Brevet FR2564148A1 — publié le 19851115

La présente invention concerne des pompes à carbu- rant prévues pour des moteurs d'aéronefs ou d'avions et plus particulièrement une pompe de ce type comportant deux étages de pompage. Les pompes à carburant connues antérieurement, destinées à être utilisées dans des moteurs d'avion a pis- tons utilisent de façon typique une pompe à carburant à un seul étage pour envoyer le carburant au moteur. Bien qu'étant appropriées a faible altitude, ces pompes à carburant ali- mentent le moteur avec une quantité insuffisante de carbu- rant a des altitudes supérieures, en raison de la forte dé- pression d'entrée ainsi que par suite d'une formation de vapeur du carburant. La forte dépression d'entrée réduit le rendement de la pompe, tandis quela vaper entraine du carbu- rant, ces deux phénomènes contribuant à ce que la pompe dé- livre une quantité de carburant réduite. Afin d'envoyer une quantité suffisante de carbu- rant au moteur à de hautes altitudes, par exemple à des al- titudes dépassant 5400 mètres, les moteurs d'avions connus antérieurement comportaient une pompe électrique de surali- mentation fonctionnant en tandem avec la pompe à carburant normale. Lorsqu'elles sont activées à des altitudes élevées, ces pompes électriques à suralimentation envoient une quan- tité de carburant supplémentaire au moteur afin de satisfai- re aux exigences du moteur en carburant. Cependant ces pompes électriques à suralimentation, connues antérieurement, présentent l'inconvénient d'être coOteuses et accroissent également le poids de l'avion. En outre ces pompes électriques à suralimentation connues anté- rieurement possèdent une durée de vie relativement brève lorsqu'elles fonctionnent pendant des intervalles de temps prolongés, ce qui nécessite une maintenance et/ou un rempla- cement fréquent et onéreux de la pompe de suralimentation. La présente invention fournit une pompe à carbu- rant à deux étages qui résoud tous les inconvénients mention- nés précédemment des systèmes de carburant d'avions, connus antérieurement. De façon résumée, la pompe à carburant conforme à la présente invention comporte un carter possédant une admission de carburant débouchant dans une chambre cylindri- que d'admission. L'admission du carburant est tangentielle par rapport à la chambre d'admission de sorte que le carbu- rant tourbillonne lorsqu'il pénètre dans la chambre d'ad- mission. Le carburant plus lourd se dirige, sous l'action de la force centrifuge, vers la périphérie extérieure de la chambre d'admission, tandis que les vapeurs plus légères du carburant se dirigent vers le centre de la chambre à tour- billons. Ces vapeurs de carburant sont évacuées de la cham- bre d'admission au moyen d'une source de dépression. Les deux étages de la pompe sont montés de façon à pouvoir tourner à l'intérieur du carter et sont entraînées en rotation par l'intermédiaire d'une prise d'énergie motri- ce sur le moteur de l'avion. L'admission du premier étage est raccordée à la chambre à tourbillons et sa sortie est raccordée à une chambre intermédiaire ménagée à l'intérieur du carter de la pompe. De façon similaire l'admission du second étage de la pompe est raccordée à la chambre intermé- diaire et sa sortie est raccordée par l'intermédiaire d'une valve de commande du carburant à la sortie du carburant de la pompe. Un passage de dérivation du fluide est formé à l'intérieur du carter de la pompe à carburant entre la cham- bre intermédiaire et la chambre d'admission. Une valve sen- sible à la pression est raccordée, de façon active, au point central de ce passage de dérivation et ce uniquement lorsque la pression de carburant dans la chambre intermédiaire dé- passe une pression prédéterminée, égale par exemple à 24,5. 