WO2020201649A1 - Plenum articulé - Google Patents

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WO2020201649A1
WO2020201649A1 PCT/FR2020/050497 FR2020050497W WO2020201649A1 WO 2020201649 A1 WO2020201649 A1 WO 2020201649A1 FR 2020050497 W FR2020050497 W FR 2020050497W WO 2020201649 A1 WO2020201649 A1 WO 2020201649A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plenum
valve
actuator
troncospheric
cylinder head
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/050497
Other languages
English (en)
Inventor
Vianney Rabhi
Original Assignee
Vianney Rabhi
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vianney Rabhi filed Critical Vianney Rabhi
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Priority to AU2020255311A priority patent/AU2020255311A1/en
Priority to JP2021557814A priority patent/JP2022528661A/ja
Priority to CA3134437A priority patent/CA3134437A1/fr
Priority to CN202080026390.3A priority patent/CN113677883A/zh
Priority to EP20725871.6A priority patent/EP3947949A1/fr
Publication of WO2020201649A1 publication Critical patent/WO2020201649A1/fr

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/02—Hot gas positive-displacement engine plants of open-cycle type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2250/00—Special cycles or special engines
    • F02G2250/03—Brayton cycles

Definitions

  • the present invention relates to an articulated plenum intended in particular to improve the heat engine with transfer-expansion and regeneration, the subject of patent WO2016 / 120560 belonging to the applicant, said patent resulting from the French patent published on August 5, 2016 under the No. FR 3032236.
  • the articulated plenum which is the subject of the present invention can be favorably combined with the double-acting pressure reducing cylinder with adaptive support which is the subject of patent WO2017 / 046479 which also belongs to the applicant.
  • Patent WO2017 / 046479 allows the rigid assembly formed by a cylinder barrel, a lower cylinder head and an upper cylinder head that comprises the transfer-expansion and regeneration engine, the subject of patent WO2016 / 120560 to expand freely under the effect of temperature relative to a transmission housing to which it is fixed, without compromising the proper functioning of a piston which moves in said cylinder barrel.
  • French patent application No. 1759206 discloses in particular that the lower cylinder head of the expansion cylinder and the upper cylinder head of the expansion cylinder can each receive actuator cartridges which are plated - via plate stops on the cylinder head with which they cooperate - on the one hand, a lower cartridge retaining plate as regards the lower cylinder head of the expansion cylinder and on the other hand, an upper cartridge retainer plate as regards the upper cylinder head of the expansion cylinder, said plates tending to be brought together by plate tie rods.
  • patent WO2017 / 046479 and French patent application No. 1759206 suggest that the intake ducts of the transfer-expansion and regeneration engine which convey gases at high temperature are integrated into the lower and upper cylinder heads of said cylinder head.
  • motor which are advantageously made - according to patent WO2018 / 154214 - in cast iron or stainless steel maintained at a temperature of the order of seven hundred degrees Celsius.
  • transfer-expansion and regeneration can be brought to a higher temperature because they convey gases at high temperature which must be avoided to cool. Obviously, this temperature should be as close as possible to that of said gases, that is, for example, one thousand three hundred degrees Celsius. Indeed, if the temperature of said conduits is equivalent to those of the gases which they convey, said gases cannot give up heat to said conduits. Minimizing the heat transfer between gas and ducts is favorable to the final energy efficiency of the transfer-expansion and regeneration engine.
  • patent WO2017 / 046479 allows the rigid assembly formed of the cylinder barrel, the lower cylinder head and the upper cylinder head of the transfer-expansion and regeneration engine to expand freely relative to the crankcase transmission to which it is attached.
  • said patent does not specify how the intake ducts of said engine are connected to its heat source which may for example consist of a burner.
  • the distance between the respective intake ducts of the lower and upper cylinder heads of said engine is likely to vary significantly due to the expansion of the rigid assembly formed of the cylinder barrel, the lower cylinder head and the upper cylinder head.
  • French patent application No. 1759206 which describes a regenerative valve hydraulic actuator provides an actuator cartridge which is mounted on the expansion cylinder assembly of the transfer-expansion and regeneration heat engine, said cartridge comprising a valve cage housed either in the lower cylinder head of the expansion cylinder, or in the upper cylinder head of the expansion cylinder.
  • the valve which makes it possible to open or close the intake duct can be guided directly or indirectly in said cage which accommodates a valve seat, the latter and / or the part of the valve cage which guides said valve being able to be cooled by a valve cooling circuit in which a coolant circulates.
  • the cage thus maintained at low temperature offers a heat exchange surface for the gases which circulate in the inlet duct and which are brought to high temperature. This configuration thus promotes the cooling of said gases and therefore, harms the final energy efficiency of the transfer-expansion and regeneration engine.
  • the intake ducts of the transfer-expansion and regeneration engine with respect to the lower or upper cylinder head with which they cooperate in a on the one hand, and relative to the heat source on the other hand, this so that the rigid assembly formed of the cylinder barrel, the lower cylinder head and the upper cylinder head of said engine on the one hand, and the heat source d 'on the other hand, can freely expand relative to each other without said intake ducts preventing them, and without mechanically constraining said ducts;
  • articulated plenum according to the invention is primarily intended for the transfer-expansion and regeneration heat engine, the subject of patent WO2016 / 120560 belonging to the applicant.
  • said plenum can also be applied without restriction to any gas duct brought to high temperature, the opening and closing of said duct being controlled by a valve, and said duct connecting together components liable to expand. or move relative to each other.
  • the articulated plenum according to the present invention is provided for a heat engine with transfer-expansion and regeneration, the double-acting piston of the pressure reducing valve moves in an expansion valve cylinder, the latter constituting, with an upper cylinder head of the expansion valve and a lower cylinder head of the expansion valve, a cylinder-cylinder head assembly for an expansion valve, said engine comprising a compressor which compresses a working gas before expelling it into a regeneration heat exchanger in which said gas is preheated while on leaving said exchanger, said gas is superheated by a heat source before being introduced - via a burner outlet duct then an inlet duct and by an inlet valve controlled by a Intake valve actuator - into the expansion valve cylinder to be relaxed there and produce work on a power output shaft, said gas then being expelled from the expansion valve cylinder before being re-introduced into the heat exchanger of regeneration to be cooled there by releasing part of its heat to the working gas which enters said exchanger to be preheated therein, said
  • a hollow plenum body which forms the inlet duct and which comprises a plenum inlet port which communicates with the heat source, a plenum outlet port which opens into the regulator cylinder via either the cylinder head upper regulator is the lower cylinder head of the regulator, and an actuator port which receives the inlet valve actuator;
  • a valve seat arranged in the vicinity of the plenum outlet opening, the
  • inlet valve capable of resting on said seat to close off said orifice
  • Containment means which on the one hand keep the troncospheric end on the burner side pressed against the complementary troncospheric surface on the burner side, and which on the other hand keep the troncospheric end on the cylinder head side pressed against the complementary troncospheric surface on the side cylinder head.
  • the articulated plenum according to the present invention comprises a valve seat which has a complementary troncospheric surface on the seat side which cooperates with a troncospheric bearing on the valve side provided at the end of the valve
  • the articulated plenum comprises an intake valve which comprises a valve stem which can translate along its longitudinal axis in or with a valve stem upper guide ball housed in the intake valve actuator, said ball allowing said valve to orient at a limited angle relative to said actuator.
  • the articulated plenum comprises a valve stem which can translate along its longitudinal axis in a position memory valve stem seal holder which is housed in the inlet valve actuator, said door - seal able to move radially relative to said actuator and comprising a valve stem seal which forms a seal between said seal carrier and the valve stem while said seal carrier also comprises a seal door seal which forms a seal between said seal carrier and G inlet valve actuator.
  • the hinged plenum comprises a valve stem seal holder with position memory which is held pressed against the inlet valve actuator G by a valve stem seal holder spring.
  • the hinged plenum comprises a plenum body which receives the inlet valve actuator via a thermal decoupling spacer which seals and centers with the plenum body of on the one hand, and with the inlet valve actuator on the other hand.
  • the articulated plenum comprises restraining means which consist of at least one actuator restraining plate held pressed against the inlet valve actuator by at least one plate tie rod and by the 'via at least one plate stopper, so that said actuator is in turn kept pressed against the plenum body by means of an actuator bearing face presented by the actuator orifice, and so that the frusto-spherical end on the burner side is kept pressed against the complementary troncospheric surface on the burner side and / or the troncospheric end on the cylinder head side is kept pressed against the complementary troncospheric surface on the cylinder head side.
  • the articulated plenum according to the present invention comprises restraining means which consist of at least one plenum restraining vise on the burner side which directly or indirectly supports - in the vicinity of the plenum inlet opening and in the direction of the latter - on the plenum body by means of at least one vice support surface.
  • FIG.l is a schematic sectional view of the articulated plenum according to the invention, implemented on the heat engine transfer-expansion and regeneration object of patent WO2016 / 120560 belonging to the applicant, said plenum housing an actuator Regenerative valve hydraulics whose valve is made compatible with said plé num by various arrangements provided by the articulated plenum according to the invention, a plenum contention vice on the burner side being shown as restraining means.
  • FIG.2 is a three-dimensional view of the articulated plenum according to the invention, implemented on the heat engine with transfer-expansion and regeneration object of patent WO2016 / 120560 belonging to the applicant, said plenum housing a hydraulic actuator of regeneration valve, the valve of which is made compatible with said plenum by various arrangements provided by the articulated plenum according to the invention.
  • FIG.3 is an overall three-dimensional view of a thermal engine with transfer-expansion and regeneration, the subject of patent WO2016 / 120560 belonging to the applicant, which comprises two cylinder-cylinder head assemblies of the expansion valve, each assembly receiving two plenums articulated according to the invention.
  • the articulated plenum 1 is particularly intended for a heat engine transfer-expansion and regeneration 30 whose double-acting regulator piston 31 moves in a regulator cylinder 32, the latter constituting with an upper regulator cylinder head 33 and a lower pressure regulator cylinder head 34, a cylinder-cylinder head assembly 35.
