Brevet FR3031139A1 — publié le 20160701

Procédé de régulation de la température d'huile de lubrification d'un moteur L'invention concerne un procédé de régulation de la température d'huile de lubrification d'un moteur, en particulier d'un moteur pour un aéronef, notamment d'un moteur à combustion interne. L'invention peut également s'appliquer à une turbomachine pour un aéronef, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. L'huile de lubrification utilisée classiquement dans les moteurs à combustion interne ou moteurs à pistons comporte des additifs, tels par exemple que des antioxydants et des dispersants, et a généralement un point d'écoulement de l'ordre de - 40°C. Par conséquent, un tel moteur ne peut pas être démarré en-dessous d'une valeur de température déterminée, au risque de dégrader le moteur. Il existe un besoin de pouvoir utiliser ce type de moteur dans des aéronefs rencontrant des conditions thermiques extrêmes, par exemple un environnement extérieur dont la température est de l'ordre de - 50°C. L'invention vise notamment le cas où un tel moteur à combustion interne est utilisé en tant que moteur auxiliaire de puissance et est destiné à entraîner un groupe auxiliaire de puissance ou APU (acronyme anglais signifiant « Auxiliary Power Unit »). Le groupe auxiliaire de puissance est destiné à produire de l'énergie à bord des avions pour permettre d'alimenter au sol les différents systèmes de bord (tension électrique, pressions pneumatique et hydraulique, climatisation) quand les turboréacteurs de l'avion sont arrêtés, en vue d'économiser du carburant. Le moteur auxiliaire de puissance est généralement arrêté lors des phases de vol. Dans un tel cas, le moteur étant arrêté, la température de l'huile de lubrification d'un tel moteur diminue avec le temps et, lorsqu'il convient de démarrer à nouveau le moteur auxiliaire de puissance (en vol ou au sol), 3031139 2 il est nécessaire de réaliser un préchauffage de l'huile pendant une période relativement longue, de façon à atteindre la température minimale requise. Un tel préchauffage peut par exemple être réalisé au moyen d'un thermoplongeur comportant une résistance électrique située dans le 5 réservoir d'huile. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ces problèmes. A cet effet, elle propose un procédé de commande d'un moteur d'aéronef, ledit moteur utilisant de l'huile de lubrification, le procédé 10 comporte: - une régulation de la température d'huile (Thuile) de lubrification, - une détection d'une requête de démarrage du moteur, - un démarrage du moteur, caractérisé en ce que la régulation comporte, lorsque le moteur est arrêté 15 et avant la détection d'une requête de démarrage du moteur, un maintien de la température au-dessus d'une température seuil (TC1, TC2, TC3). Le procédé selon l'invention permet ainsi de réguler la température de l'huile afin de la maintenir proche d'une température de consigne permettant de pouvoir démarrer rapidement, voire 20 instantanément, le moteur, dès qu'une requête de redémarrage du moteur est effectuée et est détectée. On notera que, après démarrage du moteur, le maintien en température de l'huile est assuré par le fonctionnement du moteur lui-même et par des moyens de refroidissement de l'huile, comme cela est connu en soi. 25 La source de chaleur peut être choisie parmi l'une au moins des sources de la liste suivante : - échangeur de chaleur apte à récupérer les calories issues des déperditions thermiques issues du moteur, - résistance électrique positionnée par exemple dans un 30 réservoir d'huile, 3031139 3 - moyens de chauffage par convection permettant de faire circuler l'huile de lubrification du moteur sur des parois plus chaudes, - moyens de chauffage par convection utilisant un fluide 5 caloporteur circulant autour du réservoir de l'huile de lubrification de façon à réchauffer l'huile contenue dans le réservoir. Selon une caractéristique de l'invention, le moteur est conçu de façon à présenter une première température formant une température 10 minimale d'huile de lubrification au-dessus de laquelle le démarrage du moteur peut être effectué sans dégradation dudit moteur, la température seuil étant proche de ladite première température. En variante, le moteur est conçu de façon à présenter une deuxième température formant une température minimale d'huile de 15 lubrification au-dessus de laquelle le moteur peut fonctionner à pleine charge, la température seuil étant proche de ladite deuxième température. La deuxième température est supérieure à la première température. Selon encore une autre variante, le moteur est conçu de façon à 20 présenter une troisième température formant une température maximale au-dessus de laquelle le moteur ne peut pas fonctionner à pleine charge, la température seuil étant proche de ladite troisième température. La troisième température est supérieure à la deuxième température. 