104 Pa. Par conséquent si on réalise une recirculation va- riable d'une partie du carburant depuis la chambre inter- médiaire en retour jusqu'à la chambre d'admission ou à la 6 4 1 48 chambre a tourbillons, la pression à l'intérieur de la cham- bre intermédiaire est maintenue égale à la pression prédé-. terminée. La valve de commande de carburant répond à un état du moteur, tel que par exemple la pression de sortie d'un turboréacteur afin de diriger d'une manière variable une partie du carburant délivré par le second étage dans la chambre d'admission ou dans la chambre à tourbillons ou bien à la sortie de la pompe. Ainsi, lorsque la demande du moteur en carburant augmente, la valve de commande du carbu- rant dirige une partie plus importante du carburant prove- nant du second étage de la pompe en direction de la sortie de la pompe et une partie moins importante du carburant est ramenée par recirculation à l'admission de la pompe. Inver- sement, lorsque la demande du moteur en carburant diminue, la valve de commande du carburant dirige une partie plus importante du carburant en direction de la chambre à tour- billons et une partie moins importante du carburant en di- rection de la sortie de la pompe. Une valve de détente est également branchée,du point de vue hydraulique,' en série entre la valve de com- mande du carburant et la chambre à tourbillons. Cette valve de détente est normalement maintenue à l'état ouvert sous l'effet de la pression du carburant de sorte que le carbu- rant pénétrant dans la valve de détente pénètre dans la cham- bre d'admission. Inversement, pendant un état de fonction- nement du moteur au ralenti, la valve de détente se ferme de façon substantielle, ce qui envoie & force le carburant a la sortie de carburant de manière à maintenir l'alimenta- tion en carburant au moteur pendant un état de fonctionne- ment au ralenti. Une valve à commande manuelle de mélange du carburant est branchée en série avec la sortie de carbu- rant de manière à permettre au pilote de modifier manuel- lement le mélange de carburant envoyé au moteur, comme il le désire. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 est un schéma-bloc représentant une forme de réalisation préférée de la pompe à carburant conforme & la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la forme de réalisation préférée de l'invention; - la figure 3 est une vue de bout de la forme de réalisation préférée de l'invention considérée essentiel- lement suivant la direction correspondant aux lignes 3-3 sur la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe prise essen- tiellement suivant la ligne 4-4 sur la figure 3, mais pivo- tée de 90 dans le sens des aiguilles d'une montre; et - la figure 5 est une vue considérée essentiel- lement suivant la ligne 5-5 de la figure 2. Ci-après on va donner une description détaillée d'une forme de réalisation préférée de l'invention. En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2, on y voit représentée une forme de réalisation préférée de la pompe à carburant de la présente invention, qui comporte un carter 10 définissant une admission cylindrique ou une chambre cylindrique à tourbillons 12. Une admission 14 du carburant débouche dans la chambre d'admission 12 et son axe est tangentiel au cylindre de la chambre d'admission 12. Par conséquent le carburant pénétrant dans l'admission 14 du carter pour aboutir dans la chambre d'admission 12 exécute un mouvement tourbillonnaire a l'intérieur de la chambre 12 de sorte que la chambre d'admission 12 forme une chambre à tourbillons. L'action de tourbillonnement du carburant a l'in- térieur de la chambre d'admission 12 a pour effet que le carburant liquide plus dense se dirige vers la périphérie extérieure de la chambre 12 sous l'action de la force cen- trifuge, tandis que les vapeurs plus légères de carburant se dirigent en direction de la partie centrale de la chambre d'admission 12. Ces vapeurs de carburant sont évacuées par une source de vide ou source à dépression (non représentée) par l'intermédiaire d'un raccord hydraulique 16 situé à l'ex- trémité supérieure de la chambre d'admission 12. Un premier étage de pompage 18 et un second étage de pompage 20 coaxial sont montés rotatifs à l'intérieur d'un alésage 22 ménagé dans le carter 10, qui s'étend sen- siblement radialement vers l'extérieur à partir de l'axe de la chambre d'admission 12. De préférence les étages de pompage 18 et 20 sont constitués par des pompes à ailettes de type volumétrique, le premier étage 18 étant d'une taille supérieure à celle du second étage 20. Comme cela est mieux visible sur les figures 2 et 3, les