FR3069884A1 - Moteur a source chaude externe a boisseaux - Google Patents

Abstract

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

Description

« Moteur à source chaude externe à boisseaux »

Domaine technique

La présente invention concerne un moteur à source chaude externe.

Etat de la technique antérieure

Les moteurs à source chaude externe, par exemple du type Ericsson, connaissent un regain d'intérêt et de développement, avec comme but de diminuer les émissions de polluants ou de réduire la consommation d'énergie en revalorisant les rejets de chaleur. Ce type de moteur fonctionne entre deux sources de chaleur externes au moteur par l'intermédiaire d'échangeurs. Il utilise des soupapes pour contrôler l'écoulement du fluide de travail (en phase gazeuse) entre deux chambres, une de compression et l'autre de détente.

Pour les machines volumétriques telles notamment que les moteurs à combustion interne à pistons, on connaît également les distributions utilisant des soupapes actionnées par des cames. Ce type de distribution présente diverses limitations. En particulier, la pression sur la face de la soupape opposée à la chambre de travail doit être faible. En outre la levée maximale de la soupape est faible si la durée (mesurée en degrés d'angle de rotation de la came) d'ouverture de la soupape est faible. En outre, l'entraînement des cames est consommateur d'énergie.

On connaît aussi des machines volumétriques, telles que des compresseurs, qui utilisent une distribution à clapets. Cette solution nécessite que le différentiel de pression sur chaque clapet ait toujours, à chaque stade du cycle de fonctionnement de la machine, une valeur et un sens appropriés pour que le clapet soit dans l'état - ouvert ou fermé nécessaire au stade considéré du cycle.

Dans certaines machines volumétriques à source chaude externe, telles que celles décrites dans les deux demandes de brevets FR. 2 905 728 et FR. 2 954 799, le gaz de travail est comprimé dans une chambre de travail, puis transféré dans une source chaude, et de là re-transféré dans la même chambre de travail en début d'un temps d'expansion de cette chambre. Pour être efficaces, les deux transferts précités du gaz de travail doivent être brefs et s'opérer à travers une section de passage suffisamment grande pour minimiser les pertes de charge. Ces exigences sont difficiles à satisfaire avec une distribution par soupapes commandées par des cames. Par ailleurs, ce type de cycle est difficilement compatible avec une distribution par clapets.

La présente invention a pour but de proposer un moteur à source chaude externe permettant de remédier au moins en partie aux problèmes cités ci-dessus. Elle a également pour but de proposer un moteur peu encombrant.

Exposé de l'invention

Selon un premier aspect de l'invention, on atteint au moins l'un des objectifs avec un moteur à source chaude externe comprenant :

- au moins un cylindre,

- un piston mobile en va et vient dans le cylindre,

- une culasse définissant, avec le piston et le cylindre, une chambre de travail pour un gaz de travail,

- une distribution montée dans la culasse et faisant sélectivement communiquer la chambre de travail avec les ressources suivantes :

o une admission de gaz de travail, o une extrémité froide d'un échangeur de chaleur, o une extrémité chaude de l'échangeur de chaleur, o un échappement.

Selon l'invention, la distribution comprend au moins un boisseau rotatif monté en rotation dans la culasse et comporte des passages internes débouchant à travers sa paroi latérale par au moins une embouchure qui communique sélectivement avec la chambre de travail par au moins une lumière pratiquée dans la culasse.

Le moteur selon l'invention a pour avantage, par rapport aux dispositifs comportant des soupapes, de distribuer des flux de gaz avec peu de perte de charge, via des sections de passages de grandes dimensions pendant des instants très courts. Par rapport à un moteur mettant en œuvre un cycle ERICSSON, le moteur selon l'invention permet de diviser significativement les frottements et les pertes de charge. Il permet d'améliorer le rendement du moteur tout en réduisant le nombre de pièces et ainsi l'encombrement et le poids du moteur.

On entend par boisseau, un élément cylindrique comprenant des passages internes dans lesquels le gaz de travail peut circuler. Un passage interne est par exemple un conduit. Le boisseau est disposé de sorte que son axe de rotation est perpendiculaire à l'axe du cylindre au-dessus duquel il est agencé. Le boisseau est situé entre la chambre de travail et l'échangeur le long du trajet du gaz de travail. Le mouvement rotatif du boisseau est synchronisé avec le mouvement alternatif du piston, de façon que le gaz de travail peut traverser le boisseau via les passages internes, et ainsi distribuer le gaz entre la chambre de travail et l'échangeur. De préférence, chaque passage interne communique avec au moins deux ouvertures ménagées à travers la paroi latérale du boisseau, chaque ouverture se situant à une des deux extrémités du passage interne. A un certain stade du cycle, le gaz de travail s'écoule entre la chambre de travail et l'entrée froide de l'échangeur en passant à travers au moins une lumière de la culasse et au moins un passage interne du boisseau en rotation. On appelle embouchure, une ouverture du boisseau qui coïncide sélectivement avec au moins une lumière pratiquée dans la culasse.

Le système de distribution à boisseau permet de proposer une grande section de passage du gaz de travail, notamment dès qu'une embouchure commence à coïncider avec une lumière de la culasse. Comme la vitesse de rotation du boisseau est sensiblement constante, la section de passage augmente rapidement, par exemple linéairement, jusqu'à ce que l'embouchure coïncide parfaitement avec la lumière de la culasse. Au contraire, par sa géométrie (sensiblement ovoïde), une came actionne une soupape selon une loi sensiblement sinusoïdale de sorte que la section de passage du gaz de travail augmente très lentement au début du mouvement d'ouverture.

La distribution à boisseau permet de réaliser le cycle thermodynamique, du type quatre temps, suivant :

- un gaz de travail, sensiblement froid est admis dans la chambre de travail,

- ledit gaz est comprimé dans ladite chambre de travail, puis

- transféré dans l'échangeur dans lequel un fluide calo-cédant (la source chaude) circule, de façon à chauffer le gaz de travail ;

- le gaz de travail chauffé est re-transféré dans la chambre de travail en début d'un temps d'expansion de la même chambre de travail ; puis

- l'expansion se poursuit et se termine alors que la chambre de travail est isolée de l'échangeur ; et

- le gaz de travail est échappé de la chambre de travail.

Grâce au boisseau, les deux transferts précités du gaz de travail sont brefs et s'opèrent à travers une section de passage suffisamment grande pour minimiser les pertes de charge.

De préférence, au moins une lumière de la culasse est susceptible de communiquer avec deux passages internes du boisseau qui débouchent à travers la paroi latérale du boisseau par deux embouchures alignées circonférentiellement. L'écart angulaire entre les deux embouchures voisines est compris entre 5 et 15 degrés. Ces valeurs comme les valeurs angulaires fournies par la suite, concernant les embouchures et les orifices, sont indiquées pour une vitesse de rotation du boisseau comprise entre 3000 et 4000 tr/min (tours par minute) et une température du fluide calocédant comprise entre 500°C et 600°C (degrés Celsius). Lesdits deux passages internes sont, l'un, un passage par lequel le gaz de travail rentre dans la chambre de travail, et l'autre, un passage par lequel le gaz de travail quitte la chambre de travail. Cette caractéristique permet à un gaz de travail sortant de la chambre de travail, et à un gaz de travail entrant dans la chambre de travail, de se croiser. On évite ainsi un phénomène défavorable de relativement faible pression dans la chambre de travail en début de phase d'expansion.

Par exemple, le boisseau comprend :

- un passage interne destiné à faire circuler le gaz de travail froid et comprimé entre la chambre de travail et l'extrémité froide de l'échangeur, et

- un passage interne, distinct du précédent, destiné à faire circuler le gaz de travail, comprimé et chauffé, entre l'extrémité chaude de l'échangeur et la chambre de travail.

Le gaz de travail entrant dans l'échangeur est dit « froid » par comparaison avec sa température plus élevée lorsqu'il sort « chaud » de l'échangeur. Il doit cependant être bien entendu que le gaz de travail « froid » entrant dans l'échangeur est déjà réchauffé par sa compression dans la chambre de travail. De même, l'extrémité « froide » de l'échangeur est tout de même à une température voisine de celle du gaz de travail en fin de compression.

