Brevet FR2970516A1 — publié le 20120720

DISPOSITIF DE DOSAGE DE CARBURANT EQUIPE D'UN DISPOSITIF DE FIXATION DE DEBIT DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif de dosage de carburant équipé d'un dispositif de fixation de débit. 10 Le domaine technique de l'invention est, d'une façon générale, celui des moteurs d'aéronef, et plus particulièrement celui des systèmes de dosage de carburant. Dans un moteur d'aéronef, le débit de carburant doit être en permanence adapté en fonction des conditions demandées par le pilote (sélection de la poussée par la manette des gaz), des conditions limitatives 15 (survitesse, surchauffe, surpression, accélération, décélération), et des conditions extérieures (variation d'altitude, variation de pression, températures). C'est le rôle d'un dispositif de dosage de carburant, placé en sortie d'une pompe à carburant de moteur d'aéronef. Le dispositif de dosage de carburant agit sur la section de passage du 20 carburant débité en excès par une pompe à carburant, grâce à une ouverture réglable. D'une manière générale, le débit de carburant au travers d'une ouverture est fonction de la section de passage de ladite ouverture, à condition que la pression (AP) aux bornes du dispositif de dosage comportant ladite ouverture soit maintenue constante. En effet, Q = S . V, où Q est le débit, S est la section de 25 passage, et V est la vitesse d'écoulement du carburant. Or V = K . -qOP, où K est une constante. Ainsi, lorsque la pression AP aux bornes du dispositif de dosage est fixée, par exemple à 4 bars, le débit de carburant est alors uniquement fonction de l'ouverture réglable du dispositif de dosage de carburant. 30 ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION En cas de dysfonctionnement du dispositif de dosage de carburant, le débit de carburant peut ne plus être régulé, ce qui peut provoquer un emballement du moteur. Une première solution consiste alors à couper le moteur. Pour éviter une telle situation, une deuxième solution consiste en un dispositif de fixation de débit. Celui-ci est ajouté en sortie du dispositif de dosage de carburant. Le dispositif de fixation de débit permet de ramener le débit de carburant - non-dosé à cause du dysfonctionnement du dispositif de dosage de carburant - à une valeur fixe, correspondant par exemple à une valeur de ralenti vol. Un tel dispositif de fixation de débit est bien connu sous l'appellation TCM (Trust Control Malfunction), ou encore sous l'appellation UHT. La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de dosage de carburant 1 suivi d'un dispositif de fixation de débit 5 en mode normal, c'est-à-dire quand le dispositif de dosage de carburant 1 fonctionne normalement, c'est-à-dire en absence de tout dysfonctionnement. Le dispositif de dosage de carburant 1 est placé en sortie d'une pompe à carburant non représentée. Une haute pression est imposée sur le dispositif de dosage de carburant 1, au niveau d'une première ouverture 3 du dispositif de dosage de carburant 1. C'est par la première ouverture 3 que le carburant entre dans le dispositif de dosage de carburant 1 pour ressortir dudit dispositif de dosage de carburant 1 par une deuxième ouverture 4. Après avoir été pompé par la pompe à carburant, le carburant passe dans la deuxième ouverture 4, dont la grandeur est réglable par l'actionnement d'un piston 2 évoluant en translation dans le dispositif de dosage de carburant 1. Comme expliqué précédemment, le débit de carburant est ainsi dosé. Le carburant est ensuite dirigé vers le dispositif de fixation de débit 5. Le dispositif de fixation de débit 5 se présente sous la forme d'une enceinte 12 qui comporte une première ouverture 8 et une deuxième ouverture 9, et dans laquelle est positionné un clapet 6 maintenu en position haute par les forces de pression. On appelle position haute la position dans laquelle le clapet 6 n'obstrue pas l'ouverture 8. Le clapet 6 possède une ouverture 11, et l'enceinte 12 du dispositif de fixation de débit 5 possède une ouverture 10 sur la périphérie. L'ouverture 11 est obstruée en position haute, du fait de la position du clapet 6. Le carburant provenant du système de dosage de carburant 1 pénètre alors, lorsque le clapet 6 est en position haute, dans le dispositif de fixation de dosage 5 via l'ouverture 8 et en ressort via l'ouverture 9. Cette configuration correspond à un fonctionnement normal utilisé lorsqu'aucun dysfonctionnement du dispositif de dosage de carburant 1 n'est détecté. La figure 2 est une représentation schématique du dispositif de dosage de carburant 1 suivi du dispositif de fixation de débit 5 de la figure 1, en mode dégradé, c'est-à-dire quand le dispositif de dosage de carburant 1 présente un dysfonctionnement. Par l'application d'une haute pression, le clapet 6 se place en position basse. On appelle position basse la position dans laquelle le clapet 6 obstrue l'ouverture 8. Le clapet 6 obstruant l'ouverture 8, le carburant ne pénètre plus