FR3041041A1

FR3041041A1 - Piston a double effet

Info

Publication number: FR3041041A1
Application number: FR1558593A
Authority: FR
Inventors: Vianney Rabhi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-09-14
Filing date: 2015-09-14
Publication date: 2017-03-17
Anticipated expiration: 2035-09-14
Also published as: FR3041041B1; WO2017046480A1

Abstract

Le piston à double effet (1) comporte un demi-piston inférieur (13) et un demi-piston supérieur (14), la périphérie de chaque dit demi-piston (13, 14) venant en butée radiale avec un disque de traction radiale (30) lequel est maintenu serré par une vis de serrage (29) entre les deux dits demi-pistons (13, 14) d'une part, en son centre, entre une surface de serrage centrale inférieure (19) et une surface de serrage centrale supérieure (20) et d'autre part, en sa périphérie, entre une surface de serrage périphérique inférieure (21) et une surface de serrage périphérique supérieure (22), le serrage par ladite vis (29) dudit disque (30) ayant pour effet de pré-contraindre la calotte inférieure de piston (15) et la calotte supérieure de piston (16) que présentent respectivement le demi-piston inférieur (13) et le demi-piston supérieur (14).

Description

PISTON À DOUBLE EFFET

La présente invention est relative à un piston à double effet pouvant opérer à haute température, constitué d’un assemblage précontraint.

Il y aurait un grand intérêt énergétique à réaliser des moteurs à régénération volumétriques inspirés des moteurs à cycle de Brayton à turbocompresseur, turbine motrice, brûleur et régénérateur. Ces derniers moteurs constituent la principale source motrice de certaines centrales de production d’électricité à gaz ou de certains navires tels ceux propulsés par le moteur « Rolls-Royce WR-21 ».

On note que le demandeur détient deux demandes de brevet français portant sur un moteur thermique à transfert-détente et régénération. La première de ces demandes a été enregistrée le 30 janvier 2015 sous le n° 1550762, et la seconde est en date du 25 février 2015 et porte le n° 1551593.

Ledit moteur se distingue des moteurs à cycle de Brayton à régénération conventionnels en ce que la turbine motrice ordinairement utilisée est remplacée par un cylindre détendeur dont la performance énergétique est maximisée par des soupapes doseuses d’admission et d’échappement opérant selon un mode spécial décrit dans la section « fonctionnement » desdites demandes.

Notamment, le phasage de la soupape doseuse d’admission maximise le rendement de la détente des gaz en prolongeant cette dernière jusqu’à la pression d’échappement. En outre, le phasage de la soupape doseuse d'échappement est prévu pour re-comprimer les gaz d’échappement résiduels emprisonnés dans le volume mort trouvé au Point Mort Haut du piston afin qu’avant que ne s’ouvre la soupape doseuse d’admission, la pression et la température desdits gaz redeviennent équivalentes à celles des gaz sortant du brûleur. Ce dernier phasage évite toute irréversibilité due à la décharge de gaz sous haute pression dans un volume mort resté sous basse pression.

Selon lesdites demandes, le remplacement de ladite turbine motrice par ledit cylindre détendeur est notamment rendu possible par des moyens d’étanchéité de piston innovants qui empêchent les gaz sous pression de fuir entre ledit cylindre et le piston détendeur avec lequel il coopère. Ces deux derniers organes étant portés à très haute température, ils excluent tout recours à quelque lubrification par huile que ce soit d’un segment ou d’une bague et à tout contact entre le cylindre détendeur chaud d’une part, et un segment ou un joint d’étanchéité d’autre part. C’est pourquoi les moyens d’étanchéité innovants proposés dans les demandes de brevet n° 1550762 et n° 1551593 permettent de s’affranchir de tout besoin en lubrification et en contact grâce au maintien d’un film d’air intercalé entre un anneau continu perforé et le cylindre détendeur, le débit dudit air assurant en outre le refroidissement dudit anneau.

Par là même, lesdites demandes proposent un agencement et des solutions techniques inédites qui résolvent un problème technique jusqu’ici non-résolu, répondant ainsi au besoin identifié et non-satisfait de rendre possible la production de moteurs à régénération d’un rendement très supérieur à celui des moteurs à cycle de Brayton à régénération à turbines, et très supérieur à celui des moteurs thermiques alternatifs à combustion interne Otto ou Diesel quel qu’en soit le type.

On note que dans les demandes n° 1550762 et n° 1551593, les moyens d’étanchéité figurent en revendication secondaire pour ne pas exclure l’éventualité d’autres moyens d’étanchéité qui procureraient les mêmes avantages.

Ceci étant exposé, qu’il s’agisse du piston détendeur tel que présenté dans les demandes n° 1550762 et n° 1551593, ou de tout autre piston détendeur ou non, dès lors que ledit piston opère à haute température, il doit être constitué d’un matériau doté d’une résistance mécanique suffisamment élevée à haute température tel que l’alumine, le carbure de silicium ou l’oxyde de zirconium.

Ledit piston détendeur doit en outre rester léger pour limiter les efforts d’inertie qu’il génère à hautes vitesses, tout en pouvant résister aux efforts de pression élevés auxquels il peut être soumis.

En outre, les moyens de fixation qui relient ledit piston aux moyens de transmission qui permettent de recueillir le travail produit par ledit piston doivent de préférence faits d’acier à haute résistance mécanique peu compatible avec les températures élevées auxquelles est soumis le piston détendeur lui-même. C’est pourquoi le piston à double effet suivant l’invention est prévu pour les machines thermiques volumétriques alternatives à cylindre et piston opérant à haute température, et pour répondre à la triple nécessité pour ledit piston de rester léger, résistant, et compatible avec des moyens de fixation en acier devant être maintenus à basse température.

Dans le domaine d’application des machines thermiques alternative à piston(s) en général et des moteurs thermiques en particulier, il résulte de l’invention un piston à double effet léger, résistant, et compatible avec des moyens de fixation en acier à haute résistance mécanique.

Il est entendu que le piston à double effet selon l’invention est adaptable à toute machine ou appareil doté(e) d’au moins un cylindre opérant à haute température. A titre non-limitatif, parmi les exemples d’application de ladite invention figure le moteur thermique à transfert-détente et régénération objet des demandes de brevet français n°1550762 et n° 1551593, lesdites demandes appartenant au demandeur.

Les autres caractéristiques de la présente invention ont été décrites dans la description et dans les revendications secondaires dépendantes directement ou indirectement de la revendication principale.