  • the heat transfer-expansion and regeneration engine 30 comprises a compressor 36 which compresses a working gas 37 before expelling it into a regeneration heat exchanger 38 in which said gas 37 is preheated while that leaving said exchanger 38, said gas 37 is superheated by a heat source 39.
  • the working gas 37 is introduced via a burner outlet duct 46 then an inlet duct 3 and by an inlet valve 10 controlled by an inlet valve actuator 50 in the expansion valve cylinder 32 to be relaxed there and produce work on a power output shaft 40.
  • the working gas 37 is then expelled from the expansion valve cylinder 32 before being again introduced into the regeneration heat exchanger 38 to be cooled there by relinquishing part of its heat to the working gas 37 which enters said exchanger 38 to be preheated therein.
  • plenum body 2 which can advantageously be made of a hard material resistant to high temperatures such as silicon carbide.
  • Said plenum body 2 forms the intake duct 3 of the heat engine to transfer-expansion and regeneration 30 and includes a plenum inlet 4 which communicates with the heat source 39, a plenum outlet 6 which opens into the expansion valve cylinder 32 via either the upper valve cylinder head 33 or the regulator lower cylinder head 34, and an actuator port 8 which receives the inlet valve actuator 50.
  • the invention also has a troncospheric end on the burner side 5 arranged at the level of the plenum inlet 4, said end 5 forming a sealed ball joint 16 with a complementary troncospheric surface on the burner side 14 arranged outside the duct of burner outlet 46, the latter possibly being made of a hard material resistant to high temperatures such as silicon carbide.
  • either the troncospheric end on the burner side 5 or the complementary troncospheric surface on the burner side 14 may have a conical shape and not a spherical shape, so as to promote a line of contact rather than a contact area. between said end 5 and said surface 14. It is noted that in this case, it is the female part which must have a conical shape.
  • Figures 1 and 2 also illustrate that the articulated plenum 1 according to the invention also has a troncospheric end on the cylinder head side 7 provided at the level of the plenum outlet opening 6, said end 7 forming a sealed ball joint 16 with a complementary troncospheric surface on the cylinder head side 15 arranged on the outside of the upper valve cylinder head 33 or the lower valve cylinder head 34.
  • complementary troncospheric surface on the yoke side 15 may have a conical shape and not a spherical shape, so as to promote a contact line rather than a contact area between said end 7 and said surface 15. It is noted that in this case, it is is the female part which must have a conical shape.
  • the articulated plenum 1 also comprises a valve seat 9 which is particularly visible in Figures 1 and 2, said seat 9 being arranged in the vicinity of the plenum outlet 6 while the valve of inlet 10 may rest on said seat 9 to close off said orifice 6 in order to prevent the working gas 37 from the heat source 39 from entering the regulator cylinder 32.
  • the inlet valve 10 can be made of a hard material resistant to high temperatures such as silicon nitride.
  • the articulated plenum 1 comprises restraining means 17 which on the one hand, maintain the troncospheric end on the burner side 5 pressed against the complementary troncospheric surface on the burner side 14, and which, on the other hand, maintain the troncospheric end on the breech side 7 pressed onto the complementary troncospheric surface on the cylinder head side 15.
  • the valve seat 9 may have a complementary troncospheric surface on the seat side 18 which cooperates with a troncospheric bearing on the valve side 19 provided at the end of the valve d 'admission 10.
  • said surface 18 and said bearing surface 19 form a sealed ball joint 16 when they are in contact with each other so that the inlet valve 10 can be oriented relative to the plenum articulated 1 at a limited angle, while in all cases providing a seal with the valve seat 9 with which it cooperates.
  • the complementary troncospheric surface on the seat side 18 can be conical and not spherical so as to promote a line of contact rather than a contact area between itself and the troncospheric bearing on the valve side 19.
  • the intake valve 10 may include a valve stem 11 which can translate along its longitudinal axis in or with an upper valve stem guide ball 66 housed in the inlet valve actuator 50, said ball 66 allowing said valve 10 to orient at a limited angle with respect to said actuator 50.
  • valve stem 11 can translate along its longitudinal axis in a position memory valve stem seal holder 67 shown in Figures 1 and 2.
  • Said seal holder 67 is housed in the inlet valve actuator 50 and can move radially relative to said actuator 50.
  • Said seal carrier 67 may advantageously include a valve stem seal 74 which forms a seal between said seal carrier 67 and the valve stem 11 while said seal carrier 67 may also include a seal door seal 75 which forms a seal between said seal carrier 67 and the inlet valve actuator 50.
  • valve stem seal holder position memory 67 can be kept pressed against G inlet valve actuator 50 by a valve stem seal holder spring 68 which may consist of a stack of elastic washers, a helical spring, or any other type of spring known to those skilled in the art.
  • the plenum body 2 can receive the inlet valve actuator 50 via a spacer thermal decoupling 13 which provides a seal and a centering with the plenum body 2 on the one hand, and with the inlet valve actuator 50 on the other hand.
  • the thermal decoupling spacer 13 is made of a material with low thermal conductivity such as zirconium oxide.
  • the thermal decoupling spacer 13 may form a spacer heat shield 20 which protects the intake valve actuator 50 from heat emitted by the working gas 37, the latter circulating at high temperature in the intake duct 3 formed by the plenum body 2.
  • thermal protection of the intake valve actuator 50 that constitutes the spacer heat shield 20 can be added to or replace an actuator body cooling circuit 69 particularly visible in Figures 1 and 2, which may include the inlet valve actuator 50 in its lower part.
  • the inlet valve actuator 50 is kept pressed against the plenum body 2 by means of an actuator bearing face 12 which the actuator orifice 8 has, this while that the troncospheric end on the burner side 5 is kept pressed against the complementary troncospheric surface on the burner side 14 and / or that the troncospheric end on the cylinder head side 7 is kept pressed against the complementary troncospherical surface on the cylinder head side 15.
  • the plate stop 42 can be fixed or articulated, and consist of one or more interposed or juxtaposed parts.
  • two actuator retention plates 41 can be connected to each other by plate tie rods 43, the first said plate 41 now pressed a first inlet valve actuator 50 on a first plenum articulated 1 cooperating with the upper cylinder head of the regulator 33 while the second said plate 41 keeps a second inlet valve actuator 50 pressed against a second articulated plenum 1 cooperating with the lower cylinder head of the regulator 34.
  • FIG 1 shows that the restraint means 17 can also be
  • plenum containment vice on the burner side 71 which directly or indirectly bears - in the vicinity of the plenum inlet 4 and in the direction of the latter - on the plenum body 2 by means of d 'at least one vice support surface 65.
  • the same plenum containment vice on the burner side 71 simultaneously plates the respective troncospheric ends on the burner side 5 of two articulated plenums 1 on the complementary troncospheric surfaces on the burner side 14 with which they cooperate, the first articulated plenum 1 cooperating with the upper valve cylinder head 33 while the second articulated plenum 1 cooperates with the lower regulator cylinder head 34.
  • the contention force exerted by the plenum contention vice on the burner side 71 on the articulated plenum or plenums 1 with which it cooperates can advantageously be adjusted.
  • a vice force adjustment nut 73 which compresses a plenum containment vice spring 72.
  • the articulated plenum 1 is shown in Figures 1 to 3 as it can be implemented on the heat engine transfer-expansion and regeneration 30 subject of patent WO2016 / 120560 belonging to the applicant, which is here improved in that it consists of a double-acting regulator cylinder with adaptive support as described in patent WO2017 / 046479 which also belongs to the applicant and which allows the cylinder-cylinder heads assembly of said engine 30 to expand freely under the effect of temperature.
  • Figure 3 is an overview of the heat engine transfer-expansion and regeneration 30 as it may be provided to receive the hinged plenum 1 according to the invention.
  • the heat transfer-expansion and regeneration engine 30 comprises a compressor 36 which compresses a working gas 37.
  • Said gas 37 is intended to be expanded in the expansion valve cylinder 32 after having been preheated in a regeneration heat exchanger 38, then superheated by a heat source 39 which, in this case and according to the non-limiting example presented here to illustrate the operation of the articulated plenum 1 according to the invention is a burner known per se.
  • the working gas 37 produces on the double-acting regulator piston 31 a mechanical work which is transmitted to a power output shaft 40 housed in a transmission housing 45.
  • the working gas 37 is routed from the heat source 39 to the expansion valve cylinder 32 successively via a burner outlet duct 46 then via the inlet duct 3 which constitutes the plenum body 2 of the articulated plenum 1 according to the invention.
  • G regenerative valve hydraulic actuator 51 described in French patent application No. 1759206 there is an actuator cylinder 52 which comprises an actuator cylinder piston 53 to form a hydraulic actuator chamber 54.
  • chamber 54 is operated according to this non-limiting example of embodiment by means of tubular hydraulic valves 55 controlled by a solenoid valve actuator 56.
  • actuator cylinder piston 53 acts on the valve stem 11 of the intake valve 10 by means of a valve lift cam lever 57 which is connected to said valve stem. valve 11 by a cam pivot linkage lever 58.
  • valve lift cam lever 57 rests on a cam lever bearing-sliding plate 59 with which it reacts to lift or refit the intake valve 10.
  • cam lever orientation arch 60 can advantageously
  • FIGS 1 and 2 also show the valve return cylinder 61 which recalls the intake valve 10 to its seat, said cylinder 61 being in particular constituted by a valve return cylinder piston 62 to form a chamber hydraulic valve return cylinder 63.
  • the play take-up cylinder 64 which compensates for the deformations and the expansions of the various components which constitute the hydraulic actuator of the regeneration valve 51, this to to give the latter an adequate operation whatever the mechanical and thermal stresses to which it is subjected.
  • the cylinder-head assembly of the regulator 35 is made of cast iron, a material commonly used in motorization, whether the latter is for example intended for an automobile, for a truck or a ship.
  • the burner outlet duct 46 and the plenum body 2 of the articulated plenum 1 according to the invention are made of silicon carbide, the operating temperature of which is equal to that of the working gas 37 exiting from the heat source 39, that is to say one thousand three hundred degrees Celsius according to the example taken here without limitation.
