Brevet FR2818331A1 — publié le 20020621

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des systèmes électrohydrauliques et elle concerne plus particulièrement une servo-valve de régulation de débit utilisée en particulier dans le circuit d'injection de carburant des aéronefs. Art antérieur Une servo-valve comporte classiquement un moteur électrique, par exemple un moteur couple, et un distributeur hydraulique dont le débit est commandé proportionnellement au courant de commande de ce moteur électrique. Elle est utilisée dans les systèmes asservis en position, vitesse ou force pour fournir un contrôle rapide et précis à des niveaux de puissance élevée. Dans les domaines aéronautique et aérospatial o l'utilisation de calculateurs et de commandes électriques est de plus en plus fréquente, les servo-valves trouvent naturellement application dans les circuits de dégivrage ou de refroidissement, au niveau du pilotage des compresseurs, du réglage des tuyères de sortie, ou encore dans les circuits d'injection de carburant, pour ne citer que quelques exemples particuliers relatifs aux moteurs d'aéronefs. Or, Actuellement, avec ce type de servo-valve apparaît la nécessité de " geler " la position des organes commandés en cas de défaillance électrique du calculateur de commande de l'aéronef, afin de pouvoir retrouver l'exact état avant panne de ces organes après recherche et correction de la panne. Les valves à mémoire de position (fail-freeze valve) sont bien connues de l'homme de l'art. Elles permettent de figer dans une position déterminée un organe récepteur associé à cette valve. La figure 8 illustre un exemple d'une telle valve 1 à mémoire de position associée à une servo- valve électrohydraulique 2 destinée à la commande d'un dispositif de mesure 3. La servo-valve opère comme une servo-valve conventionnelle à trois voies (alimentation HP 4, retour bâche 5 et 2 2818331 utilisation 6) avec son moteur électrique 7 et son distributeur hydraulique 8 commandé par ce moteur et qui fournit une pression de commande (dite aussi d'utilisation) pour le dispositif de mesure à partir d'une alimentation haute pression, la valve à mémoire de position intercalée entre la servo- valve et le dispositif de mesure étant inactive en fonctionnement normal. Par contre, en cas de coupure électrique, la servo-valve 2 actionnée en direction opposée va entraîner, via une quatrième voie 9, un déplacement immédiat de cette valve à mémoire de position 1 (position illustrée à la figure 8), isolant le dispositif de mesure 3 qui se retrouve ainsi figé dans sa position d'avant la coupure électrique. Cette structure présente malheureusement certains inconvénients. Tout d'abord, elle nécessite l'emploi d'un étage de commutation supplémentaire (dit aussi troisième tiroir), ce qui peut poser des problèmes d'encombrement, notamment dans les dispositifs embarqués. Ensuite, I'action de gel en position de cette structure n'est exercée que sur une seule pression de commande, ce qui peut limiter les types d'organe récepteur à commander. Enfin, aux cours de la phase transitoire entre la position normale des tiroirs 1 et 2, et celle correspondant à leur position en gel, le déplacement du tiroir 1 (vers la droite de la figure) pousse le tiroir 3 (vers la gauche) d'une quantité correspondant au volume déplacé par le tiroir 1 (le volume reliant les chambres du tiroirs 1 et 3 étant incompressible). Ce déplacement, même faible, peut être gênant dans certaines applications. Objet et définition de l'invention La présente invention a donc pour objet un dispositif électrohydraulique qui pallie les inconvénients de l'art antérieur. Un but de l'invention est de réaliser un tel dispositif avec une structure simple et particulièrement compacte. Ces buts sont atteints par une servo-valve intégrant une fonction de mémoire de position et qui comporte un moteur électrique et un distributeur commandé par ledit moteur électrique, ledit distributeur comportant un tiroir hydraulique qui peut se