Brevet FR2528495A1 — publié le 19831216

ENSEMBLE DE REGULATION A DOSEUR DE DEBIT ET SOUPAPE REGULATRICE L'invention concerne un ensemble de régulation à doseur de débit et soupape régulatrice. On connait notamment par les brevets français 2 180 484 et 2 180 485 un ensemble de régulation comportant un doseur de débit à déplacement linéaire formé d'un piston susceptible de coulisser dans un fourreau présentant une chambre d'amont à la pression P1 reliée au côté refoulement d'une pompe et une chambre d'aval à la pression P2 reliée directement ou indirectement à une installation utilisatrice, ce piston comportant une section de dosage permettant de mettre en communication les deux chambres selon un passage de section contrôlée par le coulissement du piston, une soupape de régulation à déplacement linéaire formée d'un tiroir susceptible de coulisser dans un fourreau présentant une chambre d'amont et une chambre d'aval et conformé pour mettre en communication les deux chambres en réponse à un coulissement du tiroir provoqué par une modification de la perte de charge P1 - P2 détectée par un détecteur de perte de charge, la chambre amont de la soupape de régulation étant reliée à l'une, déterminée, des deux chambres du doseur de débit et la chambre aval étant reliée à un point déterminé du circuit en fonction du type de pompe utilisé, de manière à maintenir constante la perte de charge P1 - P2. Dans les deux brevets cités, qui concernent une régulation principale, on utilise une pompe volumétrique qui débite un volume constant, et le rôle de la soupape régu patrice est, en réponse à la détection d'une augmentation de la perte de charge, de dériver l'excédent de carburant qui se trouve entre la pompe et le doseur afin de maintenir constante la perte de charge dans le doseur. On sait que c'est là une condition pour que le débit de carburant fourni aux injecteurs, lequel est proportionnel à la section de passage et à la racine carrée de la perte de charge, varie linéairement avec les déplacements du piston doseur (si la section du passage est proportionnelle au déplacement du piston). On connatt dans le cadre de régulations post-combustion des ensembles du type précité utilisant une pompe centrifuge qui délivre une pression à peu près indépendante du débit. Dans ce cas, le maintien d'une perte de charge constante dans le doseur s'obtient en disposant la soupape régulatrice en série avec le doseur, de manière à créer un étranglement supplémentaire qui permet de jouer sur la pression amont ou aval du doseur et donc de rétablir, en réponse à une modification, la perte de charge à sa valeur prévue pour ce débit. Jusque là, comme le montrent les brevets précités, les deux éléments principaux (doseur et soupape de régulation) des ensembles de régulation sont séparés l'un de 11 autre. Le but de l'invention est de proposer une nouvelle structure de ces ensembles de régulation permettant une miniaturisation poussée de l'ensemble. Ce but est atteint selon l'invention par le fait que le piston du doseur de débit forme le fourreau de la soupape à l'intérieur duquel est monté coulissant le tiroir de la soupape de régulation. Grâce à cette nouvelle disposition, on aboutit à un moindre encombrement - ce qui est très important dans le domaine d'application de l'aéronautique - et à une réduction sensible de la masse et des coûts. Avantageusement, le fourreau du doseur présente trois chambres dont l'une correspond à la chambre d'amont du doseur, une autre à la chambre d'aval du doseur, une de ces deux chambres formant en même temps la chambre d'amont de la soupape, tandis que la dernière chambre du fourreau de doseur forme la chambre aval de la soupape de régulation. Plus précisément, l'ensemble de régulation comprend - un carter, - un fourreau de doseur disposé à l'intérieur du car ter et comprenant une première, une seconde et une troisième chambre annulaires, - un piston de doseur susceptible de coulisser dans le fourreau de doseur et de faire communiquer les pre misère et deuxième chambres par un passage de section .contrôlée, le piston de doseur étant partiellement