Brevet FR2806974A1 — publié le 20011005

La présente invention concerne un dispositif de soupape pour une conduite d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à partir d'un réservoir, compre- nant un boîtier avec un canal d'entrée et de sortie et une soupape à plateau coulissant pour fermer de manière étanche le canal de sortie par rapport au canal d'entrée, dans lequel une pompe d'alimentation est associée à la conduite d'alimentation et en cas de disparition de la pression d'alimentation de la pompe, le plateau de la soupape vient en position de fermeture. Une installation de réservoir d'un véhicule pour alimenter le moteur en carburant liquide se compose au moins du réservoir proprement dit qui reçoit le carburant. Le véhi- cule peut être un véhicule routier (par exemple une automo- bile), un navire ou un engin volant (comme un avion ou un hélicoptère). L'entraînement est assuré par un moteur thermi- que qui peut être un moteur à combustion interne ou un réac- teur. Ces moteurs sont alimentés en carburant liquide (essence, kérosène). Le carburant est fourni à partir du ré- servoir par une pompe à une ligne d'alimentation reliée au moteur. Entre la pompe et le moteur, la conduite d'alimentation comporte un dispositif à soupape. Le disposi- tif à soupape doit fermer la conduite d'alimentation lorsque le moteur est arrêté et éviter ou retarder la chute rapide du niveau de carburant dans la conduite. Ce dispositif de sou- pape est réalisé de manière connue comme clapet anti-retour. A l'arrêt du moteur après une phase de fonction- nement, dans une zone de climat chaud, le carburant se dilate dans l'installation d'alimentation. La difficulté est la di- latation du carburant dans la conduite reliant le réservoir au moteur. La conduite est en général reliée à la pompe à carburant dans le réservoir et au groupe d'injection du mo- teur. Après l'arrêt du moteur, le niveau de carburant dans la conduite correspond à toute la longueur de la conduite. Du fait de la température extérieure élevée, le carburant s'échauffe et crée une pression excessive dans la conduite et dans les équipements reliés à celle-ci. On risque ainsi une fuite de carburant au voisinage immédiat du moteur qui pour- rait être déclenchée par la pression élevée régnant dans la conduite. Ce risque de fuite existe notamment au niveau des points de jonction de la conduite. Or, le risque de fuite de carburant dans la conduite crée un risque d'incendie. La présente invention a pour but d'éviter le ris- que de fuite de la conduite d'alimentation en carburant li- quide d'un moteur à combustion interne. L'invention a également pour but d'éviter tout encombrement supplémentaire. A cet effet, l'invention concerne un dispositif du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend une autre soupape intégrée de manière essentiellement coaxiale dans la soupape et s'ouvrant contre la direction d'alimentation, si du côté du canal de sortie règne une pres- sion supérieure à la pression d'alimentation. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention dans la direction axiale de la soupape, un per- çage traversant réalisé à travers le plateau et la tige de soupape constitue un moyen de guidage et forme un siège de soupape, et dans le moyen de guidage, en respectant un inter- valle le long du perçage traversant, la tige guide l'autre soupape, et une extrémité de cette tige de soupape comporte un cône qui peut s'appliquer de manière étanche sur le siège de soupape sous l'action d'un moyen résistant, ou qui peut s'ouvrir contre la direction d'alimentation et contre la force du moyen résistant. On a ainsi une réalisation constructive simple et peu coûteuse. Selon un autre développement de l'invention la tige de soupape peut coulisser dans son moyen de guidage con- tre la force du moyen résistant. Suivant une autre caractéristique le moyen résis- tant est un ressort spirale. Suivant une autre caractéristique le moyen résis- tant permet de régler une valeur limite pour la commutation de la soupape entre sa position de fermeture et sa position d'ouverture. En cas de dépassement d'une valeur limite par exemple pour une force de ressort définie du moyen résistant, il y a commutation de la position de fermeture à la position d'ouverture. La valeur limite de