La boucle 10 d’échange thermique comprend encore 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 partir du compresseur 14, dans le sens de mise en circulation du fluide de travail, la boucle 10 d’échange thermique comprend l’échangeur 11 dans lequel le fluide de travail capte des calories du circuit de refroidissement moteur, un premier 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 première détente qui fait s’abaisser la température et la pression du fluide de travail.
A partir du premier organe de détente 12, la boucle 10 d’échange thermique comprend ensuite l’échangeur 11’ dans lequel le fluide de travail capte des calories du circuit de refroidissement moteur, un second organe de détente 12’, à l’intérieur duquel le fluide subit une seconde détente qui fait s’abaisser la température et la pression du fluide de travail.
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 électrique,
- stockée dans une batterie haute tension de traction ou une batterie 48V d’un véhicule hybride-électrique
- 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.
A partir du second organe de détente 12’, la boucle 10 d’échange thermique comprend ensuite un échangeur thermique 13 dit froid car il est relié thermiquement à une source froide. Cet échangeur thermique 13 constitue préférentiellement, selon un premier mode de fonctionnement de la boucle 10 d’échange thermique, 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.
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 :
- 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,
- 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.
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.
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.
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.
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.).
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.
Le circuit de refroidissement comprend encore un autre 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 de liquide de refroidissement à l’entrée E8 de la pompe 8 depuis la seconde sortie S32 du boitier 3.
Ce dispositif 6’ de répartition de débit comprend une entrée E6’ de liquide de refroidissement reliée fluidiquement, au plus près du boitier 3 de sortie du liquide de refroidissement, plus précisément de sa seconde sortie S32.
Ce dispositif 6’ de répartition de débit comprend une première sortie S61 ’, et une seconde sortie, S62’, de liquide de refroidissement. 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’.
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 des sorties S61’ et S62’.
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’. Les premier et second actionneurs thermostatiques 6a’, 6b’ ont respectivement chacun un élément thermosensible, 6a3’, 6b3’ irrigués par le liquide de refroidissement et implantés de sorte à minimiser leur impact sur la section de passage du liquide de refroidissement à travers le dispositif 6’.
Le fonctionnement est le suivant :
Dans la configuration illustrée en figure 1 le moteur thermique 1 est en régime thermique transitoire, dans une première phase de montée en température.
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.
Dans cette configuration, la température du liquide de refroidissement irriguant les éléments thermosensibles 6a3 et 6b3 du dispositif 6’ et l’élément thermosensible 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 les échangeurs 11 et 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. Concernant le second dispositif 6’ thermostatique, 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. Le seuil prédéfini, Sr, est inférieur à la température de régulation du moteur thermique 1 et de préférence compris entre 40 et 70 °C.
Dans cette première phase de montée en température, le premier dispositif thermostatique 6 disposé en sortie de l’échangeur 5 EGR ferme la première sortie S61 pour empêcher la circulation du liquide de refroidissement dans l’échangeur 11 dit chaud, mais laisse la seconde sortie S62 ouverte. Le liquide de refroidissement ayant traversé l’échangeur 5 EGR est dirigé par la seconde sortie S62 du dispositif thermostatique 6 vers l’entrée E71 de la canalisation 7 et l’entrée E8 de la pompe à eau 8.
Dans cette configuration, la boucle Rankine est alors désactivée : la pompe à fluide ou compresseur 14 et l’organe de détente 12 sont ici inopérants.
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 et, par les sorties S34 et S32 du boitier 3, à travers la canalisation 7 via le second dispositif thermostatique 6’, avant d’être aspiré par l’admission E8 de la pompe à eau 8 et d’en être refoulé en entrée E2 du moteur thermique 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.
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 ’.
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 sous le seuil prédéfini Sn1 de régime de rotation du moteur 1, 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 varier, 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.
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.
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.
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.
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 les échangeurs chauds 11 et 1T sont désormais suffisantes pour tirer profit de la boucle Rankine : la boucle Rankine est alors activée et la pompe 14 et les organes de détente 12 et 12’ fonctionnent désormais.
La température du liquide de refroidissement irriguant l’élément thermosensible du dispositif thermostatique 6 étant supérieure au seuil prédéfini, Sr, le dispositif thermostatique 6 disposé en sortie de l’échangeur 5 EGR referme la seconde sortie S62 pour empêcher le retour direct du liquide de refroidissement vers la canalisation 7, mais ouvre la première sortie S61 pour permettre le passage du liquide de refroidissement dans l’échangeur 11.
