Brevet FR2786244A1 — publié le 20000526

VANNE DE CARBURANT A COMMANDE DIRECTE POUR CIRCUIT D'INJECTION DE DEBIT CARBURANT. DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention se situe dans le domaine des vannes à carburant pour circuit d'injection de débit carburant d'un turboréacteur ou plus généralement d'un moteur d'avion. Art antérieur Les vannes de carburant sont bien connues dans l'art elles permettent par un réglage de la section de passage du carburant de régler le débit à diriger vers les moteurs. Une telle vanne est connue par exemple du brevet FR 2 747 174 déposé par la Société d'Application des Machines Motrices pour un distributeur hydraulique pour servocommande d'aéronef. De façon connue, le distributeur comprend un boisseau monté rotativement dans une fourrure fixe logée dans un corps avec interposition d'un élément annulaire entre le boisseau et la fourrure. Le boisseau comporte une ouverture qui peut tre plus ou moins en coïncidence avec une ouverture d'un alésage dans lequel tourne le boisseau. La rotation du boisseau commande la section de passage du carburant et donc le débit du carburant. De façon connue, la rotation du boisseau est assurée par un système de régulation hydraulique dans lequel le fluide de régulation est constitué par du carburant sous pression. Les avantages d'une vanne à carburant de ce type sont bien connus, et notamment sa fiabilité compte tenu de son ancienneté, n'est plus à démontrer. Toutefois, les vannes réglées par doseur hydraulique fonctionnant avec carburant présentent des inconvénients, notamment il faut davantage de carburant au niveau de la pompe pour alimenter les dispositifs de commande de régulation, ceci notamment en raison du fait que les dispositifs de commande de régulation doivent fonctionner lorsque la pression est à son niveau le plus bas. Ce surdimensionnement de la pompe et le poids du carburant et des dispositifs de régulation sont coûteux en terme de masse. Ces dispositifs peuvent tre grippés en cas de pollution du carburant ce qui accroit le risque de pannes. Pour éviter le risque de gne du carburant dans les dispositifs de régulation, le carburant, lorsque l'avion est à haute altitude doit tre chauffé préalablement à son introduction dans les dispositifs de régulations, ce qui entrain une consommation thermique. Le test de la vanne nécessite sa mise sous pression ce qui ne peut se faire que par mise en route des moteurs de l'avion. Enfin, en cas de changement de la vanne il est nécessaire de pratiquer un réglage du dispositif de régulation, ce qui fait qu'en pratique la vanne n'est pas changeable rapidement en ligne. La vanne selon l'invention ne fonctionne pas à l'énergie hydraulique. De la sorte, il n'y a plus de risque de pollution du carburant engendrant des pannes et il n'y a pas non plus besoin de chauffage du carburant ce qui diminue la consommation thermique et globalement la fiabilité du dispositif selon l'invention s'en trouve améliorée. La suppression du carburant permet de diminuer la masse de la fonction occupée par les dispositifs de régulation de la vanne et donc la masse du turboréacteur s'en trouve diminuée. La diminution de la masse résulte aussi d'un dimensionnement plus faible des systèmes de pompage des circuits de carburant du turboréacteur. Ce dimensionnement est, comme signalé plus haut, lié au débit nécessaire pour l'activation des sous ensembles hydrauliques lorsque le turboréacteur fonctionne à très faible vitesse et donc lorsque la pompe délivre de basses pressions. L'absence de débit d'actuation pour la vanne, objet de l'invention, permet donc d'améliorer le dimensionnement du système de pompage en terme de masse. Donc, globalement la masse du turboréacteur s'en trouve diminuée. La vanne, objet de l'invention, peut aussi tre prépositionnée afin de délivrer exactement le débit d'allumage du turboréacteur ou de la réchauffe, lorsque le réacteur possède un système de réchauffe, par exemple dans le cas des moteurs militaires, avant mme que la vanne ne soit traversée par le carburant. En conséquence les performances du turboréacteur en terme de capacité et rapidité d'allumage s'en trouvent grandement améliorées. La vanne objet de l'invention peut tre testée sans apport d'énergie hydraulique cela signifie qu'elle peut tre testée sans que le turboréacteur ne soit en rotation. La maintenance de ce dernier s'en trouve donc grandement améliorée. Enfin, le positionnement de la vanne étant indépendant de la position de tiroirs du dispositif de régulation hydraulique, la vanne selon l'invention peut tre changée et testée sans qu'il soit nécessaire comme signalé plus haut de mettre en route le réacteur et donc la vanne selon l'invention devient changeable aux lignes. En résumé, une vanne selon l'invention présente une meilleure disponibilité en usage en service une sécurité et une fiabilité améliorées des coûts de maintenance et de possession diminuées, une