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CA 03134437 2021-09-21
WO 2020/201649 1
PCT/FR2020/050497
Description
Titre de l'invention : PLENUM ARTICULÉ
[0001] La présente invention est relative à un plenum articulé notamment
destiné à per-
fectionner le moteur thermique à transfert-détente et régénération objet du
brevet
W02016/120560 appartenant au demandeur, ledit brevet résultant du brevet
français
publié le 5 août 2016 sous le N FR 3032236.
[0002] Plus précisément, le plenum articulé objet de la présente invention
est favorablement
combinable avec le cylindre détendeur à double effet à support adaptatif objet
du
brevet W02017/046479 qui appartient également au demandeur.
[0003] Le brevet W02017/046479 permet à l'ensemble rigide formé d'un fût de
cylindre,
d'une culasse inférieure et d'une culasse supérieure que comprend le moteur à
transfert-détente et régénération objet du brevet W02016/120560 de se dilater
librement sous l'effet de la température par rapport à un carter de
transmission sur
lequel il est fixé et ceci, sans compromettre le bon fonctionnement d'un
piston qui
évolue dans ledit fût de cylindre.
[0004] Outre les brevets W02016/120560 et W02017/046479, le plenum articulé
objet de la
présente invention trouve tout son intérêt en combinaison avec l'invention
objet du
brevet W02018/154214, laquelle consiste en un système de refroidissement ré-
génératif. Ledit système - qui perfectionne également le moteur thermique à
transfert-
détente et régénération objet du brevet W02016/120560 - permet notamment de
fabriquer l'ensemble rigide formé du fût de cylindre, de la culasse inférieure
et de la
culasse supérieure dudit moteur en fonte ou en acier inoxydable, ceci parce
que ledit
système permet de maintenir ledit ensemble à une température maximale de
l'ordre de
sept cents degrés Celsius qui reste compatible avec ces matériaux.
[0005] Le plenum articulé relatif à la présente invention se combine
également avanta-
geusement avec l'objet de la demande de brevet français N 1759206 du 2 octobre
2017
qui appartient au demandeur. Cette demande décrit un actionneur hydraulique de
soupape à régénération qui s'applique avantageusement au moteur à transfert-
détente
et régénération objet du brevet W02016/120560, de préférence dans sa version
per-
fectionnée par l'objet du brevet W02017/046479.
[0006] La demande de brevet français N 1759206 expose notamment que la culasse
in-
férieure de cylindre détendeur et la culasse supérieure de cylindre détendeur
peuvent
recevoir chacune des cartouches d'actionneur qui sont plaquées - via des
butées de
plaque sur la culasse avec laquelle elles coopèrent - par d'une part, une
plaque de
contention de cartouche inférieure s'agissant de la culasse inférieure de
cylindre
détendeur et par d'autre part, une plaque de contention de cartouche
supérieure
s'agissant de la culasse supérieure de cylindre détendeur, lesdites plaques
tendant à
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être rapprochées l'une de l'autre par des tirants de plaque.
[0007] Cependant, le brevet W02017/046479 et la demande de brevet français N
1759206
suggèrent que les conduits d'admission du moteur à transfert-détente et
régénération
qui véhiculent des gaz à haute température sont intégrés aux culasses
inférieure et su-
périeure dudit moteur, lesquelles sont avantageusement réalisées - selon le
brevet
W02018/154214 - en fonte ou en acier inoxydable maintenu à une température de
l'ordre de sept cents degrés Celsius.
[0008] On remarque qu'il serait avantageux que les conduits d'admission du
moteur à
transfert-détente et régénération puissent être portés à une température plus
élevée car
ils véhiculent des gaz à haute température qu'il faut éviter de refroidir. De
toute
évidence, cette température devrait être la plus proche possible de celle
desdits gaz
c'est-à-dire par exemple de mille trois cents degrés Celsius. En effet, si la
température
desdits conduits est équivalente à celles des gaz qu'ils véhiculent, lesdits
gaz ne
peuvent pas céder de chaleur auxdits conduits. Minimiser la cession de chaleur
entre
gaz et conduits est favorable au rendement énergétique final du moteur à
transfert-
détente et régénération.
[0009] On remarque aussi que le brevet W02017/046479 permet bien à l'ensemble
rigide
formé du fût de cylindre, de la culasse inférieure et de la culasse supérieure
du moteur
à transfert-détente et régénération de se dilater librement par rapport au
carter de
transmission sur lequel il est fixé. Toutefois, ledit brevet ne précise pas
comment sont
raccordés les conduits d'admission dudit moteur à sa source de chaleur qui
peut par
exemple être constituée d'un brûleur. Or, la distance entre les conduits
d'admission
respectifs des culasses inférieure et supérieure dudit moteur est susceptible
de varier si-
gnificativement du fait de la dilatation de l'ensemble rigide formé du fût de
cylindre,
de la culasse inférieure et de la culasse supérieure.
[0010] De même, la demande de brevet français N 1759206 qui décrit un
actionneur hy-
draulique de soupape à régénération prévoit une cartouche d'actionneur qui est
montée
sur l'ensemble de cylindre détendeur du moteur thermique à transfert-détente
et régé-
nération, ladite cartouche comportant une cage de soupape logée soit dans la
culasse
inférieure de cylindre détendeur, soit dans la culasse supérieure de cylindre
détendeur.
Dans ce contexte, la soupape qui permet d'ouvrir ou d'obturer le conduit
d'admission
peut être guidée directement ou indirectement dans ladite cage qui héberge un
siège de
soupape, ce dernier et/ou la partie de la cage de soupape qui guide ladite
soupape
pouvant être refroidi par un circuit de refroidissement de soupape dans lequel
circule
un fluide caloporteur.
[0011] La cage ainsi maintenue à basse température offre une surface d'échange
thermique
aux gaz qui circulent dans le conduit d'admission et qui sont portés à haute
tem-
pérature. Cette configuration favorise ainsi le refroidissement desdits gaz et
donc, nuit
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au rendement énergétique final du moteur à transfert-détente et régénération.