et axialement alésé pour former le fourreau de sou pape à l'intérieur duquel est susceptible de coulis ser le tiroir de soupape, deux lumières étant prévues dans ce fourreau de soupape pour communiquer, quelle que soit la position du piston de doseur, respective avec les deuxième et troisième chambres du fourreau de doseur.Le déplacement du tiroir de soupape fait communiquer ces deux lumières et ces deux chambres par un passage de section contrôlée. Avantageusement, le fourreau de doseur comprend une quatrisme et une cinquième chambre annulaires permettant de mettre en communication au travers d'ajutages du piston doseur des chambres frontales de pression du tiroir de soupape avec des milieux de pression extérieurs commandant l'équilibre du tiroir de soupape. Selon un premier mode de réalisation, correspondant à la régulation principale (soupape montée en dérivation), la première chambre est reliée à l'installation utilisatrice, la seconde chambre est reliée au côté refoulement d'une pompe volumétrique et la troisième chambre est reliée au côté aspiration de la pompe volumétrique. Selon un second mode de réalisation, correspondant à la régulation de post-combustion (soupape montée en série), la première chambre est reliée au côté refoulement d'une pompe centrifuge et la troisième chambre est reliée à l'installation utilisatrice, ou inversement. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de deux modes de réalisation de l'invention, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un pre mier mode de réalisation d'ensemble de régulation conforme à l'invention, avec indication schéma tique du circuit dans lequel il s'intègre ; et - la figure 2 est une coupe longitudinale d'un deu xième mode de réalisation. La figure 1 représente l'ensemble de régulation 1 destiné à une régulation principale, interposé entre une arrivée de carburant 2 et l'installation utilisatrice 3 (les injecteurs) dans laquelle le débit doit être dosé. L'ensemble 1 comprend, dans le carter 4, le fourreau cylindrique 5 de doseur à l'intérieur duquel est susceptible de coulisser le piston doseur 6. Aux deux extrémités du piston doseur 6, les chambres de pression 7 et 8, délimitées par' les faces extrémales du piston doseur 6 et les parois de fermeture 9 et 10 du fourreau 5, sont alimentées par les fluides de commande du doseur (huile ou carburant) introduits dans les chambres annulaires de commande 11 et 12 du doseur. Des dispositifs classiques permettent de régler la course du piston doseur 6. D'ailleurs, la commande du piston doseur ne fait pas partie de l'invention et pourrait être réalisée sous d'autres formes, y compris par des moyens mé- caniques. Le piston doseur 6 comporte une section de dosage formée & titre d'exemple non limitatif par un évidement 13 en double tronc de cône, permettant de mettre en communication, selon un passage 14 de section contrôlée, la chambre annulaire 15, recevant le carburant refoulé par la pompe volumétrique 16, et la chambre annulaire 17 reliée au circuit des injecteurs 3. On désigne ici par chambres annulaires 15 ou 17 des chambres formées dans le fourreau 5 de doseur et/ou dans le carter 4 ; par exemple sur la figure 1, la chambre 17 désigne la réunion des chambres 17a formée dans le fourreau 5 et 17b formée dans le carter 4 et communiquant par des fentes 18. A l'intérieur du piston doseur 6 est creusée une cavité servant de fourreau de soupape 19 au tiroir de soupape 20. D'un côté du tiroir 20, une chambre d'extrémité 21, délimitée par une paroi de fermeture 22 du fourreau de soupape 19, est alimentée par une source de haute pression via les fentes 23, l'enceinte annulaire 24 et le circuit 25. De l'autre côté du tiroir 20, une chambre d'extrémité 26 est alimentée par la pression d'un fluide via les ajutages 27, l'enceinte annulaire 28 et le circuit 29, pression modulée par un détecteur 30 de perte de charge entre la pression d'amont P1 du doseur, captée par exemple au niveau de la chambre 31, et la pression d'aval P2 du doseur, captée par exemple juste en amont de l'installation utilisatrice 3. Un ressort 32, calé entre un épaulement