déplacer linéairement dans un 3 2818331 cylindre sous l'action d'un déséquilibre de pression créé aux deux extrémités de ce tiroir par une variation d'un courant de commande dudit moteur électrique, ledit tiroir hydraulique comportant une tige centrale sur laquelle sont montés des paliers destinés à coopérer avec des orifices de communication dudit distributeur et lesdits paliers définissant entre eux et avec lesdites extrémités dudit tiroir hydraulique des chambres annulaires, lesdits orifices de communication comportant au moins un orifice d'alimentation haute pression, au moins un orifice d'échappement et au moins deux orifices d'utilisation reliés à un organe récepteur à 0o commander et lesdites chambres annulaires comportant deux chambres de pilotage, au moins deux chambres haute pression, au moins une chambre basse pression et au moins deux chambres d'utilisation, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, percés dans ladite tige centrale, deux canaux d'utilisation pour mettre en communication chacune desdites chambres d'utilisation avec une chambre annulaire immédiatement adjacente, de manière à assurer une même pression de part et d'autre des paliers séparant ces deux chambres, et en ce que, dans une position de sécurité prédéterminée (dite fail-freeze position) dans laquelle lesdits paliers obturent avec jeu lesdits orifices d'utilisation, les fuites desdits orifices d'utilisation résultant de ces jeux sont drainées à une pression déterminée (de préférence une basse pression d'échappement). Ainsi, avec cette structure particulière de réalisation du distributeur d'une servo-valve, il est possible non seulement de figer la position de I'organe récepteur commandé par cette servo-valve, mais aussi et surtout de réduire de façon notable et de contrôler les fuites ainsi que de définir un sens de dérive pour cet organe récepteur commandé. De préférence, les paliers obturant les orifices d'utilisation dans ladite position de sécurité sont montés avec un recouvrement important par rapport à ces orifices d'utilisation. Avantageusement, ce recouvrement est compris entre 1 et 5 mm. Selon un mode préférentiel de réalisation, la servo-valve comporte une tige centrale munie de six paliers formant sept chambres annulaires 4 2818331 dont deux chambres de pilotage aux deux extrémités du distributeur et de cinq orifices de communication en sus des orifices de pilotage débouchant dans lesdites chambres de pilotage. A titre de variante, le palier obturant l'un des orifices d'utilisation peut comporter à sa périphérie deux saignées annulaires de drainage qui communiquent avec la chambre basse pression par un troisième canal d'utilisation percé dans la tige. Selon un autre mode de réalisation, la servo-valve comporte une tige centrale munie de huit paliers formant neuf chambres annulaires dont deux chambres de pilotage aux deux extrémités du distributeur et de sept io orifices de communication en sus des orifices de pilotage débouchant dans lesdites chambres de pilotage. Brève description des dessins Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique dans un premier mode préférentiel de réalisation d'une servo-valve à mémoire de position selon l'invention, - la figure 2 est un schéma de principe illustrant la plage de fonctionnement de la servo-valve de la figure 1, - les figures 3 à 5 montrent différentes positions du distributeur de la servo-valve de la figure 1, - la figure 6 est une vue schématique dans un second mode de réalisation d'un distributeur d'une servo-valve à mémoire de position selon I'invention, - la figure 6A est une loupe détaillant une partie de la figure 6, - la figure 7 est une vue schématique dans un troisième mode de réalisation d'un distributeur d'une servo-valve à mémoire de position selon l'invention, et -la figure 8 est un exemple de valve à mémoire de position de l'art antérieur. 