Brevet FR2529967A1 — publié le 19840113

La présente invention concerne de manière générale des 'servovannes et en particulier des servovannes fixes après -défaillance qui utilisent une rétroaction positive du fluide. On connaît l'utilisation de servovannes à l'inter- face entre un système de commande électrique et différents types de dispositifs hydrauliques ou mécaniques Par exemple, dans le système de commande de carburant d'un moteur à turbi- ne à gaz la servovanne peut commander le déplacement d'un servopiston en réponse à un signal de commande électrique. Dans certains types de systèmes de commande,-il est souhaitable d'utiliser une servovanne fixe après défail- lance pour commander le déplacement du servopiston L'expres- sion "servovanne fixe après défaillance", telle qu'utilisée ici, désigne une servovanne qui n'a pas de signal de sortie mécanique dans le cas o le signal de commande électrique est perdu ou dépasse une valeur nominale maximum de signal de commande, c'est-à-dire que le servopiston se verrouille en position lorsque ces situations surviennent Le brevet des E U A N O 4 276 809 décrit un exemple de servovanne fixe après défaillance lorsque le signal de commande est perdu. La servovanne qui y est décrite utilise un piston navette qui bloque l'écoulement du fluide vers une chambre de piston lorsque le signal de commande chute en dessous d'une valeur prédéterminée Cependant une telle servovanne est fixe après défaillance seulement pour les signaux de commande qui ne dépassent pas une valeur prédéterminée. La présente invention a pour buts de: réaliser une nouvelle servovanne fixe après défaillance amél iorée. réaliser une servovanne fixe après défaillance simple et fiable que l'on peut fabriquer pour un coût relativement faible, réaliser une nouvelle servovanne fixe après défaillance améliorée qui soit moins sensible aux impuretés dans le fluide que les servovannes de cette catégorie disponibles jusqu'alors; réaliser une nouvelle servovanne fixe après défaillance améliorée qui utilise une rétroaction de fluide positive pour verrouiller le servopiston en position lorsque le signal de commande dépasse une valeur prédéterminée. Selon une réalisation de la présente invention on a réalisé un servopiston fixe après défaillance qui com- prend un moyen de réalisation d'un jet principal de fluide et un moyen sensible à un signal de commande variable pour modifier la position angulaire de ce jet principal à partir d'une position de récupération maximum de pression désignée ensuite par position de récupération maximum - Les premier et deuxième trajets de fluide comprennent respectivement des premier et deuxième orifices d'entrée Le premier trajet de fluide est adapté pour fournir du fluide au servopiston à une pression variable, déterminée au moins en partie par le signal de commande Le premier orifice d'entrée est placé pour maximiser fortement la quantité de fluide du jet prin- cipal reçue par le premier trajet lorsque le jet principal se trouve dans la position de récupération maximum Le deu- xième orifice est placé pour recevoir une partie prédétermi- née du jet principal de fluide lorsque le signal de commande atteint une valeur prédéterminée Le deuxième trajet de flui- de se termine au voisinage du jet principal et envoie un jet secondaire de fluide vers le jet principal pour réaliser une rétroaction positive de fluide dans le deuxième trajet de fluide De plus, un troisième trajet de fluide,pour évacuer le fluide pénétrant dans ce troisième trajet par un troisième orifice d'entrée,peut faire partie de la servovanne Le troi- sième orifice d'entrée est placé pour maximiser fortement la quantité de fluide du jet principal reçue par le troisiè- me trajet de fluide lorsque le jet principal se trouve sur le côté opposé de la position de récupération maximum par rapport à une première position -angulaire. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement Figure 1, une vue en coupe d'une réalisation d'une servo- vanne fixe après défaillance selon les principes de la présente invention; Figure 2, un graphique du pourcentage du rapport entre la pression récupérée et la pression fournie en fonction du signal de commande nominal maximum. Figure 3, une vue en coupe d'une autre réalisation de la servovanne fixeaprès-défaillance selon l'invention; Figure 4, une vue détaillée d'une partie de la servovanne de la figure 1, qui représente schématiquement la direction du jet principal lorsque ce dernier se trouve dans sa posi- tion de récupération maximum; Figure 5, une vue détaillée