étages 18 et 20 de la pompe sont séparés l'un de l'autre par un dispositif d'entretoisement 24 qui est fixé aux deux étages 18 et 20 de la pompe de telle sorte que ces étages 18 et 20et le dispositif d'entretoisement 24 tournent de concert. Un arbre d'entraînement 16 est fixé à une extré- mité 28 du second étage 20 de la pompe tandis que son autre extrémité 30 comporte un trou carré 32 qui débouche dans une ouverture 34 située dans le carter 10 de la pompe. Une prise d'énergie (non représentée) sur le moteur est accou- plée mécaniquement, à proximité du trou carré 32, à l'arbre 26 de manière à entraîner en rotation les étages 18 et 20 de la pompe. Des joints d'étanchéité hydrauliques classiques 36 sont également prévus entre le carter 10 de la pompe et l'arbre 26 de manière à supprimer toute fuite du carburant hors de la pompe. En se référant maintenant à la figure 2, on voit qu'un manchon 38 est disposé dans l'alésage 22 du carter autour du dispositif d'entretoisement 24 et entre les étages 18 et 20 de la pompe. Ce manchon 38 comporte un canal cir- conférentiel 40 ménagé dans sa périphérie extérieure et qui forme une chambre annulaire intermédiaire 40 entre les éta- ges 18 et 20 de la pompe. Un passage de dérivation 42 pour le carburant est ménagé dans le carter 10 de la pompe et comporte une extrémité 44 débouchant dans la chambre inter- médiaire 40, tandis que son autre extrémité 46 débouche dans la chambre d'admission 12. Un siège de valve 48 est ménagé en un point médian du passage de dérivation 42, pour une raison qui sera décrite ultérieurement. Un ensemble 50 à valve sensible à la pression est logé dans un carter de valve 52 et est fixé au carter de la pompe à l'aide de vis 54. L'ensemble à valve 50 comporte un organe de valve 56 qui coopère avec le siège de valve 48 ménagé dans le passage de dérivation 42 de manière à ouvrir et à fermer au choix le passage de dériva- tion 42. L'ensemble à valve de dérivation 50 comporte de préférence un anéroide 58, qui est sensible à la pression régnant dans la chambre intermédiaire 40. Lorsque la pres- sion régnant dans la chambre intermédiaire 40 dépasse une valeur prédéterminée, par exemple 35,4.10 Pa, l'anérolde 58 se contracte en rétractant de ce fait l'organe de valve 56 depuis sa position fermée représentée sur la figure 2, et en ouvrant de ce fait le passage de dérivation 42. Une tige filetée 60 et un écrou 62 permettent un réglage de la pres- sion d'ouverture de l'ensemble à valve de dérivation 50. En se référant maintenant en particulier à la figure 1, on voit que l'admission du premier étage 18 est raccordée par un passage hydraulique 64 à la chambre d'admis- sion 12, tandis que sa sortie est raccordée par un passage 66 à la chambre intermédiaire 40. De façon similaire l'ad- mission dans le second étage 20 est-raccordée par un passage hydraulique 68 à la chambre intermédiaire 40, tandis que la sortie du second étage 20 débouche dans un passage hy- draulique de sortie 70. Les passages hydrauliques 64, 66, 68, 70 sont tous réalisés de préférence dans le carter 20 de la pompe. En se référant maintenant aux figures 1, 2 et 4, on voit que le passage 70 partant de la sortie du second étage 20 est raccordé, par voie hydraulique, à la chambre inférieure 72 d'une valve de commnande de carburant 74. La valve 74 inclut une chambre supérieure 76, tandis qu'un ori- fice 78 relie les chambres 72 et 76. En se référant maintenant en particulier aux fi- gures 1 et 2, on voit que la cbaimbre supérieure 76 de la valve de commande de carburant 74 est raccordée selon une liaison hydraulique formée par un passage hydraulique 80, a une chambre 82 (figure 2)) située dans un ensemble de val- ve de détente 84. Dans toutes ies conditions de fonction- nement du moteur, hormis dans le cas du fonctionnement au ralenti, la pression du carburant régnant dans la chambre 82 maintient la valve de détente 84 dans une position ouver- te, de sorte que le carburant circulant dans le passage 80 pénètre dans la chambre 82 et dans le passage 86 (figure 1) et est renvoyé à la chambre d'admission 12. Le fonction- nement de la valve de détente sere- décrit ultérieurement de façon plus détaillée. Inversement un passage