dans le dispositif de fixation de dosage 5 par l'ouverture 8. En revanche, le carburant pénètre dans le dispositif de fixation de débit 5 par l'ouverture 10. Le carburant ressort alors par l'ouverture 11, qui lorsque le clapet 6 est en position basse, n'est plus obstruée puisqu'elle se trouve face à l'ouverture 9. L'ouverture 11 étant de taille fixe, et la pression aux bornes du dispositif de fixation de débit 5 étant constante, le débit du carburant en sortie du dispositif de fixage de débit 5 est ainsi fixé. Cependant, un tel dispositif de fixation de débit 5 présente des inconvénients : - en mode normal, le dispositif de fixation de débit 5 risque d'être à l'origine de pertes de charges au niveau de l'ouverture 9. Ainsi, la précision de dosage du carburant risque d'être impactée. Pour limiter ce risque, on prévoit que l'ouverture 9 présente des dimensions importantes par rapport à l'ouverture 4 ; - avec une ouverture 9 de taille importante, la variation de débit dosé au cours de la fermeture du clapet 5 n'est pas constante. En effet, pour faire diminuer le débit dosé, l'ouverture 9, partiellement obstruée par le clapet 6, doit avoir une section de passage de l'ordre de grandeur de la section de passage de l'ouverture 4. Ainsi, lors du début de déplacement du piston 6, le débit dosé varie très peu, avant de varier très brusquement en fin de fermeture du clapet 5, ce qui peut poser des problèmes d'opérabilité au niveau du moteur. Un tel retard dans l'obturation de l'ouverture 9 est illustré à la figure 5 où une courbe 200 représente le débit dosé au niveau de l'ouverture 9, en fonction du déplacement du clapet 6 illustré par une courbe 100 ; - le dispositif de fixation de débit 5 est encombrant ; - afin d'éviter des fuites au niveau du dispositif de dosage de carburant 1, il est nécessaire d'utiliser un joint dynamique, évitant des fuites de carburant entre le dispositif de dosage de carburant 1 et le dispositif de fixation de débit 5, ce qui impacterait la précision de dosage. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION L'objet de l'invention offre une solution aux problèmes qui viennent d'être exposés, en proposant un dispositif de dosage de carburant équipé d'un dispositif de fixation de débit intégré. L'invention concerne donc essentiellement un dispositif de dosage de carburant (30) comportant : - une première ouverture laissant entrer du carburant dans le dispositif de dosage de carburant (30), - une deuxième ouverture (32) apte à laisser sortir du carburant vers un circuit de circulation de carburant (44), ladite deuxième ouverture (32) permettant de doser le débit de carburant par la mise en mouvement d'un élément de contrôle de débit, par exemple un piston, évoluant dans le dispositif de dosage de carburant (30), ledit dispositif de dosage de carburant (30) étant caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif de fixation de débit (41) comportant : - un clapet mobile (34) apte à obstruer progressivement la deuxième ouverture (32) - une zone d'admission de carburant (48) apte à assurer un débit de carburant lorsque le clapet mobile (34) obstrue la deuxième ouverture (32). Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, le dispositif de dosage de carburant équipé d'un dispositif de fixation de débit selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon les combinaisons techniquement possibles : - le clapet du dispositif de fixation de débit comporte une paroi coulissant le long d'une paroi externe du dispositif de dosage de carburant ; - la paroi du clapet est un cylindre placé autour du dispositif de dosage de carburant ; - le dispositif de fixation de débit (41) comporte : - un ressort (35) dont une première extrémité est en appui contre une première face (52) d'une base (49) du clapet (34), - un support (45) guidant en translation le clapet (34), ledit support comportant une butée au niveau de laquelle une deuxième extrémité du ressort (35) prend appui. - la base comporte un canal reliant la première face et une deuxième face de la base du clapet ; - le dispositif de fixation de débit comporte un diaphragme qui, en position ouverte, est apte à laisser passer du carburant vers le circuit de circulation de carburant ; - le dispositif de fixation de débit comporte un régulateur électronique, ledit régulateur électronique contrôlant l'application d'une haute pression au niveau d'une ouverture de la zone d'admission de carburant du dispositif de fixation de débit ; - la haute pression est introduite au niveau de la base du clapet, via une ouverture ménagée dans le support du dispositif de fixation de débit ; - le régulateur électronique est un solénoïde, un électro-robinet, un clapet commandé ou un distributeur. Selon un autre aspect, l'invention concerne un moteur d'aéronef comportant le dispositif de dosage de carburant équipé du dispositif de fixation de débit selon l'invention. L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - à la figure 