  • the intake valve 10 for its part is here made of silicon nitride.
  • valve stem 11 which penetrates inside the inlet valve actuator 50 and which cooperates with the valve lift cam lever 57.
  • the part of the intake valve 10 which is made of silicon nitride is brought in operation to a temperature mainly close to one thousand three hundred degrees Celsius
  • the part of the valve stem 11 which is made of steel is brought in operation to a temperature mainly close to one hundred degrees Celsius.
  • the part of the valve stem 11 made of steel is advantageously mounted hooped on the part of said stem 11 made of silicon nitride.
  • each articulated plenum 1 as shown in Figure 3.
  • the orientation of said articulated plenums 1 varies with respect to the upper valve cylinder head 33 or the lower valve cylinder head 34 with which they cooperate on the one hand, and relative to the burner outlet duct 46 to which they are connected in a sealed manner on the other hand.
  • the articulated plenum 1 automatically adapts to variations in the distance between the upper cylinder head of the regulator 33 and the lower cylinder head of the regulator 34, and between said cylinder heads 33, 34 and the outlet duct burner 46 to which they are connected via the plenum body 2 with which they cooperate.
  • the thermal decoupling spacer 13 is according to this non-limiting example made of a material with low thermal conductivity such as zirconium oxide, while its lower part forms a spacer thermal screen 20 which protects the inlet valve actuator 50 of the heat emitted by the working gas 37 which circulates at high temperature in the inlet duct 3 formed by the plenum body 2.
  • inlet valve 50 formed by the spacer heat shield 20 is supplemented by an actuator body cooling circuit 69 in which circulates a coolant such as a mixture of water and glycol maintained at a constant temperature. temperature close to one hundred degrees Celsius.
  • a coolant such as a mixture of water and glycol maintained at a constant temperature. temperature close to one hundred degrees Celsius.
  • the restraining means 17 which keep the inlet valve actuator 50 pressed against the plenum body 2 on the one hand, and the troncospheric end on the cylinder head side 7 on the complementary troncospheric surface on the cylinder head side 15 on the other hand, take the form of an actuator retainer plate 41 which exerts a clamping force on the intake valve actuator 50 in the direction of the plenum body 2 through the 'Intermediate of a plate stop 42 which is here articulated and consists of several interposed parts.
  • the containment means 17 also include a plenum containment vice on the burner side 71 which presses - in the vicinity of the plenum inlet opening 4 and in the direction of the latter - on the plenum body 2 by means of at least one vice support surface 65 which here takes the form of a ball joint.
  • the same plenum containment vice on the burner side 71 simultaneously plates the respective troncospheric ends on the burner side 5 of the two articulated plenums 1 that a same cylinder-cylinder head assembly 35 comprises on the complementary troncospheric surfaces on the burner side 14 with which they cooperate, the first articulated plenum 1 cooperating with the upper regulator cylinder head 33 while the second articulated plenum 1 cooperates with the lower regulator cylinder head 34.
  • the compression force exerted by the plenum containment vise on the burner side 71 on the articulated plenums 1 with which it cooperates is here and according to this non-limiting example adjustable by means a vice force adjustment nut 73, the latter compressing a plenum containment vice spring 72 which guarantees a small variation in the plating force exerted by the plenum containment vice on the burner side 71 on the articulated plenums 1 with which it cooperates regardless of the expansion of the various components which the said clamp 71 encloses.
  • articulated 1 and the burner outlet duct 46 with which said assembly 35 cooperates is dilate, thermal decoupling spacer 13 and the end made of silicon nitride of the inlet valve 10 expand in all directions, even deform under the effect of mechanical and thermal stresses.
  • the manufacturing tolerances of the various components 35, 1, 46, 13, 10 which have just been enumerated mean that the positioning of the inlet valve actuator 50 relative to that of the valve seat 9 fitted at the level of the plenum outlet 6 varies according to the operating conditions of the transfer-expansion and regeneration heat engine 30.
  • the articulated plenum 1 provides that the valve seat 9 has a complementary troncospheric surface on the seat side. 18 which is here provided conical, said surface 18 cooperating with a troncospheric bearing on the valve side 19 arranged at the end of the intake valve 10 so that the latter can be oriented relative to the articulated plenum 1 at a limited angle, while in all cases providing a seal with the valve seat 9 with which it cooperates.
  • valve stem 11 of the intake valve 10 cooperates with an upper valve stem guide ball 66 arranged in the inlet valve actuator 50, said stem 11 being able to translate along its longitudinal axis in said ball 66 while the latter allows said valve 10 to be oriented at a limited angle with respect to the inlet valve actuator 50 which controls it.
  • FIGS. 1 and 2 show that the valve stem 11 can translate along its longitudinal axis in a position memory valve stem seal holder 67 which is fitted in the intake valve actuator 50 .
  • the position memory valve stem seal holder 67 can move radially with respect to said actuator 50 when the valve stem 11 exerts a radial force on it. It is noted in Figures 1 and 2 that said seal carrier 67 comprises on the one hand, a valve stem seal 74 which forms a seal between itself and the valve stem 11 and on the other hand, a door seal seal 75 which forms a seal between said seal carrier 67 and the inlet valve actuator 50.
  • valve stem seal holder 67 is held pressed against the inlet valve actuator 50 by a valve stem seal holder spring 68 which here consists of a stack spring washers.
  • the device for reorienting the inlet valve 10 that constitutes the set of means which has just been described allows the plenum body 2 to deform and expand, at the end made of silicon nitride. of the intake valve 10 to lengthen, and the clearances found on the one hand between the thermal decoupling spacer 13 and the intake valve actuator 50 and on the other hand between said spacer 13 and the actuator orifice 8 to be caught without ever compromising the seal formed by the intake valve 10 with the valve seat 9 with which it cooperates.
  • valve stem 11 exerts a radial force on the position memory valve stem seal holder 67 so that the latter moves radially with respect to the inlet valve actuator 50, what the upper valve stem guide ball 66 allows.
  • the intake valve 10 is kept step by step always in the axis of the valve seat 9 with which it cooperates, this without preventing the various constituent parts of the articulated plenum 1 according to the invention or of the engine. thermal transfer-expansion and regeneration 30 to deform and / or expand freely, depending on the operating constraints of said engine 30.

Landscapes

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Abstract

Le plénum articulé (1) forme un conduit d'admission (3) qui est terminé par des liaisons rotules étanche (16) maintenues par des moyens de contention (17), ledit plénum (1) reliant une source de chaleur (39) à un cylindre de détendeur (32) et comprenant un orifice d'entrée de plénum (4), un orifice de sortie de plénum (6) qui reçoit un siège de soupape (9), et un orifice d'actionneur (8) qui reçoit un actionneur de soupape d'admission (50) qui pilote une soupape (10) cette dernière coopérant avec le siège de soupape (9) pour fermer le conduit d'admission (3).

Description

1
WO 2020/201649 PCT/FR2020/050497
Description
Titre de l’invention : PLENUM ARTICULÉ
[0001] La présente invention est relative à un plénum articulé notamment destiné à perfectionner le moteur thermique à transfert-détente et régénération objet du brevet WO2016/120560 appartenant au demandeur, ledit brevet résultant du brevet français publié le 5 août 2016 sous le N° FR 3032236.
[0002] Plus précisément, le plénum articulé objet de la présente invention est favorablement combinable avec le cylindre détendeur à double effet à support adaptatif objet du brevet WO2017/046479 qui appartient également au demandeur.
[0003] Le brevet WO2017/046479 permet à l’ensemble rigide formé d’un fût de cylindre, d’une culasse inférieure et d’une culasse supérieure que comprend le moteur à transfert-détente et régénération objet du brevet W02016/120560 de se dilater librement sous l’effet de la température par rapport à un carter de transmission sur lequel il est fixé et ceci, sans compromettre le bon fonctionnement d’un piston qui évolue dans ledit fût de cylindre.
[0004] Outre les brevets W02016/120560 et WO2017/046479, le plénum articulé objet de la présente invention trouve tout son intérêt en combinaison avec l’invention objet du brevet WO2018/154214, laquelle consiste en un système de refroidissement ré- génératif. Ledit système - qui perfectionne également le moteur thermique à transfert- détente et régénération objet du brevet W02016/120560 - permet notamment de fabriquer l’ensemble rigide formé du fût de cylindre, de la culasse inférieure et de la culasse supérieure dudit moteur en fonte ou en acier inoxydable, ceci parce que ledit système permet de maintenir ledit ensemble à une température maximale de l’ordre de sept cents degrés Celsius qui reste compatible avec ces matériaux.
[0005] Le plénum articulé relatif à la présente invention se combine également avantageusement avec l’objet de la demande de brevet français N°1759206 du 2 octobre 2017 qui appartient au demandeur. Cette demande décrit un actionneur hydraulique de soupape à régénération qui s’applique avantageusement au moteur à transfert-détente et régénération objet du brevet W02016/120560, de préférence dans sa version per fectionnée par l’objet du brevet WO2017/046479.
[0006] La demande de brevet français N° 1759206 expose notamment que la culasse inférieure de cylindre détendeur et la culasse supérieure de cylindre détendeur peuvent recevoir chacune des cartouches d’ actionneur qui sont plaquées - via des butées de plaque sur la culasse avec laquelle elles coopèrent - par d’une part, une plaque de contention de cartouche inférieure s’agissant de la culasse inférieure de cylindre détendeur et par d’autre part, une plaque de contention de cartouche supérieure s’agissant de la culasse supérieure de cylindre détendeur, lesdites plaques tendant à être rapprochées l’une de l’autre par des tirants de plaque.
[0007] Cependant, le brevet WO2017/046479 et la demande de brevet français N°1759206 suggèrent que les conduits d’admission du moteur à transfert-détente et régénération qui véhiculent des gaz à haute température sont intégrés aux culasses inférieure et su périeure dudit moteur, lesquelles sont avantageusement réalisées - selon le brevet WO2018/154214 - en fonte ou en acier inoxydable maintenu à une température de l’ordre de sept cents degrés Celsius.