la force de ressort est équivalente à une certaine pression régnant dans la conduite d'alimentation, pression qui est supérieure à la pression d'alimentation. L'invention permet ainsi de manière avantageuse d'installer dans le plateau de soupape, un clapet anti-retour dont le cône est dirigé dans la direction opposée à la direc- tion d'action de la soupape correspondant à la direction de passage de base. Cela évite avantageusement tout encombrement supplémentaire. On a deux soupapes installées coaxialement dans un boîtier commun sous la forme d'un dispositif à sou- pape unique. Le dispositif à soupape selon l'invention permet pendant le fonctionnement du moteur, de travailler comme cla- pet anti-retour et à l'arrêt, de fonctionner automatiquement comme soupape de surpression. La soupape selon l'invention peut s'intégrer dans des systèmes d'alimentation en carbu- rant, existants, sans nécessiter des travaux de montage si- gnificatifs, ce qui permet une intégration peu coûteuse. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'une installation de réservoir d'un hélicoptère avec des moyens d'alimentation en carburant vers le moteur, - la figure 2 montre la structure du dispositif de soupape selon l'invention. Le dispositif de soupape selon l'invention sera décrit dans le cas de l'exemple d'une installation d'alimentation en carburant d'un engin volant tel qu'un héli- coptère. L'utilisation du dispositif à soupape selon l'invention n'est toutefois pas limitée à de telles applica- tions mais peut également s'utiliser dans des véhicules auto- mobiles par exemple les véhicules de tourisme utilisant du carburant liquide ou encore des bateaux. La figure 1 montre une coupe longitudinale sché- matique de l'installation de réservoir d'un hélicoptère, des moyens d'alimentation en carburant, et du moteur. Le fond 1 d'une cellule d'hélicoptère loge le ré- servoir principal 3 et le réservoir de prélèvement 2, l'un à côté de l'autre. Le réservoir principal 3 se situe en direc- tion du cockpit A et le réservoir de prélèvement 2 dans la direction de l'arrière B de la cellule d'hélicoptère. L'ajutage de remplissage 6 des deux réservoirs se trouve dans le réservoir principal 3. Les deux réservoirs sont reliés par une conduite de débordement 4. La conduite de débordement 4 sert à équilibrer le carburant suivant les variations de ni- veau de carburant en fonction du vol. Une pompe à carburant 5 et des conduites de liai- son relient également le réservoir principal 3 ou réservoir de prélèvement 2. Cela garantit que le réservoir de prélève- ment 2 reste toujours rempli et que le réservoir principal 3 se vide en premier lieu. Le réservoir principal 3 et le ré- servoir de prélèvement 2 sont munis de soupapes de ventila- tion 7, 8 auto-étanches. Des canaux de ventilation (entrée/sortie) 9 sont reliés aux deux soupapes de ventilation 7, 8. Ces ca- naux débouchent à l'extérieur de l'engin. Une pompe d'alimentation 10 est installée dans le réservoir de prélèvement 2. Cette pompe est reliée à une par- tie d'une conduite d'alimentation 11. La conduite d'alimentation est équipée du dispositif de soupape 12 selon l'invention. L'autre partie de la conduite d'alimentation 111 relie le dispositif à soupape 12 à l'installation d'injection 13 du moteur 14. Lorsque l'hélicoptère est appuyé sur une as- sise 15, le fond L de l'hélicoptère est toujours incliné d'un angle X de l'ordre de 3 par rapport à la surface d'appui 15. Cela est explicité par le niveau de carburant 16. Lorsque le moteur 14 fonctionne, les moyens d'alimentation, c'est-à-dire la pompe d'alimentation 10 four- nit du carburant au dispositif à soupape 12 par la conduite d'alimentation 11. La pompe 10 crée une pression d'alimentation. Lorsque cette pression d'alimentation est ap- pliquée, le dispositif à soupape 12 s'ouvre dans le sens de passage et le carburant peut arriver par la conduite 111 à l'installation d'injection 13 du moteur 14. Il est également possible d'installer la pompe 10 dans la conduite d'alimentation 11. La figure 2 montre des détails de construction et de fonctionnement du dispositif de soupape 12 selon l'invention. La sortie côté pression de la pompe d'alimentation 10 débite le carburant 160 lorsque le moteur 14 fonctionne, avec une pression relativement faible (pres- sion d'alimentation) par la conduite 11 à travers une soupape du dispositif 12. La pression d'alimentation des diffé- rents types d'hélicoptères est connue. La pression d'alimentation fournie par la pompe 10 ouvre la soupape 50 contre la résistance d'un moyen résistant 501. Le moyen ré- sistant 501 est par exemple un ressort spirale. Comme le mo- teur 14 se trouve en général au-dessus de l'installation de réservoir, la soupape 50 peut fonctionner même en l'absence de moyens résistants 501. Cela correspondrait à une variante non représentée à la figure 2. Dans ce cas, à l'arrêt, le poids de la colonne de carburant entre le dispositif à sou- pape 12 et l'installation d'injection 13 assurerait la fonc- tion du moyen résistant et le poids de la colonne de carburant serait alors à vaincre au démarrage du moteur à combustion interne. Lorsque la soupape 50 est ouverte, le carburant traverse la soupape 50 ouverte en allant du point U en direction du point V. Le plateau 51 avec le joint 510 se sou- lève lorsque la pompe 10 fonctionne, par rapport à la paroi intérieure 511 du boîtier du dispositif de soupape 12 et re- pousse la tige de soupape 52 reliée au plateau 51 dans son organe de guidage 520 dans la direction de l'axe longitudinal LA de la soupape 50. Le carburant passe du point U du canal d'entrée 53 à travers la chambre 54 et les canaux 55 dans le canal de sortie 56 dans la direction du point V. Au début de l'arrêt du moteur 14, la pompe d'alimentation 10 est également arrêtée par un moyen de com- mande non représenté, c'est-à-dire que la pression d'alimentation relativement faible disparaît. La soupape 50 ferme le sens de passage U, V. Le plateau de soupape 51 est ainsi appliqué de manière étanche par son joint 510, contre la paroi intérieure du boîtier 511. La pression dans la con- duite d'alimentation 111 au-dessus du dispositif à soupape 12, c'est-àdire du côté du point V de la conduite d'alimentation 111 est constante. Une autre soupape 60 est intégrée dans la soupape 50. Cela signifie que cette soupape est intégrée dans le pla- teau 51 et la tige 52. Cette soupape 60 se ferme ou s'ouvre en sens opposé. Pour cela, on a réalisé axialement le long de la tige de soupape 52 un perçage traversant 57 qui s'élargit par degrés dans le plateau 51 et débouche dans le canal d'entrée 53. Dans ce perçage traversant 57 qui relie le canal d'entrée 53 et le canal de sortie 56 se trouve la soupape 60. Il est à remarquer que la paroi dans la zone d'embouchure du perçage traversant 57 est conique. Cette zone d'embouchure du perçage traversant débouche dans le canal de sortie 56. La soupape 60 est formée d'une tige 62 dont une extrémité est munie du cône de soupape 61. Ce cône de soupape 61 assure l'étanchéité en po- sition de fermeture commandée par le moyen résistant 601 con- tre la paroi conique de la zone d'embouchure du perçage traversant 57. Le cône de soupape 61 s'ouvre contre la force d'un moyen résistant 601 dans la zone d'embouchure du perçage traversant 57. Lorsque le carburant (à la pression d'alimentation) passe à travers la soupape 50 du point U vers le point V, la vanne 60 est fermée. A l'arrêt du moteur 14 et ainsi à l'arrêt de la pompe 10, la soupape 50 reste fermée. Dans cette position de fermeture de la soupape 50, sous l'effet de l'élévation de température du carburant provoquée par la température am- biante chaude, on peut avoir un niveau de pression plus élevé que la pression d'alimentation dans le segment de la conduite 111. La pression dans cette conduite 111 entre le dispositif de soupape 12 et l'installation d'injection 13 augmente et peut atteindre un seuil réglable défini pour la soupape 60. En dépassant ce seuil, le carburant pousse contre la résis- tance exercée par un moyen résistant 601 pour ouvrir la vanne pour que le carburant puisse passer du côté du canal de sortie 56 à travers l'intervalle entre la tige de soupape 62 et la paroi du perçage traversant 57 dans le canal d'entrée 53 pour s'échapper. L'intervalle correspond à la longueur du perçage traversant 57 et arrive jusqu'en dessous du cône de soupape 61. Lorsque le cône de soupape 61 est fermé de manière étan- che, l'intervalle l'est aussi. L'établissement d'une pression supérieure à la pression d'alimentation qui s'applique à la soupape 