Brevet FR2541723A1 — publié le 19840831

Groupe motopropulseur pour un avion L'invention concerne un groupe motopropulseur d'avion, avec un moteur à combustion interne multicylindre à injection, avec un volet de réglage disposé dans la tubulure d'aspiration et dont le vilebrequin entraîne, soit directement soit par l'intermédiaire d'un réducteur, une hélice à pas variable. Un tel motopropulseur d'avion est décrit dans le bre- vet US N O 3 876 329 L'hélice entraînée par le vilebrequin est équipée d'un régulateur centrifuge qui règle l'angle de calage des pales et par conséquent la charge du moteurde telle sorte, que l'on peut maintenir la vitesse de rotation à une valeur constante Avec un levier de réglage de la puissance, qui agit sur le régulateur centrifuge, on peut modifier la valeur de consigne de la vitesse Le même levier de puissance actionne le volet de réglage du moteur à combustion interne, ainsi qu'un tiroir tournant avec lequel on peut régler la quantité de carburant qui doit être injectée dans le moteur à combustion interne Cette conception, o les trois fonctions sont liées entre elles, nécessite pour être viable des méca- nismes de réglage sophistiqués Une optimisation du rendement global, qui résulte d'une combinaison du rendement de l'hélice avec le rendement du moteur à combustion interne, n'est pas possible car du fait du couplage mécanique toute amélioration e l'un des deux rendements entraîne une détérioration de l'autre. L'objet de la présente invention consiste à développer un groupe motopropulseur d'avion avec un rendement global amélioré et à obtenir la poussée nécessaire avec une consom- mation de carburant aussi réduite que possible. Une solution possible, pour arriver à ce résultat, con- siste à utiliser selon une technique déjà connue un appareil- lage d'injection de carburant entièrement automatique, fonc- tionnant d'une manière continue et équipé d'un débitmêtre de l'air à l'admission qui, par l'intermédiaire du piston distri- buteur d'un dispositif répartiteur du débit de carburant, envoie dans les tubulures d'admission individuelles respectives des cylindres une quantité de carburant proportionnelle à la masse d'air aspirée, et à commander le papillon de réglage de l'aspiration ainsi que le pas de l'hélice au moyen d'un dispo- sitif de réglage commun L'élaboration du mélange de carburant et d'air se faisant automatiquement avec la composition cor- recte, en fonction de la masse d'air aspirée, c'est-à-dire de la puissance demandée à la machine, on obtient des conditions de combustion optimales du point de vue de la consommation. La puissance fournie est déterminée par la vitesse de rotation de l'hélice, c'est-à-dire du moteur qui l'entraîne, que l'on ajuste en modifiant le calage des pales de l'hélice au moyen d'un dispositif de réglage qui actionne en même temps le papil- lon de réglage monté dans l'aspiration Ainsi, à faible puis- sance on tourne aussi à basse vitesse et on réduit en même temps les pertes mécaniques dues au frottements Selon une extension de l'invention, on commande l'ouverture totale du papillon de réglage dans les domaines habituels de fonctionne- ment c'est-à-dire au décollage, durant l'ascension et en vol de croisière, le déplacement des gaz s'effectue ainsi avec des pertes réduites au minimum et la puissance nécessaire est obtenue sans étranglement de l'aspiration, avec un remplissage maximum des cylindres La conjugaison de ces influences favo- rables détermine pour l'ensemble un rendement très élevé du moteur à combustion interne L'hélice est conçue de manière qu'en fonctionnement son rendementsoitoptimumlorsque pourune puissance requise donnée elle tourne avec une vitesse aussi basse que possible C'est le cas pour le fonctionnement à pleine charge du moteur à combustion interne Le moteur tour- nant à basse vitesse, la vitesse périphérique des pales de l'hélice est également faible, de sorte que le dégagement de bruit s'en trouve lui aussi réduit au minimum. Outre l'amélioration du rendement global, le groupe motopropulseur selon l'invention présente aussi l'avantage de pouvoir être réalisé dans des conditions intéressantes du point de vue du prix car, comme installation d'injection, on peut utiliser un système K-Jectronic disponible dans le com- merce, décrit dans le document "Bosch, Technische Unterrich- tung, 1974 ", qui est fabriqué en grande série et utilisé dans des voitures particulières On peut encore améliorer les performances en ajoutant un régulateur de la pression de com- mande en fonction de la densité de l'air, permettant d'adap- ter la composition du mélange aux conditions de pression et de température de l'air aspiré, variables avec l'altitude ou le degré de suralimentation. Dans une autre forme de réalisation du groupe moto- propulseur, le moteur à combustion interne est équipé d'un turbocompresseur de suralimentation à gaz d'échappement Dans ce cas, en même temps que l'on ajuste le pas de l'hélice on règle la valeur absolue de la pression de l'air de charge fourni par le turbocompresseur; on règle