FR3132737A1 - Moteur thermique alternatif - Google Patents

Abstract

MOTEUR THERMIQUE ALTERNATIF A CULASSE CHAUDE ET CYLINDRE FROID Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid (1) comprend un carter-cylindre refroidi (5) qui reçoit un cylindre froid (6) revêtu d’un film de lubrifiant (7) et dans lequel translate un piston (2) relié à des moyens de transmission de puissance (3) pour former une chambre chaude de volume variable (11) avec une culasse chaude (10) qui est maintenue plaquée mais libre de se dilater sur ledit carter-cylindre (5) par des moyens de plaquage de culasse (24), tandis qu’une calotte chaude (19) est interposée entre ladite chambre (11) et le piston (2) et est maintenue plaquée mais libre de se dilater sur ledit piston (2) par des moyens de plaquage de calotte (23), le piston (2) comportant un anneau d’étanchéité de piston (37) refroidi qui présente des moyens d’étanchéité de piston (30). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

MOTEUR THERMIQUE ALTERNATIF A CULASSE CHAUDE ET CYLINDRE FROID

La présente invention est relative à un moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid, ledit moteur étant particulièrement adapté à la mise en œuvre du cycle thermodynamique de Brayton à régénération qui est ordinairement réalisée au moyen de compresseurs centrifuges et de turbines.

Les moteurs à cycle de Brayton à régénération comprennent en général des organes séparés dédiés à chacune des phases dudit cycle, lesdites phases ayant lieu continûment et simultanément dans lesdits organes contrairement aux moteurs à combustion interne alternatifs à cycle de Beau de Rochas, de Miller, d’Atkinson ou de Diesel dont les phases sont exécutées successivement dans un seul et même cylindre.

En conséquence, les moteurs à cycle de Brayton à régénération comportent au moins un compresseur, au moins un échangeur de régénération, au moins un brûleur opérant en continu ou une source chaude interne ou externe, et au moins un détendeur.

Confier chaque phase d’un cycle thermodynamique à un organe dédié présente divers avantages. Notamment, la température des parois internes de chaque dit organe peut rester très proche de celle des gaz durant ladite phase.

Par exemple, la température des parois internes du compresseur d’un moteur à cycle de Brayton à régénération peut être maintenue la plus basse possible, ce qui contribue à minimiser le travail de compression et à maximiser le rendement thermodynamique total dudit moteur.

A l’inverse, les parois internes du détendeur dudit moteur étant au contact des gaz chauds en provenance du brûleur, leur température doit être élevée et dans tous les cas, maintenue au plus proche possible de la température moyenne desdits gaz entre le début et la fin de leur détente.

Malgré ces avantages, le rendement thermodynamique maximal des moteurs à compresseurs centrifuges et turbines à cycle de Brayton à régénération n’est en pratique guère plus élevé que celui des moteurs à allumage commandé conventionnels, et au mieux, comparable à celui des moteurs Diesel rapides.

Dans tous les cas, ledit rendement reste inférieur à celui des moteurs Diesel à deux-temps lents de plusieurs dizaines de mégawatts utilisés par exemple pour la propulsion navale ou la production stationnaire d’électricité.

En outre, les moteurs à compresseurs centrifuges et turbines à cycle de Brayton à régénération sont peu adaptés aux faibles puissances, et ne peuvent opérer que sur une plage de puissance restreinte en dehors de laquelle leur rendement baisse drastiquement.

C’est pourquoi les moteurs à compresseurs centrifuges et turbines à cycle de Brayton à régénération sont principalement mis au service d’applications dont le rendement n’est pas l’unique objectif, et qui requièrent par exemple une puissance massique et volumique élevée, de faibles émissions acoustiques et vibratoires, une longue durée de vie, ou une maintenance réduite.

C’est le cas par exemple de certains navires militaires qu’équipe par exemple le moteur à compresseurs centrifuges et turbines à cycle de Brayton à régénération « Rolls-Royce WR-21 », dont le rendement ne dépasse guère quarante pourcent cependant que celui des moteurs Diesel deux-temps lents qui équipent certains navires dépasse cinquante pourcent.

C’est le cas aussi de certains groupes électrogènes opérant le plus souvent en cogénération d’électricité et de chaleur comme la micro turbine « T100 » de la société « Turbec », ou la micro turbine « C65 » de la société « Capstone », dont les rendements électriques sont de l’ordre de vingt-huit à trente pourcent seulement, mais qui ne demandent que peu de maintenance tout en offrant de très longues durées de vie.

L’avantage de ces turbomoteurs est que leur turbine peut supporter des températures de l’ordre de mille trois-cent degrés Celsius. Toutefois, leur rendement thermodynamique total reste limité par celui des compresseurs centrifuges et des turbines qui les constituent, le rendement desdits compresseurs et desdites turbines n’excédant guère quatre-vingt pour cent sur une plage de fonctionnement relativement étroite.

Tenant compte de ce qui précède, il serait particulièrement intéressant de pouvoir remplacer les compresseurs centrifuges et turbines des moteurs à cycle de Brayton à régénération par des machines volumétriques à piston dont le rendement est notoirement plus élevé.

Ceci est par exemple l’objet du brevet N°US4653269 du 31 mars 1987, où la turbine de détente ordinairement trouvée sur les turbomoteurs à cycle de Brayton à régénération, est remplacée par un cylindre détendeur volumétrique à piston.

Toutefois, les calculs démontrent que si les parois internes dudit détendeur volumétrique sont refroidies et maintenues par exemple autour de cent degrés Celsius à l’instar des moteurs alternatifs produits et commercialisés à grande échelle, le rendement thermodynamique d’un moteur à cycle de Brayton à régénération ne peut pas dépasser celui d’un moteur Diesel automobile.

Pour qu’un moteur à cycle de Brayton régénéré à détendeur volumétrique délivre des rendements thermodynamiques très élevés, il est indispensable que les parois internes de son détendeur soient maintenues à une température proche de la température moyenne des gaz détendus dans ledit détendeur.

Par exemple, si les gaz chauds sont introduits dans le détendeur à une température de mille trois-cents degrés Celsius et sont expulsés dudit détendeur en fin de détente à une température de six-cents degrés Celsius, les parois internes dudit détendeur doivent être maintenues approximativement à une température de neuf cent cinquante degrés Celsius.

Le problème, c’est qu’à une telle température, il est impossible de conserver un film d’huile sur les parois du cylindre du détendeur pour lubrifier quelque segment d’étanchéité que ce soit que comporterait un piston de détendeur se déplaçant dans ledit cylindre.

En effet, à partir d’environ cent soixante degrés Celsius, le film d’huile sur le cylindre commence à cokéfier, puis brûle au-delà de deux cent cinquante degrés Celsius.

Produire un moteur à cycle de Brayton à régénération à haut rendement thermodynamique fait donc face à une double impasse.

En effet, soit ledit moteur est constitué de compresseurs centrifuges et de turbines résistantes à haute température, mais en ce cas, le rendement modeste de ces organes ne lui permet pas de dépasser un rendement total équivalent à celui d’un Diesel automobile, soit il est constitué d’un détendeur volumétrique à piston qui, pour être étanche, nécessite un piston muni d’une segmentation glissant sur un film d’huile formé en surface d’un cylindre, ce dernier devant pour cela rester à une température n’excédant pas environ cent-vingt degrés Celsius, ce qui ne permet pas non plus au rendement total dudit moteur d’être compétitif.

Dans ce contexte, il serait avantageux de pouvoir de combiner la faculté des turbines à opérer à haute température avec celle des machines volumétriques à piston à détendre des gaz sous un rendement élevé.

C’est dans cet objectif que le moteur thermique à transfert-détente et régénération selon le brevet WO2016120560 publié le 4 août 2016 et appartenant au demandeur comprend des moyens d’étanchéité de piston sans contact constitués d’un anneau continu perforé gonflable qui, lorsqu’il est soumis à une certaine pression interne, gonfle et s’approche à quelques micromètres du cylindre de détendeur avec lequel il coopère sans toucher ledit cylindre, ceci tout en laissant fuir de l’air comprimé via des orifices calibrés qui le traversent de part en part dans son épaisseur radiale.

Le dispositif d’étanchéité à coussin de fluide qui vient d’être décrit a également fait l’objet du brevet FR 3032252 délivré le 25 mai 2018 et appartenant au demandeur. Ce dispositif permet bien de réaliser une étanchéité sans contact et donc, de ne plus recourir à de l’huile pour lubrifier un segment opérant par contact, et donc de coopérer avec un cylindre de détendeur chaud, maintenu à une température de plusieurs centaines de degrés Celsius.

Dans ce contexte, il devient donc effectivement possible de recourir à un détendeur volumétrique à piston pour réaliser un moteur à cycle de Brayton à régénération, et de maximiser le rendement dudit moteur pour largement surpasser celui des moteurs à cycle de Diesel.

En effet, les calculs et simulations démontrent que le rendement thermodynamique d’un moteur à cycle de Brayton à régénération volumétrique à pistons peut atteindre voire dépasser les soixante-dix pourcent, ce qui en pratique peut déboucher sur la production de moteurs dont le rendement énergétique au frein dépasse soixante pourcent une fois déduites les inévitables irréversibilités thermiques et mécaniques dues à la constitution même desdits moteurs.

Le problème rencontré avec le dispositif d’étanchéité à coussin de fluide du brevet N° FR 3032252 est que la température du cylindre reste encore excessive pour les matériaux disponibles dont peut être constitué l’anneau continu perforé.

En effet, pour que le rendement d’un moteur à cycle de Brayton à régénération volumétrique à pistons soit significativement plus élevé que celui des moteurs Diesel existants, les gaz doivent être introduits dans son détendeur à une température de l’ordre de mille trois-cent degrés Celsius, sous une pression avoisinant les vingt bars.

Il résulte de ces conditions opérationnelles que la température des parois internes du détendeur se stabilise autour de neuf cent cinquante degrés Celsius.

Etant donné que l’anneau continu perforé selon le brevet N° FR 3032252 est proche du cylindre avec lequel il coopère de seulement quelques microns, en pratique, ledit anneau adopte la température d’environ neuf cent cinquante degrés Celsius dudit cylindre.

Or, aucun matériau ne peut à la fois permettre de fabriquer ledit anneau et de supporter une telle température.

Même un superalliage tel que le « Udimet 720 » notamment utilisé en aéronautique et dans l’industrie spatiale et connu pour sa résistance aux températures extrêmes ne peut supporter une telle température sans être sujet au fluage et tout en étant soumis à la contrainte de gonflement qu’impose l’anneau continu perforé du dispositif d’étanchéité à coussin de fluide selon le brevet N° FR 3032252.

C’est notamment pour cette raison et pour recourir à des matériaux plus usuels que les céramiques résistantes à haute température, que le système de refroidissement régénératif selon le brevet N° EP 3585993 publié le 7 avril 2021 et appartenant au demandeur prévoit d’abaisser la température des parois internes du détendeur et notamment du cylindre à des valeurs pratiques de l’ordre de sept-cents degrés Celsius.

Par exemple, le superalliage « Udimet 720 » résiste au fluage à une température de sept-cents degrés Celsius s’il est soumis à une contrainte n’excédant pas deux cent trente méga Pascals.

Le système de refroidissement régénératif selon le brevet N° EP 3585993 prévoit une enceinte de refroidissement qui enveloppe le détendeur tandis qu’est laissé un espace de circulation des gaz entre ladite enceinte et ledit détendeur dans lequel circulent les gaz sortant du détendeur lui-même à une température comprise entre cinq-cents et six-cents degrés Celsius.

Ainsi, selon le système de refroidissement régénératif suivant le brevet N° EP 3585993, les gaz d’échappement du détendeur maintiennent la température des parois internes du détendeur à une température de l’ordre de sept-cents degrés Celsius cependant que la chaleur exportée par lesdits gaz est pour l’essentiel récupérée pour être réintroduite dans le cycle par l’échangeur thermique de régénération que comprend le moteur alternatif à piston à cycle de Brayton à régénération.

Dans ce contexte, le dispositif d’étanchéité à coussin de fluide du brevet FR 3032252 est utilisable avec un anneau continu perforé par exemple réalisé en superalliage « Udimet 720 ».

Toutefois, en contrepartie de cette possibilité, le cylindre et les culasses du moteur alternatif à piston à cycle de Brayton à régénération doivent être faits de matériaux à forte teneur en nickel comme la fonte « Niresist » ce qui, du fait de la forte volatilité et du prix élevé du nickel, représente un inconvénient économique.

Dans tous les cas, on remarque que la température du détendeur reste au moins de six-cents degrés Celsius plus élevée que celle du reste du moteur et notamment, de l’attelage mobile et du carter de transmission dans lequel est logé ledit attelage.

Avantageusement, les dilatations différentielles qui résultent de cet écart de température peuvent notamment être gérées par le cylindre détendeur à double effet à support adaptatif objet du brevet N° EP3350433 délivré le 7 août 2019 et appartenant au demandeur.

Ledit support autorise une dilatation isotrope ou anisotrope du cylindre détendeur qui soit très différente de celle du carter de transmission sur lequel il est fixé, ceci sans compromettre ni le fonctionnement dudit cylindre, ni celui du piston qui évolue dans ledit cylindre.

Ledit support conserve en outre le piston centré dans le cylindre, transmet les efforts axiaux résultant de la détente des gaz au carter de transmission, et limite les transferts de chaleur depuis le cylindre de détendeur vers ledit carter.

A la lecture de ce qui précède, on comprend qu’aucune configuration n’est à ce stade pleinement satisfaisante qui permette de réaliser dans les meilleures conditions possibles un moteur alternatif à piston à cycle de Brayton à régénération.

En effet, le dispositif d’étanchéité à coussin de fluide doit être alimenté en air comprimé par un compresseur qui consomme une partie du travail disponible sur l’arbre du moteur alternatif à piston à cycle de Brayton à régénération, au détriment du rendement total de ce dernier.

Ceci réduit en effet le rendement énergétique final dudit moteur, et ce d’autant plus si ce dernier opère à faible puissance car la quantité d’air comprimé à fournir au dispositif d’étanchéité à coussin de fluide est quasi constante, quels que soient le régime et la charge dudit moteur.

Par ailleurs, pour garantir un fonctionnement pérenne au dispositif d’étanchéité à coussin de fluide, il faut recourir au système de refroidissement régénératif selon le brevet N° EP 3585993, or, ledit système n’est pas neutre au plan énergétique.

En effet, ledit système de refroidissement rend tortueux le cheminement des gaz expulsés du détendeur et induit des pertes de charges qui diminuent le rendement total du moteur alternatif à piston à cycle de Brayton à régénération.

En outre, la chaleur extraite des parois internes du détendeur par le système de refroidissement régénératif est réintroduite dans le cycle de Brayton en amont d’un brûleur ou d’une source chaude par un échangeur thermique de régénération dont le rendement n’est pas de cent pour cent.

Une part de la chaleur extraite des parois internes du détendeur se retrouve donc perdue, et la puissance passant par l’échangeur augmente du fait de la présence dudit système de refroidissement.