[0012] C'est sur la base de ces constats et pour corriger les inconvénients
inhérents aux dif-
férentes inventions et combinaisons d'inventions qui viennent d'être décrites
que le
plenum articulé suivant la présente invention permet :
[0013] De découpler mécaniquement, de façon étanche, et selon les trois
axes du système de
coordonnées cartésiennes tridimensionnel les conduits d'admission du moteur à
transfert-détente et régénération par rapport à la culasse inférieure ou
supérieure avec
laquelle ils coopèrent d'une part, et par rapport à la source de chaleur
d'autre part, ceci
pour que l'ensemble rigide formé du fût de cylindre, de la culasse inférieure
et de la
culasse supérieure dudit moteur d'une part, et la source de chaleur d'autre
part,
puissent librement se dilater l'un par rapport à l'autre sans que lesdits
conduits
d'admission ne les en empêchent, et sans contraindre mécaniquement lesdits
conduits;
[0014] De réaliser les conduits d'admission du moteur à transfert-détente
et régénération
dans un matériau compatible avec les hautes températures, ledit matériau
pouvant
avantageusement être différent de celui qui constitue le fût de cylindre et
les culasse in-
férieure et supérieure dudit moteur, cette stratégie permettant de réduire au
maximum
le refroidissement des gaz chauds circulant dans lesdits conduits d'admission
;
[0015] D'accueillir, de contenir et d'isoler thermiquement et de façon
étanche une cartouche
d'actionneur similaire à celle décrite dans la demande de brevet français N
1759206,
ceci sans recourir à une cage de soupape qui soit de nature à refroidir les
gaz chauds
circulant dans lesdits conduits d'admission ;
[0016] D'héberger une soupape d'admission opérant à haute température, ce qui
permet de
réduire au maximum le refroidissement des gaz chauds circulant dans lesdits
conduits
d'admission ;
[0017] De permettre à la soupape d'admission de rester pleinement
opérationnelle et étanche
quelle que soit la position relative de la cartouche d'actionneur qui pilote
ladite
soupape par rapport au conduit d'admission, ladite position étant variable en
fonction
de la dilatation de ladite soupape par rapport à celle de ladite cartouche, et
par rapport
celle dudit conduit d'admission.
[0018] Il est entendu que le plenum articulé selon l'invention s'adresse
principalement au
moteur thermique à transfert-détente et régénération objet du brevet
W02016/120560
appartenant au demandeur.
[0019] Toutefois, ledit plenum peut aussi s'appliquer sans restriction à
tout conduit de gaz
porté à haute température, l'ouverture et la fermeture dudit conduit étant
pilotées par
une soupape, et ledit conduit reliant entre eux des composants susceptibles de
se dilater
ou de se déplacer les uns par rapport aux autres.
[0020] Le plenum articulé suivant la présente invention est prévu pour un
moteur thermique
à transfert-détente et régénération dont le piston à double effet de détendeur
se déplace
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dans un cylindre de détendeur ce dernier constituant avec une culasse
supérieure de
détendeur et une culasse inférieure de détendeur un ensemble cylindre-culasses
de
détendeur, ledit moteur comprenant un compresseur qui comprime un gaz de
travail
avant de l'expulser dans un échangeur thermique de régénération dans lequel
ledit gaz
est préchauffé tandis qu'au sortir dudit échangeur ledit gaz est surchauffé
par une
source de chaleur avant d'être introduit - via un conduit de sortie brûleur
puis un
conduit d'admission et par une soupape d'admission pilotée par un actionneur
de
soupape d'admission - dans le cylindre de détendeur pour y être détendu et
produire un
travail sur un arbre de sortie de puissance, ledit gaz étant ensuite expulsé
du cylindre
de détendeur avant d'être à nouveau introduit dans l'échangeur thermique de
régé-
nération pour y être refroidi en cédant une partie de sa chaleur au gaz de
travail qui
entre dans ledit échangeur pour y être préchauffé, ledit plenum comprenant :
[0021] Un corps de plenum creux qui forme le conduit d'admission et qui
comprend un
orifice d'entrée de plenum qui communique avec la source de chaleur, un
orifice de
sortie de plenum qui débouche dans le cylindre de détendeur via soit la
culasse su-
périeure de détendeur soit la culasse inférieure de détendeur, et un orifice
d'actionneur
qui reçoit l'actionneur de soupape d'admission;
[0022] Une extrémité troncosphérique côté brûleur aménagée au niveau de
l'orifice d'entrée
de plenum, ladite extrémité formant une liaison rotule étanche avec une
surface tronco-
sphérique complémentaire côté brûleur aménagée à l'extérieur du conduit de
sortie
brûleur;
[0023] Une extrémité troncosphérique côté culasse aménagée au niveau de
l'orifice de sortie
de plenum, ladite extrémité formant une liaison rotule étanche avec une
surface tronco-
sphérique complémentaire côté culasse aménagée à l'extérieur de la culasse
supérieure
de détendeur ou de la culasse inférieure de détendeur;
[0024] Un siège de soupape aménagé au voisinage de l'orifice de sortie de
plenum, la
soupape d'admission pouvant reposer sur ledit siège pour obturer ledit
orifice;
[0025] Des moyens de contention qui d'une part, maintiennent l'extrémité
troncosphérique
côté brûleur plaquée sur la surface troncosphérique complémentaire côté
brûleur, et qui
d'autre part, maintiennent l'extrémité troncosphérique côté culasse plaquée
sur la
surface troncosphérique complémentaire côté culasse.
[0026] Le plenum articulé suivant la présente invention comprend un siège de
soupape qui
présente une surface troncosphérique complémentaire côté siège qui coopère
avec une
portée troncosphérique côté soupape aménagée à l'extrémité de la soupape
d'admission, ladite surface et ladite portée formant une liaison rotule
étanche
lorsqu'elles sont au contact l'une de l'autre.
[0027] Le plenum articulé suivant la présente invention comprend une soupape
d'admission
qui comprend une queue de soupape qui peut translater selon son axe
longitudinal dans
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ou avec une rotule de guidage supérieur de queue de soupape logée dans
l'actionneur
de soupape d'admission, ladite rotule permettant à ladite soupape de
s'orienter selon un
angle limité par rapport audit actionneur.
[0028] Le plenum articulé suivant la présente invention comprend une queue de
soupape qui
peut translater selon son axe longitudinal dans un porte-joint de queue de
soupape à
mémoire de position qui est logé dans l'actionneur de soupape d'admission,
ledit porte-
joint pouvant se déplacer radialement par rapport audit actionneur et
comportant un
joint de queue de soupape qui forme une étanchéité entre ledit porte-joint et
la queue
de soupape tandis que ledit porte-joint comporte également un joint de porte
joint qui
forme une étanchéité entre ledit porte-joint et l'actionneur de soupape
d'admission.
