Contribution to the study of waste heat recovery systems on commercial truck diesel engines

par Nicolas Espinosa

Thèse de doctorat en Science et ingénierie des matériaux et métallurgie

Sous la direction de Hubert Scherrer, Myriam Lazard et de Vincent Lemort.

Soutenue le 24-10-2011

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL en cotutelle avec l'Université de Liège , dans le cadre de EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux , en partenariat avec LEM-IJL - Laboratoire d'Electrochimie des Matériaux / Institut Jean Lamour - UMR 7198 (laboratoire) .

Le président du jury était Pierre Duysinx.

Le jury était composé de Hubert Scherrer, Myriam Lazard, Vincent Lemort, Pierre Duysinx, Georges Descombes, Jocelyn Bonjour, Michell De Paeppe, Pierre Dewalleff.

Les rapporteurs étaient Georges Descombes, Jocelyn Bonjour.

  • Titre traduit

    Contribution à l'étude de systèmes de récupération d'énergie sur moteur Diesel de véhicules industriels


  • Résumé

    L'augmentation du prix du pétrole ainsi qu'une possible future réglementation des émissions de CO2 encourage les fabricants de véhicules industriels à trouver de nouvelles solutions pour améliorer encore la performance de la chaine cinématique. Dans ce cadre, deux solutions de récupérations d'énergie prometteuses sont très souvent rapportées dans la littérature: le système de récupération d'énergie par cycle de Rankine et le générateur thermoélectrique. Après un rappel des conditions limites du fonctionnement d'un camion long routier, cette thèse démontre tout d’abord la modélisation 0-D et 1-D (logiciels commerciaux utilisés) de ces deux systèmes de récupération d’énergie. Pour le générateur thermoélectrique, des études paramétriques (hauteur de jambe thermoélectrique, prix, puissance électrique produite) sont effectuées se basant principalement sur l'utilisation de deux matériaux prometteurs. Une conception du système Rankine est présentée et modélisée avec le solveur 1-D. Des validations partielles sont réalisées sur les composants (turbine). Ce modèle a ensuite permis d'étudier les transitoires du système ainsi que la charge en réfrigérant et un système de contrôle possible. Cette étude montre que le générateur thermoélectrique n’est pas encore mature pour son utilisation dans un camion long routier. Le système Rankine doit quant à lui être testé sur un camion prototype pour pouvoir véritablement estimer son potentiel final


  • Résumé

    Fuel price increase as well as future fuel consumption regulations lead truck manufacturers to further enhance the current powertrain. In such a context, two waste heat recovery technologies appear as promising: the Rankine system as well as the thermoelectric generator. After a reminding of truck boundary conditions, this thesis work defines 0-D and 1-D modeling (commercial tool used) for both systems.For the thermoelectric generator , parametric 1-D studies are done on the integration/design (number of thermoelements, price, electrical power) of a thermoelecric generator upstream the existing engine exhaust gas recirculation cooler. Main studies are done with thermoelectric materials but other materials are also considered. A Rankine system design is presented and modeled under a 1-D solver. Preliminary validations are presented. Transient aspects are evaluated to better understand the behavior of the system and its bottlenecks. The amount of refrigerant in the circuit and the control schematic are also addressed.From these studies, it appears that the thermoelectric generator technology is not yet mature for a long haul truck due to the low performance of thermoelectric materials. The Rankine system technology should handle a complete truck prototype testing to estimate its potential



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 24-10-2021

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Lorraine. Direction de la documentation et de l'édition. BU Ingénieurs.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.