FR2963643A1 - Moteur a combustion interne ou externe a cycle combine 2 en 1 en parallele a chaleur perdue-recyclee donnant un fort rendement et mecanisme thermique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne principalement les moteurs à explosion, elle accroit le rendement des motorisations par deux étapes d'amélioration successives, la combinaison 2 en 1 qui intègre un cycle dit triangulaire ou trapézoïdal au cycle natif, le cycle triangulaire transforme les résidus thermiques du cycle natif en couple, la seconde consiste à recycler la chaleur résiduelle du cycle combiné (natif+trapézoïdal) grâce à quoi le rendement moteur s'accroit considérablement. Le compresseur isotherme 6 travaille en parallèle avec le compresseur "isotherme" 8c. La chaleur résiduelle Qr prélevée avant l'expulsion des gaz détendus est recyclée en Qb après compression isotherme et en Qa avant compression "adiabatique-isotherme". La compression adiabatique-isotherme de l'air/mélange tiède du compresseur 8c est refroidie par le transfert de la chaleur dégagée pour préchauffer l'air/mélange compressé en isotherme froide qui a reçu la quantité de chaleur Qb. Après le recyclage thermique la température des flux 16i et 16c passent à la température favorisant l'explosion. Après combustion et détente des gaz brulés dans le mécanisme de détente adiabatique 8d, la chaleur résiduelle Qr des gaz détendus est prélevée puis recyclée. Le partage des flux 16i et 16c travaillés par les compresseurs isotherme 6 et adiabatique-isotherme 8c est tel qu'il assure une température minimale Tp et minimise les pertes. La chaleur perdue, distincte de l'isotherme froide, est quasi nulle. Le rendement est excellent, il sera d'autant meilleur que Tp est élevée.

Description

La présente invention concerne, dans sa forme privilégiée, une variante des moteurs à combustion interne à cycle combiné 2 en 1 pour lequel la combinaison des cycles est accomplie en parallèle. En inversant le cycle le mécanisme devient un mécanisme thermique spécialisé qui peut, par exemple, produire et du chaud et du froid. Le mécanisme peut être fermé ou ouvert, à combustion interne ou externe. Lorsqu'il est moteur, le cycle natif du moteur ou du mécanisme thermique peut être combiné à un cycle triangulaire ou trapézoïdal, pointe en bas ou pointe en haut. La combinaison des cycles ainsi que le fait de pouvoir recycler, au moins partiellement, la chaleur résiduelle perdue par le cycle moteur donne au mécanisme un rendement performant. Les moteurs et mécanismes thermiques à cycle combiné réalisent la combinaison des cycles natif et triangulaire (ou trapézoïdal) séquentiellement ou simultanément, par exemple dans la combinaison du cycle natif d'un moteur à explosion les moteurs à cycle combiné réalisent la compression de la totalité de l'air en admission en isotherme (cycle triangulaire) d'abord, puis ce flux d'air est compressé en adiabatique (cycle natif, moteur à combustion) ceci correspond à un agencement séquentiel, un procédé simultané accomplirait une seule compression partiellement refroidie, ni isotherme ni adiabatique mais un mélange des deux tel que le cycle combiné 2 en 1 ainsi obtenu rejette des gaz brûlés à la température voisine de celle de l'admission. Le mécanisme selon l'invention combine les cycles natif et triangulaire (ou trapézoïdal) en parallèle, c'est-à-dire que le flux de fluide de travail est partagé en deux flux. L'un de ces deux flux, selon un mode moteur, est compressé selon une compression adiabatique correspondant au cycle natif alors que l'autre partie du flux est compressé en isotherme selon le cycle triangulaire (ou trapézoïdal) combiné. Selon une combinaison séquentielle le taux de compression isotherme correspond au taux de compression du cycle triangulaire (ou trapézoïdal) qui exploiterait les pertes thermiques du cycle moteur natif. Un cycle triangulaire ramène ces pertes thermiques à la température ambiante. Dans une combinaison parallèle des cycles, les compressions adiabatique et isotherme ont le même taux de compression le réglage par lequel le cycle combiné parvient à l'optimum en recyclant la totalité de la chaleur perdue par le cycle natif est obtenu par ce partage du flux. Plus les pertes thermiques du cycle natif sont importantes et plus le taux du flux de fluide de travail traité par le compresseur isotherme croit. Il est bon de rappeler ici ce que nous appelons cycles triangulaire et trapézoïdal et fait l'objet d'un brevet déposé conjointement à celui-ci. Chaque fois que nous disposons d'une source de chaleur limitée, c'est-à-dire d'une quantité de chaleur limitée ayant la forme d'une masse ou d'un flux de matière à une température donnée, et que nous cherchions à la transformer en énergie mécanique nous sommes confrontés à la question du meilleur moyen, cette conversion optimale qui nous fera perdre le moins possible de chaleur et nous donnera le plus possible d'énergie. Nous espérons toujours nous approcher le plus possible du rendement de Carnot et pensons qu'il y a un moyen d'en approcher. Or la nature n'est pas aussi généreuse que nous ne l'espérerions d'elle. Le rendement de Carnot est inaccessible pour toutes les sources entrant dans ce domaine. Il semble que le rendement optimal pour de telles sources de chaleur est alors celui donné par le cycle triangulaire - je lui donne le nom de triangulaire vu qu'il fait intervenir trois transformations différentes de la thermodynamique qui forment ainsi un cycle fermé à trois temps-. Ainsi le rendement optimal d'un mécanisme exploitant la chaleur dégagée par une turbine à gaz, un moteur à explosion, une source géothermale,... ne peut pas être le rendement de Carnot (1-Tf/Tc), où Tf est la température de la source froide, Tc la température de la source chaude, mais peut atteindre dans le meilleur des cas le rendement du cycle triangulaire (pointe en bas) qui est (1 - Tf / (Tc - Tf) * ln ( Tc/ Tf )) lequel est toujours inférieur à Carnot quoique optimal. On le comprend immédiatement lorsque nous considérons l'usage d'une machine à vapeur pour une telle conversion. Pour transformer l'eau en vapeur il nous faut nécessairement abaisser la température de vaporisation par rapport à la température de la source de chaleur, Tc, sans quoi nous n'obtiendrons que très peu de vapeur, donc très peu d'énergie donc un très mauvais rendement alors que nous cherchons à nous situer au plus près du rendement idéal de Carnot (1-Tf/Tc). L'optimal passe donc par une détérioration du rendement idéal de Carnot et cet optimal est alors celui donné ci-dessus. De plus, en reprenant l'exemple pris ci-dessus, nous pouvons affirmer que cet optimal ne pourra être atteint par un mécanisme de type turbine à vapeur simple puisque la turbine à vapeur n'exploitera que la fraction Tc-Tv et perdra la fraction Tv-Tf, où Tv est la température de vaporisation de l'eau. Les mécanismes à cycle triangulaire permettent de convertir la totalité de cette quantité de chaleur, de Tc à Tf, et ce avec le meilleur rendement qu'on puisse obtenir dans ce domaine. Le cycle triangulaire se compose d'une isotherme, premier coté du triangle, d'un chauffage ou refroidissement du fluide de travail (selon le type de cycle), second coté du triangle, et enfin d'une adiabatique, le troisième coté du triangle. Les cycles triangulaires s'obtiennent par la composition de ces trois transformations thermodynamiques. Le cycle étant fermé, en fin de cycle l'état final est donc celui de départ. Ce qui lie le taux de compression et l'écart de température découlant du chauffage/refroidissement du fluide de travail. Nous distinguons donc deux formes de cycle triangulaire de rendement ou efficacité distincts. Le premier est le cycle triangulaire pointe en bas. Le second est le cycle triangulaire pointe en haut. La pointe du triangle étant le point où se rejoignent l'adiabatique et l'isotherme. Le premier cycle, triangulaire pointe en bas, sera le principal cycle moteur. Sa compression isotherme froide lui donne le meilleur rendement, celui donné par la formule ci-dessous, et correspond à la meilleure exploitation de la chaleur d'un flux de matière (gazeuse, liquide ou solide). Les pertes thermiques sont alors uniquement le fait de la compression isotherme et non plus de l'expulsion de gaz brulants. Le rendement des cycles triangulaires moteurs ne dépend que de la température basse et de la température haute. Pour un cycle moteur pointe en bas (compression isotherme froide, chauffage, détente adiabatique), le rendement vaut : 1 - Tf / (Tc - Tf) * ln(T c/T f) ; où ln est le logarithme népérien. Pour un cycle triangulaire pointe en haut le rendement vaut : 1 - ( Tf /Tc - 1) / ln(Tc/T f ). Ce dernier est inférieur au rendement du cycle triangulaire pointe en bas mais cette baisse de rendement résulte d'une perte inexploitée de chaleur qui n'est pas sans intérêt comme nous le verrons un peu plus loin. Notons que cette différence de rendement entre les cycles triangulaires pointe en haut et pointe en bas est relative. Les deux cycles sont parfaitement symétriques et leur rendement dépend principalement de la source de chaleur que nous considérons être couteuse. Habituellement la chaleur qui a un coût est celle de la source chaude. Rien ne nous contraint à cette restriction. Il existe des conditions d'exploitation pour lesquelles la source de chaleur exploitée est la source froide et non la source chaude qui est disponible à profusion et sans pénalité. Dans ces contextes, moins familiers des motoristes, l'ordre du rendement des cycles triangulaires s'inversent. Alors le cycle moteur triangulaire pointe en haut a un rendement optimal alors que le cycle moteur triangulaire pointe en bas a un rendement moindre.

Le cycle triangulaire peut être modifié de sorte que la pointe triangulaire du triangle lui soit retirée. Le cycle triangulaire modifié devient alors un cycle appelé cycle trapézoïdal. Du triangle initial correspondant aux températures (Tf, Tc) restent l'échange thermique principal (Tf, Tc), inchangé, ainsi que les cotés tronqués de la compression (respectivement détente) isotherme et la détente (respectivement compression) adiabatique auxquels s'ajoute un quatrième coté qui fait la liaison entre l'adiabatique et l'isotherme, coté pointe, par un échange thermique de moindre importance. Les cycles triangulaires modifiés de forme trapézoïdal, abusivement nommé trapézoïdal car la forme générale est de type quadrilatère puisque l'échange thermique principal et le second ne sont pas nécessairement semblables (tous deux isochores par exemple), sont également de deux groupes de même que les cycles triangulaires dont ils sont extraits. Il y a donc les cycles trapézoïdaux « pointe » ou petit coté en bas et les cycles trapézoïdaux « pointe » en haut. Les moteurs à cycle triangulaire sont particulièrement bien adaptés pour recycler la chaleur perdue par les turbines ou les moteurs à explosion, cependant bien mieux que d'ajouter un mécanisme à un autre, il est préférable que le moteur incluse dans son cycle la composante triangulaire correspondant au traitement des pertes du cycle initial également appelé cycle natif.

Ainsi nous obtenons un cycle combiné "2 en 1". Dès lors les cycles moteurs prennent une composante de compression isotherme grâce à laquelle la température des gaz brulés expulsés avoisine la température ambiante. Cette composante isotherme propre à l'invention est soit une compression en deux temps, de façon préférentielle elle débute par une compression isotherme puis elle est suivie d'une compression adiabatique mais l'ordre inverse peut éventuellement être choisi.

Soit la compression est refroidie, c'est-à-dire qu'elle n'est plus vraiment adiabatique de même qu'elle n'est pas isotherme. Ce refroidissement de la compression peut être actif durant la totalité de la compression ou durant une partie de celle-ci. Le refroidissement est tel qu'après explosion du mélange la détente adiabatique des gaz brulés produit une chute de la température au voisinage de la température ambiante. Nous remarquerons la singularité du cycle triangulaire et par voie de conséquence des cycles combinés 2 en 1 qui, au lieu d'expulser en fin de cycle des gaz chauds résultant des pertes entropiques du mécanisme, il expulse des gaz à la température ambiante. Les pertes entropiques ont lieu en amont, en début de cycle par la compression isotherme. Caractéristique qu'ils partagent avec les cycles au rendement de Carnot dont les pertes sont elles aussi celles d'une isotherme.

Il existe deux familles de combinaison des cycles, la combinaison en série et la combinaison en parallèle (objet de ce brevet). La combinaison en série est la plus naturelle, elle consiste à faire subir séquentiellement toutes les étapes du cycle combiné au flux du fluide de travail. Par exemple dans un moteur à explosion la totalité du flux d'air sera compressé en isotherme (composante du cycle triangulaire) puis compressé en adiabatique (composante du cycle natif, essence ou diésel) puis, après explosion, les gaz brulés sont détendus en adiabatique (composante des cycles triangulaire et natif). La combinaison parallèle parallélise les opérations propre à chaque cycle. Ainsi l'exemple précédant selon un mode combiné en parallèle effectue les compressions isotherme et adiabatique en parallèle. Les deux flux compressés sont réunis puis, après l'explosion, les gaz brulés sont détendus en adiabatique, composante commune aux deux cycles triangulaire et natif.