De plus, la puissance massique du moteur alternatif à piston à cycle de Brayton à régénération est sensiblement réduite par le système de refroidissement régénératif selon le brevet N° EP 3585993, ce qui implique de réviser à la hausse le dimensionnement dudit moteur pour tenir les objectifs de puissance de l’application à laquelle il se destine.

On note également que la mise au point du dispositif d’étanchéité à coussin de fluide du brevet N° FR 3032252 reste complexe, particulièrement pour en assurer le bon fonctionnement dans le cadre d’applications non-stationnaires soumises à des chocs et vibrations.

C’est pourquoi, sans exclure toute autre application dans quelque domaine que ce soit, le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention est entre autres prévu pour réaliser des moteurs alternatifs à piston à cycle de Brayton à régénération dont le détendeur principalement chaud limite les pertes thermiques, et ceci, tout en assurant une étanchéité robuste et durable entre le piston et le cylindre dudit détendeur.

Dans le domaine d’application des machines thermiques alternative à pistons en général et des moteurs thermiques en particulier, il résulte de l’invention un moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid :

• Dont la culasse et la calotte de piston sont maintenus à haute température de sorte à limiter le refroidissement des gaz chauds à leur contact ;
• Dont l’étanchéité entre le piston et le cylindre peut être réalisée au moyen de segments en fonte ou en acier tels que ceux que comprennent les moteurs à combustion interne conventionnels à allumage commandé ou à cycle de Diesel ;
• Qui ne recourt plus au dispositif d’étanchéité à coussin de fluide objet du brevet N° FR 3032252 et donc, qui ne nécessite plus de système de refroidissement régénératif tel que celui que décrit le brevet N° EP 3585993, et donc, qui ne subit ni les pertes de puissance et de rendement liées à l’emploi d’un compresseur d’alimentation dudit dispositif d’étanchéité, ni les pertes de charges additionnelles à l’échappement du détendeur liées à un parcours des gaz plus tortueux, ni les pertes de chaleur dues au rendement inférieur à « un » de l’échangeur thermique de régénération, ni les pertes en puissance spécifique du moteur associées à cette configuration.

En outre, en alternative à des matériaux à forte teneur en nickel comme la fonte « Niresist », la culasse chaude du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention peut être réalisée en carbure de silicium, un matériau à haute résistance mécanique à hautes températures, abondant et bon marché, cependant que le cylindre dudit moteur peut être réalisé en fonte à faible prix de revient telle que celle ordinairement utilisée pour réaliser les carters-cylindres des moteurs Diesel automobiles.

De plus, la moindre densité du carbure de silicium et l’absence de système de refroidissement régénératif conduisent à un moindre poids du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention et à une moindre capacité calorifique totale dudit moteur, ce qui favorise une montée rapide en température dudit moteur par la réduction de l’énergie nécessaire pour atteindre sa température de fonctionnement, et ce qui conduit à une consommation d’énergie plus faible dudit moteur particulièrement lorsque ce dernier s’applique au transport routier, ferroviaire, ou maritime.

Il est entendu que le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention peut s’appliquer, outre aux moteurs thermiques en général stationnaires ou mobiles et à combustion interne ou externe, à toute autre application voisine dans son concept et dans son principe qui pourrait avantageusement tirer parti des caractéristiques et fonctionnalités particulières dudit moteur selon l’invention.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid comprenant un carter-cylindre refroidi dans lequel est aménagé au moins un cylindre froid dans lequel un piston orienté et/ou localisé par des moyens de guidage de piston peut translater, ledit piston étant directement ou indirectement relié par des moyens de transmission de puissance logés dans un carter de transmission à au moins un arbre de sortie de puissance rotatif ou alternatif, comprend

• Des moyens de lubrification qui forment un film de lubrifiant qui s’interpose entre le cylindre froid et le piston ;
• Des moyens de refroidissement de carter-cylindre qui refroidissent le carter-cylindre refroidi de sorte à maintenir tout ou partie de la surface interne du cylindre froid à une température suffisamment basse pour que le film de lubrifiant ne vieillisse pas prématurément, ne cokéfie pas, ou ne brûle pas ;
• Au moins une culasse chaude dont la température de fonctionnement est significativement supérieure à celle du carter-cylindre refroidi qu’elle coiffe pour former avec le piston une chambre chaude de volume variable qui renferme un gaz de travail, ladite culasse étant d’une part, maintenue plaquée sur le carter-cylindre refroidi par des moyens de plaquage de culasse qui la laissent libre de se dilater par rapport audit carter-cylindre, et d’autre part, localisée par rapport audit carter-cylindre par des moyens de centrage de culasse ;
• Au moins un anneau d’étanchéité de piston aménagé en périphérie du piston, ledit anneau comportant d’une part, des moyens d’étanchéité de piston qui forment une étanchéité entre le piston et le cylindre froid, et étant d’autre part, refroidi par des moyens de refroidissement d’anneau d’étanchéité ;
• Au moins une calotte chaude qui est interposée entre la chambre chaude de volume variable et le piston et dont la température de fonctionnement est significativement supérieure à celle du carter-cylindre refroidi, ladite calotte étant d’une part, maintenue plaquée sur le piston par des moyens de plaquage de calotte qui laissent ladite calotte libre de se dilater par rapport audit piston, et d’autre part, localisée par rapport audit piston par des moyens de centrage de calotte.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend des moyens étanches d’isolation thermique qui sont interposés entre le carter-cylindre refroidi et la culasse chaude.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend des moyens d’isolation thermique qui sont interposés entre la calotte chaude et le piston.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend des moyens étanches d’isolation thermique et/ou des moyens d’isolation thermique qui sont constitués d’au moins un anneau isolant fait d’un matériau à faible conductivité thermique.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un matériau à faible conductivité thermique qui est principalement constitué d’oxyde de zirconium.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un anneau isolant qui forme les moyens étanches d’isolation thermique qui est directement ou indirectement en contact avec le carter-cylindre refroidi et/ou avec la culasse chaude par l’intermédiaire d’au moins une arête de contact de faible surface qui empêche le gaz de travail de passer entre le carter-cylindre refroidi et la culasse chaude.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un anneau isolant qui forme les moyens d’isolation thermique qui est directement ou indirectement en contact avec la calotte chaude et/ou avec le piston par l’intermédiaire d’au moins une arête de contact de faible surface.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un joint d’étanchéité de culasse qui est interposé entre l’anneau isolant qui forme les moyens étanches d’isolation thermique et le carter-cylindre refroidi et/ou entre ledit anneau et la culasse chaude.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un joint d’étanchéité de piston qui est interposé entre l’anneau isolant qui forme les moyens d’isolation thermique et la calotte chaude et/ou entre ledit anneau et le piston.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend une culasse chaude et/ou une calotte chaude qui sont en tout ou partie constitués d’un matériau résistant à hautes températures.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un matériau résistant à hautes températures qui est principalement constitué de carbure de silicium.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend une culasse chaude qui présente une surface conique concave de culasse par l’intermédiaire de laquelle ladite culasse est maintenue plaquée par les moyens de plaquage de culasse sur une arête circulaire de contact de cylindre aménagée sur le carter-cylindre refroidi, l’angle du cône concave que forme ladite surface étant tel que lorsque ladite surface glisse sur ladite arête du fait de l’écart entre la dilatation thermique de ladite culasse et celle dudit carter-cylindre, la distance axiale qui sépare le point d’appui des moyens de plaquage de culasse sur la culasse chaude du carter-cylindre refroidi reste approximativement constante toute chose égale par ailleurs, cependant que la surface conique concave de culasse et l’arête circulaire de contact de cylindre forment les moyens de centrage de culasse.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend une calotte chaude qui présente une surface conique concave de calotte par l’intermédiaire de laquelle ladite calotte est maintenue plaquée par les moyens de plaquage de calotte sur une arête circulaire de contact de piston aménagée sur le piston, l’angle du cône concave que forme ladite surface étant tel que lorsque ladite surface glisse sur ladite arête du fait de l’écart entre la dilatation thermique de ladite calotte et celle du piston, la distance axiale qui sépare le point d’appui des moyens de plaquage de calotte sur la calotte chaude du piston reste approximativement constante toute chose égale par ailleurs, cependant que la surface conique concave de calotte et l’arête circulaire de contact de piston forment les moyens de centrage de calotte.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend une calotte chaude qui présente en sa périphérie un cordon de passivation aérodynamique.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un extérieur de la culasse chaude qui est recouvert d’un isolant thermique.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un anneau d’étanchéité de piston qui présente des moyens de guidage de piston constitués d’une surface de glissement annulaire.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un carter-cylindre refroidi qui est maintenu enserré entre une culasse chaude inférieure et une culasse chaude supérieure par les moyens de plaquage de culasse cependant que le piston est à double effet et comprend d’une part, une tige inférieure de piston qui le relie aux moyens de transmission de puissance et qui traverse de part en part la culasse chaude inférieure via un orifice de tige inférieure, et d’autre part, une calotte chaude inférieure et une calotte chaude supérieure pour définir avec les culasses chaudes inférieure et supérieure une chambre chaude de volume variable inférieure et une chambre chaude de volume variable supérieure.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend :

• Au moins un pilier évidé qui est traversé de part en part dans le sens de sa longueur par un tunnel de tige, une première extrémité de pilier dudit pilier reposant directement ou indirectement sur le carter de transmission tandis qu’une deuxième extrémité de pilier dudit pilier supporte la culasse chaude inférieure, ladite première extrémité pouvant pivoter autour d’une liaison rotule et/ou fléchir par rapport audit carter cependant que ladite deuxième extrémité peut pivoter autour d’une liaison rotule et/ou fléchir par rapport à ladite culasse chaude inférieure ;
• Au moins une tige de traction qui forme les moyens de plaquage de culasse et qui est, au moins pour partie, logée dans le tunnel de tige, une première extrémité de tige de ladite tige de traction étant directement ou indirectement arrimée au carter de transmission tandis qu’une deuxième extrémité de tige de ladite tige est directement ou indirectement arrimée à la culasse chaude supérieure, ladite première extrémité pouvant pivoter autour d’une liaison rotule et/ou fléchir par rapport audit carter tandis que ladite deuxième extrémité peut pivoter autour d’une liaison rotule et/ou fléchir par rapport à ladite culasse ;
• Des moyens de centrage de culasse inférieure qui sont solidaires du carter de transmission et qui prennent directement ou indirectement appui sur la culasse chaude inférieure, lesdits moyens laissant ladite culasse libre de se déplacer sur une courte distance parallèlement à l’axe longitudinal du cylindre froid et par rapport au carter de transmission, mais interdisant à ladite culasse de se déplacer dans le plan perpendiculaire audit axe par rapport audit carter ;
• Des moyens de centrage de culasse supérieure qui sont solidaires d’un portique de centrage lequel est rigidement fixé au carter de transmission, lesdits moyens prenant directement ou indirectement appui sur la culasse chaude supérieure, et lesdits moyens laissant ladite culasse libre de se déplacer sur une courte distance parallèlement à l’axe longitudinal du cylindre froid et par rapport au carter de transmission, mais interdisant à ladite culasse de se déplacer dans le plan perpendiculaire audit axe par rapport audit carter.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un tube de refroidissement de tige qui enveloppe de façon étanche la tige de traction sur tout ou partie de la longueur de ladite tige, un liquide caloporteur provenant d’une source de liquide de refroidissement pouvant circuler dans un espace laissé entre la paroi interne dudit tube et la surface externe de ladite tige cependant que la plus grande part possible de la surface externe dudit tube ne touche pas la paroi interne du tunnel de tige de sorte à définir avec cette dernière paroi un espace vide.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend au moins un premier orifice d’alimentation de tube qui communique avec l’intérieur du tube de refroidissement de tige au voisinage de la première extrémité de tige, et au moins un deuxième orifice d’alimentation de tube communique avec l’intérieur du tube de refroidissement de tige au voisinage de la deuxième extrémité de tige, le liquide caloporteur pouvant circuler entre les deux dits orifices.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un tube de refroidissement de tige qui comporte une collerette de tube maintenue directement ou indirectement serrée par la tige de traction soit contre une oreille de fixation que présente la culasse chaude supérieure, soit contre le carter de transmission.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend une collerette de tube qui est maintenue serrée par la tige de traction contre l’oreille de fixation par l’intermédiaire d’un raccord Banjo qui comporte au moins un conduit radial de raccord qui est relié à la source de liquide de refroidissement d’une part, et qui communique avec l’intérieur du tube de refroidissement de tige d’autre part.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend une rehausse d’isolation thermique qui est intercalée entre la collerette de tube et l’oreille de fixation, ladite rehausse étant traversée de part en part dans le sens de sa longueur par un tunnel de rehausse dans lequel est logée la tige de traction et le tube de refroidissement de tige qui l’enveloppe de façon étanche, cependant que la plus grande part possible de la surface externe dudit tube ne touche pas la paroi interne du tunnel de rehausse de sorte à définir avec cette dernière paroi un espace vide.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un tube de refroidissement de tige qui comporte au moins un renflement de tube constitué d’une portion axiale dudit tube dont le diamètre libre est sensiblement équivalent voire légèrement supérieur à celui du tunnel de tige dans lequel il est logé.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un tube de refroidissement de tige qui comporte au moins une restriction de diamètre de tube constituée d’une portion axiale dudit tube dont le diamètre libre est sensiblement équivalent voire légèrement inférieur à celui du corps de la tige de traction.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend une tige de traction qui est creuse pour former un canal interne de refroidissement de tige aménagé dans la longueur de ladite tige, ledit canal débouchant axialement ou radialement au voisinage de chaque extrémité ladite tige tandis qu’un liquide caloporteur provenant d’une source de liquide de refroidissement peut circuler dans ledit canal.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend une chambre de refroidissement et de lubrification de piston qui est reliée à une source de fluide lubrifiant-refroidissant et qui est fixée sur le portique de centrage ou aménagée sur ou dans ce dernier tandis qu’une tige supérieure de piston qui prolonge le piston à double effet du coté de la chambre chaude de volume variable supérieure traverse la culasse chaude supérieure via un orifice de tige supérieure aménagé dans ladite culasse et via un orifice d’accès à la chambre de refroidissement et de lubrification traversant le portique de centrage pour déboucher dans la chambre de refroidissement et de lubrification de piston de sorte que l’extrémité de la tige supérieure de piston qui est la plus éloignée dudit piston reste toujours plongée dans ladite chambre quelle que soit la position dudit piston.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un fluide lubrifiant-refroidissant qui peut circuler depuis la chambre de refroidissement et de lubrification de piston jusqu’au carter de transmission en passant successivement via un canal interne de tige supérieure de piston aménagé longitudinalement dans la tige supérieure de piston, via une cavité interne de piston, et via un canal interne de tige inférieure de piston aménagé longitudinalement dans la tige inférieure de piston.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend une périphérie de la cavité interne de piston qui communique avec la face périphérique externe de l’anneau d’étanchéité de piston via au moins un orifice périphérique de lubrification d’anneau qui débouche axialement entre au moins deux moyens d’étanchéité de piston, ledit orifice constituant les moyens de lubrification.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un carter de transmission qui est coiffé d’une platine de centrage et d'étanchéité percée d’un orifice d’accès aux moyens de transmission au travers duquel passe la tige inférieure de piston pour être reliée aux moyens de transmission de puissance, ladite platine étant rigidement fixée sur ledit carter.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un orifice d’accès à la chambre de refroidissement et de lubrification qui comprend des moyens d’étanchéité de tige réalisant une étanchéité entre ledit orifice et la tige supérieure de piston.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend un orifice d’accès aux moyens de transmission qui comprend des moyens d’étanchéité de tige réalisant une étanchéité entre ledit orifice et la tige inférieure de piston.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend des moyens de centrage de culasse inférieure et/ou des moyens de centrage de culasse supérieure qui sont constitués d’un disque élastique de centrage pouvant être percé en son centre d’un trou de disque au travers duquel passe respectivement la tige inférieure de piston ou une tige supérieure de piston tandis que sa périphérie constitue une collerette de fixation de disque fixée de manière étanche respectivement sur le carter de transmission et/ou sur le portique de centrage.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend une platine de centrage et d'étanchéité qui porte les moyens de centrage de culasse inférieure lesquels sont constitués d’un disque élastique de centrage dont la périphérie forme une collerette de fixation de disque fixée de manière étanche sur ladite platine, ledit disque étant percé en son centre d’un trou de disque au travers duquel passe la tige inférieure de piston sans toucher ledit disque, le bord du trou de disque présentant un patin de contact circulaire qui est maintenu en contact étanche avec un cône de centrage et d'étanchéité que présente la culasse chaude inférieure, ledit cône pouvant être mâle ou femelle, et le contact entre ledit patin et ledit cône ayant pour effet de déformer axialement et depuis son centre le disque élastique de centrage.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend des moyens de centrage de culasse supérieure qui sont constitués d’un disque élastique de centrage dont la périphérie forme une collerette de fixation de disque fixée de manière étanche sur le portique de centrage, ledit disque étant percé en son centre d’un trou de disque dont le bord présente un patin de contact circulaire qui est maintenu en contact étanche avec un cône de centrage et d'étanchéité que présente la culasse chaude supérieure, ledit cône pouvant être mâle ou femelle, et le contact entre ledit patin et ledit cône ayant pour effet de déformer axialement et depuis son centre le disque élastique de centrage.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention comprend une liaison anti rotation qui relie directement ou indirectement la culasse chaude inférieure et/ou la culasse chaude supérieure et/ou le carter-cylindre refroidi au portique de centrage.