[0008] On remarque qu’il serait avantageux que les conduits d’admission du moteur à
transfert-détente et régénération puissent être portés à une température plus élevée car ils véhiculent des gaz à haute température qu’il faut éviter de refroidir. De toute évidence, cette température devrait être la plus proche possible de celle desdits gaz c’est-à-dire par exemple de mille trois cents degrés Celsius. En effet, si la température desdits conduits est équivalente à celles des gaz qu’ils véhiculent, lesdits gaz ne peuvent pas céder de chaleur auxdits conduits. Minimiser la cession de chaleur entre gaz et conduits est favorable au rendement énergétique final du moteur à transfert- détente et régénération.
[0009] On remarque aussi que le brevet WO2017/046479 permet bien à l’ensemble rigide formé du fût de cylindre, de la culasse inférieure et de la culasse supérieure du moteur à transfert-détente et régénération de se dilater librement par rapport au carter de transmission sur lequel il est fixé. Toutefois, ledit brevet ne précise pas comment sont raccordés les conduits d’admission dudit moteur à sa source de chaleur qui peut par exemple être constituée d’un brûleur. Or, la distance entre les conduits d’admission respectifs des culasses inférieure et supérieure dudit moteur est susceptible de varier significativement du fait de la dilatation de l’ensemble rigide formé du fût de cylindre, de la culasse inférieure et de la culasse supérieure.
[0010] De même, la demande de brevet français N° 1759206 qui décrit un actionneur hydraulique de soupape à régénération prévoit une cartouche d’actionneur qui est montée sur l’ensemble de cylindre détendeur du moteur thermique à transfert-détente et régénération, ladite cartouche comportant une cage de soupape logée soit dans la culasse inférieure de cylindre détendeur, soit dans la culasse supérieure de cylindre détendeur. Dans ce contexte, la soupape qui permet d’ouvrir ou d’obturer le conduit d’admission peut être guidée directement ou indirectement dans ladite cage qui héberge un siège de soupape, ce dernier et/ou la partie de la cage de soupape qui guide ladite soupape pouvant être refroidi par un circuit de refroidissement de soupape dans lequel circule un fluide caloporteur.
[0011] La cage ainsi maintenue à basse température offre une surface d’échange thermique aux gaz qui circulent dans le conduit d’admission et qui sont portés à haute température. Cette configuration favorise ainsi le refroidissement desdits gaz et donc, nuit au rendement énergétique final du moteur à transfert-détente et régénération.
[0012] C’est sur la base de ces constats et pour corriger les inconvénients inhérents aux différentes inventions et combinaisons d’inventions qui viennent d’être décrites que le plénum articulé suivant la présente invention permet :
[0013] De découpler mécaniquement, de façon étanche, et selon les trois axes du système de coordonnées cartésiennes tridimensionnel les conduits d’admission du moteur à transfert-détente et régénération par rapport à la culasse inférieure ou supérieure avec laquelle ils coopèrent d’une part, et par rapport à la source de chaleur d’autre part, ceci pour que l’ensemble rigide formé du fût de cylindre, de la culasse inférieure et de la culasse supérieure dudit moteur d’une part, et la source de chaleur d’autre part, puissent librement se dilater l’un par rapport à l’autre sans que lesdits conduits d’admission ne les en empêchent, et sans contraindre mécaniquement lesdits conduits;
[0014] De réaliser les conduits d’admission du moteur à transfert-détente et régénération dans un matériau compatible avec les hautes températures, ledit matériau pouvant avantageusement être différent de celui qui constitue le fût de cylindre et les culasse inférieure et supérieure dudit moteur, cette stratégie permettant de réduire au maximum le refroidissement des gaz chauds circulant dans lesdits conduits d’admission ;
[0015] D’ accueillir, de contenir et d’ isoler thermiquement et de façon étanche une cartouche d’actionneur similaire à celle décrite dans la demande de brevet français N° 1759206, ceci sans recourir à une cage de soupape qui soit de nature à refroidir les gaz chauds circulant dans lesdits conduits d’admission ;
[0016] D’héberger une soupape d’admission opérant à haute température, ce qui permet de réduire au maximum le refroidissement des gaz chauds circulant dans lesdits conduits d’admission ;
[0017] De permettre à la soupape d’admission de rester pleinement opérationnelle et étanche quelle que soit la position relative de la cartouche d’actionneur qui pilote ladite soupape par rapport au conduit d’admission, ladite position étant variable en fonction de la dilatation de ladite soupape par rapport à celle de ladite cartouche, et par rapport celle dudit conduit d’admission.
[0018] H est entendu que le plénum articulé selon l’invention s’adresse principalement au moteur thermique à transfert-détente et régénération objet du brevet W02016/120560 appartenant au demandeur.
[0019] Toutefois, ledit plénum peut aussi s’appliquer sans restriction à tout conduit de gaz porté à haute température, l’ouverture et la fermeture dudit conduit étant pilotées par une soupape, et ledit conduit reliant entre eux des composants susceptibles de se dilater ou de se déplacer les uns par rapport aux autres.
[0020] Le plénum articulé suivant la présente invention est prévu pour un moteur thermique à transfert-détente et régénération dont le piston à double effet de détendeur se déplace dans un cylindre de détendeur ce dernier constituant avec une culasse supérieure de détendeur et une culasse inférieure de détendeur un ensemble cylindre-culasses de détendeur, ledit moteur comprenant un compresseur qui comprime un gaz de travail avant de l’expulser dans un échangeur thermique de régénération dans lequel ledit gaz est préchauffé tandis qu’au sortir dudit échangeur ledit gaz est surchauffé par une source de chaleur avant d’être introduit - via un conduit de sortie brûleur puis un conduit d’admission et par une soupape d'admission pilotée par un actionneur de soupape d’admission - dans le cylindre de détendeur pour y être détendu et produire un travail sur un arbre de sortie de puissance, ledit gaz étant ensuite expulsé du cylindre de détendeur avant d’être à nouveau introduit dans l’échangeur thermique de régénération pour y être refroidi en cédant une partie de sa chaleur au gaz de travail qui entre dans ledit échangeur pour y être préchauffé, ledit plénum comprenant :
[0021] Un corps de plénum creux qui forme le conduit d’admission et qui comprend un orifice d'entrée de plénum qui communique avec la source de chaleur, un orifice de sortie de plénum qui débouche dans le cylindre de détendeur via soit la culasse supérieure de détendeur soit la culasse inférieure de détendeur, et un orifice d’actionneur qui reçoit actionneur de soupape d’admission;
[0022] Une extrémité troncosphérique côté brûleur aménagée au niveau de l’orifice d’entrée de plénum, ladite extrémité formant une liaison rotule étanche avec une surface troncosphérique complémentaire côté brûleur aménagée à l’extérieur du conduit de sortie brûleur;
[0023] Une extrémité troncosphérique côté culasse aménagée au niveau de l’orifice de sortie de plénum, ladite extrémité formant une liaison rotule étanche avec une surface troncosphérique complémentaire côté culasse aménagée à l’extérieur de la culasse supérieure de détendeur ou de la culasse inférieure de détendeur;
[0024] Un siège de soupape aménagé au voisinage de l’orifice de sortie de plénum, la
soupape d'admission pouvant reposer sur ledit siège pour obturer ledit orifice;
[0025] Des moyens de contention qui d’une part, maintiennent l’extrémité troncosphérique côté brûleur plaquée sur la surface troncosphérique complémentaire côté brûleur, et qui d’autre part, maintiennent l’extrémité troncosphérique côté culasse plaquée sur la surface troncosphérique complémentaire côté culasse.
[0026] Le plénum articulé suivant la présente invention comprend un siège de soupape qui présente une surface troncosphérique complémentaire côté siège qui coopère avec une portée troncosphérique côté soupape aménagée à l’extrémité de la soupape
d'admission, ladite surface et ladite portée formant une liaison rotule étanche lorsqu’elles sont au contact l’une de l’autre.
[0027] Le plénum articulé suivant la présente invention comprend une soupape d'admission qui comprend une queue de soupape qui peut translater selon son axe longitudinal dans ou avec une rotule de guidage supérieur de queue de soupape logée dans l’actionneur de soupape d'admission, ladite rotule permettant à ladite soupape de s’orienter selon un angle limité par rapport audit actionneur.
[0028] Le plénum articulé suivant la présente invention comprend une queue de soupape qui peut translater selon son axe longitudinal dans un porte-joint de queue de soupape à mémoire de position qui est logé dans l’actionneur de soupape d'admission, ledit porte- joint pouvant se déplacer radialement par rapport audit actionneur et comportant un joint de queue de soupape qui forme une étanchéité entre ledit porte-joint et la queue de soupape tandis que ledit porte-joint comporte également un joint de porte joint qui forme une étanchéité entre ledit porte-joint et G actionneur de soupape d'admission.
[0029] Le plénum articulé suivant la présente invention comprend un porte-joint de queue de soupape à mémoire de position qui est maintenu plaqué contre G actionneur de soupape d'admission par un ressort de porte-joint de queue de soupape.
[0030] Le plénum articulé suivant la présente invention comprend un corps de plénum qui reçoit l’actionneur de soupape d'admission par l’intermédiaire d’une entretoise de découplage thermique qui réalise une étanchéité et un centrage avec le corps de plénum d’une part, et avec l’actionneur de soupape d'admission d’autre part.
[0031] Le plénum articulé suivant la présente invention comprend des moyens de contention qui sont constitués d’au moins une plaque de contention d'actionneur maintenue plaquée contre l’actionneur de soupape d'admission par au moins un tirant de plaque et par l’intermédiaire d’au moins une butée de plaque, de sorte que ledit actionneur est à son tour maintenu plaqué sur le corps de plénum par l’intermédiaire d’une face d'appui d'actionneur que présente l’orifice d'actionneur, et de sorte que l’extrémité tronco- sphérique côté brûleur est maintenue plaquée sur la surface troncosphérique complémentaire côté brûleur et/ou que l’extrémité troncosphérique côté culasse est maintenue plaquée sur la surface troncosphérique complémentaire côté culasse.