1, déjà décrite, une représentation schématique d'un dispositif de dosage de carburant 1 suivi d'un dispositif de fixation de débit 5 en mode normal - à la figure 2, déjà décrite, une représentation schématique du dispositif de dosage de carburant 1 suivi du dispositif de fixation de débit 5 représentés à la figure 1, en mode panne - à la figure 3, une représentation schématique d'un système de dosage de carburant 30 équipé d'un dispositif de fixation de débit 41, en mode normal, selon un mode de réalisation de l'invention - à la figure 4, une représentation schématique du système de dosage de carburant 30 équipé du dispositif de fixation de débit 41 représentés à la figure 3, 15 en mode panne. - à la figure 5, un graphique comparatif représentant la variation du débit dosé en sortie d'un dispositif de fixation de débit, lors du passage du mode normal au mode dégradé. 20 DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. 25 La figure 3 est une représentation schématique d'un système de dosage de carburant 30 équipé d'un dispositif de fixation de débit 41, selon un mode de réalisation de l'invention. Le système de dosage de carburant 30 est installé en sortie d'une pompe à carburant non représentée. Il comporte notamment un piston 31, ou tiroir, évoluant en translation dans le système de dosage de 30 carburant 30. Il comporte également une ouverture 32 dont la taille est réglable par le déplacement du piston 31, afin de doser le carburant, comme expliqué précédemment. Le système de fixation de débit 41 comporte notamment : - un clapet 34, comportant une base 49, avec une première face 52 et une deuxième face 51, et une paroi 50, ladite paroi 50 étant apte à coulisser le long d'une paroi externe 42 du dispositif de dosage de carburant 30, et apte à obstruer l'ouverture 32 en cas de panne du dispositif de dosage de carburant 30. Avantageusement, le clapet 34 est un cylindre mobile placé autour du dispositif de dosage de carburant 30, et guidé par la paroi externe du dispositif de dosage de carburant 30 ; ainsi l'encombrement est minimal. Lorsque le clapet 34 obstrue l'ouverture 32, on dit que le clapet 34 est en position fermée. Lorsque le clapet 34 n'obstrue pas l'ouverture 32, on dit que le clapet 34 est en position ouverte. - un ressort 35 maintenant le clapet 34 en position ouverte lorsqu'aucune autre pression n'est appliquée sur le clapet 34. Le ressort 35 est susceptible de se compresser lorsqu'une autre pression est appliquée sur le clapet 34. - un support 45 permettant de guider le clapet 34 en translation le long d'une paroi interne 46 du support 45, ladite paroi interne 46 étant parallèle à la paroi externe 42 du dispositif de dosage de carburant 30 ; le support 45 sert également d'appui à une deuxième extrémité du ressort 35 au niveau d'une butée 47, ladite butée 47 s'étendant perpendiculairement à la paroi interne 46 ; la première extrémité du ressort 35 est en appui contre la première face 52 de la base 49 du clapet 34. - une zone d'admission de carburant 48, présentant une ouverture 39 au niveau de laquelle le carburant entre, ladite zone d'admission de carburant 48 étant contrôlée par un régulateur électronique 36 de type solénoïde ou électro-robinet. Le clapet 34 est en position ouverte, maintenu en position par le ressort 35, il n'obstrue pas l'ouverture 32 ; ainsi le carburant passe par l'ouverture 32 et est dosé. Le carburant suit un parcours 43 et rejoint un circuit d'acheminement de carburant 44. Dans une telle configuration, la pression est identique de part et d'autre de la base 49 du clapet 34 ; ainsi la pression exercée par le ressort 35 est suffisante pour maintenir le clapet 34 en position ouverte. Un canal 53 reliant la première face 52 et la première face 51, est ménagé dans la base 49. Il assure le maintien d'une pression constante de part et d'autre de la base 49 en mode normal. La figure 4 est une représentation schématique du dispositif de dosage de carburant 30 comportant le dispositif de fixation de débit 41 de la figure 3, lorsque le dispositif de dosage de carburant 30 présente un dysfonctionnement et adopte un mode dégradé. Le régulateur électronique 36 est alors activé. L'activation du régulateur électronique 36 fait coulisser progressivement le clapet 34 de la position ouverte à une position fermée dans laquelle le clapet 34 obstrue l'ouverture 32. Le coulissement du clapet 34 est rendu possible du fait de l'application d'une haute pression, injectée suite à la commande du régulateur électronique 36, qui comprime le ressort 35. La haute pression est injectée au niveau d'une ouverture 39 de la zone d'admission de carburant 48, et est transmise, comme représenté par une flèche en pointillés 55, via une ouverture 38 ménagée dans le support 45, et débouchant au niveau de la paroi interne 46 du support 45 et au niveau de la deuxième face 51 de la base 49 du clapet 34. Le carburant suit alors un parcours 54. En coulissant, le clapet 34 obstrue progressivement