[0029] Le plenum articulé suivant la présente invention comprend un porte-
joint de queue de
soupape à mémoire de position qui est maintenu plaqué contre l'actionneur de
soupape
d'admission par un ressort de porte-joint de queue de soupape.
[0030] Le plenum articulé suivant la présente invention comprend un corps de
plenum qui
reçoit l'actionneur de soupape d'admission par l'intermédiaire d'une
entretoise de dé-
couplage thermique qui réalise une étanchéité et un centrage avec le corps de
plenum
d'une part, et avec l'actionneur de soupape d'admission d'autre part.
[0031] Le plenum articulé suivant la présente invention comprend des moyens de
contention
qui sont constitués d'au moins une plaque de contention d'actionneur maintenue
plaquée contre l'actionneur de soupape d'admission par au moins un tirant de
plaque et
par l'intermédiaire d'au moins une butée de plaque, de sorte que ledit
actionneur est à
son tour maintenu plaqué sur le corps de plenum par l'intermédiaire d'une face
d'appui
d'actionneur que présente l'orifice d'actionneur, et de sorte que l'extrémité
tronco-
sphérique côté brûleur est maintenue plaquée sur la surface troncosphérique
complé-
mentaire côté brûleur et/ou que l'extrémité troncosphérique côté culasse est
maintenue
plaquée sur la surface troncosphérique complémentaire côté culasse.
[0032] Le plenum articulé suivant la présente invention comprend des moyens de
contention
qui sont constitués d'au moins un étau de contention de plenum côté brûleur
qui appuie
directement ou indirectement - au voisinage de l'orifice d'entrée de plenum et
en
direction de ce dernier - sur le corps de plenum par l'intermédiaire d'au
moins une
surface d'appui d'étau.
[0033] La description qui va suivre en regard des dessins annexés et donnés
à titre
d'exemples non limitatifs permettra de mieux comprendre l'invention, les
caracté-
ristiques qu'elle présente, et les avantages qu'elle est susceptible de
procurer:
[0034] [fig.1] est une vue en coupe schématique du plenum articulé suivant
l'invention, mis
en oeuvre sur le moteur thermique à transfert-détente et régénération objet du
brevet
W02016/120560 appartenant au demandeur, ledit plenum hébergeant un actionneur
hydraulique de soupape à régénération dont la soupape est rendue compatible
avec
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ledit plenum par divers aménagements prévus par le plenum articulé suivant
l'invention, un étau de contention de plenum côté brûleur étant montré à titre
de
moyens de contention.
[0035] [fig.2] est une vue tridimensionnelle du plenum articulé suivant
l'invention, mis en
oeuvre sur le moteur thermique à transfert-détente et régénération objet du
brevet
W02016/120560 appartenant au demandeur, ledit plenum hébergeant un actionneur
hydraulique de soupape à régénération dont la soupape est rendue compatible
avec
ledit plenum par divers aménagements prévus par le plenum articulé suivant
l'invention.
[0036] [fig.3] est une vue tridimensionnelle d'ensemble d'un moteur
thermique à transfert-
détente et régénération objet du brevet W02016/120560 appartenant au demandeur
qui
comprend deux ensembles cylindre-culasses de détendeur, chaque ensemble
recevant
deux plenums articulés suivant l'invention.
DESCRIPTION DE L'INVENTION:
[0037] On a montré en figures 1 à 3 le plenum articulé 1, divers détails de
ses composants,
ses variantes, et ses accessoires.
[0038] Comme l'illustre la figure 3, le plenum articulé 1 est
particulièrement prévu pour un
moteur thermique à transfert-détente et régénération 30 dont le piston à
double effet de
détendeur 31 se déplace dans un cylindre de détendeur 32, ce dernier
constituant avec
une culasse supérieure de détendeur 33 et une culasse inférieure de détendeur
34 un
ensemble cylindre-culasses de détendeur 35.
[0039] On voit en figure 3 que le moteur thermique à transfert-détente et
régénération 30
comprend un compresseur 36 qui comprime un gaz de travail 37 avant de
l'expulser
dans un échangeur thermique de régénération 38 dans lequel ledit gaz 37 est
préchauffé tandis qu'au sortir dudit échangeur 38 ledit gaz 37 est surchauffé
par une
source de chaleur 39.
[0040] Au sortir de la source de chaleur 39, le gaz de travail 37 est
introduit via un conduit
de sortie brûleur 46 puis un conduit d'admission 3 et par une soupape
d'admission 10
pilotée par un actionneur de soupape d'admission 50 dans le cylindre de
détendeur 32
pour y être détendu et produire un travail sur un arbre de sortie de puissance
40.
[0041] Le gaz de travail 37 est ensuite expulsé du cylindre de détendeur 32
avant d'être à
nouveau introduit dans l'échangeur thermique de régénération 38 pour y être
refroidi
en cédant une partie de sa chaleur au gaz de travail 37 qui entre dans ledit
échangeur
38 pour y être préchauffé.
[0042] Comme le montrent les figures 1 à 3, le plenum articulé 1 suivant
l'invention
présente un corps de plenum 2 creux qui peut avantageusement être réalisé en
un
matériau dur et résistant aux hautes températures tel que le carbure de
silicium.
[0043] Ledit corps de plenum 2 forme le conduit d'admission 3 du moteur
thermique à
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transfert-détente et régénération 30 et comprend un orifice d'entrée de plenum
4 qui
communique avec la source de chaleur 39, un orifice de sortie de plenum 6 qui
débouche dans le cylindre de détendeur 32 via soit la culasse supérieure de
détendeur
33 soit la culasse inférieure de détendeur 34, et un orifice d'actionneur 8
qui reçoit
l'actionneur de soupape d'admission 50.
[0044] Tel que particulièrement illustré en figures 1 et 2, le plenum
articulé 1 suivant
l'invention présente également une extrémité troncosphérique côté brûleur 5
aménagée
au niveau de l'orifice d'entrée de plenum 4, ladite extrémité 5 formant une
liaison
rotule étanche 16 avec une surface troncosphérique complémentaire côté brûleur
14
aménagée à l'extérieur du conduit de sortie brûleur 46, ce dernier pouvant
être réalisé
en un matériau dur et résistant aux hautes températures tel que le carbure de
silicium.