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 :

est une vue en coupe schématique du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention, des soupapes qui alimentent la chambre chaude de volume variable dudit moteur n’apparaissant pas sur ladite coupe.

est une vue tridimensionnelle du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention dont le piston est à double effet, ledit moteur formant un détendeur qui permet, par exemple, de mettre en œuvre un cycle thermodynamique de Baryton à régénération.

est une vue tridimensionnelle en coupe du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention, et selon la configuration particulière dudit moteur montrée en , le piston à double effet définissant, avec une culasse chaude inférieure et une culasse chaude supérieure, une chambre chaude de volume variable inférieure et une chambre chaude de volume variable supérieure.

est une vue en coupe du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention, et selon la configuration particulière dudit moteur montrée en figures 2 et 3.

est une vue rapprochée en coupe du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention et selon la configuration particulière dudit moteur montrée en figures 2 à 4, ladite vue mettant notamment en évidence comment le piston à double effet est relié aux moyens de transmission de puissance, et comment est réalisée l’étanchéité entre la tige inférieure de piston et le carter de transmission.

est une vue rapprochée en coupe du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention et selon la configuration particulière dudit moteur montrée en figures 2 à 5, ladite vue mettant notamment en évidence comment la tige supérieure de piston du piston à double effet débouche dans la chambre de refroidissement et de lubrification de piston, et comment est réalisée l’étanchéité entre ladite tige et un portique de centrage.

est une vue tridimensionnelle éclatée du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention et selon la configuration particulière dudit moteur montrée en .

est une vue pour partie tridimensionnelle et pour partie en coupe schématique d’une partie du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention et selon la configuration particulière dudit moteur montrée en figures 2 à 7, ladite vue mettant en évidence les principales sections qui composent les piliers évidés et les tiges de traction qui forment les moyens de plaquage de culasse des culasses chaudes sur le carter-cylindre refroidi.

est une vue en coupe schématique rapprochée du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid suivant l’invention et selon la configuration particulière dudit moteur montrée en figures 2 à 8, ladite vue montrant la position et les dimensions des calottes chaudes du piston à double effet et de la culasse chaude supérieure par rapport au carter-cylindre refroidi lorsque lesdites calottes et la dite culasse sont froides.

est une vue en coupe schématique similaire à celle montrée en , ladite vue montrant la position et les dimensions des calottes chaudes du piston à double effet et de la culasse chaude supérieure par rapport au carter-cylindre refroidi lorsque lesdites calottes et ladite culasse sont chaudes et se dilatent sous l’effet de la température.

DESCRIPTION DE L’INVENTION :

On a montré en figures 1 à 10 le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention, divers détails de ses composants, ses variantes, et ses accessoires.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 comprend un carter-cylindre refroidi 5 dans lequel est aménagé au moins un cylindre froid 6 dans lequel un piston 2 orienté et/ou localisé par des moyens de guidage de piston 29 peut translater.

Le piston 2 est directement ou indirectement relié par des moyens de transmission de puissance 3 logés dans un carter de transmission 42 à au moins un arbre de sortie de puissance 4 rotatif ou alternatif.

Les moyens de transmission de puissance 3 peuvent par exemple prendre la forme d’une bielle 34 articulée autour d’une manivelle 48 aménagée sur un vilebrequin 35, ladite bielle 34 pouvant être reliée au piston 2 directement par un axe de piston ou indirectement par l’intermédiaire d’une crosse 49.

Lesdits moyens 3 peuvent également être constitués d’une came, d’une pompe hydraulique émettrice, d’un générateur d’électricité linéaire ou rotatif ou de tout autre moyen de transmission connu de l’homme de l’art.

Comme on le voit en figures 1 à 10, le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention comprend des moyens de lubrification 8 qui forment un film de lubrifiant 7 qui s’interpose entre le cylindre froid 6 et le piston 2, lesdits moyens 8 pouvant être par exemple constitués du barbotage des moyens de transmission de puissance 3 dans du lubrifiant liquide que contient le carter de transmission 42.

Les figures 1, 3, 4, 9 et 10 montrent clairement que le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention comprend aussi des moyens de refroidissement de carter-cylindre 9 qui sont par exemple constitués d’une chambre de refroidissement 27 qui enveloppe le carter-cylindre refroidi 5 tandis qu’un liquide caloporteur 32 peut circuler dans ladite chambre 27, lesdits moyens 9 refroidissant le carter-cylindre refroidi 5 de sorte à maintenir tout ou partie de la surface interne du cylindre froid 6 à une température suffisamment basse pour que le film de lubrifiant 7 ne vieillisse pas prématurément, ne cokéfie pas, ou ne brûle pas ;

En figures 1 à 10, on a montré que le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention comprend aussi au moins une culasse chaude 10 qui peut comporter au moins une soupape d’admission 31 et au moins une soupape d'échappement 33 qui sont pilotées par un actionneur de soupape 50.

La température de fonctionnement de la culasse chaude 10 est significativement supérieure à celle du carter-cylindre refroidi 5 qu’elle coiffe pour former avec le piston 2 une chambre chaude de volume variable 11 qui renferme un gaz de travail 17.

Comme on le voit aisément en figures 9 et 10, la culasse chaude 10 est d’une part, maintenue plaquée sur le carter-cylindre refroidi 5 par des moyens de plaquage de culasse 24 qui la laissent libre de se dilater par rapport audit carter-cylindre 5, et d’autre part, localisée par rapport audit carter-cylindre 5 par des moyens de centrage de culasse 39 qui pourraient par être exemple constitués d’un pion de centrage ou d’une collerette d’appui.

En outre et comme le montrent la et les figures 3 à 10, le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 comprend au moins un anneau d’étanchéité de piston 37 aménagé en périphérie du piston 2, ledit anneau 37 comportant d’une part, des moyens d’étanchéité de piston 30 par exemple constitués de segments de compression 44 en fonte ou en acier tels que ceux ordinairement trouvés sur les pistons des moteurs automobiles conventionnels, lesdits moyens 30 formant une étanchéité entre le piston 2 et le cylindre froid 6, et étant d’autre part, refroidi par des moyens de refroidissement d’anneau d’étanchéité 38.

Comme le montrent la et les figures 3 à 10, le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention comprend également au moins une calotte chaude 19 qui est interposée entre la chambre chaude de volume variable 11 et le piston 2 et dont la température de fonctionnement est significativement supérieure à celle du carter-cylindre refroidi 5.

Comme l’illustrent bien les figures 9 et 10, ladite calotte 19 est d’une part, maintenue plaquée sur le piston 2 par des moyens de plaquage de calotte 23 qui laissent ladite calotte 19 libre de se dilater par rapport audit piston 2, et d’autre part, localisée par rapport audit piston 2 par des moyens de centrage de calotte 40 qui pourraient par exemple être constitués d’un pion de centrage ou d’une collerette d’appui.

En , en figures 2 à 7, et en figures 9 et 10, on voit que le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention peut comprendre des moyens étanches d’isolation thermique 12 qui sont interposés entre le carter-cylindre refroidi 5 et la culasse chaude 10, lesdits moyens 12 pouvant d’ailleurs – selon un mode particulier de réalisation - faire partie intégrante du carter-cylindre refroidi 5 et/ou de la culasse chaude 10.

De même et comme particulièrement visible en figures 9 et 10, des moyens d’isolation thermique 22 peuvent être interposés entre la calotte chaude 19 et le piston 2, lesdits moyens 22 pouvant faire partie intégrante de la calotte chaude 19 et/ou du piston 2.

On remarque d’ailleurs en ainsi qu’en figures 3 à 7 et en figures 9 et 10 que les moyens étanches d’isolation thermique 12 et/ou les moyens d’isolation thermique 22 peuvent être constitués d’au moins un anneau isolant 13 fait d’un matériau à faible conductivité thermique 14, ledit matériau 14 pouvant être principalement constitué d’oxyde de zirconium 15.

Comme le montrent particulièrement les figures 1, 9 et 10, l’anneau isolant 13 qui forme les moyens étanches d’isolation thermique 12 peut être directement ou indirectement en contact avec le carter-cylindre refroidi 5 et/ou avec la culasse chaude 10 par l’intermédiaire d’au moins une arête de contact de faible surface 16 qui empêche le gaz de travail 17 de passer entre le carter-cylindre refroidi 5 et la culasse chaude 10.

A titre d’autre variante du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention particulièrement visible en figures 1, 9 et 10, l’anneau isolant 13 qui forme les moyens d’isolation thermique 22 peut aussi être directement ou indirectement en contact avec la calotte chaude 19 et/ou avec le piston 2 par l’intermédiaire d’au moins une arête de contact de faible surface 16, ceci pour empêcher le gaz de travail 17 de passer entre la calotte chaude 19 et le piston 2.

On remarque aussi en figures 1, 9 et 10 qu’un joint d’étanchéité de culasse 18 peut être interposé entre l’anneau isolant 13 qui forme les moyens étanches d’isolation thermique 12 et le carter-cylindre refroidi 5 et/ou entre ledit anneau 13 et la culasse chaude 10.

De façon similaire, un joint d’étanchéité de piston 36 peut être interposé entre l’anneau isolant 13 qui forme les moyens d’isolation thermique 22 et la calotte chaude 19 et/ou entre ledit anneau 13 et le piston 2.

On note que le joint d’étanchéité de culasse 18 et/ou le joint d’étanchéité de piston 36 peut par exemple comporter plusieurs feuilles métalliques à l’instar des joints de culasse que comportent les moteurs thermiques à combustion interne automobiles modernes, ou être constitué de matériaux résistants aux hautes températures comme le « Therma-pur » développé par la société « Garlock ».

On notera également que la culasse chaude 10 et/ou la calotte chaude 19 peuvent en tout ou partie être constitués d’un matériau résistant à hautes températures 20, ce dernier pouvant être principalement constitué de carbure de silicium 21.

Selon une variante du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention particulièrement visible en figures 9 et 10, la culasse chaude 10 peut présenter une surface conique concave de culasse 25 par l’intermédiaire de laquelle ladite culasse 10 est maintenue plaquée par les moyens de plaquage de culasse 24 sur une arête circulaire de contact de cylindre 51 aménagée sur le carter-cylindre refroidi 5.

En ce cas, l’angle du cône concave que forme ladite surface 25 est tel que lorsque ladite surface 25 glisse sur ladite arête 51 du fait de l’écart entre la dilatation thermique de ladite culasse 10 et celle dudit carter-cylindre 5, la distance axiale qui sépare le point d’appui des moyens de plaquage de culasse 24 sur la culasse chaude 10 du carter-cylindre refroidi 5 reste approximativement constante toute chose égale par ailleurs, cependant que la surface conique concave de culasse 25 et l’arête circulaire de contact de cylindre 51 forment les moyens de centrage de culasse 39.

On notera que cette configuration particulière du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention permet que l’effort auquel sont soumis les moyens de plaquage de culasse 24 reste approximativement constant quel que soit l’écart entre la dilatation thermique de la culasse chaude 10 et celle du carter-cylindre refroidi 5, ledit écart résultant à la fois d’une température et d’un coefficient de dilatation thermique possiblement différents entre ceux de la culasse chaude 10 et ceux du carter-cylindre refroidi 5.

En outre, ladite configuration permet de limiter la variation de rapport volumétrique du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention en fonction de sa température, particulièrement lors des phases de démarrage à froid dudit moteur 1.

On remarque qu’avantageusement, l’arête circulaire de contact de cylindre 51 peut présenter un contact sphérique à la surface conique concave de culasse 25.

A titre d’autre variante du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention particulièrement visible en figures 9 et 10, la calotte chaude 19 peut également présenter une surface conique concave de calotte 26 par l’intermédiaire de laquelle ladite calotte 19 est maintenue plaquée par les moyens de plaquage de calotte 23 sur une arête circulaire de contact de piston 52 aménagée sur le piston 2.

En ce cas, l’angle du cône concave que forme ladite surface 26 est tel que lorsque ladite surface 26 glisse sur ladite arête 52 du fait de l’écart entre la dilatation thermique de ladite calotte 19 et celle du piston 2, la distance axiale qui sépare le point d’appui des moyens de plaquage de calotte 23 sur la calotte chaude 19 du piston 2 reste approximativement constante toute chose égale par ailleurs, cependant que la surface conique concave de calotte 26 et l’arête circulaire de contact de piston 52 forment les moyens de centrage de calotte 40.

On remarque que cette configuration particulière du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention permet que l’effort auquel sont soumis les moyens de plaquage de calotte 23 reste approximativement constant quel que soit l’écart entre la dilatation thermique de la calotte chaude 19 et celle du piston 2.

En outre, ladite configuration permet de limiter la variation de rapport volumétrique du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention en fonction de sa température, particulièrement lors des phases de démarrage à froid dudit moteur 1.