Le liquide de refroidissement ayant traversé l’échangeur 5 EGR est dirigé par la première sortie S61 du dispositif thermostatique 6 l’échangeur 11, qu’il traverse avant de rejoindre la canalisation 7 (par son entrée E72) et l’entrée de la pompe 8. A la traversée de l’échangeur 11, le liquide de refroidissement cède des calories au fluide de travail de la boucle de Rankine dont il augmente ainsi la température avant la détente à travers le premier organe détente 12.
Cette disposition en série de l’échangeur 5 EGR et l’échangeur 11, dans cet ordre compte-tenu du sens de circulation du liquide de refroidissement en sortie moteur, et en parallèle de l’aérotherme 4, permet de transmettre au fluide de travail de la boucle de Rankine les calories dissipées par les gaz d’échappement recirculés à la traversée de l’échangeur 5 EGR tout en s’affranchissant des pertes thermiques à travers l’aérotherme 4.
Préférentiellement, les dispositifs thermostatiques 6 et 6’ sont de type pilotés : un élément électrique piloté par un calculateur du véhicule est intégré aux dispositifs thermostatiques 6 et 6’, et permet d’en provoquer l’ouverture à une température du liquide de refroidissement différente de leurs seuils de début d’ouverture passive. L’actionnement des dispositifs thermostatiques 6 et 6’ sont mis en oeuvre 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 et de l’échangeur 5 EGR. En alternative, les dispositifs thermostatiques 6 et 6’ peuvent être remplacés chacun par un actionneur de type électrovanne on/off ou proportionnelle, par exemple à solénoïde.
Toujours dans cette seconde phase de fonctionnement, 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 boîtier 3 est alors préférentiellement dirigé vers l'échangeur 11 ’, le second actionneur 6b’ ouvrant alors la seconde sortie 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 seconde turbine 12’.
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, qui provoque la plus grande ouverture. 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.
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 varier, 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.
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.
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 et échangeur 5 EGR 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 boîtier 3 vers la seconde sortie S32 et la canalisation 7 et la pompe 8.
A mesure que l’ouverture du thermostat 19 augmente, la voie interne S34 du boîtier 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.
En pleine ouverture, le thermostat 19 oriente vers le radiateur 9 la totalité du débit de liquide de refroidissement issu du moteur thermique 1 et n’ayant pas été dirigé, par la conception du boitier 3, vers l’aérotherme 4, l’échangeur 5 EGR et à travers le dispositif thermostatique 6. 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 dirigée à travers la seconde sortie S32 du boitier 3 dans la canalisation 7 à travers le dispositif thermostatique 6’ vers la pompe 8.
Dans cette troisième phase de fonctionnement, la température du liquide de refroidissement en entrée des dispositifs thermostatiques 6 et 6’ est telle que ceux-ci dirigent le liquide de refroidissement les traversant à travers respectivement les échangeurs chauds 11 et 11’. En conséquence, lorsque le thermostat 19 est pleinement ouvert, parvient en entrée E6’ du dispositif thermostatique 6’ le liquide de refroidissement issu du radiateur 9, donc à une température inférieure à celle du liquide de refroidissement en sortie S2 du moteur thermique 1 dirigé, via la sortie S31 du boitier 3, à travers l’échangeur 5 EGR et en entrée du dispositif thermostatique 6. L’échangeur 11 est ainsi traversé, dans cette troisième phase de fonctionnement, par le liquide de refroidissement en provenance de la sortie S2 du moteur thermique 1 et n’ayant subi aucun autre échange thermique, tandis que le liquide de refroidissement parvenant en entrée E6’ du dispositif thermostatique 6’, en étant alors en totalité en provenance de la sortie S9 du radiateur 9, peut présenter au moins temporairement une température irriguant les éléments thermosensibles 6a3’ et 6b3’ inférieure au seuil Sr et ainsi provoquer, par la refermeture de la sortie S62’ du dispositif thermostatique 6’, la coupure de la traversée en liquide de refroidissement de l’échangeur 11 ’.
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’.
Ainsi, le dispositif thermostatique 6’ maintient les premières sortie S61’ et seconde sortie S62’ ouvertes, préférentiellement sans qu’il soit nécessaire d’en activer l’alimentation électrique : une portion du liquide de refroidissement en entrée E6’ du dispositif thermostatique 6’ traverse via la sortie S62’ l’échangeur 11’ et lui cède sa chaleur, tandis que l’autre portion du liquide de refroidissement en entrée E6’ traverse le dispositif thermostatique 6’ par la sortie S61 ’ et parvient en entrée E8 de la pompe 8.
