Brevet FR3010139A1 — publié le 20150306

DISPOSITIF ET PROCEDE D'ESTIMATION DE COLMATAGE DANS UN SYSTEME D'INJECTION DE CARBURANT DANS UNE CHAMBRE DE COMBUSTION D'UN MOTEUR DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne l'injection de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur, notamment un moteur d'aéronef. Elle concerne plus particulièrement l'estimation d'un niveau de colmatage dans un système d'injection de carburant dans une chambre de combustion, notamment à faible émission d'oxydes d'azote Nox. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Pour réduire le taux d'émission des polluants, notamment des oxydes d'azote Nox, le carburant est injecté dans la chambre de combustion du moteur par l'intermédiaire de deux circuits d'injection. Un circuit appelé circuit pilote présente un débit permanent optimisé pour les bas régimes. Un circuit appelé circuit principal présente un débit intermittent optimisé pour les régimes élevés. Il complète le débit de carburant pour permettre notamment d'atteindre la puissance nécessaire au décollage. Le circuit principal est utilisé de manière non permanente, lorsqu'il y a besoin d'une poussée du moteur supplémentaire, et son débit peut être nul ou très faible à certains régimes. Les documents EP 1 770 333 et EP 2 026 002 de la demanderesse présentent des injecteurs multipoint à deux circuits de carburant de ce type. Lorsqu'il n'est pas utilisé, le circuit à débit intermittent peut être purgé, totalement ou partiellement, ou le carburant peut stagner dans le circuit. Le fonctionnement par intermittence du circuit principal conjugué aux températures élevées régnant dans le moteur a pour conséquence d'induire une décomposition ou cokéfaction indésirable du carburant stagnant dans le circuit principal, lorsque le débit de carburant dans celui-ci est fortement réduit ou coupé. S 55017 ML-P 2 La cokéfaction et le gommage dans le circuit d'injection a pour effet de colmater le circuit, c'est-à-dire réduire la section de passage du carburant, et donc d'augmenter les pertes de charge. Le débit de carburant injecté dans les injecteurs cokéfiés est réduit, tandis que le débit de carburant injecté dans les injecteurs non cokéfiés est augmenté, ce qui perturbe l'équilibre de répartition de carburant injecté dans la chambre de combustion. Cela a donc pour conséquence que la combustion n'est plus optimisée et que la pollution émise par la chambre est augmentée. Un niveau de cokéfaction très important peut même aller jusqu'à impacter le débit total de carburant injecté dans la chambre de combustion. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre les problèmes de la technique antérieure en fournissant un dispositif d'estimation d'un niveau de colmatage dans un système d'injection de carburant comportant au moins deux circuits de carburant, l'un à débit permanent et l'autre à débit intermittent, et un organe de répartition du carburant entre les au moins deux circuits de carburant, l'organe de répartition comportant un tiroir égaliseur de pression, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens de mesure de la position courante du tiroir égaliseur de pression (51) pour le débit de carburant courant, au cours du fonctionnement du système d'injection, - des moyens de comparaison entre la position courante du tiroir égaliseur de pression pour le débit de carburant courant, et une position du tiroir égaliseur de pression, pour le débit courant, donnée par une loi déterminée avant cokéfaction dans le système d'injection de carburant. Grâce à l'invention, le niveau de colmatage dû à la cokéfaction ou au gommage du circuit à débit intermittent est détecté. Il est alors possible de décider d'une opération de maintenance. Le niveau de colmatage est détecté sans démontage mécanique du système d'injection. S 55017 ML-P 3 En outre, l'évolution du niveau de colmatage des circuits d'injection de carburant est suivie en continu, ce qui permet d'anticiper une opération de maintenance lorsqu'elle devient nécessaire. Selon une caractéristique préférée, le dispositif comporte des moyens pour déterminer la loi qui donne la position du tiroir égaliseur de pression pour un ensemble de débits de carburant d'une plage de fonctionnement du système d'injection, avant cokéfaction dans le système d'injection de carburant. Ainsi la loi du système d'injection particulier est prise en compte, ce qui permet des résultats fiables. L'invention concerne aussi un système d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur, comportant au moins deux circuits de carburant, l'un à débit permanent et l'autre à débit intermittent, un