On remarque qu’avantageusement, l’arête circulaire de contact de piston 52 peut présenter un contact sphérique à la surface conique concave de calotte 26.

Comme le montre la , à titre de variante de réalisation du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention, la calotte chaude 19 peut présenter en sa périphérie un cordon de passivation aérodynamique 53 qui limite la turbulence du gaz de travail 17 au voisinage du cylindre froid 6 et qui, de ce fait, limite le forçage convectif qui accroît la perte d’une part de la chaleur dudit gaz 17 par cession de ladite chaleur audit cylindre froid 6.

La illustre aussi que l’extérieur de la culasse chaude 10 peut être recouvert d’un isolant thermique 41 qui empêche la chaleur de ladite culasse 10 de se dissiper dans l’environnement du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention.

Ledit isolant thermique 41 peut par exemple être constitué de plusieurs couches de feuilles métalliques de faible épaisseur comportant des picots qui laissent entre chaque dite feuille une lame d’air, ou être tout autre isolant thermique 41 connu de l’homme de l’art.

On remarque en , en figures 2 à 7, et en figures 9 et 10, que l’anneau d’étanchéité de piston 37 peut présenter des moyens de guidage de piston 29 constitués d’une surface de glissement annulaire 43 qui présente une forme en tonneau au contact du cylindre froid 6, ladite forme pouvant être positionnée entre deux segments de compression 44 et jouxter un segment racleur d’huile 45.

Selon une configuration particulière du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention montrée en figures 2 à 10, le carter-cylindre refroidi 5 peut être maintenu enserré entre une culasse chaude 10 inférieure et une culasse chaude 10 supérieure par les moyens de plaquage de culasse 24 cependant que le piston 2 est à double effet et comprend d’une part, une tige inférieure de piston 46 qui le relie aux moyens de transmission de puissance 3 et qui traverse de part en part la culasse chaude 10 inférieure via un orifice de tige inférieure 47, et d’autre part, une calotte chaude 19 inférieure et une calotte chaude 19 supérieure pour définir avec les culasses chaudes 10 inférieure et supérieure une chambre chaude de volume variable 11 inférieure et une chambre chaude de volume variable 11 supérieure.

Toujours selon cette configuration particulière, le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention comprend au moins un pilier évidé 101 qui peut être soit totalement fermé, soit ajouré, ledit pilier 101 étant traversé de part en part dans le sens de sa longueur par un tunnel de tige 102.

En ce cas, une première extrémité de pilier 103 du pilier évidé 101 repose directement ou indirectement sur le carter de transmission 42 tandis qu’une deuxième extrémité de pilier 104 dudit pilier 101 supporte la culasse chaude 10 inférieure, ladite première extrémité 101 pouvant pivoter autour d’une liaison rotule 105 et/ou fléchir par rapport audit carter 42 cependant que ladite deuxième extrémité 104 peut pivoter autour d’une liaison rotule 105 et/ou fléchir par rapport à ladite culasse chaude 10 inférieure.

On remarquera que le pivotement desdites extrémités 103, 104 peut s’opérer soit au moyen d’une liaison mécanique de type pivot ou cardan ou d’une liaison rotule 105, soit par la flexion de tout ou partie du pilier évidé 101, soit par les deux.

Selon un mode de réalisation particulier du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention, le pilier évidé 101 peut être réalisé en dioxyde de zirconium dit « zircone », cette céramique offrant une bonne résistance mécanique à haute température, une faible conductivité thermique, et un coefficient de dilatation proche de celui de l’acier.

Toujours en ce cas, au moins une tige de traction 106 forme les moyens de plaquage de culasse 24 ladite tige 106 étant, au moins pour partie, logée dans le tunnel de tige 102, une première extrémité de tige 107 de ladite tige 106 étant directement ou indirectement arrimée au carter de transmission 42 tandis qu’une deuxième extrémité de tige 108 de ladite tige 106 est directement ou indirectement arrimée à la culasse chaude 10 supérieure, ladite première extrémité 107 pouvant pivoter autour d’une liaison rotule 105 et/ou fléchir par rapport audit carter 42 tandis que ladite deuxième extrémité 108 peut pivoter autour d’une liaison rotule 105 et/ou fléchir par rapport à ladite culasse 10, le pivotement desdites extrémités 107, 108 pouvant donc s’opérer soit au moyen d’une liaison mécanique de type pivot ou cardan ou d’une liaison rotule 105, soit par la flexion de tout ou partie de la tige de traction 106, soit par les deux.

Comme le montre la , on remarque que pour être arrimée à la culasse chaude 10 supérieure, la deuxième extrémité de tige 19 peut traverser un orifice d’oreille 144 que comprend une oreille de fixation 117 que présente ladite culasse 10, cependant que soit une tête de tige 145 soit un écrou de tige 147 vissé sur un filetage de tige 146 aménagé sur la tige de traction 106 prend appui sur ladite oreille 117.

On note d’ailleurs en que la première extrémité de tige 107 peut être arrimée au carter de transmission 42 également au moyen d’une tête de tige 145, ou d’un écrou de tige 147 vissé sur un filetage de tige 146.

En alternative ledit filetage de tige 146 peut être vissé dans un taraudage directement ou indirectement réalisé dans le carter de transmission 42.

Selon un mode particulier de réalisation du cylindre détendeur à double effet 1 selon l’invention, un ressort de compression 148 peut être intercalé soit entre la tête de tige 145 ou l’écrou de tige 147 et l’oreille de fixation 117, soit entre ladite tête 145 ou toute autre pièce taraudée dans laquelle se visse le filetage de tige 146, et toute autre pièce d’appui.

Comme l’illustre la , ledit ressort 148 peut être constitué d’une ou plusieurs rondelles « Belleville ».

Un tel ressort 148 peut notamment limiter la tension à laquelle est soumise la tige de traction 106 lorsque les divers organes qu’elle maintient serrés entre eux se dilatent sous l’effet de leur montée en température.

Toujours dans le cas montré en figures 2 à 10 où le carter-cylindre refroidi 5 est maintenu enserré entre une culasse chaude 10 inférieure et une culasse chaude 10 supérieure cependant que le piston 2 est à double effet, le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention comprend des moyens de centrage de culasse inférieure 109 qui sont solidaires du carter de transmission 42 et qui prennent directement ou indirectement appui sur la culasse chaude 10 inférieure, lesdits moyens 109 laissant ladite culasse 10 libre de se déplacer sur une courte distance parallèlement à l’axe longitudinal du cylindre froid 6 et par rapport au carter de transmission 42, mais interdisant à ladite culasse 10 de se déplacer dans le plan perpendiculaire audit axe par rapport audit carter 42.

De façon similaire, des moyens de centrage de culasse supérieure 110 solidaires d’un portique de centrage 127 qui est rigidement fixé au carter de transmission 42 prennent directement ou indirectement appui sur la culasse chaude 10 supérieure, lesdits moyens 109 laissant ladite culasse 10 libre de se déplacer sur une courte distance parallèlement à l’axe longitudinal du cylindre froid 6 et par rapport au carter de transmission 42, mais interdisant à ladite culasse 10 de se déplacer dans le plan perpendiculaire audit axe par rapport audit carter 42.

En ce cas, comme il est visible en figures 2, 3, 7 et 8, un tube de refroidissement de tige 111 peut envelopper de façon étanche la tige de traction 106 sur tout ou partie de la longueur de ladite tige 106, un liquide caloporteur 32 provenant d’une source de liquide de refroidissement 113 pouvant circuler dans un espace laissé entre la paroi interne dudit tube 111 et la surface externe de ladite tige 106 cependant que la plus grande part possible de la surface externe dudit tube 111 ne touche pas la paroi interne du tunnel de tige 102 de sorte à définir avec cette dernière paroi un espace vide ou rempli d’air atmosphérique, ou rempli d’un gaz de quelque nature que ce soit.

Ainsi, le liquide caloporteur 32 peut refroidir la tige de traction 106 et la maintenir à une température suffisamment basse pour que le matériau constitutif de ladite tige 106 conserve ses caractéristiques mécaniques les plus élevées, cependant que l’espace vide laissé entre la surface externe du tube de refroidissement de tige 111 et la paroi interne du tunnel de tige 102 limite le refroidissement du pilier évidé 101.

On remarque que selon un mode particulier de réalisation du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention, seule une tête de tige 145 que peut présenter la tige de traction 106 pourrait être refroidie, ladite tête 145 étant directement ou indirectement au contact de la culasse chaude 10 supérieure.

Comme on l’a clairement montré en , au moins un premier orifice d’alimentation de tube 114 peut communiquer avec l’intérieur du tube de refroidissement de tige 111 au voisinage de la première extrémité de tige 107, et au moins un deuxième orifice d’alimentation de tube 115 peut communiquer avec l’intérieur du tube de refroidissement de tige 111 au voisinage de la deuxième extrémité de tige 108, le liquide caloporteur 32 pouvant circuler entre les deux dits orifices 114, 115 cependant que ledit liquide 32 est plus froid quand il pénètre dans le tube de refroidissement de tige 111 que quand il en ressort.

On note qu’une pompe à fluide peut être prévue pour forcer le liquide caloporteur 32 à circuler dans le tube de refroidissement de tige 111, ladite pompe pouvant continuer à fonctionner un certain temps après l’arrêt de la machine thermique à laquelle s’applique le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention.

Cette dernière disposition permet par exemple d’évacuer la chaleur que les culasses chaudes 10 inférieure et supérieure sont susceptibles de continuer à transmettre, durant leur refroidissement, à la tige de traction 106.

On remarque qu’une fois sorti du tube de refroidissement de tige 111, le liquide caloporteur 32 peut être refroidi par un échangeur de chaleur avant d’être à nouveau réintroduit dans ledit tube 111, ou renouvelé.

En , on remarque que le tube de refroidissement de tige 111 peut comporter une collerette de tube 116 qui est maintenue directement ou indirectement serrée par la tige de traction 106 soit contre une oreille de fixation 117 que présente la culasse chaude 10 supérieure, soit contre le carter de transmission 42.

Dans ce contexte, la collerette de tube 116 peut être maintenue serrée par la tige de traction 106 contre l’oreille de fixation 117 par l’intermédiaire d’un raccord Banjo 118 qui comporte au moins un conduit radial de raccord 119 qui est relié à la source de liquide de refroidissement 113 d’une part, et qui communique avec l’intérieur du tube de refroidissement de tige 111 d’autre part.

On note que le conduit radial de raccord 119 peut être relié à la source de liquide de refroidissement 113 ou à d’autres conduits radiaux de raccord 119 que comporte le raccord Banjo 118 d’autres tubes de refroidissement de tige 111 au moyen d’un conduit souple ou déformable qui peut s’accommoder des variations de distance induites par la dilatation thermique des différents organes qui constituent le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention.

Toujours dans ce contexte et comme le montre la , une rehausse d’isolation thermique 120 peut être intercalée entre la collerette de tube 116 et l’oreille de fixation 117, ladite rehausse 120 étant traversée de part en part dans le sens de sa longueur par un tunnel de rehausse 121 dans lequel est logée la tige de traction 106 et le tube de refroidissement de tige 111 qui l’enveloppe de façon étanche, cependant que la plus grande part possible de la surface externe dudit tube 111 ne touche pas la paroi interne du tunnel de rehausse 121 de sorte à définir avec cette dernière paroi un espace vide ou rempli d’air atmosphérique, ou rempli d’un gaz de quelque nature que ce soit.

On note que la rehausse d’isolation thermique 120 peut avantageusement être réalisée dans un matériau résistant aux températures élevées et offrant une faible conductivité thermique tel que le dioxyde de zirconium.

La montre également que selon une variante de réalisation du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention, le tube de refroidissement de tige 111 peut comporter au moins un renflement de tube 122 constitué d’une portion axiale dudit tube 111 dont le diamètre libre est sensiblement équivalent voire légèrement supérieur à celui du tunnel de tige 102 dans lequel il est logé ce qui permet de centrer ledit tube 111 dans ledit tunnel 102 voire de réaliser localement une étanchéité entre ledit tube 111 et ledit tunnel 102.

A l’inverse, le tube de refroidissement de tige 111 peut comporter au moins une restriction de diamètre de tube 123 constituée d’une portion axiale dudit tube 111 dont le diamètre libre est sensiblement équivalent voire légèrement inférieur à celui du corps de la tige de traction 106 ce qui permet de centrer ledit tube 111 autour de ladite tige 106 voire de réaliser localement une étanchéité entre ledit tube 111 et ladite tige 106.

On remarque qu’en alternative ou en complément et comme le montre clairement la , le tube de refroidissement de tige 111 peut recevoir au moins un joint de tube 157 en élastomère ou en plastique pour parfaire l’étanchéité formée entre ledit tube 111 et le tunnel de tige 102.

A titre de variante non-représentée, la tige de traction 106 pourrait être creuse pour former un canal interne de refroidissement de tige aménagé dans la longueur de ladite tige 106, ledit canal débouchant axialement ou radialement au voisinage de chaque extrémité ladite tige 106 tandis qu’un liquide caloporteur 32 provenant d’une source de liquide de refroidissement 113 pourrait circuler dans ledit canal et ceci, pour refroidir la tige de traction 106 et la maintenir à une température suffisamment basse pour que le matériau constitutif de ladite tige 106 conserve ses caractéristiques mécaniques les plus élevées.

Comme l’illustrent les figures 4, 6 et 7, une chambre de refroidissement et de lubrification de piston 125 reliée à une source de fluide lubrifiant-refroidissant 126 peut être fixée sur le portique de centrage 127 ou aménagée sur ou dans ce dernier tandis qu’une tige supérieure de piston 128 qui prolonge le piston 2 à double effet du coté de la chambre chaude de volume variable 11 supérieure traverse la culasse chaude 10 supérieure via un orifice de tige supérieure 129 aménagé dans ladite culasse 10 et via un orifice d’accès à la chambre de refroidissement et de lubrification 130 traversant le portique de centrage 127 pour déboucher dans la chambre de refroidissement et de lubrification de piston 125 de sorte que l’extrémité de la tige supérieure de piston 128 qui est la plus éloignée dudit piston 2 reste toujours plongée dans ladite chambre 128 quelle que soit la position dudit piston 2.

En ce cas, un fluide lubrifiant-refroidissant 139 peut avantageusement circuler depuis la chambre de refroidissement et de lubrification de piston 125 jusqu’au carter de transmission 42 en passant successivement via un canal interne de tige supérieure de piston 140 aménagé longitudinalement dans la tige supérieure de piston 128, via une cavité interne de piston 141, et via un canal interne de tige inférieure de piston 142 aménagé longitudinalement dans la tige inférieure de piston 46.

Comme on le voit en figures 3, 9 et 10, la périphérie de la cavité interne de piston 141 peut communiquer avec la face périphérique externe de l’anneau d’étanchéité de piston 37 via au moins un orifice périphérique de lubrification d’anneau 143 qui débouche axialement entre au moins deux moyens d’étanchéité de piston 30, ledit orifice 143 constituant les moyens de lubrification 8 et les moyens de refroidissement d’anneau d’étanchéité 38.