De son côté, le dispositif thermostatique 6 maintient la première sortie S61 ouverte et la seconde sortie S62 fermée, préférentiellement sans qu’il soit nécessaire d’en activer l’alimentation électrique : le liquide de refroidissement en sortie moteur traverse l’échangeur 5 EGR avant d’irriguer l’échangeur 11 et lui céder sa chaleur.
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 la plus élevée possible, notamment en tenant compte de la fiabilité du moteur thermique 1. Ainsi, la température du liquide de refroidissement en sortie du moteur thermique 1 et en entrée des échangeurs thermiques 11 et 11’, alors supérieure par exemple par l’action du thermostat 19 piloté et, en ce qui concerne l’échangeur thermique 11, la récupération dans le liquide de refroidissement du moteur thermique 1 des calories des gaz d’échappement recirculés à travers l’échangeur 5 EGR, permet d’augmenter la pression et la température du fluide de travail dans la boucle Rankine au niveau des échangeurs 11’ et surtout 11 : la chaleur du liquide de refroidissement du moteur thermique 1 est alors cédée à travers les échangeurs 11 et 11 ’ au fluide de travail de la boucle Rankine à une température supérieure et l’efficacité du cycle de Rankine s’en trouve augmentée.
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 est 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.
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.
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.
Grâce à cet agencement de boucle 10 d’échange thermique, on augmente l’efficacité de la boucle de Rankine en tirant parti de l’augmentation de l’efficacité à mesure que la pression d’évaporation augmente et tout en s’affranchissant d’une humidité excessive à la turbine en fin de détente. En effet, comme l’illustre la figure 7 dans un diagramme température-entropie, en fonctionnement, le cycle de Rankine se compose des étapes suivantes :
A=>B : La pompe ou le compresseur 14 fait circuler le fluide de travail à l’état liquide et en augmente la pression ; il s’agit idéalement d’un processus réversible adiabatique et isentropique. Le fluide reste à l’état liquide donc la consommation énergétique de la pompe est relativement faible. La condensation du fluide de Rankine réduit la pression en sortie de la turbine et l’énergie requise par la pompe 14 représente une très faible part de l’énergie disponible aux turbines 12 et 12’.
B=>C => C’ : l’échangeur 11 fait évaporer le fluide de travail. II s’agit idéalement d’un processus isobare. Afin de garantir que le fluide quittant l’échangeur 11 est totalement en phase vapeur et que la future détente se fera complètement en phase vapeur, pour notamment se prémunir de la formation de gouttelettes au sein de la turbine 12 due à la condensation du fluide de travail, on assure une surchauffe (C=> Cj du fluide de travail à l’état de vapeur. En effet, ces gouttelettes, animées d’une grande vitesse, pourraient endommager la turbine 12 par érosion.
C’=> D : la première turbine ou premier détendeur 12, traversée par le fluide de travail alors à l’état de vapeur, récupère du travail mécanique et détend une première fois le fluide de travail à l’état de vapeur. II s’agit idéalement d’une détente réversible adiabatique et isentropique qui fait s’abaisser la température et la pression du fluide de travail à l’état de vapeur jusqu’au point D. Le point D est avantageusement positionné de sorte que le fluide de travail reste à l’état de vapeur, au voisinage de la courbe, Pvs, de pression de vapeur saturante du fluide de travail, tout en maximisant l’écart de température avec le point C’.
D=> C” : le fluide travail subit dans l’échangeur 11’ une seconde phase de surchauffe, sans changer d’état entre D et C”. II s’agit idéalement d’un processus isobare. Le point C” est sensiblement l’intersection de l’isobare passant par D avec l’isotherme passant par C’, car il est admis ici qu’on ne saura pas amener le fluide de travail à une température supérieure à C’.
C”=> D’ : la seconde turbine ou second détendeur 12’ est traversé par le fluide de travail et récupère du travail mécanique en détendant complètement le fluide de travail, selon une détente réversible idéalement également adiabatique et isentropique.
D’=> A : Le fluide se condense à la traversée de l’échangeur 13 relié thermiquement à la source froide. II cède sa chaleur à pression constante et retrouve son état liquide.