La combinaison d'un cycle triangulaire ou trapézoïdal à un cycle de type moteur à explosion ou de type turbine à gaz se traduit par la combinaison de la compression isotherme du cycle triangulaire (pour un cycle moteur triangulaire pointe en bas, l'usage le plus courant) avec une compression adiabatique ; comme ici où nous les combinons en parallèle. La combinaison d'un cycle triangulaire ou trapézoïdal avec un cycle de type Carnot (Carnot, Stirling, Ericsson) se traduit par la combinaison d'une détente isotherme chaude avec la détente adiabatique du cycle triangulaire (toujours selon un exemple moteur pointe en bas). Ainsi des moteurs à cycle combinés 3 en 1 combinant au cycle triangulaire ou trapézoïdal un cycle de type moteur à explosion ainsi qu'un cycle de type Carnot auront une compression en partie isotherme et en partie adiabatique et leur détente sera en partie isotherme et en partie adiabatique. Cette combinaison des cycles est possible en thermique comme en moteur, avec des cycles à pointe en bas mais aussi à pointe en haut. Les plus naturels et les plus courants sont ceux issus des cycles triangulaires et trapézoïdaux pointe en bas. Le mécanisme selon l'invention, en fonction des variantes, ou réduit l'intérêt apporté par le recyclage de la chaleur non consommée par un mécanisme trapézoïdal puisque seul une fraction de cette chaleur peut alors être totalement recyclée par le flux du compresseur isotherme, ou il l'exploite pleinement lorsque, réalisant un préchauffage avant compression, il recycle la totalité de la chaleur résiduelle et réduit la contribution adiabatique dans le parallélisme des flux. Notons que ce préchauffage avant compression réduit la contribution du flux compressé en adiabatique, ce qui est une économie, mais réduit aussi jusqu'à l'annuler, sa contribution au couple moteur. Néanmoins ce recyclage permet d'accroitre le rendement moteur bien au-delà du rendement du cycle natif, du cycle triangulaire de référence ou du simple cycle combiné 2 en 1 déjà très concurrentiels avec le rendement des moteurs à explosion, en évitant de convertir la chaleur aux basses températures dont la conversion en couple moteur est faite avec un très mauvais rendement. Cette chaleur peu efficace en puissance moteur est recyclée de cycle en cycle ce qui évite d'en dépenser la production, sinon celle des pertes dues à son recyclage. La compression adiabatique en parallèle a une certaine similitude avec le recyclage thermique. Elle permet de chauffer le flux de fluide de travail aux températures basses pour lesquelles le rendement est faible. Mais surtout elle apporte deux points forts aux moteurs à combustion interne : le chauffage de l'air (ou le mélange) à une température minimale nécessaire à la combustion du carburant. L'économie de l'oxygène de l'air compressé réservé à la production d'une chaleur plus intense. La stratégie de perte thermique entretenue et recyclée qui découle du recyclage thermique qui vient d'être décrit consiste à ne pas transformer toute la chaleur en couple mais à rejeter puis recycler cette chaleur résiduelle. Celle-ci est de basse température ce qui lui donnerait un rendement de transformation en couple médiocre. Cette stratégie consiste à recycler de cycle en cycle sans jamais la convertir cette chaleur peu productive en travail (improprement, d'énergie). Afin de recycler toute cette chaleur des variantes à l'invention réalisent un préchauffage de l'air avant son admission en compression adiabatique. La compression elle-même devient une forme de recyclage thermique. La température du mélange avant son explosion est importante pour les moteurs essence et Diesel, il est essentiel de pouvoir s'assurer qu'elle est toujours dans le domaine des températures favorables à l'explosion du mélange. Cette caractéristique est un atout appréciable pour un moteur à combustion interne. L'architecture parallèle de l'invention permettra des développements futurs intéressants puisque, à priori, rien ne lie les deux flux parallèles sinon la pression commune de compression ce qui donne à chaque composante isotherme ou adiabatique une indépendance vis-à-vis de l'autre qui est très intéressante. Selon des modes particuliers de réalisation : - Les mécanismes selon l'invention peuvent être de facture classique, basée sur des mécanismes piston-bielle-vilebrequin, ainsi que les dessins les illustrent schématiquement, mais ils peuvent être aussi bien basés sur des mécanismes à pistons linéaires ou vérins que sur des mécanismes rotatifs, des mécanismes rotatifs à piston ou à palettes, rotatifs à rotation continue ou rotatifs à rotation alternative ou oscillante, à piston simple ou double effet, des mécanismes axiaux, turbines, turbopropulseurs ou turboréacteurs. - Les mécanismes selon l'invention peuvent être soit moteur, soit de type pompe à chaleur, soit de 20 type frigorifique ou cryogénique. Ils peuvent être fermés ou ouverts. Moteurs, ils peuvent être à combustion externe ou interne. - Les mécanismes selon l'invention peuvent exploiter une ou plusieurs énergies, simultanément ou alternativement. Il peut être à combustion interne et externe, simultanément ou alternativement. Les énergies exploitées peuvent être solaire, géothermale, thermique, des combustibles fossiles ou 25 recyclables, de l'hydrogène. - Selon des variantes à l'invention le mécanisme est un moteur thermique ou un moteur à combustion externe ou interne, dont le cycle est un cycle combiné 3 en 1, le cycle combiné 2 en 1 en parallèle intègre à sa détente adiabatique une composante de détente isotherme haute température celle-ci constitue une composante de cycle de type Carnot (Stirling, Ericsson,...) qui s'ajoute au 30 cycle combiné et en font un cycle combiné 3 en 1. - Selon des variantes à l'invention le mécanisme moteur à combustion interne dispose d'un échangeur permettant de chauffer les gaz avant ou après la combustion ou le mécanisme procède par une longue injection de faible quantité de combustible ou par une succession de brèves injections de combustible de manière à produire une première partie de détente de type isotherme à haute 35 température grâce à quoi il réalise un cycle combiné 3 en 1 - Les mécanismes selon l'invention à cycles combinés 3 en 1 peuvent introduire des variantes séparant la détente en partie isotherme chaude et en partie adiabatique. Ces parties peuvent être traitées par des éléments spécialisés, en série ou en parallèle, un premier mécanisme réalise la détente isotherme chaude puis un second termine la détente en adiabatique. 40 - Les mécanismes d'ouverture et fermeture des volumes de travail et des flux entre ces volumes peuvent être des soupapes ou des vannes, elles peuvent être commandées mécaniquement ou électriquement. De même l'ordonnancement du cycle et des flux peut être déterministe ou adaptatif. Dans le cas d'un ordonnancement déterministe il peut être constitué d'une association d'arbre à came, cames et soupapes. Dans le cas d'un ordonnancement pouvant être adaptatif celui-ci peut être constitué d'un calculateur (tel qu'un microprocesseur ou DSP). - Le mécanisme de commande peut être un calculateur lequel est associé à un ensemble de capteurs l'informant de l'état du mécanisme et du contexte extérieur ainsi que de la consigne à appliquer (accélération/décélération ou vitesse constante, dans un cadre automobile). Les capteurs collectent des données sur l'état du mécanisme, des données extérieures et les consignes, son (ou ses) algorithme les exploite. Il en résulte des commandes qui sont adressées aux éléments qu'il asservit. Ces éléments peuvent être les soupapes et vannes, les flux de fluide caloporteur, l'injection ou l'allumage, les rapports de boite de vitesse, un ou des mécanisme d'embrayage,... - Les échangeurs thermiques utilisés par le mécanisme selon l'invention peuvent être simples mais aussi multiples, constitués de plusieurs échangeurs en série ou en parallèle disposant d'un circuit et une gestion des flux de leur fluide caloporteur spécifique à chaque sous élément de l'échangeur. L'échangeur du mécanisme de compression/détente isotherme peut, selon certaines variantes, être ainsi subdivisé. - Les mécanismes selon l'invention basés sur un système piston-bielle-vilebrequin peuvent utiliser des embiellages particuliers permettant de prolonger un ou les points morts du mécanisme ou de ralentir ou contrôler le mouvement du piston en une certaine partie de son cycle afin de mieux contrôler les échanges thermiques ou les flux de fluide de travail afin de mieux contrôler l'état du mécanisme (en particulier afin d'obtenir une admission précise ou une combustion mieux contrôlée). Un dispositif équivalent à ces embiellages peut être adapté au choix technique retenu pour réaliser l'invention. Par exemple, un mécanisme à palette modifiera la courbure de son stator ou de son rotor afin d'obtenir le même effet. - Les mécanismes selon l'invention ayant une isotherme ont donc des caractéristiques communes avec les turbines à vapeur et de ce fait les techniques utilisées afin d'abaisser la température de condensation (source froide) des turbines afin d'en améliorer les performances peuvent ici aussi être appliquées afin d'améliorer leur rendement. - Les mécanismes des figures présentées peuvent aussi bien avoir des variantes travaillant en isobare qu'en isochore. Les mêmes solutions techniques s'appliquent donc aux variantes de ces figures. Qu'il s'agisse de l'usage d'un réservoir (en mode isobare), de l'usage de déplaceur, de dédoublement du circuit 25 ou du conduit 22 équivalent au circuit 25, ... (en mode isochore). Le dédoublement de circuit peut éventuellement être fait sur le circuit 15, en particulier pour des raisons de quantité de chaleur à recycler de même grandeur. - Selon des variantes à la figure 4 reprenant des éléments de la figure 9, le circuit 15 peut comporter un échangeur 17i soit en remplacement de l'échangeur 17 soit associé à l'échangeur 17. Un montage particulier peut relier ce ou ces échangeurs 17 ou 17i à l'échangeur 9i transférant la chaleur d'un circuit vers l'autre, soit directement soit via des dispositifs de stockage thermique tels que des régénérateurs. - Selon des variantes à l'invention la stratégie de perte thermique entretenue et recyclée suit un recyclage total ou partiel. Lorsqu'il est partiel seul le flux 16i sortant du compresseur isotherme 6 est préchauffé par la chaleur résiduelle Qr dans l'échangeur 9i ou une partie de cette chaleur peut être affectée au flux 16c issu du compresseur adiabatique 8c dans l'échangeur optionnel 9c. Lorsque le recyclage est total alors la chaleur résiduelle Qr est affectée aux deux flux parallèles 16i et 16c, le flux 16i est préchauffé dans l'échangeur 9i et le flux 16c est préchauffé dans l'échangeur 17c avant son admission en compression adiabatique, ce qui ramène le compresseur adiabatique 8c à une fonction similaire au recyclage thermique. - Selon des variantes au mécanisme décrit dans les figures 7 et 8, la compression isotherme parallèle est accomplie par un compresseur isotherme 6i et la détente adiabatique parallèle des gaz brulés est accomplie dans un mécanisme de détente 6a. De même selon des variantes à l'invention, le mécanisme 6 ou 6a et 6i sert en parallèle plusieurs éléments 8, le rapport entre les périodes des cycles mécaniques des éléments 6 ou 6a et 6i avec les éléments 8 est soit entier soit fractionnaire. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente le schéma d'un cycle triangulaire pointe en bas dans un graphe PV. La figure 2 représente le cycle d'un moteur Diésel dans sa composante parallèle. La figure 3 représente un cycle trapézoïdal, pointe en bas, dans un graphe PV (Pression/Volume) associé en parallèle à la composante de la figure 2. La figure 4 représente le schéma d'un mécanisme selon l'invention à cycle combiné 2 en 1 en 20 circuit fermé. La figure 5 représente le schéma d'un moteur à combustion interne variante de la figure 4. La figure 6 représente le schéma d'un moteur à combustion interne à cycle combiné 2 en 1 selon l'invention à recyclage thermique. La figure 7 représente le schéma d'un moteur à combustion interne, réalisant un mécanisme 25 combiné 2 en 1 où la détente est également accomplie en parallèle. La figure 8 représente le schéma d'un moteur à combustion interne, réalisant un mécanisme à cycles combinés en parallèle. Le mécanisme intègre un recyclage performant de la chaleur résiduelle grâce à quoi il lui est possible d'accroitre son rendement par une stratégie de perte thermique entretenue. Plus le mécanisme perd de chaleur (recyclée) plus son rendement croit. 30 La figure 9 représente le schéma du mécanisme selon l'invention résumant les mécanismes des figures 4, 5 et 6 et leurs variantes grâce à la symétrie du mécanisme. Le mécanisme en circuit fermé sert de référence aux mécanismes en circuit ouvert selon les points où le circuit est ouvert. La figure 10 représente le schéma d'un échangeur interne dont le brevet est déposé conjointement à celui-ci dont l'usage sera profitable au mécanisme selon l'invention. 35 En référence à la figure 1, le diagramme PV représente un cycle triangulaire pointe en bas, le plus utilisé en cycle moteur. Le nom de triangulaire lui est donné en raison de sa composition à partir de trois transitions thermodynamiques : une isotherme, un échange thermique et une adiabatique. La pointe du triangle qui permet de distinguer les deux classes de triangles (pointe en haut et pointe en bas) est le point où l'isotherme et l'adiabatique se rejoignent, le point a, ici. Les 40 cycles trapézoïdaux sont extraits des cycles triangulaires et correspondent à une troncature de la détente. La pointe, ici donnée en a, est alors remplacée par un échange thermique de moindre importance. Le cycle moteur triangulaire pointe en bas comprend une compression isotherme 1 (du point a au point b du graphe) suivie par un échauffement à pression constante 2 (du point b au point c) enfin une détente adiabatique 3 qui ramène le fluide de travail à son état initial (du point c au point a). Le cycle (a,b,c) est un cycle triangulaire pointe en bas. Les cycles (al,b,c,d) et (al,b,c,d) sont des cycles trapézoïdaux dits pointe en bas issus du triangle (a,b,c) pointe en bas. Le cycle thermique triangulaire pointe en bas se déduit du cycle moteur. Pour un fluide de travail donné, un couple de température (Tc, Tf) donné, il existe un unique cycle triangulaire pointe en bas et un unique cycle triangulaire pointe en haut mais une infinité de cycles trapézoïdaux en sont extraits.

Pour plus d'information à propos des cycles triangulaire et trapézoïdal veuillez consulter le brevet que je dépose à leur sujet conjointement à celui-ci. En référence à la figure 2, le diagramme PV représente un cycle moteur Diésel afin d'illustrer la combinaison en parallèle des cycles moteurs natif et trapézoïdal (ici, de manière non restrictive). Les deux compresseurs, adiabatique pour la fraction du flux traité en cycle natif -Diésel-, isotherme pour la fraction du flux traité en parallèle par le cycle trapézoïdal, expulsent un fluide de travail à une pression identique de 75 fois la pression en admission (ceci est un exemple non limitatif). L'objectif est de mélanger les deux flux afin que la température du fluide, l'air dans le cadre d'un moteur Diesel, soit au voisinage de 550°C avant l'injection du diésel. Les gaz brulés ont un gamma moindre que le gamma de l'air compressé, leur détente est complète, jusqu'à atteindre la pression en admission ce qui nécessite un volume de détente plus grand que celui de la compression. Les valeurs numériques utilisées pour tracer ces diagrammes sont : une température initiale de 18°C ce qui produit une température de compression adiabatique de 726°C, le mélange des deux fractions de flux d'air les ramène à une température de 550°C, l'air à 550°C alimente un moteur Diesel dont la combustion porte les gaz brulés à une température de 1500°C, ceux-ci se détendent de façon adiabatique avec un gamma moindre, ce qui ramène les gaz brulés à pression atmosphérique à 280°C. Cette chaleur est perdue pour la fraction du flux d'air du moteur natif (Diesel, ici) mais elle est recyclée pour la fraction du cycle trapézoïdal et sert à préchauffer l'air comprimé expulsé par le compresseur isotherme. Le rapport entre les deux flux, cycle natif et cycle trapézoïdal, dépend donc des échanges thermiques entre le flux préchauffé à 280°C et le flux chauffé par la compression adiabatique à 726°C de sorte que le mélange des deux atteigne 550°C pour une bonne combustion de Diésel injecté. Le rapport pour cet exemple est de 40/60, 40% du flux d'air est compressé en isotherme et 60 % est compressé en adiabatique. Il s'en suit que 40% des pertes thermiques du moteur combiné en parallèle 2 en 1 sont recyclées, 60% sont soit perdues soit servent à un autre usage. Cet exemple illustre le fonctionnement du moteur selon l'invention correspondant à la figure 5 qui ne recycle qu'une fraction de la chaleur résiduelle (40% selon cet exemple). Le moteur à combustion selon la figure 6 est lui plus performant et recycle la quasi-totalité de la chaleur résiduelle du fait du préchauffage de l'air compressé en adiabatique. La surchauffe est considérable. De ce fait la participation de la composante adiabatique est réduite. Selon cet exemple sa participation passe de 60% à 20%. Ce qui signifie que 80% du flux passe par le compresseur isotherme. Ce pourcentage peut s'accroitre un peu plus en abaissant le taux de compression, il est ici de 75 ! Un plus faible taux de compression élève la température des gaz brulés rejetés (il est tout aussi iconoclaste de préchauffer l'air avant de le compresser que d'« abaisser » le rendement de son cycle moteur) ce qui réduit la quantité de chaleur à apporter au flux de la composante isotherme et donc réduit le flux traité par le compresseur adiabatique.