[0032] Le plénum articulé suivant la présente invention comprend des moyens de contention qui sont constitués d’au moins un étau de contention de plénum côté brûleur qui appuie directement ou indirectement - au voisinage de l’orifice d'entrée de plénum et en direction de ce dernier - sur le corps de plénum par l’intermédiaire d’au moins une surface d'appui d'étau.
[0033] 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:
[0034] [fig.l] est une vue en coupe schématique du plénum articulé suivant l’invention, mis en œuvre sur le moteur thermique à transfert-détente et régénération objet du brevet WO2016/120560 appartenant au demandeur, ledit plénum hébergeant un actionneur hydraulique de soupape à régénération dont la soupape est rendue compatible avec ledit plénum par divers aménagements prévus par le plénum articulé suivant l’invention, un étau de contention de plénum côté brûleur étant montré à titre de moyens de contention.
[0035] [fig.2] est une vue tridimensionnelle du plénum articulé suivant l’invention, mis en œuvre sur le moteur thermique à transfert-détente et régénération objet du brevet WO2016/120560 appartenant au demandeur, ledit plénum hébergeant un actionneur hydraulique de soupape à régénération dont la soupape est rendue compatible avec ledit plénum par divers aménagements prévus par le plénum articulé suivant l’invention.
[0036] [fig.3] est une vue tridimensionnelle d’ensemble d’un moteur thermique à transfert- détente et régénération objet du brevet W02016/120560 appartenant au demandeur qui comprend deux ensembles cylindre-culasses de détendeur, chaque ensemble recevant deux plénums articulés suivant l’invention.
DESCRIPTION DE L’INVENTION:
[0037] On a montré en figures 1 à 3 le plénum articulé 1, divers détails de ses composants, ses variantes, et ses accessoires.
[0038] Comme l’illustre la figure 3, le plénum articulé 1 est particulièrement prévu pour un moteur thermique à transfert-détente et régénération 30 dont le piston à double effet de détendeur 31 se déplace dans un cylindre de détendeur 32, ce dernier constituant avec une culasse supérieure de détendeur 33 et une culasse inférieure de détendeur 34 un ensemble cylindre-culasses de détendeur 35.
[0039] On voit en figure 3 que le moteur thermique à transfert-détente et régénération 30 comprend un compresseur 36 qui comprime un gaz de travail 37 avant de l’expulser dans un échangeur thermique de régénération 38 dans lequel ledit gaz 37 est préchauffé tandis qu’au sortir dudit échangeur 38 ledit gaz 37 est surchauffé par une source de chaleur 39.
[0040] Au sortir de la source de chaleur 39, le gaz de travail 37 est introduit via un conduit de sortie brûleur 46 puis un conduit d’admission 3 et par une soupape d'admission 10 pilotée par un actionneur de soupape d'admission 50 dans le cylindre de détendeur 32 pour y être détendu et produire un travail sur un arbre de sortie de puissance 40.
[0041] Le gaz de travail 37 est ensuite expulsé du cylindre de détendeur 32 avant d’être à nouveau introduit dans l’échangeur thermique de régénération 38 pour y être refroidi en cédant une partie de sa chaleur au gaz de travail 37 qui entre dans ledit échangeur 38 pour y être préchauffé.
[0042] Comme le montrent les figures 1 à 3, le plénum articulé 1 suivant l’invention
présente un corps de plénum 2 creux qui peut avantageusement être réalisé en un matériau dur et résistant aux hautes températures tel que le carbure de silicium.
[0043] Ledit corps de plénum 2 forme le conduit d’admission 3 du moteur thermique à transfert-détente et régénération 30 et comprend un orifice d'entrée de plénum 4 qui communique avec la source de chaleur 39, un orifice de sortie de plénum 6 qui débouche dans le cylindre de détendeur 32 via soit la culasse supérieure de détendeur 33 soit la culasse inférieure de détendeur 34, et un orifice d'actionneur 8 qui reçoit l’actionneur de soupape d'admission 50.
[0044] Tel que particulièrement illustré en figures 1 et 2, le plénum articulé 1 suivant
l’invention présente également une extrémité troncosphérique côté brûleur 5 aménagée au niveau de l’orifice d'entrée de plénum 4, ladite extrémité 5 formant une liaison rotule étanche 16 avec une surface troncosphérique complémentaire côté brûleur 14 aménagée à l’extérieur du conduit de sortie brûleur 46, ce dernier pouvant être réalisé en un matériau dur et résistant aux hautes températures tel que le carbure de silicium.
[0045] On note qu’ avantageusement, soit l’extrémité troncosphérique côté brûleur 5 soit la surface troncosphérique complémentaire côté brûleur 14 peut présenter une forme conique et non pas sphérique, de sorte à favoriser une ligne de contact plutôt qu’une aire de contact entre ladite extrémité 5 et ladite surface 14. On remarque qu’en ce cas, c’est la pièce femelle qui doit présenter une forme conique.
[0046] Les figures 1 et 2 illustrent également que le plénum articulé 1 suivant l’invention présente aussi une extrémité troncosphérique côté culasse 7 aménagée au niveau de l’orifice de sortie de plénum 6, ladite extrémité 7 formant une liaison rotule étanche 16 avec une surface troncosphérique complémentaire côté culasse 15 aménagée à l’extérieur de la culasse supérieure de détendeur 33 ou de la culasse inférieure de détendeur 34.
[0047] On note qu’ avantageusement, l’extrémité troncosphérique côté culasse 7 ou la
surface troncosphérique complémentaire côté culasse 15 peut présenter une forme conique et non pas sphérique, de sorte à favoriser une ligne de contact plutôt qu’une aire de contact entre ladite extrémité 7 et ladite surface 15. On remarque qu’en ce cas, c’est la pièce femelle qui doit présenter une forme conique.
[0048] Le plénum articulé 1 suivant l’invention comprend également un siège de soupape 9 qui est particulièrement visible en figures 1 et 2, ledit siège 9 étant aménagé au voisinage de l’orifice de sortie de plénum 6 tandis que la soupape d'admission 10 peut reposer sur ledit siège 9 pour obturer ledit orifice 6 afin d’interdire au gaz de travail 37 provenant de la source de chaleur 39 de pénétrer dans le cylindre de détendeur 32.
[0049] On note qu’ avantageusement, la soupape d'admission 10 peut être faite d’un matériau dur résistant aux hautes températures tel que le nitrure de silicium.
[0050] Enfin et comme le montrent les figures 1 à 3, le plénum articulé 1 suivant l’invention comporte des moyens de contention 17 qui d’une part, maintiennent l’extrémité troncosphérique côté brûleur 5 plaquée sur la surface troncosphérique complémentaire côté brûleur 14, et qui d’autre part, maintiennent l’extrémité troncosphérique côté culasse 7 plaquée sur la surface troncosphérique complémentaire côté culasse 15.
[0051] Selon un mode particulier de réalisation du plénum articulé 1 suivant l’invention, le siège de soupape 9 peut présenter une surface troncosphérique complémentaire côté siège 18 qui coopère avec une portée troncosphérique côté soupape 19 aménagée à l’extrémité de la soupape d'admission 10.
[0052] En ce cas, ladite surface 18 et ladite portée 19 forment une liaison rotule étanche 16 lorsqu’elles sont au contact l’une de l’autre de sorte que la soupape d'admission 10 peut s’orienter par rapport au plénum articulé 1 selon un angle limité, tout en réalisant dans tous les cas une étanchéité avec le siège de soupape 9 avec lequel elle coopère.
[0053] On note qu’ avantageusement, la surface troncosphérique complémentaire côté siège 18 peut être conique et non pas sphérique de sorte à favoriser une ligne de contact plutôt qu’une aire de contact entre elle-même et la portée troncosphérique côté soupape 19.
[0054] Comme le montrent clairement les figures 1 et 2, la soupape d’admission 10 peut comprendre une queue de soupape 11 qui peut translater selon son axe longitudinal dans ou avec une rotule de guidage supérieur de queue de soupape 66 logée dans l’actionneur de soupape d’admission 50, ladite rotule 66 permettant à ladite soupape 10 de s’orienter selon un angle limité par rapport audit actionneur 50.
[0055] Selon cette variante de réalisation, la queue de soupape 11 peut translater selon son axe longitudinal dans un porte-joint de queue de soupape à mémoire de position 67 montré en figures 1 et 2. Ledit porte-joint 67 est logé dans l’actionneur de soupape d'admission 50 et peut se déplacer radialement par rapport audit actionneur 50.
[0056] Ledit porte-joint 67 peut avantageusement comporter un joint de queue de soupape 74 qui forme une étanchéité entre ledit porte-joint 67 et la queue de soupape 11 tandis que ledit porte-joint 67 peut également comporter un joint de porte joint 75 qui forme une étanchéité entre ledit porte-joint 67 et l’actionneur de soupape d'admission 50.
[0057] On remarque en figures 1 et 2 que le porte-joint de queue de soupape à mémoire de position 67 peut être maintenu plaqué contre G actionneur de soupape d'admission 50 par un ressort de porte-joint de queue de soupape 68 qui peut être constitué d’un em pilement de rondelles élastiques, d’un ressort hélicoïdal, ou de tout autre type de ressort connu de l’homme de l’art.
[0058] On remarque que l’effort de placage exercé par ledit ressort 68 sur ledit porte-joint 67 tend à maintenir ce dernier en position par rapport à G actionneur de soupape d'admission 50 par friction, ceci sans lui interdire de se déplacer lorsque la queue de soupape 11 lui imprime un effort radial d’intensité suffisante.
[0059] A titre de variante du plénum articulé 1 suivant l’invention, on a montré en figures 1 à 3 que le corps de plénum 2 peut recevoir l’actionneur de soupape d'admission 50 par l’intermédiaire d’une entretoise de découplage thermique 13 qui réalise une étanchéité et un centrage avec le corps de plénum 2 d’une part, et avec l’actionneur de soupape d'admission 50 d’autre part.