La boucle réelle diffère du cycle idéal explicité ci-dessus à cause d’irréversibilités induites par les composants : compression et détente non totalement isentropiques, frottements du fluide de travail générant de la perte de charge, processus non totalement adiabatiques et isothermes (efficacité imparfaite des échangeurs thermiques 11, 11 ’ et 13, échanges de chaleur avec l’environnement sous capot), etc.
Par rapport à un cycle Rankine à une seule évaporation, l’aire à l’intérieur de la courbe décrite par le cycle Rankine ainsi modifié augmente et donc le travail net effectué par ce cycle également. Par ailleurs, l’efficacité du cycle augmente également grâce à l’augmentation de la température moyenne à laquelle la chaleur du circuit caloporteur est transférée au fluide de travail. Dans cet exemple sont réalisées une évaporation et une double surchauffe ainsi qu’une double détente, chacune des détentes succédant à une surchauffe. En alternative, on peut prévoir suite de l’évaporation une triple, quadruple surchauffe, associées à une triple, quadruple, détente, etc. sans changer la portée de la présente invention. L’homme du métier notera toutefois les impacts en termes d’implantation et de coût système qu’une multiplication excessive du nombre de surchauffes - détentes génère.
La figure 8 présente une variante du mode de réalisation présenté en figure 1. Ce mode de réalisation diffère de celui présenté en figure 1 en ce qu’une vanne 20 trois voies, pilotée par le calculateur, est disposée dans la boucle 10 d’échange thermique entre les deux turbines 12 et 12’, avec une voie reliée à la sortie de la première turbine 12, une autre reliée à la ligne menant à l’entrée de l’échangeur 11’ et une autre voie reliée à l’entrée de la seconde turbine 12’.
Dans une première position de fonctionnement, cette vanne 20 dirige le fluide de travail en provenance de la première turbine 12 directement vers la seconde turbine 12’. Dans cette position, dans le cas où la température de l’échangeur 11’ est jugé insuffisante, la vanne 20 permet de le court-circuiter et de placer les deux turbines 12, 12’ directement en série l’une avec l’autre, sans échange thermique intermédiaire avec le liquide de refroidissement traversant l’échangeur 11’ alors insuffisamment chaud ou animé d’un débit trop faible ou encore lorsque l’actionneur 6b’ ferme la sortie S62’ du second dispositif thermostatique 6’. II est alors avantageux de faire traverser au fluide de travail l’échangeur thermique 11 uniquement, avec le fluide de refroidissement le plus chaud.
Dans sa seconde position de fonctionnement, cette vanne 20 dirige le fluide de travail en provenance de la première turbine 12 à travers l’échangeur 11’ vers la seconde turbine 12’. Dans cette position la boucle 10 d’échange thermique décrite en figure 8 permet s’assurer le cycle Rankine décrit en figure 7.
Les figures 9 et 10 présentent une variante du précédent mode de réalisation dans lequel la boucle 10 de Rankine est réversible, c’est à dire dans laquelle :
Dans une première configuration conventionnelle décrite en figure 9, les échangeurs 11 et 11’ ont pour source chaude le circuit de refroidissement du moteur tandis que l’échangeur 13 a pour source froide le second circuit de refroidissement.
Dans une seconde configuration dite « pompe à chaleur >> décrite en figure 10, 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. Selon cette configuration, la boucle 10 d’échange thermique permet de transférer au circuit de refroidissement du moteur thermique 1 les calories absorbées au second circuit de refroidissement et à l’air extérieur.
A cet effet, la boucle 10 d’échange thermique est aménagée de façon appropriée, comme illustrée en figure 9 ou 10, 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 une partie de la boucle 10 d’échange thermique puisse 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.
Une voie de la vanne V1 est reliée à la sortie de la seconde turbine 12’, une autre voie est reliée à l’entrée de fluide de travail, Ef13 de l’échangeur 13, une autre voie est reliée à l’entrée de la première turbine 12.
Une voie de la vanne V2 est reliée à la sortie de la seconde turbine 12’, une autre voie est reliée à l’entrée de la première turbine 12, une autre voie est reliée à la sortie de fluide de travail, Sf 11 de l’échangeur 11.
Une voie de la vanne V3 est reliée à la sortie de la pompe 14, une autre voie est reliée à l’entrée de fluide de travail Et 11 de l’échangeur 11, une autre voie est reliée à la sortie de fluide de travail Sf13 de l’échangeur 13, une autre voie est reliée à l’entrée de la pompe 14.