Le piston à double effet pouvant opérer à haute température et coopérant avec des moyens de transmission pour se mouvoir dans un cylindre dont l’extrémité qui débouche du coté desdits moyens est fermée par une culasse inférieure pour définir avec ledit piston une chambre à gaz chauds inférieure, et dont l’autre extrémité est fermée par une culasse supérieure pour définir avec ledit piston une chambre à gaz chauds supérieure, les moyens de transmission étant logés dans un carter de transmission sur lequel est fixé directement ou indirectement le cylindre, comprend selon l’invention : • Un demi-piston inférieur qui présente une calotte inférieure de piston orientée face à la chambre à gaz chauds inférieure, ladite calotte étant prolongée d’une tige inférieure de piston qui traverse la culasse inférieure via un orifice de tige inférieure aménagé dans ladite culasse, ladite tige étant directement ou indirectement rendue solidaire des moyens de transmission, tandis que la face dudit demi-piston opposée à ladite calotte est creuse et constitue un évidemment inférieur d’allègement ; • Un pilier central inférieur, coaxial au demi-piston inférieur, qui est logé dans l’évidemment inférieur d’allègement pour se terminer par une surface de serrage centrale inférieure ; • Au moins une surface de serrage périphérique inférieure aménagée sur le demi-piston inférieur et qui borde l’évidemment inférieur d’allègement au niveau du pourtour dudit demi-piston ; • Au moins une butée d’arrêt radial inférieure aménagée dans le demi-piston inférieur à proximité de la surface de serrage périphérique inférieure ; • Un puits de vis de serrage inférieur aménagé dans le demi-piston inférieur en son centre, et qui traverse ledit demi-piston de part en part dans le sens axial ; • Un demi-piston supérieur qui présente une calotte supérieure de piston orientée face à la chambre à gaz chauds supérieure, ladite calotte étant prolongée ou non d’une tige supérieure de piston qui pénètre ou traverse la culasse supérieure via un orifice de tige supérieure aménagé dans ladite culasse, tandis que la face dudit demi-piston opposée à ladite calotte est creuse et constitue un évidemment supérieur d’allègement ; • Un pilier central supérieur, coaxial au demi-piston supérieur, qui est logé dans l’évidemment supérieur d’allègement pour se terminer par une surface de serrage centrale supérieure ; • Au moins une surface de serrage périphérique supérieure aménagée sur le demi-piston supérieur et qui borde l’évidemment supérieur d’allègement au niveau du pourtour dudit demi-piston ; • Au moins une butée d’arrêt radial supérieure aménagée dans le demi-piston supérieur à proximité de la surface de serrage périphérique supérieure ; • Un puits de vis de serrage supérieur aménagé dans le demi-piston supérieur en son centre, et qui traverse ledit demi-piston de part en part dans le sens axial ; • Au moins un disque de traction radiale ajouré ou non, percé en son centre d’un orifice de passage de vis, dont le diamètre extérieur est proche de celui du piston à double effet, dont la zone centrale est montée serrée entre la surface de serrage centrale inférieure et la surface de serrage centrale supérieure, dont la zone périphérique est montée serrée entre la surface de serrage périphérique inférieure et la surface de serrage périphérique supérieure, et dont la périphérie comporte au moins une butée radiale de traction qui peut coopérer avec la butée d’arrêt radial inférieure et/ou la butée d’arrêt radial supérieure ; • Une vis de serrage logée pour partie dans le puits de vis de serrage inférieur et pour partie dans le puits de vis de serrage supérieur, la première extrémité de ladite vis étant rendue solidaire des moyens de transmission tandis que la deuxième extrémité de ladite vis est rendue solidaire de la tige supérieure de piston ou de la calotte supérieure de piston.

Le piston à double effet suivant la présente invention comprend une épaisseur et une géométrie du disque de traction radiale ainsi qu’une position axiale de la surface de serrage centrale inférieure, de la surface de serrage centrale supérieure, de la surface de serrage périphérique inférieure et de la surface de serrage périphérique supérieure qui sont prévues pour que lorsqu’au montage du piston à double effet on serre la vis de serrage, ledit disque est d’abord comprimé entre la surface de serrage périphérique inférieure et la surface de serrage périphérique supérieure avant de se trouver comprimé entre la surface de serrage centrale inférieure et la surface de serrage centrale supérieure.

Le piston à double effet suivant la présente invention comprend une position radiale de la butée radiale de traction par rapport à celle de la butée d’arrêt radial inférieure et/ou de la butée d’arrêt radial supérieure qui est prévue pour que lorsqu’au montage du piston à double effet on serre la vis de serrage, ladite butée d’arrêt radial inférieure et/ou supérieure entre en contact avec la butée radiale de traction et limite le diamètre du demi-piston inférieur et/ou du demi-piston supérieur.

Le piston à double effet suivant la présente invention comprend un disque de traction radiale qui présente en sa périphérie une gorge de segment qui peut héberger des moyens d’étanchéité.

Le piston à double effet suivant la présente invention comprend une gorge de segment qui est logée dans une gorge de gorge que constituent communément un surplomb inférieur que comporte en sa périphérie le demi-piston inférieur, et un surplomb supérieur que comporte en sa périphérie le demi-piston supérieur.

Le piston à double effet suivant la présente invention comprend au moins un conduit radial d’amenée d’air qui est aménagé dans l’épaisseur du disque de traction radiale ledit conduit reliant l’orifice de passage de vis à la périphérie dudit disque.

Le piston à double effet suivant la présente invention comprend un disque de traction radiale qui est constitué de deux demi-disques de traction radiale à la surface de l’un au moins desquels est aménagée au moins une rainure de conduit radial qui constitue le conduit radial d’amenée d’air lorsque les deux dits demi-disques sont plaqués l’un contre l’autre consécutivement au serrage de la vis de serrage.

Le piston à double effet suivant la présente invention comprend une extrémité de la tige supérieure de piston qui est la plus éloignée de la calotte supérieure de piston qui reste toujours plongée dans une chambre de pression remplie d’un air comprimé quelle que soit la position du piston à double effet dans le cylindre, ladite chambre étant solidaire ou non de la culasse supérieure et étant reliée à une source d’air sous pression d’où provient l’air comprimé tandis que ladite extrémité présente au moins un canal d’amenée d’air qui relie le puits de vis de serrage supérieur avec la chambre de pression.

Le piston à double effet suivant la présente invention comprend un canal d’amenée d’air qui est constitué d’une gorge radiale aménagée soit à l’extrémité plane de la tige supérieure de piston qui est la plus éloignée de la calotte supérieure de piston, soit sur l’une au moins des faces d’une rondelle d’appui de vis sur laquelle prend appui la vis de serrage.

Le piston à double effet suivant la présente invention comprend un tube de refroidissement de vis qui enveloppe la vis de serrage sur tout ou partie de sa longueur, un air comprimé provenant de la source d’air sous pression pouvant circuler dans un espace laissé entre la paroi interne dudit tube et la surface externe de la vis de serrage cependant que la plus grande part possible de la surface externe dudit tube ne touche pas la paroi interne du puits de vis de serrage supérieur de sorte à définir avec cette dernière paroi un espace vide.

Le piston à double effet suivant la présente invention comprend un tube de refroidissement de vis qui comporte une collerette de tube maintenue serrée par la vis de serrage contre l’extrémité de la tige supérieure de piston.

Le piston à double effet suivant la présente invention comprend un tube de refroidissement de vis qui comporte au moins un renflement de tube constitué d’une portion axiale dudit tube dont le diamètre est sensiblement équivalent voire légèrement supérieur à celui du puits de vis de serrage supérieur ou du puits de vis de serrage inférieur dans lequel il est logé.

Le piston à double effet suivant la présente invention comprend un tube de refroidissement de vis qui comporte au moins une restriction de diamètre de tube constituée d’une portion axiale dudit tube dont le diamètre est sensiblement équivalent voire légèrement inférieur à celui du corps de la vis de serrage.

Le piston à double effet suivant la présente invention comprend un tube de refroidissement de vis qui comporte au moins un trou de communication radial qui permet à l’air comprimé de pénétrer dans ledit tube, ou de s’en échapper.

Le piston à double effet suivant la présente invention comprend un orifice de tige inférieure et/ou un orifice de tige supérieure qui coopère avec - ou qui comporte -des moyens d’étanchéité de tige qui réalisent une étanchéité entre la tige inférieure de piston et la culasse inférieure et/ou entre la tige supérieure de piston et la culasse supérieure.

Le piston à double effet suivant la présente invention comprend des moyens d’étanchéité de tige qui comprennent une étanchéité supérieure de tige et une étanchéité inférieure de tige suffisamment éloignées l’une de l’autre pour former -entre les deux dites étanchéités - une chambre à circulation d’huile dans laquelle débouche un conduit d’amenée d’huile de refroidissement-lubrification et de laquelle repart un conduit de sortie d’huile de refroidissement-lubrification.

Le piston à double effet suivant la présente invention comprend des moyens d’étanchéité de tige qui coopèrent avec une bague de guidage de tige logée à l’intérieur ou en dehors de la chambre à circulation d’huile.