[0045] On note qu'avantageusement, soit l'extrémité troncosphérique côté
brûleur 5 soit la
surface troncosphérique complémentaire côté brûleur 14 peut présenter une
forme
conique et non pas sphérique, de sorte à favoriser une ligne de contact plutôt
qu'une
aire de contact entre ladite extrémité 5 et ladite surface 14. On remarque
qu'en ce cas,
c'est la pièce femelle qui doit présenter une forme conique.
[0046] Les figures 1 et 2 illustrent également que le plenum articulé 1
suivant l'invention
présente aussi une extrémité troncosphérique côté culasse 7 aménagée au niveau
de
l'orifice de sortie de plenum 6, ladite extrémité 7 formant une liaison rotule
étanche 16
avec une surface troncosphérique complémentaire côté culasse 15 aménagée à
l'extérieur de la culasse supérieure de détendeur 33 ou de la culasse
inférieure de
détendeur 34.
[0047] On note qu'avantageusement, l'extrémité troncosphérique côté culasse
7 ou la
surface troncosphérique complémentaire côté culasse 15 peut présenter une
forme
conique et non pas sphérique, de sorte à favoriser une ligne de contact plutôt
qu'une
aire de contact entre ladite extrémité 7 et ladite surface 15. On remarque
qu'en ce cas,
c'est la pièce femelle qui doit présenter une forme conique.
[0048] Le plenum articulé 1 suivant l'invention comprend également un siège de
soupape 9
qui est particulièrement visible en figures 1 et 2, ledit siège 9 étant
aménagé au
voisinage de l'orifice de sortie de plenum 6 tandis que la soupape d'admission
10 peut
reposer sur ledit siège 9 pour obturer ledit orifice 6 afin d'interdire au gaz
de travail 37
provenant de la source de chaleur 39 de pénétrer dans le cylindre de détendeur
32.
[0049] On note qu'avantageusement, la soupape d'admission 10 peut être faite
d'un matériau
dur résistant aux hautes températures tel que le nitrure de silicium.
[0050] Enfin et comme le montrent les figures 1 à 3, le plenum articulé 1
suivant l'invention
comporte des moyens de contention 17 qui d'une part, maintiennent l'extrémité
tronco-
sphérique côté brûleur 5 plaquée sur la surface troncosphérique complémentaire
côté
brûleur 14, et qui d'autre part, maintiennent l'extrémité troncosphérique côté
culasse 7
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plaquée sur la surface troncosphérique complémentaire côté culasse 15.
[0051] Selon un mode particulier de réalisation du plenum articulé 1
suivant l'invention, le
siège de soupape 9 peut présenter une surface troncosphérique complémentaire
côté
siège 18 qui coopère avec une portée troncosphérique côté soupape 19 aménagée
à
l'extrémité de la soupape d'admission 10.
[0052] En ce cas, ladite surface 18 et ladite portée 19 forment une liaison
rotule étanche 16
lorsqu'elles sont au contact l'une de l'autre de sorte que la soupape
d'admission 10
peut s'orienter par rapport au plenum articulé 1 selon un angle limité, tout
en réalisant
dans tous les cas une étanchéité avec le siège de soupape 9 avec lequel elle
coopère.
[0053] On note qu'avantageusement, la surface troncosphérique
complémentaire côté siège
18 peut être conique et non pas sphérique de sorte à favoriser une ligne de
contact
plutôt qu'une aire de contact entre elle-même et la portée troncosphérique
côté soupape
19.
[0054] Comme le montrent clairement les figures 1 et 2, la soupape
d'admission 10 peut
comprendre une queue de soupape 11 qui peut translater selon son axe
longitudinal
dans ou avec une rotule de guidage supérieur de queue de soupape 66 logée dans
l'actionneur de soupape d'admission 50, ladite rotule 66 permettant à ladite
soupape 10
de s'orienter selon un angle limité par rapport audit actionneur 50.
[0055] Selon cette variante de réalisation, la queue de soupape 11 peut
translater selon son
axe longitudinal dans un porte-joint de queue de soupape à mémoire de position
67
montré en figures 1 et 2. Ledit porte-joint 67 est logé dans l'actionneur de
soupape
d'admission 50 et peut se déplacer ralialement par rapport audit actionneur
50.
[0056] Ledit porte-joint 67 peut avantageusement comporter un joint de queue
de soupape
74 qui forme une étanchéité entre ledit porte-joint 67 et la queue de soupape
11 tandis
que ledit porte-joint 67 peut également comporter un joint de porte joint 75
qui forme
une étanchéité entre ledit porte-joint 67 et l'actionneur de soupape
d'admission 50.
[0057] On remarque en figures 1 et 2 que le porte-joint de queue de soupape à
mémoire de
position 67 peut être maintenu plaqué contre l'actionneur de soupape
d'admission 50
par un ressort de porte-joint de queue de soupape 68 qui peut être constitué
d'un em-
pilement de rondelles élastiques, d'un ressort hélicoïdal, ou de tout autre
type de
ressort connu de l'homme de l'art.
[0058] On remarque que l'effort de placage exercé par ledit ressort 68 sur
ledit porte-joint
67 tend à maintenir ce dernier en position par rapport à l'actionneur de
soupape
d'admission 50 par friction, ceci sans lui interdire de se déplacer lorsque la
queue de
soupape 11 lui imprime un effort radial d'intensité suffisante.
[0059] A titre de variante du plenum articulé 1 suivant l'invention, on a
montré en figures 1
à 3 que le corps de plenum 2 peut recevoir l'actionneur de soupape d'admission
50 par
l'intermédiaire d'une entretoise de découplage thermique 13 qui réalise une
étanchéité
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et un centrage avec le corps de plenum 2 d'une part, et avec l'actionneur de
soupape
d'admission 50 d'autre part.
[0060] Avantageusement, l'entretoise de découplage thermique 13 est
réalisée dans un
matériau à faible conductivité thermique tel que l'oxyde de zirconium.