De préférence, la distribution est agencée de façon que, vers la fin de la compression, la chambre de travail commence à communiquer avec l'extrémité froide de l'échangeur lorsque la pression dans la chambre de travail est plus basse que la pression dans l'échangeur. Lors du fonctionnement du moteur et en référence au cycle décrit au-dessus, le gaz de travail froid et comprimé et/ou en cours de compression entre dans le boisseau en rotation dès lors qu'au moins une partie de l'embouchure coïncide avec la lumière de façon à faire circuler le gaz de travail froid et comprimé vers l'extrémité froide de l'échangeur. La section de passage entre la chambre de travail et l'embouchure augmente avec la rotation du boisseau. Lorsque l'embouchure du boisseau coïncide parfaitement avec la lumière de la culasse, la section de passage est maximale. La majeure partie, au moins 50%, du volume de gaz de travail froid et comprimé a alors franchi ladite embouchure. Ensuite, du fait de la rotation du boisseau et de la fin de la compression, une partie seulement de l'embouchure coïncide avec la lumière, de façon à faire circuler la partie restante du gaz de travail froid et comprimé vers l'extrémité froide de l'échangeur. Simultanément, la section de passage entre la chambre de travail et la deuxième embouchure, du deuxième passage interne, augmente de sorte qu'une partie de ladite embouchure coïncide avec la même lumière. Le gaz de travail sortant de la deuxième embouchure, et donc entrant dans la chambre de travail, provient de l'extrémité chaude de l'échangeur après avoir été chauffé. Le gaz de travail effectue ainsi une boucle en passant par la même lumière de la culasse mais par des passages internes différents du boisseau. Ceci permet de réaliser ladite lumière plus grande, et donc d'augmenter encore la section de passage offerte au gaz pour passer dans l'échangeur et en revenir. Pendant un court instant le gaz de travail froid et le gaz de travail chaud se croisent.

Dans un mode de réalisation, à l'extrémité opposée aux embouchures, les passages internes débouchent à travers la paroi latérale du boisseau par des orifices qui communiquent sélectivement avec des raccords fixes en fonction de la position angulaire du boisseau. Les orifices du boisseau permettent de faire circuler le gaz de travail depuis les passages internes du boisseau vers les raccords ou depuis des raccords vers les passages internes du boisseau.

De préférence, pour chaque passage interne, la géométrie de l'au moins un boisseau est telle que l'orifice est capable de communiquer avec le raccord correspondant lorsque l'embouchure communique avec la chambre de travail. Cette caractéristique permet de faire communiquer la chambre de travail avec les raccords, de façon à faire circuler le gaz de travail.

Lesdits raccords comprennent un raccord froid communiquant avec l'extrémité froide de l'échangeur et un raccord chaud communiquant avec l'extrémité chaude de l'échangeur. Lesdits raccords comprennent un raccord d'admission communiquant avec l'admission du gaz de travail et un raccord d'échappement communiquant avec l'échappement du gaz de travail.

Pour ce qui précède et pour la suite de la demande, les termes embouchure et orifice correspondent à ou qualifient des ouvertures réalisées à travers la paroi latérale du boisseau. Le terme embouchure est utilisé pour qualifier chaque ouverture capable de communiquer avec la lumière de la culasse pour le passage du gaz de travail de la chambre de travail au boisseau ou inversement. Le terme orifice est utilisé pour qualifier chaque ouverture capable de communiquer avec un raccord pour le passage du gaz de travail du boisseau au raccord ou inversement. Une embouchure ne peut pas servir d'orifice et inversement. Pour cela, sur la paroi latérale de l'au moins un boisseau, l'au moins une embouchure est décalée axialement par rapport à l'au moins un orifice.

Selon un mode de réalisation, les embouchures et orifices ou ouvertures du boisseau sont uniquement agencées à travers la paroi latérale.

Selon un autre mode de réalisation, les embouchures et orifices ou ouvertures du boisseau peuvent être agencées, en partie ou uniquement, à travers les deux faces axiales du boisseau.

Selon un mode de réalisation préféré, le moteur comprend un boisseau basse pression commandant la communication sélective de la chambre de travail avec l'admission et l'échappement. Le moteur comprend un boisseau haute pression commandant la communication sélective de la chambre de travail avec les extrémités chaude et froide de l'échangeur. Cette caractéristique permet de simplifier la construction du moteur en dissociant les flux dits « haute pression » et les flux dits « basse pression » et de réduire son encombrement. Les boisseaux peuvent présenter des diamètres identiques ou différents. Des boisseaux de diamètre identique permettent de simplifier la construction du moteur. Cette réalisation satisfait aussi au souci de prévoir une relativement grande section de passage pour le gaz allant à et revenant de l'échangeur, puisque le gaz étant alors comprimé, le volume qui doit s'écouler est plus petit qu'à l'admission et à l'échappement. Cependant, un boisseau haute pression de diamètre supérieur au diamètre du boisseau basse pression permet d'agrandir encore la section de passage des passages internes, allant à l'échangeur et en revenant.

De préférence, le moteur comprend deux raccords fixes, un raccord dit « haute pression » et un raccord dit « basse pression ». Le raccord haute pression comprend un raccord froid communiquant avec l'extrémité froide de l'échangeur et un raccord chaud communiquant avec l'extrémité chaude de l'échangeur. Le raccord basse pression comprend un raccord d'admission et un raccord d'échappement.

Selon un mode de réalisation préféré, le cycle thermodynamique est réalisé dans un seul cylindre. La culasse, surmontant la chambre de travail, supporte le boisseau haute pression et le boisseau basse pression, qui sont disposés parallèlement l'un à l'autre vue parallèlement à l'axe du boisseau. La culasse présente une forme géométrique générale évoquant un triangle. Elle présente une face inférieure et deux faces latérales curvilignes dont les extrémités supérieures se rejoignent.

La culasse présente deux faces latérales concaves et opposées, chaque face étant agencée pour recevoir un boisseau cylindrique, par complémentarité de forme. En particulier chaque face latérale présente une section en forme d'arc de cercle sensiblement coaxial avec l'axe du boisseau reçu. Les lumières sont réalisées dans les faces latérales. De préférence, les lumières sont de formes rectangulaires pour limiter les pertes de charges.

La culasse présente une face inférieure sensiblement plane destinée à être en contact avec la chemise du moteur. La face inférieure comprend une ouverture de chambre qui définit l'entrée d'une cavité de transition et qui, lors du fonctionnement du moteur, prolonge le volume de la chambre de travail (de forme similaire à la forme du cylindre) vue parallèlement à l'axe des boisseaux. La cavité de transition présente une forme sensiblement triangulaire. De préférence, la tête de piston présente une forme complémentaire à la forme de la cavité de transition, de façon que la tête peut rentrer dans la cavité de transition.

Selon un mode de réalisation, l'au moins une embouchure comprend deux embouchures pour un même passage interne, capables de communiquer simultanément avec la chambre de travail, par deux lumières. Chaque embouchure peut coïncider avec une lumière. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en vue de trouver un compromis entre une grande section de passage pour le flux du gaz de travail, limiter la perte de charge dudit flux et limiter les fuites de gaz de travail entre le boisseau et la culasse. Ce compromis est d'autant plus important pour le boisseau haute pression.

Par exemple en phase de compression du gaz du travail et lors de son acheminement vers l'extrémité froide de l'échangeur, le gaz passe dans les deux embouchures du boisseau haute pression en traversant les deux lumières de la culasse de sorte que le flux est divisé en deux pour traverser les deux lumières et les deux embouchures, formant deux lignes de flux. Après les deux embouchures, chaque ligne de flux circule dans un conduit débouchant dans un conduit commun. Le passage interne présente en fait la forme d'un Y selon ce mode de réalisation particulier.

De préférence, les lumières et les embouchures présentent une forme rectangulaire pour limiter les pertes de charges.

De manière préférentielle, l'une au moins des embouchures est subdivisée par au moins un meneau. Cette caractéristique permet de soutenir des dispositifs d'étanchéité, placés sur la culasse, lorsque l'au moins une embouchure passe devant une lumière de la culasse. Les meneaux peuvent équiper aussi bien les embouchures du boisseau basse pression que celles du boisseau haute pression.