La montre que le carter de transmission 42 peut être coiffé d’une platine de centrage et d'étanchéité 131 percée d’un orifice d’accès aux moyens de transmission 132 au travers duquel passe la tige inférieure de piston 46 pour être reliée aux moyens de transmission de puissance 3, ladite platine 131 étant rigidement fixée sur ledit carter 42 par des vis ou par tout autre moyen connu de l’homme de l’art.

En alternative, ladite platine 131 peut faire partie intégrante dudit carter 42.

Comme le montre la , l’orifice d’accès à la chambre de refroidissement et de lubrification 130 peut comprendre des moyens d’étanchéité de tige 133 réalisant une étanchéité entre ledit orifice 130 et la tige supérieure de piston 128.

La montre quant à elle que l’orifice d’accès aux moyens de transmission 132 peut comprendre des moyens d’étanchéité de tige 133 réalisant une étanchéité entre ledit orifice 132 et la tige inférieure de piston 46.

En figures 5 et 6, on remarque que les moyens de centrage de culasse inférieure 109 et/ou les moyens de centrage de culasse supérieure 110 peuvent être constitués d’un disque élastique de centrage 134 pouvant être percé en son centre d’un trou de disque 135 au travers duquel passe respectivement la tige inférieure de piston 46 ou une tige supérieure de piston 128 tandis que sa périphérie constitue une collerette de fixation de disque 136 fixée de manière étanche respectivement sur le carter de transmission 42 et/ou sur le portique de centrage 127.

On remarque en que la platine de centrage et d'étanchéité 131 peut porter les moyens de centrage de culasse inférieure 109 lesquels sont constitués d’un disque élastique de centrage 134 dont la périphérie forme une collerette de fixation de disque 136 fixée de manière étanche sur ladite platine 131, ledit disque 134 étant percé en son centre d’un trou de disque 135 au travers duquel passe la tige inférieure de piston 46 sans toucher ledit disque 134, le bord du trou de disque 135 présentant un patin de contact 137 circulaire qui est maintenu en contact étanche avec un cône de centrage et d'étanchéité 138 que présente la culasse chaude 10 inférieure, ledit cône 138 pouvant être mâle ou femelle, et le contact entre ledit patin 137 et ledit cône 138 ayant pour effet de déformer axialement et depuis son centre le disque élastique de centrage 134.

On note que la collerette de fixation de disque 136 peut être fixée à la platine de centrage et d'étanchéité 131 au moyen d’au moins une vis, un clip, ou tout autre moyen de fixation connu de l’homme de l’art.

On remarque qu’avantageusement, le disque élastique de centrage 134 peut être réalisé dans un matériau résistant aux températures élevées et offrant une faible conductivité thermique tel que le dioxyde de zirconium.

Comme l’illustre la , les moyens de centrage de culasse supérieure 110 peuvent être constitués d’un disque élastique de centrage 134 dont la périphérie forme une collerette de fixation de disque 136 fixée de manière étanche sur le portique de centrage 127, ledit disque 134 étant percé en son centre d’un trou de disque 135 dont le bord présente un patin de contact 137 circulaire qui est maintenu en contact étanche avec un cône de centrage et d'étanchéité 138 que présente la culasse chaude 10 supérieure, ledit cône 138 pouvant être mâle ou femelle, et le contact entre ledit patin 137 et ledit cône 138 ayant pour effet de déformer axialement et depuis son centre le disque élastique de centrage 134.

On note que la collerette de fixation de disque 136 peut être fixée au portique de centrage 127 au moyen d’au moins une vis, un clip, ou tout autre moyen de fixation connu de l’homme de l’art.

On remarque que si le piston 2 à double effet est prolongé d’une tige supérieure de piston 128, cette dernière traverse le trou de disque 135 sans toucher le disque élastique de centrage 134.

On remarque en outre qu’avantageusement, le disque élastique de centrage 134 peut être réalisé dans un matériau résistant aux températures élevées et offrant une faible conductivité thermique tel que le dioxyde de zirconium.

On peut aussi noter qu’en alternative à ce qui vient d’être décrit et qu’il s’agisse des moyens de centrage de culasse inférieure 109 ou des moyens de centrage de culasse supérieure 110, un patin de contact similaire à celui que présente le trou de disque 135 peut être aménagé respectivement soit sur la culasse chaude 10 inférieure, soit sur la culasse chaude 10 supérieure, tandis qu’un cône de centrage et d'étanchéité similaire à celui que présentent lesdites culasses 10 est aménagé sur ou dans le disque élastique de centrage 134.

On remarque que la fonction de centrage et d’étanchéité qu’assure le disque élastique de centrage 134 peut être confiée par exemple à un tore fendu ou non et fait d’acier ou d’un superalliage, à une rondelle expansible constituée ou non de multiples plis empilés radialement et faits d’une même pièce de métal ou de céramique, à au moins trois pointeaux poussés par un ressort, répartis tous les cent vingt degrés et coopérant avec un segment d’étanchéité, et de façon générale, à toute solution capable d’assurer un centrage et une étanchéité dans les conditions fonctionnelles recherchées tout en limitant les déperditions de chaleur depuis toute pièce chaude vers toute pièce froide.

Comme le montrent les figures 2 et 7, une liaison anti rotation 149 peut relier directement ou indirectement la culasse chaude 10 inférieure et/ou la culasse chaude 10 supérieure et/ou le carter-cylindre refroidi 5 au portique de centrage 127, ladite liaison 149 pouvant être par exemple constituée d’une goupille ou d’une biellette, et interdisant à l’ensemble que forment lesdites culasses 10 et le carter-cylindre refroidi 5 de tourner autour de l’axe longitudinal du cylindre froid 6.

FONCTIONNEMENT DE L’INVENTION :

Le fonctionnement du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention se comprend aisément à la vue des figures 1 à 10.

Ledit moteur 1 peut comporter un piston 2 à simple effet comme montré en ou à double effet comme l’illustrent les figures 2 à 10. Ledit moteur 1 peut exécuter un cycle de Beau de Rochas, de Miller, d’Atkinson, de Diesel, ou tout autre cycle thermodynamique connu de l’homme de l’art.

Selon le mode particulier de réalisation du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention montré en figures 2 à 10, le piston 2 est à double effet tandis que ledit moteur 1 exécute un cycle de Brayton à régénération qui est identique à celui qu’exécute le moteur thermique à transfert-détente et régénération selon le brevet N° WO2016120560.

Dans ce contexte particulier, l’invention ne s’applique qu’au détendeur 28 dudit moteur 1, aussi, les autres organes de ce dernier tels qu’un ou des compresseurs, un brûleur ou un échangeur de régénération nécessaires à la mise en œuvre du cycle de Brayton à régénération, ne sont pas représentés.

L’objectif du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention est de limiter au maximum les pertes de chaleur du gaz de travail 17 en portant le plus de surface de paroi interne possible du détendeur 28 à haute température, ceci tout en permettant au piston 2 de réaliser avec le cylindre froid 6 une étanchéité en recourant à des moyens d’étanchéité de piston 30 conventionnels, en l’occurrence des segments de compression 44 et un segment racleur d'huile 45 similaires à ceux qui équipent les moteurs à combustion interne automobiles produits en grande série.

On remarque, particulièrement en figures 1, 3 et 4, que selon l’exemple de réalisation particulier du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention qui y est exposé, les moyens de transmission de puissance 3 qui sont logés dans le carter de transmission 42 sont prévus pour transformer les mouvements de va-et-vient qu’effectue un piston 2 à double effet dans le cylindre froid 6, en mouvement continu de rotation d’un vilebrequin 35.

Selon cet exemple non-limitatif de réalisation particulier dudit moteur 1 selon l’invention, le carter de transmission 42 et les moyens de transmission de puissance 3 sont maintenus à une température voisine de cent degrés Celsius.

En figures 3 et 4 et à titre d’exemple de réalisation du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention, on remarque ici que les moyens de transmission de puissance 3 sont avantageusement constitués d’une bielle 34 qui est reliée au piston 2 à double effet par une crosse 49 elle-même reliée audit piston 2 par une tige inférieure de piston 46, ladite bielle 34 étant articulée autour d’une manivelle 48 aménagée sur le vilebrequin 35 ce dernier formant un arbre de sortie de puissance 4.

Comme on le voit clairement en figures 3 et 4, le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention présenté ici possède pour un même cylindre froid 6 une culasse chaude 10 inférieure qui forme avec le piston 2 à double effet une chambre chaude de volume variable 11 inférieure, et une culasse chaude 10 supérieure qui forme avec ledit piston 2 une chambre chaude de volume variable 11 supérieure.

Comme on le comprend en figures 3 et 4, le carter-cylindre refroidi 5 est maintenu axialement enserré entre les culasses chaudes 10 inférieure et supérieure, tandis que le piston 2 à double effet reçoit une calotte chaude 19 sur chacune de ses faces axiales inférieure et supérieure, lesdites calottes 19 s’interposant entre ledit piston 2 et la chambre chaude de volume variable 11 avec laquelle elles coopèrent.

Nous supposerons ici que le gaz de travail 17 est introduit dans le détendeur 28 via une soupape d’admission 31 à une température de mille trois-cents degrés Celsius, tandis que la température d’équilibre opérationnelle des culasses chaudes 10 et des calottes chaudes 19 est de neuf-cent cinquante degrés Celsius.

On note qu’avantageusement, la soupape d’admission 31 et une soupape d'échappement 33 par laquelle le gaz de travail 17 est expulsé du détendeur 28 après y avoir été détendu peuvent chacune être autoclave, et être pilotée par un actionneur de soupape 50 hydraulique à régénération tel que décrit dans le brevet N° 3071896 en date du 11 octobre 2019 appartenant au demandeur.

Contrairement au moteur thermique à transfert-détente et régénération selon le brevet WO2016120560 dont toutes les parois internes de détendeur sont maintenues à une température élevée de par exemple neuf-cent cinquante degrés Celsius, la paroi interne du cylindre froid 6 du détendeur 28 du moteur thermique 1 selon l’invention est maintenue par les moyens de refroidissement de carter-cylindre 9 à une température relativement basse de seulement cent degrés Celsius, cette température n’étant donnée qu’à titre d’exemple.

En figures 1, 3, 4, 9 et 10, on a montré que les moyens de refroidissement de carter-cylindre 9 peuvent être constitués d’une chambre de refroidissement 27 qui enveloppe la surface externe du cylindre froid 6, un liquide caloporteur 32 - en l’occurrence de l’eau - circulant dans ladite chambre 27.

Ainsi et comme le montrent clairement les figures 3, 6, 9 et 10, pratiquement toutes les parois internes du détendeur 28 du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention restent chaudes à l’instar de celles du moteur thermique à transfert-détente et régénération selon le brevet WO2016120560, à l’exception du cylindre froid 6.

On remarque d’ailleurs à ce titre que pour éviter toute perte de chaleur, le détendeur 28 montré en figures 2, 3, 4 et 7 comprend un plenum articulé 159 d’admission et un plenum articulé 159 d’échappement en carbure de silicium 21, lesdits plenums 159 étant agencés selon le principe du brevet N° FR 3094416 publié le 5 mars 2021 et appartenant au demandeur.

A ce titre, les figures 2 à 4 montrent clairement que lesdits plenums 159 sont maintenus plaqués, d’une part, sur les culasses chaudes 10 inférieure ou supérieure selon le cas, et d’autre part, sur un collecteur de gaz par des brides élastiques de plenum 158 maintenues enserrées par des vis et des ressorts de bride élastique de plenum 56.

Cet agencement particulier permet auxdits plenums 159 qui offrent aux culasses chaudes 10 et aux collecteurs une portée sphérique, de librement s’articuler autour desdites culasses 10 et desdits collecteurs pour laisser se dilater les pièces constitutives du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention.

De même, on remarque en figures 2, 3, 4 et 7 que le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention et suivant un exemple de réalisation non-limitatif, les actionneurs de soupape 50 sont maintenus plaqués sur le plenum articulé 159 avec lequel ils coopèrent par une bride élastique d'actionneurs 54 et par des ressorts de bride élastique d'actionneurs 55 s’agissant desdits actionneurs 50 qui pilotent la soupape d’admission 31 et la soupape d'échappement 33 de la chambre chaude de volume variable 11 supérieure, et par un poussoir élastique d'actionneur 160 s’agissant desdits actionneurs 50 qui pilotent la soupape d’admission 31 et la soupape d'échappement 33 de la chambre chaude de volume variable 11 inférieure.

On remarque d’ailleurs que les poussoirs élastique d'actionneur 160 sont télescopiques et sont mis en pression par un écrou qui presse des rondelles « Belleville ».

Si, comme il a été dit précédemment, pratiquement toutes les parois internes du détendeur 28 restent chaudes à l’exception du cylindre froid 6, les surfaces chaudes restantes sont suffisantes pour obtenir du cycle de Brayton à régénération un rendement thermodynamique significativement plus élevé en pratique que celui des cycles d’Otto et de Diesel.

On note en figures 3, 4, 9 et 10 que les moyens de guidage de piston 29 et les moyens d’étanchéité de piston 30 du piston 2 sont également maintenus à une température de l’ordre de cent degrés Celsius, proche de celle du cylindre froid 6, ceci notamment pour préserver l’intégrité du film de lubrifiant 7 qui recouvre la paroi interne dudit cylindre 6.

On comprend donc que, contrairement au moteur thermique à transfert-détente et régénération selon le brevet WO2016120560, les moyens d’étanchéité de piston 30 ne sont plus constitués d’un dispositif d’étanchéité à coussin de fluide selon le brevet FR 3032252, mais bien d’une segmentation comparable à celle des moteurs à combustion interne automobiles conventionnels, lesdits moyens 30 étant refroidis et lubrifiés de la même manière.

Cette similitude permet au moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention de bénéficier de savoirs faires plus que centenaires dans le domaine de la segmentation des pistons de moteurs à combustion interne.

La configuration particulière dudit moteur 1 se justifie en ce que, dans les conditions de température qui viennent d’être décrites, la chaleur cédée au cylindre froid 6 par le gaz de travail 17 forme une perte énergétique comparable voire inférieure à celle induite d’une part, par le dispositif d’étanchéité à coussin de fluide objet du brevet FR 3032252 à cause des moyens de compression nécessaires à son alimentation en air comprimé, et d’autre part, par le système de refroidissement régénératif selon le brevet N° EP 3585993 du fait des pertes de charges à l’échappement additionnelles qu’il génère, et de la réintroduction dans le cycle thermodynamique de la chaleur extraite des parois internes du détendeur via un échangeur thermique de régénération dont le rendement est inférieur à un.

Pour preuve du bien-fondé du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention, on note que si toutes les parois internes du détendeur 28 montré en figures 3 à 7 et en figures 9 et 10 - y compris les culasses chaudes 10 inférieure et supérieure et les calottes chaudes 19 - étaient maintenues à seulement cent degrés Celsius à l’instar des parois internes des moteurs à combustion interne automobiles produits en grande série, la puissance calorifique moyenne spécifique à la surface – par exemple exprimée en kilowatts par mètre carré - cédée par le gaz de travail 17 au cylindre froid 6, serait très inférieure à celle cédée par ledit gaz 17 auxdites culasses chaudes 10 et auxdites calottes chaudes 19.

