EP3662153A1 - Moteur a source chaude externe a boisseaux - Google Patents

Moteur a source chaude externe a boisseaux

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EP3662153A1
EP3662153A1 EP18758546.8A EP18758546A EP3662153A1 EP 3662153 A1 EP3662153 A1 EP 3662153A1 EP 18758546 A EP18758546 A EP 18758546A EP 3662153 A1 EP3662153 A1 EP 3662153A1
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EP
European Patent Office
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plug
working chamber
engine
working gas
cylinder
Prior art date
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Application number
EP18758546.8A
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German (de)
English (en)
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EP3662153B1 (fr
Inventor
Frédéric Olivier THEVENOD
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HEVATECH
Original Assignee
H2p Systems
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Publication date
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Publication of EP3662153A1 publication Critical patent/EP3662153A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3662153B1 publication Critical patent/EP3662153B1/fr
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    • F01L7/00—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
    • F01L7/16—Sealing or packing arrangements specially therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02G1/02—Hot gas positive-displacement engine plants of open-cycle type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L7/02—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves
    • F01L7/021—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves with one rotary valve
    • F01L7/025—Cylindrical valves comprising radial inlet and side outlet or side inlet and radial outlet
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    • F01L7/02—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves
    • F01L7/026—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves with two or more rotary valves, their rotational axes being parallel, e.g. 4-stroke
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    • F01L7/18—Component parts, details, or accessories not provided for in preceding subgroups of this group
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2242/00—Ericsson-type engines having open regenerative cycles controlled by valves
    • F02G2242/02—Displacer-type engines
    • F02G2242/04—Displacer-type engines having constant working volume
    • F02G2242/06—Displacer-type engines having constant working volume with external drive displacers
    • F02G2242/10—Displacer-type engines having constant working volume with external drive displacers having mechanically actuated valves, e.g. "Gifford" or "McMahon engines"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2270/00—Constructional features
    • F02G2270/90—Valves

Definitions

  • the present invention relates to an external hot-spring engine.
  • External hot-spring engines for example of the Ericsson type, are experiencing renewed interest and development, with the aim of reducing pollutant emissions or reducing energy consumption by upgrading heat rejections.
  • This type of engine operates between two heat sources external to the engine via heat exchangers. It uses valves to control the flow of working fluid (in the gas phase) between two chambers, one of compression and the other of relaxation.
  • valves actuated by cams are also known.
  • This type of distribution has various limitations.
  • the pressure on the face of the valve opposite to the working chamber must be low.
  • the maximum lift of the valve is low if the duration (measured in degrees of rotation angle of the cam) opening of the valve is low.
  • camming is energy intensive.
  • volumetric machines such as compressors, which use a valve distribution are also known.
  • This solution requires that the pressure differential on each valve always has, at each stage of the operating cycle of the machine, a value and a direction appropriate for the valve is in the - open or closed - state necessary for the considered stage of the machine. cycle.
  • an external hot source such as those described in the two patent applications FR 2 905 728 and FR 2,954,799
  • the working gas is compressed in a working chamber, then transferred to a hot source, and from there re-transferred to the same working chamber at the beginning of an expansion time of this chamber.
  • the two aforementioned transfers of the working gas must be brief and operate through a passage section large enough to minimize the pressure drop.
  • the object of the present invention is to propose an external hot-spring engine making it possible to remedy at least in part the problems mentioned above. It also aims to provide a compact engine.
  • an external hot-spring engine comprising:
  • a cylinder head defining, with the piston and the cylinder, a working chamber for a working gas
  • a distribution mounted in the cylinder head and selectively communicating the working chamber with the following resources:
  • the distribution comprises at least one rotary plug rotatably mounted in the cylinder head and has internal passages opening through its side wall by at least one mouth which selectively communicates with the working chamber by at least one light made in the breech.
  • the engine according to the invention has the advantage, compared to devices comprising valves, of distributing gas flows with little loss of load, via sections of large passages for very short times. Compared to an engine implementing an ERICSSON cycle, the engine according to the invention makes it possible to significantly divide the friction and the pressure losses. It improves engine performance while reducing the number of parts and thus the size and weight of the engine.
  • plug means a cylindrical element comprising internal passages in which the working gas can circulate.
  • An internal passage is for example a conduit.
  • the plug is arranged so that its axis of rotation is perpendicular to the axis of the cylinder above which it is arranged.
  • the plug is located between the working chamber and the exchanger along the path of the working gas.
  • the rotary movement of the plug is synchronized with the reciprocating movement of the piston, so that the working gas can pass through the plug via the internal passages, and thus distribute the gas between the working chamber and the exchanger.
  • each internal passage communicates with at least two openings formed through the side wall of the plug, each opening being at one of the two ends of the internal passage.
  • the working gas flows between the working chamber and the cold inlet of the exchanger by passing through at least one lumen of the cylinder head and at least one internal passage of the rotary plug.
  • Mouthpiece is a plug opening that selectively coincides with at least one lumen in the cylinder head.
  • the plug distribution system makes it possible to propose a large section for the passage of the working gas, especially as soon as a mouthpiece begins to coincide with a light of the cylinder head.
  • the passage section increases rapidly, for example linearly, until the mouth coincides perfectly with the light of the cylinder head.
  • a cam actuates a valve according to a substantially sinusoidal law so that the section of passage of the working gas increases very slowly at the beginning of the opening movement.
  • the bushel distribution allows the thermodynamic cycle, of the four-stroke type, to be carried out according to:
  • the heated working gas is re-transferred to the working chamber at the beginning of an expansion time of the same working chamber; then
  • the two aforementioned transfers of the working gas are brief and operate through a passage section large enough to minimize the pressure drop.
  • At least one lumen of the yoke is capable of communicating with two internal passages of the plug which open through the side wall of the plug by two mouths aligned circumferentially.
  • the angular difference between the two neighboring mouths is between 5 and 15 degrees.
  • These values, as well as the angular values subsequently provided for the mouths and orifices, are indicated for a rotational speed of the plug between 3000 and 4000 rpm (revolutions per minute) and a temperature of the coolant between 500 ° C and 600 ° C (degrees Celsius).
  • Said two internal passages are, one, a passage through which the working gas enters the working chamber, and the other, a passage through which the working gas leaves the working chamber. This feature allows a working gas exiting the working chamber, and a working gas entering the working chamber, to cross. This avoids an unfavorable phenomenon of relatively low pressure in the working chamber at the beginning of the expansion phase.
  • the bushel comprises: an internal passage intended to circulate the cold and compressed working gas between the working chamber and the cold end of the exchanger, and
  • the working gas entering the exchanger is said to be “cold” in comparison with its higher temperature when it leaves “hot” from the exchanger. It must however be understood that the “cold” working gas entering the exchanger is already warmed by its compression in the working chamber. Similarly, the "cold" end of the exchanger is still at a temperature close to that of the working gas at the end of compression.
  • the distribution is arranged so that towards the end of the compression, the working chamber begins to communicate with the cold end of the exchanger when the pressure in the working chamber is lower than the pressure in the chamber. exchanger.
  • the cold and compressed working gas and / or during compression enters the rotary valve when at least a portion of the mouth coincides with the light to circulate the cold and compressed working gas to the cold end of the exchanger.
  • the section of passage between the working chamber and the mouth increases with the rotation of the bushel. When the mouth of the plug coincides perfectly with the light of the cylinder head, the passage section is maximum. Most, at least 50%, of the volume of cold and compressed working gas then passed through said mouth.
  • the internal passages open through the side wall of the plug by orifices which selectively communicate with fixed connections according to the angular position of the plug.
  • the orifices of the plug make it possible to circulate the working gas from the internal passages of the plug to the connections or from the connections to the internal passages of the plug.
  • the geometry of the at least one plug is such that the orifice is capable of communicating with the corresponding connector when the mouth communicates with the working chamber. This characteristic makes it possible to communicate the working chamber with the connections, so as to circulate the working gas.
  • Said connectors comprise a cold connector communicating with the cold end of the exchanger and a hot connector communicating with the hot end of the exchanger.
  • Said connectors include an inlet connection communicating with the working gas inlet and an exhaust connection communicating with the exhaust of the working gas.
  • mouth and orifice correspond to or qualify openings made through the side wall of the plug.
  • the term mouthpiece is used to describe each opening capable of communicating with the lumen of the cylinder head for the passage of the working gas from the working chamber to the plug or vice versa.
  • the term orifice is used to describe each opening capable of communicating with a connection for the passage of working gas from the plug to the fitting or vice versa.
  • a mouth can not serve as an orifice and vice versa.
  • the at least one mouthpiece is offset axially relative to the at least one orifice.
  • the mouths and orifices or openings of the plug are only arranged through the side wall.
  • the mouths and orifices or openings of the plug may be arranged, in part or solely, through the two axial faces of the plug.
  • the engine comprises a low-pressure valve controlling the selective communication of the working chamber with the intake and the exhaust.
  • the engine comprises a high pressure bushing controlling the selective communication of the working chamber with the hot and cold ends of the exchanger.
  • the bushels may have the same or different diameters. Bushes of identical diameter can simplify the construction of the engine.
  • This embodiment also satisfies the need to provide a relatively large passage section for the gas going to and from the exchanger, since the gas is then compressed, the volume that must flow is smaller than the admission and in the exhaust.
  • a high pressure bushing with a diameter greater than the diameter of the low pressure bushel makes it possible to further enlarge the passage section of the internal passages, going to the exchanger and back.
  • the engine comprises two fixed connections, a connection called “high pressure” and a connection called “low pressure”.
  • the high pressure connection comprises a cold connection communicating with the cold end of the exchanger and a hot connector communicating with the hot end of the exchanger.
  • the low-pressure connection includes an intake connection and an exhaust connection.
  • thermodynamic cycle is carried out in a single cylinder.
  • the breech surmounting the working chamber, supports the high-pressure bushel and the low pressure bushel, which are arranged parallel to each other parallel to the axis of the bushel.
  • the breech has a general geometric shape evoking a triangle. It has a lower face and two curvilinear lateral faces whose upper ends meet.
  • the cylinder head has two concave and opposite lateral faces, each face being arranged to receive a cylindrical plug, by complementarity of form.
  • each lateral face has a section in the shape of an arc of a circle substantially coaxial with the axis of the bushel received.
  • the lights are made in the side faces. Preferably, the lights are of rectangular shapes to limit the losses of charges.
  • the cylinder head has a substantially flat bottom face intended to be in contact with the engine liner.
  • the lower face comprises a chamber opening which defines the inlet of a transition cavity and which, during operation of the motor, extends the volume of the working chamber (similar in shape to the shape of the cylinder) seen parallel to the bush axis.
  • the transition cavity has a substantially triangular shape.
  • the piston head has a shape complementary to the shape of the transition cavity, so that the head can enter the transition cavity.
  • the at least one mouth comprises two mouths for the same internal passage, able to communicate simultaneously with the working chamber, by two lights.
  • Each mouth may coincide with a light.
  • This feature is particularly advantageous in order to find a compromise between a large flow section for the flow of the working gas, limit the pressure drop of said flow and limit the leakage of working gas between the plug and the cylinder head. This compromise is even more important for the high pressure bushel.
  • the gas passes through the two mouths of the high-pressure bushel through the two lumens of the cylinder head so that the flow is divided in two to cross the two lights and the two mouths, forming two lines of flow. After the two mouths, each flow line flows in a duct opening into a common duct.
  • the internal passageway actually has the shape of a Y according to this particular embodiment.
  • the lights and the mouths have a rectangular shape to limit the losses.
  • At least one of the mouths is subdivided by at least one mullion.
  • This feature allows to support sealing devices, placed on the cylinder head, when the at least one mouth passes a light of the cylinder head.
  • the mullions can equip both the mouths of the low-pressure bushel and those of the high-pressure bushel.
  • mullion means a bar designed to subdivide only the mouth without protruding inside the bushel (without dividing the internal passage). It extends circumferentially to connect two longitudinal sides of a mouthpiece so as to prolong the circumference of the bushel.
  • At least one passage comprises two passages leading in parallel to the same resource, capable of simultaneously communicating each with a respective light of the cylinder head. This feature makes it possible to provide a large passage section for the working gas.
  • the flow of the working gas is divided into two flow lines, which flow in two separate internal passages inside the bushel.
  • the two flow lines are divided before entering the two orifices of the bushel and meet after the exit of the two lights of the cylinder head.
  • the shape of the sections and the layout of the internal passages are made to promote the circulation of the working gas in precise directions, for example to promote the suction of the gas, especially to avoid a compression effect in the bushel.
  • they are arranged to limit the differential pressures along each bushel. This limits the friction between the plug and the cylinder head and thus limit the risk of leakage of working gas around the bushel.
  • the external hot-source engine may comprise several cylinders such as an internal combustion engine.
  • the engine may comprise at least two cylinders.
  • the at least one plug may comprise two orifices circumferentially aligned to communicate selectively with the same connection, and each of which communicates with a respective passage associated with a respective one of the cylinders. This feature reduces the size of the bushel and thus the size of the engine.
  • the orifices are opposed for example by 180 degrees and the internal passages upstream of said orifices are adjacent and have a common wall.
  • the bushel is advantageously the same for all the cylinders which are arranged in line with each other.
  • the engine comprises sealing devices to limit gas leaks.
  • the lights are surrounded by sealing devices to close the gap between the peripheral wall of the plug and an adjacent surface of the bolt around each lumen.