[0061] On remarque - particulièrement en figures 1 et 2 - que la partie
inférieure de
l'entretoise de découplage thermique 13 peut former un écran thermique
d'entretoise
20 qui protège l'actionneur de soupape d'admission 50 de la chaleur émise par
le gaz
de travail 37, ce dernier circulant à haute température dans le conduit
d'admission 3
que forme le corps de plenum 2.
[0062] On note que la protection thermique de l'actionneur de soupape
d'admission 50 que
constitue l'écran thermique d'entretoise 20 peut s'ajouter ou se substituer à
un circuit
de refroidissement de corps d'actionneur 69 particulièrement visible en
figures 1 et 2,
que peut comporter l'actionneur de soupape d'admission 50 en sa partie
inférieure.
[0063] En figures 1 à 3, on a montré que les moyens de contention 17 peuvent
être
constitués d'au moins une plaque de contention d'actionneur 41 maintenue
plaquée
contre l'actionneur de soupape d'admission 50 par au moins un tirant de plaque
43 et
par l'intermédiaire d'au moins une butée de plaque 42.
[0064] Ainsi, l'actionneur de soupape d'admission 50 est maintenu plaqué
sur le corps de
plenum 2 par l'intermédiaire d'une face d'appui d'actionneur 12 que présente
l'orifice
d'actionneur 8, ceci tandis que l'extrémité troncosphérique côté brûleur 5 est
maintenue
plaquée sur la surface troncosphérique complémentaire côté brûleur 14 et/ou
que
l'extrémité troncosphérique côté culasse 7 est maintenue plaquée sur la
surface tronco-
sphérique complémentaire côté culasse 15.
[0065] Comme montré en figures 1 à 3, on remarque que la butée de plaque 42
peut être fixe
ou articulée, et être constituée d'une ou plusieurs pièces intercalées ou
juxtaposées. On
remarque d'ailleurs en figure 3 que deux plaques de contention d'actionneur 41
peuvent être reliées entre-elles par des tirants de plaque 43, la première
dite plaque 41
maintenant plaqué un premier actionneur de soupape d'admission 50 sur un
premier
plenum articulé 1 coopérant avec la culasse supérieure de détendeur 33 tandis
que la
deuxième dite plaque 41 maintient plaqué un deuxième actionneur de soupape
d'admission 50 sur un deuxième plenum articulé 1 coopérant avec la culasse
inférieure
de détendeur 34.
[0066] La figure 1 montre que les moyens de contention 17 peuvent également
être
constitués d'au moins un étau de contention de plenum côté brûleur 71 qui
appuie di-
rectement ou indirectement - au voisinage de l'orifice d'entrée de plenum 4 et
en
direction de ce dernier - sur le corps de plenum 2 par l'intermédiaire d'au
moins une
surface d'appui d'étau 65.
[0067] On note qu'il peut être prévu qu'un même étau de contention de plenum
côté brûleur
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71 plaque simultanément les extrémités troncosphériques côté brûleur 5
respectives de
deux plenums articulés 1 sur les surfaces troncosphériques complémentaires
côté
brûleur 14 avec lesquelles elles coopèrent, le premier plenum articulé 1
coopérant avec
la culasse supérieure de détendeur 33 tandis que le deuxième plenum articulé 1
coopère avec la culasse inférieure de détendeur 34.
[0068] Comme l'illustre particulièrement la figure 1, on remarque que
l'effort de contention
qu'exerce l'étau de contention de plenum côté brûleur 71 surie ou les plenums
articulés 1 avec le ou lesquels il coopère peut avantageusement être réglé au
moyen
d'un écrou de réglage d'effort d'étau 73 qui comprime un ressort d'étau de
contention
de plenum 72.
FONCTIONNEMENT DE L'INVENTION:
[0069] Le fonctionnement du plenum articulé 1 selon l'invention se comprend
aisément à la
vue des figures 1 à 3.
[0070] Pour détailler ledit fonctionnement, le plenum articulé 1 est montré
en figures 1 à 3
tel qu'il peut être mis en oeuvre sur le moteur thermique à transfert-détente
et régé-
nération 30 objet du brevet W02016/120560 appartenant au demandeur, lequel est
ici
perfectionné en ce qu'il est constitué d'un cylindre détendeur à double effet
à support
adaptatif tel que décrit dans le brevet W02017/046479 qui appartient également
au
demandeur et qui permet à l'ensemble cylindre-culasses de détendeur 35 dudit
moteur
30 de se dilater librement sous l'effet de la temperature.
[0071] On remarque également en figures 1 à 3 que le moteur thermique à
transfert-détente
et régénération 30 reçoit le système de refroidissement régénératif objet du
brevet
W02018/154214 appartenant également au demandeur, prévu à titre de perfec-
tionnement dudit moteur 30.
[0072] Ainsi, on notera en figures 1 à 3 la présence d'une enceinte de
refroidissement 47 et
d'un espace de circulation des gaz 44, ces organes 47,44 étant
caractéristiques du
système de refroidissement régénératif objet du brevet W02018/154214.
[0073] La figure 3 est une vue d'ensemble du moteur thermique à transfert-
détente et régé-
nération 30 tel qu'il peut être prévu pour recevoir le plenum articulé 1
suivant
l'invention.
[0074] Sur ladite figure 3, on remarque le piston à double effet de
détendeur 31 qui peut se
déplacer en translation longitudinale dans un cylindre de détendeur 32 dont
l'extrémité
supérieure est obturée par une culasse supérieure de détendeur 33 tandis que
son
extrémité inférieure est obturée par une culasse inférieure de détendeur 34.
Ainsi, ledit
cylindre 32 forme avec lesdites culasses 33, 34 un ensemble cylindre-culasses
de
détendeur 35.
[0075] On note en figure 3 que le moteur thermique à transfert-détente et
régénération 30
comprend un compresseur 36 qui comprime un gaz de travail 37. Ledit gaz 37 est
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destiné à être détendu dans le cylindre de détendeur 32 après avoir été
préchauffé dans
un échangeur thermique de régénération 38, puis surchauffé par une source de
chaleur
39 qui, en l'occurrence et selon l'exemple non-limitatif exposé ici pour
illustrer le
fonctionnement du plenum articulé 1 suivant l'invention, est un brûleur connu
en soi.
[0076] En se détendant, le gaz de travail 37 produit sur le piston à double
effet de détendeur
31 un travail mécanique qui est transmis à un arbre de sortie de puissance 40
logé dans
un carter de transmission 45.
