Brevet FR2450342A1 — publié le 19800926

Le cycle de Carnot comprenant deux isothermes et deux adiabatiques est pratiquement inutilisable à cause du faible écart entre les adiabatiques et les isothermes, imposant des pressions excessives pour obtenir une pression moyenne utile. Tous les cycles comportant deux isothermes reliées par des évolutions ayant des échanges calorifiques égaux et opposés ont le mS- me rendement que le cycle de Carnot. Isothermes reliées par des évolutions globalement adiabatiques. La plus simple de ces évolutions symétriques est le chauffage et le refroidissement dans un échangeur à accumulation sans communication thermique avec l'extérieur. Parmi les cycles utilisant le chauffage et le refroidissement intermédiaires les Stirling et Ericson sont les cas simples utilisés depuis le début du UXème siècle : le Stirling a ses isothermes raccordées par des évolutions thermiques à volume constant, l'Ericson a ses isothermes raccordées par des évolutions thermiques à pression constante. Tous ces cycles à rendement maximum ont une nécessité commune réaliser le passage d'une isotherme à l'autre par une dilatation et non par une compression et une détente. La compression et la détente isothermes nécessitent la présence de deux échangeurs de chaleur dans le cycle. L'échangeur de comme pression réalisant la source froide, l'échangeur de détente réa- lisant la source chaude. Le raccordement par évolution thermique globalement adiabatique des deux isothermes impose un échangeur isolé à accumulation sans cormunication avec I'extérieur autre que celle assurant le passage du gaz du cycle : est un régénérateur. Le gaz du cycle est donc nécessairement soumis à deux actions t Une compression et une détente isothermes comme effet du mouvement de piston et du passage dans les échangeurs, un déplacement du gaz souslaction du déplaceur déphasé avec le mouvement du piston imposant son passage dans les conditions les meilleures dans les trois échangeurs précités. La partie essentielle de la détermination du moteur à dilatation est donc celle des trois échangeurs et du mode de déplacement du gaz du cycle. Outre le rendement élevé et la grande puissance massique un effet secondaire d'une grande importance pratique est d'obtenir, par la combinaison judicieuse des trois échangeurs, du volume du gaz, du cycle et de son type de déplacement une pression maxima de l'or- dre de trois fois la valeur de la pression moyenne indiquée. Il en résulte de grandes puissances massiques avec des mécanismes soumis à de faibles cargues. Afin de réduire effet des espaces morts et du volume interne des échangeurs il est nécessaire que le volume engendré sur le déplaceur soit très supérieur au déplacement du piston. A la limite, avec un volume ddplacé infini, les isothermes seraient des droites et le cycle serait rectangulaire. L'invention objet du présent brevet concerne les moyens de réalisation d'un moteur à dilatation. L'invention est caractérisée en ce que le déplaceur est commandé hydrauliquement à partir du piston. L'invention est caractérisée également en ce que le mouvement du ddplaceur par rapport au piston sous l'effet de la commande hydraulique est déphasé de sensiblement lr en avance sur le mouvement du dit piston. Ainsi le déplaceur est à sa distance maxima par rapport au piston lorsque ce dernier est environ a mi-course. La commande hydraulique du déplaceur est caractérisée en ce qutel le agit en opposition avec un piston pneumatique, dont les dimensions sont telles qu'il agit pour maintenir une pression positive sur le liquide, d & a commande, hydraulique. La commande hydraulique du déplaceur.selon l'invention est carac térisée en ce qu'elle reçoit son mouvement d'un cylindre hydraulique formant bielle dont la tête est concentrique la telle de bielle du piston moteur et dont I'extrémité est fixée au carter avec un angle d'avance correspondant à angle de phase choisi. D'autres caractéristiques de l'invention seront précisées au cour de la descrition qui suit donnée uniquement à titre d'exemple de réalisation. La figure 1 est une coupe par un plan perpendiculaire à l'axe du vilebrequin et contenant l'axe d'un cylindre d'un moteur à dilatation selon