  • the sealing device may comprise bars of a material for dry friction, for example graphite.
  • the bars are arranged on the lateral faces of the cylinder head around the lights.
  • a motorization assembly comprising an engine according to one or more of the above-mentioned characteristics and a heat exchanger having a heat-receiving path extending between a cold end and a hot end selectively connected to the working chamber towards the end of a compression phase and to the beginning a relaxation phase, respectively.
  • the working gas flows in the heat-receiving path.
  • the exchanger is of the countercurrent type.
  • the heat exchanger comprises a heat-transfer path traversed in one direction by a heat-transfer fluid, which direction is opposite to the direction of travel of the working gas in the heat-receiving path.
  • the heat-transfer path is distinct from the heat-receiving path.
  • the heat exchanger comprises a heat-transfer path traversed by the exhaust gases of an internal combustion engine. According to another embodiment, the heat exchanger comprises a heat transfer path traversed by a solar heated fluid.
  • FIGS. 1a, 1b, 2a, 2b and 2c are diagrammatic representations of an external hot-source motor comprising two rotary plugs according to the invention, the motor being coupled with a heat exchanger, the motor and exchanger assembly; being seen in section during the main phases of operation of the engine: the figure illustrating a phase of admission of a working gas into the engine cylinder, Figure lb illustrating a gas exhaust phase out of said cylinder, the FIG. 2a illustrating a phase of end of compression of the working gas and during which the gas is also directed towards a cold end of the heat exchanger, FIG.
  • FIG. 2b illustrating a phase in which a plug has a position called “de scan "which allows simultaneous fluid communication of the cold end and the hot end of the exchanger with the engine cylinder
  • Figure 2c illustrating a phase of expansion of the working gas after passing through the exchanger
  • - Figure 3 is a bottom and perspective view of a cylinder head, according to one embodiment, provided for an engine comprising two cylinders, the cylinder head having four slots for each cylinder;
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of an upper part of an engine, according to an embodiment comprising two cylinders, the upper part comprising a cylinder head, according to FIG. 3, bearing on the one hand a said bushel.
  • "Low pressure” covered with a connector, and secondly a bushel said “high pressure” which is seen burst between the cylinder head and a connector provided to cover the high pressure bushel;
  • FIGS. 5a, 5b, 6a and 6b are views showing the angular position of the bushings before and after the phase illustrated in FIG. 2b, FIGS. 5a and 6a illustrating in particular the high-pressure bushel, according to a representation mode similar to FIG. that of FIG. 4, FIGS. 5b and 6b being sectional views of an entire engine, FIGS. 5a and 5b illustrating the angular position of the high pressure ball just before the scanning position and FIGS. 6a and 6b illustrating the position. angular of the high pressure valve just after the scanning position;
  • FIGS. 7a and 7b are views showing the angular position of the bushings during the intake phase of the working gas illustrated in FIG. 1a;
  • FIG. 7a is a perspective view of an upper part of an engine; according to one embodiment comprising two cylinders, the upper part comprising a cylinder head carrying on the one hand a high-pressure plug covered with a coupling, and on the other hand a low-pressure valve which is seen exploded between the cylinder head and a coupling provided to cover the low pressure plug,
  • Figure 7a illustrating in particular the orientation of the low pressure plug along its axis of rotation
  • Figure 7b is a sectional view of an entire engine;
  • FIGS. 8a and 8b are views showing the angular position of the bushings during the exhaust phase of the working gas illustrated in FIG. 1b
  • FIG. 8a is a perspective view in accordance with FIG. 7a and illustrating the orientation. low pressure plug along its axis of rotation
  • Figure 8b is a sectional view of an entire engine.
  • FIGS. 1a, 1b, 2a, 2b and 2c illustrate the main operating phases of an external hot-spring engine 1, and will make it possible to describe the engine, according to an embodiment comprising the essential characteristics.
  • the engine includes:
  • a movable piston 3 arranged to move back and forth in the cylinder 2,
  • a yoke 4 covering the engine block above the cylinder 2, a working chamber 5 being delimited for a working gas, typically air, in the cylinder 2 between the piston 3 and the yoke 4,
  • a distribution mounted in the cylinder head 4, arranged and configured to selectively communicate the working chamber 5 with the following resources:
  • the motor is connected to a heat exchanger 6 for heat exchange between the working gas, said heat-receiving fluid, and a heat-transfer fluid.
  • the heat exchanger 6 is of the countercurrent type. It comprises a heat transfer path 61 traversed by the heat-transfer fluid from the left to the right. It further comprises a heat-receiving path 62, shown below the heat-transfer path 61, with reference to Figs. 1a-2c, so that the working gas travels the heat-receiving path from right to left.
  • the heat-transfer path is distinct from the heat-receiving path.
  • the quenching fluid is, for example, the exhaust gas of an internal combustion engine.
  • the heat exchanger 6 is connected to the engine via connectors and hoses so as to circulate the working gas from the engine to the exchanger and vice versa. Similarly, one or more connections or pipes are connected to the engine to achieve admission and exhaust.
  • the distribution comprises two rotary bushings 20, 30 rotatably mounted in the yoke 4, above the working chamber 5.
  • the axes of rotation of the two bushels are parallel to each other and orthogonal to the axis of the cylinder 2.
  • the bushings comprise a "low pressure" plug 30 arranged and configured to control the selective communication of the working chamber 5 with the inlet A and the exhaust D.
  • the bushings comprise a bushel called “high pressure” 20 arranged and configured to control the selective communication of the working chamber 5 with the hot ends C and cold B of the exchanger 6.
  • the high pressure valve 20 is used solely to control the circulation of the working gas between the chamber work and the exchanger.
  • the low pressure bushel is only used to control the intake and exhaust. This characteristic makes it possible to simplify the construction of the engine by dissociating the so-called "high pressure” flows and so-called “low pressure” flows and to reduce its bulk.
  • Bushings have identical diameters to simplify the construction of the engine.
  • Each plug 20, 30 includes internal passages for conducting the working gas between the working chamber 5 and the resources.
  • Each internal passage has two ends that open through the side wall of a bushel each by at least one opening.
  • the distribution is arranged and configured so that the rotating movements bushels are synchronized with the reciprocating movement of the piston, so that the working gas can pass through the bushings via the internal passages.
  • the openings are arranged and configured to selectively coincide with at least one lumen in the yoke and at least one lumen in a fixed fitting.
  • Mouth is the opening opposite the light of the cylinder head during the passage of the working gas between the working chamber and the plug or vice versa.
  • the orifice is called an opening opposite a connection when the working gas passes between the plug and said coupling or vice versa.
  • a mouth can not serve as an orifice and vice versa.
  • the orifices have an axial offset with the mouths.
  • the low pressure bushel comprises:
  • an internal passage comprising an intake mouth and an intake orifice
  • an internal passage comprising an exhaust mouth and an exhaust orifice
  • the high pressure bushel comprises:
  • an internal passage comprising at least one cold mouth and at least one cold orifice
  • an internal passage comprising at least one hot mouth and at least one hot orifice.
  • thermodynamic cycle The plug distribution enables the thermodynamic cycle to be carried out, the main phases of which will now be described.
  • the phase of admission of a working gas into the working chamber 5 is illustrated.
  • the synchronization of the piston 3 and the plugs 20, 30 is such that the movement of the piston 3 is down during that the rotation of the low pressure plug 30 allows an inlet mouth 32 of the low pressure bushel of communicating with a breech lumen and simultaneously allows an inlet port 34 to communicate with a lumen of an intake port.
  • the working gas passes through the internal passage between the inlet and the intake mouth so as to be admitted into the working chamber 5. Simultaneously, no mouth of the high pressure bush communicates with a breech lumen .
  • the working gas is preferably air taken from the outside environment.
  • FIG. 2a there is illustrated a phase of the end of the compression of the working gas.
  • the synchronization of the piston 3 and the plugs 20, 30 is such that the movement of the piston 3 is rising while the rotation of the high-pressure valve 20 allows a cold mouth 21 of the high-pressure valve to communicate with a light of the cylinder head and simultaneously allows a cold orifice 23 to communicate with a light of a connection of the cold end B of the exchanger 6.
  • the working gas passes through the internal passage between the cold mouth and the cold orifice so as to be transferred to the exchanger 6 to be heated. Simultaneously, no mouth of the low pressure bushel communicates with a light of the cylinder head.
  • the synchronization of the high pressure valve with respect to the rise of the piston during compression is adjusted so as to limit an unfavorable phenomenon of relatively high pressure in the working chamber.
  • the synchronization of the piston 3 and the plugs 20, 30 is such that the piston 3 is at the top dead center while the rotation of the high-pressure valve 20 allows a double circulation of working gas at the inside of the latter.
  • the cold mouth 21 of the high pressure plug 20 at least partially coincides with the same lumen of the cylinder head as before, and simultaneously the cold orifice 23 coincides at least partially with the same light of a cold end connection B of the exchanger 6, as previously.
  • a cold internal passage of the high pressure bushel allows the working gas to be transferred from the working chamber to the exchanger 6, via the cold end B.
  • the synchronization allows a hot mouth 22 to coincide at least partially with the same light as for the cold mouth 21, and simultaneously allows at a hot orifice 24 to at least partially coincide with a lumen of a connection of the hot end C of the heat exchanger 6.
  • a hot internal passage distinct from the cold internal passage, allows the working gas to be transferred of the exchanger 6, via the hot end C, to the working chamber 5.
  • a communication between the cold end B and the hot end C of the exchanger is then established so that a portion of the working gas entering and a portion of the outgoing working gas comes into contact.
  • Working gas still passes through the internal passage between the cold mouth and the cold orifice, and working gas passes through the internal passage between the hot orifice and the hot mouth.
  • the volume of gas previously compressed is in fact distributed in the path between the cold end B and the hot end C of the heat exchanger 6, the working gas being heated by the heat-transfer fluid present in the heat transfer path 61 of the exchanger 6. Simultaneously, no mouth of the low pressure bushel communicates with a light of the cylinder head.
  • the heated working gas leaving the high pressure bush relaxes in the working chamber.
  • the synchronization of the piston 3 and the plugs 20, 30 is such that the movement of the piston 3 is going down while the rotation of the high-pressure plug 20 allows the hot mouth 22 of the high-pressure bushel to communicate. with the same light of the cylinder head as before and simultaneously allows a hot orifice 24 to communicate with the same light, as before, a connection of the hot end C of the heat exchanger 6.
  • the working gas passes through the passage internal between the hot orifice 24 and the hot mouth 22 so as to be transferred from the exchanger 6 to the working chamber to be relaxed. Simultaneously, no mouth of the low pressure bushel communicates with a light of the cylinder head.
  • the exhaust connector and the inlet fitting form a single piece comprising at least one intake inlet and at least one exhaust outlet, each of the resources being transferred into a respective conduit.
  • the exhaust connector and the inlet fitting form a single piece comprising at least one intake inlet and at least one exhaust outlet, each of the resources being transferred into a respective conduit.
  • the transfers of the working gas are brief and take place through a passage section large enough to minimize the pressure drops.
  • the thermodynamic cycle can be performed in a single cylinder, the motor has a very small footprint compared to the external hot-spring engine of the prior art.
  • an external hot-spring engine comprising two cylinders.
  • a yoke 4 arranged and configured to be installed on an external hot-spring engine comprising two cylinders arranged in an assembly called "in line".
  • the yoke 4 is then provided to overcome an engine block in which two cylinders are formed. It has a lower face 46 and two side faces (not visible in Figure 3) for respectively supporting the high pressure plug and the low pressure plug, which are arranged parallel to one another.
  • the lower face 46 is substantially flat and is intended to be in contact with the engine liner. It comprises two chamber openings 46a, 46b, each chamber opening being provided to coincide with a cylinder of the engine. Each chamber opening 46a, 46b defines an inlet for a transition cavity 45 dug inside the cylinder head.
  • the transition cavity 45 has a substantially triangular shape and is, in operation, vis-à-vis the working chamber.
  • the piston head has a shape complementary to the shape of the transition cavity, so that the head can enter the transition cavity.
  • the volume of the cavity extends the volume of the working chamber.
  • the yoke comprises eight lumens, four lumens being provided per cylinder (four on the left side and four on the right side of FIG. 3) for circulating the working gas according to the phases. described above.
  • two lights called “high pressure” 41hp are provided to circulate the gas to the high pressure ball and vice versa, and two lights called “low pressure” 41bp are provided to circulate the working gas to the low pressure bushel and vice versa.
  • the high pressure lights 41hp are made on the same first side face of the cylinder head.
  • the low pressure lights 41bp are formed on the same side face of the cylinder head opposite the first face; the four lights opening into a transition cavity.
  • FIG. 4 there is shown a high engine arranged and configured to be installed on a jacket of an external hot-spring engine comprising two cylinders arranged according to a mounting said "in line ".
  • the high engine comprises a cylinder head 4, in accordance with FIG. 3, on which is mounted a low-pressure valve 30, only one end of which is visible in FIG. 4.
  • the low-pressure valve is covered with a low-pressure connector 70 which will be described. in more detail below.
  • the yoke 4 has on a side face a receiving surface 40 on which a rotary plug, here the high pressure plug 20, can be received.
  • the receiving surface 40 has a concave shape, so as to co-operate formally with the high pressure plug 20.
  • the receiving surface has a circular arc-shaped section substantially coaxial with the axis of the bushel received .