La fraction du flux d'air compressé en adiabatique par le cycle natif, Diésel ici, suit le cycle suivant : la compression adiabatique 3c, l'échauffement isobare 2 de 726° à 1500°C, suivie de la détente adiabatique des gaz brulés 3d. La détente est complète, elle ramène les gaz brulés à pression atmosphérique. Le volume est donc plus important et correspond à la chaleur résiduelle des gaz. La chaleur de ce flux est perdue. Le mécanisme expulse les gaz brulés qui ont une température de 280°C. En référence à la figure 3, le schéma correspond au diagramme PV de la fraction trapézoïdale du cycle moteur combiné 2 en 1, combiné en parallèle. Au point a l'air admis est compressé en isotherme, phase 1, puis c'est un échauffement à pression constante 2. Celui-ci correspond au préchauffage de l'air compressé et froid sortant du compresseur isotherme (transition de 18°C à 280°C) suivit du mélange des deux flux parallèles dont résulte un échauffement pour ce flux ci de 280°C à 550°C et pour finir c'est la combustion du Diésel, qui est à pression constante également, fait passer l'air préchauffé à 550°C à une température de 1500°C. C'est pourquoi les deux figures diffèrent ici. Le flux isotherme est dilaté de 18°C à 1500°C tandis que le flux adiabatique est dilaté de 726°C à 1500°C. Après quoi les gaz brulés sont détendus en adiabatique, phase 3. Au point d ils sont à pression atmosphérique et chauds, la phase 4 correspond à leur expulsion à pression constante et le recyclage de leur chaleur qui sert à préchauffer le flux sortant du compresseur isotherme. La combinaison en parallèle permet de produire un fort taux de compression, 75 atmosphères dans cet exemple, dont la première conséquence est d'offrir un meilleur rendement au cycle natif. Le rendement du cycle natif dépend du taux de compression. Les pertes thermiques des gaz brulés sont abaissées à 280°C, pour le gamma des gaz brulés estimé de cet exemple. Le second avantage apporté par cette combinaison des cycles est de recycler une partie de ces pertes thermiques. Ici 40% de la chaleur des gaz brulés rejetés est recyclée (cette quantité de chaleur correspondant à la chaleur des gaz brulés entre 280°C et 18°C). Trois stratégies sont possibles afin de réduire ce gaspillage énergétique -toute chaleur perdue à une température supérieure à la température ambiante témoigne d'un gaspillage énergétique- . La première consiste à combiner un cycle triangulaire et non trapézoïdal avec le cycle natif. Dans ce cas la détente des gaz brulés retrouve les mêmes pression, volume et température après la détente. Dans ce cas les pertes entropiques sont exclusivement le fait de la compression isotherme qui représente 70% du flux. Les gaz brulés sont rejetés à la température ambiante. Il n'y a donc pas de chaleur à recycler grâce à la composante isotherme, cette composante est amenée à la température de combustion uniquement par la compression adiabatique parallèle. Cette énergie investie en début de cycle est donc retrouvée en fin de cycle. Théoriquement le bilan est équilibré, ce qui correspond au recyclage de cycle en cycle de la chaleur aux basses températures des cycles combinés en série, grâce à quoi le rendement est considérablement amélioré. Seule la partie haute du cycle, celle qui possède le meilleur rendement est exploitée. Cette technique est donc très intéressante mais elle est difficile à mettre en oeuvre car elle demande un très fort taux de compression. En considérant les gaz brulés comme des gaz parfaits la combinaison à un cycle triangulaire nécessite que la pression commune aux deux compresseurs soit de 804 fois celle en admission. C'est énorme. C'est pourquoi il lui sera préféré la combinaison avec des cycles trapézoïdaux.

La seconde stratégie consiste à préchauffer l'air admis en compression adiabatique. Théoriquement nous recyclons ainsi toute la chaleur résiduelle. Cependant 20% du flux compressé et détendu n'a d'autre fonction que le préchauffage avant combustion. Seuls les 80% du flux compressé en isotherme fournissent le couple moteur. La troisième stratégie consiste à abaisser le taux de compression. Plus le taux de compression est faible, plus les rendements des cycles natif et trapézoïdal sont faibles, plus la chaleur résiduelle est élevée. Lorsque celle-ci atteint les 550°C de notre exemple la part du flux parallèle compressé en adiabatique est réduite à rien. Dans ce cas, soit de manière permanente soit après le démarrage en cycle combiné, le moteur cesse d'être combiné pour devenir un cycle trapézoïdal. Le défaut qui peut être reproché à cette motorisation est d'être moins puissante à volume identique puisque son taux de compression est réduit. Nous remarquons enfin que le meilleur rendement n'est pas donné par le cycle le plus vertueux, celui qui transforme toute la chaleur de son cycle en couple, mais au contraire par les cycles boulimiques lesquels rejettent beaucoup d'énergie... mais dont la chaleur résiduelle correspondant à ces pertes est recyclée efficacement. C'est le principe des mécanismes de type Carnot tels que les moteurs de Stirling et d'Ericsson. En référence à la figure 4, le schéma représente un mécanisme thermique ou moteur selon l'invention en circuit fermé implémentant la combinaison en parallèle du cycle natif avec un cycle triangulaire ou trapézoïdal. La description du mécanisme moteur combiné en parallèle à un cycle triangulaire pointe en bas correspond au flux 16 traversant les circuits thermique principal 25 et thermique secondaire ou circuit retour 15. Le mécanisme moteur comprend un compresseur adiabatique 8c correspondant au cycle natif. Il dispose de soupapes ou clapets d'admission et d'échappement 10c et 11c. L'échappement, soupape ou clapet 11c, donne sur le circuit 25 qui peut avoir un échangeur 9c. Dans sa disposition moteur privilégiée nous n'utilisons pas d'échangeur 9c. Notons que l'usage des deux échangeurs parallèles 9c et 9i peut remplacer celui de l'échangeur 9.

La quantité de chaleur Qc est transférée distinctement à chaque composante du flux global. Cette manière de procédé peut avoir un intérêt pour une gestion plus fine de la chaleur transférée. Le compresseur isotherme 6 combiné en parallèle dispose de soupapes ou clapets d'admission et d'échappement loi et 11i. Son échappement, via la soupape ou clapet 11i, circuit 25, donne sur un premier échangeur 9i optionnel qui permet de recycler une partie Qb de la chaleur résiduelle Qr après détente du fluide de travail (en cycle trapézoïdal). Les deux flux parallèles provenant des échangeurs 9c et 9i du circuit 25 se rejoignent et se mélangent puis traversent l'échangeur 9 où le fluide de travail reçoit une quantité de chaleur Qc. Le cylindre de détente adiabatique 8d dispose des soupapes 12 et 13 qui commandent l'admission et l'échappement du fluide de travail. Le circuit retour 15 dispose d'un échangeur optionnel 17 qui permet de refroidir et de recycler une partie de la chaleur résiduelle du fluide de travail après détente. Lorsque le cycle combiné n'est pas un cycle triangulaire alors le fluide de travail en sortie de détente adiabatique est encore chaud. Il faut donc le ramener à la température froide, ce qui est accompli par l'échangeur 17. Les cylindres disposent de leurs piston 4 et bielle 5. Le mécanisme peut travailler en isobare comme en isochore. L'architecture du mécanisme ne change pas seuls la gestion des soupapes diffère ainsi que les volumes des circuits thermiques 15 et 25. Et, éventuellement, l'ajout d'un déplaceur afin de réaliser les échanges thermiques en isochore. Le fonctionnement du cycle moteur privilégié travaillant en isobare est le suivant. Le compresseur adiabatique 8c compresse le fluide de travail qu'il a admis et l'expulse, chaud, lorsque la soupape ou clapet 1U s'ouvre à sa pression. Le compresseur isotherme parallèle 6 compresse en isotherme le fluide de travail qu'il a admis. Cette compression dégage une chaleur Qi. Lorsque la pression égale celle du circuit thermique principal 25, le clapet lli libère le fluide de travail pressé et froid. Le rapport entre les fractions du flux 16 que traite le compresseur isotherme 6 d'une part et le compresseur adiabatique 8c d'autre part, dépend du rapport des volumes de ces deux cylindres ainsi que de leur vitesse respective. De même volume, si l'un a un cycle deux fois plus rapide que l'autre le rapport des flux sera alors de 2/3 - 1/3. Le fluide sortant du compresseur isotherme 6 est préchauffé à pression constante dans l'échangeur 9i qui recycle la quantité Qb de chaleur de la chaleur résiduelle Qr. rés deux branches du circuit 25 se rejoignent, leur flux s'ajoutent et se mélangent. Le flux commun traverse l'échangeur 9 où il reçoit une quantité de chaleur Qc. L'origine de cette chaleur est quelconque. Elle peut être solaire, elle peut provenir d'un bruleur et des organes habituels aux moteurs à combustion externe, elle peut être tout autre encore. Le fluide de travail est chaud et dilaté. La soupape 12 permet d'admettre dans le cylindre 8d le volume de fluide de travail à détendre, à sa fermeture le fluide admis est détendu en adiabatique par le cylindre 8d. Puis la soupape 13 est ouverte et le fluide détendu est refoulé dans le circuit thermique secondaire 15. Lorsque le cycle natif, de type Diesel ici (isobare), est combiné à un cycle triangulaire le fluide de travail expulsé est à la température basse de la source froide. Il n'est donc pas utile de le refroidir, l'échangeur 17 du circuit retour 15 est donc inutile. Par contre lorsque le cycle combiné est un cycle trapézoïdal, le fluide de travail expulsé par le cylindre 8d est encore chaud, aussi il est nécessaire de le refroidir avant de commencer un autre cycle. Dans ce cas l'échangeur 17 prélève la chaleur résiduelle Qr en ramenant le fluide de travail à la température de la source froide. Cette chaleur peut être exploitée, notamment en affectant à l'échangeur 9i la fraction de chaleur correspondant au flux traité par le compresseur isotherme 6. Il est possible d'ajouter à l'un ou aux deux circuits thermiques 15 et 25 un réservoir dont l'une des fonctions est de lisser les variations de pression dans le circuit sur lequel il est placé. Il est possible de munir le cylindre 8d d'un échangeur interne afin de réaliser un début de détente isotherme chaude avant de l'achever en adiabatique. De cette manière le cycle est un cycle combiné 3 en 1 comportant la combinaison parallèle d'un cycle natif de type Diesel avec un cycle triangulaire ou trapézoïdal auxquels se combine un cycle de type Ericsson. Une partie de la compression isotherme froide correspondant à la détente isotherme chaude, elles constituent un cycle de type Ericsson. Vu que le cycle n'est pas purement un cycle d'Ericsson mais ce poursuit par une détente adiabatique la température du cylindre est donc moins importante ce qui facilite le fonctionnement du moteur. La même architecture permet de réaliser un moteur travaillant sur un cycle natif de type de Rochas (moteur de type essence). Dans ce cas le volume interne du circuit thermique principal 25 doit être réduit, voire minimal pour certaines configurations. Ces variantes à l'invention sont les variantes du brevet triangulaire adaptées à cette invention: La première consiste à associer le volume interne du circuit thermique principal 25 tantôt aux compresseurs 8c et 6 tantôt au cylindre de détente adiabatique 8d. Le volume interne du circuit 25 correspond au taux de compression des compresseurs 6 et 8c, il correspond également au taux de détente du mécanisme 8d lequel est lié à l'écart des températures Tc-Tf et à la nature du fluide de travail, en cycle triangulaire. L'essentiel du volume du circuit 25 est déterminé par le volume interne de l'échangeur 9 (selon la manière de gérer l'échangeur 9i, celui-ci peut préchauffer avec la chaleur Qr mais ensuite il peut aussi chauffer et participer au transfert de la chaleur Qc à cette fraction du flux 16, alors le volume du circuit 25 est principalement déterminé par celui des deux échangeurs 9 et 9i). Celui-ci est tantôt activé, tantôt désactivé. Après que les compresseurs 6 et 8c aient été en admission, ils compressent le fluide de travail. La soupape 12 est fermée et le volume interne au circuit 25 est assimilé au volume de travail des compresseurs. Les soupapes llc et 11i qui peuvent n'être que des clapets laissent passer le fluide de travail, principalement le flux provenant du compresseur 8c qui est adiabatique et dont, à vitesse équivalente, le fluide chaud voit sa pression croitre plus rapidement que celle du fluide du cylindre isotherme 6 qui reste froid. Lorsque la compression s'achève l'essentiel du fluide de travail occupe le volume de l'échangeur 9. Celui qui provient du compresseur 8c y est parvenu directement. Celui qui vient du compresseur 6 a d'abord traversé l'échangeur 9i où il a été préchauffé, recevant une quantité de chaleur Qb. Des variantes peuvent ne pas avoir d'échangeur 9i. La compression finie les clapets ou soupapes llc et lli se referment. Les soupapes 1Oc et loi sont ouvertes et l'admission des compresseurs commence.

