Brevet FR2685452A1 — publié le 19930625

i DISPOSITIF D'INJECTION DE CARBURANT POUR UNE CHAMBRE DE COMBUSTION DE TURBOMACHINE Les performances d'une chambre de combustion sont directement liées aux caractéristiques de son système d'injection (granulométrie, répartition spatiale et radiale du carburant). Ces caractéristiques sont très différentes en fonction du régime moteur et du type d'injecteur, et il devient de plus en plus difficile sur des moteurs performants d'obtenir les performances souhaitées aux conditions extrêmes. Le choix de la fraction des débits d'air et de carburant à injecter résulte d'un compromis entre les performances de la chambre à plein gaz et celles en condition de ralenti et de rallumage en altitude, et est lié à des contraintes de non-pollution. L'utilisation d'un seul type d'injecteur de carburant conduit ainsi à un compromis de plus en plus difficile à réaliser entre les différents modes de fonctionnement de la turbomachine. Actuellement, les moteurs sont équipés d'injecteurs aérodynamiques, des perfectionnements ayant été apportés par des dispositifs à géométrie variable selon lesquels on s'efforce d'adapter, de manière continue, la répartition d'air en fonction du régime, au moyen de dispositifs mobiles capables de diaphragmer plus ou moins les arrivées d'air dans la chambre Cependant le fonctionnement au ralenti ne convient pas bien à l'injecteur aérodynamique qui voit son rendement baisser. Il a donc été envisagé de réaliser un injecteur comportant deux systèmes d'injection: l'un mécanique, fonctionne au ralenti, et l'autre, aérodynamique, est utilisé à plein gaz et aux régimes intermédiaires La demande FR 90 10 106 déposée le 08 08 90 décrit une disposition adoptant un tel dispositif. Toutefois, ce dispositif a pour inconvénients majeurs des temps de remplissage des circuits de distribution et des temps de commutation du circuit d'injection aérodynamique au circuit d'injection mécanique non négligeables. La présente invention a pour but de supprimer les inconvénients mentionnés ci-dessus et de proposer un dispositif d'injection de carburant qui sera capable de fonctionner de façon optimale durant le fonctionnement ralenti, croisière et plein gaz dans une chambre de combustion d'un turboréacteur, tout en satisfaisant aux normes de non-pollution. L'invention est donc relative à un dispositif d'injection de carburant pour une chambre de combustion de turbomachine comprenant: au moins une première admission de carburant, sensiblement symétrique par rapport à un axe géométrique, chaque première arrivée de carburant étant en outre distante radialement dudit axe géométrique, la ou les premières arrivées constituant avec une ou plusieurs admissions d'air de combustion un ensemble d'injection aérodynamique de carburant; et, au moins une deuxième admission de carburant constituant un ensemble d'injection mécanique de carburant, qui est muni d'une buse, dont l'orifice est disposé sur ledit axe géométrique. Selon l'invention, ce dispositif d'injection de carburant comprend en outre un seul et même conduit d'arrivée de carburant qui, coaxial audit axe de symétrie, alimente à la fois l'ensemble d'injection mécanique et l'ensemble d'injection aérodynamique, et un organe doseur, situé à la sortie du conduit d'arrivée de carburant qui détermine l'entrée du carburant soit vers la première admission, soit vers la deuxième admission, soit vers les deux admissions de l'ensemble d'injection aérodynamique (A) et de l'ensemble d'injection mécanique (M) simultanément. Les avantageuses dispositions suivantes sont en outre de préférence adoptées: l'organe doseur est constitué par un clapet doseur situé à l'intérieur de la première admission de carburant, ledit clapet doseur comprenant un piston permettant l'obturation de l'orifice central d'un siège situé à l'entrée de la première admission de carburant, un soufflet réunissant le piston à un embout de distribution et séparant la première admission de la deuxième admission de carburant; le soufflet est élastique et susceptible au repos de repousser le piston en appui sur le siège; le piston est, d'une part, percé d'un orifice central étranglé à son entrée par un siège, et d'autre part, prolongé vers la sortie de la deuxième admission