  • the arrangement of the yoke 4 is substantially symmetrical with respect to the shape of the side faces.
  • the high pressure bushel as the low pressure bushel has, in a cross section, a circular outer shape.
  • the two bushings have a substantially identical diameter.
  • the receiving surface 40 comprises four high pressure ports 41hp: two adjacent pairs of lights 41a, 41b, each pair being provided to cooperate with a cylinder.
  • the lights Preferably, the lights have a rectangular shape to limit the pressure losses during the circulation of the flow of working gas.
  • FIG. 4 shows the high-pressure plug in a particular angular position when the synchronization of the motor is such that:
  • cylinder a the working gas undergoes a compression phase
  • cylinder b For the other cylinder, called “cylinder b", the working gas undergoes a relaxation phase.
  • the yoke 4 comprises two slots 41a provided to overcome the cylinder a, and two slots 41b provided to overcome the cylinder b.
  • the high-pressure valve 20 comprises two adjacent cold mouths 21a, of identical dimensions and aligned on the periphery of the bushel, along a direction parallel to the axis of rotation of the bushel.
  • the cold mouths have a substantially rectangular shape whose longitudinal dimension extends in a direction which is parallel to the axis of rotation of the plug.
  • the cold mouths 21a are intended to coincide with the lumens 41a of the cylinder head so that the working gas can flow from the working chamber of the cylinder a to the high-pressure valve 20.
  • a cold orifice 23a arranged at the periphery of the high pressure plug.
  • the orifice 23a is intended to coincide with a slot 63a of the high-pressure connection 60.
  • the orifice 23a has a rectangular shape whose longitudinal dimension extends in a direction which is orthogonal to the axis of rotation of the plug.
  • the slots 41 are spaced apart from each other so that the orifices (cold and hot) are vis-à-vis the receiving surface 40 of the yoke 4 between two slots.
  • the spacing between two transverse edges of two adjacent lumens is equal to or greater than the transverse dimension of an orifice.
  • the orifices are sized according to the spacing between two lumens, or the spacing between a lumen and the axial end of the receiving surface.
  • the cold orifice 23a is circumferentially aligned with the circumferential surface separating the two cold mouths 21a.
  • the high pressure plug comprises two adjacent hot mouths 22a, of identical dimensions and aligned on the periphery of the plug, along a direction parallel to the axis of rotation of the plug.
  • the hot mouths have a substantially rectangular shape whose longitudinal dimension extends in a direction which is parallel to the axis of rotation of the plug.
  • the hot mouths 22a are circumferentially aligned with the cold mouths 21a.
  • the hot mouths 22a are intended to coincide with the lights 41a of the cylinder head so that the working gas can flow from the high pressure valve 20 to the working chamber of the cylinder a.
  • the hot mouths 22a and the cold mouths 21a are spaced along the circumference of the plug of a very small angular displacement, for example 5 to 15 degrees.
  • the angular deflection is chosen so that a light 41 can communicate simultaneously with a cold mouth and a hot mouth.
  • each hot mouth has, along the circumference of the plug, an angular opening of between 20 and 50 degrees, preferably between 25 and 35 degrees. Since the motor carries out four main phases and the internal passages are separated by walls of non-zero thickness, these values are chosen according to a compromise between the need for a large flow section of the flow of working gas, the reduction of the losses of loads and the bulkiness (diameter and length of the bushel).
  • Each cold mouth has, along the circumference of the plug, an angular opening of, for example, between 10 and 40 degrees, preferably between 20 and 30 degrees.
  • each light 41hp has, along the circumference of the receiving surface 40, an angular aperture of, for example, between 15 and 30 degrees.
  • the orifices have, along the circumference of the plug, an angular opening of between 100 and 350 degrees, preferably between 120 and 150 degrees.
  • the motor synchronization is such that no mouth communicates with the lights 41b of the cylinder head.
  • the high-pressure valve comprises a cold orifice 23b intended to coincide with a slot 63b of the high-pressure connection 60 so that the working gas coming from the working chamber of the cylinder b can flow from the high pressure valve to the high pressure connection.
  • the high-pressure valve comprises two hot ports 24b intended to communicate respectively with two ports of the high-pressure connection 60 so that the working gas coming from the hot end of the heat exchanger can flow from the high-pressure connection (via two lights including a light 65 and another light not visible) to the high pressure bushel to the working chamber of the cylinder b.
  • the high-pressure connection 60 has a covering surface 69 arranged and configured to cooperate in complementary form with the peripheral surface left free by the yoke 4.
  • the covering surface 69 has, in a cross section, a substantially circular arc shape .
  • FIGS. 5a, 5b, 6a and 6b the angular positions of the high-pressure valve 20 will be described when the working gas circulates between the working chamber of the cylinder b and the exchanger.
  • FIG. 5a shows the high-pressure plug in a particular angular position when the synchronization of the motor is such that:
  • the working gas compressed and / or being compressed is transferred to the cold end of the exchanger (also visible in Figure 5b).
  • the high pressure plug 20 comprises two cold mouths 21b seen in transparency from the circumference of the plug and in accordance with the cold mouths of FIG. 4.
  • the two cold mouths 21b form the inlet of the internal passage, also seen in FIG. transparency, to a cold orifice 23b.
  • Said internal passage comprises two ducts respectively extending from a cold mouth 21b, then the two ducts join to a common duct, thus forming the internal passage between the two cold mouths 21b and the cold orifice 23b.
  • the synchronization of the engine is such that the cold mouths 21b communicate with the lights 41b of the cylinder head so that the working gas flows from the working chamber of the engine.
  • the cold orifice 23b corresponding to the cold orifice of FIG. 4, communicates with the light 63b of the high-pressure connection 60 so that the working gas flows from the high-pressure bushel to the high pressure connection.
  • the cold mouth 21b coincides perfectly with the light 41b of the cylinder head
  • the cold orifice 23b coincides perfectly with the light 63b of the high-pressure connection.
  • the gas which has been previously compressed in the working chamber by the rise of the piston 3, is pushed back into the internal passage of the high-pressure valve 20.
  • FIG. 6a shows the high-pressure valve in a particular angular position when the synchronization of the engine is such that:
  • the working gas exits the hot end of the exchanger and is transferred to the working chamber of the cylinder b to be relaxed (also visible in Figure 6b).
  • the high-pressure valve 20 comprises two hot orifices 24b conforming to the orifices of FIG. 4.
  • Each hot orifice 24b forms an inlet of an internal passage, seen in transparency from the circumference of the bushel, until a hot mouth 22b, the two hot mouths being also viewed in transparency from the periphery of the bushel.
  • Each internal passage leads in parallel the working gas and communicates respectively and simultaneously with a light of the cylinder head.
  • the flow of the working gas is divided into two flow lines that flow in two separate internal passages inside the bushel.
  • the two flow lines are divided before entering the two orifices 24b of the high pressure bushel and meet after the exit of the two lights 41b of the cylinder head. This feature makes it possible to provide a large flow section of working gas flow.
  • the timing of the motor is such that the hot ports 24b communicate with lights (the light 65 and a second non-visible light) of the high-pressure connector 60 so that the working gas flows from the hot end of the exchanger to the high pressure valve 20, and simultaneously the hot mouths 22b, according to the hot mouths of Figure 4, communicate with the light 41b of the cylinder head so that the working gas flows from the high pressure valve to the working chamber of the cylinder b.
  • the hot mouth 22b coincides perfectly with the light 41b of the cylinder head, and the hot orifice 24b perfectly coincides with the light 65 of the high-pressure connection 60.
  • the gas, which has been previously heated in exchanger is expanded in the working chamber of the cylinder b so as to push the piston 3 in a downward movement.
  • the cold and compressed working gas and / or being compressed enters the high-pressure valve 20 in rotation when at least a part of the two cold mouths 21b communicates with the lights 41b so as to circulate the cold and compressed working gas to the cold end of the exchanger.
  • the section of passage between the working chamber and the cold mouths increases with the rotation of the high pressure bushel.
  • the passage section is maximum. Most of the volume of cold and compressed working gas has passed through said mouths.
  • the high-pressure valve 20 has two orifices circumferentially aligned to communicate selectively with the high-pressure connection.
  • one of the hot orifices 24a provided to carry out the communication of the working gas coming from the cylinder a
  • one of the hot orifices 24b provided for carrying out the communication of the working gas coming from the cylinder b, are circumferentially aligned.
  • Said orifices are arranged substantially in the center of the bushel and are 180 degrees opposite.
  • the internal passages upstream of said orifices are adjacent and have a common wall.
  • each of said two orifices successively communicates a passage associated with a light 65 of the high pressure connection. This feature reduces the size of the bushel and thus the size of the engine.
  • the lateral face accommodating the low pressure bushel has a surface of receiving 40 comprising four low pressure ports 41bp: two adjacent pairs of lights 41a, 41b are provided to cooperate respectively with a cylinder a and a cylinder b.
  • FIG. 7a shows the low-pressure plug in a particular angular position when the synchronization of the motor is such that:
  • the working gas undergoes a relaxation phase.
  • the yoke 4 comprises lights 41a provided to overcome the cylinder a, and lights 41b provided to overcome the cylinder b.
  • the low-pressure plug 30 comprises two adjacent intake openings 32a (not visible in FIG. 7a), of identical dimensions and aligned on the periphery of the plug, along a direction parallel to the axis of rotation of the plug.
  • the inlet mouths 32a have a substantially rectangular shape whose longitudinal dimension extends in a direction which is parallel to the axis of rotation of the plug. According to the angular position shown in FIG.
  • the inlet mouths 32a communicate with the two lumens 41a of the yoke 4 so that the working gas flows from the low pressure plug 30 to the working chamber of the cylinder a.
  • an inlet orifice 34a arranged at the periphery of the low-pressure plug (partially visible in FIG. 8a).
  • the outside air serving as working gas, is introduced into the low pressure connection via an inlet inlet 71.
  • the inlet orifice 34a has a rectangular shape whose longitudinal dimension extends in a direction that is orthogonal to the axis of rotation of the bushel.
  • an intake mouth 32a perfectly coincides with a light 41a of the cylinder head, and the admission orifice 34a perfectly coincides with the light 74a of the low-pressure connection 70.
  • the downward movement of the piston 3 allows the admission of the working gas, see arrow fA.
  • each pair of lumens 41bp is spaced from an axial end 49 of the receiving surface 40 so that the inlet ports are opposite the receiving surface 40 of the yoke 4 between an axial end 49 of the receiving surface 40 and a transverse edge 39 of a light 41bp of the cylinder head.
  • the spacing between an axial end 49 of the receiving surface 40 and a transverse edge 39 is equal to or greater than the transverse dimension of an inlet port.
  • the low pressure plug 30 comprises two adjacent exhaust mouthpieces 31a of identical dimensions and aligned on the periphery of the plug, along a direction parallel to the axis. of rotation of the bushel.
  • the exhaust mouthpieces 31a have a substantially rectangular shape whose longitudinal dimension extends in a direction which is parallel to the axis of rotation of the plug.
  • the exhaust mouths 31a are circumferentially aligned with the intake mouths 32a.
  • the exhaust mouths 31a are intended to communicate with the lumens 41a of the cylinder head so that the working gas can flow from the working chamber of the cylinder a to the low pressure plug 30 via an internal passage.
  • each exhaust mouth has, along the circumference of the low-pressure plug, an angular opening of between 70 and 100 degrees, preferably between 80 and 90 degrees.
  • each inlet mouth has, along the circumference of the plug, an angular aperture of, for example, between 70 and 100 degrees, preferably between 80 and 90 degrees.
  • each light 41bp has, along the circumference of the receiving surface 40, an angular aperture of, for example, between 40 and 100 degrees.
  • the intake and exhaust ports have, along the circumference of the plug, an angular opening of between 30 and 60 degrees, preferably between 40 and 55 degrees.
  • the mouths and orifices are respectively diametrically opposed according to the embodiment shown.
  • the engine timing is such that no mouth coincides with the lights 41b of the cylinder head.
  • the low-pressure plug comprises two intake mouths 32b intended to communicate with two lumens 41b so that the working gas coming from the low-pressure connection 70 can circulate from the low pressure plug (in passing through an inlet 34b not visible in Figure 7a) to the working chamber of the cylinder b.
  • the low-pressure plug 30 comprises two exhaust mouthpieces 31b intended to communicate respectively with the two lumens 41b of the cylinder head 4 so that the working gas can circulate from the working chamber of the cylinder b to the low pressure connection 70. It is further distinguished that the low pressure plug 30 includes an exhaust port 33b.
  • the exhaust mouths 31b on the one hand, and the exhaust port 33b on the other hand correspond to the two ends of the internal passage for circulating the working gas from the working chamber of the cylinder b to the low pressure connection.
  • FIG. 8a shows the angular position of the low-pressure plug 30 when working gas has escaped from the working chamber of the cylinder b.
  • the two exhaust mouthpieces 31b of the low pressure plug 30 are seen in transparency of the circumference of the plug and in accordance with the exhaust mouths of FIG. 7a.
  • the two exhaust mouths 31b form the inlet of the internal passage, also seen in transparency, to the exhaust port 33b.
  • the synchronization of the engine is such that the exhaust mouths 31b communicate with the lights 41b of the yoke 4 so that the working gas flows from the working chamber of the cylinder b to the low pressure plug, and simultaneously the orifice of Exhaust 33b, corresponding to the exhaust port of Figure 7a, communicates with the light 75 of the low pressure connector 70 so that the working gas flows from the low pressure valve to the low pressure connection.