organe de répartition du carburant entre les deux circuits, l'organe de répartition comportant un tiroir égaliseur de pression, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'estimation d'un niveau de colmatage dans le système d'injection de carburant précédemment présenté. L'invention concerne aussi un procédé d'estimation d'un niveau de colmatage dans un système d'injection de carburant comportant au moins deux circuits de carburant, l'un à débit permanent et l'autre à débit intermittent, et un organe de répartition du carburant entre les au moins deux circuits de carburant, l'organe de répartition comportant un tiroir égaliseur de pression, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : - mesure de la position courante du tiroir égaliseur de pression pour le débit de carburant courant, au cours du fonctionnement du système d'injection, - comparaison entre la position courante du tiroir égaliseur de pression pour le débit de carburant courant, et une position du tiroir égaliseur de pression, pour le débit courant, donnée par une loi déterminée avant cokéfaction dans le système d'injection de carburant. S 55017 ML-P 4 Selon une caractéristique préférée, le procédé d'estimation d'un niveau de colmatage comporte une étape d'initialisation pour déterminer la loi qui donne la position du tiroir égaliseur de pression pour un ensemble de débits de carburant d'une plage de fonctionnement du système d'injection, avant cokéfaction dans le système d'injection de carburant. Le système d'injection et le procédé présentent des avantages analogues à ceux précédemment présentés. Dans un mode particulier de réalisation, les étapes du procédé selon l'invention sont mises en oeuvre par des instructions de programme d'ordinateur. En conséquence, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en oeuvre dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en oeuvre des étapes d'un procédé tel que décrit ci-dessus. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable. L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur, et comportant des instructions de programme d'ordinateur adaptées à la mise en oeuvre des étapes d'un procédé tel que décrit ci-dessus. Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette ou un disque dur. D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet. S 55017 ML-P Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé selon l'invention. 5 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante de deux modes de réalisation préférés donnés à titre d'exemple non limitatif, décrits en référence aux figures dans lesquelles : La figure 1 représente schématiquement un système d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur, selon un mode de réalisation de l'invention, La figure 2 représente un organe de répartition inclus dans le système d'injection de la figure 1, et La figure 3 représente un procédé de détermination d'un niveau de colmatage mis en oeuvre dans le mode de réalisation de système d'injection de la figure 1, selon un mode de réalisation de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Selon un mode de réalisation préféré de l'invention représenté en référence à la figure 1, l'invention est appliquée à un système d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur. On considère plus particulièrement le moteur d'un aéronef. Seuls les éléments utiles à la compréhension de l'invention sont représentés et décrits. Le système d'injection comporte deux circuits d'injection de carburant dans la chambre de combustion, non représentée. S 55017 ML-P 6 Le premier circuit d'injection de carburant 1, dit circuit pilote, a un débit limité et permanent. Il comporte un ensemble de buses d'injection symbolisées par des flèches. Le second circuit d'injection de carburant 2, dit circuit principal, est conçu pour compléter le débit de carburant jusqu'au point de plein gaz. Il permet notamment d'atteindre toute la puissance nécessaire au décollage. Ce circuit comporte lui aussi un ensemble de buses d'injection symbolisées par des flèches mais il n'est pas utilisé en permanence, son débit est par conséquent intermittent et peut être nul ou très faible à certains régimes. Un dispositif de régulation électronique 3 dit FADEC, d'après l'anglais « Full Authority Digital Engine Control », commande un organe 4 de dosage de carburant qui détermine le débit D de carburant fourni aux deux circuits d'injection 1 et 2. Le dispositif de régulation 3 commande également un organe 5 de répartition du carburant entre les deux circuits d'injection 1 et 2. Ainsi, l'organe de dosage 4 est un doseur qui impose le débit de