[0060] Avantageusement, l’entretoise de découplage thermique 13 est réalisée dans un matériau à faible conductivité thermique tel que l’oxyde de zirconium.
[0061] On remarque - particulièrement en figures 1 et 2 - que la partie inférieure de
l’entretoise de découplage thermique 13 peut former un écran thermique d'entretoise 20 qui protège l’actionneur de soupape d’admission 50 de la chaleur émise par le gaz de travail 37, ce dernier circulant à haute température dans le conduit d’admission 3 que forme le corps de plénum 2.
[0062] On note que la protection thermique de l’actionneur de soupape d'admission 50 que constitue l’écran thermique d’entretoise 20 peut s’ajouter ou se substituer à un circuit de refroidissement de corps d'actionneur 69 particulièrement visible en figures 1 et 2, que peut comporter l’actionneur de soupape d'admission 50 en sa partie inférieure.
[0063] En figures 1 à 3, on a montré que les moyens de contention 17 peuvent être
constitués d’au moins une plaque de contention d'actionneur 41 maintenue plaquée contre l’actionneur de soupape d'admission 50 par au moins un tirant de plaque 43 et par l’intermédiaire d’au moins une butée de plaque 42.
[0064] Ainsi, l’actionneur de soupape d'admission 50 est maintenu plaqué sur le corps de plénum 2 par l’intermédiaire d’une face d'appui d'actionneur 12 que présente l’orifice d'actionneur 8, ceci tandis que l’extrémité troncosphérique côté brûleur 5 est maintenue plaquée sur la surface troncosphérique complémentaire côté brûleur 14 et/ou que l’extrémité troncosphérique côté culasse 7 est maintenue plaquée sur la surface tronco sphérique complémentaire côté culasse 15.
[0065] Comme montré en figures 1 à 3, on remarque que la butée de plaque 42 peut être fixe ou articulée, et être constituée d’une ou plusieurs pièces intercalées ou juxtaposées. On remarque d’ailleurs en figure 3 que deux plaques de contention d'actionneur 41 peuvent être reliées entre-elles par des tirants de plaque 43, la première dite plaque 41 maintenant plaqué un premier actionneur de soupape d'admission 50 sur un premier plénum articulé 1 coopérant avec la culasse supérieure de détendeur 33 tandis que la deuxième dite plaque 41 maintient plaqué un deuxième actionneur de soupape d'admission 50 sur un deuxième plénum articulé 1 coopérant avec la culasse inférieure de détendeur 34.
[0066] La figure 1 montre que les moyens de contention 17 peuvent également être
constitués d’au moins un étau de contention de plénum côté brûleur 71 qui appuie directement ou indirectement - au voisinage de l’orifice d'entrée de plénum 4 et en direction de ce dernier - sur le corps de plénum 2 par l’intermédiaire d’au moins une surface d’appui d'étau 65.
[0067] On note qu’il peut être prévu qu’un même étau de contention de plénum côté brûleur 71 plaque simultanément les extrémités troncosphériques côté brûleur 5 respectives de deux plénums articulés 1 sur les surfaces troncosphériques complémentaires côté brûleur 14 avec lesquelles elles coopèrent, le premier plénum articulé 1 coopérant avec la culasse supérieure de détendeur 33 tandis que le deuxième plénum articulé 1 coopère avec la culasse inférieure de détendeur 34.
[0068] Comme l’illustre particulièrement la figure 1, on remarque que l’effort de contention qu’exerce l’étau de contention de plénum côté brûleur 71 sur le ou les plénums articulés 1 avec le ou lesquels il coopère peut avantageusement être réglé au moyen d’un écrou de réglage d’effort d'étau 73 qui comprime un ressort d'étau de contention de plénum 72.
FONCTIONNEMENT DE L’INVENTION:
[0069] Le fonctionnement du plénum articulé 1 selon l’invention se comprend aisément à la vue des figures 1 à 3.
[0070] Pour détailler ledit fonctionnement, le plénum articulé 1 est montré en figures 1 à 3 tel qu’il peut être mis en œuvre sur le moteur thermique à transfert-détente et régénération 30 objet du brevet W02016/120560 appartenant au demandeur, lequel est ici perfectionné en ce qu’il est constitué d’un cylindre détendeur à double effet à support adaptatif tel que décrit dans le brevet WO2017/046479 qui appartient également au demandeur et qui permet à l’ensemble cylindre-culasses de détendeur 35 dudit moteur 30 de se dilater librement sous l’effet de la température.
[0071] On remarque également en figures 1 à 3 que le moteur thermique à transfert-détente et régénération 30 reçoit le système de refroidissement régénératif objet du brevet WO2018/154214 appartenant également au demandeur, prévu à titre de perfec tionnement dudit moteur 30.
[0072] Ainsi, on notera en figures 1 à 3 la présence d’une enceinte de refroidissement 47 et d’un espace de circulation des gaz 44, ces organes 47, 44 étant caractéristiques du système de refroidissement régénératif objet du brevet WO2018/154214.
[0073] La figure 3 est une vue d’ensemble du moteur thermique à transfert-détente et régénération 30 tel qu’il peut être prévu pour recevoir le plénum articulé 1 suivant l’invention.
[0074] Sur ladite figure 3, on remarque le piston à double effet de détendeur 31 qui peut se déplacer en translation longitudinale dans un cylindre de détendeur 32 dont l’extrémité supérieure est obturée par une culasse supérieure de détendeur 33 tandis que son extrémité inférieure est obturée par une culasse inférieure de détendeur 34. Ainsi, ledit cylindre 32 forme avec lesdites culasses 33, 34 un ensemble cylindre-culasses de détendeur 35.
[0075] On note en figure 3 que le moteur thermique à transfert-détente et régénération 30 comprend un compresseur 36 qui comprime un gaz de travail 37. Ledit gaz 37 est destiné à être détendu dans le cylindre de détendeur 32 après avoir été préchauffé dans un échangeur thermique de régénération 38, puis surchauffé par une source de chaleur 39 qui, en l’occurrence et selon l’exemple non-limitatif exposé ici pour illustrer le fonctionnement du plénum articulé 1 suivant l’invention, est un brûleur connu en soi.
[0076] En se détendant, le gaz de travail 37 produit sur le piston à double effet de détendeur 31 un travail mécanique qui est transmis à un arbre de sortie de puissance 40 logé dans un carter de transmission 45.
[0077] On remarque que le gaz de travail 37 est acheminé depuis la source de chaleur 39 jusqu’au cylindre de détendeur 32 successivement via un conduit de sortie brûleur 46 puis via le conduit d’admission 3 que constitue le corps de plénum 2 du plénum articulé 1 suivant l’invention.
[0078] On remarque en figures 1 à 3 l’actionneur de soupape d'admission 50 qui pilote la soupape d'admission 10 et qui n’est autre qu’un actionneur hydraulique de soupape à régénération 51 tel que décrit dans la demande de brevet français N° 1759206 du 2 octobre 2017 qui appartient au demandeur. En figure 3, on remarque le moteur hydraulique de fermeture et régénération 70 dont fait état ladite demande de brevet.
[0079] Particulièrement en figures 1 et 2, on reconnaît les principaux constituants de
G actionneur hydraulique de soupape à régénération 51 que décrit la demande de brevet français N°1759206. Parmi ces constituants, on retrouve un vérin d’ actionneur 52 qui comprend un piston de vérin d’ actionneur 53 pour former une chambre hydraulique d’ actionneur 54. L’introduction d’un fluide hydraulique dans ladite chambre hydraulique 54 ou son expulsion depuis ladite chambre 54 s’opère selon cet exemple non-limitatif de réalisation au moyen de vannes hydrauliques tubulaire 55 pilotées par un actionneur de vanne à solénoïde 56.
[0080] On remarque que le piston de vérin d’ actionneur 53 agit sur la queue de soupape 11 de la soupape d'admission 10 par l’intermédiaire d’une came-levier de levée de soupape 57 qui est reliée à ladite queue de soupape 11 par une liaison pivot de came- levier 58.
[0081] La came-levier de levée de soupape 57 repose sur un plateau de roulement- glissement de came-levier 59 avec lequel elle réagit pour lever ou reposer la soupape d'admission 10.
[0082] On note qu’un arceau d'orientation de came-levier 60 peut avantageusement
conserver son orientation à la came-levier de levée de soupape 57 selon un axe parallèle à la queue de soupape 11.
[0083] Les figures 1 et 2 montrent également le vérin de rappel de soupape 61 qui rappelle la soupape d'admission 10 vers son siège, ledit vérin 61 étant notamment constitué d’un piston de vérin de rappel de soupape 62 pour former une chambre hydraulique de vérin de rappel de soupape 63. [0084] Sous le plateau de roulement-glissement de came-levier 59, on remarque également le vérin de rattrapage de jeu 64 qui compense les déformations et les dilatations des différents composants qui constituent l’actionneur hydraulique de soupape à régénération 51, ceci pour conférer à ce dernier un fonctionnement adéquat quelles que soient les sollicitations mécaniques et thermiques auxquelles il est soumis.
[0085] Nous supposerons ici que l’ensemble cylindre-culasses de détendeur 35 est maintenu à une température de sept cents degrés Celsius par l’enceinte de refroidissement 47 que prévoit le système de refroidissement régénératif objet du brevet WO2018/154214, cependant que le gaz de travail 37 sort de la source de chaleur 39 à une température de mille trois cents degrés Celsius.
[0086] Nous supposerons également qu’ avantageusement et grâce audit système de refroidissement régénératif, l’ensemble cylindre-culasses de détendeur 35 est réalisé en fonte, matériau notoirement utilisé dans la motorisation, que cette dernière soit par exemple destinée à une automobile, à un camion ou à un navire.
[0087] Nous supposerons également ici que le conduit de sortie brûleur 46 et le corps de plénum 2 du plénum articulé 1 suivant l’invention sont réalisés en carbure de silicium dont la température de fonctionnement est égale à celle du gaz de travail 37 sortant de la source de chaleur 39, c’est-à-dire mille trois cents degrés Celsius selon l’exemple pris ici à titre non-limitatif.