Durant la fermeture du circuit 25 l'échangeur 9 est activé produisant un échauffement à volume constant du fluide de travail. Sa pression croit. Puis la soupape 12 est ouverte, le volume interne du circuit 25 est alors assimilé au volume de travail du mécanisme 8d. La détente adiabatique commence, ou un début de détente isotherme chaude. Lorsque la détente est achevée, la soupape 12 est fermée. Puis la soupape 13 d'échappement est ouverte, et le piston 4 refoule le fluide de travail dans le circuit thermique secondaire 15. Celui-ci peut être un circuit oeuvrant à volume constant mais ce n'est pas nécessaire, aussi le plus simple est de considérer ce circuit comme étant à pression constante. Lorsque le fluide refoulé est chaud (cycle combiné trapézoïdal) le circuit thermique secondaire comprend un échangeur 17 refroidissant le fluide de travail qui le traverse, flux 16. La chaleur résiduelle Qr prélevée peut être exploitée pour préchauffer la fraction du flux traité par le compresseur isotherme 6. L'échangeur 9i qui recycle cette chaleur peut être activé lorsque le flux sortant du compresseur 6 le remplit afin d'éviter de refroidir, éventuellement, le fluide provenant du compresseur 8c qui, plus chaud, commence le premier à remplir le volume du circuit principal 25. Les mêmes solutions au problème du chauffage isochore du circuit 25 trouvent les mêmes solutions. A savoir qu'il est possible de munir le mécanisme d'un dispositif permettant de suspendre le mouvement des pistons 4, ou éléments dynamiques qui réalisent les compressions et détente, ainsi durant ce laps de temps le circuit 25 est fermé et son volume reste constant, l'échange thermique est isochore. Il existe une multitude de systèmes d'embiellage permettent de réaliser ce type de comportement ou de s'en approcher. Une autre solution consiste à donner un déphasage entre les compresseurs et le mécanisme de détente. Le temps correspondant à ce déphasage permet de chauffer de manière isochore le fluide de travail fermé dans le circuit 25 avant que ne soit ouverte la soupape 12 et que son volume soit mis en communication avec le cylindre 8d. Compte tenu que seul un temps mort est nécessaire ce déphasage des cycles n'est pas trop gênant. Il induit quelques perturbations minimes en début de compression qui peuvent être résolues par un agencement adapté des soupapes et du cycle. Une autre manière de gérer un déphasage entre les éléments parallèles 6 et 8c d'une part et 8d d'autre part, consiste à réaliser un transfert du fluide de travail des éléments 6 et 8c vers 8d. Ce transfert se fait à volume constant. Il est donc nécessaire ici de minimiser autant que possible le volume interne du circuit thermique principal 25 (ce qui est antinomique avec la réduction des pertes de charges lors de ce transfert). En traversant le circuit 25 le fluide de travail subit un transfert thermique à volume constant. Chauffé, sa pression croit. Une troisième solution consiste à dédoubler le circuit thermique principal 25 de sorte que les deux circuits 25 parallèles soient actifs en alternance. Durant le temps où un circuit reste déconnecté, après la compression et la fermeture de toutes les soupapes du circuit, l'échangeur 9 est activé et dispose d'un cycle complet pour réaliser un échauffement isochore (à volume constant) du fluide de travail contenu dans le circuit 25, au moins celui du volume contenu dans l'échangeur 9. C'est pourquoi il est souhaitable que le volume interne à l'échangeur 9 constitue la part principale du volume du circuit 25. Cette solution produit un encombrement plus important des culasses, non seulement le circuit 25 est dédoublé (25 et 25') mais également ses soupapes et clapets. Le compresseur adiabatique 8c a deux soupapes llc et llc', le compresseur isotherme 6 a deux soupapes lli et lli' et le mécanisme de détente adiabatique a deux soupapes 12 et 12'.

La description des divers cycles moteurs et thermiques associés à ce mécanisme est faite à l'aide de la figure 9 dont la symétrie et la complétude du schéma évitent les lourdeurs et l'inversion des dénominations qu'impose l'incomplétude des échangeurs du circuit thermique secondaire 15 de cette figure. En référence à la figure 5, le mécanisme présenté est une variante du mécanisme précédant dont le circuit est ouvert et adapté en moteur à combustion. L'échangeur principal 9 peut être remplacé par la chambre à combustion 28 qui accomplit cette fonction d'apport thermique moteur. Mais les deux peuvent être utilisés en parallèle comme l'indique la figure. Cette concomitance des deux éléments donne au mécanisme de pouvoir changer de type d'énergie, alternant énergie thermique et combustible. Ou elle permet l'usage de deux énergies distinctes simultanément comme une énergie solaire et un combustible. L'énergie solaire sert à préchauffer l'air, le combustible permet d'atteindre de plus haute température et donc un meilleur rendement. Enfin, le chauffage par l'échangeur 9 permet d'économiser l'oxygène de l'air pour son usage dans une combustion à haute température. Une combustion interne permet d'atteindre de plus haute températures qu'une combustion externe. L'économie pratiquée par le préchauffage dans l'échangeur 9 autorise à atteindre de plus hautes températures ou à s'y maintenir plus longtemps et ainsi de réaliser un début de détente de type isotherme à haute température. Grâce à quoi le rendement moteur s'en trouvera très amélioré. Nous pouvons réitérer la remarque précédente concernant l'équivalence des échangeurs 9c et 9i en parallèle avec l'échangeur 9. L'échangeur 9 peut être abandonné au profit de 9c et donner ainsi au mécanisme une gestion plus fine de ses échanges thermiques. Le mécanisme comprend deux compresseurs en parallèle, le premier est adiabatique 8c, le second est isotherme 6. Ils expulsent l'air ou le mélange compressé dans le circuit 25. Coté adiabatique l'air compressé peut passer par un échangeur thermique 9c, le mécanisme privilégié selon cette variante n'en utilise pas. Coté isotherme l'air compressé et froid transite par un échangeur thermique 9i dans lequel une partie (Qb) de la chaleur perdue Qr est recyclée en préchauffant l'air avant son mélange et son entrée dans l'échangeur 9 avant la chambre à combustion 28. La chambre à combustion 28 alimente le cylindre de détente adiabatique 8d. Les gaz brulés détendus sont expulsé dans un échangeur 17 qui en prélève la chaleur afin d'en recycler une partie par le préchauffage de la fraction du flux traité par le compresseur isotherme 6. Le reste pouvant servir à pratiquer de la cogénération. Puis les gaz brulés sont rejetés froids.

Les cylindres sont munis de leurs piston 4 et bielle 5. Le compresseur adiabatique 8c dispose de ses soupape et clapet 10c et 11c. Le compresseur isotherme 6 dispose de ses soupape et clapet loi et 11i. Le mécanisme de détente adiabatique 8d dispose de ses soupapes 12 et 13. La chambre à combustion 28 dispose des organes qui lui sont utiles et dépendent du combustible utilisé (injecteurs, bougies,..). Les mécanismes d'entrainement des pistons, les mécanismes de commande des soupapes ne sont pas représentés et peuvent prendre de multiples aspects selon les choix techniques propres aux différentes réalisations de l'invention. Les flux 16c et 16i correspondent à l'air ou le mélange admis qui provient des organes antérieurs (filtre à air, carburateur, turbo,...). Qb correspond à la chaleur qui est apportée à l'air compressé et froid issu du compresseur isotherme 6 dans l'échangeur 9i. Qc est un apport de chaleur optionnel à l'air avant combustion. Cet apport thermique peut correspondre à diverses stratégies telles que la variété ou l'alternance du mode d'alimentation énergétique, un moyen de préchauffage permanant ou occasionnel assurant à l'air une température minimale avant combustion du mélange, l'économie de l'oxygène contenue dans l'air qui est réservé à un usage optimalisé. Qr est la chaleur résiduelle après détente des gaz brulés. Selon une conception privilégiée, cette chaleur est partiellement recyclée et sert à préchauffer la fraction de l'air admis traitée par le compresseur isotherme 6. Cette architecture convient aussi bien pour des motorisations combinant un cycle de type essence (combustion isochore) ou de type diesel (combustion isobare) à un cycle triangulaire ou trapézoïdal en parallèle. Les variantes isochores et isobares décrites pour le mécanisme à circuit fermé, figure 4, dont cette variante est issue sont donc applicables à cette motorisation. De même la combustion peut être faite dans le cylindre 8d, la chambre à combustion devient inutile, et le cylindre 8d est muni des organes 21 nécessaires à la combustion (bougie(s), injecteur(s)). L'usage conjoint de l'échangeur 9 préchauffant l'air en économisant son oxygène et un injecteur(s) 21 sur la culasse du mécanisme 8d permet de réaliser des cycles combinés 3 en 1 intégrant une composante de type Carnot (Ericsson, Stirling ou Carnot) selon le mode natif de motorisation choisi, au cycle combiné 2 en 1. L'injection lente et continue ou par brèves périodes de combustible permet de réaliser une première partie de détente de type isotherme haute température. La lecture du schéma selon un mécanisme axial tel qu'une turbine à gaz est possible, dans ce cas la chambre à combustion 28 et le mécanisme 8d forment la tuyère qui fournit le couple aux deux compresseurs 6 et 8c. Dans le cadre d'un turboréacteur la tuyère ne prélève qu'une fraction de l'énergie développée par la combustion afin d'alimenter les deux compresseurs 6 et 8c. Le reste de l'énergie développée sert à la poussée qui propulse l'engin, un avion par exemple. Le même gain en poussée et rendement que le gain en couple et rendement pour les moteurs thermiques devrait être atteint selon ces modes de motorisations ou de générateurs (turbines à gaz). Cette motorisation correspond à un cycle combiné en parallèle, nous voyons qu'il y a une perte de rendement due au fait qu'une fraction seulement de la chaleur résiduelle est recyclée, le reste étant soit perdu, soit devant faire l'objet d'un usage en cogénération ce qui est un moindre mal non une réelle optimisation. La figure suivante supplée à cette imperfection. En référence à la figure 6, le mécanisme présenté dans cette figure diffère de peu du mécanisme de la figure 5, cependant elle en diffère plus qu'elle ne parait. Dans la figure précédente nous avions un moteur à cycle combiné ici ce n'est pas tout à fait la même association. Non seulement parce que préchauffer un air en admission est tout le contraire de l'habitude des motoristes, mais surtout par l'usage du compresseur 8c qui diffère. Ici le compresseur 8c correspond plus à un mécanisme de chauffage qu'à la phase de compression d'un cycle de type essence ou diésel. Son objet est de donner au mélange des flux une température favorisant l'explosion du mélange ainsi que le recyclage de la totalité de la chaleur résiduelle. Du moins la quasi-totalité, puisque les gaz brulés contiennent de la vapeur d'eau dont la condensation jusqu'à la température d'admission dégagerait beaucoup de chaleur à de basses températures. D'autre part l'air ayant un gamma supérieur à celui des gaz brulés sa compression avec un même taux de compression donnerait une température supérieure à celle produite par la combustion, ce qui serait trop élevé, il sera donc préférable de contrôler et de limiter le préchauffage de l'air en admission. De cette manière l'essentiel de la chaleur résiduelle est recyclée ce qui permet d'opter pour une stratégie à chaleur perdue-recyclée permettant de faire croitre le rendement moteur. Le mécanisme de détente rejette des gaz chauds de manière à exploiter le meilleur du rendement du cycle triangulaire (il est possible de voir le rendement du cycle thermodynamique non par son rendement moyen, sur un cycle complet achevé, mais comme un rendement dynamique qui évolue en fonction de la détente ; élevé lorsque nous sommes à haute température son rendement dynamique décroit jusqu'à devenir particulièrement médiocre au voisinage de la température basse). La chaleur aux basses températures dont le rendement est médiocre est recyclée de cycle en cycle. Le mécanisme de la figure 5 ne permettait pas de recycler la totalité de cette chaleur une telle stratégie dépensière si elle n'est pas conjuguée à un recyclage efficace tourne court. Ainsi la chaleur Qr est quasiment recyclée en sa totalité ; la part Qb croit considérablement alors que la part Qa est réduite puisque sa température est démultipliée par la compression. II est nécessaire d'un taux d'air surchauffé 16c beaucoup plus faible pour amener le mélange des deux flux 16c et 16i à la température minimale désirée avant combustion.

Le mécanisme travaille comme suit. Le flux admis se partage en deux flux, le flux 16c coté compresseur adiabatique 8c et le flux 16i coté compresseur isotherme 6. Le compresseur isotherme 6 réalise une compression isotherme du flux 16i admis. Cette compression dégage une quantité de chaleur Qi. L'air (ou le mélange) à la pression commune entre dans un échangeur thermique 9i où il recycle la chaleur résiduelle selon sa composante au flux admis. Il absorbe la quantité de chaleur Qb et se trouve à la température des gaz brulés expulsés après détente. Coté adiabatique, le flux admis 16c commence par être préchauffé dans l'échangeur 17c. Il participe ainsi à recycler la chaleur résiduelle Qr. Il reçoit la quantité de chaleur résiduelle Qa. Nous avons la quantité de chaleur Qa plus Qb qui est proche de la valeur Qr. Après compression la température de l'air compressé en adiabatique est particulièrement chaude ce qui réduit le taux de participation de ce flux pour échauffer l'air des deux flux réunis à une température minimale favorisant son explosion avec le combustible dans la chambre à combustion. Les deux flux se rejoignent, se mélangent et pénètrent dans la chambre à combustion 28 où le mélange est embrasé. La chambre à combustion 28 dispose des organes nécessaires à la combustion du carburant utilisé, que ce soit un/des injecteurs ou une/des bougies ou un dispositif d'allumage. Puis les gaz brulés et brulants sont admis dans le mécanisme de détente 8d. La détente achevée, les gaz brulés détendus sont expulsés dans l'échangeur 17 où la chaleur résiduelle Qr qu'ils portent est prélevée et affectée aux deux échangeurs 9c et 9i. Du fait qu'ici nous favoriserons une stratégie à perte de chaleur entretenue et recyclée, nous ne souffrirons pas des contraintes de forte compression liées aux cycles combinés. Plus le mécanisme `perd' de chaleur Qr plus son rendement croit puisque la chaleur recyclée élève le rendement de la chaleur consommée. Le taux de compression du moteur peut donc être modéré à faible. C'est l'exacte transposition des moteurs à combustion externe de type Carnot aux moteurs à combustion interne. Ici de même les variantes travaillant soit en isochore soit en isobares sont possibles. De même que la combustion peut être accomplie directement dans le cylindre de détente 8d, la chambre à combustion 28 est alors inutile, et le cylindre 8d dispose des organes nécessaires à la combustion du mélange, que ce soit des injecteurs ou des bougies. Une variante à l'invention consiste à améliorer le cycle en faisant du compresseur parallèle 8c soit un compresseur isotherme « tiède » soit un dispositif réalisant une première partie de compression adiabatique élevant la température de l'air (mélange) au moins jusqu'à une température Tp minimale nécessaire à l'explosion du mélange. Cette température Tp est spécifique au combustible utilisé. Puis la compression se poursuit en isotherme « tiède » ou en compression refroidie. La chaleur dégagée par la compression est utilisée pour poursuivre le préchauffage de l'air compressé. Ce qui, dit autrement, la chaleur que peut capter l'air (le mélange) compressé en isotherme puis préchauffé avec la quantité de chaleur Qb recyclée sert à refroidir la compression « tiède ». Le cout de compression est alors moindre et le préchauffage de l'air avant explosion est contrôlé. Quasiment toute la chaleur Qr est recyclée en Qa et Qb (principalement, à la vapeur saturante d'eau près). Puis le flux 16i termine d'être élevée à la température de précombustion grâce à la chaleur dégagée par la compression du compresseur 8c. Sortant de l'échangeur 9i l'air (le mélange) a une température suffisante pour que le mélange explose ou s'enflamme. C'est également un moyen d'accroitre le rendement moteur. Plus Tp est élevée, meilleur est le rendement moteur.