La description qui va suivre en regard des dessins annexés et donnés à titre d’exemples non limitatifs permettra de mieux comprendre l’invention, les caractéristiques qu’elle présente, et les avantages qu’elle est susceptible de procurer :

Figure 1 est une vue tridimensionnelle de trois-quarts d’un ensemble cylindre, culasse inférieure et culasse supérieure fixé sur un carter de transmission qui reçoit le piston à double effet suivant l’invention.

Figure 2 est une vue tridimensionnelle de face et en écorché du piston à double effet suivant l’invention ce dernier étant logé dans le cylindre avec lequel il coopère, ladite vue représentant également le carter de transmission qui héberge les moyens de transmission prévus pour recueillir le travail produit par ledit piston, lesdits moyens étant selon cet exemple de réalisation constitués d’une bielle articulée sur une manivelle reliée à un vilebrequin, et d’une crosse.

Figure 3 est une vue tridimensionnelle éclatée du piston à double effet suivant l’invention, et des différents organes avec lesquels il coopère.

Figure 4 est une coupe schématique longitudinale du piston à double effet suivant l’invention avec en médaillon une vue rapprochée montrant le détail de la gorge de gorge qui - selon un exemple particulier de réalisation - héberge la gorge de segment dans laquelle est logé un anneau continu perforé.

Figure 5 est une vue en coupe schématique notamment des moyens d’étanchéité de tige qui coopèrent avec la tige inférieure de piston du piston à double effet suivant l’invention.

Figure 6 est une vue en coupe schématique notamment des moyens d’étanchéité de tige qui coopèrent avec la tige supérieure de piston du piston à double effet suivant l’invention, ladite tige supérieure débouchant - selon cet exemple particulier de réalisation - dans une chambre de pression. DESCRIPTION DE L’INVENTION :

On a montré en figures 1 à 6 le piston à double effet 1, divers détails de ses composants, ses variantes, et ses accessoires.

Comme le montre la figure 2, le piston à double effet 1 selon l’invention pouvant opérer à haute température coopère avec des moyens de transmission 8 pour se mouvoir dans un cylindre 2 dont l’extrémité qui débouche du coté desdits moyens 8 est fermée par une culasse inférieure 4 pour définir avec ledit piston 1 une chambre à gaz chauds inférieure 6, et dont l’autre extrémité est fermée par une culasse supérieure 5 pour définir avec ledit piston 1 une chambre à gaz chauds supérieure 7, les moyens de transmission 8 étant logés dans un carter de transmission 3 sur lequel est fixé directement ou indirectement le cylindre 2.

Sur cette même figure 2, on remarque que les moyens de transmission 8 peuvent notamment être constitués d’une bielle 9 articulée autour d’une manivelle 10 aménagée sur un vilebrequin 11, ladite bielle 9 étant reliée au piston à double effet 1 par l’intermédiaire d’une crosse 12. A titre de variante non-représentée, les moyens de transmission 8 peuvent être constitués d’une came, d’une pompe hydraulique émettrice, d’un générateur d’électricité ou de tout autre moyen de transmission connu de l’homme de l’art.

On note aussi que - comme représenté notamment en figures 1 à 3 - la culasse inférieure 4 et la culasse supérieure 5 peuvent comporter au moins une soupape 70 pilotée par un actionneur de soupape 71.

La figure 4 en particulier illustre que le piston à double effet 1 selon l’invention comprend un demi-piston inférieur 13 qui présente une calotte inférieure de piston 15 orientée face à la chambre à gaz chauds inférieure 6, ladite calotte 15 étant prolongée d’une tige inférieure de piston 17 qui traverse la culasse inférieure 4 via un orifice de tige inférieure 37 aménagé dans ladite culasse 4, ladite tige 17 étant directement ou indirectement rendue solidaire des moyens de transmission 8, tandis que la face dudit demi-piston 13 opposée à ladite calotte 15 est creuse et constitue un évidemment inférieur d’allègement 25.

On notera que l’évidemment inférieur d’allègement 25 peut être compartimenté et/ou renforcé de nervures. En outre, la calotte inférieure de piston 15 et la tige inférieure de piston 17 peuvent être réalisées dans une seule et même pièce d’un matériau qui conserve une résistance mécanique élevée à haute température tel que l’alumine, le carbure de silicium ou l’oxyde de zirconium.

Les figures 3 et 4 montrent que le piston à double effet 1 selon l’invention comprend un pilier central inférieur 23, coaxial au demi-piston inférieur 13, qui est logé dans l’évidemment inférieur d’allègement 25 pour se terminer par une surface de serrage centrale inférieure 19.

On remarquera qu’avantageusement, le pilier central inférieur 23 peut être réalisé dans la même pièce de matière que le demi-piston inférieur 13, ou être rapporté sur ce dernier.

Les figures 3 et 4 illustrent que le piston à double effet 1 selon l’invention comprend au moins une surface de serrage périphérique inférieure 21 aménagée sur le demi-piston inférieur 13 et qui borde l’évidemment inférieur d’allègement 25 au niveau du pourtour dudit demi-piston 13, ladite surface 21 pouvant être prévue minimale pour offrir le moins de passage possible à la chaleur.

Le piston à double effet 1 selon l’invention comprend aussi au moins une butée d’arrêt radial inférieure 35 aménagée dans le demi-piston inférieur 13 à proximité de la surface de serrage périphérique inférieure 21.

En outre, comme le montrent les figures 3 et 4, le piston à double effet 1 selon l’invention comprend un puits de vis de serrage inférieur 27 aménagé dans le demi-piston inférieur 13 en son centre, et qui traverse ledit demi-piston 13 de part en part dans le sens axial.

En figures 3 et 4, on voit que le piston à double effet 1 selon l’invention comprend un demi-piston supérieur 14 qui présente une calotte supérieure de piston 16 orientée face à la chambre à gaz chauds supérieure 7, ladite calotte 16 étant prolongée ou non d’une tige supérieure de piston 18 qui pénètre ou traverse la culasse supérieure 5 via un orifice de tige supérieure 38 aménagé dans ladite culasse 5, tandis que - comme l’illustre particulièrement la figure 4 - la face dudit demi-piston 14 opposée à ladite calotte 16 est creuse et constitue un évidemment supérieur d’allègement 26 compartimenté ou non et/ou renforcé de nervures ou non, la calotte supérieure de piston 16 et la tige supérieure de piston 18 pouvant être préférentiellement réalisées dans une seule et même pièce d’un matériau qui conserve une résistance mécanique élevée à haute température tel que l’alumine, le carbure de silicium ou l’oxyde de zirconium.

En figure 4, on distingue un pilier central supérieur 24 que comprend le piston à double effet 1 selon l’invention, ledit pilier 24 étant coaxial au demi-piston supérieur 14, tandis que ledit pilier 24 est logé dans l’évidemment supérieur d’allègement 26 pour se terminer par une surface de serrage centrale supérieure 20, ledit pilier 24 pouvant être réalisé dans la même pièce de matière que le demi-piston inférieur 14, ou être rapporté sur ce dernier.

Les figures 3 et 4 illustrent le fait que le piston à double effet 1 selon l’invention présente au moins une surface de serrage périphérique supérieure 22 aménagée sur le demi-piston supérieur 14 et qui borde l’évidemment supérieur d’allègement 26 au niveau du pourtour dudit demi-piston 14, ladite surface 21 pouvant être prévue minimale pour offrir le moins de passage possible à la chaleur.

On voit en figures 3 et 4 que le piston à double effet 1 selon l’invention présente au moins une butée d’arrêt radial supérieure 36 aménagée dans le demi-piston supérieur 14 à proximité de la surface de serrage périphérique supérieure 22. D’ailleurs, le piston à double effet 1 selon l’invention comprend aussi un puits de vis de serrage supérieur 28 aménagé dans le demi-piston supérieur 14 en son centre, et qui traverse ledit demi-piston 14 de part en part dans le sens axial. Ledit puits 28 est particulièrement visible en figures 3 et 4.