toujours celle-ci à la valeur convenable pour obtenir les conditions optimales du point de vue de la consommation, ou de la puissance Dans le domaine des valeurs supérieures de la puissance, on règle la puissance fournie en faisant varier le pas de l'hélice et, par consé- quent, la vitesse de rotation En dessous de quelque 30 pour cent de la puissance nominale, le réglage se fait par étran- glement de l'aspiration. On a représenté dans le dessin les deux exemples de réalisation, et on va les expliquer ci-dessous plus en détail. Les deux figures montrent respectivement: Fig 1 un groupe motopropulseur d'avion avec un moteur à combustion interne suralimenté, à injection, polycylindrique et avec son hélice. Fig 2 un groupe motopropulseur d'avion avec dispo- sitif d'injection et système de réglage mécanique. Comme groupe motopropulseur d'avion on utilise un mo- teur à combustion interne multicylindre 1 qui est suralimenté au moyen d'un turbocompresseur à gaz d'échappement 2 et qui entraîne une hélice 3 dont le pas peut être ajusté au moyen d'un régulateur d'hélice 4 L'air comburant arrive à travers un filtre d'air 5, il est comprimé dans le turbocompresseur de suralimentation 6 et après refroidissement dans le refroi- disseur d'air de suralimentation 7 il arrive au débitmètre de l'airàl'aspiration 8 d'une installation d'injection de carburant Un capteur manométrique 9, raccordé à une tubulure d'air de suralimentation, entre le turbocompresseur 6 et le refroidisseur d'air de suralimentation 7, mesure l'air d'alimentation Dans la tubulure entre le débitmètre 8 de l'air comburant et le moteur à com- bustion interne 1 est disposé un papillon ou volet de régla- ge 10. Les gaz sortant du moteur à combustion interne 1 traversent une turbine à gaz d'échappement 11 qui entraîne le compresseur de suralimentation 6 et s'échappent ensuiteàl'air libre à travers le silencieux 12 On peut régler la puissance de la turbine 11 et par conséquent la pression de charge engendrée par le compresseur 6 au moyen d'une "soupape bipasse" 13 qui est insérée dans une canalisation de contournement 14 disposée en parallèle avec la turbine à gaz d'échappement 11. Pour la commande, à travers le moteur à combustion interne la soupape bipasse est reliée par une canalisation de commande 15 à un appareil de réglage de la pression absolue 16, qui est raccordé à la tubulure d'air de charge entre le papillon de réglage 10 et le moteur à combustion interne 1, et branché d'autre part à un appareil de commande électronique 17 Par une autre canalisation de commande 19, la soupape bipasse 13 est reliée directement à l'appareil de réglage de la pression absolue 16 L'appareil de commande électronique 17 est relié aussi, d'autre part, au papillon de réglage 10 ainsi qu'au variateur du pas 4 de l'hélice 3 Au moyen-d'un levier de ré- glage 18 de l'appareil de commande 17, on-peut ajuster simul- tanément la position du papillon de réglage 10, le pas de l'hélice 3 et aussi, au moyen de l'appareil de réglage 16 de -là pression absolue et de la soupape bipasse 13, la pression de l'air de charge du moteur. Au lieu de ce dispositif de réglage électronique et hydraulique, on peut également utiliser un dispositif de réglage mécanique qui est représenté dans la Figure 2 Le moteur à combustion interne que l'on y a représenté fonctionne sans turbocompresseur de suralimentationavec admission par simple aspiration Nous allons maintenant expliquer d'une manière plus approfondie le fonctionnement de l'installation d'injection du carburant, utilisée pour les deux formes de réalisation de l'invention et qui est représentée d'une manière plus claire dans la Fig 2 Le piston du moteur à combustion interne 21 aspire l'air comburant qui arrive au débitmètre d'air à l'aspira- tion 8 à travers un filtre d'air 22 et une tubulure d'aspira- tion 23 Ledit débitmètre 8 se compose d'une palette 24 dis- posée perpendiculairement à la direction d'écoulement de l'air et dont le déplacement de réglage, dépendant du débit d'air, est transmis au moyen d'un levier oscillant 25 à la face frontale du piston distributeur 26 d'un répartiteur de débit de carburant 27 comportant une soupape de réglage 27 '. L'autre face frontale du piston distributeur 26 est soumise à la pression qui règne dans une tubulure de commande sous pres- sion 28, qui agit comme une force de rappel sur le débitmètre 8 Selon la position du piston distributeur 26, on envoie une quantité de carburant plus ou moins grande, également répar- tie entre les soupapes d'injection 29, dont chacune corres- pond à l'un des cylindres du moteur d'avion et dont une seule a été représentée sur le dessin. Entre la tubulure de la pression de commande 28 et la tubulure de décharge 30 qui retourne au réservoir de carbu- rant 31, est disposé un régulateur de marche d'échauffement 32, tel qu'on le décrit dans le document "Bosch, Technische Unterrichtung, Benzineinspritzung K-Jetronic, (dispositif d'injection d'essence KJectronic) du 28 février 1974, pages 14 et 15 " Le régulateur de marche d'échauffement 32 est