Plus précisément en mode conventionnel (figure 9) :
- La vanne trois voies V1 met en communication la sortie de la seconde turbine 12’ avec l’entrée de fluide de travail, Et 13 de l’échangeur 13, et condamne la communication avec l’entrée de la première turbine 12 ;
- 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 première turbine 12, et condamne la communication avec la sortie de la seconde 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.
Ainsi, dans le mode conventionnel, le fluide de travail comprimé par la pompe 14 (point B en figure 7) traverse, par la position prise par la vanne distributrice V3, l’échangeur 11 alors source chaude, au sein duquel il subit une évaporation et une première surchauffe (étape B => C’ en figure 7) avant de traverser, par la position prise par la vanne V2, la première turbine 12 et y subir une première détente (étape C’ => D). La vanne 20 autorise le fluide de travail à traverser l’échangeur 11 ’ pour y subir une seconde surchauffe (étape D => C”) puis traverser la seconde turbine 12’ pour y subir une seconde détente (étape C” => Dj. Les positions prises par les vannes V1 et V2 dirigent alors le fluide de travail en entrée Ef13 de l’échangeur 13 pour y être condensé (étape D’ => A). La vanne distributrice V3 dirige alors le fluide de travail depuis la sortie Sf13 de l’échangeur 13 vers l’entrée de la pompe 14 pour y subir une compression (étape A => B).
En mode « pompe à chaleur » (figure 10), la circulation du fluide de travail est inversée dans une partie de la boucle 10. En gardant cependant les mêmes références pour les entrées / sorties des échangeurs 11,13 que celles de la figure 9:
- La vanne trois voies V1 met en communication l’entrée Ef13 de l’échangeur 13 avec l’entrée de la première turbine 12 ;
- La vanne trois voies V2 met en communication la sortie de la seconde turbine 12’ avec la sortie, Sf11 de l’échangeur 11, et condamne la communication avec l’entrée de la première turbine 12 ;
- La vanne distributrice quatre voies V3 met en communication la sortie du compresseur 14 avec la sortie Sf 13 de l’échangeur 13 ainsi que l’entrée Ef11 de l’échangeur 11 avec l’entrée du compresseur 14.
Ainsi, dans le mode « pompe à chaleur », le fluide de travail comprimé par la pompe 14 traverse, par la position prise par la vanne distributrice V3, l’échangeur 13 alors source chaude, au sein duquel il absorbe de la chaleur avant de traverser, par la position prise par la vanne V1, la première turbine 12 et y subir une première détente. La vanne 20 alors fermée autorise le fluide de travail à traverser la seconde turbine 12’ pour y subir une seconde détente: les deux turbines 12 et 12’ sont ainsi associées en série l’une de l’autre. Les positions prises par les vannes V1 et V2 dirigent alors le fluide de travail en sortie Sf 11 de l’échangeur 11 pour y être condensé. La vanne distributrice V3 dirige alors le fluide de travail depuis l’entrée Ef11 de l’échangeur 11 vers l’entrée de la pompe 14 pour y subir une compression.
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 10 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 les organes de détente 12, 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 ne devient énergétiquement plus pertinent de pomper via la boucle Rankine les pertes thermiques du second circuit de refroidissement et de l’environnement extérieur, la boucle Rankine passe du mode pompe à chaleur (illustré en figure 10) au mode conventionnel (illustré en figure 9), notamment par adaptation de la position des vannes V1, V2, V3 implantées sur la boucle Rankine.
Les figures 11 et 12 présentent une autre architecture de boucle 10 d’échange thermique réversible, respectivement dans le mode conventionnel et dans le mode pompe à chaleur. Dans cette architecture, l’évaporation et la surchauffe sont dans le mode conventionnel (figure 11) réalisées au sein d’un même échangeur, par exemple, l’échangeur 11, où la circulation du fluide de travail est dédoublée et s’effectue par exemple à contre-courant de la circulation réalisant la première évaporation.
Dans le mode conventionnel, 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. Dans la seconde configuration dite « pompe à chaleur », 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.
Dans cette architecture :
Une voie de la vanne V1 est reliée à la sortie de la seconde turbine 12’, une autre voie est reliée à l’entrée de fluide de travail, Ef13 de l’échangeur 13, une autre voie est reliée à l’entrée de la première turbine 12.
Une voie de la vanne V2 est reliée à la sortie de la seconde turbine 12’, une autre voie est reliée à l’entrée de la première turbine 12, une autre voie est reliée à la sortie de fluide de travail, Sf 11 de l’échangeur 11.