supplémen- taire 88 relie, selon une liaison hydrauliiquee la chambre inférieure 72 de la valve de commande de carburant 74 à une chambre de sortie de carburant 90 figure 2) ménagée dans le carter 10 de la pompe. La chambre 90 de sortie du carbu- rant est alors raccordée selon une liaison hydraulique par l'intermédiaire d'une valve de mélange de carburant 92 & la sortie 94 du carburant. En se référant & nou eau a ux figures! et 4, on voit que la valve de mélange de carburant comporte une tige 96 de commande du carburant, qui est montée de façon à pou- vToir glisser a l'intérieur d'un perage 98 ménagé dans un carter 100 prévu pour la valve 74. L- tige 96 de commrande du carburant comporte une rartife tronconiue 102 qui est coaxiale à et voisine de l'orifice 7G de telle sorte que le déplacement axial de la tige 96 de commande du carbu- rant limite de façon variable l'orifice 78 comme cela est représenté par une ligne en pointillés sur la figure 4. Par conséquent, lorsque la valve de commande de carburant 96 est déplacée pour se trouver dans une position relevée, une partie plus importante du carburant sortant du second étage pénètre dans le passage 88 (figure 1) et dans la chambre de sortie 90 (figure 2). Inversement, lorsque la tige de commande du carburant 96 est amenée dans une position infé- rieure, ce qui ouvre l'orifice 78, une partie plus impor- tante de carburant s'échappant de la sortie du second étage est renvoyée à la chambre d'admission 12 par l'intermé- diaire de la chambre 82 de la valve de détente, qui est re- liée à la sortie de carburant 94 par l'intermédiaire de la chambre 90 (figure 2). En se référant maintenant en particulier à la figure 4, on voit que la position de la tige de commande de carburant 96 est commandée par un anérolde 104 qui est fixé à la tige 87. Cet anéroide 104 est logé dans une cham- bre 106 ménagée dans le carter de valve 100. Un orifice hy- draulique -108 débouchedans la chambre 106 et est raccordé, selon une liaison hydraulique, à une source de pression indi- quant la vitesse du moteur. Une telle source de pression peut être constituée par exemple par une prise sur la sortie de pression d'un turboréacteur. Par conséquent, lorsque la pression présente à l'intérieur de la chambre 106 augmente, l'anérotde 104 se contracte, ce qui provoque ainsi l'envoi d'une quantité plus importante du carburant à la sortie de carburant 94. Lorsque la pression à l'intérieur de la cham- bre 106 diminue, ce qui indique une réduction de la vitesse du moteur, l'anérolde 104 se dilate et par conséquent ren- voie, par recirculation, une partie plus importante de car- burant dans la chambre d'admission 112. Une tige filetée et un écrou 112 permettent le réglage de la position initiale de la tige de commande 96 et par conséquent de la quantité de recirculation du carburant. En se référant maintenant en particulier aux fi- gures 2 et 5, on voit que la valve 92 de mélange de carbu- rant permet au pilote d'enrichir ou d'appauvrir manuelle- ment l'alimentation en carburant envoyée au moteur. La valve de commande du carburant 92 inclut un corps 114 qui est mon- té rotatif sur le carter 10 de la pompe, de sorte que le pilote a accès à une extrémité 116. Un perçage 118 est ména- gé dans l'extrémité opposée du corps 114, qui s'ouvre dans la chambre de sortie 90, tandis qu'une fente 120 ménagée dans le corps 114 est alignée avec le perçage 118 et raccor- de par conséquent ce dernier a la sortie de carburant 94. Comme cela est mieux visible sur la figure 5, une rotation du corps 114 entraîne au choix un accroissement ou une ré- duction de la zone d'alignement entre la fente 120 et la sortie de carburant 94, de manière à permettre une limita- tion variable du débit de carburant délivré par la chambre de sortie 90 et envoyé à la sortie 94 de la pompe. Comme cela est représenté sur la figure 2, un dispositif d'arrêt 122 fixé au corps 114 limite, en association avec un axe de blocage 124 fixé au carter 10 de la pompe, l'angle de rotation du corps 114 de la valve de commande du carburant entre une position d'enrichissement complet en carburant et une position d'appauvrissement complet en carburant. En se référant maintenant a