l'invention. La figure 2 est la coupe développée par un plan contenant l'axe de la soie de vilebrequin du cylindre bielle, de la bielle, partiellement du piston et du cylindre hydraulique de commande du déplaceur. Aux figures 1 et 2 le vilebrequin 1 reçoit son mouvement de la bielle 2 par l'intermédiaire de la soie 3. Sur la soie 3 s'articule également selon l'invention la tête du cylindre bielle 4 dont le piston 5 s'articule en 6 sur le carter. Selon l'invention la position de 6 est telle par rapport à l'axe 7 de déplacement de l'ensemble piston déplaceur qutelle constitue l'angle de phase de déplacement du ddplaceur parrapportaupiion qui constitue un élément essentiel de la réalisation du moteur à di Tr latation. Dans l'exemple représenté l'avance de phase est 2 Le piston 8 se déplace dans le cylindre 9 par l'action de la bielle 2 sur son axe 10. Sur le piston 8 et coaxialement est fixé le piston-cylindre 11 qui forme cylindre hydraulique par son alésage intérieur et piston pneumatique par sa tête 12. La base 13 du déplaceur comporte selon l'invention au moins une partie extérieure cônique.Elle porte à son centre le cylindre pneumatique 14 dont le fond intérieur 15 porte le piston hydraulique 16 coulissant dans le cylindre 11. Le corps 17 du déplaceur se raccorde selon l'invention sur sa base 13 au niveau de la gorge du segment d'étanchéité 18 près de la grande base du cône, Le cylindre 9 porte à sa partie supérieure le cône 19 de même angle que celui de la base 13 du déplaceur dans ce cône sont places selon l'invention les conduits 2);e nassagedu gaz du cycle avec la source froide. A la partie inférieure de des conduits 20 est disposé selon l'invention l'anneau 21 de fixation du cylindre capacité 22 dans lequel évolue le déplaceur 13 - 17. Selon l'invention, l'air de combustion arrive coaxialement au cylindre en 23 après passage dans le brûleur 34 qui recoit le combustible les gaz chauds passent dans l'échangeur 24 constituant la source chaude. Cet échangeur 24 est disposé, selon l'invention annulairement autour du cylindre 22 et est traversé axialement par les gaz de combustion et le gaz du cycle. Selon l'invention l'échangeur 24 est constitué par des nappes de tubes courbées telles que représentées en 25 dans une coupe partielle rabattue de manière telle que la distance entre les tubes soit constante afin que les gaz brulés aient un échange constant en tout points du faisceau, ou tout dispositifs de tôles embouties soudées équivalent. Les tubes des nappes 25 se raccordent surla plaque tubulaire 26. Les gaz de combustion chauds sont guidés dans l'enveloppe 27 et sortent par le collecteur 28. L'enveloppe annulaire 29 raccordée d'une manière étanche à la plaque tubulaire 26 contient le régénérateur 30 qui peut Entre constitué par exemple par un feutre de iils réfractaires fins, puis le réfrigérant final à eau 31 constituant la source froide. ;'eau de refroidissement arrive en 32 et sort en 33. flans 1 exemple représenté la course du déplaceur est 15 fois celle du piston et sa section est double de sorte que son déplacement est le triple de celui du piston, ce qui permet malgré le volume interne des échangeurs d'obtenir une pression maxi sensiblement égale à trois fois la pression moyenne du cycle, ce qui constitue une caractéristique importante du moteur à dilatation. Cela permet en outre d'avoir un faible rapport de pression de détente sous l'effet relativement faible du déplacement du piston d'où une très faible variation de température, ce qui permet d't- tre très près des isotherm es théoriques donc, joint à de iaibles pertes dans les échangeurs, d'obtenir un rendement interne plus élevé. Pour obtenir une course du déplaceur par rapport au piston plus grande que celle du piston par rapport au carter la section du cylindre bielle 4 est à celle du cylindre Il dans le rapport des courses, c'est-à-dire 1,5 dans le cas choisi. La transmission hydraulique du cylindre 4 au cylindre11 se fait par la bielle 2 ainsi qu'il est clairement indiqué à la figure 2. Dans le fonctionnement du moteur à dilatation le volume occupé par le gaz du cycle comprend deux parties : une partie à volume constant et une partie à volume variable correspondant au déplacement