[0077] On remarque que le gaz de travail 37 est acheminé depuis la source de
chaleur 39
jusqu'au cylindre de détendeur 32 successivement via un conduit de sortie
brûleur 46
puis via le conduit d'admission 3 que constitue le corps de plenum 2 du plenum
articulé 1 suivant l'invention.
[0078] On remarque en figures 1 à 3 l'actionneur de soupape d'admission 50
qui pilote la
soupape d'admission 10 et qui n'est autre qu'un actionneur hydraulique de
soupape à
régénération 51 tel que décrit dans la demande de brevet français N 1759206 du
2
octobre 2017 qui appartient au demandeur. En figure 3, on remarque le moteur
hy-
draulique de fermeture et régénération 70 dont fait état ladite demande de
brevet.
[0079] Particulièrement en figures 1 et 2, on reconnaît les principaux
constituants de
l'actionneur hydraulique de soupape à régénération 51 que décrit la demande de
brevet
français N 1759206. Parmi ces constituants, on retrouve un vérin d'actionneur
52 qui
comprend un piston de vérin d'actionneur 53 pour former une chambre
hydraulique
d'actionneur 54. L'introduction d'un fluide hydraulique dans ladite chambre hy-
draulique 54 ou son expulsion depuis ladite chambre 54 s'opère selon cet
exemple
non-limitatif de réalisation au moyen de vannes hydrauliques tubulaire 55
pilotées par
un actionneur de vanne à solénoïde 56.
[0080] On remarque que le piston de vérin d'actionneur 53 agit sur la queue
de soupape 11
de la soupape d'admission 10 par l'intermédiaire d'une came-levier de levée de
soupape 57 qui est reliée à ladite queue de soupape 11 par une liaison pivot
de came-
levier 58.
[0081] La came-levier de levée de soupape 57 repose sur un plateau de
roulement-
glissement de came-levier 59 avec lequel elle réagit pour lever ou reposer la
soupape
d'admission 10.
[0082] On note qu'un arceau d'orientation de came-levier 60 peut
avantageusement
conserver son orientation à la came-levier de levée de soupape 57 selon un axe
parallèle à la queue de soupape 11.
[0083] Les figures 1 et 2 montrent également le vérin de rappel de soupape
61 qui rappelle
la soupape d'admission 10 vers son siège, ledit vérin 61 étant notamment
constitué
d'un piston de vérin de rappel de soupape 62 pour former une chambre
hydraulique de
vérin de rappel de soupape 63.
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[0084] Sous le plateau de roulement-glissement de came-levier 59, on
remarque également
le vérin de rattrapage de jeu 64 qui compense les déformations et les
dilatations des
différents composants qui constituent l'actionneur hydraulique de soupape à
régé-
nération 51, ceci pour conférer à ce dernier un fonctionnement adéquat quelles
que
soient les sollicitations mécaniques et thermiques auxquelles il est soumis.
[0085] Nous supposerons ici que l'ensemble cylindre-culasses de détendeur
35 est maintenu
à une température de sept cents degrés Celsius par l'enceinte de
refroidissement 47 que
prévoit le système de refroidissement régénératif objet du brevet
W02018/154214,
cependant que le gaz de travail 37 sort de la source de chaleur 39 à une
température de
mille trois cents degrés Celsius.
[0086] Nous supposerons également qu'avantageusement et grâce audit système de
refroi-
dissement régénératif, l'ensemble cylindre-culasses de détendeur 35 est
réalisé en
fonte, matériau notoirement utilisé dans la motorisation, que cette dernière
soit par
exemple destinée à une automobile, à un camion ou à un navire.
[0087] Nous supposerons également ici que le conduit de sortie brûleur 46
et le corps de
plenum 2 du plenum articulé 1 suivant l'invention sont réalisés en carbure de
silicium
dont la température de fonctionnement est égale à celle du gaz de travail 37
sortant de
la source de chaleur 39, c'est-à-dire mille trois cents degrés Celsius selon
l'exemple
pris ici à titre non-limitatif.
[0088] La soupape d'admission 10 quant à elle est ici réalisée en nitrure
de silicium
s'agissant de sa partie la plus proche du siège de soupape 9 avec lequel elle
coopère, et
en acier s'agissant de la partie de sa queue de soupape 11 qui pénètre à
l'intérieur de
l'actionneur de soupape d'admission 50 et qui coopère avec la came-levier de
levée de
soupape 57.
[0089] On notera que la partie de la soupape d'admission 10 qui est
réalisée en nitrure de
silicium est portée en fonctionnement à une température principalement proche
de
mille trois cents degrés Celsius, tandis que la partie de la queue de soupape
11 qui est
faite d'acier est portée en fonctionnement à une température principalement
proche de
cent degrés Celsius. On peut ici préciser que la partie de la queue de soupape
11 faite
d'acier est avantageusement montée frettée sur la partie de ladite queue 11
faite de
nitrure de silicium.
[0090] On comprend que lorsque l'ensemble cylindre-culasses de détendeur 35 se
dilate
sous l'effet de sa température de fonctionnement qui est voisine de sept cents
degrés
Celsius, et que le corps de plenum 2 et le conduit de sortie brûleur 46 en
font de même
lorsqu'ils sont soumis à une température de l'ordre de mille trois cents
degrés Celsius,
la distance qui sépare l'extrémité troncosphérique côté brûleur 5 de
l'extrémité tronco-
sphérique côté culasse 7 d'un même plenum articulé 1 s'accroît.
[0091] Ceci vaut pour chaque plenum articulé 1 tel que représenté en figure
3. On déduit
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aisément de cette augmentation de distance et des différentes dilatations qui
viennent
d'être évoquées que l'orientation desdits plenums articulés 1 varie par
rapport à la
culasse supérieure de détendeur 33 ou la culasse inférieure de détendeur 34
avec
laquelle ils coopèrent d'une part, et par rapport au conduit de sortie brûleur
46 sur
lequel ils se raccordent de façon étanche d'autre part.