La variante la plus simple consiste à remplacer le compresseur parallèle 8c (selon un cycle moteur) par un compresseur isotherme « tiède » ou un compresseur refroidi dont la chaleur de compression est dégagée en interne par le préchauffage de flux 16i compressé. Après le recyclage de la chaleur résiduelle Qr en Qa et Qb, les flux admis 16c et compressé 16i sont à la même température Tr correspondant à la température des gaz brulés détendus admis dans l'échangeur 17. Un sous élément de l'échangeur 9i est utilisé pour refroidir le compresseur 8c en transférant la chaleur de la compression improprement isotherme, refroidie, du flux 16c. Le compresseur 8c produit une compression refroidie « tiède » qui laisse croitre lentement la température de l'air (mélange) qu'il compresse au fur et à mesure que la température dans le second sous élément de l'échangeur 9i croit. Ainsi, lorsque les flux 16c et 16i se rejoignent ils ont sensiblement la même température. Une température favorisant la combustion du mélange lorsque la répartition des flux 16c et 16i ainsi que le choix de la température Tp minimale rejetée par le mécanisme sont judicieusement choisis. Les pertes entropiques du mécanisme sont réduites aux seules pertes Qi. En référence à la figure 7, le mécanisme représente un moteur à combustion interne pour lequel la compression et la détente se font grâce à deux cylindres dont l'un est spécialisé dans la compression isotherme. Les compressions et détentes sont accomplies en parallèle. Le mécanisme réalise une compression adiabatique et une compression isotherme parallèles et deux détentes adiabatiques parallèles, le tout formant un cycle combiné 2 en 1 intégrant en parallèle un cycle triangulaire ou trapézoïdal à un cycle natif pouvant tout aussi bien être de type essence, diésel ou turbine. Le cycle est effectivement combiné 2 en 1 car les deux flux d'air (de mélange), adiabatique et isotherme, sont mélangés et la combustion est accomplie dans le volume qui les réunit. C'est le même gaz brulé qui est ensuite partagé et détendu en parallèle. La simple combinaison des deux cycles donnerait au cycle triangulaire ou trapézoïdal combiné, la chaleur résiduelle du cycle natif mais il n'y aurait pas de partage comme ici des mêmes gaz aux mêmes états thermodynamiques. La combinaison d'un cycle triangulaire a pour effet de transformer en couple la totalité des pertes thermiques du cycle natif. La combinaison d'un cycle trapézoïdal a pour effet de transformer en couple une fraction des pertes thermiques du cycle natif, la fraction la plus énergétique, les gaz brulés rejetés sont alors plus chauds que l'air en admission. Le schéma comprend les pistons 4 et leur bielle 5, les cylindres 8 et 6 les volumes de travail 18 et 24 de ces cylindres. Le cylindre 6 est muni d'un échangeur 7 (symbolisé par les ailettes) grâce auquel il réalise des compressions isothermes. Les cylindres 8 et 6 sont reliés par le conduit 22 par lequel les échanges de fluide se font. En particulier l'air ou le mélange compressé en isotherme est expulsé du compresseur 6 dans le cylindre 8 par le conduit 22. Le conduit 22 peut disposer d'un mécanisme de séparation 23 des deux cylindres. 23 peut être une soupape ou une vanne commandée selon le cycle soit mécaniquement soit électroniquement. La partie culasse du cylindre 8 comporte les éléments nécessaires au type de moteur thermique, ceux-ci sont succinctement symbolisés et synthétisés par 21. Ces éléments 21 sont les soupapes, les injecteurs, les bougies pour les moteurs essences, ou des capteurs. Le volume 24 du compresseur isotherme est adapté au volume 18 du cylindre principal où a lieu l'explosion du mélange de sorte que la détente complète des gaz brûlés ramène ceux-ci au voisinage de la température d'admission lorsque le cycle combiné au cycle natif est triangulaire. Plusieurs variantes de l'invention sont possibles. La première consiste à ne pas utiliser de séparation 23. Les cylindres 8 et 6 sont en communication permanente via le conduit 22. Les deux pistons travaillent alors en synchronisation, ils sont à leur point mort haut et point mort bas en même temps. Entre ces deux points, le plus simple est qu'ils aient une course simple de système piston / bielle / vilebrequin, cependant il est possible de leur donner une course plus complexe afin de réduire les transferts de gaz chauds (dilatés) via 22 dans le compresseur isotherme et donc de perdre de l'énergie. De même il peut être souhaitable que la compression isotherme s'achève un peu avant la compression adiabatique afin que le mélange de températures distinctes soit homogène avant l'explosion.

Une autre variante consiste à donner un cycle plus rapide à l'élément 6. Il peut par exemple avoir une période deux fois plus courte que l'élément principal 8. De cette manière l'élément 6 peut servir deux éléments 8 ainsi que l'illustre le conduit 22b en pointillé. Deux éléments principaux 8 en déphasage d'un demi cycle peuvent être servis par un même compresseur 6 de rotation deux fois plus rapide et ainsi de suite, un compresseur tournant trois fois plus vite que les éléments principaux peut servir trois éléments 8 convenablement déphasés, etc. Le mécanisme selon l'invention dont le compresseur isotherme tourne deux fois plus vite de l'élément principal se comporte de la manière suivante : les gaz brûlés viennent d'être expulsés, le piston 4 du cylindre 8 est en position haute, la vanne 23 est fermée. Le piston 4 redescend, l'air ou le mélange entre dans le cylindre 8. A mi parcours (pour le piston du cylindre 8), le piston 4 du compresseur isotherme 6 est à son point mort haut, proche de la culasse. La vanne (soupape) 23 est ouverte, l'air frais ou le mélange entre dans le cylindre 6 pendant que les pistons 4 descendent. Remarquons qu'il sera plus judicieux de munir le compresseur isotherme 6 de soupapes d'admission et d'échappement de manière à limiter les pertes de charge au travers du conduit 22 au strict nécessaire. Parvenus à leur point mort bas la soupape d'admission est fermée et commence la compression, d'un coté elle est adiabatique dans le volume de travail 18, de l'autre, volume de travail 24, elle est isotherme. Dans un mode préféré nous laissons la vanne 23 ouverte durant les compressions, l'équilibre des pressions se faisant naturellement. Le compresseur isotherme étant plus rapide c'est un flux de 24 vers 18 qui traverse le conduit 22 ce qui ne gaspille pas d'énergie. Lorsque le piston 4 du cylindre 8 est au milieu de sa course le piston 4 du compresseur isotherme 6 a atteint son point mort haut et expulsé l'air ou le mélange compressé en isotherme dans le cylindre 8. La vanne (soupape) 23 est fermée. Durant le quart de cycle restant le compresseur sert via le conduit 22b un autre cylindre principal. Le piston 4 du cylindre principal 8 finit sa compression adiabatique, l'air ou le mélange a alors eu le temps d'homogénéiser sa température. Parvenu au point mort haut il y a explosion et le piston 4 commence sa détente adiabatique. Parvenu à mi course de sa détente, le piston 4 du cylindre 6 est à son point mort haut, contre la culasse du cylindre 6. La vanne (soupape) 23 est ouverte et l'échangeur 7 désactivé, les gaz brulés entrent par le conduit 22 et poursuivent leur détente adiabatique dans les deux cylindres 8 et 6. Lorsque les deux pistons 4 parviennent ensemble à leur point mort bas les gaz brulés sont à pression et température voisines de leur état d'admission, lorsque le cycle natif est combiné à un cycle triangulaire. Lorsque celui-ci est combiné à un cycle trapézoïdal leur température est plus élevée mais reste strictement inférieure à la température des gaz expulsés du même cycle natif seul. La soupape d'échappement est ouverte, les pistons 4 remontent en ce début de phase d'expulsion des gaz brulés. Lorsque le piston 4 du cylindre principal 8 arrive à son milieu de course le piston 4 du cylindre 6 est parvenu à son point mort haut et a chassé la totalité des gaz brulés qu'il contenait. La vanne 23 est fermée et l'élément 6 peut servir durant un quart de cycle l'élément principal voisin via le conduit 22b. Le piston 4 de l'élément principal termine alors l'expulsion des gaz brulés contenus en 18. Parvenu à son point mort haut la soupape d'échappement est fermée, la soupape d'admission est ouverte. Un nouveau cycle commence. Une troisième variante consiste à coordonner les compressions et éventuellement aussi les détentes.

Afin de mieux contrôler la participation de la compression isotherme au cycle et les états thermodynamiques des gaz il peut être choisi de sérialiser les compressions et éventuellement également les détentes puisqu'elles utilisent le même mécanisme. Pour ce faire les pistons sont commandés par des mécanismes, des systèmes d'embiellages par exemple, qui permettent de faire attendre le piston 4 de l'élément principal 8 le temps que le compresseur 6 accomplisse sa compression isotherme, puis le piston du compresseur isotherme attend que le piston 4 de l'élément principal 8 ait fini sa compression adiabatique. L'explosion se fait puis la détente. Cette détente peut avoir les pistons 4 synchronisés ou non. Le plus simple est le mieux. Le choix d'un embiellage spécifique déterminera automatiquement l'ordre de détente par l'ordre de compression ce qui ne permettra pas de réduire ni le temps de détente, ni le temps d'expulsion.

Une quatrième variante consiste à spécialiser les fonctions compression isotherme et détente adiabatique du cylindre 6. Ainsi, selon cette variante, il y a un cylindre 6i dédié à la compression isotherme et un cylindre 6a dédié à la détente adiabatique. Ainsi chaque mécanisme est spécialisé et donc optimisé pour un usage unique. Ses dimensions sont elles aussi optimisées en fonction du cycle moteur qu'il accomplit. Le cylindre 6a dédié à la détente adiabatique peut, par exemple, être plus grand que le cylindre 6i de compression isotherme puisque le gamma des gaz brûlés est plus faible que celui de l'air, la détente du gaz brûlé permettant de retrouver les conditions voisines des conditions de départ demandera un volume plus important que le volume de compression. Cette spécialisation des compressions isothermes et détentes adiabatiques n'induit pas nécessairement un surcroit de mécanismes périphériques. Si nous reprenons l'exemple pris précédemment où le compresseur isotherme 6 a une rotation deux fois plus rapide grâce à quoi il peut servir deux cylindres principaux 8, le fonctionnement du mécanisme doté de quatre cylindres principaux 8 utilisera un compresseur isotherme 6i et un mécanisme de détente adiabatique 6a pour les quatre cylindre principaux 8. Les proportions sont donc les mêmes, deux pour quatre, la fonction de chacun est différente. Le compresseur sert alors les quatre cylindres principaux toujours dans la même phase : l'admission à partir du moment où le piston 4 du cylindre 8 en admission arrive à mi course jusqu'à la fin de compression isotherme qui s'en suit lorsque le piston 4 parvient à mi course et que le compresseur isotherme 6i a terminé sa compression isotherme. Alors le mécanisme ouvre les connections qui mettent en communication le compresseur isotherme 6i avec le cylindre 8 qui est en admission et dont le piston 4 est alors parvenu à mi course, etc. Les volumes 18 et 24i avec la course du piston 4 et les volumes morts définissent le taux de compression du mécanisme. De même pour le cylindre 6a dédié à la seule détente des gaz brûlés et leur expulsion. Tour à tour il sert les quatre cylindres principaux dans leur demi-phase détente-expulsion qui forment une succession continue de phases de détente-expulsion pour le cylindre 6a de même que les admissions-compressions isothermes des quatre cylindres principaux forment une succession continue de cycles au sein du cycle global du moteur quatre cylindres (principaux). Là aussi le volume de travail 18 et le volume 24a du cylindre 6a participent à déterminer le taux de détente des gaz brulés. Il est possible de doter le cylindre 6, sur sa culasse par exemple, de soupapes d'admission ou d'échappement, afin de réduire les pertes dues à la circulation des gaz au travers des étroitures successives que constituent les soupapes du cylindre 8 puis du conduit 22. De même qu'il a été donné des relations entières entre le rapport de rotation du cycle du compresseur isotherme 6 et le cycle du cylindre principal 8, il est possible de lui donner un rapport fractionnel comme par exemple un rapport 3/2. Dans ce cas il est nécessaire d'avoir deux compresseurs isothermes 6 pour servir trois cylindres principaux 8 dont les cycles sont déphasés de (2 * Pi / 3). Cette variante ne réduit que de très peu le nombre de compresseurs isothermes 6 mais il offre en contrepartie un plus grand temps de compression isotherme, ce qui permet une meilleure compression isotherme, et donne un taux de compression isotherme plus élevé à volume 24 équivalent. Les éléments 6i et 6a peuvent avoir des périodes distinctes : afin de donner plus de temps à la compression isotherme il peut être choisi d'avoir quatre cylindres principaux 8, deux compresseurs isothermes 6i et un mécanisme de détente adiabatique 6a. La description du cycle moteur change alors. Tous les rapports entre les périodes des cylindres principaux 8, des compresseurs isothermes 6i et des mécanismes de détente adiabatique sont possibles et donnent lieu à autant de variantes. Le rapport entre le volume 24 et le volume 18 dépendant étroitement de la température des gaz brûlés après explosion. Nous rappelons que l'objet de cette composante triangulaire au cycle est de minimiser voire d'annuler toute perte thermique non exploitée, donc supérieure à la température ambiante. C'est l'objet premier des cycles combinés 2 en 1. Cette première optimisation des cycles natifs est ensuite améliorée par une stratégie de perte thermique-recyclée qui permet d'améliorer considérablement les rendements. Elle est présentée dans la figure suivante en introduisant le recyclage par une nouvelle variante à cette figure. Le rapport des volumes dépend également du choix technique retenu entre les diverses variantes exposées.