[0088] La soupape d'admission 10 quant à elle est ici réalisée en nitrure de silicium
s’agissant de sa partie la plus proche du siège de soupape 9 avec lequel elle coopère, et en acier s’agissant de la partie de sa queue de soupape 11 qui pénètre à l’intérieur de l’actionneur de soupape d’admission 50 et qui coopère avec la came-levier de levée de soupape 57.
[0089] On notera que la partie de la soupape d'admission 10 qui est réalisée en nitrure de silicium est portée en fonctionnement à une température principalement proche de mille trois cents degrés Celsius, tandis que la partie de la queue de soupape 11 qui est faite d’acier est portée en fonctionnement à une température principalement proche de cent degrés Celsius. On peut ici préciser que la partie de la queue de soupape 11 faite d’acier est avantageusement montée frettée sur la partie de ladite queue 11 faite de nitrure de silicium.
[0090] On comprend que lorsque l’ensemble cylindre-culasses de détendeur 35 se dilate sous l’effet de sa température de fonctionnement qui est voisine de sept cents degrés Celsius, et que le corps de plénum 2 et le conduit de sortie brûleur 46 en font de même lorsqu’ils sont soumis à une température de l’ordre de mille trois cents degrés Celsius, la distance qui sépare l’extrémité troncosphérique côté brûleur 5 de l’extrémité tronco- sphérique côté culasse 7 d’un même plénum articulé 1 s’accroît.
[0091] Ceci vaut pour chaque plénum articulé 1 tel que représenté en figure 3. On déduit aisément de cette augmentation de distance et des différentes dilatations qui viennent d’être évoquées que l’orientation desdits plénums articulés 1 varie par rapport à la culasse supérieure de détendeur 33 ou la culasse inférieure de détendeur 34 avec laquelle ils coopèrent d’une part, et par rapport au conduit de sortie brûleur 46 sur lequel ils se raccordent de façon étanche d’autre part.
[0092] Cette variation d’orientation relative desdits plénums 1 est rendue possible par le plénum articulé 1 suivant l’invention grâce à l’extrémité troncosphérique côté brûleur 5 qui forme une première liaison rotule étanche 16 avec la surface troncosphérique complémentaire côté brûleur 14 qui lui fait face. Ladite variation est également rendue possible grâce à l’extrémité troncosphérique côté culasse 7 qui forme une deuxième liaison rotule étanche 16 avec la surface troncosphérique complémentaire côté culasse 15 qui lui fait également face.
[0093] Ainsi, le plénum articulé 1 suivant l’invention s’adapte automatiquement aux va riations de la distance entre la culasse supérieure de détendeur 33 et la culasse inférieure de détendeur 34, et entre lesdites culasses 33, 34 et le conduit de sortie brûleur 46 auquel elles sont reliées par l’intermédiaire du corps de plénum 2 avec lequel elles coopèrent.
[0094] On remarque en figure 3 que les quatre actionneurs de soupape d'admission 50 que comporte le moteur thermique à transfert-détente et régénération 30 sont portés chacun par un corps de plénum 2 sur lequel lesdits actionneurs 50 prennent appui chacun par l’intermédiaire d’une face d'appui d'actionneur 12 que présente l’orifice d'actionneur 8 avec lequel ils coopèrent.
[0095] On remarque en figures 1 à 3 qu’une entretoise de découplage thermique 13
s’intercale avantageusement entre l’actionneur de soupape d’admission 50 et le corps de plénum 2 qui le porte.
[0096] L’entretoise de découplage thermique 13 est selon cet exemple non-limitatif réalisée dans un matériau à faible conductivité thermique tel que l’oxyde de zirconium, tandis que sa partie inférieure forme un écran thermique d'entretoise 20 qui protège l’actionneur de soupape d'admission 50 de la chaleur émise par le gaz de travail 37 qui circule à haute température dans le conduit d’admission 3 que forme le corps de plénum 2.
[0097] On remarque en figures 1 et 2 qu’à la protection thermique de l’actionneur de
soupape d'admission 50 que constitue l’écran thermique d'entretoise 20 s’ajoute un circuit de refroidissement de corps d'actionneur 69 dans lequel circule un fluide ca- loporteur tel qu’un mélange d’eau et de glycol maintenu à une température voisine de cent degrés Celsius.
[0098] En figures 1 à 3, on a montré les moyens de contention 17 qui permettent d’une part, de maintenir l’actionneur de soupape d'admission 50 plaqué de manière étanche sur le corps de plénum 2 avec lequel il coopère, et d’autre part, de maintenir plaquée l’extrémité troncosphérique côté culasse 7 sur la surface troncosphérique complémentaire côté culasse 15 avec laquelle coopère ladite extrémité 7, ceci tout en maintenant plaquée l’extrémité troncosphérique côté brûleur 5 avec la surface troncosphérique complémentaire côté brûleur 14 avec laquelle coopère ladite extrémité 5.
[0099] En figures 1 à 3, on remarque que les moyens de contention 17 qui maintiennent plaqué l’actionneur de soupape d'admission 50 sur le corps de plénum 2 d’une part, et l’extrémité troncosphérique côté culasse 7 sur la surface troncosphérique complé mentaire côté culasse 15 d’autre part, prennent la forme d’une plaque de contention d'actionneur 41 qui exerce un effort de placage sur l’actionneur de soupape d'admission 50 en direction du corps de plénum 2 par l’intermédiaire d’une butée de plaque 42 qui est ici articulée et constituée de plusieurs pièces intercalées.
[0100] On remarque en figure 3 que deux plaques de contention d'actionneur 41 sont reliées entre-elles par des tirants de plaque 43, la première dite plaque 41 maintenant plaqué un actionneur de soupape d'admission 50 sur un plénum articulé 1 qui coopère avec la culasse supérieure de détendeur 33 tandis que la deuxième dite plaque 41 maintient plaqué un autre actionneur de soupape d'admission 50 sur un autre plénum articulé 1 qui coopère avec la culasse inférieure de détendeur 34.
[0101] En figure 1, on remarque que les moyens de contention 17 comportent aussi un étau de contention de plénum côté brûleur 71 qui appuie - au voisinage de l’orifice d'entrée de plénum 4 et en direction de ce dernier - sur le corps de plénum 2 par l’intermédiaire d’au moins une surface d'appui d'étau 65 qui prend ici la forme d’une liaison rotule.
[0102] Avantageusement, le même étau de contention de plénum côté brûleur 71 plaque simultanément les extrémités troncosphériques côté brûleur 5 respectives des deux plénums articulés 1 que comporte un même ensemble cylindre-culasses de détendeur 35 sur les surfaces troncosphériques complémentaires côté brûleur 14 avec lesquelles elles coopèrent, le premier plénum articulé 1 coopérant avec la culasse supérieure de détendeur 33 tandis que le deuxième plénum articulé 1 coopère avec la culasse inférieure de détendeur 34.
[0103] Comme l’illustre la figure 1, l’effort de contention qu’exerce l’étau de contention de plénum côté brûleur 71 sur les plénums articulés 1 avec lesquels il coopère est ici et selon cet exemple non-limitatif réglable au moyen d’un écrou de réglage d'effort d'étau 73, ce dernier comprimant un ressort d'étau de contention de plénum 72 qui garantit une faible variation de l’effort de placage exercé par l’étau de contention de plénum côté brûleur 71 sur les plénums articulés 1 avec lesquels il coopère quelle que soit la dilatation des différents composants qu’enserre ledit étau 71.
[0104] Au même titre que l’ensemble cylindre-culasses de détendeur 35, les plénums
articulés 1 et le conduit de sortie brûleur 46 avec lequel coopère ledit ensemble 35 se dilatent, entretoise de découplage thermique 13 et l’extrémité faite de nitrure de silicium de la soupape d'admission 10 se dilatent dans toutes les directions, voire se déforment sous l’effet des contraintes mécaniques et thermiques.
[0105] En outre, les tolérances de fabrication des différents composants 35, 1, 46, 13, 10 qui viennent d’être énumérés font que le positionnement de l’actionneur de soupape d'admission 50 par rapport à celui du siège de soupape 9 aménagé au niveau de l’orifice de sortie de plénum 6 varie en fonction des conditions de fonctionnement du moteur thermique à transfert-détente et régénération 30.
[0106] Pour autant, il faut garantir que la soupape d'admission 10 se repose toujours convenablement et de façon étanche sur le siège de soupape 9 qui est - selon l’exemple non- limitatif pris ici pour illustrer le fonctionnement du plénum articulé 1 selon l’invention - réalisé à l’intérieur du corps de plénum 2.
[0107] La position relative de l’actionneur de soupape d'admission 50 par rapport à celle du siège de soupape 9 étant variable, le plénum articulé 1 suivant l’invention prévoit que le siège de soupape 9 présente une surface troncosphérique complémentaire côté siège 18 qui est ici prévue conique, ladite surface 18 coopérant avec une portée troncosphérique côté soupape 19 aménagée à l’extrémité de la soupape d'admission 10 de sorte que cette dernière peut s’orienter par rapport au plénum articulé 1 selon un angle limité, tout en réalisant dans tous les cas une étanchéité avec le siège de soupape 9 avec lequel elle coopère.
[0108] C’est pour cette raison que la queue de soupape 11 de la soupape d'admission 10 coopère avec une rotule de guidage supérieur de queue de soupape 66 aménagée dans l’actionneur de soupape d’admission 50, ladite queue 11 pouvant translater selon son axe longitudinal dans ladite rotule 66 tandis que cette dernière permet à ladite soupape 10 de s’orienter selon un angle limité par rapport à l’actionneur de soupape d'admission 50 qui la pilote.
[0109] En outre les figures 1 et 2 montrent que la queue de soupape 11 peut translater selon son axe longitudinal dans un porte-joint de queue de soupape à mémoire de position 67 qui est aménagée dans l’actionneur de soupape d'admission 50.
