FR3010140A1

FR3010140A1 - Systeme et procede d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur

Info

Publication number: FR3010140A1
Application number: FR1358422A
Authority: FR
Inventors: Sebastien Chalaud
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2015-03-06
Anticipated expiration: 2033-09-03
Also published as: FR3010140B1

Abstract

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), des organes (4, 5) de dosage et de répartition du carburant entre les deux circuits et un moyen de commande (3) de ces organes, le circuit à débit intermittent étant susceptible d'être purgé, caractérisé en ce que, sur réception d'une consigne de remplissage en carburant des circuits à la suite d'une purge du circuit à débit intermittent, le moyen de commande (3) est adapté à - comparer la valeur de consigne reçue à un seuil de consigne, et, si la valeur de la consigne est supérieure au seuil de consigne, - commander les organes (4, 5) de dosage et de répartition pour remplir le circuit à débit intermittent (2) préalablement à l'atteinte d'un seuil de poussée du moteur correspondant à une répartition prédéterminée de carburant entre le circuit à débit permanent et le circuit à débit intermittent.

Description

SYSTEME ET PROCEDE 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'alimentation en carburant d'injecteurs dans une chambre de combustion 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. 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. 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. Pour supprimer ce risque de cokéfaction de carburant dans le circuit principal, il est connu de purger le circuit principal lorsqu'il est inutilisé.

Cependant, lorsque le circuit principal est utilisé à nouveau après une purge, le fonctionnement du circuit pilote et de l'ensemble du système d'injection de carburant peut être perturbé. En effet, le système d'alimentation, qui comporte un dispositif de régulation qui commande un doseur de carburant et une vanne de répartition de carburant entre les deux circuits, ouvre alors la vanne de répartition à la position commandée par la régulation correspondant à un régime souhaité. Une partie du débit de carburant est alors utilisé pour remplir le circuit principal et n'est donc pas injecté dans la chambre de combustion à cet instant. Cela génère un sous-dosage temporaire de carburant pendant la phase de remplissage du circuit principal, un retard de réponse de ce dernier et un risque de dépassement de régime souhaité à la fin du remplissage du circuit principal. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre les problèmes de la technique antérieure en fournissant 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, des organes de dosage et de répartition du carburant entre les deux circuits et un moyen de commande de ces organes, le circuit à débit intermittent étant susceptible d'être purgé, caractérisé en ce que, sur réception d'une consigne de remplissage en carburant des circuits à la suite d'une purge du circuit à débit intermittent, le moyen de commande est adapté à - comparer la valeur de consigne reçue à un seuil de consigne, et, si la valeur de la consigne est supérieure au seuil de consigne, - commander les organes de dosage et de répartition pour remplir le circuit à débit intermittent préalablement à l'atteinte d'un seuil de poussée du moteur correspondant à une répartition prédéterminée de carburant entre le circuit à débit permanent et le circuit à débit intermittent.

Grâce à l'invention, le débit de carburant injecté dans la chambre de combustion reste conforme au débit attendu pour un bon fonctionnement, en particulier il n'y a pas de sous-dosage de carburant dû au remplissage du circuit à débit intermittent. Il n'y a pas de retard de réponse du circuit à débit intermittent ni de dépassement de régime souhaité à la fin du remplissage du circuit à débit intermittent. L'invention apporte une solution robuste pour que la durée de remplissage en carburant du circuit à débit intermittent n'affecte pas l'accélération du moteur. L'invention permet d'anticiper le besoin d'utilisation du circuit à débit intermittent tout en évitant de le remplir en carburant lorsque ce n'est pas nécessaire. Ainsi, le circuit à débit intermittent reste à l'état purgé le plus longtemps possible, ce qui écarte le risque de cokéfaction du carburant stagnant. Selon une caractéristique préférée, le moyen de commande est adapté à déterminer, pour un point donné du domaine de vol, le seuil de consigne en fonction du seuil de poussée du moteur. Selon une caractéristique préférée, le moyen de commande est adapté à déterminer le seuil de poussée du moteur comme le point de poussée à partir duquel le circuit à débit intermittent est utilisé.

Selon une caractéristique préférée, le moyen de commande est adapté à déterminer la valeur de consigne en fonction de la position de la manette de commande des gaz actionnée par un utilisateur. L'invention concerne aussi un procédé d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur, par un système d'injection comportant au moins deux circuits de carburant, l'un à débit permanent et l'autre à débit intermittent, des organes de dosage et de répartition du carburant entre les deux circuits et un moyen de commande de ces organes, le circuit à débit intermittent étant susceptible d'être purgé, caractérisé en ce que, sur réception d'un consigne de remplissage en carburant des circuits à la suite d'une purge du circuit à débit intermittent, il comporte les étapes de : - comparaison de la valeur de consigne reçue à un seuil de consigne, et, si la valeur de la consigne est supérieure au seuil de consigne, - commande des organes de dosage et de répartition pour remplir le circuit à débit intermittent préalablement à l'atteinte d'un seuil de point de poussée correspondant à une répartition prédéterminée de carburant entre le circuit à débit permanent et le circuit à débit intermittent.