2818331 Description détaillée d'un mode de réalisation préférentiel Selon l'invention, un premier mode préférentiel de réalisation d'une servo-valve 10 munie de son moteur électrique 12 et de son distributeur hydraulique 14 et destinée à la commande d'un organe récepteur, tel qu'un doseur pour l'injection de carburant 16, est illustré de façon très schématique à la figure 1. Le moteur électrique proprement dit 12 et ses éléments hydromécaniques associés 18 (potentiomètre hydraulique et contreréaction mécanique 20 formant l'organe de pilotage du distributeur), qui ne ressortent pas spécifiquement de l'invention ne seront io pas détaillés. Il sont d'ailleurs conventionnels à l'image par exemple de ceux de l'art antérieur illustrés à la figure 8. On s'intéressera donc essentiellement au distributeur 14 qui comporte un tiroir hydraulique 22 qui peut se déplacer linéairement dans un cylindre (ou alésage du distributeur) associé 24 sous l'action d'un déséquilibre de pression appliqué à ses deux extrémités 26, 28 par l'organe de pilotage alimenté par le moteur électrique 12. Le tiroir comporte une tige centrale 30 sur laquelle sont montés six paliers (ou collets) 32-42 destinés à coopérer avec des orifices de communication de ce distributeur et qui définissent entre eux et avec les 2o deux extrémités du tiroir des chambres annulaires 44-56. Les deux chambres d'extrémité 44, 56 reliées à l'organe de pilotage par des orifices 58, 60 font fonction de chambres de pilotage dont les pressions agissant en opposition l'une de l'autre commandent le déplacement du tiroir. On appellera respectivement chambres haute pression 46, 54 et chambre basse pression 50, les chambres se trouvant en regard des orifices de communication correspondants, dans la position d'équilibre du tiroir (position neutre de la figure 3). Les deux chambres restantes seront qualifiées de chambres d'utilisation 48, 52. Deux canaux d'utilisation 62, 64 sont en outre percés dans la tige 30 du tiroir pour mettre en communication ces deux chambres d'utilisation avec, pour l'une 48, la chambre basse pression 50 et, pour l'autre 52, une des deux chambres haute pression 54. 6 2818331 Outre les orifices de pilotage 58, 60, le distributeur est percé de cinq orifices de communication 66-74 (aboutissant dans des chambrages du distributeur 14) qui assurent chacun une liaison avec respectivement une double alimentation haute pression HP, un échappement (ou retour bâche basse pression BP), et deux utilisations Ul1, U2. L'orifice d'échappement 70 débouche dans la chambre basse pression 50 entre les deux orifices d'utilisation 68, 72 et chaque orifice d'alimentation haute pression 66, 74 débouche au delà de chacun des orifices d'utilisation. Dans la position représentée à la figure 1, qui est celle 0o correspondant à une mise en mémoire de la position de l'organe récepteur commandé 16, le tiroir 22 est en butée contre l'extrémité 26 du cylindre 24 et deux 36, 40 des six paliers obturent les orifices d'utilisation 68, 72. De même, un des orifices haute pression 74 est obturé par un palier d'extrémité 42. Dans cette position de sécurité, de par la présence 1 5 des canaux d'utilisation 62, 64 mettant en liaison respectivement la chambre basse pression 50 avec la première chambre d'utilisation 48 et la chambre haute pression 54 avec la seconde chambre d'utilisation 52, il existe alors un même niveau déterminé de pression de chaque coté de ces deux paliers qui, dans l'exemple illustré, est celui de l'échappement (basse pression BP). Ainsi, avec cette structure particulière qui évite l'application d'un AP autour des orifices d'utilisation, les fuites laminaires parasites pouvant exister au niveau du tiroir (plus précisément entre les surfaces périphériques externes des paliers et la paroi interne du distributeur) sont particulièrement réduites et sont drainées à la pression basse d'échappement. Seules les forces hydrauliques appliquées au doseur 16 peuvent alors générer une faible différence de pression entre ces orifices d'utilisation U1 et U2. On notera en outre que ces forces tendent à refermer l'orifice de dosage en poussant