Des variantes du mécanisme de la figure 7 placent la vanne ou la soupape 23 sur la culasse du cylindre adiabatique 8 ou sur la culasse du compresseur isotherme 6. D'autres variantes inversent l'élément principal et l'élément secondaire. L'échangeur thermique 7 du cylindre 6 peut être activé ou désactivé. Alors les bougie, injecteur, soupapes, admission et échappement sont placés sur le cylindre 6 et non plus sur le cylindre adiabatique 8. Le cylindre adiabatique 8 peut avoir un cycle plus rapide que celui du cylindre 6. Alors un cylindre 8 peut servir plusieurs cylindres 6. Parmi les avantages procurés par le mécanisme de la figure 7 se trouve celui de constituer des mécanismes pouvant offrir un fort taux de compression grâce à ces compressions et détentes accomplies en parallèle. Cet avantage est appréciable puisque les moteurs à cycle combinés 2 en 1 et 3 en 1 ajoutent un surcroit de compression au cycle initial. Ce surcroît résulte de l'ajout d'une compression isotherme pour laquelle le volume compressé est moindre que pour une compression adiabatique. Il y a donc un rapport très important entre le volume compressé et le volume détendu. Le mécanisme de la figure 7 offre une solution appréciable à cette spécificité et à la difficulté technique qu'elle induit. En référence à la figure 8, le schéma représente une variante du moteur de la figure précédente qui intègre le recyclage de la figure 6, notamment la singularité du préchauffage de l'air admis avant de le compresser. Le moteur comprend un cylindre 8 de compression et détente adiabatiques de volume de travail 18 associé à un cylindre 6 de compression isotherme et de détente adiabatique de volume de travail 24. Son échangeur 7 symbolisé par les tirets peut être activé et désactivé selon les périodes du cycle. De manière privilégiée il sera interne au volume de travail ainsi que le brevet déposé conjointement à celui-ci et dont la figure 10 en donne une illustration. Les cylindres disposent de leurs piston 4 et bielle 5. Le cylindre adiabatique 8 dispose d'une bougie ou injecteur 21, de soupapes 10, 11 et 23i. L'échangeur thermique 17c préchauffe l'air ou le mélange admis dans le cylindre adiabatique 8. Le conduit 22 qui relie les deux cylindres 6 et 8 est constitué de l'échangeur thermique 9i, des soupapes 23a et 23i en commandent l'ouverture aux deux extrémités.

Le cylindre 6 est muni d'un échangeur interne 7 symbolisé par les tirets, ainsi que les soupapes ou clapets 12, 13 et 23a. Selon des variantes similaires à celles décrites pour la figure 7, le compresseur isotherme 6 peut servir plusieurs cylindre principaux 8 et disposer de plusieurs conduits le reliant à ceux-ci, ce qu'illustre le conduit 22b dessiné en pointillé. L'échangeur thermique 17 recyclant la chaleur des gaz brulés détendus expulsés, les flux sortants 16c et 16i, n'est pas représenté. Les conduits correspondants aux soupapes d'échappements 11 et 13 amènent les gaz brulés détendus encore chauds à cet échangeur 17 ou à des échangeurs 17 qui captent cette chaleur Qr afin de l'affecter aux échangeurs 9c et 9i. Les quantités de chaleur Qa et Qb sont presque égales à la quantité de chaleur Qr recyclage des gaz brulés expulsés. Les compressions et détentes parallèles sont ici différentes de celles des figures 5 et 6. Dans les figures 5 et 6 les compresseurs expulsaient l'air (le mélange) compressé dans un volume commun. Les compresseurs ont donc le même taux de compression dès lors que le mouvement des pistons est synchronisé et parallèle. Ici ce n'est pas nécessairement le cas puisque l'air (le mélange) compressé par le compresseur isotherme 6 est expulsé dans le volume de travail 18 du compresseur adiabatique où a lieu la combustion. Le taux de compression volumique du cylindre 8, défini par le rapport entre son volume mort et son volume au point mort bas, peut donc être nettement inférieur au taux de compression isotherme. Cette caractéristique du mécanisme est intéressante puisque le volume admis par le cylindre 8 est préchauffé et qu'une compression adiabatique égale à la détente des gaz brulés aurait pour effet d'élever la température au-delà de la température de combustion, ce qui devient gênant à pleine puissance. En réduisant le taux de compression adiabatique nous nous autorisons à recycler toute la chaleur Qr, nous ne sommes plus contraints à limiter le préchauffage de l'air admis lorsque la température de combustion est très élevée. Notons que le schéma introduit deux soupapes 23i et 23a qui gèrent l'ouverture du conduit 22 aux cylindres 6 et 8. Ce choix alourdi le mécanisme mais offre en contre partie une meilleure gestion des flux et de la chaleur et réduit l'encrassement de l'échangeur 9i. L'échangeur 9i doit être performant tout en restant de petite taille, l'encrassement de son volume intérieur détériore considérablement les performances de ses échanges thermiques aussi les solutions y remédiant seront privilégiées. Mais il est possible de ce passer de ces soupapes et de laisser les cylindres en communication permanente. Il est également possible de n'utiliser qu'une soupape et non deux. Il est également possible de ne pas surcharger les culasses et de disposer de vannes sur le conduit 22 plutôt que de soupapes placées sur les culasses. Un fonctionnement simple du moteur selon l'invention à deux cylindres 6 et 8 qui travaillent en parallèle et en phase est le suivant. En admission l'air provenant des organes antérieurs, filtre à air ou carburateur, est admis par la soupape ouverte 12, coté cylindre 6, coté cylindre 8, le flux d'air frais 16c passe par un échangeur 17c où il reçoit une quantité de chaleur Qa provenant du recyclage de la chaleur résiduelle des gaz brulés expulsés. L'air préchauffé est admis dans le volume de travail 18, l'air frais (le mélange) est admis dans le cylindre 6. Ces deux volumes ne sont pas nécessairement identiques comme pourrait le laisser entrevoir la figure 8, au contraire la fonction du préchauffage de l'air admis et de sa compression adiabatique est de recycler la chaleur et de préchauffer le mélange des deux flux afin qu'ensemble ils aient une température supérieure à la température minimale d'explosion du mélange air - carburant spécifique au combustible utilisé. La compression adiabatique amplifiant la température de préchauffage, sa contribution est donc réduite. Ce qui est heureux, ce recyclage-compression adiabatique-détente adiabatique n'étant pas parfait son bilan énergétique n'est donc pas équilibré, il en coute une énergie au moteur. La puissance motrice provient de l'air compressé en isotherme, non de la part adiabatique. Le volume de travail 18 sera généralement plus petit que le volume de travail 24. Au début de la compression en parallèle la soupape 23i est fermée afin que l'air chaud du volume de travail 18 ne soit pas refoulé dans le volume de travail isotherme 24 froid. La soupape 23a est inutile selon ce fonctionnement. La compression isotherme dégage une quantité de chaleur Qi évaluée par l'échangeur thermique 7. Lorsque la pression du volume de travail 24 égale la pression du volume de travail 18, la soupape 23i est ouverte. Alors l'air frais compressé est refoulé du volume isotherme 24 au volume adiabatique 18. En traversant le conduit 22 l'air frais passe par l'échangeur 9i ou il est réchauffé à l'aide de la chaleur résiduelle recyclée des gaz brulés expulsés, il reçoit une quantité de chaleur Qb. Lorsque les pistons 4 sont à leur point mort haut, celui du cylindre 6 est contre sa culasse, celui du cylindre 8 détermine le volume mort dans lequel est contenu l'air (le mélange) compressé. Le carburant est injecté ou la bougie produit l'explosion. Puis c'est la détente en parallèle des gaz brulés. Les échangeurs 9i et 7 sont désactivés. Les pistons 4 redescendent en détendant les gaz brulés en adiabatique dans les deux cylindres 6 et 8. Parvenus au point mort bas, les soupapes d'évacuation 11 et 13 sont ouvertes. Les gaz brulés sont encore chauds (cycle trapézoïdal). Aussi avant d'être rejetés ils traversent un ou plusieurs échangeurs 17 dans lequel ils cèdent leur chaleur Qr qui sert au chauffage des deux flux d'air admis 16i (après compression isotherme) et 16c. Qr fournit les quantités de chaleur Qa et Qb. Au cours d'un cycle le flux 16i admis dans le volume 24 transite deux fois par le conduit 22. Une première fois compressé et froid, une seconde fois en se détendant dans les deux volumes 18 et 24 en parallèle. En toute rigueur le flux 16i sortant par la soupape 13 est un peu moindre que le flux entrant par la soupape 12 puisqu'il est plus dilaté que le volume 16c qui, en entrée et en sortie du volume 18, a la même température.

Le défaut de ce mécanisme simple est de ne pas protéger l'échangeur 9i d'un encrassage de son volume intérieur et donc de nuire au bon recyclage de la chaleur résiduelle. Qb est la composante principale du recyclage de la quantité de chaleur Qr. De même l'échangeur 7 du cylindre 6 est lui aussi soumis aux suies issues de la combustion qui encrassent la surface d'échange thermique. Or un échangeur interne au volume de travail évite tout frottement avec les pièces mobiles lesquelles auraient eues des vertus autonettoyantes pour ces surfaces d'échange. Aussi nous lui privilégierons le mécanisme suivant : la compression isotherme et la détente adiabatique sont accomplies par des mécanismes spécialisés. Le mécanisme comporte un compresseur isotherme 6i et un mécanisme de détente adiabatique 6a. Un avantage à utiliser des mécanismes spécialisés est de donner à chacun les caractéristiques optimales. Ainsi le volume de travail 24a du cylindre de détente adiabatique 6a sera plus grand que le volume de travail 24i du compresseur isotherme 6i afin que la détente soit complète. Il est possible de donner aux éléments 6a et 6i une vitesse de rotation supérieure à celle des éléments adiabatiques 8 ainsi qu'il a été dit dans la description de la figure 7 précédente. Dans ce cas il existe des conduits 22b qui relient l'élément 6 (ou 6i et 6a) aux éléments adiabatiques 8 qu'il sert. Nous ne présenteront que le mécanisme simple dans lequel la vitesse de rotation est la même pour les cylindres 8 et 6. Les autres variantes, les hommes de l'art les déduiront aisément des explications déjà données. Selon cette variante le mécanisme comprend deux éléments adiabatiques 8 en déphasage d'un demi-cycle servis par un compresseur isotherme 6i et un mécanisme de détente adiabatique 6a. Le compresseur isotherme 6i est muni d'un échangeur 7 et dispose d'une soupape d'admission 12. Deux conduits 22 le relie aux mécanismes adiabatiques 8 qu'il sert alternativement, ils comprennent chacun un échangeur 9i et une soupape 23i. Le mécanisme de détente adiabatique 6a n'a pas d'échangeur thermique et dispose d'une soupape d'échappement 13. Les conduits 22 qui le relient aux mécanismes adiabatiques 8 qu'il sert en alternance n'ont pas d'échangeur thermique 9i, ils disposent d'une soupape 23a chacun. Pour décrire le fonctionnement du mécanisme nous aurons besoin de nommer les deux conduits 22 de chaque élément 8 par lesquels il est relié au compresseur isotherme 6i et au mécanisme de détente adiabatique 6a. Afin de les distinguer nous appellerons 22i le conduit qui relie l'élément 8 au compresseur isotherme 6i et 22a le conduit qui relie l'élément adiabatique 8 au mécanisme de détente adiabatique 6a. Les soupapes seront distinguées par le conduit auquel elles se rattachent, le conduit 22a a la soupape 23a, le conduit 22i a la soupape 23i. Lorsque le cylindre 8 est en admission, sa soupape 10 est ouverte et l'air préchauffé dans l'échangeur 17c entre dans le volume 18 de l'élément 8. En parallèle l'air (le mélange) frais est admis dans le compresseur isotherme 6i qui sert l'élément 8. En fin d'admission les soupapes 10 et 12 sont fermées, la compression commence. La soupape 23i du conduit 22i et la soupape 23a du conduit 22a sont fermées, de même que les soupapes 10 et 11. L'échangeur 9i du conduit 22i est désactivé. Lorsque la pression dans le volume de travail isotherme 24i égale celle du volume de travail adiabatique 18 la soupape 23i du conduit 22i est ouverte. Le flux d'air (mélange) froid commence à traverser le conduit 22i et son échangeur 9i où il est échauffé et dilaté avant d'entrer dans le cylindre 8. La compression terminée la soupape 23i est fermée et le compresseur isotherme 6i commence à servir le second cylindre 8 déphasé d'un demi-cycle par rapport à celui-ci durant le demi-cycle suivant. L'explosion du combustible a lieu. Selon le mécanisme et le type de combustible utilisé, 21 est un injecteur ou une bougie. La soupape 23a du conduit 22a reliant l'élément adiabatique 8 au mécanisme de détente adiabatique 6a est ouverte. La détente adiabatique s'accomplie en parallèle dans les deux cylindre 8 et 6a simultanément au travers du conduit 22a. En fin de détente les soupapes d'évacuation 11 et 13 sont ouvertes. Les pistons 4 refoulent les gaz brulés détendus qui, en traversant un/des échangeurs 17 cèdent leur chaleur résiduelle qui est recyclée grâce à quoi le moteur peut travailler selon une stratégie de pertes entretenues-recyclées dont la particularité est de permettre d'accroitre le rendement d'un moteur optimisé vertueux (plus il `perd' de chaleur, plus son rendement croit, théoriquement, le recyclage n'est pas parfait et les mécanismes apprécient peu les hautes températures). Il est possible de donner un léger déphasage entre les éléments 8 et 6 selon la spécificité des moteurs. L'explosion étant généralement déclenchée avant que le piston n'atteigne son point mort haut afin de protéger l'échangeur 9i il convient de terminer la compression isotherme une fraction de temps avant la compression adiabatique ainsi la soupape 23i pourra être close avant que le combustible ne s'embrase. De même le volume du conduit 22i contient un volume d'air compressé qui reste coté compresseur isotherme après compression. Cet air chauffé se détendra dans le cylindre, ou s'échappera dans un premier temps à l'ouverture de la soupape d'admission 12 produisant des pertes incontrôlées. Il est alors possible de donner au mécanisme une gestion plus minutieuse de ses flux en ajoutant une soupape aux deux extrémité du conduit 22i de sorte que l'air compressé et réchauffé par l'échangeur 9i reste le temps que la détente adiabatique de gaz brulés retrouvent une pression égale à celle du conduit (cas d'un cycle de Beau de Rochas dont la combustion produit une surpression) alors la soupape 23i est ouverte et l'air contenu dans le conduit 22i se détend avec les gaz brulés. En fin de détente la pression dans le conduit a chuté au voisinage de celle de l'admission. La soupape 23i peut être fermée. La soupape opposée sera ouverte lorsque le cylindre 6i servira cet élément 8 et débutera avec lui l'admission. Pour un cycle Diésel la combustion se fait à pression constante. Théoriquement. Donc théoriquement il ne devrait pas y avoir de suie qui vienne se déposer sur la surface d'échange déjà très réduite de l'échangeur 9i. Il serait donc possible de placer la soupape 23i sur la culasse du compresseur isotherme 6i et non sur celle de l'élément adiabatique 8. Dans la pratique la surpression produite par l'embrasement du diésel peut nuire à la qualité des échanges thermiques et peut nécessiter ici aussi l'usage de deux soupapes aux deux extrémités du conduit 22i. Nous remarquerons que, contrairement aux moteurs à explosion, le moteur selon l'invention ne nécessite pas de gaspillage énergétique en refroidissant ses cylindres. Le compresseur isotherme 6i est naturellement froid et ne perd que le produit de sa compression qui, de même que les moteurs de type Carnot, constitue l'essentiel des pertes entropiques du moteur. Le mécanisme de détente adiabatique 6a travaille à une température supérieure à celle du recyclage ce qui ne nuit pas au cycle thermodynamique mais elle apporte des contraintes mécaniques. Il en est de même des éléments 8 pour qui l'air admis est déjà préchauffé à une température voisine de celle des parois du cylindre et donc dilaté, il n'est donc pas nécessaire de refroidir ses parois afin de limiter les effets que nous produisons. Sinon pour des raisons mécaniques lorsque cette température devient trop élevée. En effet, pour accroitre le rendement moteur nous chercherons à élever la température de recyclage, donc à emballer un gaspillage thermique artificiel mais recyclé (ce qui est très proche du principe de fonctionnement des moteurs de type Carnot tels que Stirling et Ericsson). Les limites de cette stratégie seront donc mécaniques et non thermodynamiques.