Pour ce qui précède et pour la suite de la description, on entend par meneau une barrette prévue pour subdiviser uniquement l'embouchure sans faire saillie à l'intérieur du boisseau (sans subdiviser le passage interne). Il s'étend circonférentiellement pour relier deux côtés longitudinaux d'une embouchure de façon à prolonger la circonférence du boisseau.

Selon un autre mode de réalisation, pouvant être compatible avec le mode de réalisation précédent, au moins un passage comprend deux passages conduisant en parallèle à une même ressource, capables de communiquer simultanément chacun avec une lumière respective de la culasse. Cette caractéristique permet de proposer une grande section de passage pour le gaz de travail.

Par exemple lors du retour du gaz de travail provenant de l'extrémité chaude de l'échangeur, le flux du gaz travail est divisé en deux lignes de flux, qui circulent dans deux passages internes distincts à l'intérieur du boisseau. Les deux lignes de flux sont divisées avant l'entrée dans les deux orifices du boisseau et se rejoignent après la sortie des deux lumières de la culasse.

De préférence, la forme des sections et le tracé des passages internes sont réalisés pour favoriser la circulation du gaz de travail dans des directions précises, par exemple pour favoriser l'aspiration du gaz, notamment pour éviter un effet de compression dans le boisseau. En outre ils sont agencés pour limiter les pressions différentielles le long de chaque boisseau. Cela permet de limiter le frottement entre le boisseau et la culasse et ainsi limiter les risques de fuites de gaz de travail autour du boisseau.

Selon d'autres modes de réalisation, le moteur à source chaude externe peut comprendre plusieurs cylindres tel un moteur à combustion interne. Par exemple, le moteur peut comprendre au moins deux cylindres. Dans ce cas, il peut comprendre tout ou partie des caractéristiques décrites jusqu'à maintenant. L'au moins un boisseau peut comporter deux orifices alignés circonférentiellement pour communiquer sélectivement avec un même raccord, et qui communiquent chacun avec un passage respectif associé à l'un respectif des cylindres. Cette caractéristique permet de réduire l'encombrement du boisseau et donc l'encombrement du moteur.

Les orifices sont opposés par exemple de 180 degrés et les passages internes en amont desdits orifices sont mitoyens et présentent une paroi commune.

Dans le cas de deux ou plusieurs cylindres, le boisseau est avantageusement le même pour tous les cylindres qui sont disposés en ligne les uns avec les autres.

De préférence, le moteur comprend des dispositifs d'étanchéité pour limiter les fuites de gaz. Les lumières sont entourées de dispositifs d'étanchéité pour fermer l'interstice entre la paroi périphérique du boisseau et une surface adjacente de la culasse tout autour de chaque lumière. Le dispositif d'étanchéité peut comprendre des barrettes d'un matériau pour frottement sec, par exemple graphite. Par exemple, les barrettes sont disposées sur les faces latérales de la culasse autour des lumières.

Selon un autre aspect de l'invention, pouvant être compatible avec le premier aspect, il est prévu un ensemble de motorisation comprenant un moteur selon l'une ou plusieurs des caractéristiques énoncées ci-dessus et un échangeur de chaleur ayant un trajet calorécepteur s'étendant entre une extrémité froide et une extrémité chaude sélectivement raccordées à la chambre de travail vers la fin d'une phase de compression et vers le début d'une phase de détente, respectivement. Le gaz de travail circule dans le trajet calorécepteur.

De préférence, l'échangeur est du type à contre-courant. L'échangeur de chaleur comprend un trajet calo-cédant parcouru dans un sens par un fluide calo-cédant, sens qui est opposé au sens de parcours du gaz de travail dans le trajet calorécepteur. Le trajet calo-cédant est distinct du trajet calorécepteur.

Selon un mode de réalisation, l'échangeur de chaleur comprend un trajet calo-cédant parcouru par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Selon un autre mode de réalisation, l'échangeur de chaleur comprend un trajet calo-cédant parcouru par un fluide réchauffé à l'énergie solaire.

Description des figures et modes de réalisation

D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :

- les figures la, lb, 2a, 2b et 2c sont des représentations schématiques d'un moteur à source chaude externe, comprenant deux boisseaux rotatifs selon l'invention, le moteur étant couplé avec un échangeur de chaleur, l'ensemble moteur et échangeur étant vu en coupe lors des principales phases de fonctionnement du moteur : la figure la illustrant une phase d'admission d'un gaz de travail dans le cylindre du moteur, la figure lb illustrant une phase d'échappement du gaz hors dudit cylindre, la figure 2a illustrant une phase de fin de compression du gaz de travail et au cours de laquelle le gaz est également dirigé vers une extrémité froide de l'échangeur de chaleur, la figure 2b illustrant une phase dans laquelle un boisseau présente une position dite « de balayage » qui autorise la communication fluidique simultanée de l'extrémité froide et l'extrémité chaude de l'échangeur avec le cylindre du moteur, la figure 2c illustrant une phase de détente du gaz de travail après son passage dans l'échangeur ;

- la figure 3 est une vue de dessous et en perspective d'une culasse, selon un mode de réalisation, prévue pour un moteur comprenant deux cylindres, la culasse présentant quatre lumières pour chaque cylindre ;

- la figure 4 est une vue en perspective éclatée d'une partie haute d'un moteur, selon un mode de réalisation comprenant deux cylindres, la partie haute comprenant une culasse, conforme à la figure 3, portant d'une part un boisseau dit « basse pression » recouvert d'un raccord, et d'autre part un boisseau dit « haute pression » qui est vu en éclaté entre la culasse et un raccord prévu pour recouvrir le boisseau haute pression ;

- les figures 5a, 5b, 6a et 6b sont des vues montrant la position angulaire des boisseaux avant et après la phase illustrée par la figure 2b, les figures 5a et 6a illustrant en particulier le boisseau haute pression, selon un mode de représentation similaire à celui de la figure 4, les figures 5b et 6b étant des vues en coupe d'un moteur entier, les figures 5a et 5b illustrant la position angulaire du boisseau haute pression juste avant la position de balayage et les figures 6a et 6b illustrant la position angulaire du boisseau haute pression juste après la position de balayage ;

- les figures 7a et 7b sont des vues montrant la position angulaire des boisseaux lors de la phase d'admission du gaz de travail illustrée par la figure la, la figure 7a est une vue en perspective d'une partie haute d'un moteur, selon un mode de réalisation comprenant deux cylindres, la partie haute comprenant une culasse portant d'une part un boisseau haute pression recouvert d'un raccord, et d'autre part un boisseau basse pression qui est vu en éclaté entre la culasse et un raccord prévu pour recouvrir le boisseau basse pression, la figure 7a illustrant en particulier l'orientation du boisseau basse pression selon son axe de rotation, la figure 7b étant une vue en coupe d'un moteur entier ;

- les figures 8a et 8b sont des vues montrant la position angulaire des boisseaux lors de la phase d'échappement du gaz de travail illustrée par la figure lb, la figure 8a est une vue en perspective conforme à la figure 7a et illustrant l'orientation du boisseau basse pression selon son axe de rotation, la figure 8b étant une vue en coupe d'un moteur entier.

Ces modes de réalisation n'étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, et/ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.

Les figures la, lb, 2a, 2b et 2c illustrent les phases principales de fonctionnement d'un moteur à source chaude externe 1, et vont permettre de décrire le moteur, selon un mode de réalisation comprenant les caractéristiques essentielles. Le moteur comprend :

- un bloc-moteur dans lequel est formée une cavité cylindrique appelée cylindre 2,

- un piston mobile 3 agencé pour se déplacer en va et vient dans le cylindre 2,

- une culasse 4 coiffant le bloc-moteur au-dessus du cylindre 2, une chambre de travail 5 étant délimitée pour un gaz de travail, typiquement de l'air, dans le cylindre 2 entre le piston 3 et la culasse 4,

- une distribution montée dans la culasse 4, agencée et configurée pour faire communiquer sélectivement la chambre de travail 5 avec les ressources suivantes :

o une admission A de gaz de travail, o une extrémité froide B d'un échangeur de chaleur, o une extrémité chaude C de l'échangeur de chaleur, o un échappement D.