Toujours en figures 3 et 4, on voit que le piston à double effet 1 selon l’invention comporte au moins un disque de traction radiale 30 ajouré ou non, percé en son centre d’un orifice de passage de vis 31, dont le diamètre extérieur est proche de celui du piston à double effet 1, dont la zone centrale 32 est montée serrée entre la surface de serrage centrale inférieure 19 et la surface de serrage centrale supérieure 20, dont la zone périphérique 33 est montée serrée entre la surface de serrage périphérique inférieure 21 et la surface de serrage périphérique supérieure 22, et dont la périphérie comporte au moins une butée radiale de traction 34 qui peut coopérer avec la butée d’arrêt radial inférieure 35 et/ou la butée d’arrêt radial supérieure 36 de sorte à limiter le diamètre extérieur du demi-piston inférieur 13 et/ou du demi-piston supérieur 14.

Enfin, les figures 3 et 4 montrent que le piston à double effet 1 selon l’invention comporte une vis de serrage 29 logée pour partie dans le puits de vis de serrage inférieur 27 et pour partie dans le puits de vis de serrage supérieur 28, la première extrémité de ladite vis 29 étant rendue solidaire des moyens de transmission 8 tandis que la deuxième extrémité de ladite vis 29 est rendue solidaire de la tige supérieure de piston 18 ou de la calotte supérieure de piston 16 dans le cas où cette dernière ne serait pas prolongée par une tige supérieure de piston 18.

On note que lesdites extrémités peuvent être rendues solidaires l’une avec les moyens de transmission 8 et l’autre avec la tige supérieure de piston 18 ou la calotte supérieure de piston 16 au moyen d’une tête de vis de serrage 67, ou d’un filetage de vis 68 que comporte la vis de serrage 29, ledit filetage 68 se vissant dans un écrou ou dans un taraudage.

On remarque en outre que le serrage de la vis de serrage 29 a pour effet de serrer le disque de traction radiale 30 entre la surface de serrage centrale inférieure 19 et la surface de serrage centrale supérieure 20 d’une première part, et entre la surface de serrage périphérique inférieure 21 et la surface de serrage périphérique supérieure 22 de deuxième part.

On remarque que si la calotte supérieure de piston 16 n’est pas prolongée par une tige supérieure de piston 18, la tête ou l’écrou qui termine la vis de serrage 29 et qui maintient serrée ladite calotte 16 peut être logée dans une cavité aménagée dans cette dernière, ladite cavité pouvant être fermée par un bouchon.

En tout état de cause, la vis de serrage 29 n’exclut pas la possibilité de prévoir une ou plusieurs autres vis qui relient entre-elles la calotte inférieure de piston 15 et la calotte supérieure de piston 16.

Il n’est pas non plus à exclure que la forme et/ou la courbure de la calotte inférieure de piston 15 soit différente de celle de la calotte supérieure de piston 16, lesdites calottes 15, 16 pouvant en outre comporter des embrèvements ou des protubérances faisant face à des soupapes ou clapets que peuvent respectivement comporter la culasse inférieure 4 et/ou la culasse supérieure 5..

On notera que selon un mode particulier de réalisation du piston à double effet 1 selon l’invention, l’épaisseur et la géométrie du disque de traction radiale 30 ainsi que la position axiale de la surface de serrage centrale inférieure 19, de la surface de serrage centrale supérieure 20, de la surface de serrage périphérique inférieure 21 et de la surface de serrage périphérique supérieure 22 peuvent être prévues pour que lorsqu’au montage du piston à double effet 1 on serre la vis de serrage 29, ledit disque 30 est d’abord comprimé entre la surface de serrage périphérique inférieure 21 et la surface de serrage périphérique supérieure 22 avant de se trouver comprimé entre la surface de serrage centrale inférieure 19 et la surface de serrage centrale supérieure 20.

Il résulte de cet arrangement que la calotte inférieure de piston 15 et la calotte supérieure de piston 16 sont mises sous précontrainte ce qui garantit le serrage du disque de traction radiale 30 lorsque le piston à double effet 1 se déforme sous l’effet de la pression régnant dans la chambre à gaz chauds inférieure 6 ou dans la chambre à gaz chauds supérieure 7.

Toujours selon un mode particulier de réalisation du piston à double effet 1 selon l’invention, la position radiale de la butée radiale de traction 34 par rapport à celle de la butée d’arrêt radial inférieure 35 et/ou de la butée d’arrêt radial supérieure 36 peut être prévue pour que lorsqu’au montage du piston à double effet 1 on serre la vis de serrage 29, ladite butée d’arrêt radial inférieure 35 et/ou supérieure 36 entre en contact avec la butée radiale de traction 34 et limite le diamètre du demi-piston inférieur 13 et/ou du demi-piston supérieur 14.

Il résulte de cet arrangement que la calotte inférieure de piston 15 et la calotte supérieure de piston 16 constituent chacune deux voûtes qui opposent une résistance mécanique élevée aux efforts produits par la pression régnant dans la chambre à gaz chauds inférieure 6 et/ou dans la chambre à gaz chauds supérieure 7. La première embase des voûtes que constitue la calotte inférieure de piston 15 est arrimée au niveau du pilier central inférieur 23 tandis que la deuxième embase desdites voûtes est arrimée au niveau de la butée d’arrêt radial inférieure 35. Il en est de même pour la calotte supérieure de piston 16 qui forme deux voûtes dont les embases sont respectivement arrimées au niveau du pilier central supérieur 24 et au niveau de la butée d’arrêt radial supérieure 36.

Les figures 3 et 4 montrent que selon le piston à double effet 1 selon l’invention, le disque de traction radiale 30 peut présenter en sa périphérie une gorge de segment 39 qui peut héberger des moyens d’étanchéité 40 tel qu’un anneau continu perforé 41 à coussin d’air similaire ou identique à celui décrit dans les demandes de brevet français n° 1550762 et n° 1551593 appartenant au demandeur et permettant la réalisation d’un moteur thermique à transfert-détente et régénération.

La figure 4 permet de préciser visuellement que la gorge de segment 39 peut être logée dans une gorge de gorge 42 que constituent communément un surplomb inférieur 43 que comporte en sa périphérie le demi-piston inférieur 13, et un surplomb supérieur 44 que comporte en sa périphérie le demi-piston supérieur 14.

Selon cette configuration particulière, un espace d’isolation thermique peut avantageusement être laissé entre le disque de traction radiale 30 au niveau de la gorge de segment 39, et la gorge de gorge 42, ledit espace constituant une barrière thermique.

On note en figure 4 que le piston à double effet 1 selon l’invention peut comporter au moins un conduit radial d’amenée d’air 45 aménagé dans l’épaisseur du disque de traction radiale 30 ledit conduit 45 reliant l’orifice de passage de vis 31 à la périphérie dudit disque 30 de sorte par exemple à approvisionner en air comprimé 54 un anneau continu perforé 41 à coussin d’air similaire ou identique à celui décrit dans les demandes de brevet français n° 1550762 et n° 1551593 appartenant au demandeur et permettant la réalisation d’un moteur thermique à transfert-détente et régénération.

On note d’ailleurs que les cavités que constituent l’évidemment inférieur d’allègement 25 et l’évidemment supérieur d’allègement 26 peuvent être pressurisées par l’air comprimé 54 qui alimente l’anneau continu perforé 41 ou qui alimente tous autres moyens d’étanchéité 40 nécessitant ledit air comprimé 54.

On note en figures 3 et 4 que suivant le piston à double effet 1 selon l’invention, le disque de traction radiale 30 peut être constitué de deux demi-disques de traction radiale 46 à la surface de l’un au moins desquels est aménagée au moins une rainure de conduit radial 47 qui constitue le conduit radial d’amenée d’air 45 lorsque les deux dits demi-disques 46 sont plaqués l’un contre l’autre consécutivement au serrage de la vis de serrage 29.