En effet, la surface que le cylindre froid 6 expose au gaz de travail 17 est petite en début de détente dudit gaz 17, puis s’agrandit au fur et mesure que ledit gaz 17 se détend et que parallèlement, sa température baisse, contrairement aux culasses chaudes 10 et aux calottes chaudes 19 dont la surface exposée au gaz de travail 17 reste constante.

Ainsi, en supposant que lesdites culasses 10 et lesdites calottes 19 soient maintenues volontairement à cent degrés Celsius durant la détente, la puissance de refroidissement spécifique à la surface serait beaucoup plus faible au niveau des parois internes du cylindre froid 6 qu’au niveau de celles desdites culasses chaudes 10 et desdites calottes chaudes 19.

En outre, selon la configuration particulière du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 montrée en figures 2 à 10, le piston 2 est à double effet et non à simple effet, ce qui minimise la surface du cylindre froid 6 relativement à la surface cumulée des culasses chaudes 10 et des calottes chaudes 19.

En effet, le cylindre froid 6 étant commun aux chambres chaudes de volume variable 11 inférieure et supérieure, sa surface vaut ici moins de trente pour cent de la surface interne totale du détendeur 28 qui entre en contact avec le gaz de travail 17.

On observe également que, à puissance maximale identique, le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention étant doté d’un piston 2 à double effet tel que montré en figures 2 à 7 et en figures 9 et 10, et exécutant un cycle de Brayton à régénération, la surface interne que présente son cylindre froid 6 est plus petite que la surface interne du cylindre d’un moteur à cycle d’Otto ou de Diesel conventionnel.

Ceci, réduit les pertes thermiques relatives imputables audit cylindre froid 6.

De plus, la température maximale atteinte par les gaz dans le cylindre d’un moteur à cycle d’Otto ou de Diesel conventionnel est de l’ordre de deux mille cinq cents degrés Celsius contre seulement environ mille trois-cents degrés Celsius s’agissant du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 exécutant un cycle de Brayton à régénération.

Toutes choses égales par ailleurs, cette moindre température réduit encore les pertes de chaleur du gaz de travail 17 au contact du cylindre froid 6.

En outre, on remarquera que contrairement aux culasses chaudes 10 et aux calottes chaudes 19, le cylindre froid 6 du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention est localisé dans une zone de faible turbulence du gaz de travail 17 lors de l’introduction dudit gaz 17 dans l’une ou l’autre chambre chaude de volume variable 11 via la soupape d’admission 31 correspondante, ou lors de l’expulsion dudit gaz 17 hors de ladite chambre 11 via la soupape d'échappement 33.

Cette turbulence de faible intensité limite le forçage convectif et la cession de chaleur par le gaz de travail 17 au cylindre froid 6.

On remarquera d’ailleurs que, contrairement aux moteurs conventionnels à cycle d’Otto ou de Diesel, la turbulence des gaz introduits dans le détendeur 28 n’a pas besoin d’être forcée par des mouvements connus de l’homme de l’art sous les termes anglo-saxons de « tumble », de «swirl » ou de « squish », pour favoriser quelque combustion que ce soit.

En effet, dans la mesure où le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention exécute un cycle de Brayton à régénération - ce qui est sa vocation première - la combustion ou le réchauffage du gaz de travail 17 s’effectue au moyen d’une source chaude située en amont du détendeur 28 et non dans ledit détendeur 28, ladite source pouvant être constituée d’un brûleur, d’un échangeur de chaleur ou encore et à titre d’exemple non-limitatif, d’un capteur à concentration de rayonnement solaire.

La non nécessité de créer de la turbulence volontaire pour favoriser une combustion réduit donc encore les pertes thermiques du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention exécutant un cycle de Brayton à régénération par rapport à celles d’un moteur conventionnel à cycle d’Otto ou de Diesel, et ceci, du fait d’un moindre forçage convectif entre le gaz de travail 17 et la paroi interne du cylindre froid 6.

Ceci étant dit, pour bénéficier des avantages du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1, on comprend que ledit moteur 1 nécessite de faire coopérer des pièces chaudes et des pièces froides distantes les unes des autres de seulement quelques millimètres.

Pour démontrer comment le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention autorise cette coopération de pièces chaudes et de pièces froides très proches les unes des autres, nous supposerons ici que le carter-cylindre refroidi 5 est réalisé en fonte, cependant que les culasse chaudes 10 et les calottes chaudes 19 sont réalisées en carbure silicium 21, le corps du piston 2 étant quant à lui réalisé en acier à hautes caractéristiques mécaniques.

Rappelons que le carbure de silicium conserve ses caractéristiques mécaniques jusqu’à des températures de l’ordre de mille quatre-cents degrés Celsius, et peut être utilisé en milieu oxydant jusqu’à ces températures élevées.

Nous supposerons également ici que le diamètre intérieur du cylindre froid 6 vaut deux cent quarante millimètres.

La proximité des pièces chaudes et froides fait apparaître un double enjeu lié aux dilatations différentielles, et à la limitation des pertes thermiques.

Prenons par exemple le cas de la culasse chaude 10 supérieure du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention, selon sa configuration particulière montrée en figures 2 à 10.

Ladite culasse chaude 10 et le cylindre froid 6 avec laquelle elle coopère sont tous deux fabriqués à une température de l’ordre de vingt degrés Celsius.

Or, en fonctionnement, la température du cylindre froid 6 se stabilise à cent degrés Celsius cependant que celle de la culasse chaude 10 se stabilise à neuf cent cinquante degrés Celsius.

Tenant compte des coefficients de dilatation des matériaux constitutifs de la culasse chaude 10 du cylindre froid 6, ces températures conduisent à des écarts de diamètre à chaud entre celui de la culasse chaude 10 et celui du cylindre froid 6 de près d’un millimètre.

De même, sous l’effet de la température, la hauteur totale des culasses chaudes 10 inférieure et supérieure croît de l’ordre d’un millimètre également, une telle variation de hauteur ne pouvant que difficilement être absorbée par les moyens de plaquage de culasse 24 qui doivent par ailleurs reprendre les efforts axiaux générés par la pression du gaz de travail 17 dans les chambres chaudes de volume variable 11 inférieure et supérieure.

En outre, la grande proximité entre les culasses chaudes 10 inférieure et supérieure et le cylindre froid 6 est de nature à favoriser les transferts de chaleur depuis lesdites culasses 10 vers ledit cylindre 6, lesdits transferts étant nuisibles au rendement thermodynamique du cycle de Brayton à régénération.

Le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention répond à ce double besoin d’une part, d’absorber d’importants écarts de dilatation entre diverses pièces maintenues au contact l’une de l’autre et opérant à des températures très différentes, et d’autre part, de limiter les échanges de chaleur entre lesdites pièces.

En effet, comme on le voit en figures 2 à 4 et en figures 7 et 8, ledit moteur 1 comprend des piliers évidés 101 par exemple réalisés en inox, qui sont traversés de part en part dans le sens de leur longueur par un tunnel de tige 102, une première extrémité de pilier 103 dudit pilier 101 reposant sur le carter de transmission 42 par l’intermédiaire d’une liaison rotule 105 tandis qu’une deuxième extrémité de pilier 104 dudit pilier 101 supporte la culasse chaude 10 inférieure, également par l’intermédiaire d’une liaison rotule 105.

Les piliers évidés 101 étant de grande longueur, ils forment une barrière thermique et limitent la cession de chaleur par la culasse chaude 10 inférieure au carter de transmission 42.

En figures 1, 2, 7 et 8, on remarque les tiges de traction 106 qui forment les moyens de plaquage de culasse 24, lesdites tiges 106 étant chacune en partie logées dans le tunnel de tige 102 du pilier évidé 101 avec lequel elles coopèrent, une première extrémité de tige 107 de chaque dite tige de traction 106 étant arrimée au carter de transmission 42 au moyen d’un filetage de tige 146 et d’un écrou de tige 147, et par l’intermédiaire d’un ressort de compression 148 ici constitué d’un empilement de rondelles « Belleville ».

On remarque qu’un tube de refroidissement de tige 111 enveloppe de façon étanche chaque tige de traction 106 sur la majeure partie de sa longueur, un liquide caloporteur 32 fourni par une source de liquide de refroidissement 113 à une température voisine de cent degrés Celsius circulant dans un espace laissé entre la paroi interne dudit tube 111 et la surface externe de ladite tige 106, cependant que la majeure partie de la surface externe dudit tube 111 ne touche pas la paroi interne du tunnel de tige 102 de sorte à définir avec cette dernière paroi un espace vide.

Comme on le voit en , un premier orifice d’alimentation de tube 114 communique avec l’intérieur du tube de refroidissement de tige 111 au voisinage de la première extrémité de tige 107 tandis qu’un deuxième orifice d’alimentation de tube 115 communique avec l’intérieur du tube de refroidissement de tige 111 au voisinage de la deuxième extrémité de tige 108, le liquide caloporteur 32 pouvant circuler entre les deux dits orifices 114, 115.

En , on a montré que selon la variante de réalisation du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention exposée ici, le tube de refroidissement de tige 111 peut avantageusement comporter une collerette de tube 116 maintenue serrée par la tige de traction 106 et par l’intermédiaire d’une rehausse d’isolation thermique 120 contre une oreille de fixation 117 que présente la culasse chaude 10 supérieure.

Comme le montre la , la collerette de tube 116 est ici maintenue serrée par la tige de traction 106 contre l’oreille de fixation 117 par l’intermédiaire d’un raccord Banjo 118 qui comporte un conduit radial de raccord 119 qui est relié à la source de liquide de refroidissement 113 d’une part, et qui communique avec l’intérieur du tube de refroidissement de tige 111 d’autre part.

On remarque en que le tube de refroidissement de tige 111 comporte plusieurs renflements de tube 122 constitués d’une portion axiale dudit tube 111 dont le diamètre libre est légèrement supérieur à celui du tunnel de tige 102 dans lequel il est logé, ce qui permet de centrer ledit tube 111 dans ledit tunnel 102.

On remarque en zone « D » de la que le tube de refroidissement de tige 111 comporte un premier orifice d’alimentation de tube 114 localisé entre deux renflements de tube 122, ledit premier orifice 114 communiquant avec l’intérieur du tube de refroidissement de tige 111 au voisinage de la première extrémité de tige 107 d’une part, et étant relié à une source de liquide de refroidissement 113 à l’instar de celle montrée en , par des canaux aménagés dans le carter de transmission 42 d’autre part.

Du côté de la première extrémité de tige 107, on remarque que le tube de refroidissement de tige 111 comporte au contraire une restriction de diamètre de tube 123 constituée d’une portion axiale dudit tube 111 dont le diamètre libre est légèrement inférieur à celui du corps de la tige de traction 106 ce qui permet de centrer ledit tube 111 autour de ladite tige 106 et de réaliser localement une étanchéité entre ledit tube 111 et ladite tige 106.

Avantageusement, ladite restriction de diamètre de tube 123 peut être complétée d’un joint de tube 157 en élastomère ou remplacée par ce dernier afin de garantir une parfaite étanchéité entre la tige de traction 106 et le tube de refroidissement de tige 111.

Ainsi constituée, la tige de traction 106 peut opérer à une température voisine de cents degrés Celsius quelle que soit la température des culasses chaudes 10 inférieure et supérieure, et être réalisée dans un acier à hautes caractéristiques mécaniques, ceci sans risque de détremper ledit acier.

En tout état de cause, cette configuration particulière qui permet de refroidir la tige de traction 106 peut s’avérer inutile si cette dernière est réalisée en matériau résistant aux hautes températures tel que le « zircone », le carbure de silicium, l’alumine ou tout superalliage spécifiquement développé pour ce type d’usage.

Avantageusement, les liaisons rotules 105 qui sont au contact des culasses chaudes 10 inférieure et supérieure peuvent être réalisées dans un matériau à très faible conductivité thermique comme l’oxyde de Zirconium, ceci pour limiter le passage de chaleur depuis les culasses chaudes 10 inférieure et supérieure vers les piliers évidés 101 et les tiges de traction 106.

Comme on le remarque en figures 1, 2, 7 et 8, des rehausses d’isolation thermique 120 peuvent effectivement être intercalées entre les tiges de traction 106 et la culasse chaude 10 supérieure, ceci afin de réduire le flux de chaleur passant depuis ladite culasse 10 vers les tiges de traction 106, ces dernières étant en ce cas logées dans un tunnel de rehausse 121 qui traverse de part en part lesdites rehausses 120 dans le sens de leur longueur.

Cette configuration particulière est précisée en , sur laquelle on voit que chaque pilier évidé 101 compte effectivement deux liaisons rotules 105 autour desquelles il s’articule.

On note en zone « D » de ladite qu’entre la première extrémité de pilier 103 dudit pilier 101 et le carter de transmission 42 s’intercale une première liaison rotule 105 tandis que la zone « C » de la même montre qu’entre la deuxième extrémité de pilier 104 dudit pilier 101 et la culasse chaude 10 inférieure s’intercale une deuxième liaison rotule 105.

La montre également que chaque pilier évidé 101 est effectivement traversé de part en part dans le sens de sa longueur par un tunnel de tige 102 dans lequel est logée une tige de traction 106.

Comme illustré en zone « D » de ladite , la première extrémité de tige 18 de la tige de traction 107 est arrimée au carter de transmission 42 par l’intermédiaire d’une première liaison rotule 105.

La zone « A » de la rappelle quant à elle que la deuxième extrémité de tige 108 est bien indirectement arrimée à la culasse chaude 10 supérieure par l’intermédiaire d’une tête de tige 145, d’une liaison rotule 105, et d’une rehausse d’isolation thermique 120.

La tête de tige 145 maintient la culasse chaude 10 inférieure et la culasse chaude 10 supérieure plaquées sur le carter-cylindre refroidi 5, ce dernier ce retrouvant enserré entre les deux dites culasses 10.

Ceci est notamment rendu possible grâce à des oreilles de fixation 117 que comportent lesdites culasses 10, lesdites oreilles 117 présentant un orifice d’oreille 144 traversé par la tige de traction 106.

Les zones « B » et « C » de la illustrent cette disposition de manière particulièrement évidente.

Ainsi, les différentes liaisons rotules 105 autour desquelles s’articulent les quatre piliers évidés 101 et la tige de traction 106 avec laquelle ils coopèrent permettent aux culasses chaudes 10 inférieure et supérieure de se dilater librement, notamment par rapport au carter de transmission 42.

Ceci peut survenir cependant que les piliers évidés 101 transmettent des efforts de traction et de compression audit carter 42, lesdits efforts provenant de la pression qu’exerce le gaz de travail 17 alternativement sur la culasse chaude 10 inférieure, et sur la culasse chaude 10 supérieure.

Comme on le remarque en figures 9 et 10, la dilatation des culasses chaudes 10 inférieure et supérieure n’influe que peu ou pas sur la longueur totale de l’assemblage que constituent ensemble lesdites culasses 10 et le carter-cylindre refroidi 5.