carburant qui est fourni à l'ensemble des deux circuits d'injection. L'organe de répartition 5 est détaillé dans la suite. Il répartit le carburant entre les deux circuits d'injection. Le doseur 4 et l'organe de répartition 5 sont reliés en série entre une pompe à carburant non représentée et les deux circuits d'injection 1 et 2. Le dosage de carburant est donc tout d'abord déterminé de manière globale pour les deux circuits puis la répartition du carburant entre les deux circuits est effectuée. Selon des variantes non représentée, le système d'injection de carburant peut comporter plus de deux circuits d'injection de carburant, dont au moins un est à débit intermittent. Les organes de dosage et de répartition de carburant peuvent être implémentés différemment, tout en restant commandés par le dispositif de régulation électronique. La figure 2 représente un mode de réalisation de l'organe de répartition 5. L'organe de répartition 5 comporte une vanne de répartition 50 qui comporte une entrée d'alimentation en carburant reliée à la sortie du doseur 4 et deux S 55017 ML-P 7 sorties de carburant. La vanne de répartition 50 est commandée par le dispositif de régulation électronique 3. La vanne de répartition 50 répartit le carburant dans chacun des circuits d'injection, en fonction de la commande reçue du dispositif de régulation électronique 3. Les deux sorties de carburant de la vanne de répartition 50 sont connectées à deux entrées d'un tiroir égaliseur de pression 51. Le tiroir égaliseur de pression 51 comporte deux sorties de carburant qui sont également les sorties de l'organe de répartition 5. Les deux sorties de carburant alimentent respectivement le circuit à débit permanent 1 et le circuit à débit intermittent 2. Le tiroir égaliseur de pression 51 bouge hydrauliquement et n'est pas commandé par le dispositif de régulation électronique 3. La fonction du tiroir égaliseur de pression 51 est de rendre égales les pressions dans les deux parties entre les deux sorties de carburant de la vanne de répartition 50 et les deux entrées du tiroir égaliseur de pression 51. Un capteur de position, par exemple de type LVDT (d'après l'anglais Linear Variable Differential Transformer) 52 mesure la position du tiroir égaliseur de pression 51 et fournit cette mesure au dispositif de régulation électronique 3. La figure 3 représente un procédé de détermination d'un niveau de colmatage, mis en oeuvre dans le mode de réalisation de système d'injection précédemment décrit, plus particulièrement dans le dispositif de régulation électronique 3. Le procédé comporte des étapes El à E4. L'étape El est une initialisation qui est effectué lorsqu'il n'y a pas encore de cokéfaction dans le système d'injection, notamment lorsque le moteur est neuf. Les résultats de l'initialisation sont mémorisés pour servir de base de comparaison. Lorsque du carburant circule à un débit donné dans les circuits d'injection, un certain niveau de pression existe dans chacune des sorties du tiroir égaliseur de pression 51. A l'instant initial, c'est-à-dire avant l'action du tiroir égaliseur de pression 51, les mêmes niveaux de pression existent dans les entrées du tiroir égaliseur de pression 51. La différence de pression entre les deux entrées a pour résultat que le S 55017 ML-P 8 tiroir égaliseur de pression 51 se déplace jusqu'à une position d'équilibre du tiroir égaliseur de pression 51, correspondant à une égalité des pressions dans les deux entrées du tiroir. La position du tiroir est mesurée grâce au capteur de position 52. Ainsi, à chaque débit de carburant correspond un niveau de perte de charge dans chacun des circuits d'injection, et donc une position du tiroir égaliseur de pression 51 qui compense les différences de pression entre les entrées du tiroir égaliseur de pression 51. L'initialisation est donc la mesure des positions du tiroir égaliseur de pression 51 pour un ensemble de débits de carburant d'une plage de fonctionnement du moteur. Ces résultats déterminent une loi de variation de la position du tiroir égaliseur de pression 51 en fonction du débit de carburant. Cette loi est mémorisée dans une mémoire associée au dispositif de régulation électronique 3. L'étape E2 est effectuée lorsque le moteur est en fonctionnement. Cette étape est la mesure de la position du tiroir égaliseur de pression 51 pour le débit de carburant courant. L'étape suivante E3 est la comparaison entre la position courante du tiroir égaliseur de pression et sa position déterminée par la loi calculée lors de l'étape d'initialisation, pour le débit courant. A titre d'exemple, le tiroir égaliseur de pression peut