Une voie de la vanne V3 est reliée à la sortie de la pompe 14, une autre voie est reliée à l’entrée de fluide de travail Et 11 de l’échangeur 11, une autre voie est reliée à la sortie de fluide de travail Sf13 de l’échangeur 13, une autre voie est reliée à l’entrée de la pompe 14.
La vanne tout ou rien 20 est une vanne quatre voies, avec une voie reliée à la sortie de la première turbine 12, une voie reliée à l’entrée de la seconde turbine 12’, une voie reliée à une seconde entrée Ef11b de fluide de travail dans l’échangeur 11 et une voie reliée à une seconde sortie Sf 11 b de fluide de travail dans l’échangeur 11.
Plus précisément, les traits plus épais représentant les portions du circuit dans lesquels du fluide de travail circule, en mode conventionnel (figure 11) :
- La vanne trois voies V1 met en communication la sortie de la seconde turbine 12’ avec l’entrée de fluide de travail, Et 13 de l’échangeur 13, et condamne la communication avec l’entrée de la première turbine 12 ;
- 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 première turbine 12 et condamne la communication avec la sortie de la seconde turbine 12’ ;
- La vanne distributrice quatre voies V3 met en communication la sortie du compresseur 14 avec l’entrée de fluide de travail, Et 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.
- la vanne 20 met en communication la sortie de la première turbine 12 avec la seconde entrée Ef11b de fluide de travail dans l’échangeur 11 pour réaliser la seconde surchauffe et met en communication la seconde sortie Sf11b de fluide de travail avec l’entrée de la seconde turbine 12’.
En mode « pompe à chaleur >> (figure 12), la circulation du fluide de travail est inversée dans une partie de la boucle 10. En gardant cependant les mêmes références pour les entrées / sorties des échangeurs 11,13 que celles de la figure 11 :
- La vanne trois voies V1 met en communication l’entrée Ef13 de l’échangeur 13 avec l’entrée de la première turbine 12,
- La vanne trois voies V2 met en communication la sortie de la seconde turbine 12’ avec la première sortie, Sf11 de l’échangeur 11, et condamne la communication avec l’entrée de la première turbine 12 ;
- La vanne distributrice quatre voies V3 met en communication la sortie du compresseur 14 avec la sortie Sf 13 de l’échangeur 13 ainsi que l’entrée Ef11 de l’échangeur 11 avec l’entrée du compresseur 14.
- la vanne 20 met en communication la sortie de la première turbine 12 avec l’entrée de la seconde turbine 12’, qui sont alors associées en série, et condamne le second passage du fluide de travail à travers l’échangeur 11, depuis la sortie de la première turbine 12 et la seconde entrée Ef11b de l’échangeur 11, vers l’entrée de la seconde turbine 12’ depuis la seconde sortie Sf 11 b de l’échangeur 11.
Les figures 13 et 14 présentent une autre architecture de boucle 10 d’échange thermique réversible, respectivement dans le mode conventionnel et dans le mode pompe à chaleur. Dans cette architecture, l’évaporation et la surchauffe sont réalisées, dans le mode conventionnel (figure 13), dans un échangeur dédié, l’évaporation dans l’échangeur 11 et la seconde surchauffe dans l’échangeur 11’, tandis qu’une seule turbine 12 est utilisée. Le fluide ayant subi la seconde surchauffe est réintroduit dans la même turbine.
Dans cette architecture :
Une voie de la vanne V1 est reliée à la sortie de la turbine 12, une autre voie est reliée à l’entrée de fluide de travail, Ef 13 de l’échangeur 13, une autre voie est reliée à l’entrée de la turbine 12.
Une voie de la vanne V2 est reliée à la sortie de la turbine 12, une autre voie est reliée à l’entrée de la turbine 12, une autre voie est reliée à la sortie de fluide de travail, Sf 11 de l’échangeur 11.
Une voie de la vanne V3 est reliée à la sortie de la pompe 14, une autre voie est reliée à l’entrée de fluide de travail Ef 11 de l’échangeur 11, une autre voie est reliée à la sortie de fluide de travail Sf13 de l’échangeur 13, une autre voie est reliée à l’entrée de la pompe 14.
La vanne tout ou rien 20 est une vanne deux voies, avec une voie reliée à la sortie de la turbine 12 en amont de la communication avec la vanne V1 et une voie reliée à l’entrée du second échangeur 11’.