[0092] Cette variation d'orientation relative desdits plenums 1 est rendue
possible par le
plenum articulé 1 suivant l'invention grâce à l'extrémité troncosphérique côté
brûleur
qui forme une première liaison rotule étanche 16 avec la surface
troncosphérique
complémentaire côté brûleur 14 qui lui fait face. Ladite variation est
également rendue
possible grâce à l'extrémité troncosphérique côté culasse 7 qui forme une
deuxième
liaison rotule étanche 16 avec la surface troncosphérique complémentaire côté
culasse
qui lui fait également face.
[0093] Ainsi, le plenum articulé 1 suivant l'invention s'adapte
automatiquement aux va-
riations de la distance entre la culasse supérieure de détendeur 33 et la
culasse in-
férieure de détendeur 34, et entre lesdites culasses 33, 34 et le conduit de
sortie brûleur
46 auquel elles sont reliées par l'intermédiaire du corps de plenum 2 avec
lequel elles
coopèrent.
[0094] On remarque en figure 3 que les quatre actionneurs de soupape
d'admission 50 que
comporte le moteur thermique à transfert-détente et régénération 30 sont
portés chacun
par un corps de plenum 2 sur lequel lesdits actionneurs 50 prennent appui
chacun par
l'intermédiaire d'une face d'appui d'actionneur 12 que présente l'orifice
d'actionneur 8
avec lequel ils coopèrent.
[0095] On remarque en figures 1 à 3 qu'une entretoise de découplage thermique
13
s'intercale avantageusement entre l'actionneur de soupape d'admission 50 et le
corps
de plenum 2 qui le porte.
[0096] L'entretoise de découplage thermique 13 est selon cet exemple non-
limitatif réalisée
dans un matériau à faible conductivité thermique tel que l'oxyde de zirconium,
tandis
que sa partie inférieure forme un écran thermique d'entretoise 20 qui protège
l'actionneur de soupape d'admission 50 de la chaleur émise par le gaz de
travail 37 qui
circule à haute température dans le conduit d'admission 3 que forme le corps
de
plenum 2.
[0097] On remarque en figures 1 et 2 qu'à la protection thermique de
l'actionneur de
soupape d'admission 50 que constitue l'écran thermique d'entretoise 20
s'ajoute un
circuit de refroidissement de corps d'actionneur 69 dans lequel circule un
fluide ca-
loporteur tel qu'un mélange d'eau et de glycol maintenu à une température
voisine de
cent degrés Celsius.
[0098] En figures 1 à 3, on a montré les moyens de contention 17 qui
permettent d'une part,
de maintenir l'actionneur de soupape d'admission 50 plaqué de manière étanche
sur le
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corps de plenum 2 avec lequel il coopère, et d'autre part, de maintenir
plaquée
l'extrémité troncosphérique côté culasse 7 sur la surface troncosphérique
complé-
mentaire côté culasse 15 avec laquelle coopère ladite extrémité 7, ceci tout
en
maintenant plaquée l'extrémité troncosphérique côté brûleur 5 avec la surface
tronco-
sphérique complémentaire côté brûleur 14 avec laquelle coopère ladite
extrémité 5.
[0099] En figures 1 à 3, on remarque que les moyens de contention 17 qui
maintiennent
plaqué l'actionneur de soupape d'admission 50 sur le corps de plenum 2 d'une
part, et
l'extrémité troncosphérique côté culasse 7 sur la surface troncosphérique
complé-
mentaire côté culasse 15 d'autre part, prennent la forme d'une plaque de
contention
d'actionneur 41 qui exerce un effort de placage sur l'actionneur de soupape
d'admission 50 en direction du corps de plenum 2 par l'intermédiaire d'une
butée de
plaque 42 qui est ici articulée et constituée de plusieurs pièces intercalées.
[0100] On remarque en figure 3 que deux plaques de contention d'actionneur
41 sont reliées
entre-elles par des tirants de plaque 43, la première dite plaque 41
maintenant plaqué
un actionneur de soupape d'admission 50 sur un plenum articulé 1 qui coopère
avec la
culasse supérieure de détendeur 33 tandis que la deuxième dite plaque 41
maintient
plaqué un autre actionneur de soupape d'admission 50 sur un autre plenum
articulé 1
qui coopère avec la culasse inférieure de détendeur 34.
[0101] En figure 1, on remarque que les moyens de contention 17 comportent
aussi un étau
de contention de plenum côté brûleur 71 qui appuie - au voisinage de l'orifice
d'entrée
de plenum 4 et en direction de ce dernier - sur le corps de plenum 2 par
l'intermédiaire
d'au moins une surface d'appui d'étau 65 qui prend ici la forme d'une liaison
rotule.
[0102] Avantageusement, le même étau de contention de plenum côté brûleur 71
plaque si-
multanément les extrémités troncosphériques côté brûleur 5 respectives des
deux
plenums articulés 1 que comporte un même ensemble cylindre-culasses de
détendeur
35 sur les surfaces troncosphériques complémentaires côté brûleur 14 avec
lesquelles
elles coopèrent, le premier plenum articulé 1 coopérant avec la culasse
supérieure de
détendeur 33 tandis que le deuxième plenum articulé 1 coopère avec la culasse
in-
férieure de détendeur 34.
[0103] Comme l'illustre la figure 1, l'effort de contention qu'exerce
l'étau de contention de
plenum côté brûleur 71 sur les plenums articulés 1 avec lesquels il coopère
est ici et
selon cet exemple non-limitatif réglable au moyen d'un écrou de réglage
d'effort d'étau
73, ce dernier comprimant un ressort d'étau de contention de plenum 72 qui
garantit
une faible variation de l'effort de placage exercé par l'étau de contention de
plenum
côté brûleur 71 sur les plenums articulés 1 avec lesquels il coopère quelle
que soit la
dilatation des différents composants qu'enserre ledit étau 71.
[0104] Au même titre que l'ensemble cylindre-culasses de détendeur 35, les
plenums
articulés 1 et le conduit de sortie brûleur 46 avec lequel coopère ledit
ensemble 35 se
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dilatent, l'entretoise de découplage thermique 13 et l'extrémité faite de
nitrure de
silicium de la soupape d'admission 10 se dilatent dans toutes les directions,
voire se
déforment sous l'effet des contraintes mécaniques et thermiques.
[0105] En outre, les tolérances de fabrication des différents composants
35, 1,46, 13, 10 qui
viennent d'être énumérés font que le positionnement de l'actionneur de soupape
d'admission 50 par rapport à celui du siège de soupape 9 aménagé au niveau de
l'orifice de sortie de plenum 6 varie en fonction des conditions de
fonctionnement du
moteur thermique à transfert-détente et régénération 30.