compenser jusqu'à 2 bars de différence de perte de charge entre les deux circuits d'injection de carburant, avec une course de tiroir de 20 mm. Les différentes erreurs (erreur d'acquisition de la position, du modèle, etc.), donnent une précision de 10 %. La sensibilité est de 0.1 bar/mm, il est donc possible de détecter des variations de perte de charge supérieures à 0,2 bar. Un débit de carburant de 1700 kg/h est réparti sur vingt injecteurs qui ont chacun un débit de 85 kg/h, à l'étape d'initialisation El. En fonctionnement (étape E2), si on suppose qu'un injecteur est complètement obstrué par la cokéfaction, ce même débit de 1700 kg/h est réparti sur dix-neuf injecteurs qui ont chacun un débit de 89,5 kg/h. L'augmentation de perte de charge dans les dix-neuf injecteurs due à ce sur-débit est de 0,2 bar, soit un déplacement du S 55017 ML-P 9 tiroir égaliseur de pression de 2 mm. Ce déplacement étant supérieur au déplacement minimal détectable en fonction de la sensibilité, la présence d'un phénomène de cokéfaction est donc détectable. Lorsqu'à l'étape E3 la comparaison entre la position courante du tiroir égaliseur de pression et sa position déterminée par la loi calculée lors de l'étape d'initialisation, pour le débit courant, indique la présence de colmatage, cette étape est suivie de l'étape E4 qui est la génération d'une alarme pour indiquer à un utilisateur qu'une opération de maintenance va être nécessaire.10 REVENDICATIONS1. Dispositif d'estimation d'un niveau de colmatage dans un système d'injection de carburant comportant au moins deux circuits de carburant, l'un à débit permanent et l'autre à débit intermittent, et un organe de répartition du carburant entre les au moins deux circuits de carburant, l'organe de répartition comportant un tiroir égaliseur de pression, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens de mesure de la position courante du tiroir égaliseur de pression (51) pour le débit de carburant courant, au cours du fonctionnement du système d'injection, - des moyens de comparaison entre la position courante du tiroir égaliseur de pression pour le débit de carburant courant, et une position du tiroir égaliseur de pression, pour le débit courant, donnée par une loi déterminée avant cokéfaction dans le système d'injection de carburant. 2. Dispositif d'estimation d'un niveau de colmatage dans un système d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour déterminer la loi qui donne la position du tiroir égaliseur de pression pour un ensemble de débits de carburant d'une plage de fonctionnement du système d'injection, avant cokéfaction dans le système d'injection de carburant. 3. Système d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur, comportant au moins deux circuits de carburant, l'un à débit permanent (1) et l'autre à débit intermittent (2), un organe ( 5) de répartition du carburant entre les deux circuits, l'organe de répartition comportant un tiroir égaliseur de pression, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'estimation d'un niveau de colmatage dans le système d'injection de carburant selon la revendication 1 ou 2.S 55017 ML-P 11 4. Procédé d'estimation d'un niveau de colmatage dans un système d'injection de carburant comportant au moins deux circuits de carburant, l'un à débit permanent et l'autre à débit intermittent, et un organe de répartition du carburant entre les au moins deux circuits de carburant, l'organe de répartition comportant un tiroir égaliseur de pression, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : - mesure (E2) de la position courante du tiroir égaliseur de pression (51) pour le débit de carburant courant, au cours du fonctionnement du système d'injection, - comparaison entre la position courante du tiroir égaliseur de pression pour le débit de carburant courant, et une position du tiroir égaliseur de pression, pour le débit courant, donnée par une loi déterminée avant cokéfaction dans le système d'injection de carburant. 5. Procédé d'estimation d'un niveau de colmatage dans un système d'injection de carburant selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'initialisation pour déterminer la loi qui donne la position du tiroir égaliseur de pression pour un ensemble de débits de carburant d'une plage de fonctionnement du système d'injection, avant cokéfaction dans le système d'injection de carburant. 6. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution du procédé selon la revendication 4 ou 5 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur. 7. Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution du procédé selon la revendication 4 ou 5.