Le moteur est raccordé à un échangeur de chaleur 6 pour un échange de chaleur entre le gaz de travail, dit fluide calorécepteur, et un fluide calocédant. L'échangeur de chaleur 6 est du type à contre-courant. Il comprend un trajet calo-cédant 61 parcouru par le fluide calo-cédant de la gauche vers la droite. Il comprend en outre un trajet calorécepteur 62, représenté sous le trajet calo-cédant 61, en référence aux figures la à 2c, de façon que le gaz de travail parcourt le trajet calorécepteur de la droite vers la gauche. Le trajet calo-cédant est distinct du trajet calorécepteur. Le fluide calocédant est par exemple les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne.

L'échangeur de chaleur 6 est relié au moteur par l'intermédiaire de raccords et de tuyaux de façon à pourvoir faire circuler le gaz de travail depuis le moteur vers l'échangeur et inversement. De même, un ou des raccords ou tuyaux sont reliés au moteur pour réaliser l'admission et l'échappement.

La distribution comprend deux boisseaux rotatifs 20, 30 montés en rotation dans la culasse 4, au-dessus de la chambre de travail 5. Les axes de rotation des deux boisseaux sont parallèles l'un à l'autre et orthogonaux à l'axe du cylindre 2. Les boisseaux comprennent un boisseau dit « basse pression » 30 agencé et configuré pour commander la communication sélective de la chambre de travail 5 avec l'admission A et l'échappement D. Les boisseaux comprennent un boisseau dit « haute pression » 20 agencé et configuré pour commander la communication sélective de la chambre de travail 5 avec les extrémités chaude C et froide B de l'échangeur 6. De préférence, le boisseau haute pression 20 est utilisé uniquement pour commander la circulation du gaz de travail entre la chambre de travail et l'échangeur. De même, le boisseau basse pression est utilisé uniquement pour commander l'admission et l'échappement. Cette caractéristique permet de simplifier la construction du moteur en dissociant les flux dits « haute pression » et les flux dits « basse pression » et de réduire son encombrement. Les boisseaux présentent des diamètres identiques permettant de simplifier la construction du moteur.

Chaque boisseau 20, 30 comprend des passages internes pour conduire le gaz de travail entre la chambre de travail 5 et les ressources. Chaque passage interne présente deux extrémités qui débouchent à travers la paroi latérale d'un boisseau chacune par au moins une ouverture. La distribution est agencée et configurée de façon que les mouvements rotatifs des boisseaux sont synchronisés avec le mouvement alternatif du piston, de façon que le gaz de travail peut traverser les boisseaux via les passages internes. Les ouvertures sont agencées et configurées pour coïncider sélectivement avec au moins une lumière pratiquée dans la culasse et au moins une lumière pratiquée dans un raccord fixe. On appelle embouchure l'ouverture en regard de la lumière de la culasse lors du passage du gaz de travail entre la chambre de travail et le boisseau ou inversement. On appelle orifice l'ouverture en regard d'un raccord lors du passage du gaz de travail entre le boisseau et ledit raccord ou inversement. Une embouchure ne peut pas servir d'orifice et inversement. Pour cela, les orifices présentent un décalage axial avec les embouchures.

Selon un mode de réalisation d'un moteur comprenant un seul cylindre, le boisseau basse pression comprend :

- pour l'admission A, un passage interne comprenant une embouchure d'admission et un orifice d'admission,

- pour l'échappement D, un passage interne comprenant une embouchure d'échappement et un orifice d'échappement, et le boisseau haute pression comprend :

- pour le transfert du gaz de travail depuis la chambre de travail 5 vers l'extrémité froide B de l'échangeur 6, un passage interne comprenant au moins une embouchure froide et au moins un orifice froid,

- pour le transfert du gaz de travail depuis l'extrémité chaude C de l'échangeur 6 vers la chambre de travail 5, un passage interne comprenant au moins une embouchure chaude et au moins un orifice chaud.

La distribution à boisseau permet de réaliser le cycle thermodynamique dont les phases principales vont être décrites maintenant.

En référence à la figure la, il est illustré la phase d'admission d'un gaz de travail dans la chambre de travail 5. La synchronisation du piston 3 et des boisseaux 20, 30 est telle que le mouvement du piston 3 est descendant pendant que la rotation du boisseau basse pression 30 permet à une embouchure d'admission 32 du boisseau basse pression de communiquer avec une lumière de la culasse et simultanément permet à un orifice d'admission 34 de communiquer avec une lumière d'un raccord d'admission. Le gaz de travail traverse le passage interne entre l'orifice d'admission et l'embouchure d'admission de façon à être admis dans la chambre de travail 5. Simultanément, aucune embouchure du boisseau haute pression ne communique avec une lumière de la culasse. Le gaz de travail est de préférence de l'air prélevé du milieu extérieur. Lorsque le piston a atteint le point mort bas, le boisseau basse pression 30 a pivoté de façon que l'embouchure d'admission 32 du boisseau basse pression ne communique plus, même partiellement, avec une lumière de la culasse (hors éventuel retard de fermeture admission).

Ensuite le piston remonte de sorte que le gaz de travail emprisonné est comprimé dans la chambre de travail. En référence à la figure 2a, il est illustré une phase de fin compression du gaz de travail. La synchronisation du piston 3 et des boisseaux 20, 30 est telle que le mouvement du piston 3 est montant pendant que la rotation du boisseau haute pression 20 permet à une embouchure froide 21 du boisseau haute pression de communiquer avec une lumière de la culasse et simultanément permet à un orifice froid 23 de communiquer avec une lumière d'un raccord de l'extrémité froide B de l'échangeur 6. Le gaz de travail traverse le passage interne entre l'embouchure froide et l'orifice froid de façon à être transféré vers l'échangeur 6 pour être échauffé. Simultanément, aucune embouchure du boisseau basse pression ne communique avec une lumière de la culasse. La synchronisation du boisseau haute pression par rapport à la remontée du piston lors d'une compression est réglée de façon à limiter un phénomène défavorable de relativement haute pression dans la chambre de travail.

En référence à la figure 2b, la synchronisation du piston 3 et des boisseaux 20, 30 est telle que le piston 3 se situe au point mort haut pendant que la rotation du boisseau haute pression 20 permet une double circulation de gaz de travail à l'intérieur de ce dernier. L'embouchure froide 21 du boisseau haute pression 20 coïncide au moins partiellement avec la même lumière de la culasse que précédemment, et simultanément l'orifice froid 23 coïncide au moins partiellement avec la même lumière d'un raccord de l'extrémité froide B de l'échangeur 6, que précédemment. Un passage interne dit froid du boisseau haute pression permet au gaz de travail d'être transféré de la chambre de travail vers l'échangeur 6, via l'extrémité froide B. En outre, la synchronisation permet à une embouchure chaude 22 de coïncider au moins partiellement avec la même lumière que pour l'embouchure froide 21, et simultanément permet à un orifice chaud 24 de coïncider au moins partiellement avec une lumière d'un raccord de l'extrémité chaude C de l'échangeur 6. Un passage interne dit chaud, distinct du passage interne froid, permet au gaz de travail d'être transféré de l'échangeur 6, via l'extrémité chaude C, vers la chambre de travail 5.

Une communication entre l'extrémité froide B et l'extrémité chaude C de l'échangeur est alors établie de façon qu'une partie du gaz de travail entrant et une partie du gaz de travail sortant entre en contact. Du gaz de travail traverse encore le passage interne entre l'embouchure froide et l'orifice froid, et du gaz de travail traverse le passage interne entre l'orifice chaud et l'embouchure chaud. Le volume de gaz préalablement comprimé est en fait réparti dans le trajet entre l'extrémité froide B et l'extrémité chaude C de l'échangeur 6, le gaz de travail étant en cours d'échauffement grâce au fluide calo-cédant présent dans le trajet calo-cédant 61 de l'échangeur 6. Simultanément, aucune embouchure du boisseau basse pression ne communique avec une lumière de la culasse.