maintenance améliorée, des performances améliorées et tout cela avec une réduction du poids et des dimensions attribuées à la fonction de commande de la vanne. Selon l'invention, la commande de la vanne est effectuée au moyen d'un ensemble moteur électrique, d'un réducteur mécanique à fort rapport de réduction recevant d'un côté l'axe du moteur électrique et commandant de l'autre au moyen d'un système d'engrenage la position de la vanne, et d'une vanne. En résumé, l'invention est relative à une vanne de carburant à commande directe, la vanne comportant une première ouverture pour l'arrivée du carburant, une seconde ouverture pour la sortie du carburant, et un boisseau comportant une troisième ouverture monté rotatif dans un alésage, une section d'ouverture de la sortie du carburant étant une fonction d'une section de coïncidence entre la seconde ouverture de sortie du carburant et la troisième ouverture du boisseau, des moyens de commande de la position ou rotation du boisseau, vanne caractérisée en ce que les moyens de commande de la position du boisseau comportent logés dans un carter formant corps de vanne : -un moteur électrique sans balais, ce moteur entraînant en rotation un ensemble réducteur mécanique à engrenage, cet ensemble comportant un arbre d'entrée et un pignon ou arbre de sortie, le boisseau comportant un secteur denté ou cannelé engrenant sur des cannelures ou dentures du pignon ou arbre de sortie de l'ensemble réducteur, en sorte qu'une rotation du moteur entraîne une rotation du boisseau et une modification de la section de coïncidence entre la seconde et la troisième ouverture. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée d'un exemple de réalisation de la présente invention qui sera fait avec les dessins annexés, dans lesquels : -la figure 1 représente une description schématique de la présente invention ; -la figure 2 représente une coupe longitudinale d'un exemple de réalisation d'une vanne telle que représentée sur la figure 1. Dans la description qui va suivre, les éléments ayant la mme fonction portent les mmes numéros de référence. En se reportant à la figure 1, la vanne selon l'invention comporte une arrivée de carburant 1, un alésage 2 à l'intérieur duquel peut tourner un boisseau 3 comportant une ouverture non représentée sur la figure 1. Le boisseau 3 est entraîné en rotation par un réducteur mécanique à fort rapport de réduction 4. Ce réducteur mécanique est lui-mme entraîné en rotation par un ensemble moteur électrique redondant 5. On veut dire par redondant que le moteur électrique comporte un double stator ce qui fait qu'en cas par exemple de coupure ou autre panne il est possible de commuter d'un stator sur l'autre. Le moteur comporte des capteurs de positionnement 6 permettant à tout moment de connaître la position du moteur. L'ensemble moteur et réducteur est logé à l'intérieur d'un carter 7. Le carter 7 comporte des moyens non représentés, d'une part pour fixer l'alésage 2, de façon étanche, sur le carter et d'autre part des connecteurs enfichables d'alimentation du moteur électrique. Les connecteurs enfichables 8 sont redondants en ce sens qu'ils comportent des connecteurs nécessaires aux alimentations des premier et second stators du moteur. Ils comportent également les connections nécessaire à un contrôleur du moteur dont il sera parlé plus loin. Les éléments représentés figure 1 apparaissent plus en détail sur la figure 2 qui est une coupe longitudinale d'une vanne selon l'invention. Sur la figure 2, le corps ou carter 7 loge un moteur 5, ce moteur comporte deux ensembles stators 9 et 10 et un ensemble rotor 11. Les ensembles stators sont commutables en sorte qu'une coupure de l'un des ensembles entraine la commutation sur l'autre ensemble. Les stators 9 et 10 comportent des alimentations 11 et 12. Des connecteurs passant à travers des prises étanches 13 sont reliés au connecteur enfichable 8. De préférence, le rotor 11 du moteur est monté sur des roulement 14 et 15. De la sorte, on diminue la puissance nécessaire au fonctionnement du moteur. Le moteur comporte des capteurs de position 6 de préférence à effet Hall. De façon connue, ces capteurs provoquent une modification du champ magnétique chaque fois qu'une dent d'une roue dentée entraînée par le rotor 11 du moteur 5 passe à proximité du capteur 6. Un moyen de comptage du nombre de modifications du champ magnétique permet de connaître avec précision la position du moteur. Des moyens de remise à zéro non représentés permettent de ramener le moteur 5 dans une position de référence à partir de laquelle la position du moteur pourra tre déterminée en fonction du nombre de passage de dents de la roues dentée au travers des capteurs 6. Le moteur 5 comporte un arbre de sortie 16, constituant l'arbre d'entrée du réducteur, entraînant l'ensemble réducteur 4. l'ensemble réducteur 4 est terminé par un arbre de sortie 17. L'arbre de sortie 17 est cannelé