Selon une caractéristique préférée, le procédé d'injection de carburant comporte l'étape de détermination, pour un point donné du domaine de vol, le seuil de consigne en fonction du seuil de poussée du moteur. Selon une caractéristique préférée, le seuil de poussée du moteur est le point de poussée à partir duquel le circuit à débit intermittent est utilisé. Selon une caractéristique préférée, la valeur de consigne est déterminée en fonction de la position de la manette de commande des gaz actionnée par un utilisateur. Le procédé présente 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. 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. 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 procédé d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur, selon un mode de réalisation de l'invention, La figure 3 représente un exemple de débit de carburant, selon la présente invention, La figure 4 représente un exemple de consigne et de régime moteur, selon la présente 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.

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 une vanne de répartition qui répartit le carburant entre les deux circuits d'injection. Le doseur 4 et la vanne 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 procédé d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur, mis en oeuvre dans le mode de réalisation de système précédemment décrit, plus particulièrement dans le dispositif de régulation électronique 3. Le procédé comporte des étapes El à E4. L'étape El est la réception d'une consigne de remplissage en carburant des circuits d'injection, à la suite d'une purge du circuit à débit intermittent 2. On suppose que la consigne de remplissage survient à un instant T1.

La consigne de remplissage en carburant des circuits d'injection correspond à une consigne de poussée du moteur qui est déterminée par la position de la manette des gaz actionnée par un utilisateur. La figure 3 représente un exemple de débit total de carburant D(t) délivré dans la chambre de combustion par les circuits d'injection 1 et 2, en fonction du temps, correspondant à la consigne de remplissage reçue. Le débit total de carburant délivré dans la chambre de combustion est égal à une première valeur D1 relativement faible jusqu'à l'instant T1 auquel la consigne de remplissage en carburant des circuits d'injection est reçue, puis il augmente jusqu'à une deuxième valeur D2 plus élevée que la première, entre les instants T1 et T4. Le débit D(t) reste ensuite égal à la deuxième valeur D2. A titre d'exemple, la valeur D1 vaut 750 kg/h, la valeur D2 vaut 3000 kg/h et la durée T4-T1 vaut 7 secondes. Sur cette courbe, un seuil Al de débit total de carburant est déterminé. Le seuil Al est le débit correspondant à une répartition prédéterminée de carburant entre le circuit à débit permanent et le circuit à débit intermittent. Le seuil Al de débit correspond à un seuil de poussée du moteur.

De préférence, le seuil Al de débit est le débit à partir duquel le circuit à débit intermittent est utilisé. Pour un débit de carburant inférieur ou égal au seuil de débit, c'est-à-dire pour une poussée du moteur inférieure ou égale au seuil de poussée du moteur, seul le circuit à débit permanent 1 est sollicité. A partir du seuil de débit, c'est-à- dire du seuil de poussée, le circuit à débit intermittent 2 commence à être lui aussi sollicité. Le seuil Al de débit est atteint à un instant T2. Il est à noter que le point de poussée correspondant au seuil Al de débit se trouve à un niveau intermédiaire entre la poussée de ralenti sol et celle de décollage.

En variante, le seuil de débit, et donc le seuil de poussée du moteur, est choisi pour correspondre à une autre répartition prédéterminée de carburant entre le circuit à débit permanent et le circuit à débit intermittent. Dans tous les cas, cette autre répartition dépend de l'utilisation du circuit à débit intermittent. Le débit A2 est le débit maximal pouvant passer dans le circuit à débit permanent. Le débit A2 est atteint à un instant T3 supérieur à T2. La durée (T3-T2) vaut par exemple 0.6 secondes. Selon la technique antérieure, le circuit à débit intermittent, qui a été préalablement purgé, reste vide jusqu'à l'instant T2 où il commence à être sollicité. Le circuit à débit intermittent doit tout d'abord être rempli avant de pourvoir délivrer du carburant dans la chambre de combustion. Or le remplissage du circuit à débit intermittent dure un temps minimum qui est supérieur à la durée (T3-T2). Par exemple, la durée de remplissage du circuit à débit intermittent est de 2 secondes. Le circuit à débit intermittent ne devient fonctionnel qu'à l'issue de son remplissage en carburant. Il existe donc selon la technique antérieure un laps de temps à partir de l'instant T3 au cours duquel le débit du carburant injecté dans la chambre de combustion est plafonné à la valeur A2 atteinte à cet instant. L'étape E2 est la détermination d'un seuil de consigne B par le dispositif de régulation électronique 3.

Pour un point donné du domaine de vol, le seuil de consigne est déterminé en fonction du seuil de poussée du moteur, c'est-à-dire le seuil Al de débit, correspondant à la répartition prédéterminée de carburant entre le circuit à débit permanent et le circuit à débit intermittent. On rappelle que le seuil Al de débit est de préférence le débit à partir duquel le circuit à débit intermittent est utilisé. En un point du domaine de vol donné, le seuil de consigne est la valeur de consigne permettant d'atteindre la valeur de poussée égale au seuil de poussée. Le seuil de consigne B évolue en fonction du point du domaine de vol de l'aéronef, c'est pourquoi il est calculé en permanence par le dispositif de régulation 3.