Après, le gaz de travail échauffé sortant du boisseau haute pression se détend dans la chambre de travail. En référence à la figure 2c, la synchronisation du piston 3 et des boisseaux 20, 30 est telle que le mouvement du piston 3 est descendant pendant que la rotation du boisseau haute pression 20 permet à l'embouchure chaude 22 du boisseau haute pression de communiquer avec la même lumière de la culasse que précédemment et simultanément permet à un orifice chaud 24 de communiquer avec la même lumière, que précédemment, d'un raccord de l'extrémité chaude C de l'échangeur 6. Le gaz de travail traverse le passage interne entre l'orifice chaud 24 et l'embouchure chaud 22 de façon à être transféré depuis l'échangeur 6 vers la chambre de travail pour être détendu. Simultanément, aucune embouchure du boisseau basse pression ne communique avec une lumière de la culasse. Une fois que le piston a atteint le point mort bas, aucune embouchure du boisseau haute pression ne communique avec une lumière de la culasse.

En référence à la figure lb, il est illustré une phase d'échappement du gaz de travail. La synchronisation du piston 3 et des boisseaux 20, 30 est telle que le mouvement du piston 3 est montant pendant que la rotation du boisseau basse pression 30 permet à une embouchure d'échappement 31 du boisseau basse pression de communiquer avec une lumière de la culasse et simultanément permet à un orifice d'échappement 33 de communiquer avec une lumière d'un raccord d'échappement. Le gaz de travail traverse le passage interne entre l'embouchure d'échappement 31 et l'orifice d'échappement 33 de façon à être expulsé de la chambre de travail 5. Simultanément, aucune embouchure du boisseau haute pression ne communique avec une lumière de la culasse. Le gaz de travail est rejeté dans le milieu extérieur. Lorsque le piston a atteint le point mort haut, le boisseau basse pression a pivoté de façon que l'embouchure d'échappement 31 du boisseau basse pression ne communique plus, même partiellement, avec une lumière de la culasse (hors éventuel retard de fermeture admission).

De préférence, le raccord d'échappement et le raccord d'admission forment une seule pièce comprenant au moins une entrée pour l'admission et au moins une sortie pour l'échappement, chacune des ressources étant transférée dans un conduit respectif. Pour la suite, on pourra appeler indifféremment un raccord d'échappement et/ou un raccord d'admission comme un raccord dit « basse pression ».

Grâce au boisseau, les transferts du gaz de travail sont brefs et s'opèrent à travers une section de passage suffisamment grande pour minimiser les pertes de charge. En outre, comme le cycle thermodynamique peut être réalisé dans un seul cylindre, le moteur présente un très faible encombrement par rapport au moteur à source chaude externe de l'art antérieur.

On va maintenant décrire un mode de réalisation spécifique, qui sera décrit dans ces différences avec le mode de réalisation ci-dessus. Selon un mode de réalisation, il est prévu un moteur à source chaude externe comprenant deux cylindres.

En référence à la figure 3, il est représenté une culasse 4 agencée et configurée pour être installée sur un moteur à source chaude externe comprenant deux cylindres disposés selon un montage dit « en ligne ».

La culasse 4 est alors prévue pour surmonter un bloc-moteur dans lequel sont formés deux cylindres. Elle présente une face inférieure 46 et deux faces latérales (non visible sur la figure 3) prévues pour supporter respectivement le boisseau haute pression et le boisseau basse pression, qui sont disposés parallèlement l'un à l'autre.

La face inférieure 46 est sensiblement plane et est destinée à être en contact avec la chemise du moteur. Elle comprend deux ouvertures de chambre 46a, 46b, chaque ouverture de chambre étant prévue pour coïncider avec un cylindre du moteur. Chaque ouverture de chambre 46a, 46b définit une entrée pour une cavité de transition 45 creusée à l'intérieur de la culasse. La cavité de transition 45 présente une forme sensiblement triangulaire et est, en fonctionnement, en vis-à-vis de la chambre de travail. De manière préférentielle, la tête de piston présente une forme complémentaire à la forme de la cavité de transition, de façon que la tête peut rentrer dans la cavité de transition. Lors du fonctionnement du moteur, le volume de la cavité prolonge le volume de la chambre de travail.

Selon le mode de réalisation représenté par la figure 3, la culasse comprend huit lumières, quatre lumières étant prévues par cylindre (quatre sur la partie gauche et quatre sur la partie droite de la figure 3) pour faire circuler le gaz de travail selon les phases de fonctionnement décrites cidessus.

Pour un cylindre, deux lumières dites « haute pression » 41hp sont prévues pour faire circuler le gaz vers le boisseau haute pression et inversement, et deux lumières dites « basse pression » 41bp sont prévues pour faire circuler le gaz de travail vers le boisseau basse pression et inversement. Les lumières haute pression 41hp sont réalisées sur une même première face latérale de la culasse. Les lumières basse pression 41bp sont réalisées sur une même face latérale de la culasse opposée à la première face ; les quatre lumières débouchant dans une cavité de transition.

En référence à la figure 4, il est représenté un haut moteur agencé et configuré pour être installé sur une chemise d'un moteur à source chaude externe comprenant deux cylindres disposés selon un montage dit « en ligne ». Le haut moteur comprend une culasse 4, conforme à la figure 3, sur laquelle est monté un boisseau basse pression 30 dont seule une extrémité est visible sur la figure 4. Le boisseau basse pression est recouvert d'un raccord basse pression 70 qui sera décrit plus en détail ci-dessous. La culasse 4 présente sur une face latérale une surface de réception 40 sur laquelle un boisseau rotatif, ici le boisseau haute pression 20, peut être reçu. La surface de réception 40 présente une forme concave, de façon à coopérer par complémentarité de forme avec le boisseau haute pression 20. En particulier la surface de réception présente une section en forme d'arc de cercle sensiblement coaxial avec l'axe du boisseau reçu. L'agencement de la culasse 4 est sensiblement symétrique en ce qui concerne la forme des faces latérales. Le boisseau haute pression comme le boisseau basse pression présente, selon une section transversale, une forme extérieure circulaire. En outre les deux boisseaux présentent un diamètre sensiblement identique.

Selon le mode de réalisation représenté par la figure 4, la surface de réception 40 comprend quatre lumières haute pression 41hp : deux couples de lumières 41a, 41b adjacentes, chaque couple étant prévue pour coopérer avec un cylindre. De préférence, les lumières présentent une forme rectangulaire pour limiter les pertes de charges lors de la circulation du flux de gaz de travail.

La figure 4 montre le boisseau haute pression dans une position angulaire particulière lorsque la synchronisation du moteur est telle que :

- pour l'un des cylindres, dit « cylindre a », le gaz de travail subit une phase de compression, et

- pour l'autre cylindre, dit « cylindre b », le gaz de travail subit une phase de détente.

Dans cette position particulière, aucun gaz de travail ne circule dans des passages internes du boisseau haute pression 20.

En référence aux figures 4, 5a, 6a, la culasse 4 comprend deux lumières 41a prévues pour surmonter le cylindre a, et deux lumières 41b prévues pour surmonter le cylindre b. Le boisseau haute pression 20 comprend deux embouchures froides 21a adjacentes, de dimensions identiques et alignées sur la périphérie du boisseau, le long d'une direction parallèle à l'axe de rotation du boisseau. Les embouchures froides présentent une forme sensiblement rectangulaire dont la dimension longitudinale s'étend dans une direction qui est parallèle à l'axe de rotation du boisseau. Les embouchures froides 21a sont destinées à coïncider avec les lumières 41a de la culasse de façon que le gaz de travail puisse circuler depuis la chambre de travail du cylindre a vers le boisseau haute pression 20. A l'autre extrémité du passage interne et en référence à la figure 4, se situe un orifice froid 23a agencé à la périphérie du boisseau haute pression. Les deux embouchures froides 21a d'une part, et l'orifice froid 23a d'autre part, définissent respectivement les deux extrémités du passage interne utilisé pour faire circuler le gaz de travail vers l'extrémité froide de l'échangeur. L'orifice 23a est destiné à coïncider avec une lumière 63a du raccord haute pression 60. L'orifice 23a présente une forme rectangulaire dont la dimension longitudinale s'étend dans une direction qui est orthogonal à l'axe de rotation du boisseau.

En outre, les lumières 41 sont espacées l'une de l'autre de façon que les orifices (froids et chauds) soient en vis-à-vis de la surface de réception 40 de la culasse 4 entre deux lumières. De préférence, l'écartement entre deux bords transversaux de deux lumières adjacentes est égal ou supérieur à la dimension transversale d'un orifice. Les orifices sont donc dimensionnés en fonction de l'écartement entre deux lumières, ou de l'écartement entre une lumière et l'extrémité axiale de la surface de réception. Ainsi par exemple l'orifice froid 23a est aligné circonférentiellement avec la surface circonférentielle séparant les deux embouchures froides 21a.