  • the exhaust mouth 31b coincides perfectly with the light 41b of the cylinder head, and the exhaust port 33b coincides perfectly with the light 75 of the low pressure connector.
  • the movement of the piston 3 is such that the working gas is pushed back into the internal passage of the low pressure plug 30 and then to the low pressure connection 70, see arrow fD.
  • the exhaust orifices 33a and 33b are circumferentially aligned along the periphery of the low-pressure plug 30. Said orifices are, for example, 180 ° opposed and the internal passages upstream of said orifices are adjacent and have a common wall. During operation of the engine, each orifice successively communicates an internal passage associated with a single exhaust port 75 of the low pressure connection. This feature reduces the size of the bushel and thus the size of the engine.
  • each pair of lights 41bp is spaced from each other along the receiving surface 40 so that the orifices exhaust system are vis-à-vis the receiving surface 40 of the yoke 4 separating the light torque 41a from the light torque 41b. preferably, the spacing between the two pairs of lights is greater than the transverse dimension of an exhaust port.

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Abstract

La présente invention concerne un moteur à source chaude externe comprenant : - au moins un cylindre (2), - un piston mobile (3) en va et vient dans le cylindre, - une culasse (4) définissant une chambre de travail (5) avec le piston et le cylindre, - un échangeur de chaleur (6) entre un gaz de travail et un fluide caloporteur, - une distribution comprenant deux boisseaux rotatifs (20, 30) montés en rotation dans la culasse et faisant sélectivement communiquer la chambre de travail avec les ressources suivantes : o une admission (A) de gaz de travail, o une extrémité froide (B) de l'échangeur, o une extrémité chaude (C) de l'échangeur, o un échappement (D). Les boisseaux (20, 30) comprennent des passages internes débouchant à travers leur paroi latérale par au moins une embouchure qui communique sélectivement avec la chambre de travail (5) par au moins une lumière pratiquée dans la culasse (4).

Description

« Moteur à source chaude externe à boisseaux »
Domaine technique
La présente invention concerne un moteur à source chaude externe.
Etat de la technique antérieure
Les moteurs à source chaude externe, par exemple du type Ericsson, connaissent un regain d'intérêt et de développement, avec comme but de diminuer les émissions de polluants ou de réduire la consommation d'énergie en revalorisant les rejets de chaleur. Ce type de moteur fonctionne entre deux sources de chaleur externes au moteur par l'intermédiaire d'échangeurs. Il utilise des soupapes pour contrôler l'écoulement du fluide de travail (en phase gazeuse) entre deux chambres, une de compression et l'autre de détente.
Pour les machines volumétriques telles notamment que les moteurs à combustion interne à pistons, on connaît également les distributions utilisant des soupapes actionnées par des cames. Ce type de distribution présente diverses limitations. En particulier, la pression sur la face de la soupape opposée à la chambre de travail doit être faible. En outre la levée maximale de la soupape est faible si la durée (mesurée en degrés d'angle de rotation de la came) d'ouverture de la soupape est faible. En outre, l'entraînement des cames est consommateur d'énergie.
On connaît aussi des machines volumétriques, telles que des compresseurs, qui utilisent une distribution à clapets. Cette solution nécessite que le différentiel de pression sur chaque clapet ait toujours, à chaque stade du cycle de fonctionnement de la machine, une valeur et un sens appropriés pour que le clapet soit dans l'état - ouvert ou fermé - nécessaire au stade considéré du cycle. Dans certaines machines volumétriques à source chaude externe, telles que celles décrites dans les deux demandes de brevets FR 2 905 728 et FR 2 954 799, le gaz de travail est comprimé dans une chambre de travail, puis transféré dans une source chaude, et de là re-transféré dans la même chambre de travail en début d'un temps d'expansion de cette chambre. Pour être efficaces, les deux transferts précités du gaz de travail doivent être brefs et s'opérer à travers une section de passage suffisamment grande pour minimiser les pertes de charge. Ces exigences sont difficiles à satisfaire avec une distribution par soupapes commandées par des cames. Par ailleurs, ce type de cycle est difficilement compatible avec une distribution par clapets. La présente invention a pour but de proposer un moteur à source chaude externe permettant de remédier au moins en partie aux problèmes cités ci-dessus. Elle a également pour but de proposer un moteur peu encombrant.
Exposé de l'invention
Selon un premier aspect de l'invention, on atteint au moins l'un des objectifs avec un moteur à source chaude externe comprenant :
- au moins un cylindre,
- un piston mobile en va et vient dans le cylindre,
- une culasse définissant, avec le piston et le cylindre, une chambre de travail pour un gaz de travail,
- une distribution montée dans la culasse et faisant sélectivement communiquer la chambre de travail avec les ressources suivantes :
o une admission de gaz de travail,
o une extrémité froide d'un échangeur de chaleur, o une extrémité chaude de l'échangeur de chaleur, o un échappement.
Selon l'invention, la distribution comprend au moins un boisseau rotatif monté en rotation dans la culasse et comporte des passages internes débouchant à travers sa paroi latérale par au moins une embouchure qui communique sélectivement avec la chambre de travail par au moins une lumière pratiquée dans la culasse. Le moteur selon l'invention a pour avantage, par rapport aux dispositifs comportant des soupapes, de distribuer des flux de gaz avec peu de perte de charge, via des sections de passages de grandes dimensions pendant des instants très courts. Par rapport à un moteur mettant en œuvre un cycle ERICSSON, le moteur selon l'invention permet de diviser significativement les frottements et les pertes de charge. Il permet d'améliorer le rendement du moteur tout en réduisant le nombre de pièces et ainsi l'encombrement et le poids du moteur.
On entend par boisseau, un élément cylindrique comprenant des passages internes dans lesquels le gaz de travail peut circuler. Un passage interne est par exemple un conduit. Le boisseau est disposé de sorte que son axe de rotation est perpendiculaire à l'axe du cylindre au-dessus duquel il est agencé. Le boisseau est situé entre la chambre de travail et l'échangeur le long du trajet du gaz de travail. Le mouvement rotatif du boisseau est synchronisé avec le mouvement alternatif du piston, de façon que le gaz de travail peut traverser le boisseau via les passages internes, et ainsi distribuer le gaz entre la chambre de travail et l'échangeur. De préférence, chaque passage interne communique avec au moins deux ouvertures ménagées à travers la paroi latérale du boisseau, chaque ouverture se situant à une des deux extrémités du passage interne. A un certain stade du cycle, le gaz de travail s'écoule entre la chambre de travail et l'entrée froide de l'échangeur en passant à travers au moins une lumière de la culasse et au moins un passage interne du boisseau en rotation. On appelle embouchure, une ouverture du boisseau qui coïncide sélectivement avec au moins une lumière pratiquée dans la culasse.
Le système de distribution à boisseau permet de proposer une grande section de passage du gaz de travail, notamment dès qu'une embouchure commence à coïncider avec une lumière de la culasse. Comme la vitesse de rotation du boisseau est sensiblement constante, la section de passage augmente rapidement, par exemple linéairement, jusqu'à ce que l'embouchure coïncide parfaitement avec la lumière de la culasse. Au contraire, par sa géométrie (sensiblement ovoïde), une came actionne une soupape selon une loi sensiblement sinusoïdale de sorte que la section de passage du gaz de travail augmente très lentement au début du mouvement d'ouverture. La distribution à boisseau permet de réaliser le cycle thermodynamique, du type quatre temps, suivant :
- un gaz de travail, sensiblement froid est admis dans la chambre de travail,
- ledit gaz est comprimé dans ladite chambre de travail, puis
- transféré dans l'échangeur dans lequel un fluide calo-cédant (la source chaude) circule, de façon à chauffer le gaz de travail ;
- le gaz de travail chauffé est re-transféré dans la chambre de travail en début d'un temps d'expansion de la même chambre de travail ; puis
- l'expansion se poursuit et se termine alors que la chambre de travail est isolée de l'échangeur ; et
- le gaz de travail est échappé de la chambre de travail.
Grâce au boisseau, les deux transferts précités du gaz de travail sont brefs et s'opèrent à travers une section de passage suffisamment grande pour minimiser les pertes de charge.
De préférence, au moins une lumière de la culasse est susceptible de communiquer avec deux passages internes du boisseau qui débouchent à travers la paroi latérale du boisseau par deux embouchures alignées circonférentiellement. L'écart angulaire entre les deux embouchures voisines est compris entre 5 et 15 degrés. Ces valeurs comme les valeurs angulaires fournies par la suite, concernant les embouchures et les orifices, sont indiquées pour une vitesse de rotation du boisseau comprise entre 3000 et 4000 tr/min (tours par minute) et une température du fluide calo- cédant comprise entre 500°C et 600°C (degrés Celsius). Lesdits deux passages internes sont, l'un, un passage par lequel le gaz de travail rentre dans la chambre de travail, et l'autre, un passage par lequel le gaz de travail quitte la chambre de travail. Cette caractéristique permet à un gaz de travail sortant de la chambre de travail, et à un gaz de travail entrant dans la chambre de travail, de se croiser. On évite ainsi un phénomène défavorable de relativement faible pression dans la chambre de travail en début de phase d'expansion.
Par exemple, le boisseau comprend : - un passage interne destiné à faire circuler le gaz de travail froid et comprimé entre la chambre de travail et l'extrémité froide de l'échangeur, et
- un passage interne, distinct du précédent, destiné à faire circuler le gaz de travail, comprimé et chauffé, entre l'extrémité chaude de l'échangeur et la chambre de travail.
Le gaz de travail entrant dans l'échangeur est dit « froid » par comparaison avec sa température plus élevée lorsqu'il sort « chaud » de l'échangeur. Il doit cependant être bien entendu que le gaz de travail « froid » entrant dans l'échangeur est déjà réchauffé par sa compression dans la chambre de travail. De même, l'extrémité « froide » de l'échangeur est tout de même à une température voisine de celle du gaz de travail en fin de compression .
De préférence, la distribution est agencée de façon que, vers la fin de la compression, la chambre de travail commence à communiquer avec l'extrémité froide de l'échangeur lorsque la pression dans la chambre de travail est plus basse que la pression dans l'échangeur. Lors du fonctionnement du moteur et en référence au cycle décrit au-dessus, le gaz de travail froid et comprimé et/ou en cours de compression entre dans le boisseau en rotation dès lors qu'au moins une partie de l'embouchure coïncide avec la lumière de façon à faire circuler le gaz de travail froid et comprimé vers l'extrémité froide de l'échangeur. La section de passage entre la chambre de travail et l'embouchure augmente avec la rotation du boisseau. Lorsque l'embouchure du boisseau coïncide parfaitement avec la lumière de la culasse, la section de passage est maximale. La majeure partie, au moins 50%, du volume de gaz de travail froid et comprimé a alors franchi ladite embouchure. Ensuite, du fait de la rotation du boisseau et de la fin de la compression, une partie seulement de l'embouchure coïncide avec la lumière, de façon à faire circuler la partie restante du gaz de travail froid et comprimé vers l'extrémité froide de l'échangeur. Simultanément, la section de passage entre la chambre de travail et la deuxième embouchure, du deuxième passage interne, augmente de sorte qu'une partie de ladite embouchure coïncide avec la même lumière. Le gaz de travail sortant de la deuxième embouchure, et donc entrant dans la chambre de travail, provient de l'extrémité chaude de l'échangeur après avoir été chauffé. Le gaz de travail effectue ainsi une boucle en passant par la même lumière de la culasse mais par des passages internes différents du boisseau. Ceci permet de réaliser ladite lumière plus grande, et donc d'augmenter encore la section de passage offerte au gaz pour passer dans l'échangeur et en revenir. Pendant un court instant le gaz de travail froid et le gaz de travail chaud se croisent.
Dans un mode de réalisation, à l'extrémité opposée aux embouchures, les passages internes débouchent à travers la paroi latérale du boisseau par des orifices qui communiquent sélectivement avec des raccords fixes en fonction de la position angulaire du boisseau. Les orifices du boisseau permettent de faire circuler le gaz de travail depuis les passages internes du boisseau vers les raccords ou depuis des raccords vers les passages internes du boisseau. De préférence, pour chaque passage interne, la géométrie de l'au moins un boisseau est telle que l'orifice est capable de communiquer avec le raccord correspondant lorsque l'embouchure communique avec la chambre de travail. Cette caractéristique permet de faire communiquer la chambre de travail avec les raccords, de façon à faire circuler le gaz de travail. Lesdits raccords comprennent un raccord froid communiquant avec l'extrémité froide de l'échangeur et un raccord chaud communiquant avec l'extrémité chaude de l'échangeur. Lesdits raccords comprennent un raccord d'admission communiquant avec l'admission du gaz de travail et un raccord d'échappement communiquant avec l'échappement du gaz de travail . Pour ce qui précède et pour la suite de la demande, les termes embouchure et orifice correspondent à ou qualifient des ouvertures réalisées à travers la paroi latérale du boisseau. Le terme embouchure est utilisé pour qualifier chaque ouverture capable de communiquer avec la lumière de la culasse pour le passage du gaz de travail de la chambre de travail au boisseau ou inversement. Le terme orifice est utilisé pour qualifier chaque ouverture capable de communiquer avec un raccord pour le passage du gaz de travail du boisseau au raccord ou inversement. Une embouchure ne peut pas servir d'orifice et inversement. Pour cela, sur la paroi latérale de l'au moins un boisseau, l'au moins une embouchure est décalée axialement par rapport à l'au moins un orifice.