25 Selon une forme de réalisation de l'invention, lors du maintien de la température, la température de l'huile est maintenue sous la première température, sous la deuxième température, ou sous la troisième température, avant qu'une requête de démarrage dudit moteur soit détectée. 30 Selon une autre forme de réalisation, lors du maintien de la température, la température de l'huile est maintenue au-dessus de la 3031139 4 première température ou au-dessus de la deuxième température, avant qu'une requête de démarrage dudit moteur soit détectée. Le procédé peut en outre comporter une étape de détermination de la température de l'huile lors de laquelle ladite température est 5 déterminée par mesure par un capteur, ou par calcul à partir d'au moins un paramètre, tel par exemple que la température extérieure, l'altitude, le temps écoulé depuis le dernier démarrage du moteur, le temps écoulé depuis le dernier arrêt du moteur, la température du liquide de refroidissement du moteur, la température d'un élément du moteur, par 10 exemple la température du carter du moteur, la température de l'air d'admission du moteur, la température de l'air d'échappement du moteur, la température du carburant du moteur et/ou la température ambiante d'une cellule ou d'une enceinte dans laquelle est installée le moteur. Lors du maintien de la température, la température de l'huile 15 peut être apte à varier entre deux températures de consigne, avant qu'une requête de redémarrage dudit moteur soit détectée. Selon une forme de réalisation, lors du maintien de la température, la température de l'huile peut varier de façon continûment croissante ou continûment décroissante, entre les deux températures de 20 consigne. En variante, lors du maintien de la température, la température de l'huile varie de façon cyclique entre les deux températures de consigne. De préférence, le maintien de la température seuil est obtenu par un procédé comprenant : 25 - l'activation d'un système de chauffage de l'huile de lubrification par une source d'énergie thermique lorsque la température de l'huile de lubrification est inférieure à une première température, la source d'énergie étant une ou plusieurs parmi le moteur d'aéronef, une résistance électrique, une convection par huile, une convection par air. 30 3031139 5 L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : 5 - la figure 1 est un diagramme représentant différentes courbes, chaque courbe représentant l'évolution de la température de l'huile de lubrification du moteur en fonction du temps, pour une forme de réalisation, - la figure 2 est un logigramme représentant une première forme de réalisation de l'invention, 10 - la figure 3 est un logigramme représentant une deuxième forme de réalisation de l'invention, - la figure 4 est un logigramme représentant une troisième forme de réalisation de l'invention. On considèrera pour la suite de la description un moteur 15 d'aéronef, en particulier un moteur à combustion interne à pistons, lubrifié avec de huile. Le moteur est par exemple un moteur auxiliaire de puissance et est destiné à entraîner un groupe auxiliaire de puissance. On définit par : - TMIN-D la température minimale à partir de laquelle le 20 démarrage du moteur peut être effectué sans dégradation dudit moteur, - TPC-MIN la température minimale à partir de laquelle le moteur peut fonctionner à pleine charge, c'est-à-dire à un couple moteur élevé, - TPC-MAX la température maximale au-delà de laquelle le moteur ne peut pas fonctionner à pleine charge, au risque de dégrader le 25 moteur. En d'autres termes, le moteur ne peut être démarré que si la température de l'huile est supérieure à TMIN-D et le moteur ne peut fonctionner à pleine charge que si la température de l'huile est comprise entre TPC-MIN et TPC-MAX. 3031139 6 TMIN-D est par exemple de l'ordre de - 30 °C, TPC-MIN est par exemple de l'ordre de 80 °C et TPC-MAX est par exemple de l'ordre de 130°C. La courbe référencée CO du diagramme de la figure 1 illustre 5 l'évolution de la température de l'huile en fonction du temps, dans un mode de réalisation classique, n'appartenant pas à l'invention. Dans un tel mode, que l'on appellera mode de référence, le moteur est démarré avant l'instant référencé tstop. Avant tstop, la température de l'huile est comprise entre TPC-MIN et TPC-MAX. 10 A l'instant tstop, le moteur est arrêté, de sorte que la température de l'huile du moteur baisse progressivement. A l'instant tstart, une requête de démarrage du moteur est effectuée et est détectée. A cet instant, la température de l'huile est inférieure à TMIN-D, de sorte que le moteur ne peut pas être démarré 15 immédiatement. Afin de faire remonter la température de l'huile, des moyens de chauffage de l'huile sont démarrés. La température TMIN-D est ainsi atteinte à l'instant tdém0, c'est-à-dire relativement tardivement. Le moteur peut alors être démarré à l'instant tdém0, la température de l'huile augmentant alors rapidement après cet instant, du 20 fait du fonctionnement du moteur, jusqu'à se stabiliser entre TPC-MIN et TPC-MAX. En particulier, la température de l'huile atteint TPC-MIN à l'instant tPCO. Comme indiqué précédemment, un tel mode de fonctionnement ne permet pas de démarrer rapidement le moteur après que la requête de 25 démarrage soit effectuée. En effet, la durée entre tstart et tdém0 est relativement importante. De même, dans un tel mode de fonctionnement, le moteur peut être à pleine charge à l'instant tPCO, c'est-à-dire très tardivement. L'invention vise à remédier à cet inconvénient. 