la figure 2, on voit que le dispositif a valve de détente 84 comporte un diaphra- gme 128 fixé à un organe formant valve de détente 130. Pour toutes les conditions de fonctionnement du moteur autres que le fonctionnement au ralenti, la pression de carburant régnant dans la chambre à valve de pression 82 et agissant sur le diaphragme 128 maintient l'organe 130 de la valve de détente dans sa position ouverte représentée sur la figu- re 2. Dans cette position ouverte, essentiellement l'ensem- ble de la quantité de carburant pénétrant dans la chambre 82 de la valve de détente est renvoyé à la chambre d'admis- sion 12 par l'intermédiaire du passage 86 (figure 1). Inversement, pendant l'état de fonctionnement du moteur au ralenti, la pression régnant dans la chambre 82 de la valve de détente est insuffisante pour maintenir l'organe 130 de la valve de détente dans sa position ouverte, si bien que cet organe 130 se déplace vers -la gauche par rapport à sa position représentée sur la figure 2. Ce fai- sant, l'organe 130 de la valve de détente ferme essentielle- ment le passage hydraulique 86 (figure 1) et crée une contre- pression dans le passage 80 du carburant. Cette contre-pres- sion repousse le carburant hors de la sortie du second étage à travers le passage 88 et en direction de la sortie de carburant 94, à travers la chambre de sortie 90 et la valve - de mélange air-carburant 92. Une vis 134 et un ressort 136 permettent de réaliser le réglage de la pression d'ouver- ture de la valve de détente. Lors du fonctionnement, à de-s altitudes relati - vement basses, le signal de sortie délivré par le premier étage de la pompe est supérieur à la pression de l'ensemble à valve de dérivation 50 de sorte que l'ensemble a valve de dérivation 50 s'ouvre et permet à une partie du carburant délivré par la chambre intermédiaire 40 d'être remis en cir- culation ou d'être renvoyé à la chambre d'admission 12. Le - reste du carburant traverse le second étage 20 de la pompe et la valve de mélange de carburant 74 qui envoie une quan- tité variable de carburant au moteur en fonction des exigen- ces requises de fonctionnement de ce dernier. Le reste du carburant traversant la valve de commande du carburant 74 est renvoyé ou remis en circulation en direction de la cham- bre d'admission 112. Lorsque l'altitude du moteur augmente, en dépas- sant de façon typique 3400/6000 mètres, la pression régnant à l'intérieur de la chambre 40 diminue en raison de la forte dépression d'entrée, ainsi qu'en raison de la formation de vapeur de carburant. Cette réduction de la pression à l'in- térieur de la chambre intermédiaire 40 a pour effet que l'en- semble à valve de dérivation 50 se déplace en direction de sa position fermée, ce qui limite ou même ferme le passage de dérivation 42. Le passage de dérivation 42 étant limité de façon supplémentaire ou fermée, une quantité plus -impor- tante de carburant est envoyée depuis le premier étage 18 de la pompe en direction du second étage 20 de la pompe, ce qui maintient un approvisionnement suffisant en carburant au moteur à des altitudes supérieures, par exemple à des altitudes de 7600 mètres, sans qu'i soit nécessaire d'uti- liser les pompes électriques de suralimentation, connues antérieurement. De ce qui précède, on peut voir que la présente invention fournit un ensemble de pompe a carburant conve- nant particulièrement pour un moteur d'avion à pistons et qui permet de maintenir un approvisionnement en carburant au moteur, A des altitudes éleées. Sur la base de la pré- sente description,]es spécialistes de la technique pour- ront y apporter de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Pompe à carburant, caractérisée en ce qu'elle comporte: - un carter (10) comportant une admission du carburant (14) et une sortie du carburant (94), ladite admission du carbu- rant débouchant dans une chambre (12) d'admission du carbu- rant ménagée dans ledit carter, - un premier étage (18) de la pompe comportant une admission débouchant dans ladite chambre d'admission (12) et une sortie débouchant dans une chambre intermédiaire (40) ménagée dans ledit carter (10), - un second étage (20) de la pompe comportant une admission débouchant dans ladite chambre intermédiaire (40), et une sortie, - des moyens (70, 88) servant à raccorder par voie hydraulique la sortie dudit second étage (20) de la pompe à ladite sortie de carburant (94), - des moyens (50) servant à maintenir la pression à l'intérieur de ladite chambre intermédiaire (40) au-dessous d'une valeur maximale prédéterminée. 