[0110] Le porte-joint de queue de soupape à mémoire de position 67 peut se déplacer ra- dialement par rapport audit actionneur 50 lorsque la queue de soupape 11 exerce sur lui un effort radial. On remarque en figures 1 et 2 que ledit porte-joint 67 comporte d’une part, un joint de queue de soupape 74 qui forme une étanchéité entre lui-même et la queue de soupape 11 et d’autre part, un joint de porte joint 75 qui forme une étanchéité entre ledit porte-joint 67 et l’actionneur de soupape d'admission 50.
[0111] Sur les figures 1 et 2, on remarque que le porte-joint de queue de soupape à mémoire de position 67 est maintenu plaqué contre l’actionneur de soupape d'admission 50 par un ressort de porte-joint de queue de soupape 68 qui est ici constitué d’un empilement de rondelles élastiques.
[0112] On remarque que l’effort de placage exercé par ledit ressort 68 sur ledit porte-joint 67 tend à maintenir ce dernier en position par rapport à l’actionneur de soupape d'admission 50 par friction, ceci sans lui interdire de se déplacer lorsque la queue de soupape 11 lui imprime un effort radial d’intensité suffisante.
[0113] Le dispositif de réorientation de la soupape d'admission 10 que constitue l’ensemble des moyens qui vient d’être décrit permet au corps de plénum 2 de se déformer et de se dilater, à l’extrémité faite de nitrure de silicium de la soupape d'admission 10 de s’allonger, et aux jeux trouvés d’une part entre l’entretoise de découplage thermique 13 et l’actionneur de soupape d'admission 50 et d’autre part entre ladite entretoise 13 et l’orifice d'actionneur 8 d’être rattrapés sans que jamais ne soit compromise l’étanchéité que forme la soupape d'admission 10 avec le siège de soupape 9 avec lequel elle coopère.
[0114] En effet, lorsque du fait de dilatations, de déformations ou de rattrapage de jeux la soupape d'admission 10 après s’être ouverte ne se retrouve plus exactement dans l’axe du siège de soupape 9 avec lequel elle coopère, à la fermeture de ladite soupape 10 un côté seulement de sa portée troncosphérique côté soupape 19 bute d’abord sur le siège de soupape 9 qui en l’occurrence est conique.
[0115] La soupape d'admission 10 poursuivant sa fermeture, le cône que forme le siège de soupape 9 ramène la portée troncosphérique côté soupape 19 au centre dudit siège 9 au fur et à mesure que se ferme la soupape d'admission 10.
[0116] Ce faisant, la queue de soupape 11 exerce un effort radial sur le porte-joint de queue de soupape à mémoire de position 67 de sorte que ce dernier se déplace radialement par rapport à l’actionneur de soupape d'admission 50, ce qu’autorise la rotule de guidage supérieur de queue de soupape 66.
[0117] A l’ouverture suivante de la soupape d'admission 10, comme l’effort de placage exercé par le ressort de porte-joint de queue de soupape 68 sur le porte-joint de queue de soupape à mémoire de position 67 freine ce dernier par rapport à l’actionneur de soupape d'admission 50, ledit porte-joint 67 conserve l’orientation de la soupape d'admission 10 par rapport audit actionneur 50 jusqu’à la fermeture suivante de ladite soupape 10.
[0118] Ainsi, la soupape d'admission 10 est maintenue de proche en proche toujours dans l’axe du siège de soupape 9 avec lequel elle coopère, ceci sans empêcher les différentes pièces constitutives du plénum articulé 1 suivant l’invention ou du moteur thermique à transfert-détente et régénération 30 de se déformer et/ou de se dilater librement, au gré des contraintes de fonctionnement dudit moteur 30.
[0119] On note d’ailleurs que cette stratégie de maintient en bonne orientation de la soupape d’admission 10 se combine avantageusement avec le rattrapage de jeu opéré par le vérin de rattrapage de jeu 64, ledit rattrapage de jeu étant précisément décrit dans la demande de brevet français N°1759206 du 2 octobre 2017 appartenant au demandeur.
[0120] Les possibilités du plénum articulé 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
[Revendication 1] Plénum articulé (1) prévu pour un moteur thermique à transfert-détente et régénération (30) dont le piston à double effet de détendeur (31) se déplace dans un cylindre de détendeur (32) ce dernier constituant avec une culasse supérieure de détendeur (33) et une culasse inférieure de détendeur (34) un ensemble cylindre-culasses de détendeur (35), ledit moteur (30) comprenant un compresseur (36) qui comprime un gaz de travail (37) avant de l’expulser dans un échangeur thermique de régénération (38) dans lequel ledit gaz (37) est préchauffé tandis qu’au sortir dudit échangeur (38) ledit gaz (37) est surchauffé par une source de chaleur (39) avant d’être introduit - via un conduit de sortie brûleur (46) puis un conduit d’admission (3) et par une soupape d'admission (10) pilotée par un actionneur de soupape d’admission (50) - dans le cylindre de détendeur (32) pour y être détendu et produire un travail sur un arbre de sortie de puissance (40), ledit gaz (37) étant ensuite expulsé du cylindre de détendeur (32) avant d’être à nouveau introduit dans l’échangeur thermique de régénération (38) pour y être refroidi en cédant une partie de sa chaleur au gaz de travail (37) qui entre dans ledit échangeur (38) pour y être préchauffé, ledit plénum (1) étant caractérisé en ce qu’ilcomprend :
• Un corps de plénum (2) creux qui forme le conduit
d’admission (3) et qui comprend un orifice d'entrée de plénum (4) qui communique avec la source de chaleur (39), un orifice de sortie de plénum (6) qui débouche dans le cylindre de détendeur (32) via soit la culasse supérieure de détendeur (33) soit la culasse inférieure de détendeur (34), et un orifice d'actionneur (8) qui reçoit F actionneur de soupape d'admission (50) ;
• Une extrémité troncosphérique côté brûleur (5) aménagée au niveau de l’orifice d'entrée de plénum (4), ladite extrémité (5) formant une liaison rotule étanche (16) avec une surface troncosphérique complémentaire côté brûleur (14) aménagée à l’extérieur du conduit de sortie brûleur (46) ;
• Une extrémité troncosphérique côté culasse (7) aménagée au niveau de l’orifice de sortie de plénum (6), ladite extrémité (7) formant une liaison rotule étanche (16) avec une surface troncosphérique complémentaire côté culasse (15) aménagée à l’extérieur de la culasse supérieure de détendeur (33) ou de la culasse inférieure de détendeur (34) ;
• Un siège de soupape (9) aménagé au voisinage de l’orifice de sortie de plénum (6), la soupape d'admission (10) pouvant reposer sur ledit siège (9) pour obturer ledit orifice (6);
• Des moyens de contention (17) qui d’une part, maintiennent l’extrémité troncosphérique côté brûleur (5) plaquée sur la surface troncosphérique complémentaire côté brûleur (14), et qui d’autre part, maintiennent l’extrémité troncosphérique côté culasse (7) plaquée sur la surface troncosphérique complémentaire côté culasse (15).
[Revendication 2] Plénum articulé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le siège de soupape (9) présente une surface troncosphérique complé mentaire côté siège (18) qui coopère avec une portée troncosphérique côté soupape (19) aménagée à l’extrémité de la soupape d'admission (10), ladite surface (18) et ladite portée (19) formant une liaison rotule étanche (16) lorsqu’elles sont au contact l’une de l’autre.
[Revendication 3] Plénum articulé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la soupape d'admission (10) comprend une queue de soupape (11) qui peut translater selon son axe longitudinal dans ou avec une rotule de guidage supérieur de queue de soupape (66) logée dans l’actionneur de soupape d'admission (50), ladite rotule (66) permettant à ladite soupape (10) de s’orienter selon un angle limité par rapport audit actionneur (50).
[Revendication 4] Plénum articulé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la queue de soupape (11) peut translater selon son axe longitudinal dans un porte-joint de queue de soupape à mémoire de position (67) qui est logé dans G actionneur de soupape d'admission (50), ledit porte-joint (67) pouvant se déplacer radialement par rapport audit actionneur (50) et comportant un joint de queue de soupape (74) qui forme une étanchéité entre ledit porte-joint (67) et la queue de soupape (11) tandis que ledit porte-joint (67) comporte également un joint de porte joint (75) qui forme une étanchéité entre ledit porte-joint (67) et l’actionneur de soupape d'admission (50).
[Revendication 5] Plénum articulé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le porte-joint de queue de soupape à mémoire de position (67) est maintenu plaqué contre G actionneur de soupape d’admission (50) par un ressort de porte-joint de queue de soupape (68).
[Revendication 6] Plénum articulé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de plénum (2) reçoit l’actionneur de soupape d'admission (50) par l’intermédiaire d’une entretoise de découplage thermique (13) qui réalise une étanchéité et un centrage avec le corps de plénum (2) d’une part, et avec l’actionneur de soupape d'admission (50) d’autre part.
[Revendication 7] Plénum articulé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de contention (17) sont constitués d’au moins une plaque de contention d'actionneur (41) maintenue plaquée contre l’actionneur de soupape d'admission (50) par au moins un tirant de plaque (43) et par l’intermédiaire d’au moins une butée de plaque (42), de sorte que ledit actionneur (50) est à son tour maintenu plaqué sur le corps de plénum (2) par l’intermédiaire d’une face d'appui d'actionneur (12) que présente l’orifice d'actionneur (8), et de sorte que l’extrémité troncosphérique côté brûleur (5) est maintenue plaquée sur la surface troncosphérique complémentaire côté brûleur (14) et/ou que l’extrémité troncosphérique côté culasse (7) est maintenue plaquée sur la surface troncosphérique complémentaire côté culasse (15).
[Revendication 8] Plénum articulé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de contention (17) sont constitués d’au moins un étau de contention de plénum côté brûleur (71) qui appuie directement ou indirectement - au voisinage de l’orifice d'entrée de plénum (4) et en direction de ce dernier - sur le corps de plénum (2) par l’intermédiaire d’au moins une surface d'appui d'étau (65).
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