En référence à la figure 4, on peut aussi distinguer que le boisseau haute pression comprend deux embouchures chaudes 22a adjacentes, de dimensions identiques et alignées sur la périphérie du boisseau, le long d'une direction parallèle à l'axe de rotation du boisseau. Les embouchures chaudes présentent une forme sensiblement rectangulaire dont la dimension longitudinale s'étend dans une direction qui est parallèle à l'axe de rotation du boisseau. Les embouchures chaudes 22a sont alignées circonférentiellement avec les embouchures froides 21a. Les embouchures chaudes 22a sont destinées à coïncider avec les lumières 41a de la culasse de façon que le gaz de travail puisse circuler depuis le boisseau haute pression 20 vers la chambre de travail du cylindre a. En outre les embouchures chaudes 22a et les embouchures froides 21a sont écartées le long de la circonférence du boisseau d'un débattement angulaire très faible, par exemple 5 à 15 degrés. Le débattement angulaire est choisi de façon à ce qu'une lumière 41 puisse communiquer simultanément avec une embouchure froide et une embouchure chaude.

Par exemple, chaque embouchure chaude présente, le long de la circonférence du boisseau, une ouverture angulaire comprise entre 20 et 50 degrés, de préférence entre 25 et 35 degrés. Etant donné que le moteur réalise quatre phases principales et que les passages internes sont séparés par des parois d'épaisseur non-nulle, ces valeurs sont choisies selon un compromis entre le besoin d'une grande section de passage du flux de gaz de travail, la réduction des pertes de charges et l'encombrement (diamètre et longueur du boisseau). Chaque embouchure froide présente, le long de la circonférence du boisseau, une ouverture angulaire comprise, par exemple, entre 10 et 40 degrés, de préférence entre 20 et 30 degrés.

En outre chaque lumière 41hp présente, le long de la circonférence de la surface de réception 40, une ouverture angulaire comprise, par exemple, entre 15 et 30 degrés.

De préférence, les orifices présentent, le long de la circonférence du boisseau, une ouverture angulaire comprise entre 100 et 350 degrés, de préférence entre 120 et 150 degrés.

Concernant le cylindre b et selon la position angulaire particulière du boisseau haute pression, la synchronisation du moteur est telle qu'aucune embouchure ne communique avec les lumières 41b de la culasse. En référence à la figure 4, on distingue en partie que le boisseau haute pression comprend un orifice froid 23b destiné à coïncider avec une lumière 63b du raccord haute pression 60 de façon que le gaz de travail provenant de la chambre de travail du cylindre b puisse circuler depuis le boisseau haute pression vers le raccord haute pression. On distingue également que le boisseau haute pression comprend deux orifices chauds 24b destinés à communiquer respectivement avec deux lumières du raccord haute pression 60 de façon que le gaz de travail provenant de l'extrémité chaude de l'échangeur puisse circuler depuis le raccord haute pression (via deux lumières dont une lumière 65 et une autre lumière non visible) vers le boisseau haute pression à destination de la chambre de travail du cylindre b. Le raccord haute pression 60 présente une surface de recouvrement 69 agencée et configurée pour coopérer par complémentarité de forme avec le surface périphérique laissée libre par la culasse 4. La surface de recouvrement 69 présente, selon une coupe transversale, une forme sensiblement en arc de cercle.

Entre la partie du boisseau haute pression communiquant sélectivement avec le cylindre a et la partie du boisseau haute pression communiquant sélectivement avec le cylindre b, les embouchures et orifices sont respectivement diamétralement opposés.

On va maintenant décrire en référence aux figures 5a, 5b, 6a et 6b les positions angulaires du boisseau haute pression 20 lorsque le gaz de travail circule entre la chambre de travail du cylindre b et l'échangeur. La figure 5a montre le boisseau haute pression dans une position angulaire particulière lorsque la synchronisation du moteur est telle que :

- pour le cylindre a, le gaz de travail subit une phase d'échappement, qui sera décrit ci-dessous, et

- pour le cylindre b, le gaz de travail comprimé et/ou en cours de compression est transféré vers l'extrémité froide de l'échangeur (également visible sur la figure 5b).

En référence à figure 5a, le boisseau haute pression 20 comprend deux embouchures froides 21b vues en transparence de la circonférence du boisseau et conforme aux embouchures froides de la figure 4. Les deux embouchures froides 21b forment l'entrée du passage interne, également vu en transparence, jusqu'à un orifice froid 23b. Ledit passage interne comprend deux conduits s'étendant respectivement depuis une embouchure froide 21b, puis les deux conduits se rejoignent vers un conduit commun, formant ainsi le passage interne entre les deux embouchures froides 21b et l'orifice froid 23b. La synchronisation du moteur est telle que les embouchures froides 21b communique avec les lumières 41b de la culasse de façon que le gaz de travail circule depuis la chambre de travail du cylindre b vers le boisseau haute pression, et simultanément l'orifice froid 23b, conforme à l'orifice froid de la figure 4, communique avec la lumière 63b du raccord haute pression 60 de façon que le gaz de travail circule depuis le boisseau haute pression vers le raccord haute pression. En référence à la figure 5b, l'embouchure froid 21b coïncide parfaitement avec la lumière 41b de la culasse, et l'orifice froid 23b coïncide parfaitement avec la lumière 63b du raccord haute pression. Le gaz, qui a été préalablement comprimé dans la chambre de travail par la montée du piston 3, est repoussé dans le passage interne du boisseau haute pression 20.

En outre, on peut aussi distinguer en partie deux orifices chauds 24a destinés à communiquer respectivement avec deux lumières du raccord haute pression 60 de façon que le gaz de travail provenant de l'extrémité chaude de l'échangeur puisse circuler depuis le raccord haute pression (via deux lumières, une lumière 64a et une lumière 65) vers le boisseau haute pression 20 à destination de la chambre de travail du cylindre a.

En référence aux figures 6a et 6b, la position angulaire du boisseau haute pression est telle que ledit boisseau a tourné de quelques degrés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, de façon que le gaz de travail circule depuis l'extrémité chaude de l'échangeur vers la chambre de travail du cylindre b. La figure 6a montre le boisseau haute pression dans une position angulaire particulière lorsque la synchronisation du moteur est telle que :

- pour le cylindre a, le gaz de travail subit une phase de fin d'échappement, qui sera décrit ci-dessous, et

- pour le cylindre b, le gaz de travail sort de l'extrémité chaude de l'échangeur et est transféré vers la chambre de travail du cylindre b pour être détendu (également visible sur la figure 6b).

En référence à figure 6a, le boisseau haute pression 20 comprend deux orifices chauds 24b conformes aux orifices de la figure 4. Chaque orifice chaud 24b forme une entrée d'un passage interne, vu en transparence de la circonférence du boisseau, jusqu'à une embouchure chaude 22b, les deux embouchures chaudes étant également vues en transparence de la périphérie du boisseau. Chaque passage interne conduit en parallèle le gaz de travail et communique respectivement et simultanément avec une lumière de la culasse. Le flux du gaz de travail est divisé en deux lignes de flux qui circulent dans deux passages internes distincts à l'intérieur du boisseau. Les deux lignes de flux sont divisées avant l'entrée dans les deux orifices 24b du boisseau haute pression et se rejoignent après la sortie des deux lumières 41b de la culasse. Cette caractéristique permet de proposer une grande section de passage de flux de gaz de travail.

La synchronisation du moteur est telle que les orifices chauds 24b communiquent avec des lumières (la lumière 65 et une deuxième lumière non-visible) du raccord haute pression 60 de façon que le gaz de travail circule depuis l'extrémité chaude de l'échangeur vers le boisseau haute pression 20, et simultanément les embouchures chaudes 22b, conforme aux embouchures chaudes de la figure 4, communiquent avec les lumière 41b de la culasse de façon que le gaz de travail circule depuis le boisseau haute pression vers la chambre de travail du cylindre b. En référence à la figure 6b, l'embouchure chaude 22b coïncide parfaitement avec la lumière 41b de la culasse, et l'orifice chaud 24b coïncide parfaitement avec la lumière 65 du raccord haute pression 60. Le gaz, qui a été préalablement échauffé dans l'échangeur, est détendu dans la chambre de travail du cylindre b de façon à repousser le piston 3 dans un mouvement descendant.