Les figures 2, 3 et 6 illustrent que suivant une variante de réalisation du piston à double effet 1 selon l’invention, l’extrémité de la tige supérieure de piston 18 qui est la plus éloignée de la calotte supérieure de piston 16 peut rester toujours plongée dans une chambre de pression 49 remplie d’un air comprimé 54 quelle que soit la position du piston à double effet 1 dans le cylindre 2.

On note que ladite chambre 49 peut être solidaire ou non de la culasse supérieure 5 et être reliée à une source d’air sous pression 50 d’où provient l’air comprimé 54 tandis que l’extrémité de la tige supérieure de piston 18 présente au moins un canal d’amenée d’air 48 qui relie le puits de vis de serrage supérieur 28 avec la chambre de pression 49 de sorte par exemple à coopérer à l’approvisionnement en air comprimé 54 d’un anneau continu perforé 41 à coussin d’air similaire ou identique à celui décrit dans les demandes de brevet français n° 1550762 et n° 1551593 appartenant au demandeur et permettant la réalisation d’un moteur thermique à transfert-détente et régénération.

En alternative, la chambre de pression 49 peut être reliée au puits de vis de serrage inférieur 27, un canal d’amenée d’air reliant ledit puits 27 à ladite chambre 49. En ce cas, ladite chambre 49 peut être par exemple formée par le volume balayé par une crosse 12 rendu étanche pour être relié à la source d’air sous pression 50.

On note que - quelle que soit la configuration retenue - la source d’air sous pression 50 peut comporter un compresseur d’air qui force l’air comprimé 54 à circuler dans le puits de vis de serrage supérieur 28 ou le puits de vis de serrage inférieur 27, ledit compresseur pouvant continuer à fonctionner un certain temps après l’arrêt de la machine thermique à laquelle s’applique le piston à double effet 1 suivant l’invention. Cette dernière disposition permet par exemple d’évacuer la chaleur que ledit piston 1 est susceptible de continuer à transmettre durant son refroidissement à la vis de serrage 29.

On peut préciser ici que le canal d’amenée d’air 48 peut être éventuellement constitué d’au moins une gorge radiale aménagée soit à l’extrémité plane de la tige supérieure de piston 18 qui est la plus éloignée de la calotte supérieure de piston 16, soit sur l’une au moins des faces d’une rondelle d’appui de vis sur laquelle prend appui la vis de serrage 29.

Comme montré en figures 3 et 4, le piston à double effet 1 selon l’invention peut comporter un tube de refroidissement de vis 53 qui enveloppe la vis de serrage 29 sur tout ou partie de sa longueur, un air comprimé 54 provenant de la source d’air sous pression 50 pouvant circuler dans un espace laissé entre la paroi interne dudit tube 53 et la surface externe de la vis de serrage 29 cependant que la plus grande part possible de la surface externe dudit tube 23 ne touche pas la paroi interne du puits de vis de serrage supérieur 28 de sorte à définir avec cette dernière paroi un espace vide.

On note que selon le mode de réalisation choisi du piston à double effet 1 suivant l’invention, le tube de refroidissement de vis 53 peut descendre au niveau du puits de vis de serrage inférieur 27.

Comme on peut le constater en figures 3 et 4, le tube de refroidissement de vis 53 peut comporter une collerette de tube 55 maintenue serrée par la vis de serrage 29 contre l’extrémité de la tige supérieure de piston 18.

En outre, le tube de refroidissement de vis 53 peut également comporter au moins un renflement de tube 56 constitué d’une portion axiale dudit tube 53 dont le diamètre est sensiblement équivalent voire légèrement supérieur à celui du puits de vis de serrage supérieur 28 ou du puits de vis de serrage inférieur 27 dans lequel il est logé, ceci garantissant que ledit tube 53 reste localement centré dans ledit puits 28 ou 27, et réalisant si nécessaire une étanchéité entre ledit tube 53 et ledit puits 28 ou 27.

On remarque aussi en figures 3 et 4 que le tube de refroidissement de vis 53 peut possiblement comporter au moins une restriction de diamètre de tube 57 constituée d’une portion axiale dudit tube 53 dont le diamètre est sensiblement équivalent voire légèrement inférieur à celui du corps de la vis de serrage 29 afin de réaliser localement une étanchéité entre ledit tube 53 et ladite vis 29.

En figure 58, on remarque que le tube de refroidissement de vis 53 peut comporter au moins un trou de communication radial 58 qui permet à l’air comprimé 54 de pénétrer dans ledit tube 53, ou de s’en échapper.

On note sur les figures 2, 3, 5 et 6 que selon un mode particulier de réalisation du piston à double effet 1 suivant l’invention, l’orifice de tige inférieure 37 et/ou l’orifice de tige supérieure 38 peut coopérer avec - ou peut comporter - des moyens d’étanchéité de tige 59 qui réalisent une étanchéité entre la tige inférieure de piston 17 et la culasse inférieure 4 et/ou entre la tige supérieure de piston 18 et la culasse supérieure 5.

Plus précisément, les figures 5 et 6 montrent que les moyens d’étanchéité de tige 59 peuvent comprendre une étanchéité supérieure de tige 60 et une étanchéité inférieure de tige 61 suffisamment éloignées l’une de l’autre pour former - entre les deux dites étanchéités 60, 61 - une chambre à circulation d’huile 62 dans laquelle débouche un conduit d’amenée d’huile de refroidissement-lubrification 63 et de laquelle repart un conduit de sortie d’huile de refroidissement-lubrification 64.

On note que la chambre à circulation d’huile 62 assure la double fonction de lubrifier et de refroidir la tige inférieure de piston 17 et/ou la tige supérieure de piston 18. On remarque en outre que l’étanchéité supérieure de tige 60 et/ou l’étanchéité inférieure de tige 61 peut être notamment constituée d’un segment à coupe ou de deux segments à coupe superposés et dont les coupes sont angulairement décalées tandis que la surface externe de la tige inférieure de piston 17 et/ou de la tige supérieure de piston 18 peut être pourvue de rayures de faible profondeur en double hélice qui forment une succession de réservoirs d’huile et de surfaces de portance hydrodynamique.

En figure 5, on remarque que le ou les segment(s) qui constituent l’étanchéité supérieure de tige 60 peuvent être maintenus à distance de ceux constituants l’étanchéité inférieure de tige 61 par un ressort écarteur de segments 65 également conçu - notamment parce qu’il comprend des orifices ou des passages - pour laisser passer le débit d’huile de refroidissement et de lubrification établi entre le conduit d’amenée d’huile de refroidissement-lubrification 63 et le conduit de sortie d’huile de refroidissement-lubrification 64.

Aussi, selon un mode de réalisation particulier du piston à double effet 1 selon l’invention, tout ou partie de l’espace laissé entre la vis de serrage 29 et la paroi interne du puits de vis de serrage inférieur 27 et/ou du puits de vis de serrage supérieur 28 peut être rempli de sodium, de sels de lithium ou de sels de potassium pour indirectement favoriser le refroidissement de la tige inférieure de piston 17 et/ou de la tige supérieure de piston 18 par la chambre à circulation d’huile 62.

Comme l’illustre la figure 6, les moyens d’étanchéité de tige 59 peuvent coopérer avec une bague de guidage de tige 66 logée à l’intérieur ou en dehors de la chambre à circulation d’huile 62, ladite bague 66 étant réalisée en bronze ou en toute autre matière usuellement utilisée pour fabriquer des paliers ou bagues antifriction et/ou hydrodynamiques.

Ladite bague 66 peut assurer le guidage radial de la tige inférieure de piston 17 dans la culasse inférieure 4 et/ou de la tige supérieure de piston 18 dans la culasse supérieure 5.