d'une partie de la servovanne qui, représente schématiquement une première position angulai- re du jet principal lorsque le signal de commande est à sa valeur prédéterminée; et Figure 6, une vue détaillée d'une partie de la servovanne qui représente schématiquement une deuxième position angulai- re du tube du jet principal lorsque le signal de commande est au zéro. En se référant maintenant à la figure 1,-on a re- présenté une réalisation recommandée d'une servovanne fixe après défaillance qui comprend un carter 18 La servovanne comporte un tuyau 12,déplaçable angulairement,ayant une base 14 qui peut envoyer un jet principal 15 de fluide dans une première chambre 16 dans le carter 18 Le tuyau 12 reçoit du fluide à une pression Ps à partir d'une alimentation en fluide haute pression non représentée On peut modifier 4- l'angle du tuyau 12 à partir de sa position de récupération maximum,représentée figure 1,au moyen d'un moteur d'applica- tion de couple classique 13 ou par tout autre moyen sensible à un signal de commande variable au choix appliqué aux extrémités 7 et 9. Comme représenté figure 1, il y a trois orifices d'entrée, classiquement connus comme récepteurs, vers les- quels le tuyau 12 peut envoyer le fluide comprimé, chacun étant adapté pour laisser entrer le fluide vers un trajet séparé Un premier trajet comporte un tube récepteur 22, un piston navette 34 et se termine à l'alésage du servopiston 66 Le tube récepteur 22 reçoit du fluide par un premier orifice d'entrée ou récepteur 20 Dans la réalisation re- commandée, le diamètre du récepteur 20 est égal à environ 1,2 fois le diamètre interne relativement petit de la buse 14. Un deuxième orifice d'entrée ou récepteur 24 laisse entrer le fluide vers un deuxième trajet qui comprend un tube récepteur de rétroaction 26 et un orifice de sortie ou buse 28 placé au voisinage de la buse 14 Le deuxième trajet de fluide est adapté pour fournir un deuxième jet 29 qui es t prévu pour être envoyé vers le jet principal 15 Un troisième orifice d'entrée ou récepteur 30 est adapté pour laisser entrer le fluide vers un troisième trajet qui com- prend un tube d'évacuation 32 qui communique avec un collec- teur de fluide non représenté La pression Pr du collecteur est relativement faible par rapport à la pression de l'ali- mentation Ps. Le piston navette 34 est placé de manière mobile dans une chambre à l'intérieur du carter 18 Le piston na- vette comporte des première et deuxième têtes de piston 38 et 42, respectivement, chacune étant fixée à une tige de piston 40,aux extrémités opposées de la tige Les têtes de piston 38 et 42 comportent des faces de piston 44 et 46, respectivement On choisit la surface A 2 de la face de de piston 44 telle qu'elle soit supérieure à la surface AI de la face de piston 46 Dans un mode de réalisation de l'invention on a choisit ces surfaces telles que A 2 /A 1 = 6. La tête de piston 38 est adaptée pour avoir un mouvement de va-et-vient dans un alésage 36 Cette tête de, piston comporte une rainure 47 qui supporte un ou plusieurs joints toriques 48 Les joints toriques sont adaptés pour réaliser un contact étanche avec la paroi de l'alésage 36 dans lequel la tête de piston 38 est placée de manière mobi- le De la même manière, la tête de piston 42 est placée de manière mobile dans un alésage 58 et se trouve en contact étanche avec la paroi de ce dernier par le biais dl un ou plusieurs joints toriques 50 Ces derniers sont maintenus dans une rainure 51 de la tête de piston 42. L'alésage 36 comporte un orifice de sortie 54 ainsi qu'un orifice d'entrée 52 qui communique avec le tube récep- teur 22 Le piston navette 34 divise la chambre dans laquelle il est placé en trois espaces de volume variable Le premier de ces espaces, vers la gauche de la face de piston 44 sur la figure 1, communique avec le tube récepteur 22 et l'orifi- ce de sortie 54 et ainsi fait partie du premier trajet de fluide Le deuxième espace, situé entre les têtes de piston 38 et 42, communique avec le collecteur basse pression à pression Pr par une ouverture 60 Le troisième espace, situé à la droite de la face de piston 46 sur la figure 1, communi- que avec l'alimentation en fluide haute pression à pression Ps par un passage d'alimentation 64. Le carter 18 comporte un alésage supplémentaire 66 qui communique avec l'orifice 54 par un passage 80 Ainsi, le passage 80 prolonge le premier trajet de fluide vers l'alésage 66 dans lequel on a placé de manière mobile un servopiston 68 Le servopiston 68 peut être couplé à une vanne mécanique de mesure de carburant, non