le tiroir du doseur vers la gauche. Le fonctionnement de la servo-valve sera maintenant explicité au regard des figures 2 à 5. La figure 2 est un graphe qui représente la variation du débit de sortie du distributeur 14 en fonction du courant de commande du moteur 7 2818331 électrique 12 d'une servo-valve conforme à l'invention. Il illustre la plage de fonctionnement de la servo-valve avec une partie à débit nul (entre O et A) et une partie de fonctionnement linéaire (entre B et C). La partie à débit nul correspond au fonctionnement de la servo-valve en mémoire de position tel qu'illustré précédemment à la figure1. En régime stationnaire (correspondant au point F de la figure 2), le tiroir 22 se trouve dans une position centrale d'équilibre (figure 3) et les orifices d'utilisation U1 et U2 sont obturés par deux paliers. Le premier 34 de ces deux paliers qui sépare la chambre haute pression 46 de la première chambre d'utilisation 48 est soumis d'un coté à l'alimentation haute pression et de l'autre, par l'intermédiaire du premier canal d'utilisation 62, à une basse pression. Le second 38 de ces deux paliers qui sépare la chambre basse pression 50 de la seconde chambre d'utilisation 52 est soumis d'un coté à une basse pression et de l'autre, par l'intermédiaire du second canal d'utilisation 64, à l'alimentation haute pression issue de l'orifice 74. En régime dynamique, lorsque la pression de pilotage varie sous l'effet d'une commande électrique du premier étage (moteur 12), les efforts opposés exercés sur le tiroir 22 ne se compensent plus et un déséquilibre se manifeste alors, déplaçant le tiroir vers l'un ou l'autre coté du distributeur, selon le signe de ce déséquilibre, entre deux positions exactement opposées et correspondant à une excursion maximale de la servovalve. Le sens de dérive ne dépend que des caractéristiques de l'organe récepteur commandé, puisque dans cette configuration la servo- valve elle même est parfaitement neutre. Quel que soit l'état de colmatage des différents jeux, ceux-ci ne peuvent être la source d'aucun débit de déplacement de l'organe récepteur commandé, alors qu'en revanche, ils peuvent subir un débit de fuite imposé par un organe récepteur commandé déséquilibré. La figure 4 montre le tiroir dans sa position négative de fonctionnement linéaire maximale (point B de la figure 2). Dans cette position, les orifices d'utilisation 68, 72 sont entièrement libérés et communiquent directement avec les chambres d'utilisation 8 2818331 correspondantes 48, 52, qui pour l'une est à la pression haute d'alimentation et pour l'autre à la pression basse d'échappement. La figure 5 montre le tiroir dans sa position positive de fonctionnement linéaire maximale (point C de la figure 2). Dans cette position en butée contre l'extrémité 28 du cylindre 24, les orifices d'utilisation 68, 72 sont également entièrement libérés mais ils communiquent maintenant directement soit avec une chambre haute pression 46 soit avec la chambre basse pression 50. Une variante de réalisation de l'invention est illustrée sur la figure 6 0o (avec la loupe 6A) qui représente le tiroir 22 dans la position de sécurité (position fail-freeze de mise en mémoire). On retrouve pour celui-ci une structure assez semblable à celle de la figure 1 avec six paliers et sept chambres annulaires. Toutefois, le palier d'extrémité 42 présente une largeur plus faible de telle sorte que, dans cette position, l'orifice d'alimentation en haute pression 74 est libéré. Il en résulte pour la chambre d'utilisation 52 une mise à la haute pression du fait du second canal d'utilisation 64 existant entre cette chambre 52 et la chambre haute pression 54. De même, dans ce mode de réalisation alternatif, le palier 40 obturant l'orifice d'utilisation 72 présente une largeur supérieure et comporte à sa périphérie deux saignées annulaires de drainage 76a, 76b qui communiquent par un troisième canal d'utilisation 78 percé dans la tige 30 avec la chambre basse pression 50. Ainsi, comme