L'étape El est suivie par l'étape E3 qui est la comparaison de la valeur de consigne reçue au seuil de consigne B courant fourni par l'étape E2. Si la valeur de consigne reçue est inférieure au seuil de consigne B, alors le dispositif de régulation électronique 3 commande le doseur et la vanne de répartition de manière classique. Si la valeur de consigne reçue est supérieure au seuil de consigne B, alors l'étape E3 est suivie par l'étape E4 qui est la commande des organes 4, 5 de dosage et de répartition pour remplir le circuit à débit intermittent 2 préalablement à l'atteinte du seuil de point de poussée. En d'autres termes, le franchissement du seuil de poussée du moteur, c'est-à-dire du seuil de débit Al, est anticipé. Le circuit à débit intermittent est donc rempli de carburant en avance par rapport à l'instant de son utilisation effective. Ainsi, le remplissage du circuit à débit intermittent commence à l'instant T1, ou en variante à un instant compris entre les instants T1 et (T2-DR), où DR est la durée de remplissage du circuit à débit intermittent 2, de sorte que le circuit à débit intermittent est rempli de carburant et prêt à délivrer du carburant dans la chambre de combustion à l'instant T2 où il est sollicité. La figure 4 représente le régime moteur et la consigne appliquée correspondant à l'exemple de la figure 3, en fonction du temps. Le régime moteur est proportionnel à la poussée du moteur.

A l'instant T1, la manette des gaz est manoeuvrée pour appliquer une consigne. La courbe C(t) de consigne est égale à une première valeur Cl jusqu'à l'instant T1, puis à cet instant prend une seconde valeur C2. La valeur C2 est supérieure au seuil de consigne B.

Le régime moteur est égal à une première valeur R1 relativement faible jusqu'à l'instant T1 auquel la consigne de remplissage en carburant des circuits d'injection est reçue, puis il augmente jusqu'à une deuxième valeur R2 plus élevée que la première, entre les instants T1 et T4. Le régime moteur reste ensuite égal à la deuxième valeur R2. A titre d'exemple, la valeur R1 vaut 2000 RPM, la valeur R2 vaut 7000 RPM et la durée T4- T1 vaut 7 secondes.15

Claims

REVENDICATIONS1. 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), des organes (4, 5) de dosage et de répartition du carburant entre les deux circuits et un moyen de commande (3) de ces organes, le circuit à débit intermittent étant susceptible d'être purgé, caractérisé en ce que, sur réception d'une consigne de remplissage en carburant des circuits à la suite d'une purge du circuit à débit intermittent, le moyen de commande (3) est adapté à - comparer la valeur de consigne reçue à un seuil de consigne, et, si la valeur de la consigne est supérieure au seuil de consigne, - commander les organes (4, 5) de dosage et de répartition pour remplir le circuit à débit intermittent (2) préalablement à l'atteinte d'un seuil de poussée du moteur correspondant à une répartition prédéterminée de carburant entre le circuit à débit permanent et le circuit à débit intermittent.
2. Système d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commande (3) est adapté à déterminer, pour un point donné du domaine de vol, le seuil de consigne en fonction du seuil de poussée du moteur.
3. Système d'injection de carburant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de commande (3) est adapté à déterminer le seuil de poussée du moteur comme le point de poussée à partir duquel le circuit à débit intermittent est utilisé.
4. Système d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de commande (3) est adapté àdéterminer la valeur de consigne en fonction de la position de la manette de commande des gaz actionnée par un utilisateur.
5. Procédé d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur, par un système d'injection comportant au moins deux circuits de carburant, l'un à débit permanent et l'autre à débit intermittent, des organes de dosage et de répartition du carburant entre les deux circuits et un moyen de commande de ces organes, le circuit à débit intermittent étant susceptible d'être purgé, caractérisé en ce que, sur réception (El) d'un consigne de remplissage en carburant des circuits à la suite d'une purge du circuit à débit intermittent, il comporte les étapes de : - comparaison de la valeur de consigne reçue à un seuil de consigne, et, si la valeur de la consigne est supérieure au seuil de consigne, - commande des organes (4, 5) de dosage et de répartition pour remplir le circuit à débit intermittent (2) préalablement à l'atteinte d'un seuil de point de poussée correspondant à une répartition prédéterminée de carburant entre le circuit à débit permanent et le circuit à débit intermittent.
6. Procédé d'injection de carburant selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de détermination, pour un point donné du domaine de vol, le seuil de consigne en fonction du seuil de poussée du moteur.
7. Procédé d'injection de carburant selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le seuil de poussée du moteur est le point de poussée à partir duquel le circuit à débit intermittent est utilisé.
8. Procédé d'injection de carburant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la valeur de consigne est déterminée en fonction de la position de la manette de commande des gaz actionnée par un utilisateur.30
9. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution du procédé selon la revendication 5 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur.
10. 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 5.