pré- cédé d'une électrovalve 33 qui peut être actionnée automati- quement ou au moyen d'une commande manuelle En parallèle avec le régulateur de marche d'échauffement 32, entre la tubulure de la pression de commande 28 et la tubulure de dé- charge 30, est montée une électrovalve 34 avec un limiteur de débit à ouverture constante 34 ' et dans une autre tubulure de contournement est monté un régulateur de la pression de commande 35 qui agit en fonction de la densité de l'air, qui peut lui aussi être mis en ou hors service au moyen d'une électrovalve 36 La pression de commande présente dans la tubulure 28 est surveillée au moyen d'un dispositif manomé- trique 37 monté sur celle-ci Le régulateur barométrique 35 de la pression de commande comprend une capsule barométrique 38 remplie de gaz; il est disposé à l'intérieur de la tubu- lure d'aspiration 23 immédiatement en dessous de la palette 24 du débitmètre 8 de l'air à l'aspiration, il mesure ainsi la température et la pression de l'air aspiré par le turbo- compresseur de suralimentation 2 à l'endroit même o le débit traversant est mesuré au moyen d'un débitmètre 8. Le papillon de réglage 10 qui est inséré dans la tubulure d'aspiration 39, qui va du débitmètre 8 au moteur à combustion interne 21, peut être ajustée au moyen d'un levier de réglage 41 à commande manuelle et d'une tringlerie de liai- son 42, en surmontant la force d'un ressort de rappel 40, ce levier agissant également sur le régulateur 4 de l'hélice 3 qui, par l'intermédiaire d'une canalisation hydraulique 43 ajuste le calage des pales de l'hélice 3 e La tringlerie de liaison 42 se compose d'un plateau à coulisse 44 pouvant tour- ner autour d'un axe et dont la coulisse en forme d'arc assure le guidage d'un levier articulé 46 relié au papillon de ré- glage 10, d'un levier articulé 47 disposé entre le plateau à coulisse 44 et le régulateur 4 de l'hélice 3 et d'un ensemble de leviers 48 reliant le plateau à coulisse 44 et le levier de réglage 41. 2541 ? 723 R E VYE N D C A T I O M S 1, Groupe motopropulseur pour aviqn, avec un moteur à combustion interne, à in Jection multicylindr, équipé d'un papillon de réglage disposé dans la tubulure d'aspira- tion et dont le vilebrequin entrgne, directement ou par l'intermédiaire d'un train d'engrenages réducteur, une hé- lice à pas variable, caractérisé par le fait que pour éla- borer le mélange d'air et de carburant on utilise selon la technique connue un appareillage d'injection de carburant entièrement automatique et fonctionnant d'une manière conti- nue équipé d'un débitmètre ( 8) de l'air à l'admission qui, par l'intermédiaire du piston distributeur ( 26) d'un dispo- sitif répartiteur ( 27) du débit de carburant envoie dans les tubulures d'aspiration individuelles respectives des cylin- dres une quantité de carburant proportionnelle à la masse d'air aspirée et que le papillon de réglage ( 10) et le pas de l'hélice ( 3) sont commandés par un dispositif de réglage commun ( 18, 17 ou bien 41, 42). 2 Groupe motopropulseur selon la revendication 1, avec un moteur à combustion interne à injection multicylin- dre, équipé d'un turbocompresseur de suralimentation, carac- térisé par le fait que la pression d'admission engendrée par le turbocompresseur de suralimentation à gaz d'échappe- ment ( 2) ainsi que le pas de l'hélice ( 3) et l'ouverture du papillon de réglage ( 10) peuvent être commandés par un dis- positif de réglage commun ( 18, 17 ou bien 41, 42). 3 Groupe motopropulseur selon la revendication 1, J caractérisé par le fait que le dispositif de réglage ( 18, 17 ou bien 41, 42) est conçu de manière que pour les conditions de fonctionnement normales de l'avion (décollage, ascension, croisière) le papillon de réglage ( 10) soit complètement ouvert. 4 o Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que dans le tube d'aspiration de l'air ( 23), immédiatement avant le dé- bit mètre ( 8) est disposé un régulateur de la pression de ccmande ( 35) en fonction de la densité de l'air qui est raccordé à la tubulure de la pression de commande ( 28) allant au piston dis- tributeur ( 26) en parallèle avec-un régulateur ( 32) prévu pour la marche de montée en température, afin de corriger la pression de commande et l'élaboration du mélange en fonction des conditions variables de pression et de température. Groupe motopropulseur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le dispositif de réglage ( 18, 17 ou 41,42) est réalisé de manière que l'on obtienne toujours la pression d'admission maximale possible ou tout au moins admissible. 6 Groupe mo Lopropulseur selon l'une quelconque des revendications de 1 à 5, caractérisé par le fait que le dispo- sitif de réglage se compose d'un levier de commande ( 18), d'un appareil de commande électronique ( 17) et d'organes de réglage à commande électrique ou hydraulique. 7 Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications de 1 à 5, caractérisé par le fait que le dispo- sitif de réglage se compose d'un levier de commande ( 41) et d'une tringlerie de transmission mécanique ( 42).