Plus précisément, les traits plus épais représentant les portions du circuit dans lesquels du fluide de travail circule, en mode conventionnel (figure 13) :
- 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, et condamne la communication avec l’entrée de la turbine 12 ;
- 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 et condamne la communication avec la sortie de la 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.
- la vanne 20 met en communication la sortie de la turbine 12 avec l’entrée de fluide de travail du second échangeur 11’.
En mode « pompe à chaleur >> (figure 14), la circulation du fluide de travail est inversée. En gardant cependant les mêmes références pour les entrées / sorties des échangeurs 11,13 que celles de la figure 13 :
- La vanne trois voies V1 met en communication l’entrée Ef13 de l’échangeur 13 avec l’entrée de la première turbine 12,
- La vanne trois voies V2 met en communication la sortie de la turbine 12 avec la sortie, Sf 11 de l’échangeur 11, et condamne la communication avec l’entrée de la turbine 12 ;
- La vanne distributrice quatre voies V3 met en communication la sortie du compresseur 14 avec la sortie Sf 13 de l’échangeur 13 ainsi que l’entrée Ef11 de l’échangeur 11 avec l’entrée du compresseur 14.
- la vanne 20 coupe la communication entre la sortie de la turbine 12 et l’entrée de fluide de travail du second échangeur 11’.
Les figures 15 et 16 présentent une autre architecture de boucle 10 d’échange thermique réversible, respectivement dans le mode conventionnel et dans le mode pompe à chaleur. Dans cette architecture, l’évaporation et la surchauffe sont réalisées dans le mode conventionnel (figure 15) au sein d’un même échangeur, par exemple, l’échangeur 11, où la circulation du fluide de travail est dédoublée et s’effectue par exemple à contre-courant de la circulation réalisant la première évaporation. Dans cette architecture encore, une seule turbine 12 est utilisée. Le fluide ayant subi la seconde surchauffe est réintroduit dans la même turbine.
Dans cette architecture :
Une voie de la vanne V1 est reliée à la sortie de la turbine 12, une autre voie est reliée à l’entrée de fluide de travail, Et 13 de l’échangeur 13, une autre voie est reliée à l’entrée de la turbine 12.
Une voie de la vanne V2 est reliée à la sortie de la turbine 12, une autre voie est reliée à l’entrée de la turbine 12, une autre voie est reliée à la première sortie de fluide de travail,
Sf 11 de l’échangeur 11.
Une voie de la vanne V3 est reliée à la sortie de la pompe 14, une autre voie est reliée à la première entrée de fluide de travail Et 11 de l’échangeur 11, une autre voie est reliée à la sortie de fluide de travail Sf 13 de l’échangeur 13, une autre voie est reliée à l’entrée de la pompe 14.
La vanne tout ou rien 20 est une vanne deux voies, avec une voie reliée à la sortie de la turbine 12, en amont de la communication avec la vanne V1, et une voie reliée à la seconde entrée Et 11 b de l’échangeur 11.
Plus précisément, les traits plus épais représentant les portions du circuit dans lesquels du fluide de travail circule, en mode conventionnel (figure 15) :
- La vanne trois voies V1 met en communication la sortie de la turbine 12 avec l’entrée de fluide de travail, Et 13 de l’échangeur 13, et condamne la communication avec l’entrée de la turbine 12 ;
- La vanne trois voies V2 met en communication la première sortie de fluide de travail Sf 11 de l’échangeur 11 avec l’entrée de la turbine 12 et condamne la communication avec la sortie de la turbine 12 ;
- La vanne distributrice quatre voies V3 met en communication la sortie du compresseur 14 avec la première 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 ;
- la vanne 20 met en communication la sortie de la turbine 12 avec la seconde entrée Ef 11 b de fluide de travail de l’échangeur 11.
Dans cette configuration, une partie seulement du fluide de travail, celle circulant dans l’échangeur 11 en étant entrée par la seconde entrée Ef11b, subit la seconde surchauffe avant de retourner à la turbine 12.
En mode « pompe à chaleur >> (figure 16), la circulation du fluide de travail est inversée. En gardant cependant les mêmes références pour les entrées / sorties des échangeurs 11,13 que celles de la figure 15 :
- La vanne trois voies V1 met en communication l’entrée Ef13 de l’échangeur 13 avec l’entrée de la turbine 12,
- La vanne trois voies V2 met en communication la sortie de la turbine 12 avec la sortie, Sf 11 de l’échangeur 11, et condamne la communication avec l’entrée de la turbine 12 ;
- La vanne distributrice quatre voies V3 met en communication la sortie du compresseur 14 avec la sortie Sf 13 de l’échangeur 13 ainsi que l’entrée Ef11 de l’échangeur 11 avec l’entrée du compresseur 14 ;
- la vanne 20 coupe la communication entre la sortie de la turbine 12 et la seconde entrée Ef 11 b de fluide de travail de l’échangeur 11.