2. Pompe à carburant selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que lesdits moyens (50) de maintien de la pression comprennent les moyens pour relier par voie hydrau- lique ladite chambre intermédiaire (40) à ladite chambre d'ad- mission (12) lorsque la pression régnant dans ladite chambre intermédiaire dépasse ladite valeur prédéterminée. 3. Pompe à carburant selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que lesdits moyens (50) de maintien de la pression comprennent: - - un passage hydraulique de dérivation (42) s'étendant entre ladite chambre intermédiaire (40) et ladite chambre d'admis- sion (12), - un siège de valve (48) formant un orifice monté en série avec ledit passage de dérivation (42) et monté en un point central de ce passage, - un organe de valve (56) déplaçable entre une position fermée, dans laquelle ledit organe de valve ferme ledit orifice et une position ouverte, dans laquelle ledit organe de valve (20) est écarté dudit orifice et ouvre ce dernier, et - des moyens (58) sensibles à la pression et servant à déplacer de façon variable ledit organe de valve (56) entre lesdites positions ouverte et fermée. 4. Pompe à carburant selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce qu'elle est utilisée dans un moteur comprenant un état représentatif de la vitesse du moteur, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens (74) reliés par voie hydraulique à ladite sortie du second étage (1) de la pompe et sensibles audit état du moteur pour relier, par voie hydraulique, la sortie dudit second étage (20) de la pompe à ladite chambre d'admission (12). 5. Invention selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdits moyens de raccordement hydraulique variable (74) comprennent: - un passage hydraulique (88) reliant par voie hydraulique la sortie dudit second étage (20) à ladite chambre d'admis- sion (12), - un orifice (78) branché en série avec ledit passage hydrau- lique, et - des moyens (96, 104) sensibles audit état du moteur pour limiter de façon variable ledit orifice. 6. Pompe à carburant selon la revendication 5, ca- ractérisée en ce que ledit état du moteur est une pression hydraulique et que lesdits moyens (96) réalisant une limitation variable incluent une valve conique déplaçable en pouvant glis- ser axialement dans ledit orifice (78) et un soufflet d'ané- roide (104) raccordé à ladite valve conique et sensible audit état du moteur. 7. Pompe a carburant selon la revendication 5, ca- ractérisée en ce que ladite chambre d'admission (12) possède essentiellement une forme cylindrique, des moyens (14) servant à introduire le carburant tangentiellement à l'intérieur de ladite chambre et des moyens (16) raccordés par voie hydrauli- que à une extrémité de ladite chambre pour en évacuer la vapeur. 8. Pompe à carburant selon la revendication 5, ca- ractérisée en ce qu'elle comporte une valve de détente (84) comportant une chambre raccordée par voie hydraulique en série avec ledit orifice (78) et avec ladite chambre d'admission (12), ladite valve de détente (84) étant déplaçable dans une position ouverte, dans laquelle le flux de l'écoulement de fuite pénétrant dans ladite chambre de détente (82) pénètre dans ladite chambre d'admission (12), et une position fermée, dans laquelle ladite valve de détente (94) arrête l'écoulement du fluide depuis ladite chambre de la valve de détente dans ladite chambre d'admission. 9. Pompe à carburant selon la revendication 3, ca- ractérisée en ce qu'elle comporte un anéroîde (58) sensible à la pression et fixé audit organe de valve (56). 10. Pompe à carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaaue étage (18, 20) de la pompe com- porte une pompe volumétrique à ailettes. 11. Pompe à carburant selon la revendication 10, caractérisée en ce que lesdits étages (18, 20) de la pompe sont coaxiaux.