Ceci résulte de ce que lesdites culasse 10 présentent chacune une surface conique concave de culasse 25 par l’intermédiaire de laquelle lesdites culasse 10 sont maintenues plaquées par les tiges de traction 106 sur une arête circulaire de contact de cylindre 51 aménagée sur le carter-cylindre refroidi 5.

L’angle du cône concave que forme ladite surface 25 a été préalablement calculé pour que lorsque ladite surface 25 glisse sur ladite arête 51 du fait de l’écart entre la dilatation thermique de l’une ou l’autre culasse 10 et celle dudit carter-cylindre 5, la distance qui sépare la tête de tige 145 du carter-cylindre refroidi 5 reste approximativement constante toute chose égale par ailleurs.

Quelle que soit la dilatation différentielle entre celle desdites culasses 10 inférieures et supérieures et celle du carter-cylindre refroidi 5, l’arête circulaire de contact de cylindre 51 et les surfaces coniques concaves de culasse 25 respectives desdites culasses 10 garantissent que ces dernières restent toujours centrées sur le carter-cylindre refroidi 5.

A ce titre, la surface conique concave de culasse 25 et l’arête circulaire de contact de cylindre 51 forment les moyens de centrage de culasse 39 du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention.

Comme le montrent clairement les figures 9 et 10, les moyens de centrage de culasse 39 et l’anneau isolant 13 qui forme les moyens étanches d’isolation thermique 12 peuvent ne faire qu’un, l’arête circulaire de contact de cylindre 51 faisant partie intégrante dudit anneau 13, ce dernier constituant une barrière thermique qui limite drastiquement les transferts de chaleur depuis les culasses chaudes 10 vers le carter-cylindre refroidi 5.

On note que les dispositions avantageuses qui viennent d’être décrites ne peuvent fonctionner correctement qu’avec les moyens de centrage de culasse inférieure 109 solidaires du carter de transmission 42 qui sont particulièrement visibles en , et avec les moyens de centrage de culasse supérieure 110 tels que montrés en qui sont également solidaires dudit carter 42 via un portique de centrage 127 rigidement fixé audit carter 42.

Lesdits moyens 109, 110 assurent le centrage et le parallélisme par rapport au carter de transmission 42 de l’ensemble que forment les culasses chaudes 10 inférieure et supérieure et le carter-cylindre refroidi 5.

Lesdits moyens 109, 110 sont chacun constitués d’un disque élastique de centrage 134 percé en son centre d’un trou de disque 135 au travers duquel passe sans toucher ledit disque 134 la tige inférieure de piston 46 du côté de la culasse chaude 10 inférieure, et une tige supérieure de piston 128 du côté de la culasse chaude 10 supérieure.

Comme on le voit en figures 5 et 6, la périphérie des disques élastiques de centrage 134 forme une collerette de fixation de disque 136 qui est fixée de manière étanche soit sur le carter de transmission 42, soit sur le portique de centrage 127 selon le cas.

Les figures 5 et 6 montrent que le bord du trou de disque 135 présente un patin de contact 137 circulaire mâle qui est maintenu en contact étanche avec un cône de centrage et d'étanchéité 138 femelle que présentent les culasses chaudes 10 inférieure et supérieure, le contact entre ledit patin 137 et ledit cône 138 ayant pour effet de légèrement déformer axialement le disque élastique de centrage 134 à partir de son centre et dans son domaine d’élasticité, et d’empêcher le gaz de travail 17 contenu dans les chambres chaudes de volume variable 11 inférieure et supérieure de s’échapper desdites chambres 11.

En figures 5 et 6, on aura remarqué la longueur radiale relativement importante laissée sur le disque élastique de centrage 134 entre sa collerette de fixation de disque 136 et son patin de contact 137.

Cette longueur est nécessaire pour que ledit disque 134 puisse se déformer sans dommages axialement depuis son centre, et est également utile pour limiter autant que possible le transfert de chaleur depuis le cône de centrage et d'étanchéité 138 vers ladite collerette 136.

A ce titre, le corps du disque élastique de centrage 134 est préférentiellement de faible épaisseur, et peut être réalisé en oxyde de zirconium réputé pour sa faible conductivité thermique.

On notera également que le contact linéique de faible largeur réalisé entre le cône de centrage et d'étanchéité 138 et le patin de contact 137 constitue également en soi une barrière thermique efficace.

Selon cette configuration particulière du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon l’invention, l’ensemble que forment les culasses chaudes 10 inférieure et supérieure et le carter-cylindre refroidi 5 peut sensiblement se dilater longitudinalement ou se déplacer par rapport au carter de transmission 42 sur une très courte distance parallèlement à l’axe longitudinal du cylindre froid 6, mais ledit ensemble ne peut en aucun cas se déplacer dans le plan perpendiculaire audit axe par rapport audit carter 42.

On remarque aussi en figures 2 et 7 la liaison anti rotation 149 qui relie le carter-cylindre refroidi 5 au portique de centrage 127, ceci pour interdire audit ensemble de tourner autour de l’axe longitudinal du cylindre froid 6.

Comme on le voit en , le disque élastique de centrage 134 de la culasse chaude 10 inférieure coopère avec une platine de centrage et d'étanchéité 131 rigidement fixée sur le carter de transmission 42, ladite platine 131 étant percée d’un orifice d’accès aux moyens de transmission 132 au travers duquel passe la tige inférieure de piston 46 pour être reliée aux moyens de transmission de puissance 3.

On remarque que l’orifice d’accès aux moyens de transmission 132 comprend des moyens d’étanchéité de tige 133 qui prennent ici la forme de deux segments à coupe 150 qui sont maintenus plaqués l’un sur l’autre par un ressort de plaquage de segments 156 et dont les coupes sont décalées, lesdits segments 150 réalisant une étanchéité entre ledit orifice 132 et la tige inférieure de piston 46.

Comme on le voit en , le disque élastique de centrage 134 de la culasse chaude 10 supérieure est quant à lui fixé sur le portique de centrage 127 lequel présente un orifice d’accès à la chambre de refroidissement et de lubrification 130 au travers duquel passe la tige supérieure de piston 128 pour déboucher dans une chambre de refroidissement et de lubrification de piston 125 reliée à une source de fluide lubrifiant-refroidissant 126.

Sur la , on remarque que l’orifice d’accès à la chambre de refroidissement et de lubrification 130 présente aussi des moyens d’étanchéité de tige 133 qui prennent également la forme de deux segments à coupe 150 dont les coupes sont décalées, lesdits segments 150 étant là aussi maintenus plaqués l’un sur l’autre par un ressort de plaquage de segments 156.

Comme on le comprend aisément à la vue des figures 5 et 6, la tige inférieure de piston 46 et la tige supérieure de piston 128 sont respectivement lubrifiées, étanchées et refroidies par du lubrifiant qui réside et/ou circule dans le carter de transmission 42 et dans la chambre de refroidissement et de lubrification de piston 125.

Comme le montrent les figures 9 et 10, les principes qui prévalent au niveau des culasses 10 inférieure et supérieure et au niveau du carter-cylindre refroidi 5 se retrouvent également au niveau du piston 2 à double effet.

On remarque sur lesdites figures que l’anneau d’étanchéité de piston 37 qui est aménagé en périphérie du piston 2 comporte des moyens d’étanchéité de piston 30 ici formés de segments de piston 151 similaires à ceux que comportent les moteurs à combustion interne conventionnels à allumage commandé ou par compression.

L’anneau d’étanchéité de piston 37 est maintenu à une température voisine de cent degrés Celsius par un fluide lubrifiant-refroidissant 139 - en l’occurrence de l’huile - qui circule depuis la chambre de refroidissement et de lubrification de piston 125 jusqu’au carter de transmission 42 en passant respectivement via un canal interne de tige supérieure de piston 140 aménagé longitudinalement dans la tige supérieure de piston 128, via une cavité interne de piston 141, et via un canal interne de tige inférieure de piston 142 aménagé longitudinalement dans la tige inférieure de piston 46.

Il est à noter que quand le moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 tel qu’exposé ici à titre d’exemple s’arrête, la source de fluide lubrifiant-refroidissant 126 qui assure la circulation du fluide lubrifiant-refroidissant 139 depuis la chambre de refroidissement et de lubrification de piston 125 jusqu’au carter de transmission 42 via la cavité interne de piston 141, peut continuer à faire circuler ledit fluide 139 pour refroidir les organes constitutifs du piston 2 à double effet et ceci, tant que les culasses chaudes 10 et les calottes chaudes 19 inférieure et supérieure continuent à transmettre de la chaleur auxdits organes et risquent de porter le fluide lubrifiant-refroidissant 139 que contiennent lesdits organes à température de cokéfaction voire de combustion.

On remarque, particulièrement en figures 9 et 10, que la périphérie de la cavité interne de piston 141 communique avec la face périphérique externe de l’anneau d’étanchéité de piston 37 via des orifices périphériques de lubrification d’anneau 143 lesquels débouchent axialement entre deux segments de piston 151, cependant que lesdits orifices 143 constituent à la fois les moyens de lubrification 8 et une partie au moins des moyens de refroidissement d’anneau d’étanchéité 38.

On remarque que l’anneau d’étanchéité de piston 37 présente - entre les deux segments de piston 151 - des moyens de guidage de piston 29 qui guident le piston 2 dans le cylindre froid 6, lesdits moyens 29 étant ici constitués d’une surface de glissement annulaire 43 en forme en tonneau qui favorise la portance hydrodynamique du film de lubrifiant 7 interposé entre ladite surface 43 et ledit cylindre 6.

On note aussi - comme aisément visible en figures 5, 6, 9 et 10 - qu’un segment racleur d’huile 152 peut avantageusement être intercalé entre la surface de glissement annulaire 43 et le segment de piston 151 qui est placé du côté de la chambre chaude de volume variable 11 inférieure, les orifices périphériques de lubrification d’anneau 143 débouchant entre deux lèvres que présente ledit segment racleur 152.

Le segment racleur d’huile 152 a pour double fonction d’étaler le fluide lubrifiant-refroidissant 139 sur la paroi interne du cylindre froid 6, tout en récupérant ledit fluide 139 présent en excès sur ladite paroi.

Comme on le voit en figures 9 et 10 les calottes chaudes 19 inférieure et supérieure présentent une surface conique concave de calotte 26 par l’intermédiaire de laquelle elle sont chacune maintenues plaquées par les moyens de plaquage de calotte 23 sur une arête circulaire de contact de piston 52 aménagée sur le piston 2.

On remarque en figures 3, 7, 9, et 10 que les moyens de plaquage de calotte 23 sont ici constitués d’une vis axiale de piston à double effet 153 qui d’une part, fixe le piston 2 à double effet sur la crosse 49, et qui d’autre part, plaque les calottes chaudes 19 inférieure et supérieure sur l’anneau d’étanchéité de piston 37 par l’intermédiaire de tubes de plaquage de calotte 154 et de ressorts de plaquage de calotte 155, lesdits ressorts 155 étant en l’occurrence constitués d’un empilement de rondelles « Belleville ».

Les figures 9 et 10 montrent que, qu’il s’agisse de la calotte chaude 19 inférieure ou supérieure, l’angle du cône concave que forme la surface conique concave de calotte 26 a été préalablement calculé pour que lorsque ladite surface 26 glisse sur l’arête circulaire de contact de piston 52 avec laquelle elle coopère, du fait de l’écart entre la dilatation thermique de ladite calotte 19 et celle du piston 2, la distance qui sépare la tête de la vis axiale de piston à double effet 153 du point d’appui des moyens de plaquage de calotte 23 sur la calotte chaude 19 reste approximativement constante toutes choses égales par ailleurs, de sorte que les ressorts de plaquage de calotte 155 ne se retrouvent ni davantage comprimés, ni davantage détendus.

Ainsi, toutes choses égales par ailleurs, l’effort de traction auquel est soumise la vis axiale de piston à double effet 153 reste à peu près constant quel que soit l’écart de la dilatation thermique entre celle des calottes chaudes 19 inférieure et supérieure, et celle du piston 2.

Selon cette configuration particulière du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 suivant l’invention, la surface conique concave de calotte 26 et l’arête circulaire de contact de piston 52 forment les moyens de centrage de calotte 40.

Les possibilités du moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid 1 selon 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 (36)

1. Moteur thermique alternatif à culasse chaude et cylindre froid (1) comprenant un carter-cylindre refroidi (5) dans lequel est aménagé au moins un cylindre froid (6) dans lequel un piston (2) orienté et/ou localisé par des moyens de guidage de piston (29) peut translater, ledit piston (2) étant directement ou indirectement relié par des moyens de transmission de puissance (3) logés dans un carter de transmission (42) à au moins un arbre de sortie de puissance (4) rotatif ou alternatif,caractérisé en ce qu’il comprend :

   • Des moyens de lubrification (8) qui forment un film de lubrifiant (7) qui s’interpose entre le cylindre froid (6) et le piston (2) ;