du piston qui correspond au maximum au sixième de la partie à volume constant. La pression maxi a lieu quand le maximum du gaz est dans la partie chaude c'est-à-dire à environ mi-course de la détente. La pression mini a lieu quand le maximum du gaz est dans la partie froide c'est à-dire à environ mi-course de la compression qui est la position représentée figure 1. Il va de soi que dans l'ensemble représenté le piston 8 simple comme il est dessiné peut être remplacé par un ensemble de piston crosse ; la tige intermédiaire portant un dispositif d'étanchéité. Bans le cas d'un moteur en barillet le cylindre-bielle est paral lèle à l'axe de rotation et aux bielles. Le plan le contenant passant iar l'axe de rotation fait avec le plan contenant l'axe de cylindre moteur dont il commande le déplaceur et l'axe de rotation un angle égal à l'angle de phase du mouvement du déplaceur. Revendications 1. Moteur à dilatation dont le piston et le déplaceur évoluent dans une enceinte commune coaxiale, caractérisé en ce que la commande du déplaceur se fait hydrauliquement à partir du piston et/ ou en ce que le volume engendré par le déplaceur est sensiblement plus important que le volume engendré par le piston. 2. Moteur à dilatation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le piston hydraulique réalisant la commande du déplaceur agit en antagonisme avec un piston pneumatique. 3. Moteur à dilatation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le liquide transmettant le mouvement hydraulique évolue entre le cylindre moteur et le cylindre récepteur en passant par la bielle. 4. Moteur à dilatation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le cylindre hydraulique moteur a ia tête de son cylindre articulée sur le maneton et la tête de piston articulée en un point fixe solidaire du carter. 5. Moteur à dilatation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le point d'articulation de la tête de piston est situé sur un rayon faisant avec l'axe de mouvement du piston et du déplaceur un angle égal à l'angle de phase du mouvement du déplaceur par rapport au piston. 6. Moteur à dilatation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fond du déplaceur qui reçoit la commande hydraulique comprend au moins une partie cynique. 7. Moteur à dilatation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le déplaceur comprend deux parties dans sa construction qui sont raccordées entre elles vers la grande base du cône au niveau du segment ou dispositif annulaire d'étanchéité. 8. Moteur à dilatation selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'échangeur transmettant la chaleur des gaz brdlés au gaz du cycle est disposé concentriquement à la capacité renfermant le piston et le déplaceur. 9. Moteur à dilatation selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'échangeur suivant la revendication 8 est formé d'une série de nappes d'une seule épaisseur de tubes entre lesquelles circulent les gaz brûlés chauds. 10. Moteur à dilatation selon la revendication 1 caractérisé en ce que les nappes de tubes selon la revendication 9 sont courbées radialement de manière à laisser une distance constante entre elles. 11. Moteur à dilatation selon la revendication 1 caractérisé en ce que la course du déplaceur par rapport au piston est supérieure à la course du piston par rapport au carter. 12. Moteur à dilatation selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour satisfaire la revendication 11 les sections du cylindrebielle moteur et du cylindre piston récepteur sont dans le rapport des courses. 13. Moteur à dilatation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le diamètre du piston étant inférieur au diamètre du déplaceur le raccordement entre les deux alésages se fait par un cane. 14. Moteur à dilatation selon la revendication 1 caractérisé en ce que les canaux de communication entre l'espace froid du cycle et l'échangeur source froide sont radiaux et traversent le cône selon la revendication 13. 15. Moteur à dilatation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le cyclindre contenant le déplaceur se raccorde au cylindre du piston par une partie cylindrique extérieure au cane selon la revendication 13.