3031139 7 La courbe Cl du diagramme de la figure 1 illustre l'évolution de la température de l'huile en fonction du temps, dans un premier mode de réalisation de l'invention. Dans ce premier mode, le moteur est démarré avant l'instant 5 référencé tstop. Ainsi, comme précédemment, avant tstop, la température de l'huile est comprise entre TPC-MIN et TPC-MAX. A l'instant tstop, le moteur est arrêté, de sorte que la température de l'huile du moteur baisse progressivement. Lorsque la température de l'huile atteint la valeur TC1 définie par 10 la relation TC1 TC2 > TMIN-D, des moyens de chauffage de l'huile 5 sont démarrés, puis éteints lorsque la température de l'huile atteint TSTOP2, définie par la relation TPC-MIN > TSTOP2 > TC2 > TMIN-D. La température de l'huile est alors maintenue constamment entre TC2 et TSTOP2. La température de l'huile est ainsi maintenue au-dessus de la température TMIN-D et peut être maintenue proche de T10 MIND. Les températures TC2 et TSTOP2 sont par exemple de l'ordre de 10°C et + 20°C, respectivement. Comme précédemment, à l'instant tstart, une requête de démarrage du moteur est effectuée et est détectée. A cet instant, la température de l'huile est supérieure à TMIN-D et inférieure à TPC-MIN, de 15 sorte que le moteur peut être démarré immédiatement mais ne peut pas être à pleine charge car la température TPC-MIN n'est pas encore atteinte. Le démarrage du moteur fait remonter très rapidement la température de l'huile, de sorte que la température TPC-MIN est atteinte rapidement, à l'instant tPC2. En d'autres termes, la pleine charge peut être atteinte 20 rapidement avec cette deuxième forme de réalisation. On notera cependant qu'une telle forme de réalisation nécessite un apport d'énergie plus important que la première forme de réalisation, afin de maintenir la température de l'huile entre TC2 et TSTOP2. La figure 3 illustre le mode de fonctionnement de la deuxième 25 forme de réalisation, sous la forme d'étapes. Tout d'abord, à l'étape B1, le moteur est arrêté. Un tel arrêt se produit à l'instant tstop. A l'issue de l'étape B1, le procédé exécute une étape B2 lors de laquelle une mesure de la température de l'huile du moteur est effectuée. 30 Bien entendu, la température de l'huile peut également être obtenue par calcul à partir d'un paramètre autre que la température de l'huile. 3031139 11 A l'issue de l'étape B2, le procédé exécute une étape de test B3 lors de laquelle il est déterminé si la relation Thuile TSTOP2 est vérifiée. Dans le cas où le résultat du test de l'étape B3 est positif, alors le procédé exécute une étape de test B4 lors de laquelle il est déterminé si la 5 relation Thuile TC2 est vérifiée. Dans le cas où le résultat du test de l'étape B4 est positif, alors le procédé exécute une étape B5 lors de laquelle les moyens de chauffage de l'huile du moteur sont activés afin de chauffer l'huile. A l'issue de l'étape B5 ou si l'étape de test B4 renvoie un résultat 10 négatif, le procédé exécute une étape de test B6 lors de laquelle il est déterminé si une requête de démarrage du moteur a été effectuée. Dans la négative, le procédé reboucle directement en amont de l'étape B2. Dans l'affirmative, le procédé exécute une étape de test B7 lors de laquelle il est déterminé si le chauffage de l'huile est activé. 15 Dans l'affirmative, le procédé exécute une étape B8 lors de laquelle les moyens de chauffage de l'huile du moteur sont arrêtés. A l'issue de l'étape B8 ou si l'étape de test B7 renvoie un résultat négatif, le procédé exécute une étape B9 lors de laquelle le démarrage du moteur est autorisé. 20 Par ailleurs, si l'étape de test B3 renvoie un résultat négatif, alors le procédé exécute une étape de test B10 lors de laquelle il est déterminé si une requête de démarrage du moteur a été effectuée. Dans l'affirmative, le procédé reboucle directement en amont de l'étape B7. Dans la négative, le procédé exécute une étape de test B11 lors de laquelle il est déterminé si 25 les moyens de chauffage de l'huile sont activés. Dans l'affirmative, le procédé exécute une étape B12 lors de laquelle lesdits moyens de chauffage sont arrêtés, avant de reboucler directement en amont de l'étape B2. Dans la négative, le procédé reboucle directement en amont de l'étape B2. 