Selon un mode de réalisation, les embouchures et orifices ou ouvertures du boisseau sont uniquement agencées à travers la paroi latérale.
Selon un autre mode de réalisation, les embouchures et orifices ou ouvertures du boisseau peuvent être agencées, en partie ou uniquement, à travers les deux faces axiales du boisseau.
Selon un mode de réalisation préféré, le moteur comprend un boisseau basse pression commandant la communication sélective de la chambre de travail avec l'admission et l'échappement. Le moteur comprend un boisseau haute pression commandant la communication sélective de la chambre de travail avec les extrémités chaude et froide de l'échangeur. Cette caractéristique permet de simplifier la construction du moteur en dissociant les flux dits « haute pression » et les flux dits « basse pression » et de réduire son encombrement. Les boisseaux peuvent présenter des diamètres identiques ou différents. Des boisseaux de diamètre identique permettent de simplifier la construction du moteur. Cette réalisation satisfait aussi au souci de prévoir une relativement grande section de passage pour le gaz allant à et revenant de l'échangeur, puisque le gaz étant alors comprimé, le volume qui doit s'écouler est plus petit qu'à l'admission et à l'échappement. Cependant, un boisseau haute pression de diamètre supérieur au diamètre du boisseau basse pression permet d'agrandir encore la section de passage des passages internes, allant à l'échangeur et en revenant.
De préférence, le moteur comprend deux raccords fixes, un raccord dit « haute pression » et un raccord dit « basse pression ». Le raccord haute pression comprend un raccord froid communiquant avec l'extrémité froide de l'échangeur et un raccord chaud communiquant avec l'extrémité chaude de l'échangeur. Le raccord basse pression comprend un raccord d'admission et un raccord d'échappement.
Selon un mode de réalisation préféré, le cycle thermodynamique est réalisé dans un seul cylindre. La culasse, surmontant la chambre de travail, supporte le boisseau haute pression et le boisseau basse pression, qui sont disposés parallèlement l'un à l'autre vue parallèlement à l'axe du boisseau. La culasse présente une forme géométrique générale évoquant un triangle. Elle présente une face inférieure et deux faces latérales curvilignes dont les extrémités supérieures se rejoignent.
La culasse présente deux faces latérales concaves et opposées, chaque face étant agencée pour recevoir un boisseau cylindrique, par complémentarité de forme. En particulier chaque face latérale présente une section en forme d'arc de cercle sensiblement coaxial avec l'axe du boisseau reçu. Les lumières sont réalisées dans les faces latérales. De préférence, les lumières sont de formes rectangulaires pour limiter les pertes de charges.
La culasse présente une face inférieure sensiblement plane destinée à être en contact avec la chemise du moteur. La face inférieure comprend une ouverture de chambre qui définit l'entrée d'une cavité de transition et qui, lors du fonctionnement du moteur, prolonge le volume de la chambre de travail (de forme similaire à la forme du cylindre) vue parallèlement à l'axe des boisseaux. La cavité de transition présente une forme sensiblement triangulaire. De préférence, la tête de piston présente une forme complémentaire à la forme de la cavité de transition, de façon que la tête peut rentrer dans la cavité de transition.
Selon un mode de réalisation, l'au moins une embouchure comprend deux embouchures pour un même passage interne, capables de communiquer simultanément avec la chambre de travail, par deux lumières. Chaque embouchure peut coïncider avec une lumière. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en vue de trouver un compromis entre une grande section de passage pour le flux du gaz de travail, limiter la perte de charge dudit flux et limiter les fuites de gaz de travail entre le boisseau et la culasse. Ce compromis est d'autant plus important pour le boisseau haute pression. Par exemple en phase de compression du gaz du travail et lors de son acheminement vers l'extrémité froide de l'échangeur, le gaz passe dans les deux embouchures du boisseau haute pression en traversant les deux lumières de la culasse de sorte que le flux est divisé en deux pour traverser les deux lumières et les deux embouchures, formant deux lignes de flux. Après les deux embouchures, chaque ligne de flux circule dans un conduit débouchant dans un conduit commun. Le passage interne présente en fait la forme d'un Y selon ce mode de réalisation particulier. De préférence, les lumières et les embouchures présentent une forme rectangulaire pour limiter les pertes de charges.
De manière préférentielle, l'une au moins des embouchures est subdivisée par au moins un meneau. Cette caractéristique permet de soutenir des dispositifs d'étanchéité, placés sur la culasse, lorsque l'au moins une embouchure passe devant une lumière de la culasse. Les meneaux peuvent équiper aussi bien les embouchures du boisseau basse pression que celles du boisseau haute pression.
Pour ce qui précède et pour la suite de la description, on entend par meneau une barrette prévue pour subdiviser uniquement l'embouchure sans faire saillie à l'intérieur du boisseau (sans subdiviser le passage interne). Il s'étend circonférentiellement pour relier deux côtés longitudinaux d'une embouchure de façon à prolonger la circonférence du boisseau.
Selon un autre mode de réalisation, pouvant être compatible avec le mode de réalisation précédent, au moins un passage comprend deux passages conduisant en parallèle à une même ressource, capables de communiquer simultanément chacun avec une lumière respective de la culasse. Cette caractéristique permet de proposer une grande section de passage pour le gaz de travail.
Par exemple lors du retour du gaz de travail provenant de l'extrémité chaude de l'échangeur, le flux du gaz travail est divisé en deux lignes de flux, qui circulent dans deux passages internes distincts à l'intérieur du boisseau . Les deux lignes de flux sont divisées avant l'entrée dans les deux orifices du boisseau et se rejoignent après la sortie des deux lumières de la culasse. De préférence, la forme des sections et le tracé des passages internes sont réalisés pour favoriser la circulation du gaz de travail dans des directions précises, par exemple pour favoriser l'aspiration du gaz, notamment pour éviter un effet de compression dans le boisseau. En outre ils sont agencés pour limiter les pressions différentielles le long de chaque boisseau. Cela permet de limiter le frottement entre le boisseau et la culasse et ainsi limiter les risques de fuites de gaz de travail autour du boisseau.
Selon d'autres modes de réalisation, le moteur à source chaude externe peut comprendre plusieurs cylindres tel un moteur à combustion interne. Par exemple, le moteur peut comprendre au moins deux cylindres. Dans ce cas, il peut comprendre tout ou partie des caractéristiques décrites jusqu'à maintenant. L'au moins un boisseau peut comporter deux orifices alignés circonférentiellement pour communiquer sélectivement avec un même raccord, et qui communiquent chacun avec un passage respectif associé à l'un respectif des cylindres. Cette caractéristique permet de réduire l'encombrement du boisseau et donc l'encombrement du moteur. Les orifices sont opposés par exemple de 180 degrés et les passages internes en amont desdits orifices sont mitoyens et présentent une paroi commune.
Dans le cas de deux ou plusieurs cylindres, le boisseau est avantageusement le même pour tous les cylindres qui sont disposés en ligne les uns avec les autres.
De préférence, le moteur comprend des dispositifs d'étanchéité pour limiter les fuites de gaz. Les lumières sont entourées de dispositifs d'étanchéité pour fermer l'interstice entre la paroi périphérique du boisseau et une surface adjacente de la culasse tout autour de chaque lumière. Le dispositif d'étanchéité peut comprendre des barrettes d'un matériau pour frottement sec, par exemple graphite. Par exemple, les barrettes sont disposées sur les faces latérales de la culasse autour des lumières.
Selon un autre aspect de l'invention, pouvant être compatible avec le premier aspect, il est prévu un ensemble de motorisation comprenant un moteur selon l'une ou plusieurs des caractéristiques énoncées ci-dessus et un échangeur de chaleur ayant un trajet calorécepteur s'étendant entre une extrémité froide et une extrémité chaude sélectivement raccordées à la chambre de travail vers la fin d'une phase de compression et vers le début d'une phase de détente, respectivement. Le gaz de travail circule dans le trajet calorécepteur.
De préférence, l'échangeur est du type à contre-courant. L'échangeur de chaleur comprend un trajet calo-cédant parcouru dans un sens par un fluide calo-cédant, sens qui est opposé au sens de parcours du gaz de travail dans le trajet calorécepteur. Le trajet calo-cédant est distinct du trajet calorécepteur.
Selon un mode de réalisation, l'échangeur de chaleur comprend un trajet calo-cédant parcouru par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Selon un autre mode de réalisation, l'échangeur de chaleur comprend un trajet calo-cédant parcouru par un fluide réchauffé à l'énergie solaire.
Description des figures et modes de réalisation D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :
- les figures la, lb, 2a, 2b et 2c sont des représentations schématiques d'un moteur à source chaude externe, comprenant deux boisseaux rotatifs selon l'invention, le moteur étant couplé avec un échangeur de chaleur, l'ensemble moteur et échangeur étant vu en coupe lors des principales phases de fonctionnement du moteur : la figure la illustrant une phase d'admission d'un gaz de travail dans le cylindre du moteur, la figure lb illustrant une phase d'échappement du gaz hors dudit cylindre, la figure 2a illustrant une phase de fin de compression du gaz de travail et au cours de laquelle le gaz est également dirigé vers une extrémité froide de l'échangeur de chaleur, la figure 2b illustrant une phase dans laquelle un boisseau présente une position dite « de balayage » qui autorise la communication fluidique simultanée de l'extrémité froide et l'extrémité chaude de l'échangeur avec le cylindre du moteur, la figure 2c illustrant une phase de détente du gaz de travail après son passage dans l'échangeur ; - la figure 3 est une vue de dessous et en perspective d'une culasse, selon un mode de réalisation, prévue pour un moteur comprenant deux cylindres, la culasse présentant quatre lumières pour chaque cylindre ;
- la figure 4 est une vue en perspective éclatée d'une partie haute d'un moteur, selon un mode de réalisation comprenant deux cylindres, la partie haute comprenant une culasse, conforme à la figure 3, portant d'une part un boisseau dit « basse pression » recouvert d'un raccord, et d'autre part un boisseau dit « haute pression » qui est vu en éclaté entre la culasse et un raccord prévu pour recouvrir le boisseau haute pression ;
- les figures 5a, 5b, 6a et 6b sont des vues montrant la position angulaire des boisseaux avant et après la phase illustrée par la figure 2b, les figures 5a et 6a illustrant en particulier le boisseau haute pression, selon un mode de représentation similaire à celui de la figure 4, les figures 5b et 6b étant des vues en coupe d'un moteur entier, les figures 5a et 5b illustrant la position angulaire du boisseau haute pression juste avant la position de balayage et les figures 6a et 6b illustrant la position angulaire du boisseau haute pression juste après la position de balayage ;
- les figures 7a et 7b sont des vues montrant la position angulaire des boisseaux lors de la phase d'admission du gaz de travail illustrée par la figure la, la figure 7a est une vue en perspective d'une partie haute d'un moteur, selon un mode de réalisation comprenant deux cylindres, la partie haute comprenant une culasse portant d'une part un boisseau haute pression recouvert d'un raccord, et d'autre part un boisseau basse pression qui est vu en éclaté entre la culasse et un raccord prévu pour recouvrir le boisseau basse pression, la figure 7a illustrant en particulier l'orientation du boisseau basse pression selon son axe de rotation, la figure 7b étant une vue en coupe d'un moteur entier ;
- les figures 8a et 8b sont des vues montrant la position angulaire des boisseaux lors de la phase d'échappement du gaz de travail illustrée par la figure lb, la figure 8a est une vue en perspective conforme à la figure 7a et illustrant l'orientation du boisseau basse pression selon son axe de rotation, la figure 8b étant une vue en coupe d'un moteur entier.
Ces modes de réalisation n'étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, et/ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
Les figures la, lb, 2a, 2b et 2c illustrent les phases principales de fonctionnement d'un moteur à source chaude externe 1, et vont permettre de décrire le moteur, selon un mode de réalisation comprenant les caractéristiques essentielles. Le moteur comprend :
- un bloc-moteur dans lequel est formée une cavité cylindrique appelée cylindre 2,
- un piston mobile 3 agencé pour se déplacer en va et vient dans le cylindre 2,
- une culasse 4 coiffant le bloc-moteur au-dessus du cylindre 2, une chambre de travail 5 étant délimitée pour un gaz de travail, typiquement de l'air, dans le cylindre 2 entre le piston 3 et la culasse 4,
- une distribution montée dans la culasse 4, agencée et configurée pour faire communiquer sélectivement la chambre de travail 5 avec les ressources suivantes :
o une admission A de gaz de travail,
o une extrémité froide B d'un échangeur de chaleur,
o une extrémité chaude C de l'échangeur de chaleur,
o un échappement D.
Le moteur est raccordé à un échangeur de chaleur 6 pour un échange de chaleur entre le gaz de travail, dit fluide calorécepteur, et un fluide calo- cédant. L'échangeur de chaleur 6 est du type à contre-courant. Il comprend un trajet calo-cédant 61 parcouru par le fluide calo-cédant de la gauche vers la droite. Il comprend en outre un trajet calorécepteur 62, représenté sous le trajet calo-cédant 61, en référence aux figures la à 2c, de façon que le gaz de travail parcourt le trajet calorécepteur de la droite vers la gauche. Le trajet calo-cédant est distinct du trajet calorécepteur. Le fluide calo- cédant est par exemple les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne.