Lors du fonctionnement du moteur et en référence au cycle décrit audessus, le gaz de travail froid et comprimé et/ou en cours de compression entre dans le boisseau haute pression 20 en rotation dès lors qu'au moins une partie des deux embouchures froides 21b communique avec les lumières 41b de façon à faire circuler le gaz de travail froid et comprimé vers l'extrémité froide de l'échangeur. La section de passage entre la chambre de travail et les embouchures froides augmente avec la rotation du boisseau haute pression. Lorsque les embouchures froides du boisseau haute pression coïncident parfaitement avec les lumières de la culasse, la section de passage est maximale. La majeure partie du volume de gaz de travail froid et comprimé a franchi lesdites embouchures. Ensuite, du fait de la rotation du boisseau haute pression et de la fin de la compression, une partie seulement des embouchures communique avec les lumières, de façon à faire circuler la partie restante du gaz de travail froid et comprimé vers l'extrémité froide de l'échangeur. Simultanément, la section de passage entre la chambre de travail et les embouchures chaudes augmente de sorte qu'une partie desdites embouchures chaudes communique avec la même lumière. Le gaz de travail sortant des embouchures chaudes, et donc entrant dans la chambre de travail, provient de l'extrémité chaude de l'échangeur après avoir été chauffé. Le gaz de travail effectue ainsi une boucle en passant par les mêmes lumières de la culasse mais par des passages internes différents du boisseau haute pression. Pendant un court instant le gaz de travail froid et le gaz de travail chaud se croisent.

Selon un mode de réalisation particulier du boisseau haute pression prévu pour un moteur comprenant deux cylindres, le boisseau haute pression 20 comporte deux orifices alignés circonférentiellement pour communiquer sélectivement avec le raccord haute pression. En référence à la figure 5a, l'un des orifices chauds 24a, prévu pour réaliser la communication du gaz de travail provenant du cylindre a, et l'un des orifices chauds 24b, prévu pour réaliser la communication du gaz de travail provenant du cylindre b, sont alignés circonférentiellement. Lesdits orifices sont disposés sensiblement au centre du boisseau et sont opposés de 180 degrés. Les passages internes en amont desdits orifices sont mitoyens et présentent une paroi commune. Lors du fonctionnement du moteur, chacun desdits deux orifices communique successivement un passage associé avec une lumière 65 du raccord haute pression. Cette caractéristique permet de réduire l'encombrement du boisseau et donc l'encombrement du moteur.

On va maintenant décrire en référence aux figures 7a, 7b, 8a et 8b les positions angulaires du boisseau basse pression 30 lorsque le gaz de travail circule entre la chambre de travail d'un des cylindres et un raccord basse pression 70.

En référence aux figures 7a et 8a, il est représenté un haut moteur similaire aux figures 4, 5a et 5b. Seule la partie basse pression du haut moteur sera décrite puisque la partie haute pression du haut moteur est identique aux figures 4, 5a et 5b. Comme pour la partie haute pression, la face latérale accueillant le boisseau basse pression présente une surface de réception 40 comprenant quatre lumières basse pression 41bp : deux couples de lumières 41a, 41b adjacentes étant prévues pour coopérer respectivement avec un cylindre a et un cylindre b.

La figure 7a montre le boisseau basse pression dans une position angulaire particulière lorsque la synchronisation du moteur est telle que :

- pour le cylindre a, du gaz de travail est admis dans la chambre de travail (phase d'admission), et

- pour le cylindre b, le gaz de travail subit une phase de détente.

Dans cette position particulière, aucun gaz de travail ne circule dans des passages internes du boisseau haute pression.

En référence aux figures 7a, 8a, la culasse 4 comprend des lumières 41a prévues pour surmonter le cylindre a, et des lumières 41b prévues pour surmonter le cylindre b. Le boisseau basse pression 30 comprend deux embouchures d'admission 32a adjacentes (non-visibles sur la figures 7a), de dimensions identiques et alignées sur la périphérie du boisseau, le long d'une direction parallèle à l'axe de rotation du boisseau. Les embouchures d'admission 32a présentent une forme sensiblement rectangulaire dont la dimension longitudinale s'étend dans une direction qui est parallèle à l'axe de rotation du boisseau. Selon la position angulaire représentée par la figure 7a, les embouchures d'admission 32a communiquent avec les deux lumières 41a de la culasse 4 de façon que le gaz de travail circule depuis le boisseau basse pression 30 vers la chambre de travail du cylindre a. A l'autre extrémité du passage interne et en référence aux figures 7a et 7b, se situe un orifice d'admission 34a agencé à la périphérie du boisseau basse pression (partiellement visible sur la figure 8a). Les deux embouchures d'admission 32a d'une part, et l'orifice d'admission 34a d'autre part, définissent respectivement les deux extrémités du passage interne utilisé pour faire circuler le gaz de travail depuis le raccord basse pression 70 vers la chambre de travail du cylindre a. Selon la position angulaire représentée, l'orifice d'admission 34a communique avec une lumière d'admission 74a du raccord basse pression 70.

Lors du fonctionnement, l'air extérieur, servant de gaz de travail, est introduit dans le raccord basse pression via une entrée d'admission 71. L'orifice d'admission 34a présente une forme rectangulaire dont la dimension longitudinale s'étend dans une direction qui est orthogonal à l'axe de rotation du boisseau.

En référence à la figure 7b, une embouchure d'amission 32a coïncide parfaitement avec une lumière 41a de la culasse, et l'orifice d'admission 34a coïncide parfaitement avec la lumière 74a du raccord basse pression 70. Le mouvement descendant du piston 3 permet l'admission du gaz de travail, voir flèche fA.

En outre en référence aux figures 7a et 8a, chaque couple de lumières 41bp est espacée d'une extrémité axiale 49 de la surface de réception 40 de façon que les orifices d'admission soient en vis-à-vis de la surface de réception 40 de la culasse 4 entre une extrémité axiale 49 de la surface de réception 40 et un bord transversal 39 d'une lumière 41bp de la culasse. De préférence, l'écartement entre une extrémité axiale 49 de la surface de réception 40 et un bord transversal 39 est égal ou supérieur à la dimension transversale d'un orifice d'admission.

En référence à la figure 7a et 8a, on peut aussi distinguer que le boisseau basse pression 30 comprend deux embouchures d'échappement 31a adjacentes, de dimensions identiques et alignées sur la périphérie du boisseau, le long d'une direction parallèle à l'axe de rotation du boisseau. Les embouchures d'échappement 31a présentent une forme sensiblement rectangulaire dont la dimension longitudinale s'étend dans une direction qui est parallèle à l'axe de rotation du boisseau. Les embouchures d'échappement 31a sont alignées circonférentiellement avec les embouchures d'admission 32a. Les embouchures d'échappement 31a sont destinées à communiquer avec les lumières 41a de la culasse de façon que le gaz de travail puisse circuler depuis la chambre de travail du cylindre a vers le boisseau basse pression 30 via un passage interne. A l'extrémité opposée des embouchures d'échappement 31a, le passage interne débouche par un orifice d'échappement 33a. En outre les embouchures d'échappement 31a et les embouchures d'admission 32a sont écartées le long de la circonférence du boisseau d'un débattement angulaire faible, par exemple, de 100 à 350 degrés, de préférence de 200 à 250 degrés.

De préférence, chaque embouchure d'échappement présente, le long de la circonférence du boisseau basse pression, une ouverture angulaire comprise entre 70 et 100 degrés, de préférence entre 80 et 90 degrés. En outre chaque embouchure d'admission présente, le long de la circonférence du boisseau, une ouverture angulaire comprise, par exemple, entre 70 et 100 degrés, de préférence entre 80 et 90 degrés.

En outre chaque lumière 41bp présente, le long de la circonférence de la surface de réception 40, une ouverture angulaire comprise, par exemple, entre 40 et 100 degrés.