La double évaporation permet à la fois d’augmenter l’efficacité thermique du cycle thermodynamique et de s’affranchir de problèmes de fiabilité dus par exemple à l’érosion des pâles de la turbine par l’impact de gouttelettes de liquide animées d’une grande vitesse, sans recourir à des composants coûteux résistant à ces difficultés, ou additionnels (par exemple, mise en place d’une surchauffe de la vapeur et/ou d’un sousrefroidissement du liquide).
L’ensemble de motorisation de l’invention propose une architecture qui permet de valoriser les pertes thermiques dans le circuit caloporteur et des gaz d’échappement recirculés 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.
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 mises en œuvre, davantage disponible et moins dépendante du niveau de charge de la chaîne de traction.
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.
Cette architecture est également adaptable à des chaînes de traction hybride-électrique ce qui permet une mutualisation des composants.
Claims (7)
- Revendications1. Ensemble de motorisation comprenant :- un moteur (1) à combustion interne équipé d’un circuit de refroidissement destiné recevoir un liquide de refroidissement,- une boucle (10) de Rankine utilisant un fluide de travail et comprenant des moyens d’échange thermique (11, 11 j entre le fluide de travail et le liquide de refroidissement du circuit de refroidissement utilisant ce circuit de refroidissement comme source chaude, et des moyens de détente (12, 12’) aptes à transformer de l’énergie provenant de la détente du fluide de travail en énergie mécanique, caractérisé en ce que les moyens de détente (12, 12’) et les moyens d’échange thermique (11, 11 j sont reliés fluidiquement de sorte que le cycle thermodynamique d’au moins une partie du fluide de travail de la boucle (10) de Rankine comprend une étape d’évaporation suivi d’une première surchauffe, suivi d’une première détente, suivi d’une seconde surchauffe, suivi d’une seconde détente.
- 2. Ensemble de motorisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les étapes d’évaporation et de surchauffe s’effectuent à travers un seul échangeur (11) à double circulation distincte de fluide de travail.
- 3. Ensemble de motorisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’évaporation et la première surchauffe s’effectuent à travers un premier échangeur thermique (11) et la seconde surchauffe à travers un second échangeur thermique (11 j, le premier et le second échangeur thermique (11, 11 j étant disposés à des endroits différents du circuit de refroidissement.
- 4. Ensemble de motorisation selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que l’évaporation et la première surchauffe s’effectuent à travers un échangeur thermique (11) disposé fluidiquement, relativement au sens de circulation du liquide de refroidissement au sein du circuit de refroidissement, en aval d’un échangeur de refroidissement (5) des gaz d’échappement recirculés vers l’admission du moteur (1).
- 5. Ensemble de motorisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première détente et la seconde détente s’effectuent par des moyens de détente (12) communs.
- 6. Ensemble de motorisation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première détente et la seconde détente s’effectuent par des moyens de détente (12, 12 j distincts.Ί. Ensemble de motorisation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boucle (10) de Rankine comprend des vannes (V1, V2, V3) et des moyens de commande de ces vannes, ces vannes étant agencées de sorte que dans un premier mode de fonctionnement, les moyens d’échange thermique (11, 11 j entre le5 fluide de travail et le liquide de refroidissement du circuit de refroidissement du moteur thermique (1) utilisent ce circuit de refroidissement comme source chaude, et dans un second mode de fonctionnement, les moyens d’échange thermique (11, 11 j entre le fluide de travail et le liquide de refroidissement du circuit de refroidissement du moteur thermique (1) utilisent ce circuit de refroidissement comme source froide.10 8. Ensemble de motorisation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boucle (10) de Rankine comprend une vanne (20) et des moyens de commande de cette vanne, cette vanne étant agencée de sorte que dans un premier mode de fonctionnement, la circulation du fluide de travail dans les moyens d’échange thermique pour la seconde surchauffe est autorisée et dans un second mode de15 fonctionnement, cette circulation est interdite.
- 9. Véhicule, caractérisé en ce qu’il est équipé d’un ensemble de motorisation selon l’une quelconque des revendications précédentes.1/7
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