L'échangeur de chaleur 6 est relié au moteur par l'intermédiaire de raccords et de tuyaux de façon à pourvoir faire circuler le gaz de travail depuis le moteur vers l'échangeur et inversement. De même, un ou des raccords ou tuyaux sont reliés au moteur pour réaliser l'admission et l'échappement.
La distribution comprend deux boisseaux rotatifs 20, 30 montés en rotation dans la culasse 4, au-dessus de la chambre de travail 5. Les axes de rotation des deux boisseaux sont parallèles l'un à l'autre et orthogonaux à l'axe du cylindre 2. Les boisseaux comprennent un boisseau dit « basse pression » 30 agencé et configuré pour commander la communication sélective de la chambre de travail 5 avec l'admission A et l'échappement D. Les boisseaux comprennent un boisseau dit « haute pression » 20 agencé et configuré pour commander la communication sélective de la chambre de travail 5 avec les extrémités chaude C et froide B de l'échangeur 6. De préférence, le boisseau haute pression 20 est utilisé uniquement pour commander la circulation du gaz de travail entre la chambre de travail et l'échangeur. De même, le boisseau basse pression est utilisé uniquement pour commander l'admission et l'échappement. Cette caractéristique permet de simplifier la construction du moteur en dissociant les flux dits « haute pression » et les flux dits « basse pression » et de réduire son encombrement. Les boisseaux présentent des diamètres identiques permettant de simplifier la construction du moteur.
Chaque boisseau 20, 30 comprend des passages internes pour conduire le gaz de travail entre la chambre de travail 5 et les ressources. Chaque passage interne présente deux extrémités qui débouchent à travers la paroi latérale d'un boisseau chacune par au moins une ouverture. La distribution est agencée et configurée de façon que les mouvements rotatifs des boisseaux sont synchronisés avec le mouvement alternatif du piston, de façon que le gaz de travail peut traverser les boisseaux via les passages internes. Les ouvertures sont agencées et configurées pour coïncider sélectivement avec au moins une lumière pratiquée dans la culasse et au moins une lumière pratiquée dans un raccord fixe. On appelle embouchure l'ouverture en regard de la lumière de la culasse lors du passage du gaz de travail entre la chambre de travail et le boisseau ou inversement. On appelle orifice l'ouverture en regard d'un raccord lors du passage du gaz de travail entre le boisseau et ledit raccord ou inversement. Une embouchure ne peut pas servir d'orifice et inversement. Pour cela, les orifices présentent un décalage axial avec les embouchures.
Selon un mode de réalisation d'un moteur comprenant un seul cylindre, le boisseau basse pression comprend :
- pour l'admission A, un passage interne comprenant une embouchure d'admission et un orifice d'admission,
- pour l'échappement D, un passage interne comprenant une embouchure d'échappement et un orifice d'échappement, et le boisseau haute pression comprend :
- pour le transfert du gaz de travail depuis la chambre de travail 5 vers l'extrémité froide B de l'échangeur 6, un passage interne comprenant au moins une embouchure froide et au moins un orifice froid,
- pour le transfert du gaz de travail depuis l'extrémité chaude C de l'échangeur 6 vers la chambre de travail 5, un passage interne comprenant au moins une embouchure chaude et au moins un orifice chaud .
La distribution à boisseau permet de réaliser le cycle thermodynamique dont les phases principales vont être décrites maintenant.
En référence à la figure la, il est illustré la phase d'admission d'un gaz de travail dans la chambre de travail 5. La synchronisation du piston 3 et des boisseaux 20, 30 est telle que le mouvement du piston 3 est descendant pendant que la rotation du boisseau basse pression 30 permet à une embouchure d'admission 32 du boisseau basse pression de communiquer avec une lumière de la culasse et simultanément permet à un orifice d'admission 34 de communiquer avec une lumière d'un raccord d'admission. Le gaz de travail traverse le passage interne entre l'orifice d'admission et l'embouchure d'admission de façon à être admis dans la chambre de travail 5. Simultanément, aucune embouchure du boisseau haute pression ne communique avec une lumière de la culasse. Le gaz de travail est de préférence de l'air prélevé du milieu extérieur. Lorsque le piston a atteint le point mort bas, le boisseau basse pression 30 a pivoté de façon que l'embouchure d'admission 32 du boisseau basse pression ne communique plus, même partiellement, avec une lumière de la culasse (hors éventuel retard de fermeture admission).
Ensuite le piston remonte de sorte que le gaz de travail emprisonné est comprimé dans la chambre de travail . En référence à la figure 2a, il est illustré une phase de fin compression du gaz de travail. La synchronisation du piston 3 et des boisseaux 20, 30 est telle que le mouvement du piston 3 est montant pendant que la rotation du boisseau haute pression 20 permet à une embouchure froide 21 du boisseau haute pression de communiquer avec une lumière de la culasse et simultanément permet à un orifice froid 23 de communiquer avec une lumière d'un raccord de l'extrémité froide B de l'échangeur 6. Le gaz de travail traverse le passage interne entre l'embouchure froide et l'orifice froid de façon à être transféré vers l'échangeur 6 pour être échauffé. Simultanément, aucune embouchure du boisseau basse pression ne communique avec une lumière de la culasse. La synchronisation du boisseau haute pression par rapport à la remontée du piston lors d'une compression est réglée de façon à limiter un phénomène défavorable de relativement haute pression dans la chambre de travail.
En référence à la figure 2b, la synchronisation du piston 3 et des boisseaux 20, 30 est telle que le piston 3 se situe au point mort haut pendant que la rotation du boisseau haute pression 20 permet une double circulation de gaz de travail à l'intérieur de ce dernier. L'embouchure froide 21 du boisseau haute pression 20 coïncide au moins partiellement avec la même lumière de la culasse que précédemment, et simultanément l'orifice froid 23 coïncide au moins partiellement avec la même lumière d'un raccord de l'extrémité froide B de l'échangeur 6, que précédemment. Un passage interne dit froid du boisseau haute pression permet au gaz de travail d'être transféré de la chambre de travail vers l'échangeur 6, via l'extrémité froide B. En outre, la synchronisation permet à une embouchure chaude 22 de coïncider au moins partiellement avec la même lumière que pour l'embouchure froide 21, et simultanément permet à un orifice chaud 24 de coïncider au moins partiellement avec une lumière d'un raccord de l'extrémité chaude C de l'échangeur 6. Un passage interne dit chaud, distinct du passage interne froid, permet au gaz de travail d'être transféré de l'échangeur 6, via l'extrémité chaude C, vers la chambre de travail 5.
Une communication entre l'extrémité froide B et l'extrémité chaude C de l'échangeur est alors établie de façon qu'une partie du gaz de travail entrant et une partie du gaz de travail sortant entre en contact. Du gaz de travail traverse encore le passage interne entre l'embouchure froide et l'orifice froid, et du gaz de travail traverse le passage interne entre l'orifice chaud et l'embouchure chaud . Le volume de gaz préalablement comprimé est en fait réparti dans le trajet entre l'extrémité froide B et l'extrémité chaude C de l'échangeur 6, le gaz de travail étant en cours d'échauffement grâce au fluide calo-cédant présent dans le trajet calo-cédant 61 de l'échangeur 6. Simultanément, aucune embouchure du boisseau basse pression ne communique avec une lumière de la culasse.
Après, le gaz de travail échauffé sortant du boisseau haute pression se détend dans la chambre de travail . En référence à la figure 2c, la synchronisation du piston 3 et des boisseaux 20, 30 est telle que le mouvement du piston 3 est descendant pendant que la rotation du boisseau haute pression 20 permet à l'embouchure chaude 22 du boisseau haute pression de communiquer avec la même lumière de la culasse que précédemment et simultanément permet à un orifice chaud 24 de communiquer avec la même lumière, que précédemment, d'un raccord de l'extrémité chaude C de l'échangeur 6. Le gaz de travail traverse le passage interne entre l'orifice chaud 24 et l'embouchure chaud 22 de façon à être transféré depuis l'échangeur 6 vers la chambre de travail pour être détendu. Simultanément, aucune embouchure du boisseau basse pression ne communique avec une lumière de la culasse. Une fois que le piston a atteint le point mort bas, aucune embouchure du boisseau haute pression ne communique avec une lumière de la culasse. En référence à la figure lb, il est illustré une phase d'échappement du gaz de travail. La synchronisation du piston 3 et des boisseaux 20, 30 est telle que le mouvement du piston 3 est montant pendant que la rotation du boisseau basse pression 30 permet à une embouchure d'échappement 31 du boisseau basse pression de communiquer avec une lumière de la culasse et simultanément permet à un orifice d'échappement 33 de communiquer avec une lumière d'un raccord d'échappement. Le gaz de travail traverse le passage interne entre l'embouchure d'échappement 31 et l'orifice d'échappement 33 de façon à être expulsé de la chambre de travail 5. Simultanément, aucune embouchure du boisseau haute pression ne communique avec une lumière de la culasse. Le gaz de travail est rejeté dans le milieu extérieur. Lorsque le piston a atteint le point mort haut, le boisseau basse pression a pivoté de façon que l'embouchure d'échappement 31 du boisseau basse pression ne communique plus, même partiellement, avec une lumière de la culasse (hors éventuel retard de fermeture admission).
De préférence, le raccord d'échappement et le raccord d'admission forment une seule pièce comprenant au moins une entrée pour l'admission et au moins une sortie pour l'échappement, chacune des ressources étant transférée dans un conduit respectif. Pour la suite, on pourra appeler indifféremment un raccord d'échappement et/ou un raccord d'admission comme un raccord dit « basse pression ».
Grâce au boisseau, les transferts du gaz de travail sont brefs et s'opèrent à travers une section de passage suffisamment grande pour minimiser les pertes de charge. En outre, comme le cycle thermodynamique peut être réalisé dans un seul cylindre, le moteur présente un très faible encombrement par rapport au moteur à source chaude externe de l'art antérieur.
On va maintenant décrire un mode de réalisation spécifique, qui sera décrit dans ces différences avec le mode de réalisation ci-dessus. Selon un mode de réalisation, il est prévu un moteur à source chaude externe comprenant deux cylindres.
En référence à la figure 3, il est représenté une culasse 4 agencée et configurée pour être installée sur un moteur à source chaude externe comprenant deux cylindres disposés selon un montage dit « en ligne ». La culasse 4 est alors prévue pour surmonter un bloc-moteur dans lequel sont formés deux cylindres. Elle présente une face inférieure 46 et deux faces latérales (non visible sur la figure 3) prévues pour supporter respectivement le boisseau haute pression et le boisseau basse pression, qui sont disposés parallèlement l'un à l'autre.
La face inférieure 46 est sensiblement plane et est destinée à être en contact avec la chemise du moteur. Elle comprend deux ouvertures de chambre 46a, 46b, chaque ouverture de chambre étant prévue pour coïncider avec un cylindre du moteur. Chaque ouverture de chambre 46a, 46b définit une entrée pour une cavité de transition 45 creusée à l'intérieur de la culasse. La cavité de transition 45 présente une forme sensiblement triangulaire et est, en fonctionnement, en vis-à-vis de la chambre de travail . De manière préférentielle, la tête de piston présente une forme complémentaire à la forme de la cavité de transition, de façon que la tête peut rentrer dans la cavité de transition. Lors du fonctionnement du moteur, le volume de la cavité prolonge le volume de la chambre de travail.
Selon le mode de réalisation représenté par la figure 3, la culasse comprend huit lumières, quatre lumières étant prévues par cylindre (quatre sur la partie gauche et quatre sur la partie droite de la figure 3) pour faire circuler le gaz de travail selon les phases de fonctionnement décrites ci- dessus.
Pour un cylindre, deux lumières dites « haute pression » 41hp sont prévues pour faire circuler le gaz vers le boisseau haute pression et inversement, et deux lumières dites « basse pression » 41bp sont prévues pour faire circuler le gaz de travail vers le boisseau basse pression et inversement. Les lumières haute pression 41hp sont réalisées sur une même première face latérale de la culasse. Les lumières basse pression 41bp sont réalisées sur une même face latérale de la culasse opposée à la première face ; les quatre lumières débouchant dans une cavité de transition.
En référence à la figure 4, il est représenté un haut moteur agencé et configuré pour être installé sur une chemise d'un moteur à source chaude externe comprenant deux cylindres disposés selon un montage dit « en ligne ». Le haut moteur comprend une culasse 4, conforme à la figure 3, sur laquelle est monté un boisseau basse pression 30 dont seule une extrémité est visible sur la figure 4. Le boisseau basse pression est recouvert d'un raccord basse pression 70 qui sera décrit plus en détail ci-dessous. La culasse 4 présente sur une face latérale une surface de réception 40 sur laquelle un boisseau rotatif, ici le boisseau haute pression 20, peut être reçu. La surface de réception 40 présente une forme concave, de façon à coopérer par complémentarité de forme avec le boisseau haute pression 20. En particulier la surface de réception présente une section en forme d'arc de cercle sensiblement coaxial avec l'axe du boisseau reçu. L'agencement de la culasse 4 est sensiblement symétrique en ce qui concerne la forme des faces latérales. Le boisseau haute pression comme le boisseau basse pression présente, selon une section transversale, une forme extérieure circulaire. En outre les deux boisseaux présentent un diamètre sensiblement identique.