dans le mode préférentiel de réalisation de la figure 1, les deux orifices d'utilisation 68, 72 sont " entourés " par la pression basse d'échappement, ce qui permet de drainer les fuites de ces orifices d'utilisation vers cette basse pression. Dans chacun de ces modes de réalisation, un réglage des fuites qui sont drainées à la pression basse d'échappement au niveau des orifices d'utilisation peut être effectué précisément en dimensionnant les paliers 36, 40 d'obturation de ces orifices. En effet, ces paliers dont la largeur ne peut pas être trop augmentée n'obturent pas exactement les orifices d'utilisation et un certain recouvrement existe entre ceux-ci et la paroi interne du distributeur (dans les dispositifs de l'art antérieur, ce recouvrement en seulement de quelques centièmes de mm). Selon 9 2818331 l'invention, ce recouvrement est plus important, de l'ordre de quelques mm, de préférence de 1 à 5 mm, et calculé avec précision pour obtenir une dérive déterminée de l'organe à commander. En effet, le débit volume de fuite Q peut être calculé par la formule suivante Q 2 x 29450mJ.3 AP.D p. v.L Q étant le début volume en I/h p la masse volumique du fluide en kg/I u la viscosité cinématique du fluide, en mm2/sec D le diamètre de l'orifice en mm, J la hauteur de fuite, (jeu diamétral tiroir) en mm, L la distance entre bord de l'orifice et bord du palier, en mm, et AP la différence de pression appliquée à la section de fuite, en bars. Ainsi, I'invention permet de dimensionner exactement l'amplitude des fuites. A titre d'exemple, en supposant un AP modéré de 2 bars une dérive du débit dosé de 5% correspondant à un déplacement de 0,14mm en 4 minutes d'un tiroir de diamètre 34,7 mm peut être réalisée avec un jeu diamétral de 3 pm et une largeur de recouvrement de 2,6 mm pour un diamètre de l'orifice de 0,8 mm (p = 0,78 kg/I et u=1 mm2/sec). On notera que pour ce calcul, les fuites directes entre les chambres 68 et 50, ou entre 72 et 54, peuvent être négligées du fait qu'un très grand recouvrement à ces endroits n'affecte pas la course utile du tiroir 22. La figure 7 montre un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel le distributeur 14 comporte une tige 80 munie de huit paliers 82- 96 et sept orifices de communication 98-110 en sus des habituels orifices de pilotage 112 et 114. Dans cette réalisation, le distributeur comporte donc neuf chambres annulaires 116-132 dont les deux chambres de pilotage 116, 132 à ses deux extrémités, deux chambres haute pression 122, 126, trois chambres basse pression 118, 124, 130 et les deux chambres d'utilisation 120, 128. Un premier orifice d'échappement 104 débouche entre deux orifices d'alimentation haute pression 102, 106 eux-mêmes débouchant entre les deux orifices d'utilisation 100, 108. Enfin, deux 2818331 autres orifices d'échappement 98, 110 débouchent au delà de chacun des orifices d'utilisation. La position du tiroir représentée à la figure 7 est celle correspondant à la fonction mémoire de position de la servo-valve. On retrouve donc les orifices de d'utilisation 100 et 108 obturés par des paliers 86 et 94 dont les deux cotés sont soumis à une même pression déterminée. Pour l'un 94, il s'agit de la pression basse d'échappement présente dans la première chambre basse pression 130 et dans la première chambre d'utilisation 128 par l'intermédiaire d'un premier canal d'utilisation 136 percé dans la tige 80 entre ces deux chambres, et pour l'autre 86, il s'agit de la pression haute d'alimentation présente dans la première chambre haute pression 122 et dans la seconde chambre d'utilisation 120 par l'intermédiaire d'un second canal d'utilisation 134 percé dans la tige 80 entre ces deux chambres. Le fonctionnement du distributeur dans ce mode de réalisation est analogue à celui décrit précédemment avec un déplacement du tiroir dans l'un ou l'autre sens selon le déséquilibre de pression l'affectant. Les paliers 86 et 94 peuvent être dimensionnés pour gérer l'amplitude de la dérive de l'organe récepteur commandé 16, le sens de cette dérive (de la haute pression vers l'échappement) étant fixé par le niveau de pression présent sur chacun de ces deux paliers. Contrairement aux modes de réalisation précédents, la servo-valve est donc parfaitement polarisée et génératrice d'un débit de fuite allant de U1 vers U2, quel que soit l'état de colmatage des différents jeux. Elle peut donc imposer un déplacement contrôlé à I'organe commandé. 