60 ouvre celle-ci, ce qui permet d'éliminer la pression excessive dans le segment de conduite d'alimentation 111. Lorsqu'on passe en dessous de la valeur limite de la pression du côté du canal de sortie 56, la soupape 60 revient en position de fermeture, c'està-dire que le cône de soupape 61 assure l'étanchéité contre la paroi conique de la zone d'embouchure du perçage 57 au niveau du siège de soupape 570. Le canal de sortie 56 est ainsi coupé du canal d'entrée 53. La valeur limite est réglée par le dimensionnement par exemple la rigidité du moyen ré- sistant 601. Le moyen résistant peut par exemple être un res- sort spirale à rigidité déterminée. Il peut également s'agir d'autres moyens résistants par exemple à effet électromagné- tique. La valeur limite est obtenue par le calcul ou de façon empirique, et réalisée par les moyens résistants. Le niveau de pression également élevé entre le dispositif de soupape 12 et la pompe 10 peut se compenser en permettant au carburant de revenir au réservoir d'une manière connue. Avantageusement, la solution selon l'invention évite tout endommagement des conduites et des équipements (cône, installation d'injection) qui risqueraient d'être sol- licités par une pression excessive. On évite ainsi de manière nette tout risque de fuite engendrée par une dépression au niveau de la conduite d'alimentation. Comme le plateau de soupape comporte un clapet anti-retour avec une soupape conique agissant en sens opposé, cela ne crée pas d'encombrement supplémentaire. La suppres- sion d'un encombrement supplémentaire pour le système de car- burant est un avantage important obtenu grâce à l'intégration coaxiale de deux soupapes dans un boîtier connu pour ne don- ner qu'une seule soupape. Le dispositif de soupape 12 selon l'invention avec les deux fonctions évoquées est appelé cla- pet anti-retour de surpression, car d'une part pendant le vol, il fonctionne comme clapet anti-retour et d'autre part à l'arrêt, il fonctionne en permanence comme clapet de surpres- sion. Cette solution offre en outre l'avantage que le clapet10 anti-retour-clapet de surpression 12 puisse être intégré dans les systèmes d'alimentation en carburant connus sans nécessi- ter de transformation au moyen de montage technique signifi- catif, ce qui le rend globalement peu coûteux. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Dispositif de soupape pour une conduite d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à partir d'un ré- servoir, comprenant un boîtier avec un canal d'entrée et de sortie et une soupape à plateau coulissant pour fermer de ma- nière étanche le canal de sortie par rapport au canal d'entrée, dans lequel une pompe d'alimentation est associée à la conduite d'alimentation et en cas de disparition de la pression d'alimentation de la pompe, le plateau de la soupape vient en position de fermeture, caractérisé en ce qu' il comprend une autre soupape (60) intégrée de manière essen- tiellement coaxiale dans la soupape (50) et s'ouvrant contre la direction d'alimentation, si du côté du canal de sortie (56) règne une pression supérieure à la pression d'alimentation. ) Dispositif de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la direction axiale de la soupape (50), un perçage tra- versant (57) réalisé à travers le plateau (51) et la tige de soupape (52) constitue un moyen de guidage et forme un siège de soupape (570), et dans le moyen de guidage, en respectant un intervalle le long du perçage traversant (57), la tige (62) guide l'autre soupape (60), et une extrémité de cette tige de soupape (62) comporte un cône (61) qui peut s'appliquer de manière étanche sur le siège de soupape (570) sous l'action d'un moyen résis- tant (601), ou qui peut s'ouvrir contre la direction d'alimentation et contre la force du moyen résistant (601). 3 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tige de soupape (62) peut coulisser dans son moyen de gui- dage contre la force du moyen résistant (601). 4 ) Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le moyen résistant (601) est un ressort spirale. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le moyen résistant (601) permet de régler une valeur limite pour la commutation de la soupape (60) entre sa position de fermeture et sa position d'ouverture.