30 La courbe C3 du diagramme de la figure 1 illustre l'évolution de la température de l'huile en fonction du temps, dans un troisième mode de 3031139 12 réalisation de l'invention. Ce mode de réalisation diffère de celui exposé en référence à la courbe C2 en ce que la température est maintenue entre TPC-MIN et TPC-MAX. Plus particulièrement, le moteur est démarré avant l'instant 5 référencé tstop. Ainsi, comme précédemment, avant tstop, la température de l'huile est comprise entre TPC-MIN et TPC-MAX. A l'instant tstop, le moteur est arrêté, de sorte que la température de l'huile du moteur baisse progressivement. Lorsque la température de l'huile atteint la valeur TC3, des 10 moyens de chauffage de l'huile sont démarrés, puis éteints lorsque la température de l'huile atteint TSTOP3. La température de l'huile est alors maintenue constamment entre TC3 et TSTOP3. On notera que TC3 et TSTOP3 sont choisies de façon à vérifier la relation TPC-MIN REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un moteur d'aéronef, ledit moteur utilisant de l'huile de lubrification, le procédé comporte: - une régulation de la température d'huile (Thuile) de lubrification, - une détection d'une requête de démarrage du moteur, - un démarrage du moteur, caractérisé en ce que la régulation comporte, lorsque le moteur est arrêté et avant la détection d'une requête de démarrage du moteur, un maintien 10 de la température au-dessus d'une température seuil (TC1, TC2, TC3). 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur est conçu de façon à présenter une première température (TMIN-D) formant une température minimale d'huile de lubrification au-dessus de laquelle le démarrage du moteur peut être 15 effectué sans dégradation dudit moteur, la température seuil étant proche de ladite première température. 3. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur est conçu de façon à présenter une deuxième température (TPC-MIN) formant une température minimale d'huile de 20 lubrification au-dessus de laquelle le moteur peut fonctionner à pleine charge, la température seuil étant proche de ladite deuxième température. 4. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur est conçu de façon à présenter une troisième température (TPC-MAX) formant une température maximale (TPC-MAX) 25 au-dessus de laquelle le moteur ne peut pas fonctionner à pleine charge, la température seuil étant proche de ladite troisième température. 5. Procédé selon les revendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce que, lors du maintien de la température, la température de l'huile (Thuile) est maintenue sous la première température (TMIN-D), sous la deuxième 30 température (TPC-MIN), ou sous la troisième température (TPC-MAX), avant qu'une requête de démarrage dudit moteur soit détectée. 3031139 17 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, lors du maintien de la température, la température de l'huile (Thuile) est maintenue au-dessus de la première température (TMIN-D) ou au-dessus de la deuxième température (TPC-MIN), avant qu'une requête 5 de démarrage dudit moteur soit détectée. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination de la température de l'huile (Thuile) lors de laquelle ladite température est déterminée par mesure par un capteur, ou par calcul à partir d'au moins un paramètre, tel par exemple que la température extérieure, l'altitude, le temps écoulé depuis le dernier démarrage du moteur, le temps écoulé depuis le dernier arrêt du moteur, la température du liquide de refroidissement du moteur, la température d'un élément du moteur, par exemple la température du carter du moteur, la température de l'air d'admission du moteur, la température de l'air d'échappement du moteur, la température du carburant du moteur et/ou la température ambiante d'une cellule ou d'une enceinte dans laquelle est installée le moteur. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, lors du maintien de la température, la température de l'huile est 20 apte à varier entre deux températures de consigne (TC1, TSTOPI ; TC2, TSTOP2 ; TC3, TSTOP3), avant qu'une requête de redémarrage dudit moteur soit détectée. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, lors du maintien de la température, la température de l'huile (Thuile) varie de 25 façon continûment croissante (C5) ou continûment décroissante (C6), entre les deux températures de consigne. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, lors du maintien de la température, la température de l'huile (Thuile) varie de façon cyclique (C1, C2, C3, C4) entre les deux températures de consigne. 30 11. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le maintien de la température au-dessus d'une température seuil comprend : 3031139 18 - l'activation d'un système de chauffage de l'huile de lubrification par une source d'énergie thermique lorsque la température de l'huile de lubrification est inférieure à une première température, la source d'énergie étant une ou plusieurs parmi le moteur d'aéronef, une résistance électrique, 5 une convection par huile, une convection par air.