En référence à la figure 9, le schéma représente une description générale commune aux mécanismes décrits par les figures 4, 5 et 6 grâce à la symétrie introduite par les échangeurs 17c et 17i qui sont symétriques aux échangeurs 9c et 9i de même que l'échangeur 17 est symétrique à l'échangeur 9. Ainsi le mécanisme correspondant à ce schéma résume, selon que tel ou tel échangeur est actif et tels autres inhibés, les mécanismes décrits dans les figures 4, 5 et 6 précédentes. La symétrie du mécanisme fait que le flux 16 qui correspondait au flux d'un mécanisme moteur, par exemple, combinant un cycle natif à un cycle triangulaire pointe en bas en parallèle n'est plus significatif de cette famille de motorisation. Le même mécanisme pouvant alors être créé en inversant le flux 16, ainsi que les flux thermiques des échangeurs actifs. Le mécanisme moteur en circuit fermé précédent dispose des échangeurs thermiques actifs 9i, 9 et 17 (pour un cycle combiné de type trapézoïdal) où l'échangeur thermique principal est 9, les échangeurs 9c, 17c et 17i étant inactifs ou absents du mécanisme. En inversant le sens du flux 16 le même mécanisme moteur de même cycle s'obtient à partir des échangeurs actifs 17i, 17 et 9 où l'échangeur thermique principal est 17 (9 devient l'échangeur thermique secondaire correspondant à une combinaison à un cycle trapézoïdal). Tous les échangeurs thermiques sont optionnels mais le mécanisme en comporte au moins un, l'échangeur thermique principal. Le mécanisme comprend un mécanisme isotherme 6, deux mécanismes adiabatiques 8c et 8d dont l'un est associé en parallèle avec le mécanisme isotherme 6. L'association en parallèle des deux mécanismes isotherme et adiabatique travaille en série avec le second mécanisme adiabatique. Selon les figures précédentes 4, 5, et 6, les mécanismes isothermes 6 et adiabatique 8c en parallèle, unis, ils travaillent en série avec le mécanisme 8d. Mais si la taille donnée au cylindre adiabatique 8d suggère cet agencement, la symétrie du mécanisme de la figure 9 permet aussi l'association symétrique équivalente : 6 et 8d sont en parallèle leur flux d'entrée et sortie unis est travaillé par le mécanisme 8c. Le dispositif selon l'invention comprend au moins un échangeur thermique principal parmi les échangeurs 9, 9i, 9c, 17, 17c, 17i les autres étant inactifs ou absents des circuits 15 et 25. La symétrie du mécanisme permet de décrire les mécanismes de figures 4, 5 et 6 et leurs variantes sans avoir recours à des inversions de fonction ou de dénomination. Ainsi toutes les descriptions faites peuvent l'être selon cette figure en gardant toujours le circuit 25 comme circuit thermique principal et l'échangeur 9 comme échangeur thermique principal. Et bien sûr, le mécanisme 8d comme étant le mécanisme adiabatique en série avec les mécanismes en parallèle isotherme 6 et adiabatique 8c.

Le mécanisme peut être à circuit fermé ou ouvert. En circuit ouvert le circuit est ouvert à l'un des points g, h et h'. Cette ouverture du circuit fermé défmit une admission et un échappement au mécanisme. Le mécanisme peut être à combustion interne, dans ce cas l'échangeur principal peut être remplacé par une chambre à combustion 28 ou celle-ci s'ajoute à l'échangeur thermique. D'autres variantes se passeront d'une chambre à combustion 28 et produiront l'explosion du combustible dans le cylindre de détente adiabatique. Celui-ci dispose alors de bougie(s) ou d'injecteur(s). Certaines variantes dédoublent le circuit 25 ou le circuit 15 afin de permettre des échanges thermiques isochores. D'autres peuvent introduire un déplaceur. Certaines variantes avec déplaceur peuvent positionner l'échangeur thermique en parallèle du déplaceur, l'ensemble déplaceur-échangeur thermique fait partie du ou des circuits 25 et 15. Certaines variantes donneront à l'un des mécanismes adiabatiques un échangeur interne grâce auquel le mécanisme travaillera partiellement en adiabatique et partiellement en isotherme, notamment pour des mécanismes moteurs qui pourront avoir un début de détente isotherme chaude puis terminer leur détente en adiabatique. Les mêmes caractéristiques pourront être obtenues en remplaçant ce mécanisme par deux mécanismes en série spécialisés. L'un isotherme et l'autre adiabatique. Néanmoins, si le mécanisme est plus complexe, le fait que le même mécanisme réalise l'un et l'autre se trouve être avantageux d'un point de vue mécanique (notamment pour les moteurs) car le fait de terminer leur détente en adiabatique permet de refroidir les parois du mécanisme qui ne sont plus à température constante et élevée comme ce serait le cas pour un mécanisme de détente isotherme chaude. Or, pour que le rendement soit bon il faut que cette isotherme chaude soit de température le plus élevée possible. Les limites mécaniques seront donc poussées au maximum, le refroidissement relatif découlant de la détente partiellement adiabatique sera donc mécaniquement appréciable et permettra des températures maximales plus élevées. Le cycle moteur de base équivalent au cycle moteur décrit dans la figure 4 est un cycle combiné 2 en 1 intégrant au cycle natif de type de Beau de Rochas (échange thermique isochore) ou Diesel (échange thermique isobare) un cycle triangulaire ou trapézoïdal pointe en bas. Le mécanisme dispose des échangeurs 9, 9i et 17 ; les autres sont inutiles à ce cycle moteur. Le flux du fluide de travail est le flux 16 indiqué dans le schéma. Le fluide de travail est compressé en parallèle par le compresseur isotherme 6 qui dégage une chaleur Qi résultant de cette compression, et le compresseur adiabatique 8c. Après sa compression isotherme le fluide de travail est préchauffé en traversant l'échangeur 9i et reçoit une quantité de chaleur Qb provenant du recyclage de la chaleur résiduelle Qr. Les deux flux se rejoignent et traversent l'échangeur thermique principal 9 où le flux 16 uni reçoit une quantité de chaleur Qc avant d'être détendu en adiabatique par le mécanisme 8d. Après détente la chaleur résiduelle Qr est prélevée au flux 16 qui est ramené à la température froide. Une partie de cette chaleur est fournie à l'échangeur 9i.

Le cycle moteur en circuit fermé à combustion externe qui correspond au moteur de la figure 6, dont le cycle trapézoïdal combiné est à pointe en bas, comprend les échangeurs 17i, 9i et 9. Les autres échangeurs sont inutiles à ce cycle moteur, ils sont soit absents soit désactivés. Le flux 16 issu de la détente est chaud, porteur d'une chaleur résiduelle (il n'y a pas d'échangeur 17 selon cette variante). Le flux 16 se scinde en deux flux, l'un est compressé chaud en adiabatique par l'échangeur 8c et voit sa température amplifier et retrouver une valeur équivalente à celle précédant la détente du fluide de travail par le mécanisme adiabatique 8d. L'autre partie du flux est refroidie dans l'échangeur thermique 17i et est ramenée à la température froide. Ce flux cède une quantité de chaleur Qrb. Puis le fluide de travail est compressé en isotherme par le mécanisme 6 qui dégage une quantité de chaleur Qi qui correspond aux pertes entropiques du moteur. Compressé et froid il est préchauffé en traversant l'échangeur 9i et reçoit une quantité de chaleur Qb. De manière privilégiée nous associerons ces deux échanges thermiques, si bien que Qb correspond à la quantité de chaleur Qrb réaffectée au fluide après sa compression isotherme froide. Les deux flux se rejoignent et se mélangent pour traverser l'échangeur principal 9 où le flux 16 réuni reçoit la quantité de chaleur Qc avant d'être admis et de réaliser une détente adiabatique dans le mécanisme de détente 8d. Détendu le fluide de travail est refoulé dans le circuit retour 15, porteur d'une chaleur résiduelle. Compte tenu que le fluide détendu et chaud est compressé à l'identique et donc retrouve la même température en sortant du compresseur 8c qu'il avait avant d'être détendu par le mécanisme de détente 8d, ce moteur est donc modérément intéressant sinon en isochore puisque la compression et la détente adiabatiques ne sont plus symétriques (la compression adiabatique précède légèrement la compression isotherme en raison de la dilatation du fluide de travail chaud) d'où une économie faite lors de ce recyclage thermique. En isobare, nous gagnerions à supprimer le compresseur 8c et donc à réduire les dimensions de 8d, ce qui nous ramènerait à un mécanisme trapézoïdal. Le cycle thermique, selon un fonctionnement triangulaire pointe en bas, selon une conception de type pompe à chaleur le dispositif comprend les éléments suivant : un compresseur adiabatique 8d, l'échangeur principal 9 du circuit 25 et un échangeur secondaire 17c, deux mécanismes de détente 6 et 8c en parallèle. Un mécanisme de détente isotherme 6 et un mécanisme de détente adiabatique 8c. Après compression adiabatique le fluide admis dans le compresseur 8d ressort circuit 25 chaud. Traversant l'échangeur principal 9 il cède sa chaleur Qc, flèche sortante. Une part du flux refroidi est détendue en isotherme 6, l'autre part est détendue en adiabatique 8c. Le flux provenant du mécanisme adiabatique 8c traverse l'échangeur 17c où il reçoit une quantité de chaleur Qra (flèche entrante), puis il se réunit au flux provenant du mécanisme de détente isotherme 6. Le flux rassemblé revient au compresseur adiabatique 8d et commence un nouveau cycle. Le mécanisme produit de la chaleur en 9, du froid en 17c et consomme de la chaleur à température ambiante Qi.