la fente 32. Dans le même temps, un diaphragme 40 permet un passage du carburant de l'ouverture 39 au circuit d'acheminement de carburant 44. Le débit du carburant est fixé par la taille du diaphragme 40, étant donné que la pression aux bornes du dispositif de fixation de débit 41 est maintenue constante. On réalise ainsi une fonction de fixation de débit, ou fonction TCM. Grâce à un tel dispositif, le passage du débit régulé en mode normal au débit régulé en mode dégradé est progressif, puisque dès que le clapet 34 commence à coulisser, il commence à obstruer la fente 32. De plus, il n'y a plus de pertes de charges comme dans les dispositifs de l'état de la technique, puisque le dispositif de fixation de débit 41 est intégré au dispositif de dosage de carburant 30. Lorsque le clapet 34 est ouvert, la pression de part et d'autre du clapet 34 est identique. Il n'y a donc pas de fuite de carburant dans le dispositif de dosage de carburant 30. Ceci permet de s'affranchir d'un joint dynamique sans altérer la précision de dosage. La figure 5 est un graphique comparatif représentant le débit dosé en sortie des dispositifs de fixation de débit selon l'art antérieur et selon l'invention, en fonction du déplacement du clapet 34. La courbe 100 représente le déplacement du clapet, la courbe 200 représente le débit dosé selon le dispositif décrit dans l'état de l'art, et une courbe 300 représente le débit dosé selon le dispositif selon l'invention. On constate que la diminution du débit dosé en cas de panne du dispositif de dosage de carburant est nettement plus progressive avec le dispositif selon l'invention. REVENDICATIONS1 - Dispositif de dosage de carburant (30) comportant : - une première ouverture laissant entrer du carburant dans le dispositif de dosage de carburant (30), - une deuxième ouverture (32) apte à laisser sortir du carburant vers un circuit de circulation de carburant (44), ladite deuxième ouverture (32) permettant de doser le débit de carburant par la mise en mouvement d'un élément de contrôle de débit, par exemple un piston, évoluant dans le dispositif de dosage de carburant (30), ledit dispositif de dosage de carburant (30) étant caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif de fixation de débit (41) comportant : - un clapet mobile (34) apte à obstruer progressivement la deuxième ouverture (32), - une zone d'admission de carburant (48) apte à assurer un débit de carburant lorsque le clapet mobile (34) obstrue la deuxième ouverture (32). 2 - Dispositif de dosage de carburant (30) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet (34) du dispositif de fixation de débit (41) comporte une paroi (50) coulissant le long d'une paroi externe (42) du dispositif de dosage de carburant (30). 3 - Dispositif de dosage de carburant (30) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la paroi (50) du clapet (34) est un cylindre placé autour du dispositif de dosage de carburant (30). 4 - Dispositif de dosage de carburant (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de fixation de débit (41) comporte : - un ressort (35) dont une première extrémité est en appui contre une première face (52) d'une base (49) du clapet (34),- un support (45) guidant en translation le clapet (34), ledit support comportant une butée au niveau de laquelle une deuxième extrémité du ressort (35) prend appui. 5 - Dispositif de dosage de carburant (30) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la base (49) du clapet (34) comporte un canal (53) reliant la première face (52) et une deuxième face (51) de la base (49) du clapet (34). 6 - Dispositif de dosage de carburant (30) selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la haute pression est introduite au niveau de la base (49) du clapet (34), via une ouverture (38) ménagée dans le support (45) du dispositif de fixation de débit (41). 7 - Dispositif de dosage de carburant (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de fixation de débit (41) comporte un diaphragme (40) qui, en position ouverte, est apte à laisser passer du carburant d'une zone d'admission de carburant (48) du dispositif de fixation de débit (41), vers le circuit de circulation de carburant (44). 8 - Dispositif de dosage de carburant (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de fixation de débit (41) comporte un régulateur électronique (36), ledit régulateur électronique (36) contrôlant l'application d'une haute pression au niveau d'une ouverture (39) de la zone d'admission de carburant (48) du dispositif de fixation de débit (41). 9 - Dispositif de dosage de carburant (30) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le régulateur électronique (36) est un solénoïde, un électro-robinet, un clapet commandé ou un distributeur. 10 - Moteur d'aéronef caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif de dosage de carburant (30) équipé d'un dispositif de fixation de débit (41) selon l'une quelconque des revendications précédentes.