Selon le mode de réalisation représenté par la figure 4, la surface de réception 40 comprend quatre lumières haute pression 41hp : deux couples de lumières 41a, 41b adjacentes, chaque couple étant prévue pour coopérer avec un cylindre. De préférence, les lumières présentent une forme rectangulaire pour limiter les pertes de charges lors de la circulation du flux de gaz de travail.
La figure 4 montre le boisseau haute pression dans une position angulaire particulière lorsque la synchronisation du moteur est telle que :
- pour l'un des cylindres, dit « cylindre a », le gaz de travail subit une phase de compression, et
- pour l'autre cylindre, dit « cylindre b », le gaz de travail subit une phase de détente.
Dans cette position particulière, aucun gaz de travail ne circule dans des passages internes du boisseau haute pression 20.
En référence aux figures 4, 5a, 6a, la culasse 4 comprend deux lumières 41a prévues pour surmonter le cylindre a, et deux lumières 41b prévues pour surmonter le cylindre b. Le boisseau haute pression 20 comprend deux embouchures froides 21a adjacentes, de dimensions identiques et alignées sur la périphérie du boisseau, le long d'une direction parallèle à l'axe de rotation du boisseau. Les embouchures froides présentent une forme sensiblement rectangulaire dont la dimension longitudinale s'étend dans une direction qui est parallèle à l'axe de rotation du boisseau. Les embouchures froides 21a sont destinées à coïncider avec les lumières 41a de la culasse de façon que le gaz de travail puisse circuler depuis la chambre de travail du cylindre a vers le boisseau haute pression 20. A l'autre extrémité du passage interne et en référence à la figure 4, se situe un orifice froid 23a agencé à la périphérie du boisseau haute pression. Les deux embouchures froides 21a d'une part, et l'orifice froid 23a d'autre part, définissent respectivement les deux extrémités du passage interne utilisé pour faire circuler le gaz de travail vers l'extrémité froide de l'échangeur. L'orifice 23a est destiné à coïncider avec une lumière 63a du raccord haute pression 60. L'orifice 23a présente une forme rectangulaire dont la dimension longitudinale s'étend dans une direction qui est orthogonal à l'axe de rotation du boisseau.
En outre, les lumières 41 sont espacées l'une de l'autre de façon que les orifices (froids et chauds) soient en vis-à-vis de la surface de réception 40 de la culasse 4 entre deux lumières. De préférence, l'écartement entre deux bords transversaux de deux lumières adjacentes est égal ou supérieur à la dimension transversale d'un orifice. Les orifices sont donc dimensionnés en fonction de l'écartement entre deux lumières, ou de l'écartement entre une lumière et l'extrémité axiale de la surface de réception. Ainsi par exemple l'orifice froid 23a est aligné circonférentiellement avec la surface circonférentielle séparant les deux embouchures froides 21a.
En référence à la figure 4, on peut aussi distinguer que le boisseau haute pression comprend deux embouchures chaudes 22a adjacentes, de dimensions identiques et alignées sur la périphérie du boisseau, le long d'une direction parallèle à l'axe de rotation du boisseau. Les embouchures chaudes présentent une forme sensiblement rectangulaire dont la dimension longitudinale s'étend dans une direction qui est parallèle à l'axe de rotation du boisseau. Les embouchures chaudes 22a sont alignées circonférentiellement avec les embouchures froides 21a. Les embouchures chaudes 22a sont destinées à coïncider avec les lumières 41a de la culasse de façon que le gaz de travail puisse circuler depuis le boisseau haute pression 20 vers la chambre de travail du cylindre a. En outre les embouchures chaudes 22a et les embouchures froides 21a sont écartées le long de la circonférence du boisseau d'un débattement angulaire très faible, par exemple 5 à 15 degrés. Le débattement angulaire est choisi de façon à ce qu'une lumière 41 puisse communiquer simultanément avec une embouchure froide et une embouchure chaude.
Par exemple, chaque embouchure chaude présente, le long de la circonférence du boisseau, une ouverture angulaire comprise entre 20 et 50 degrés, de préférence entre 25 et 35 degrés. Etant donné que le moteur réalise quatre phases principales et que les passages internes sont séparés par des parois d'épaisseur non-nulle, ces valeurs sont choisies selon un compromis entre le besoin d'une grande section de passage du flux de gaz de travail, la réduction des pertes de charges et l'encombrement (diamètre et longueur du boisseau). Chaque embouchure froide présente, le long de la circonférence du boisseau, une ouverture angulaire comprise, par exemple, entre 10 et 40 degrés, de préférence entre 20 et 30 degrés.
En outre chaque lumière 41hp présente, le long de la circonférence de la surface de réception 40, une ouverture angulaire comprise, par exemple, entre 15 et 30 degrés.
De préférence, les orifices présentent, le long de la circonférence du boisseau, une ouverture angulaire comprise entre 100 et 350 degrés, de préférence entre 120 et 150 degrés. Concernant le cylindre b et selon la position angulaire particulière du boisseau haute pression, la synchronisation du moteur est telle qu'aucune embouchure ne communique avec les lumières 41b de la culasse. En référence à la figure 4, on distingue en partie que le boisseau haute pression comprend un orifice froid 23b destiné à coïncider avec une lumière 63b du raccord haute pression 60 de façon que le gaz de travail provenant de la chambre de travail du cylindre b puisse circuler depuis le boisseau haute pression vers le raccord haute pression. On distingue également que le boisseau haute pression comprend deux orifices chauds 24b destinés à communiquer respectivement avec deux lumières du raccord haute pression 60 de façon que le gaz de travail provenant de l'extrémité chaude de réchangeur puisse circuler depuis le raccord haute pression (via deux lumières dont une lumière 65 et une autre lumière non visible) vers le boisseau haute pression à destination de la chambre de travail du cylindre b. Le raccord haute pression 60 présente une surface de recouvrement 69 agencée et configurée pour coopérer par complémentarité de forme avec le surface périphérique laissée libre par la culasse 4. La surface de recouvrement 69 présente, selon une coupe transversale, une forme sensiblement en arc de cercle. Entre la partie du boisseau haute pression communiquant sélectivement avec le cylindre a et la partie du boisseau haute pression communiquant sélectivement avec le cylindre b, les embouchures et orifices sont respectivement diamétralement opposés. On va maintenant décrire en référence aux figures 5a, 5b, 6a et 6b les positions angulaires du boisseau haute pression 20 lorsque le gaz de travail circule entre la chambre de travail du cylindre b et l'échangeur. La figure 5a montre le boisseau haute pression dans une position angulaire particulière lorsque la synchronisation du moteur est telle que :
- pour le cylindre a, le gaz de travail subit une phase d'échappement, qui sera décrit ci-dessous, et
- pour le cylindre b, le gaz de travail comprimé et/ou en cours de compression est transféré vers l'extrémité froide de l'échangeur (également visible sur la figure 5b).
En référence à figure 5a, le boisseau haute pression 20 comprend deux embouchures froides 21b vues en transparence de la circonférence du boisseau et conforme aux embouchures froides de la figure 4. Les deux embouchures froides 21b forment l'entrée du passage interne, également vu en transparence, jusqu'à un orifice froid 23b. Ledit passage interne comprend deux conduits s'étendant respectivement depuis une embouchure froide 21b, puis les deux conduits se rejoignent vers un conduit commun, formant ainsi le passage interne entre les deux embouchures froides 21b et l'orifice froid 23b. La synchronisation du moteur est telle que les embouchures froides 21b communique avec les lumières 41b de la culasse de façon que le gaz de travail circule depuis la chambre de travail du cylindre b vers le boisseau haute pression, et simultanément l'orifice froid 23b, conforme à l'orifice froid de la figure 4, communique avec la lumière 63b du raccord haute pression 60 de façon que le gaz de travail circule depuis le boisseau haute pression vers le raccord haute pression. En référence à la figure 5b, l'embouchure froid 21b coïncide parfaitement avec la lumière 41b de la culasse, et l'orifice froid 23b coïncide parfaitement avec la lumière 63b du raccord haute pression. Le gaz, qui a été préalablement comprimé dans la chambre de travail par la montée du piston 3, est repoussé dans le passage interne du boisseau haute pression 20.
En outre, on peut aussi distinguer en partie deux orifices chauds 24a destinés à communiquer respectivement avec deux lumières du raccord haute pression 60 de façon que le gaz de travail provenant de l'extrémité chaude de l'échangeur puisse circuler depuis le raccord haute pression (via deux lumières, une lumière 64a et une lumière 65) vers le boisseau haute pression 20 à destination de la chambre de travail du cylindre a.
En référence aux figures 6a et 6b, la position angulaire du boisseau haute pression est telle que ledit boisseau a tourné de quelques degrés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, de façon que le gaz de travail circule depuis l'extrémité chaude de l'échangeur vers la chambre de travail du cylindre b. La figure 6a montre le boisseau haute pression dans une position angulaire particulière lorsque la synchronisation du moteur est telle que :
- pour le cylindre a, le gaz de travail subit une phase de fin d'échappement, qui sera décrit ci-dessous, et
- pour le cylindre b, le gaz de travail sort de l'extrémité chaude de l'échangeur et est transféré vers la chambre de travail du cylindre b pour être détendu (également visible sur la figure 6b).
En référence à figure 6a, le boisseau haute pression 20 comprend deux orifices chauds 24b conformes aux orifices de la figure 4. Chaque orifice chaud 24b forme une entrée d'un passage interne, vu en transparence de la circonférence du boisseau, jusqu'à une embouchure chaude 22b, les deux embouchures chaudes étant également vues en transparence de la périphérie du boisseau. Chaque passage interne conduit en parallèle le gaz de travail et communique respectivement et simultanément avec une lumière de la culasse. Le flux du gaz de travail est divisé en deux lignes de flux qui circulent dans deux passages internes distincts à l'intérieur du boisseau. Les deux lignes de flux sont divisées avant l'entrée dans les deux orifices 24b du boisseau haute pression et se rejoignent après la sortie des deux lumières 41b de la culasse. Cette caractéristique permet de proposer une grande section de passage de flux de gaz de travail.
La synchronisation du moteur est telle que les orifices chauds 24b communiquent avec des lumières (la lumière 65 et une deuxième lumière non-visible) du raccord haute pression 60 de façon que le gaz de travail circule depuis l'extrémité chaude de l'échangeur vers le boisseau haute pression 20, et simultanément les embouchures chaudes 22b, conforme aux embouchures chaudes de la figure 4, communiquent avec les lumière 41b de la culasse de façon que le gaz de travail circule depuis le boisseau haute pression vers la chambre de travail du cylindre b. En référence à la figure 6b, l'embouchure chaude 22b coïncide parfaitement avec la lumière 41b de la culasse, et l'orifice chaud 24b coïncide parfaitement avec la lumière 65 du raccord haute pression 60. Le gaz, qui a été préalablement échauffé dans l'échangeur, est détendu dans la chambre de travail du cylindre b de façon à repousser le piston 3 dans un mouvement descendant.
Lors du fonctionnement du moteur et en référence au cycle décrit au- dessus, le gaz de travail froid et comprimé et/ou en cours de compression entre dans le boisseau haute pression 20 en rotation dès lors qu'au moins une partie des deux embouchures froides 21b communique avec les lumières 41b de façon à faire circuler le gaz de travail froid et comprimé vers l'extrémité froide de l'échangeur. La section de passage entre la chambre de travail et les embouchures froides augmente avec la rotation du boisseau haute pression. Lorsque les embouchures froides du boisseau haute pression coïncident parfaitement avec les lumières de la culasse, la section de passage est maximale. La majeure partie du volume de gaz de travail froid et comprimé a franchi lesdites embouchures. Ensuite, du fait de la rotation du boisseau haute pression et de la fin de la compression, une partie seulement des embouchures communique avec les lumières, de façon à faire circuler la partie restante du gaz de travail froid et comprimé vers l'extrémité froide de l'échangeur. Simultanément, la section de passage entre la chambre de travail et les embouchures chaudes augmente de sorte qu'une partie desdites embouchures chaudes communique avec la même lumière. Le gaz de travail sortant des embouchures chaudes, et donc entrant dans la chambre de travail, provient de l'extrémité chaude de l'échangeur après avoir été chauffé. Le gaz de travail effectue ainsi une boucle en passant par les mêmes lumières de la culasse mais par des passages internes différents du boisseau haute pression. Pendant un court instant le gaz de travail froid et le gaz de travail chaud se croisent.
Selon un mode de réalisation particulier du boisseau haute pression prévu pour un moteur comprenant deux cylindres, le boisseau haute pression 20 comporte deux orifices alignés circonférentiellement pour communiquer sélectivement avec le raccord haute pression. En référence à la figure 5a, l'un des orifices chauds 24a, prévu pour réaliser la communication du gaz de travail provenant du cylindre a, et l'un des orifices chauds 24b, prévu pour réaliser la communication du gaz de travail provenant du cylindre b, sont alignés circonférentiellement. Lesdits orifices sont disposés sensiblement au centre du boisseau et sont opposés de 180 degrés. Les passages internes en amont desdits orifices sont mitoyens et présentent une paroi commune. Lors du fonctionnement du moteur, chacun desdits deux orifices communique successivement un passage associé avec une lumière 65 du raccord haute pression. Cette caractéristique permet de réduire l'encombrement du boisseau et donc l'encombrement du moteur.
On va maintenant décrire en référence aux figures 7a, 7b, 8a et 8b les positions angulaires du boisseau basse pression 30 lorsque le gaz de travail circule entre la chambre de travail d'un des cylindres et un raccord basse pression 70.