Une conception de type frigorifique comprend le compresseur 8d, l'échangeur principal 9 et les échangeurs secondaires 9i, 9c, 17i et 17c. Le fluide compressé en adiabatique par le compresseur 8d est expulsé dans le circuit 25. Traversant l'échangeur principal il y est refroidit. Une part du flux est détendu en adiabatique par le mécanisme de détente 8c, l'autre traverse l'échangeur 9i où sa température est abaissée à celle de la source froide, il cède une quantité de chaleur Qb (flèche sortante), sa détente isotherme lui fait absorber une quantité de chaleur Qi prise au milieu refroidi. Après sa détente la quantité de chaleur Qb qui avait été prélevée au flux par l'échangeur 9i est restituée au fluide de travail qui retrouve une température voisine de la température extérieure. Coté adiabatique, il en est de même, l'échangeur 9c prélève une quantité de chaleur Qa qui est restituée par l'échangeur 17c après que le froid produit ait été exploité. Le fluide reçoit une quantité de chaleur Qra. D'une température voisine de la température extérieure le fluide de travail retourne au compresseur adiabatique 8d. Le mécanisme produit de la chaleur en 9, du froid en 17c et consomme de la chaleur à température basse Qi. Les échangeurs 9i, 9c, 17i, et pour une part 17c ont une fonction de recyclage thermique. Le mécanisme thermique combinant un cycle triangulaire ou trapézoïdal pointe en haut selon un mode pompe à chaleur comprend un compresseur isotherme 6, un compresseur adiabatique 8c et un mécanisme de détente adiabatique 8d, un échangeur principal 9 et un échangeur secondaire 17c et 17i. Le fluide de travail est admis à la température de la source thermique dans le mécanisme de détente 8d. Expulsé froid du mécanisme de détente 8d, en traversant l'échangeur principal 9 il est chauffé jusqu'à la température de la source thermique, dans un premier temps, puis jusqu'à la température exploitée. Une part du flux est compressé en isotherme à température chaude par le compresseur 6 et produit une chaleur Qi, l'autre partie du flux est compressé en adiabatique, le fluide de travail voit sa chaleur accrue. Traversant l'échangeur 17c il cède une quantité de chaleur Qra. Une partie est exploitée, l'autre partie participe au préchauffage par l'échangeur 9 du fluide. De même après la compression isotherme l'échangeur 17i ramène le fluide de travail à la l 0 température extérieure et libère une quantité de chaleur Qrb qui participe au préchauffage du fluide dans l'échangeur principal 9, pour la part thermique au dessus de la température extérieure. Les pertes inhérentes au mécanisme peuvent être compensées grâce au compresseur adiabatique 8c qui fournit une chaleur plus élevée que la température exploitée. Le mécanisme produit une quantité de chaleur Qi à température élevée et constante, une quantité de chaleur très chaude en 17c, et absorbe 15 de la chaleur de la source thermique en 9. L'échangeur 17i et pour une partie de leur fonction les échangeurs 17c et 9 recyclent la chaleur qu'ils manipulent de manière à donner le potentiel thermique désiré au fluide de travail avant sa compression. Le mécanisme du même cycle combiné travaillant selon un mode frigorifique comporte deux compresseurs, l'un isotherme 6 et l'autre adiabatique 8c, un mécanisme de détente adiabatique 8d, 20 un échangeur thermique principal 9 et un échangeur secondaire 17c. Le fluide de travail détendu et froid issu du mécanisme de détente 8d reçoit une quantité de chaleur Qc en partie provenant du milieu refroidi. Le flux est ensuite compressé pour une part en isotherme, le compresseur isotherme 6 dégage vers l'extérieur une quantité de chaleur Qi. La part compressée en adiabatique produit un échauffement du fluide de travail au dessus de la chaleur extérieure. Le fluide de travail cède cette 25 chaleur Qra en traversant l'échangeur 17c. Le flux réuni retourne au mécanisme de détente adiabatique 8d et commence un nouveau cycle. Ces variantes et leur description ne sont pas restrictives. Un grand nombre de mécanismes sont réalisables à partir du schéma de la figure 9. Un certain nombre sont similaires. Par exemple que le circuit 25 comprenne les échangeurs en parallèle 9c et 9i peut être équivalent à un circuit 25 ne 30 comprenant que l'échangeur 9 lorsque les flux parallèles ont même température, ou il peut être équivalent au circuit 25 comprenant l'échangeur 9 et l'un des deux échangeurs parallèles, 9c ou bien 9i, lorsque la température des flux est asymétrique. Ces cycles thermiques, qu'ils soient en circuit fermé ou en circuit ouvert selon les points d'ouverture du circuit, sont des cycles non généralistes mais s'adressent à des usages spécifiques 35 comme la production de chaud et de froid simultanée dans le dernier cas présenté. Une variante à la figure 9, et par voie de conséquence de toutes les figures qui dérivent de cette description, consiste à modifier le compresseur adiabatique 8c. Cette modification consiste à le munir d'un échangeur afin qu'il accomplisse un début de compression adiabatique jusqu'à ce que l'air (le mélange) atteigne la température nécessaire à l'explosion puis la compression se poursuit en 40 isotherme « tiède ». La chaleur dégagée par cette compression sert à compléter le préchauffage du flux 16i, de manière privilégiée grâce à un sous élément de l'échangeur 9i. Cette compression adiabatique puis isotherme peut être accomplie par deux compresseurs spécialisés, adiabatique et isotherme, ou par un compresseur refroidi, dont la chaleur prélevée sert à poursuivre le préchauffage de l'air (le mélange) compressé en 9i ou 9. Ou plus simplement par un compresseur "isotherme" 8c dont le refroidissement est assuré par l'échangeur 9i ou 9 ou l'un de ses sous-éléments. Ainsi nous n'avons plus de problème de température de compression trop élevée, le travail des pièces mécaniques est facilité par des températures moins hautes, le travail de compression du compresseur 8c participe au couple moteur et non plus au seul recyclage thermique. La même variante peut s'appliquer aux mécanismes des figures 7 et 8. La chaleur dégagée par la compression isotherme « tiède » peut être directement affectée à l'échangeur 9i ou à un sous-élément de celui-ci soit directement soit indirectement. Directement, la chaleur dégagée en compression isotherme « tiède » est affectée directement à l'échangeur 9i ou à l'échangeur 9i de cylindres en déphasage avec le compresseur 8. Indirectement, la chaleur dégagée par la compression isotherme « tiède » est stockée dans un régénérateur ou accumulateur thermique pour être exploitée de manière différée. Du fait que l'élément 8 travaille en compression et en détente son échangeur doit pouvoir être activé / désactivé. Ces dernières variantes donnent les motorisations les plus performantes de l'invention. Quasiment toutes les pertes thermiques peuvent être recyclées, les seules pertes entropiques au mécanisme sont les pertes d'une isotherme froide. La figure 10 montre un schéma d'échangeur interne dont le brevet a été déposé conjointement à celui-ci et dont l'invention tirera avantage à l'exploiter. L'échangeur 35 est interne au volume de travail 34 du piston 4. Ici, il est de forme cylindrique. Le volume de travail 34 est défini par les surfaces qui l'entourent : le piston 4, la culasse 33, le cylindre 32 et le volume de l'échangeur interne 35. Le piston 4 est muni d'une gorge 36 correspondant au volume de l'échangeur 35 de sorte que lorsque le piston remonte vers son point mort haut l'échangeur interne 35 s'imbrique dans la gorge 36 du piston. Le jeu 37 séparant l'échangeur interne 35 du piston 4 peut être considérablement réduit en donnant à l'échangeur une forme conique selon sa section de sorte que l'emboitement de l'échangeur et du piston se fasse aisément, quelles que soient les circonstances, mais qu'en position haute les deux pièces soient parfaitement emboitées. Compte tenu que l'échangeur 35 ne subit aucune contrainte mécanique ses performances thermiques peuvent être librement développées et optimisées. Sa position idéale, au centre du volume de travail, de toute part baigné par le fluide de travail concourt à ce but. L'échangeur interne 35 minimise les pertes thermiques avec l'environnement extérieur au volume de travail et maximalise les échanges thermiques avec le fluide de travail dans lequel il est plongé. La figure comprend également une soupape 10, le fond de gorge 38 qui correspond à la base de la tête de piston, la gorge périphérique 30 recevant un segment pour l'étanchéité. De cette manière des compresseurs isothermes performants peuvent être conçus. Le mécanisme selon l'invention est particulièrement destiné aux moteurs à combustion interne mais également aux moteurs à combustion externe. Il procure à ces motorisations un bon rendement permettant de l'accroître plus encore grâce à une stratégie de pertes thermique entretenues et recyclées. Il trouvera également des applications de niche dans les secteurs thermiques.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1) Dispositif mécanique moteur ou thermique caractérisé en ce qu'il accomplit la combinaison de deux cycles en parallèle dont l'un est de type triangulaire ou trapézoïdal et l'autre de type de Beau de Rochas (isochore) ou Diésel (isobare), que le dispositif mécanique possède un dispositif 8 ou 8c adiabatique ou de type isotherme en un ou deux mécanismes (lorsque 8 ou 8c est de type isotherme ou a une partie de type isotherme, la chaleur échangée l'est avec l'échangeur 9i ou 9 ou un sous élément de celui-ci directement ou via un accumulateur thermique faisant tampon), que le dispositif 8 ou 8c est en parallèle avec un mécanisme isotherme 6 propre au cycle triangulaire ou trapézoïdal, qu'un mécanisme de compression ou détente adiabatique (selon le cycle du mécanisme) 8 ou 8d traite le flux réuni des mécanismes en parallèle (8 ou 8c et 6), que le dispositif comporte au moins un échangeur 9 ou 9i ou 9c, que selon des variantes l'échangeur 9 est remplacé par une chambre à combustion 28 ou qu'il est associé à une chambre à combustion 28 ou qu'il possède un dispositif 21 permettant l'injection ou la combustion d'un combustible dans le mécanisme de détente adiabatique 8 ou 8d, que les circuits reliant les éléments adiabatiques et isothermes peuvent disposer d'échangeurs 9i, 9c, 17, 17i, 17c ; que le dispositif est à circuit fermé ou à circuit ouvert, que les circuits ouverts sont obtenus à partir de l'ouverture du circuit fermé en l'un des points g, h et h'.
2. 2) Dispositif mécanique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les mécanismes en parallèle, le mécanisme isotherme 6 et le mécanisme adiabatique 8c, sont reliés au mécanisme adiabatique 8d par les circuits 15 et 25 lesquels disposent de l'échangeur thermique principal 9 et des deux échangeurs secondaires 17 ou 17i et 9i, que la chaleur recyclée par l'échangeur 17 ou 17i est recyclée par l'échangeur 9i.
3. 3) Moteur à combustion interne selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les compresseurs en parallèle, le compresseur isotherme 6 et le compresseur adiabatique 8c, sont reliés par le circuit 25 au mécanisme de détente adiabatique 8d, que ce circuit 25 dispose d'un échangeur thermique 9i, et éventuellement d'un échangeur thermique 9c ou d'un échangeur 9, que la combustion est accomplie dans une chambre à combustion 28 ou dans le mécanisme de détente adiabatique 8d lequel possède alors un dispositif 21 d'injection ou d'allumage produisant la combustion du combustible, que le moteur comporte un échangeur thermique 17 qui capte la chaleur résiduelle Qr des gaz brulés détendus avant leur expulsion, que l'air ou le mélange est préchauffé dans l'échangeur 9i, placé après le compresseur isotherme 6, ou dans l'échangeur 17c, placé avant l'admission du compresseur adiabatique 8c.
4. 4) Moteur à combustion interne selon la revendication 1 caractérisé en ce que les compressions accomplies en parallèle sont faites par le mécanisme adiabatique 8 et le mécanisme isotherme 6 que l'air ou le mélange comprimé en isotherme est expulsé dans le mécanisme adiabatique 8 au travers d'un conduit 22, que la détente des gaz brulés est faite également en parallèle dans les mécanismes 8 et 6 dont l'échangeur thermique est désactivé durant cette phase, que le conduit 22 peut disposer d'un échangeur 9i ou de vanne ou soupape, que selon certaines dispositions l'admission du mécanisme adiabatique 8 dispose d'un échangeur de préchauffage 17c, ou que les échappements disposent d'un échangeur 17 recyclant la chaleur résiduelle des gaz brulés expulsés.
5. 5) Moteur selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la chaleur résiduelle du fluide de travail détendu est recyclée en préchauffant le fluide de travail après sa compression isotherme pour cette première composante 16i ou avant son admission en compression adiabatique pour la seconde composante 16c des flux parallèles, la chaleur résiduelle captée par l'échangeur 17 ou 17i est affectée par les échangeurs 9i ou 17c ou éventuellement 9c aux flux en parallèles grâce à quoi le moteur peut travailler selon une stratégie de pertes thermiques entretenues et recyclées qui donne au moteur un meilleur rendement et permet d'assurer une température minimale avant combustion, ou en ce que le compresseur adiabatique 8 ou 8c est soit l'association de deux compresseurs, l'un adiabatique et l'autre isotherme, ou qu'il dispose d'un échangeur de manière à produire une première partie adiabatique suivie d'une compression isotherme (ou refroidie) dont la chaleur dégagée sert à préchauffer l'air / le mélange compressé avant sa combustion.
6. 6) Moteur selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le mécanisme adiabatique 8 ou 8d comprend un échangeur ou que la détente est accomplie par deux éléments spécialisés le premier réalise une détente isotherme chaude suivi d'un mécanisme de détente adiabatique ou que le mécanisme adiabatique 8 ou 8d comprend un dispositif d'injection ou d'allumage 21 permettant une injection prolongée de combustible ou de produire une succession de brèves injections de combustible grâce à quoi une partie de la détente est de type isotherme à haute température puis elle se termine en détente adiabatique grâce à quoi le cycle est un cycle combiné 3 en 1.
7. 7) Dispositif mécanique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les mécanismes de compression et de détente du dispositif mécanique sont axiaux ou à palettes ou rotatif ou oscillant ou linéaire ou à piston, simple ou double effets ou étagé, ou à piston oscillant ou à piston linéaire ou à vérins ou à piston-bielle-vilebrequin, ou que le mécanisme possède d'un dispositif permettant de suspendre le mouvement des pièces mécaniques 4, ou de les ralentir, de manière à réaliser des échanges thermiques isochores ou de mieux contrôler les flux, ou que le mécanisme de commande du dispositif mécanique est un calculateur (microprocesseur ou DSP), celui-ci collecte les données sur l'état du mécanisme, des données extérieures et les consignes, son (ou ses) algorithme les exploite et commande les éléments qu'il asservit, ces éléments peuvent être les soupapes et vannes, les flux de fluide caloporteur, l'injection ou l'allumage, les rapports de boite de vitesse, un ou des mécanisme d'embrayage,...
8. 8) Moteur selon la revendication 4, 5, 6 ou 7 caractérisé en ce que la compression isotherme parallèle est accomplie par un compresseur isotherme 6i et la détente adiabatique parallèle des gaz brulés est accomplie dans un mécanisme de détente 6a ou que le mécanisme 6 ou 6a et 6i servent en parallèle plusieurs éléments 8, que le rapport entre les périodes des cycles mécaniques des éléments 6 ou 6a et 6i avec les éléments 8 est soit entier soit fractionnaire.
9. 9) Moteur ou mécanisme thermique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le circuit 25 ou son équivalent le conduit 22 ou le circuit 15 est dédoublé de manière à réaliser un isolement temporaire de l'un des circuits parallèles ou que le circuit dispose d'un déplaceur, que le déplaceur est inséré en série avec l'échangeur principal du circuit ou qu'il est tel que l'échangeur principal du circuit soit en parallèle du déplaceur (montage classique), afin deréaliser des échanges thermiques isochores ou une combustion isochore.
10. 10) Moteur selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il exploite plusieurs sources d'énergie simultanément ou alternativement, en particulier une alimentation thermique (solaire, géothermale, combustible fossile ou recyclable, hydrogène,...) par les échangeurs thermiques 9 et 9i et un combustible, ou qu'il travaille selon les modes à combustion interne et externe, simultanément ou alternativement. 15 20 25 30 35 40