et ses cannelures engrènent sur un secteur denté 18 du boisseau 3. De préférence le réducteur 4 comporte des moyens de réduction de jeu. Le boisseau 3 comporte une ou plusieurs ouvertures 19 dont la coïncidence avec une ou plusieurs ouvertures 20 de l'alésage 2 détermine la section de sortie et donc le débit du carburant. De préférence et comme représenté le boisseau 3 est porté par des roulements 24 de préférence à aiguilles. De la sorte le boisseau n'est pas en contact avec l'alésage 2 et la consommation électrique de la valve s'en trouve diminuée. L'alésage 2 est fixé de façon étanche sur le carter 7 au moyen de vis 21 dont une seule apparaît sur la coupe représentée figure 2. Le montage et le fonctionnement de la vanne selon l'invention seront maintenant explicités. Des tuyauteries de raccordement pour l'arrivée du carburant et la sortie du carburant sont raccordées de façon connue aux ouvertures 3 et 20. Une prise enfichable correspondant à la prise 8 permet de raccorder électriquement le moteur aux alimentations électriques et à un contrôleur 22. Le contrôleur 22 commande la rotation du moteur en fonction d'ordres reçus d'un calculateur. Selon la position commandée, le moteur tourne de l'angle désiré pour amener l'ouverture du boisseau à la position souhaitée. De préférence, l'ensemble réducteur comporte un dispositif tel que l'ouverture reste constante au cas où l'alimentation défectueuse du moteur ne permettrait plus sa rotation. De la sorte, le moteur reste constamment alimenté de la mme façon, quelle que soit la panne pouvant survenir au moteur. Le moteur est sans balais la commutation de bobinage étant assurée par le contrôleur 22, en sorte qu'il peut tre complètement immergé dans le carburant pressurisé, ce qui évite l'usure du moteur et évite également des joints d'étanchéité entre la partie du moteur et la partie vanne. De façon, optionnelle et comme représenté sur la figure 2. Les ouvertures 20 de l'alésage 2 peuvent tre des fentes et la coïncidence avec des ouvertures 19 du boisseau avec ces fentes 20 déterminent la section de sortie du carburant. Le contrôleur contrôle le courant du moteur en réponse à la commande de déplacement et donne à un calculateur associé au moteur les informations nécessaires pour le contrôle et la détection éventuelle de panne. Lorsque le contrôleur est allumé, l'axe rotatif du moteur est positionné, au moment de l'allumage à une position de débit minimum, le moteur est alors piloté en réponse à une commande de déplacement envoyé par le calculateur. Le contrôleur envoie périodiquement au calculateur les déplacements réels réalisés par le boisseau avec une précision suffisante. Une grande fiabilité est assurée par l'absence de balais et l'absence de joints tournants. De préférence, les aimants servant de détecteurs pour la position du moteur sont des aimants en terre rare de telle sorte qu'ils ont une faible consommation et un faible poids. REVENDICATIONS 1. Vanne de carburant à commande directe, la vanne comportant une première ouverture (1) d'arrivée de carburant, une seconde ouverture (23) de sortie de carburant, un boisseau (3) comportant une troisième ouverture (19) monté rotatif dans un alésage (2), une section d'ouverture de la sortie (23) de carburant étant une fonction d'une section de coïncidence entre la seconde ouverture (23) de sortie de la troisième ouverture (19) du boisseau (2), des moyens de commande de la position en rotation du boisseau, vanne caractérisée en ce que les moyens de commande de la position du boisseau comportent logés dans un carter (7) formant corps de vanne, un moteur électrique (5) sans balais, ce moteur (5) entraînant en rotation un ensemble (4) réducteur mécanique à engrenages, cet ensemble comportant un arbre d'entrée (16) et un pignon ou arbre de sortie (17), le boisseau (2) comprenant un secteur (18) denté ou cannelé engrenant sur des cannelures ou denture du pignon ou arbre de sortie (17) de l'ensemble (4) réducteur, en sorte qu'une rotation du moteur entraine une rotation du boisseau et une modification de la surface de coïncidence entre la seconde et la troisième ouverture. 2 Vanne de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur électrique (5) est contrôlé par un contrôleur (22) situé dans le carter (7). 3 Vanne de carburant selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moteur électrique (5) comporte des capteurs (6) de position angulaire d'un rotor (11), ces capteurs délivrant des signaux au contrôleur (22). 4. Vanne de carburant selon la revendication 3, caractérisée en ce que des bobinages du moteur électrique (5) sont commutés par le contrôleur (22). 5 Vanne de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que le réducteur comporte des moyens de réduction de jeu. 6 Vanne de carburant selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le boisseau (3) est monté sur des roulements (24) situés entre l'alésage (2) et le boisseau (3)