représentée, ou à tout autre dispositif de manoeuvre, par une tige de piston 70 Le servopiston 68 est en contact étanche avec la paroi de l'alésage 66 au moyen de joints toriques 72 et 74 qui sont placés dans les rainures 71, 73 situées, respectivement, dans la tête de piston 69 et le carter 18 On fournit du fluide haute pression à la pression Ps à l'alésage 66 par un passage 76 qui communique avec l'alimentation en fluide haute pres- sion. Comme représenté figure 1 et de manière plus dé- taillée figure 4, le tuyau 12 se trouve dans sa position de récupération maximum Dans une réalisation recommandée de l'invention, cette position correspond à un peu moins de 80 % de la valeur nominale maximum du signal de commande appliqué au moteur 13 Dans la position de récupération maximum, la quantité de fluide provenant du jet principal 15 qui pénètre dans le premier récepteur 20 est fortement maximisée La pression résultant de cet écoulement maximum de fluide est appelée pression récupérée Px et est représentée figure 1. La pression récupérée Px agit sur la face de piston 44 Lors- que les surfaces relatives des faces de piston sont telles que A 2 = 6 A 1 J, le piston navette 34 sera forcé contre son arrêt de droite, si Px 1/6 Ps La force d'équilibrage nécessaire sur la face de piston 46 est alors A 1 Ps Lorsque la puissance récupérée chute à un niveau o Px est inférieure à Ps/6, le piston navette 34 se déplacera vers l'arrêt de gauche pour fermer l'orifice de sortie 54 On y adapte un joint à siège mou 78 pour assurer un contact étanche avec l'orifice 54 La présence du joint 78 permet un certain degré de tolérance vis-à-vis des impuretés qui peuvent être présentes dans le fluide C'est seulement lorsque la pression récupérée Px est supérieure à un sixième de la valeur de la pression d'alimen- tation Ps que la position du servopiston 68 devient une fonc- tion de Px Pour toutes les valeurs de Px en dessous de ce niveau, le piston 34 fermera l'orifice 54 bloquant ainsi le premier trajet de fluide. La pression récupérée Px est généralement une fonction du pourcentage du signal de commande nominal maximum qui est appliquéau moteur 13 à l'intérieur de limites détermi- nées Lorsque le signal de commande atteint une valeur pré- déterminée ( 80 % du signal de commande nominal maximum), le tuyau 12 pivotera vers la droite comme représenté figure 5. A une position angulaire prédéterminée par rapport à la posi- tion de récupération maximum, cette action fera pénétrer,au moins en partiele jet principal 15, qui est représenté schématiquement par une flèche à la figure 5, dans l'orifice d'entrée 24 puis dans le tube 26 L'écoulement de fluide-dans le deuxième trajet produit un jet secondaire 29 à l'orifice de sortie 28, ce dernier jet étant dirigé vers le jet princi- pal 15 et étant adapté pour faire dévier le jet 15 vers l'orifice d'entrée 24 Ainsi une rétroaction positive a lieu qui fera pénétrer une quantité encore plus importante du jet principal dans l'orifice d'entrée 24 L'effet de renfor- cement de la rétroaction positive verrouillera le jet princi- pal 15 dans une position angulaire extrême, ou première posi- tion angulaire par rapport àvla position de récupération maximum Lorsque le verrouillage a lieu, l'écoulement de - fluide dans le premier trajet diminue rapidement et ensuite la pression récupérée Px chute Lorsque la force déterminée' par la relation 6 A 1 Px chute en dessous de la force dirigée vers la gauche appliquée au piston navette A, Ps) ce dernier se déplace vers la gauche dans la figure 1 et bloque le pas-' sage 80 en fermant l'orifice 54 Avec le premier trajet de fluide ainsi bloqué, on verrouille le servopiston 68 en posi- tion Ainsi, la rétroaction position réalisée selon les prin- cipes de la présente invention réalise un fonctionnement "fixe après défaillance" du servopiston lorsque lé signal de commande atteint-ou dépasse la valeur prédéterminée de 80 % du signal de commande nominal maximum. Dans la discussion qui va suivre, on admettra que la déviation du jet principal peut être d e à l'action de pivotement du tuyau 12, ou au trajet modifié angulairement imposé au premier jet par le jet secondaire sans pivotement supplémentaire du tuyau, ou aux deux Dans chaque cas on a pour résultat une rétroaction positive du fluide dans le deuxième trajet. Lorsque le signal de commande diminue à partir d'une valeur légèrement en dessous de 80 % du signal de comman- de nominal maximum,le tuyau 12 pivotera angulairement vers la gauche sur la figure 1 Ce déplacement du tuyau se poursuit tant