On remarque d’ailleurs que si - comme l’illustrent les figures 2, 4 et 5 - les moyens de transmission 8 comprennent une crosse 12, les moyens d’étanchéité de tige 59 sont préférentiellement munis d’une bague de guidage de tige 66 lorsqu’ils s’appliquent à la tige supérieure de piston 18 tandis que le guidage radial de la tige inférieure de piston 17 est assuré par ladite crosse 12 seule. FONCTIONNEMENT DE L’INVENTION :

Le fonctionnement du piston à double effet 1 selon l’invention se comprend aisément à la vue des figures 1 à 6.

Pour détailler ledit fonctionnement, nous supposerons ici que ledit piston à double effet 1 s’applique au moteur thermique à transfert-détente et régénération dont les demandes de brevet français n° 1550762 et n° 1551593 appartiennent au demandeur. Cette application n’a qu’une valeur d’exemple et n’exclut en rien toute autre utilisation du piston à double effet 1 selon l’invention.

Comme on le remarque particulièrement en figures 2 et 3, le piston à double effet 1 peut se mouvoir dans le cylindre 2 qui est fermé par sa culasse inférieure 4 et sa culasse supérieure 5. Ainsi, ledit piston 1 et ledit cylindre 2 constituent avec la culasse inférieure 4 une chambre à gaz chauds inférieure 6, et avec la culasse supérieure 5 une chambre à gaz chauds supérieure 7.

On remarque que le cylindre 2 est fixé sur le carter de transmission 3 qui héberge les moyens de transmission 8 auxquels est relié le piston à double effet 1. Lesdits moyens 8 sont prévus pour transformer les mouvements de va-et-vient qu’effectue dans le cylindre 2 le piston à double effet 1, en mouvement continu de rotation d’un vilebrequin 11. A ces fins et toujours selon cet exemple non-limitatif, lesdits moyens 8 sont constitués d’une bielle 9 reliée au piston à double effet 1 par l’intermédiaire d’une crosse 12, ladite bielle 9 étant articulée autour d’une manivelle 10 aménagée sur le vilebrequin 11.

On note que dans le moteur thermique à transfert-détente et régénération pris ici comme exemple d’application, il est nécessaire de prévoir des moyens d’étanchéité 40 similaires à ceux décrits dans les demandes de brevet français n° 1550762 et n° 1551593 et qui appartiennent au demandeur. A ce titre et comme illustré en figures 2 à 4, on peut par exemple prévoir un anneau continu perforé 41 logé dans une gorge de segment 39, le montage dudit anneau 41 nécessitant que ladite gorge 39 soit assemblée en deux parties. Pour cette première raison et parce que sinon il est extrêmement difficile d’alléger le piston à double effet 1, les figures 2 à 4 montrent que ce dernier est assemblé et est constitué d’un demi-piston inférieur 13 et d’un demi-piston supérieur 14.

Cette configuration permet effectivement de prévoir une gorge de segment 39 elle-même assemblée qui autorise le montage de l’anneau continu perforé 41. En outre, ladite configuration permet de réaliser un évidemment inférieur d’allègement 25 dans le demi-piston inférieur 13 et un évidemment supérieur d’allègement 26 dans le demi-piston supérieur 14.

On remarque que pour que le piston à double effet 1 selon l’invention soit le plus léger possible, il est impératif d’en solliciter la matière constituante de la façon la plus rationnelle possible. C’est pour cette raison que ledit piston est constitué d’un assemblage précontraint qui - selon l’exemple de réalisation non-limitatif pris ici pour en illustrer le fonctionnement - prévoit que la calotte inférieure de piston 15 et la calotte supérieure de piston 16 constituent chacune deux voûtes de faible épaisseur respectivement avec l’évidemment inférieur d’allègement 25 et avec l’évidemment supérieur d’allègement 26.

Pour qu’une voûte soit rigide, il est nécessaire que ses deux embases soient solidement arrimées. Il s’agit d’un prérequis pour que ladite voûte puisse retransmettre la charge à laquelle elle est soumise auxdites embases. Ainsi, comme on le voit clairement en figure 4, l’arrimage de la première embase des deux voûtes que forme la calotte inférieure de piston 15 est constitué de la jonction entre ladite calotte 15 et le pilier central inférieur 23 tandis que l’arrimage de la deuxième embase des deux dites voûtes est constitué de la butée d’arrêt radial inférieure 35 qui prend appui sur la butée radiale de traction 34 que comporte la zone périphérique 33 du disque de traction radiale 30. Le même principe est retenu pour la calotte supérieure de piston 16.

Rappelons ici que l’épaisseur et la géométrie du disque de traction radiale 30 ainsi que la position axiale de la surface de serrage centrale inférieure 19, de la surface de serrage centrale supérieure 20, de la surface de serrage périphérique inférieure 21 et de la surface de serrage périphérique supérieure 22 sont prévus pour que lorsqu’au montage du piston à double effet 1 on serre la vis de serrage 29, ledit disque 30 est d’abord comprimé entre la surface de serrage périphérique inférieure 21 et la surface de serrage périphérique supérieure 22 avant de se trouver comprimé entre la surface de serrage centrale inférieure 19 et la surface de serrage centrale supérieure 20.

Il résulte bien de cet arrangement que la calotte inférieure de piston 15 et la calotte supérieure de piston 16 se déforment et sont mises sous précontrainte ce qui garantit d’une part, le serrage du disque de traction radiale 30 au niveau de sa zone périphérique 33 lorsque le piston à double effet 1 se déforme sous l’effet de la pression régnant dans la chambre à gaz chauds inférieure 6 ou dans la chambre à gaz chauds supérieure 7, et ce qui garantit d’autre part, l’appui de la butée d’arrêt radial inférieure 35 et de la butée d’arrêt radial supérieure 36 chacune contre la butée radiale de traction 34 avec laquelle elles coopèrent.

Comme on le voit en figures 3 et 4, avantageusement, le disque de traction radiale 30 est constitué de deux demi-disques de traction radiale 46 à la surface desquels sont aménagées des rainures de conduit radial 47 qui constituent autant de conduits radiaux d’amenée d’air 45 lorsque les deux dits demi-disques 46 sont plaqués l’un contre l’autre consécutivement au serrage de la vis de serrage 29. Cette configuration permet d’acheminer de l’air comprimé depuis la chambre de pression 49 jusqu’à l’anneau continu perforé 41 lequel constitue selon cet exemple non-limitatif les moyens d’étanchéité 40 entre le piston à double effet 1 et le cylindre 2.

On remarque en figures 3 et 4 la vis de serrage 29 qui permet de serrer entre eux le demi-piston inférieur 13, le disque de traction radiale 30, et le demi-piston supérieur 14. Avantageusement, cette vis est réalisée en acier à haute résistance mécanique qui doit rester à une température relativement basse n’excédant pas -par exemple - cent cinquante ou deux cents degrés Celsius.

Pour cela, on remarque que la vis de serrage 29 n’est en contact direct qu’avec des pièces maintenues à basse température. Par exemple, ladite vis 29 comporte une tête de vis de serrage 67 qui reste au contact de l’extrémité de la tige supérieure de piston 18 laquelle reste toujours plongée dans la chambre de pression 49 maintenue à basse température quelle que soit la position du piston à double effet 1. En outre, ladite vis 29 présente un filetage de vis 68 vissé dans la crosse 12 laquelle est également maintenue à basse température.

On remarque que le corps de la vis de serrage 29 n’est en contact ni avec la paroi interne du puits de vis de serrage inférieur 27, ni avec celle du puits de vis de serrage supérieur 28, ni avec l’orifice de passage de vis 31. L’air étant un puissant isolant thermique, cette disposition limite de façon drastique tout transfert de chaleur depuis le demi-piston inférieur 13 et le demi-piston supérieur 14 vers le corps de la vis de serrage 29.