de la chambre 26 et du tiroir 20 sert au tarage du tiroir. La forme allongée de la chambre 26 permet de placer ses éléments d'alimentation 27, 28 au-delà des chambres principales 15 et 17 du fourreau de doseur 5. Les enceintes annulaires 24 et 28 8 s'étendent axialement sur une longueur suffisante pour assurer la permanence de l'alimentation des chambres 21 et 26 quelle que soit la position du piston doseur 6. Le piston doseur -6, au niveau du fourreau de soupape 19, comporte deux lumières ou ouvertures 33 et 34 donnant respectivement, pour toute position du piston doseur 6, dans la chambre 15 reliée au refoulement de la pompe 16 et dans une chambre 35 communiquant avec l'amont 36 de la pompe volumétrique 16. La partie centrale du tiroir 20 comporte un évidement 37 permettant de mettre en communication les ouvertures 33 et 34 et de faire varier la section de passage en cas de déplacement du tiroir dû à une modification de la perte de charge P1-P2. Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant. Si, par exemple, le détecteur 30 de perte de charge décèle une augmentation de la perte de charge P1-P2 entre l'amont du doseur (chambre 15 à la pression P1) et l'aval du doseur (chambre 17 à la pression P2), il fait décroître la pression modulée qu'il envoie par le circuit 29 à la chambre 26 de la soupape. La haute pression dans la chambre 21 de la soupape devient alors prépondérante : le tiroir 20 se déplace vers la gauche (sur la figure 1) et découvre plus largement l'ouverture 33 qui fait communiquer directement le circuit amont doseur avec le retour à la pompe. La pression amont P1 du doseur diminue. La perte de charge est alors rétablie à la valeur correspondant au débit programmé pour le doseur. La figure 2 représente un ensemble de régulation 101 adapté à une régulation de post-combustion. Les éléments analogues & ceux de la figure 1 y portent la même différence augmentée de 100. On y retrouve dans le carter 104, le fourreau de doseur 105 et le piston doseur 106 commandé par des chambres extrémales de pression 107 et 108. Dans ce mode de réalisation, la chambre annulaire 117 reçoit le carburant refoulé par la pompe centrifuge 116. Le carburant peut passer par le passage à section contrôlée 114 dans la chambre annulaire 115 jouant le rôle Je chambre aval du doseur et de. chambre amont de la soupape régulatrice. Le tiroir de soupape 120 est en équilibre sous le jeu des forces dues, d'un côté, à la haute pression introduite dans la chambre 126 par le circuit 125 et, de l'autre côté, par le ressort 132 et la pression modulée envoyée dans la chambre 121 par le détecteur de perte de charge 130 qui détecte la pression amont P1 dans la chambre 138 communiquant avec la chambre 117, et la pression d'aval du doseur P2 dans la chambre 115 (ou une chambre communiquant avec la chambre 115). On notera que, dans cet exemple, le rôle des chambres de commande de la soupape est inversé par rapport au premier exemple de réalisation, pour montrer les possibilités offertes par l'invent ion. En cas de déséquilibre du tiroir, le carburant peut passer de la chambre 115, via l'ouverture 133, l'évidement 137 du tiroir, l'ouverture 134, à la- chambre 135 communiquant, dans ce mode de réalisation, avec l'installation utilisatrice 103 (rampe de post-combustion). Le fonctionnement de l'ensemble 101 est le suivant. La soupape régulatrice crée un étranglement supplémentaire en aval du doseur afin de maintenir la perte de charge, dans le doseur, constante. Lorsque le détecteur de perte de charge 130 décèle une variation de la perte de charge P1-P2 entre les chambres d'amont 117 et d'aval 115 du doseur, il élabore une pression modulée qui s'exerce dans la chambre 121 et agit sur le tiroir 120 afin d'étrangler plus ou moins la fente 133 et faire varier la pression amont de la soupape (c'est-à-dire la pression aval du doseur) dans le sens propre à rétablir la perte de charge à la valeur correspondant au débit affiché. D'autres détails de fabrication que ceux présentés ici peuvent être utilisés sans sortir du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Ensemble de