que l'amplitude du signal de commande diminue, jusqu'à ce que le tuyau prenne une position angulaire sur le côté opposé de la position précédente,comme représenté figure 6. Dans l'exemple considéré, à 0 % du signal de commande nominal maximum, le jet principal 15 occupe une deuxième position angulaire, qui est approximativement opposée symétriquement à la position angulaire extrême vers la droite de la position de récupération maximum Dans la deuxième position angulaire, le jet principal reçu par le récepteur 30 puis par le tube d'évacuation 32, est fortement maximisé On évacue le fluide pénétrant ainsi dans le troisième trajet vers le collecteur basse pression, comme-expliqué ci dessus Dans ce mode de fonctionnement la pression récupérée Px-est faible Enconsé- quence, le piston navette 34 est dans sa position la plus à gauche, l'orifice de sortie 54 est fermé et le premier trajet de fluide est bloqué Par conséquent, le servopiston 68 est à nouveau verrouillé en place dans sa position la plus à gau- che Ce type de fonctionnement "fixe après défaillance" pour des signaux de commande en dessous d'un seuil prédéterminé est décrit en détails dans le brevet des E;U A N O 4 276 809 incorporé ici par référence. C'est seulement lorsque le signal-de commande se maintient entre une première et une deuxième valeur prédéter- minée que le piston 34 est en position pour laisser -l'orifice de sortie 54 ouvert Entre ces deux valeurs, toute modifica- tion du signal de commande réalise une modification angulaire de la position du tuyau 12 et donc une variation correspondan- te de la quantité de fluide dans le premier jet de fluide La variation d'écoulement de fluide modifie la pression récupé- rée Px, ce qui à son tour par le processus expliqué ci-dessus, produit une modification correspondante dans la position du servopiston 68. La figure 2 est un graphique des caractéristiques de fonctionnement d'une réalisation décrite L'axe des ordon- nées représente le rapport en pourcentage de la pression ré- cupérée Px à la pression fournie Ps, l'axe des abcisses le pourcentage du signal de commande nominal maximum appliqué au moteur 13, ou à tout autre moyen, pour faire varier angu- lairement la direction du jet principal On a représenté la zone "fixe après défaillance" par des hachures La rétroaction positive de la servovanne est représentée graphiquement par la chute brutale du rapport Px/Ps au dessus de 80 % du signal de commande nominal maximum. La figure 3 représente une autre réalisation de la présente invention dans laquelle le piston navette 34 est forcé vers l'orifice de sortie 54 par un ressort 82 Dans cette disposition la servovanne est fixe après défaillance lorsque la pression d'alimentation Ps est perdue Lorsque ceci a lieu, le piston navette 34 se déplacera vers la gauche de la figure 3 et fermera l'orifice de sortie 54 au moyen du joint 78 Comme précédemment cette action verrouille le servopiston en place Pour tous les autres aspects, les structures des figures 1 et 3 sont similaires, avec les par- ties semblables portant les mêmes références. On admettra que la présente invention n'est pas limitée par les réalisations particulières spécifiquement décrites ici Par exemple, on pourrait utiliser la rétroac- tion de fluide positivedécrite et revendiquée ici,avec une servovanne à deux étages plutôt qu'avec la vanne à un seul étage décrite et représentée ici En outre on peut modifier la place et la forme de la buse de sortie 28 de la rétroac- tion de fluide positive pour obtenir des caractéristiques différentes de verrouillage De même, de légères modifications de la place, de la forme et de la direction du tube récepteur de rétroaction 26 et du récepteur 24 peut changer la vitesse de variation Ps/Px et donc les caractéristiques de verrouilla- ge de la servovanne Le rapport de surface donné ci-dessus comme exemple peut varier-de même que l'amplitude du signal de commande pour laquelle le tuyau 12 prend son angle maximum peut avoir une valeur différente. On a déjà noté que des dispositifs différents peu- vent être utilisés pour modifier l'angle du jet principal. On peut aussi réaliser la déviation du jet principal, comme décrit cidessus, de nombreuses manières différentes Plus spécifiquement on peut faire pivoter angulairement le tuyau, on peut dévier angulairement seulement le jet émis par le tuyau ou on peut utiliser la combinaison de deux techniques. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour réaliser un fonctionnement fixe après défaillance d'un servopiston ( 68) caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen ( 12, 14) pour réaliser un jet princi- pal ( 15) de fluide; un moyen ( 13) sensible à un signal de commande variable pour faire varier la position angulaire du jet principal ( 15) à partir d'une position de récupération de pression maximum; au moins un premier ( 22) et un deuxième ( 26, 28) trajets de fluide comportant un premier ( 20) et un deuxième ( 24) orifices d'entrée respectivement; le premier trajet de fluide étant adapté pour fournir du fluide au servopiston ( 68) à une pression varia- ble déterminée au moins en partie par le signal de commande; le premier orifice d'entrée ( 20)-étant placé pour maximiser fortement la quantité de fluide du jet princi- pal ( 15) reçue par le premier trajet de fluide lorsque, le jet principal se trouye dans sa position de récupéra- tion le deuxième orifice ( 24) étant placé pour recevoir une partie prédéterminée du jet principal ( 15) lorsque le signal de commande atteint une valeur prédé-termi- née; et le deuxième trajet de fluide se terminant'au voisinage du jet principal ( 15) pour diriger un jet secon- daire ( 29) de fluide vers le jet principal ( 15), jet ( 29) qui est adapté pour réaliser une rétroaction de fluide posi- tive dans le deuxième trajet. 2 Dispositif selon la revendication 1 caractéri- sé en ce que le jet secondaire ( 29) permet de dévier le jet principal ( 15) en direction du deuxième orifice ( 24) pour réaliser la rétroaction positive et en ce que le jet principal dévié est bloqué dans une position angulaire extrême par rapport à la position de récupération maximum lorsque le signal de commande dépasse la valeur prédétermi- née - 3 Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le deuxième orifice ( 24) est placé pour ma- ximiser fortement la quantité de fluide du jet principal ( 15) reçu par le deuxième trajet lorsque le signal de comman- de atteint 100 % du signal de commande nominal maximum du dispositif. 4 Dispositif selon la revendication 2 caractéri- sé-en ce que la position angulaire extrême constitue une première position angulaire et en ce qu'il comprend un troi- sième trajet ( 32) pour évacuer le fluide entrant dans ce trajet par un troisième orifice d'entrée ( 30); et le troi- sième orifice d'entrée ( 30) étant placé pour maximiser fortement la quantité de fluide du jet principal ( 15) reçu par le troisième trajet lorsque le jet principal ( 15) se trouve à une deuxième position angulaire sur le côté opposé de la position de récupération maximum par rapport à la première position angulaire. Dispositif selon la revendication 4 caractéri- sé en ce qu'il comprend en outre: un cylindre de piston navette ayant des orifi- ces d'entrée ( 52) et de sortie ( 54) communiquant avec le premier trajet de fluide et le servopiston ( 68) respective- ment; un piston navette ( 34) coulissant dans le cy- lindre; et un moyen pour fermer l'un des orifices ( 52, 54) par le piston navette lorsque la pression à l'un des orifi- ces tombe en dessous d'un niveau prédéterminé de manière à bloquer le premier trajet. 6 Méthode de fonctionnement fixe après défaillan- ce d'un servopiston ( 68) caractérisé en ce qu'elle consiste à: réaliser un jet principal ( 15) de fluide; fournir un fluide au servopiston ( 68) par un premier trajet de fluide ( 22, 52, 54, 80) à une pression variable déterminée au moins en partie par la position angu- laire du jet principal ( 15); faire varier la position angulaire par rapport à la position de récupération maximum en réponse à un signal de commande variable au choix, le jet principal ( 15) étant adapté pour envoyer au moins une partie de son fluide dans un deuxième trajet ( 26) au delà d'une position angulaire prédéterminée du jet principal, ce deuxième trajet étant adapté pour se terminer en un jet secondaire ( 29) dirigé vers le jet principal; et réaliser une rétroaction de fluide positive dans le deuxième trajet ( 26) lorsque le signal de commande atteint une valeur prédéterminée en faisant dévier le jet principal ( 15) vers le deuxième trajet par le-jet secondai- re ( 29). 7 Méthode selon la revendication 6 caractérisée en ce que l'étape de réalisation d'une rétroaction positive comprend en outre le verrouillage du jetprincipal ( 15) dans une position angulaire extrême au-delà de la position angulaire prédéterminée. 8 Méthode selon l'une quelconque des revendica- tions 6 à 7 caractérisée en ce qu'elle comprend en outre l'étape de blocage du premier trajet ( 22) lorsque la pres- sion variable dans ce premier trajet ( 22) tombe en dessous d'une valeur prédéterminée.