En référence aux figures 7a et 8a, il est représenté un haut moteur similaire aux figures 4, 5a et 5b. Seule la partie basse pression du haut moteur sera décrite puisque la partie haute pression du haut moteur est identique aux figures 4, 5a et 5b. Comme pour la partie haute pression, la face latérale accueillant le boisseau basse pression présente une surface de réception 40 comprenant quatre lumières basse pression 41bp : deux couples de lumières 41a, 41b adjacentes étant prévues pour coopérer respectivement avec un cylindre a et un cylindre b.
La figure 7a montre le boisseau basse pression dans une position angulaire particulière lorsque la synchronisation du moteur est telle que :
- pour le cylindre a, du gaz de travail est admis dans la chambre de travail (phase d'admission), et
- pour le cylindre b, le gaz de travail subit une phase de détente.
Dans cette position particulière, aucun gaz de travail ne circule dans des passages internes du boisseau haute pression.
En référence aux figures 7a, 8a, la culasse 4 comprend des lumières 41a prévues pour surmonter le cylindre a, et des lumières 41b prévues pour surmonter le cylindre b. Le boisseau basse pression 30 comprend deux embouchures d'admission 32a adjacentes (non-visibles sur la figures 7a), de dimensions identiques et alignées sur la périphérie du boisseau, le long d'une direction parallèle à l'axe de rotation du boisseau. Les embouchures d'admission 32a présentent une forme sensiblement rectangulaire dont la dimension longitudinale s'étend dans une direction qui est parallèle à l'axe de rotation du boisseau. Selon la position angulaire représentée par la figure 7a, les embouchures d'admission 32a communiquent avec les deux lumières 41a de la culasse 4 de façon que le gaz de travail circule depuis le boisseau basse pression 30 vers la chambre de travail du cylindre a. A l'autre extrémité du passage interne et en référence aux figures 7a et 7b, se situe un orifice d'admission 34a agencé à la périphérie du boisseau basse pression (partiellement visible sur la figure 8a). Les deux embouchures d'admission 32a d'une part, et l'orifice d'admission 34a d'autre part, définissent respectivement les deux extrémités du passage interne utilisé pour faire circuler le gaz de travail depuis le raccord basse pression 70 vers la chambre de travail du cylindre a. Selon la position angulaire représentée, l'orifice d'admission 34a communique avec une lumière d'admission 74a du raccord basse pression 70.
Lors du fonctionnement, l'air extérieur, servant de gaz de travail, est introduit dans le raccord basse pression via une entrée d'admission 71. L'orifice d'admission 34a présente une forme rectangulaire dont la dimension longitudinale s'étend dans une direction qui est orthogonal à l'axe de rotation du boisseau.
En référence à la figure 7b, une embouchure d'amission 32a coïncide parfaitement avec une lumière 41a de la culasse, et l'orifice d'admission 34a coïncide parfaitement avec la lumière 74a du raccord basse pression 70. Le mouvement descendant du piston 3 permet l'admission du gaz de travail, voir flèche fA.
En outre en référence aux figures 7a et 8a, chaque couple de lumières 41bp est espacée d'une extrémité axiale 49 de la surface de réception 40 de façon que les orifices d'admission soient en vis-à-vis de la surface de réception 40 de la culasse 4 entre une extrémité axiale 49 de la surface de réception 40 et un bord transversal 39 d'une lumière 41bp de la culasse. De préférence, l'écartement entre une extrémité axiale 49 de la surface de réception 40 et un bord transversal 39 est égal ou supérieur à la dimension transversale d'un orifice d'admission.
En référence à la figure 7a et 8a, on peut aussi distinguer que le boisseau basse pression 30 comprend deux embouchures d'échappement 31a adjacentes, de dimensions identiques et alignées sur la périphérie du boisseau, le long d'une direction parallèle à l'axe de rotation du boisseau. Les embouchures d'échappement 31a présentent une forme sensiblement rectangulaire dont la dimension longitudinale s'étend dans une direction qui est parallèle à l'axe de rotation du boisseau. Les embouchures d'échappement 31a sont alignées circonférentiellement avec les embouchures d'admission 32a. Les embouchures d'échappement 31a sont destinées à communiquer avec les lumières 41a de la culasse de façon que le gaz de travail puisse circuler depuis la chambre de travail du cylindre a vers le boisseau basse pression 30 via un passage interne. A l'extrémité opposée des embouchures d'échappement 31a, le passage interne débouche par un orifice d'échappement 33a. En outre les embouchures d'échappement 31a et les embouchures d'admission 32a sont écartées le long de la circonférence du boisseau d'un débattement angulaire faible, par exemple, de 100 à 350 degrés, de préférence de 200 à 250 degrés. De préférence, chaque embouchure d'échappement présente, le long de la circonférence du boisseau basse pression, une ouverture angulaire comprise entre 70 et 100 degrés, de préférence entre 80 et 90 degrés. En outre chaque embouchure d'admission présente, le long de la circonférence du boisseau, une ouverture angulaire comprise, par exemple, entre 70 et 100 degrés, de préférence entre 80 et 90 degrés.
En outre chaque lumière 41bp présente, le long de la circonférence de la surface de réception 40, une ouverture angulaire comprise, par exemple, entre 40 et 100 degrés.
De préférence, les orifices d'admission et d'échappement présentent, le long de la circonférence du boisseau, une ouverture angulaire comprise entre 30 et 60 degrés, de préférence entre 40 et 55 degrés.
Entre la partie du boisseau basse pression communiquant sélectivement avec le cylindre a et la partie du boisseau basse pression communiquant sélectivement avec le cylindre b, les embouchures et orifices sont respectivement diamétralement opposés selon le mode de réalisation représenté. Concernant le cylindre b et selon la position angulaire particulière du boisseau basse pression, la synchronisation du moteur est telle qu'aucune embouchure ne coïncide avec les lumières 41b de la culasse. En référence à la figure 7a, on distingue que le boisseau basse pression comprend deux embouchures d'admission 32b destiné à communiquer avec deux lumières 41b de façon que le gaz de travail provenant du raccord basse pression 70 puisse circuler depuis le boisseau basse pression (en passant par un orifice d'admission 34b non-visible sur la figure 7a) vers la chambre de travail du cylindre b. On distingue en partie également que le boisseau basse pression 30 comprend deux embouchures d'échappement 31b destinés à communiquer respectivement avec les deux lumières 41b de la culasse 4 de façon que le gaz de travail puisse circuler depuis la chambre de travail du cylindre b vers le raccord basse pression 70. On distingue en outre que le boisseau basse pression 30 comprend un orifice d'échappement 33b. Les embouchures d'échappement 31b d'une part, et l'orifice d'échappement 33b d'autre part correspondent aux deux extrémités du passage interne permettant de faire circuler le gaz de travail provenant de la chambre de travail du cylindre b vers le raccord basse pression.
La figure 8a montre en particulier la position angulaire du boisseau basse pression 30 lorsque du gaz de travail est échappé de la chambre de travail du cylindre b. En référence à figure 8a, les deux embouchures d'échappement 31b du boisseau basse pression 30 sont vues en transparence de la circonférence du boisseau et conforme aux embouchures d'échappement de la figure 7a. Les deux embouchures d'échappement 31b forment l'entrée du passage interne, également vu en transparence, jusqu'à l'orifice d'échappement 33b. La synchronisation du moteur est telle que les embouchures d'échappement 31b communiquent avec les lumières 41b de la culasse 4 de façon que le gaz de travail circule depuis la chambre de travail du cylindre b vers le boisseau basse pression, et simultanément l'orifice d'échappement 33b, conforme à l'orifice d'échappement de la figure 7a, communique avec la lumière 75 du raccord basse pression 70 de façon que le gaz de travail circule depuis le boisseau basse pression vers le raccord basse pression. En référence à la figure 8b, l'embouchure d'échappement 31b coïncide parfaitement avec la lumière 41b de la culasse, et l'orifice d'échappement 33b coïncide parfaitement avec la lumière 75 du raccord basse pression. Le mouvement du piston 3 est tel que le gaz de travail est repoussé dans le passage interne du boisseau basse pression 30 puis vers le raccord basse pression 70, voir flèche fD.
En référence aux figures 7a et 8a, les orifices d'échappement 33a et 33b sont alignés circonférentiellement le long de la périphérie du boisseau basse pression 30. Lesdits orifices sont opposés par exemple de 180 degrés et les passages internes en amont desdits orifices sont mitoyens et présentent une paroi commune. Lors du fonctionnement du moteur, chaque orifice communique successivement un passage interne associé avec une seule lumière d'échappement 75 du raccord basse pression. Cette caractéristique permet de réduire l'encombrement du boisseau et donc l'encombrement du moteur.
En outre chaque couple de lumières 41bp est espacée l'un de l'autre le long de la surface de réception 40 de façon que les orifices d'échappement soient en vis-à-vis de la surface de réception 40 de culasse 4 séparant le couple de lumière 41a du couple de lumière 41b. préférence, l'écartement entre les deux couples de lumières est égal supérieur à la dimension transversale d'un orifice d'échappement.

Claims

REVENDICATIONS
Moteur à source chaude externe (1) comprenant :
- au moins un cylindre (2),
- un piston (3) mobile en va et vient dans le cylindre (2),
- une culasse (4) définissant, avec le piston (3) et le cylindre (2), une chambre de travail (5) pour un gaz de travail,
- une distribution montée dans la culasse (4) et faisant sélectivement communiquer la chambre de travail (5) avec les ressources suivantes :
o une admission (A) de gaz de travail,
o une extrémité froide (B) d'un échangeur de chaleur (6), o une extrémité chaude (C) de l'échangeur de chaleur (6), o un échappement (D),
caractérisé en ce que la distribution comprend au moins un boisseau rotatif (20, 30) monté en rotation dans la culasse (4) et comportant des passages internes débouchant à travers sa paroi latérale par au moins une embouchure (21, 22 ; 31, 32) qui communique sélectivement avec la chambre de travail (5) par au moins une lumière (41) pratiquée dans la culasse (4).
Moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une lumière (41) de la culasse est susceptible de communiquer avec deux passages internes du boisseau qui débouchent à travers la paroi latérale du boisseau par deux embouchures (21, 22 ; 31, 32) alignées circonférentiellement.
Moteur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits deux passages internes sont, l'un, un passage par lequel le gaz de travail rentre dans la chambre de travail (5), et l'autre, un passage par lequel le gaz de travail quitte la chambre de travail (5).
Moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à l'extrémité opposée aux embouchures (21, 22 ; 31, 32), les passages internes débouchent à travers la paroi latérale du boisseau (20, 30) par des orifices (23, 24 ; 33, 34) qui communiquent sélectivement avec des raccords fixes (60, 70) en fonction de la position angulaire du boisseau.
Moteur (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pour chaque passage, la géométrie de l'au moins un boisseau (20, 30) est telle que l'orifice (23, 24 ; 33, 34) est capable de communiquer avec le raccord (60, 70) correspondant lorsque l'embouchure (21, 22 ; 31, 32) communique avec la chambre de travail (5).
Moteur (1) selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que, sur l'au moins un boisseau (20, 30), l'au moins une embouchure (21, 22 ; 31, 32) est décalée axialement par rapport à l'au moins un orifice (23, 24 ; 33, 34).
Moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'au moins un boisseau comprend un boisseau basse pression (30) commandant la communication sélective de la chambre de travail (5) avec l'admission (A) et l'échappement (D).
Moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'au moins un boisseau comprend un boisseau haute pression (20) commandant la communication sélective de la chambre de travail (5) avec les extrémités chaude (C) et froide (B) de l'échangeur (6).
Moteur (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la distribution est agencée de façon que, vers la fin de la compression, la chambre de travail (5) commence à communiquer avec l'extrémité froide (B) de l'échangeur (6) lorsque la pression dans la chambre de travail est plus basse que la pression dans l'échangeur (6).
10. Moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'au moins une embouchure comprend deux embouchures (21, 22 ; 31, 32), pour un même passage, capables de communiquer simultanément avec la chambre de travail (5), par deux lumières (41).
11. Moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que au moins un passage comprend deux passages conduisant en parallèle à une même ressource, capables de communiquer simultanément chacun avec une lumière (41) de la culasse.
12. Moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 11, possédant au moins deux cylindres, caractérisé en ce que l'au moins un boisseau (20, 30) comporte deux orifices alignés circonférentiellement pour communiquer sélectivement avec un même raccord, et qui communiquent chacun avec un passage respectif associé à l'un respectif des cylindres.
13. Moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les lumières (41) sont entourées d'un dispositif d'étanchéité pour fermer l'interstice entre la paroi périphérique du boisseau et une surface adjacente de la culasse tout autour de chaque lumière (41).
14. Ensemble de motorisation comprenant un moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 13 et un échangeur de chaleur (6) ayant un trajet calorécepteur (62) s'étendant entre extrémité froide (B) et une extrémité chaude (C) sélectivement raccordées à la chambre de travail (5) vers la fin d'une phase de compression et vers le début d'une phase de détente, respectivement.
15. Ensemble selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (6) est du type à contre-courant.
16. Ensemble selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (6) comprend un trajet calo-cédant (61) parcouru par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne.
17. Ensemble selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (6) comprend un trajet calo-cédant (61) parcouru par un fluide réchauffé à l'énergie solaire.
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