De préférence, les orifices d'admission et d'échappement présentent, le long de la circonférence du boisseau, une ouverture angulaire comprise entre 30 et 60 degrés, de préférence entre 40 et 55 degrés.

Entre la partie du boisseau basse pression communiquant sélectivement avec le cylindre a et la partie du boisseau basse pression communiquant sélectivement avec le cylindre b, les embouchures et orifices sont respectivement diamétralement opposés selon le mode de réalisation représenté.

Concernant le cylindre b et selon la position angulaire particulière du boisseau basse pression, la synchronisation du moteur est telle qu'aucune embouchure ne coïncide avec les lumières 41b de la culasse. En référence à la figure 7a, on distingue que le boisseau basse pression comprend deux embouchures d'admission 32b destiné à communiquer avec deux lumières 41b de façon que le gaz de travail provenant du raccord basse pression 70 puisse circuler depuis le boisseau basse pression (en passant par un orifice d'admission 34b non-visible sur la figure 7a) vers la chambre de travail du cylindre b. On distingue en partie également que le boisseau basse pression 30 comprend deux embouchures d'échappement 31b destinés à communiquer respectivement avec les deux lumières 41b de la culasse 4 de façon que le gaz de travail puisse circuler depuis la chambre de travail du cylindre b vers le raccord basse pression 70. On distingue en outre que le boisseau basse pression 30 comprend un orifice d'échappement 33b. Les embouchures d'échappement 31b d'une part, et l'orifice d'échappement 33b d'autre part correspondent aux deux extrémités du passage interne permettant de faire circuler le gaz de travail provenant de la chambre de travail du cylindre b vers le raccord basse pression.

La figure 8a montre en particulier la position angulaire du boisseau basse pression 30 lorsque du gaz de travail est échappé de la chambre de travail du cylindre b. En référence à figure 8a, les deux embouchures d'échappement 31b du boisseau basse pression 30 sont vues en transparence de la circonférence du boisseau et conforme aux embouchures d'échappement de la figure 7a. Les deux embouchures d'échappement 31b forment l'entrée du passage interne, également vu en transparence, jusqu'à l'orifice d'échappement 33b. La synchronisation du moteur est telle que les embouchures d'échappement 31b communiquent avec les lumières 41b de la culasse 4 de façon que le gaz de travail circule depuis la chambre de travail du cylindre b vers le boisseau basse pression, et simultanément l'orifice d'échappement 33b, conforme à l'orifice d'échappement de la figure 7a, communique avec la lumière 75 du raccord basse pression 70 de façon que le gaz de travail circule depuis le boisseau basse pression vers le raccord basse pression. En référence à la figure 8b, l'embouchure d'échappement 31b coïncide parfaitement avec la lumière 41b de la culasse, et l'orifice d'échappement 33b coïncide parfaitement avec la lumière 75 du raccord basse pression. Le mouvement du piston 3 est tel que le gaz de travail est repoussé dans le passage interne du boisseau basse pression 30 puis vers le raccord basse pression 70, voir flèche fD.

En référence aux figures 7a et 8a, les orifices d'échappement 33a et 33b sont alignés circonférentiellement le long de la périphérie du boisseau basse pression 30. Lesdits orifices sont opposés par exemple de 180 degrés et les passages internes en amont desdits orifices sont mitoyens et présentent une paroi commune. Lors du fonctionnement du moteur, chaque orifice communique successivement un passage interne associé avec une seule lumière d'échappement 75 du raccord basse pression. Cette caractéristique permet de réduire l'encombrement du boisseau et donc l'encombrement du moteur.

En outre chaque couple de lumières 41bp est espacée l'un de l'autre le long de la surface de réception 40 de façon que les orifices d'échappement soient en vis-à-vis de la surface de réception 40 de la culasse 4 séparant le couple de lumière 41a du couple de lumière 41b. De préférence, l'écartement entre les deux couples de lumières est égal ou supérieur à la dimension transversale d'un orifice d'échappement.

Claims (17)

1. Moteur à source chaude externe (1) comprenant :

- au moins un cylindre (2),

- un piston (3) mobile en va et vient dans le cylindre (2),

- une culasse (4) définissant, avec le piston (3) et le cylindre (2), une chambre de travail (5) pour un gaz de travail,

- une distribution montée dans la culasse (4) et faisant sélectivement communiquer la chambre de travail (5) avec les ressources suivantes :

o une admission (A) de gaz de travail, o une extrémité froide (B) d'un échangeur de chaleur (6), o une extrémité chaude (C) de l'échangeur de chaleur (6), o un échappement (D), caractérisé en ce que la distribution comprend au moins un boisseau rotatif (20, 30) monté en rotation dans la culasse (4) et comportant des passages internes débouchant à travers sa paroi latérale par au moins une embouchure (21, 22 ; 31, 32) qui communique sélectivement avec la chambre de travail (5) par au moins une lumière (41) pratiquée dans la culasse (4).

2. Moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une lumière (41) de la culasse est susceptible de communiquer avec deux passages internes du boisseau qui débouchent à travers la paroi latérale du boisseau par deux embouchures (21, 22 ; 31, 32) alignées circonférentiellement.

3. Moteur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits deux passages internes sont, l'un, un passage par lequel le gaz de travail rentre dans la chambre de travail (5), et l'autre, un passage par lequel le gaz de travail quitte la chambre de travail (5).

4. Moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à l'extrémité opposée aux embouchures (21, 22 ; 31, 32), les passages internes débouchent à travers la paroi latérale du boisseau (20, 30) par des orifices (23, 24 ; 33, 34) qui communiquent sélectivement avec des raccords fixes (60, 70) en fonction de la position angulaire du boisseau.

5. Moteur (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pour chaque passage, la géométrie de l'au moins un boisseau (20, 30) est telle que l'orifice (23, 24 ; 33, 34) est capable de communiquer avec le raccord (60, 70) correspondant lorsque l'embouchure (21, 22 ; 31, 32) communique avec la chambre de travail (5).

6. Moteur (1) selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que, sur l'au moins un boisseau (20, 30), l'au moins une embouchure (21, 22 ; 31, 32) est décalée axialement par rapport à l'au moins un orifice (23, 24 ; 33, 34).

7. Moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'au moins un boisseau comprend un boisseau basse pression (30) commandant la communication sélective de la chambre de travail (5) avec l'admission (A) et l'échappement (D).

8. Moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'au moins un boisseau comprend un boisseau haute pression (20) commandant la communication sélective de la chambre de travail (5) avec les extrémités chaude (C) et froide (B) de l'échangeur (6).

9. Moteur (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la distribution est agencée de façon que, vers la fin de la compression, la chambre de travail (5) commence à communiquer avec l'extrémité froide (B) de l'échangeur (6) lorsque la pression dans la chambre de travail est plus basse que la pression dans l'échangeur (6).

10. Moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'au moins une embouchure comprend deux embouchures (21, 22 ; 31, 32), pour un même passage, capables de communiquer simultanément avec la chambre de travail (5), par deux lumières (41).

11. Moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que au moins un passage comprend deux passages conduisant en parallèle à une même ressource, capables de communiquer simultanément chacun avec une lumière (41) de la culasse.

12. Moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 11, possédant au moins deux cylindres, caractérisé en ce que l'au moins un boisseau (20, 30) comporte deux orifices alignés circonférentiellement pour communiquer sélectivement avec un même raccord, et qui communiquent chacun avec un passage respectif associé à l'un respectif des cylindres.

13. Moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les lumières (41) sont entourées d'un dispositif d'étanchéité pour fermer l'interstice entre la paroi périphérique du boisseau et une surface adjacente de la culasse tout autour de chaque lumière (41).

14. Ensemble de motorisation comprenant un moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 13 et un échangeur de chaleur (6) ayant un trajet calorécepteur (62) s'étendant entre extrémité froide (B) et une extrémité chaude (C) sélectivement raccordées à la chambre de travail (5) vers la fin d'une phase de compression et vers le début d'une phase de détente, respectivement.

15. Ensemble selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (6) est du type à contre-courant.

16. Ensemble selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (6) comprend un trajet calo-cédant (61) parcouru par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne.

17. Ensemble selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (6) comprend un trajet calo-cédant (61) parcouru par un fluide réchauffé à l'énergie solaire.