régulation comportant un doseur de débit à déplacement linéaire formé d'un piston doseur (6, 106) susceptible de coulisser dans un fourreau (5, 105) présentant une chambre d'amont (15, 117) à la pression P1 reliée au, coté refoulement d'une pompe (16, 116) et une chambre d'aval (17, 115) à la pression P2 reliée directement ou indirectement à une installation utilisatrice (3, 103), le piston (6, 106) comportant une section de dosage (13, 113) permettant de mettre en communication les deux chambres selon un passage (14, 114) de section contrôlée par le coulissement du piston (6, 106) ; une soupape de régulation à déplacement linéaire formée d'un tiroir (20, 120), susceptible de coulisser dans un fourreau (19, 119) présentant à son amont une chambre (15, 115) et à son aval une chambre (35, 135) et conformé pour mettre respectivement en communication les deux chambres (15, 35 ; 115, 135) en réponse à un déséquilibre du tiroir (20, 120) provoqué par une modification de la perte de charge P1-P2 détectée par un détecteur de perte de charge (30, 130), la chambre amont (15, 115) du fourreau (19, 119) de la soupape de régulation (20, 120) étant reliée à l'une, déterminée, des deux chambres (15, 115) du doseur de débit et la chambre aval (35, 135) du fourreau (19, 119) de la soupape étant reliée à un point déterminé du circuit en fonction du type de pompe (16, 116) utilisé, de manizre à maintenir constante la perte de charge P1-P2, caractérisé en ce que le piston (6, 106) du doseur de débit forme le fourreau (19, 119) de la soupape à l'intérieur duquel est monté coulissant le tiroir (20, 120) de la soupape régulatrice. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fourreau (5, 105) du doseur présente trois chambres (17, 15, 35 ; 117, 115, 135) dont l'une (15, 117) correspond à la chambre d'amont du doseur, une autre (17, 115) à la chambre d'aval du doseur, une (15, 115) de ces deux chambres formant en même temps la chambre d'amont de la soupape, tandis que la dernière chambre (35, 135) du fourreau de doseur (5, 105) forme la chambre aval de la soupape de régulation. 3. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend - un carter (4, 104) - un fourreau de doseur (5, 105) disposé à l'inté rieur du carter et comportant une première (17, 117), une seconde (15, 115) et une troisième (35, 135) chambre annulaires, - un piston (6, 106) de doseur susceptible de cou lisser dans le fourreau (5, 105) de doseur et de faire communiquer les première (17, 117) et deu xième (15, 115) chambres par un passage (14, 114) de section contrôlée, le piston (6, 106) de doseur étant partiellement et axialement alésé pour for mer le fourreau (19, 119) de soupape à l'intérieur duquel est susceptible de coulisser le tiroir (20, 120) de soupape, deux lumières (33, 34 ; 133, 134) étant prévues dans le fourreau de soupape (19, 119) pour communiquer, quelle que soit la position du piston de doseur, respectivement avec les deuxième (15, 115) et troisième (35, 135) chambres du four reau de doseur. Le déplacement du tiroir (20, 120) de soupape fait communiquer ces deux lumières (33, 34 ; 133, 134). 4. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que le fourreau de doseur (5, 105) comprend une quatrième (24, 124) et une cinquième (28, 128) chambres annulaires permettant de mettre en communication, au travers d'ajutages (23, 27 , 123, 127) du piston doseur (6, 106) des chambres frontales de pression (21, 26 ; 121, 126) du tiroir de soupape (20, 120) avec des milieux de pression extérieure (25, 29 ; 129, 125) commandant l'équilibre du tiroir de soupape (20, 120). 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la première chambre (17) est reliée à l'installation utilisatrice (3), la seconde chambre (15) est reliée au côté refoulement d'une pompe volumétrique (16) et la troisième chambre (35) est reliée au côté aspiration (36) de la pompe volumétrique (16). 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la première chambre (117) est reliée au côté refoulement d'une pompe centrifuge (116) et la troisième chambre (135) est reliée à l'installation utilisatrice (103).