   • Des moyens de refroidissement de carter-cylindre (9) qui refroidissent le carter-cylindre refroidi (5) de sorte à maintenir tout ou partie de la surface interne du cylindre froid (6) à une température suffisamment basse pour que le film de lubrifiant (7) ne vieillisse pas prématurément, ne cokéfie pas, ou ne brûle pas ;
   • Au moins une culasse chaude (10) dont la température de fonctionnement est significativement supérieure à celle du carter-cylindre refroidi (5) qu’elle coiffe pour former avec le piston (2) une chambre chaude de volume variable (11) qui renferme un gaz de travail (17), ladite culasse (10) étant d’une part, maintenue plaquée sur le carter-cylindre refroidi (5) par des moyens de plaquage de culasse (24) qui la laissent libre de se dilater par rapport audit carter-cylindre (5), et d’autre part, localisée par rapport audit carter-cylindre (5) par des moyens de centrage de culasse (39) ;
   • Au moins un anneau d’étanchéité de piston (37) aménagé en périphérie du piston (2), ledit anneau (37) comportant d’une part, des moyens d’étanchéité de piston (30) qui forment une étanchéité entre le piston (2) et le cylindre froid (6), et étant d’autre part, refroidi par des moyens de refroidissement d’anneau d’étanchéité (38) ;
   • Au moins une calotte chaude (19) qui est interposée entre la chambre chaude de volume variable (11) et le piston (2) et dont la température de fonctionnement est significativement supérieure à celle du carter-cylindre refroidi (5), ladite calotte (19) étant d’une part, maintenue plaquée sur le piston (2) par des moyens de plaquage de calotte (23) qui laissent ladite calotte (19) libre de se dilater par rapport audit piston (2), et d’autre part, localisée par rapport audit piston (2) par des moyens de centrage de calotte (40).
2. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 1,caractérisé en ce qu edes moyens étanches d’isolation thermique (12) sont interposés entre le carter-cylindre refroidi (5) et la culasse chaude (10).
3. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 1,caractérisé en ce qu edes moyens d’isolation thermique (22) sont interposés entre la calotte chaude (19) et le piston (2)).
4. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 2 ou 3,caractérisé en ce queles moyens étanches d’isolation thermique (12) et/ou les moyens d’isolation thermique (22) sont constitués d’au moins un anneau isolant (13) fait d’un matériau à faible conductivité thermique (14).
5. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 4,caractérisé en ce quele matériau à faible conductivité thermique (14) est principalement constitué d’oxyde de zirconium (15).
6. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 4,caractérisé en ce quel’anneau isolant (13) qui forme les moyens étanches d’isolation thermique (12) est directement ou indirectement en contact avec le carter-cylindre refroidi (5) et/ou avec la culasse chaude (10) par l’intermédiaire d’au moins une arête de contact de faible surface (16) qui empêche le gaz de travail (17) de passer entre le carter-cylindre refroidi (5) et la culasse chaude (10).
7. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 4,caractérisé en ce quel’anneau isolant (13) qui forme les moyens d’isolation thermique (22) est directement ou indirectement en contact avec la calotte chaude (19) et/ou avec le piston (2) par l’intermédiaire d’au moins une arête de contact de faible surface (16).
8. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 4,caractérisé en ce qu’un joint d’étanchéité de culasse (18) est interposé entre l’anneau isolant (13) qui forme les moyens étanches d’isolation thermique (12) et le carter-cylindre refroidi (5) et/ou entre ledit anneau (13) et la culasse chaude (10).
9. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 4,caractérisé en ce qu’un joint d’étanchéité de piston (36) est interposé entre l’anneau isolant (13) qui forme les moyens d’isolation thermique (22) et la calotte chaude (19) et/ou entre ledit anneau (13) et le piston (2).
10. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 1,caractérisé en ce quela culasse chaude (10) et/ou la calotte chaude (19) sont en tout ou partie constitués d’un matériau résistant à hautes températures (20).
11. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 10,caractérisé en ce quele matériau résistant à hautes températures (20) est principalement constitué de carbure de silicium (21).
12. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 1,caractérisé en ce quela culasse chaude (10) présente une surface conique concave de culasse (25) par l’intermédiaire de laquelle ladite culasse (10) est maintenue plaquée par les moyens de plaquage de culasse (24) sur une arête circulaire de contact de cylindre (51) aménagée sur le carter-cylindre refroidi (5), l’angle du cône concave que forme ladite surface (25) étant tel que lorsque ladite surface (25) glisse sur ladite arête (51) du fait de l’écart entre la dilatation thermique de ladite culasse (10) et celle dudit carter-cylindre (5), la distance axiale qui sépare le point d’appui des moyens de plaquage de culasse (24) sur la culasse chaude (10) du carter-cylindre refroidi (5) reste approximativement constante toute chose égale par ailleurs, cependant que la surface conique concave de culasse (25) et l’arête circulaire de contact de cylindre (51) forment les moyens de centrage de culasse (39).
13. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 1,caractérisé en ce quela calotte chaude (19) présente une surface conique concave de calotte (26) par l’intermédiaire de laquelle ladite calotte (19) est maintenue plaquée par les moyens de plaquage de calotte (23) sur une arête circulaire de contact de piston (52) aménagée sur le piston (2), l’angle du cône concave que forme ladite surface (26) étant tel que lorsque ladite surface (26) glisse sur ladite arête (52) du fait de l’écart entre la dilatation thermique de ladite calotte (19) et celle du piston (2), la distance axiale qui sépare le point d’appui des moyens de plaquage de calotte (23) sur la calotte chaude (19) du piston (2) reste approximativement constante toute chose égale par ailleurs, cependant que la surface conique concave de calotte (26) et l’arête circulaire de contact de piston (52) forment les moyens de centrage de calotte (40).
14. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 1,caractérisé en ce quela calotte chaude (19) présente en sa périphérie un cordon de passivation aérodynamique (53).
15. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 1,caractérisé en ce quel’extérieur de la culasse chaude (10) est recouvert d’un isolant thermique (41).
16. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 1,caractérisé en ce quel’anneau d’étanchéité de piston (37) présente des moyens de guidage de piston (29) constitués d’une surface de glissement annulaire (43).
17. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 1,caractérisé en ce quele carter-cylindre refroidi (5) est maintenu enserré entre une culasse chaude (10) inférieure et une culasse chaude (10) supérieure par les moyens de plaquage de culasse (24) cependant que le piston (2) est à double effet et comprend d’une part, une tige inférieure de piston (46) qui le relie aux moyens de transmission de puissance (3) et qui traverse de part en part la culasse chaude (10) inférieure via un orifice de tige inférieure (47), et d’autre part, une calotte chaude (19) inférieure et une calotte chaude (19) supérieure pour définir avec les culasses chaudes (10) inférieure et supérieure une chambre chaude de volume variable (11) inférieure et une chambre chaude de volume variable (11) supérieure.
18. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 17,caractérisé en ce qu’il comprend :

    • Au moins un pilier évidé (101) traversé de part en part dans le sens de sa longueur par un tunnel de tige (102), une première extrémité de pilier (103) dudit pilier (101) reposant directement ou indirectement sur le carter de transmission (42) tandis qu’une deuxième extrémité de pilier (104) dudit pilier (101) supporte la culasse chaude (10) inférieure, ladite première extrémité (101) pouvant pivoter autour d’une liaison rotule (105) et/ou fléchir par rapport audit carter (42) cependant que ladite deuxième extrémité (104) peut pivoter autour d’une liaison rotule (105) et/ou fléchir par rapport à ladite culasse chaude (10) inférieure ;
    • Au moins une tige de traction (106) qui forme les moyens de plaquage de culasse (24) et qui est, au moins pour partie, logée dans le tunnel de tige (102), une première extrémité de tige (107) de ladite tige de traction (106) étant directement ou indirectement arrimée au carter de transmission (42) tandis qu’une deuxième extrémité de tige (108) de ladite tige (106) est directement ou indirectement arrimée à la culasse chaude (10) supérieure, ladite première extrémité (107) pouvant pivoter autour d’une liaison rotule (105) et/ou fléchir par rapport audit carter (42) tandis que ladite deuxième extrémité (108) peut pivoter autour d’une liaison rotule (105) et/ou fléchir par rapport à ladite culasse (10) ;
    • Des moyens de centrage de culasse inférieure (109) solidaires du carter de transmission (42) et qui prennent directement ou indirectement appui sur la culasse chaude (10) inférieure, lesdits moyens (109) laissant ladite culasse (10) libre de se déplacer sur une courte distance parallèlement à l’axe longitudinal du cylindre froid (6) et par rapport au carter de transmission (42), mais interdisant à ladite culasse (10) de se déplacer dans le plan perpendiculaire audit axe par rapport audit carter (42) ;
    • Des moyens de centrage de culasse supérieure (110) solidaires d’un portique de centrage (127) lequel est rigidement fixé au carter de transmission (42), lesdits moyens (110) prenant directement ou indirectement appui sur la culasse chaude (10) supérieure, et lesdits moyens (109) laissant ladite culasse (10) libre de se déplacer sur une courte distance parallèlement à l’axe longitudinal du cylindre froid (6) et par rapport au carter de transmission (42), mais interdisant à ladite culasse (10) de se déplacer dans le plan perpendiculaire audit axe par rapport audit carter (42).
19. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 18,caractérisé en ce qu’un tube de refroidissement de tige (111) enveloppe de façon étanche la tige de traction (106) sur tout ou partie de la longueur de ladite tige (106), un liquide caloporteur (32) provenant d’une source de liquide de refroidissement (113) pouvant circuler dans un espace laissé entre la paroi interne dudit tube (111) et la surface externe de ladite tige (106) cependant que la plus grande part possible de la surface externe dudit tube (111) ne touche pas la paroi interne du tunnel de tige (102) de sorte à définir avec cette dernière paroi un espace vide.
20. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 19,caractérisé en ce qu’au moins un premier orifice d’alimentation de tube (114) communique avec l’intérieur du tube de refroidissement de tige (111) au voisinage de la première extrémité de tige (107), et au moins un deuxième orifice d’alimentation de tube (115) communique avec l’intérieur du tube de refroidissement de tige (111) au voisinage de la deuxième extrémité de tige (108), le liquide caloporteur (32) pouvant circuler entre les deux dits orifices (114, 115).
21. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 19,caractérisé en ce q uele tube de refroidissement de tige (111) comporte une collerette de tube (116) maintenue directement ou indirectement serrée par la tige de traction (106) soit contre une oreille de fixation (117) que présente la culasse chaude (10) supérieure, soit contre le carter de transmission (42).
22. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 21,caractérisé en ce quela collerette de tube (116) est maintenue serrée par la tige de traction (106) contre l’oreille de fixation (117) par l’intermédiaire d’un raccord Banjo (118) qui comporte au moins un conduit radial de raccord (119) qui est relié à la source de liquide de refroidissement (113) d’une part, et qui communique avec l’intérieur du tube de refroidissement de tige (111) d’autre part.
23. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 21,caractérisé en ce qu’une rehausse d’isolation thermique (120) est intercalée entre la collerette de tube (116) et l’oreille de fixation (117), ladite rehausse (120) étant traversée de part en part dans le sens de sa longueur par un tunnel de rehausse (121) dans lequel est logée la tige de traction (106) et le tube de refroidissement de tige (111) qui l’enveloppe de façon étanche, cependant que la plus grande part possible de la surface externe dudit tube (111) ne touche pas la paroi interne du tunnel de rehausse (121) de sorte à définir avec cette dernière paroi un espace vide.
24. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 19,caractérisé en ce qu ele tube de refroidissement de tige (111) comporte au moins un renflement de tube (122) constitué d’une portion axiale dudit tube (111) dont le diamètre libre est sensiblement équivalent voire légèrement supérieur à celui du tunnel de tige (102) dans lequel il est logé.
25. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 19,caractérisé en ce quele tube de refroidissement de tige (111) comporte au moins une restriction de diamètre de tube (123) constituée d’une portion axiale dudit tube (111) dont le diamètre libre est sensiblement équivalent voire légèrement inférieur à celui du corps de la tige de traction (106).
26. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 18,caractérisé en ce quela tige de traction (106) est creuse pour former un canal interne de refroidissement de tige aménagé dans la longueur de ladite tige (106), ledit canal débouchant axialement ou radialement au voisinage de chaque extrémité ladite tige (106) tandis qu’un liquide caloporteur (32) provenant d’une source de liquide de refroidissement (113) peut circuler dans ledit canal.
27. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 18,caractérisé en ce qu’une chambre de refroidissement et de lubrification de piston (125) reliée à une source de fluide lubrifiant-refroidissant (126) est fixée sur le portique de centrage (127) ou aménagée sur ou dans ce dernier tandis qu’une tige supérieure de piston (128) qui prolonge le piston (2) à double effet du coté de la chambre chaude de volume variable (11) supérieure traverse la culasse chaude (10) supérieure via un orifice de tige supérieure (129) aménagé dans ladite culasse (10) et via un orifice d’accès à la chambre de refroidissement et de lubrification (130) traversant le portique de centrage (127) pour déboucher dans la chambre de refroidissement et de lubrification de piston (125) de sorte que l’extrémité de la tige supérieure de piston (128) qui est la plus éloignée dudit piston (2) reste toujours plongée dans ladite chambre (128) quelle que soit la position dudit piston (2).
28. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 27,caractérisé en ce qu’un fluide lubrifiant-refroidissant (139) peut circuler depuis la chambre de refroidissement et de lubrification de piston (125) jusqu’au carter de transmission (42) en passant successivement via un canal interne de tige supérieure de piston (140) aménagé longitudinalement dans la tige supérieure de piston (128), via une cavité interne de piston (141), et via un canal interne de tige inférieure de piston (142) aménagé longitudinalement dans la tige inférieure de piston (46).
29. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 28,caractérisé en ce quela périphérie de la cavité interne de piston (141) communique avec la face périphérique externe de l’anneau d’étanchéité de piston (37) via au moins un orifice périphérique de lubrification d’anneau (143) qui débouche axialement entre au moins deux moyens d’étanchéité de piston (30), ledit orifice (143) constituant les moyens de lubrification (8).
30. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 18,caractérisé en ce quele carter de transmission (42) est coiffé d’une platine de centrage et d'étanchéité (131) percée d’un orifice d’accès aux moyens de transmission (132) au travers duquel passe la tige inférieure de piston (46) pour être reliée aux moyens de transmission de puissance (3), ladite platine (131) étant rigidement fixée sur ledit carter (42).
31. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 27,caractérisé en ce quel’orifice d’accès à la chambre de refroidissement et de lubrification (130) comprend des moyens d’étanchéité de tige (133) réalisant une étanchéité entre ledit orifice (130) et la tige supérieure de piston (128).
32. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 30,caractérisé en ce quel’orifice d’accès aux moyens de transmission (132) comprend des moyens d’étanchéité de tige (133) réalisant une étanchéité entre ledit orifice (132) et la tige inférieure de piston (46).
33. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 18,caractérisé en ce queles moyens de centrage de culasse inférieure (109) et/ou les moyens de centrage de culasse supérieure (110) sont constitués d’un disque élastique de centrage (134) pouvant être percé en son centre d’un trou de disque (135) au travers duquel passe respectivement la tige inférieure de piston (46) ou une tige supérieure de piston (128) tandis que sa périphérie constitue une collerette de fixation de disque (136) fixée de manière étanche respectivement sur le carter de transmission (42) et/ou sur le portique de centrage (127).
34. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 30,caractérisé en ce quela platine de centrage et d'étanchéité (131) porte les moyens de centrage de culasse inférieure (109) lesquels sont constitués d’un disque élastique de centrage (134) dont la périphérie forme une collerette de fixation de disque (136) fixée de manière étanche sur ladite platine (131), ledit disque (134) étant percé en son centre d’un trou de disque (135) au travers duquel passe la tige inférieure de piston (46) sans toucher ledit disque (134), le bord du trou de disque (135) présentant un patin de contact (137) circulaire qui est maintenu en contact étanche avec un cône de centrage et d'étanchéité (138) que présente la culasse chaude (10) inférieure, ledit cône (138) pouvant être mâle ou femelle, et le contact entre ledit patin (137) et ledit cône (138) ayant pour effet de déformer axialement et depuis son centre le disque élastique de centrage (134).
35. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 18,caractérisé en ce queles moyens de centrage de culasse supérieure (110) sont constitués d’un disque élastique de centrage (134) dont la périphérie forme une collerette de fixation de disque (136) fixée de manière étanche sur le portique de centrage (127), ledit disque (134) étant percé en son centre d’un trou de disque (135) dont le bord présente un patin de contact (137) circulaire qui est maintenu en contact étanche avec un cône de centrage et d'étanchéité (138) que présente la culasse chaude (10) supérieure, ledit cône (138) pouvant être mâle ou femelle, et le contact entre ledit patin (137) et ledit cône (138) ayant pour effet de déformer axialement et depuis son centre le disque élastique de centrage (134).
36. Moteur thermique alternatif suivant la revendication 18,caractérisé en ce qu’une liaison anti rotation (149) relie directement ou indirectement la culasse chaude (10) inférieure et/ou la culasse chaude (10) supérieure et/ou le carter-cylindre refroidi (5) au portique de centrage (127).