[0106] Pour autant, il faut garantir que la soupape d'admission 10 se
repose toujours conve-
nablement et de façon étanche sur le siège de soupape 9 qui est - selon
l'exemple non-
limitatif pris ici pour illustrer le fonctionnement du plenum articulé 1 selon
l'invention
- réalisé à l'intérieur du corps de plenum 2.
[0107] La position relative de l'actionneur de soupape d'admission 50 par
rapport à celle du
siège de soupape 9 étant variable, le plenum articulé 1 suivant l'invention
prévoit que
le siège de soupape 9 présente une surface troncosphérique complémentaire côté
siège
18 qui est ici prévue conique, ladite surface 18 coopérant avec une portée
tronco-
sphérique côté soupape 19 aménagée à l'extrémité de la soupape d'admission 10
de
sorte que cette dernière peut s'orienter par rapport au plenum articulé 1
selon un angle
limité, tout en réalisant dans tous les cas une étanchéité avec le siège de
soupape 9
avec lequel elle coopère.
[0108] C'est pour cette raison que la queue de soupape 11 de la soupape
d'admission 10
coopère avec une rotule de guidage supérieur de queue de soupape 66 aménagée
dans
l'actionneur de soupape d'admission 50, ladite queue 11 pouvant translater
selon son
axe longitudinal dans ladite rotule 66 tandis que cette dernière permet à
ladite soupape
de s'orienter selon un angle limité par rapport à l'actionneur de soupape
d'admission 50 qui la pilote.
[0109] En outre les figures 1 et 2 montrent que la queue de soupape 11 peut
translater selon
son axe longitudinal dans un porte-joint de queue de soupape à mémoire de
position 67
qui est aménagée dans l'actionneur de soupape d'admission 50.
[0110] Le porte-joint de queue de soupape à mémoire de position 67 peut se
déplacer ra-
dialement par rapport audit actionneur 50 lorsque la queue de soupape 11
exerce sur lui
un effort radial. On remarque en figures 1 et 2 que ledit porte-joint 67
comporte d'une
part, un joint de queue de soupape 74 qui forme une étanchéité entre lui-même
et la
queue de soupape 11 et d'autre part, un joint de porte joint 75 qui forme une
étanchéité
entre ledit porte-joint 67 et l'actionneur de soupape d'admission 50.
[0111] Sur les figures 1 et 2, on remarque que le porte-joint de queue de
soupape à mémoire
de position 67 est maintenu plaqué contre l'actionneur de soupape d'admission
50 par
un ressort de porte-joint de queue de soupape 68 qui est ici constitué d'un
empilement
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de rondelles élastiques.
[0112] On remarque que l'effort de placage exercé par ledit ressort 68 sur
ledit porte-joint
67 tend à maintenir ce dernier en position par rapport à l'actionneur de
soupape
d'admission 50 par friction, ceci sans lui interdire de se déplacer lorsque la
queue de
soupape 11 lui imprime un effort radial d'intensité suffisante.
[0113] Le dispositif de réorientation de la soupape d'admission 10 que
constitue l'ensemble
des moyens qui vient d'être décrit permet au corps de plenum 2 de se déformer
et de se
dilater, à l'extrémité faite de nitrure de silicium de la soupape d'admission
10 de
s'allonger, et aux jeux trouvés d'une part entre l'entretoise de découplage
thermique 13
et l'actionneur de soupape d'admission 50 et d'autre part entre ladite
entretoise 13 et
l'orifice d'actionneur 8 d'être rattrapés sans que jamais ne soit compromise
l'étanchéité
que forme la soupape d'admission 10 avec le siège de soupape 9 avec lequel
elle
coopère.
[0114] En effet, lorsque du fait de dilatations, de déformations ou de
rattrapage de jeux la
soupape d'admission 10 après s'être ouverte ne se retrouve plus exactement
dans l'axe
du siège de soupape 9 avec lequel elle coopère, à la fermeture de ladite
soupape 10 un
côté seulement de sa portée troncosphérique côté soupape 19 bute d'abord sur
le siège
de soupape 9 qui en l'occurrence est conique.
[0115] La soupape d'admission 10 poursuivant sa fermeture, le cône que
forme le siège de
soupape 9 ramène la portée troncosphérique côté soupape 19 au centre dudit
siège 9 au
fur et à mesure que se ferme la soupape d'admission 10.
[0116] Ce faisant, la queue de soupape 11 exerce un effort radial sur le
porte-joint de queue
de soupape à mémoire de position 67 de sorte que ce dernier se déplace
radialement
par rapport à l'actionneur de soupape d'admission 50, ce qu'autorise la rotule
de
guidage supérieur de queue de soupape 66.
[0117] A l'ouverture suivante de la soupape d'admission 10, comme l'effort
de placage
exercé par le ressort de porte-joint de queue de soupape 68 sur le porte-joint
de queue
de soupape à mémoire de position 67 freine ce dernier par rapport à
l'actionneur de
soupape d'admission 50, ledit porte-joint 67 conserve l'orientation de la
soupape
d'admission 10 par rapport audit actionneur 50 jusqu'à la fermeture suivante
de ladite
soupape 10.
[0118] Ainsi, la soupape d'admission 10 est maintenue de proche en proche
toujours dans
l'axe du siège de soupape 9 avec lequel elle coopère, ceci sans empêcher les
dif-
férentes pièces constitutives du plenum articulé 1 suivant l'invention ou du
moteur
thermique à transfert-détente et régénération 30 de se déformer et/ou de se
dilater
librement, au gré des contraintes de fonctionnement dudit moteur 30.
[0119] On note d'ailleurs que cette stratégie de maintient en bonne
orientation de la soupape
d'admission 10 se combine avantageusement avec le rattrapage de jeu opéré par
le
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vérin de rattrapage de jeu 64, ledit rattrapage de jeu étant précisément
décrit dans la
demande de brevet français N 1759206 du 2 octobre 2017 appartenant au
demandeur.
[0120] Les possibilités du plenum articulé 1 suivant l'invention ne
s'en limitent pas aux ap-
plications qui viennent d'être décrites et il doit d'ailleurs être entendu que
la des-
cription 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.