de carburant par une jupe permettant l'obturation de perçages au travers de l'embout de distribution; l'embout de distribution est muni d'une entretoise creuse dont le diamètre intérieur est suffisamment grand pour permettre le passage du carburant depuis les perçages vers des rainures pour accéder à la buse; la jupe comporte autant de pattes qu'il y a de perçages à obturer, chaque patte coopérant avec un perçage correspondant. L'avantage principal de l'invention est de proposer un dispositif permettant l'utilisation de deux systèmes d'injection seuls ou simultanément dans les zones optimales de fonctionnement de ces systèmes, avec une simplicité mécanique présentée par un seul corps d'injecteur et un seul circuit d'injection. L'invention sera mieux comprise et les caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la description d'une réalisation donnée ci-dessous à titre d'exemple. Il sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe axiale d'un dispositif d'injection de carburant conforme à l'invention; et la figure 2 est une vue en perspective d'un piston faisant partie d'un dispositif d'injection de carburant conforme à l'invention. Le dispositif d'injection représenté sur la figure 1 comprend deux ensembles d'injection, l'un mécanique (M) pour le fonctionnement au ralenti, et l'autre aérodynamique (A) pour les fonctionnements intermédiaires et plein gaz Un clapet doseur ( 2, 5, 6, 10, 13) détermine l'utilisation du circuit principal de type aérodynamique (A), constitué par la première admission de carburant ( 12, 18, 19, 20), après une première phase de démarrage et de ralenti durant laquelle un circuit de ralenti de type mécanique (M), constitué par la deuxième admission de carburant ( 1, 3, 4, 9), a fonctionné pour assurer une carburation optimale au sein du foyer dans tout le domaine d'utilisation du moteur. Un seul et même conduit ( 15) d'arrivée de carburant, qui est coaxial à l'axe de symétrie ( 22) du corps d'injecteur, alimente à la fois l'ensemble d'injection mécanique (M) et l'ensemble d'injection aérodynamique (A). L'ensemble d'injection mécanique (M) incorpore une buse ( 1) qui fait partie intégrante de l'embout d'injecteur, un embout de distribution ( 2) qui au travers de perçages ( 3) et de rainures ( 4) permet au carburant d'accéder à la buse ( 1), une entretoise ( 5) dont le diamètre intérieur est suffisamment grand pour permettre le passage du carburant depuis les perçages ( 3) vers les rainures ( 4), un piston ( 6) qui, tel que représenté sur la figure 1, est en appui sur un siège ( 7) situé à l'entrée de la première admission de carburant ( 12), car repoussé par un soufflet élastique ( 13) d'une part, et soumis à la fois à la différence de pression régnant entre les cavités ( 8 et 9) situées de part et d'autre du siège ( 7) d'autre part. En effet, le débit d'allumage ou de ralenti du carburant passant au travers de l'orifice d'un siège ( 10) à l'intérieur du piston ( 6) est faible et la relation liant le débit à la différence de pression est: Q = K S V Ap Q = débit de carburant K = coefficient caractérisant l'orifice employé S = section de l'orifice Ap = différence de pression entre l'amont et l'aval de l'orifice. A l'allumage ou au ralenti, le carburant suit donc un itinéraire qui débute dans la cavité ( 8), traverse l'orifice ( 10), débouche dans la cavité ( 9), emprunte les perçages ( 3) et les rainures ( 4) et enfin, atteint la buse ( 1). Durant cette phase de fonctionnement, le contact du piston ( 6) et du siège ( 7) suivant la ligne ( 11) assure l'étanchéité entre les cavités ( 8 et 12) Le piston ( 6), l'embout de distribution ( 2) et l'entretoise ( 5) sont liés par un soufflet ( 13), la solidarisation ayant lieu, par exemple, par soudage, brasage ou collage L'ensemble formé par le piston ( 6), l'embout de distribution ( 2), le soufflet ( 13), l'entretoise ( 5) et le siège ( 10) constitue le clapet doseur L'entretoise et l'embout de distribution pourront être monoblocs Le soufflet et les pièces attenantes pourront être remplacés par d'autres dispositifs mécaniques assurant la même fonction d'organe doseur. Lorsque le régime du moteur augmente, ainsi que le débit de carburant consommé, la différence de pression induite au passage de l'orifice du