De plus, on note le rôle de refroidisseur du corps de la vis de serrage 29 que joue l’air en provenance de la chambre de pression 49 et à destination de l’anneau continu perforé 41, ledit air passant dans le tube de refroidissement de vis 53. En effet, cet air maintenu à une température modérée de l’ordre de cent degrés voire moins pénètre dans ledit tube 53 via les canaux d’amenée d’air 48 que comporte -selon l’exemple de réalisation montré en figures 2 à 4 - une rondelle d’appui perforée 69 qu’enserre la tête de vis de serrage 67. Particulièrement en figure 4, on remarque qu’après avoir traversé lesdits canaux 48, ledit air pénètre - via la collerette de tube 55 - dans l’espace laissé entre le tube de refroidissement de vis 53 et la surface externe de la vis de serrage 29.

On notera - particulièrement en figure 4 - que le tube de refroidissement de vis 53 comporte à proximité de la collerette de tube 55 un renflement de tube 56 qui garantit que ledit tube 53 reste localement centré dans le puits de vis de serrage supérieur 28. On voit en outre que de part et d’autre de l’orifice de passage de vis 31, deux autres renflements de tube 56 constituent chacun à la fois un centrage et une étanchéité respectivement entre le tube de refroidissement de vis 53 et le puits de vis de serrage supérieur 28, et entre ledit tube 53 et le puits de vis de serrage inférieur 27. Ces dits deux autres renflements 56 coopèrent avec une restriction de diamètre de tube 57 aménagée au voisinage de l’extrémité inférieure du tube de refroidissement de vis 53 ladite restriction 57 réalisant localement une étanchéité entre ledit tube 53 et le corps de la vis de serrage 29.

Le médaillon de la figure 4 montre aussi les dispositions particulières prévues par le piston à double effet 1 suivant l’invention pour protéger l’anneau continu perforé 41 de toute élévation excessive en température. A ce titre, on remarque dans ce médaillon la gorge de segment 39 formée par les deux demi-disques de traction radiale 46 lorsque ces derniers sont plaqués l’un contre l’autre consécutivement au serrage de la vis de serrage 29.

On y voit notamment que le surplomb inférieur 43 et le surplomb supérieur 44 forment ensemble une gorge de gorge 42 qui laisse une lame d’air entre elles-mêmes et le disque de traction radiale 30 au niveau de la gorge de segment 39. Ladite lame constitue une barrière thermique qui limite le transfert de chaleur depuis le demi-piston inférieur 13 et le demi-piston supérieur 14 vers l’anneau continu perforé 41.

On remarque en figure 5 les moyens d’étanchéité de tige 59 qui assurent l’étanchéité entre la chambre à gaz chauds inférieure 6 et la tige inférieure de piston 17 tout en assurant la lubrification de l’étanchéité supérieure de tige 60 et de l’étanchéité inférieure de tige 61 dont sont constitués lesdits moyens 59. On remarque que lesdits moyens 59 assurent aussi le refroidissement de la tige inférieure de piston 17 au moyen d’une chambre à circulation d’huile 62 dans laquelle débouche un conduit d’amenée d’huile de refroidissement-lubrification 63 et de laquelle repart un conduit de sortie d’huile de refroidissement-lubrification 64. Il est aisé de remarquer que le débit d’huile qui circule entre lesdits conduits 63, 64 étant en permanence en contact avec la tige inférieure de piston 17, ledit débit permet de maintenir ladite tige 17 à une température par exemple légèrement supérieure à cent degrés Celsius, mais pas plus élevée.

Toujours en figure 5, on remarque qu’avantageusement, l’étanchéité supérieure de tige 60 est constituée de deux segments à coupe superposés dont les coupes sont angulairement décalées tandis que l’étanchéité inférieure de tige 61 est constituée d’un seul segment à coupe, les deux dites étanchéités 60, 61 étant maintenues à distance l’une de l’autre par un ressort écarteur de segments 65 qui comprend des orifices laissant le débit d’huile de refroidissement et de lubrification passer entre le conduit d’amenée d’huile de refroidissement-lubrification 63 et le conduit de sortie d’huile de refroidissement-lubrification 64, via la chambre à circulation d’huile 62.

La figure 6 illustre le même arrangement, à la principale différence près que le ressort écarteur de segments 65 laisse place à une bague de guidage de tige 66 qui assure le guidage radial de la tige supérieure de piston 18 qui, selon l’exemple non-limitatif pris ici pour illustrer le fonctionnement du piston à double effet 1 selon l’invention, débouche dans la chambre de pression 49 qui approvisionne en air comprimé l’anneau continu perforé 41.

Quand le moteur thermique à transfert-détente et régénération pris ici à titre d’exemple d’application s’arrête, on note que la pompe à huile qui alimente les chambres à circulation d’huile 62 continue à alimenter ces dernières en huile pour refroidir la tige inférieure de piston 17 et la tige supérieure de piston 18 et ceci, tant que la culasse inférieure 4 et la culasse supérieure 5 continuent à transmettre de la chaleur auxdites chambres 62 et risquent de porter l’huile que contiennent lesdites chambres 62 à température de cokéfaction.

Les possibilités du piston à double effet 1 suivant l’invention ne s’en limitent pas aux applications qui viennent d’être décrites et il doit d’ailleurs être entendu que la description qui précède n’a été donnée qu’à titre d’exemple et qu’elle ne limite nullement le domaine de ladite invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d’exécution décrits par tout autre équivalent.