1 l 2818331 REVENDICATIONS 1. Servo-valve comportant un moteur électrique (12) et un distributeur (14) commandé par ledit moteur électrique, ledit distributeur comportant un tiroir hydraulique (22) qui peut se déplacer linéairement dans un cylindre (24) sous l'action d'un déséquilibre de pression créé aux deux extrémités (24, 26) de ce tiroir par une variation d'un courant de commande dudit moteur électrique, ledit tiroir hydraulique comportant une tige centrale (30; 80) sur laquelle sont montés des paliers (32-42; 82-96) destinés à coopérer avec des orifices de communication (66-74; 98-110) dudit distributeur et lesdits paliers définissant entre eux et avec lesdites extrémités dudit tiroir hydraulique des chambres annulaires (44-56; 116- 132), lesdits orifices de communication comportant au moins un orifice d'alimentation haute pression (66, 74; 102, 106), au moins un orifice d'échappement (70; 98, 104, 110) et au moins deux orifices d'utilisation i5 (68, 72; 100, 108) reliés à un organe récepteur à commander (16) et lesdites chambres annulaires comportant deux chambres de pilotage (44, 56; 116, 132), au moins deux chambres haute pression (46, 54; 122, 126), au moins une chambre basse pression (50; 118, 124, 130) et au moins deux chambres d'utilisation (48, 52; 120, 128), caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, percés dans ladite tige centrale (30; 80), deux canaux d'utilisation (62, 64; 134, 136) pour mettre en communication chacune desdites chambres d'utilisation avec une chambre annulaire immédiatement adjacente, de manière à assurer une même pression de part et d'autre des paliers (36, 40; 86, 94) séparant ces deux chambres, et en ce que, dans une position de sécurité prédéterminée (dite fail-freeze position) dans laquelle lesdits paliers obturent avec jeu lesdits orifices d'utilisation, les fuites desdits orifices d'utilisation résultant de ces jeux sont drainées à une pression déterminée. 2. Servo-valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite pression déterminée est une basse pression d'échappement. 3. Servo-valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits paliers (36, 40;86, 94) obturant les orifices d'utilisation dans ladite 12 2818331 position de sécurité sont montés avec un recouvrement important par rapport à ces orifices d'utilisation (68, 72; 100, 108). 4. Servo-valve selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit recouvrement est compris entre 1 et 5 mm. 5. Servo-valve selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une tige centrale (30) munie de six paliers (32-42) formant sept chambres annulaires (44-56) dont deux chambres de pilotage (44, 56) situées aux deux extrémités du distributeur (14) et de cinq orifices de communication (66-74) en sus des orifices de pilotage (58, io 60) débouchant dans lesdites chambres de pilotage. 6. Servo-valve selon la revendication 5, caractérisée en ce que le palier (40) obturant l'un des orifices d'utilisation (72) comporte à sa périphérie deux saignées annulaires de drainage (76a, 76b) qui communiquent avec la chambre basse pression (50) par un troisième canal d'utilisation (78) percé dans la tige (30). 7. Servo-valve selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une tige centrale (80) munie de huit paliers (82-96) formant neuf chambres annulaires (116-132) dont deux chambres de pilotage (116, 132) aux deux extrémités du distributeur (14) et de sept orifices de communication (98-110) en sus des orifices de pilotage (112, 114) débouchant dans lesdites chambres de pilotage.