siège ( 10) croît Les efforts de pression ainsi produits sur le piston ( 6) vont agir positivement sur la face externe ( 14) et vont l'écarter du siège ( 7) en comprimant le soufflet ( 13) Lorsqu'en reculant suffisamment, la jupe ( 16) du piston ( 6) va venir en contact avec l'embout de distribution ( 2), elle va obturer les perçages ( 3) interrompant ainsi l'injection mécanique La jupe ( 16) comporte préférentiellement autant de pattes ( 17) qu'il y a de perçages ( 3) à obturer, mais peut être continue et ne présenter aucune patte L'orientation au montage avant solidarisation des pièces ( 6, 13 et 2) situe les pattes ( 17) en face des perçages ( 3). Le piston ( 6) étant écarté du siège ( 7), l'étanchéité entre les cavités ( 8 et 12) est rompue Ainsi, passant par les perçages ( 18 et 19), puis la couronne ( 20), le carburant destiné à l'injection aérodynamique (A) peut être acheminé. Le seuil de coupure de l'injection mécanique (M) est fixé par la valeur de la chute de pression dans l'orifice du siège ( 10), donc par la valeur du débit total du carburant consommé à cet instant, selon la formule précédemment mentionnée. Il faut noter que l'injection aérodynamique (A) peut fonctionner sans l'injection mécanique (M) et inversement, mais les deux ensembles peuvent fonctionner simultanément. Les modes de réalisation précédemment décrits peuvent subir un certain nombre de modifications sans que l'on sorte pour cela du cadre de protection défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'injection de carburant pour une chambre de combustion de turbomachine comprenant: au moins une première admission ( 12, 18, 19, 20) de carburant sensiblement symétrique par rapport à un axe géométrique ( 22), chaque première arrivée de carburant étant en outre distante radialement dudit axe géométrique ( 22), la ou les premières arrivées de carburant constituant avec une ou plusieurs admissions d'air de combustion un ensemble d'injection aérodynamique (A) de carburant; et, au moins une deuxième admission ( 1, 3, 4, 9) de carburant constituant un ensemble d'injection mécanique (M) de carburant qui est muni d'une buse ( 1), dont l'orifice est disposé sur ledit axe géométrique ( 22), caractérisé en ce qu'un seul et même conduit ( 15) d'arrivée de carburant, qui est coaxial audit axe de symétrie ( 22), alimente à la fois l'ensemble d'injection mécanique (M) et l'ensemble d'injection aérodynamique (A), et en ce qu'un organe doseur ( 2, 5, 6, 10, 13), situé à la sortie du conduit ( 15) d'arrivée de carburant, détermine l'entrée du carburant soit vers la première admission ( 12) soit vers la deuxième admission ( 9), soit vers les deux admissions de l'ensemble d'injection aérodynamique (A) et de l'ensemble d'injection mécanique (M) simultanément. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe doseur est constitué par un clapet doseur situé à l'intérieur de la première admission ( 12) de carburant, ledit clapet doseur comprenant un piston ( 6) permettant l'obturation de l'orifice central d'un siège ( 7) situé à l'entrée de la première admission ( 12) de carburant, un soufflet ( 13) réunissant le piston ( 6) à un embout de distribution ( 2) et séparant la première admission ( 12) de la deuxième admission ( 9) de carburant. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le soufflet ( 13) est élastique, et susceptible au repos de repousser le piston ( 6) en appui sur le siège ( 7). 4 Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le piston ( 6) est, d'une part, percé d'un orifice central étranglé à son entrée par un siège ( 10), et d'autre part, prolongé vers la sortie de la deuxième admission ( 9) de carburant par une jupe ( 16) permettant l'obturation de perçages ( 3) au travers de l'embout de distribution ( 2). 5 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'embout de distribution ( 2) est muni d'une entretoise ( 5) creuse dont le diamètre intérieur est suffisamment grand pour permettre le passage du carburant depuis les perçages ( 3) vers des rainures ( 4) pour accéder à la buse ( 1). 6 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la jupe ( 16) comporte autant de pattes ( 17) qu'il y a de perçages ( 3) à obturer, chaque patte ( 17) coopérant avec un percage ( 3) correspondant.