Claims

REVENDICATIONS

1. Piston à double effet (1) pouvant opérer à haute température et coopérant avec des moyens de transmission (8) pour se mouvoir dans un cylindre (2) dont l’extrémité qui débouche du coté desdits moyens (8) est fermée par une culasse inférieure (4) pour définir avec ledit piston (1) une chambre à gaz chauds inférieure (6), et dont l’autre extrémité est fermée par une culasse supérieure (5) pour définir avec ledit piston (1) une chambre à gaz chauds supérieure (7), les moyens de transmission (8) étant logés dans un carter de transmission (3) sur lequel est fixé directement ou indirectement le cylindre (2) caractérisé en ce qu’il comprend : • Un demi-piston inférieur (13) qui présente une calotte inférieure de piston (15) orientée face à la chambre à gaz chauds inférieure (6), ladite calotte (15) étant prolongée d’une tige inférieure de piston (17) qui traverse la culasse inférieure (4) via un orifice de tige inférieure (37) aménagé dans ladite culasse (4), ladite tige (17) étant directement ou indirectement rendue solidaire des moyens de transmission (8), tandis que la face dudit demi-piston (13) opposée à ladite calotte (15) est creuse et constitue un évidemment inférieur d’allègement (25) ; • Un pilier central inférieur (23), coaxial au demi-piston inférieur (13), qui est logé dans l’évidemment inférieur d’allègement (25) pour se terminer par une surface de serrage centrale inférieure (19) ; • Au moins une surface de serrage périphérique inférieure (21) aménagée sur le demi-piston inférieur (13) et qui borde l’évidemment inférieur d’allègement (25) au niveau du pourtour dudit demi-piston (13) ; • Au moins une butée d’arrêt radial inférieure (35) aménagée dans le demi-piston inférieur (13) à proximité de la surface de serrage périphérique inférieure (21) ; • Un puits de vis de serrage inférieur (27) aménagé dans le demi-piston inférieur (13) en son centre, et qui traverse ledit demi-piston (13) de part en part dans le sens axial ; • Un demi-piston supérieur (14) qui présente une calotte supérieure de piston (16) orientée face à la chambre à gaz chauds supérieure (7), ladite calotte (16) étant prolongée ou non d’une tige supérieure de piston (18) qui pénètre ou traverse la culasse supérieure (5) via un orifice de tige supérieure (38) aménagé dans ladite culasse (5), tandis que la face dudit demi-piston (14) opposée à ladite calotte (16) est creuse et constitue un évidemment supérieur d’allègement (26) ; • Un pilier central supérieur (24), coaxial au demi-piston supérieur (14), qui est logé dans l’évidemment supérieur d’allègement (26) pour se terminer par une surface de serrage centrale supérieure (20) ; • Au moins une surface de serrage périphérique supérieure (22) aménagée sur le demi-piston supérieur (14) et qui borde l’évidemment supérieur d’allègement (26) au niveau du pourtour dudit demi-piston (14) ; • Au moins une butée d’arrêt radial supérieure (36) aménagée dans le demi-piston supérieur (14) à proximité de la surface de serrage périphérique supérieure (22) ; • Un puits de vis de serrage supérieur (28) aménagé dans le demi-piston supérieur (14) en son centre, et qui traverse ledit demi-piston (14) de part en part dans le sens axial ; • Au moins un disque de traction radiale (30) ajouré ou non, percé en son centre d’un orifice de passage de vis (31), dont le diamètre extérieur est proche de celui du piston à double effet (1), dont la zone centrale (32) est montée serrée entre la surface de serrage centrale inférieure (19) et la surface de serrage centrale supérieure (20), dont la zone périphérique (33) est montée serrée entre la surface de serrage périphérique inférieure (21) et la surface de serrage périphérique supérieure (22), et dont la périphérie comporte au moins une butée radiale de traction (34) qui peut coopérer avec la butée d’arrêt radial inférieure (35) et/ou la butée d’arrêt radial supérieure (36) ; • Une vis de serrage (29) logée pour partie dans le puits de vis de serrage inférieur (27) et pour partie dans le puits de vis de serrage supérieur (28), la première extrémité de ladite vis (29) étant rendue solidaire des moyens de transmission (8) tandis que la deuxième extrémité de ladite vis (29) est rendue solidaire de la tige supérieure de piston (18) ou de la calotte supérieure de piston (16).
2. Piston à double effet suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l’épaisseur et la géométrie du disque de traction radiale (30) ainsi que la position axiale de la surface de serrage centrale inférieure (19), de la surface de serrage centrale supérieure (20), de la surface de serrage périphérique inférieure (21) et de la surface de serrage périphérique supérieure (22) sont prévues pour que lorsqu’au montage du piston à double effet (1) on serre la vis de serrage (29), ledit disque (30) est d’abord comprimé entre la surface de serrage périphérique inférieure (21) et la surface de serrage périphérique supérieure (22) avant de se trouver comprimé entre la surface de serrage centrale inférieure (19) et la surface de serrage centrale supérieure (20).
3. Piston à double effet suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la position radiale de la butée radiale de traction (34) par rapport à celle de la butée d’arrêt radial inférieure (35) et/ou de la butée d’arrêt radial supérieure (36) est prévue pour que lorsqu’au montage du piston à double effet (1) on serre la vis de serrage (29), ladite butée d’arrêt radial inférieure (35) et/ou supérieure (36) entre en contact avec la butée radiale de traction (34) et limite le diamètre du demi-piston inférieur (13) et/ou du demi-piston supérieur (14).
4. Piston à double effet suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le disque de traction radiale (30) présente en sa périphérie une gorge de segment (39) qui peut héberger des moyens d’étanchéité (40).
5. Piston à double effet suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la gorge de segment (39) est logée dans une gorge de gorge (42) que constituent communément un surplomb inférieur (43) que comporte en sa périphérie le demi-piston inférieur (13), et un surplomb supérieur (44) que comporte en sa périphérie le demi-piston supérieur (14).
6. Piston à double effet suivant la revendication 1, caractérisé en ce que au moins un conduit radial d’amenée d’air (45) est aménagé dans l’épaisseur du disque de traction radiale (30) ledit conduit (45) reliant l’orifice de passage de vis (31) à la périphérie dudit disque (30).
7. Piston à double effet suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le disque de traction radiale (30) est constitué de deux demi-disques de traction radiale (46) à la surface de l’un au moins desquels est aménagée au moins une rainure de conduit radial (47) qui constitue le conduit radial d’amenée d’air (45) lorsque les deux dits demi-disques (46) sont plaqués l’un contre l’autre consécutivement au serrage de la vis de serrage (29).
8. Piston à double effet suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l’extrémité de la tige supérieure de piston (18) qui est la plus éloignée de la calotte supérieure de piston (16) reste toujours plongée dans une chambre de pression (49) remplie d’un air comprimé (54) quelle que soit la position du piston à double effet (1) dans le cylindre (2), ladite chambre (49) étant solidaire ou non de la culasse supérieure (5) et étant reliée à une source d’air sous pression (50) d’où provient l’air comprimé (54) tandis que ladite extrémité présente au moins un canal d’amenée d’air (48) qui relie le puits de vis de serrage supérieur (28) avec la chambre de pression (49).
9. Piston à double effet suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le canal d’amenée d’air (48) est constitué d’une gorge radiale aménagée soit à l’extrémité plane de la tige supérieure de piston (18) qui est la plus éloignée de la calotte supérieure de piston (16), soit sur l’une au moins des faces d’une rondelle d’appui de vis sur laquelle prend appui la vis de serrage (29).
10. Piston à double effet suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu’un tube de refroidissement de vis (53) enveloppe la vis de serrage (29) sur tout ou partie de sa longueur, un air comprimé (54) provenant de la source d’air sous pression (50) pouvant circuler dans un espace laissé entre la paroi interne dudit tube (53) et la surface externe de la vis de serrage (29) cependant que la plus grande part possible de la surface externe dudit tube (23) ne touche pas la paroi interne du puits de vis de serrage supérieur (28) de sorte à définir avec cette dernière paroi un espace vide.
11. Piston à double effet suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le tube de refroidissement de vis (53) comporte une collerette de tube (55) maintenue serrée par la vis de serrage (29) contre l’extrémité de la tige supérieure de piston (18).
12. Piston à double effet suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le tube de refroidissement de vis (53) comporte au moins un renflement de tube (56) constitué d’une portion axiale dudit tube (53) dont le diamètre est sensiblement équivalent voire légèrement supérieur à celui du puits de vis de serrage supérieur (28) ou du puits de vis de serrage inférieur (27) dans lequel il est logé.
13. Piston à double effet suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le tube de refroidissement de vis (53) comporte au moins une restriction de diamètre de tube (57) constituée d’une portion axiale dudit tube (53) dont le diamètre est sensiblement équivalent voire légèrement inférieur à celui du corps de la vis de serrage (29).
14. Piston à double effet suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le tube de refroidissement de vis (53) comporte au moins un trou de communication radial (58) qui permet à l’air comprimé (54) de pénétrer dans ledit tube (53), ou de s’en échapper.
15. Piston à double effet suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l’orifice de tige inférieure (37) et/ou l’orifice de tige supérieure (38) coopère avec - ou comporte - des moyens d’étanchéité de tige (59) qui réalisent une étanchéité entre la tige inférieure de piston (17) et la culasse inférieure (4) et/ou entre la tige supérieure de piston (18) et la culasse supérieure (5).
16. Piston à double effet suivant la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens d’étanchéité de tige (59) comprennent une étanchéité supérieure de tige (60) et une étanchéité inférieure de tige (61) suffisamment éloignées l’une de l’autre pour former - entre les deux dites étanchéités (60, 61) - une chambre à circulation d’huile (62) dans laquelle débouche un conduit d’amenée d’huile de refroidissement-lubrification (63) et de laquelle repart un conduit de sortie d’huile de refroidissement-lubrification (64).
17. Piston à double effet suivant la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens d’étanchéité de tige (59) coopèrent avec une bague de guidage de tige (66) logée à l’intérieur ou en dehors de la chambre à circulation d’huile (62).