Карбюратор давления — это тип системы дозирования топлива, производимый корпорацией Bendix для поршневых авиационных двигателей , начиная с 1940-х годов. Он признан ранним типом впрыска топлива через дроссельную заслонку и был разработан для предотвращения топливного голодания во время перевернутого полета .
Большинство самолетов 1920-х и 1930-х годов имели карбюратор поплавкового типа . Они подходят для гражданских самолетов, которые обычно летают вертикально, но представляют проблему для самолетов, которые летают вверх дном или подвергаются отрицательной перегрузке , особенно военных истребителей и самолетов для выполнения акробатических упражнений . Поплавковый карбюратор использует эффект Вентури для подачи топлива во впускной канал двигателя; это зависит от постоянного уровня топлива в поплавковой камере для поддержания желаемой топливно-воздушной смеси. Поплавок управляет клапаном, который поддерживает постоянный уровень топлива в карбюраторе, несмотря на изменяющиеся потребности, с помощью связанного поплавкового клапана . По мере увеличения уровня топлива клапан закрывается, замедляя или останавливая поток в камеру. Однако, поскольку поплавок зависит от силы тяжести для функционирования, он неэффективен, когда самолет перевернут. Во время переворачивания топливо подается в поплавковую камеру так быстро, как только может топливный насос, что приводит к чрезвычайно богатой смеси, останавливающей двигатель почти мгновенно.
Проблема остро ощущалась Королевскими ВВС в первые годы Второй мировой войны, поскольку двигатели Rolls-Royce Merlin, установленные на Hurricane и Spitfire, страдали от этой проблемы, в отличие от двигателей с непосредственным впрыском топлива их немецких аналогов. Она была в значительной степени решена путем установки ограничивающей поток шайбы, которая пропускала ровно столько топлива в карбюратор, чтобы двигатель мог развивать максимальную мощность (ограничитель RAE был известен как « отверстие мисс Шиллинг »). Однако это было лишь временным решением.
Карбюратор давления решил эту проблему. Он работает только на давлении, а это значит, что гравитация больше не имеет никакого влияния. По этой причине карбюратор давления работает надежно, когда самолет находится в любом положении полета. Тот факт, что карбюратор давления работает по принципу топлива под положительным давлением, делает его формой впрыска топлива .
Как и поплавковый карбюратор, карбюратор высокого давления имеет цилиндр с трубкой Вентури внутри, через которую воздух поступает в цилиндры двигателя. Однако у него нет поплавка, контролирующего поток топлива в карбюратор. Вместо этого у него четыре камеры в ряд, разделенные гибкими диафрагмами. Диафрагмы прикреплены концентрически к валу, который управляет клиновидным сервоклапаном. Этот клапан контролирует скорость, с которой топливо может поступать в карбюратор высокого давления. Внутри цилиндра, ниже по потоку от дроссельной заслонки, находится выпускной клапан, который представляет собой подпружиненный клапан, работающий от давления топлива, который контролирует скорость, с которой топливо выпускается в цилиндр.
Некоторые карбюраторы давления имели множество вспомогательных систем. Конструкции становились сложнее с более крупными моделями, используемыми на более крупных двигателях. Многие имеют ускорительный насос , автоматический контроль смеси , а модели на двигателях с турбонаддувом оснащены температурным компенсатором. В результате двигатели с карбюратором давления довольно просты в эксплуатации по сравнению с двигателями с поплавковым карбюратором.
Четыре камеры в карбюраторе давления расположены в ряд и обозначены буквами. Камера A содержит ударное давление воздуха на входе в карбюратор. Камера B содержит более низкое давление воздуха из горловины трубки Вентури. Разница в давлении между двумя воздушными камерами создает то, что известно как сила дозирования воздуха , которая действует, чтобы открыть сервоклапан. Камера C содержит дозированное топливо, а камера D содержит неизмеренное топливо. Разница в давлении между двумя топливными камерами создает силу дозирования топлива , которая действует, чтобы закрыть сервоклапан. Поскольку давление топлива, естественно, выше давления воздуха, камера A содержит пружину, которая компенсирует разницу в силе для создания баланса.
Когда двигатель запускается и воздух начинает проходить через трубку Вентури, давление в трубке Вентури падает в соответствии с принципом Бернулли . Это приводит к падению давления в камере B. В то же время воздух, поступающий в карбюратор, сжимает воздух в ударных трубках, создавая положительное давление, зависящее от плотности и скорости воздуха при его поступлении. Разница в давлении между камерой A и камерой B создает силу дозирования воздуха, которая открывает сервоклапан и позволяет топливу поступать внутрь. Камера C и камера D соединены топливным каналом, который содержит топливные дозирующие жиклеры . Когда топливо начинает поступать, перепад давления на дозирующем жиклере создает силу дозирования топлива, которая закрывает сервоклапан до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие с давлением воздуха и пружиной.
Из камеры C топливо поступает в выпускной клапан. Выпускной клапан действует как переменный ограничитель, который поддерживает давление в камере C постоянным, несмотря на изменяющиеся скорости потока топлива.
Топливная смесь автоматически контролируется высотой, перекачивая воздух под высоким давлением из камеры A в камеру B, когда он проходит через конический игольчатый клапан. Игольчатый клапан управляется анероидным сильфоном, что приводит к обеднению смеси по мере увеличения высоты.
Топливная смесь управляется вручную рычагом управления топливной смесью в кабине. Рычаг в кабине имеет три или четыре фиксированных положения, которые заставляют пластину в форме клеверного листа вращаться в камере управления смесью. Пластина закрывает или открывает топливные дозирующие жиклеры, когда рычаг управления смесью перемещается следующим образом:
Система ADI (антидетонационного впрыска), являющаяся дополнением к карбюратору высокого давления, установленному на больших военных поршневых двигателях, состоит из бака для жидкости ADI (смеси 50% метанола , 49% воды и 1% масла), нагнетательного насоса, регулятора давления, распылительной форсунки и регулирующей диафрагмы, которая закрывает клапан обогащения карбюратора при наличии давления.
Система ADI добавляет охлаждающую воду в топливно-воздушную смесь для предотвращения преждевременного воспламенения (детонации) в цилиндрах двигателя, когда смесь обедняется до более мощной, но повреждающей двигатель, смеси, которая значительно увеличивает мощность двигателя. Подача жидкости ADI ограничена, так что система исчерпывает жидкость до того, как двигатель будет поврежден из-за очень высоких температур головки цилиндра, вызванных очень бедной смесью.
Карбюраторы давления использовались во многих поршневых двигателях 1940-х годов, использовавшихся в самолетах Второй мировой войны . Они прошли путь от новой конструкции в начале войны до стандартного оборудования почти на каждом двигателе самолетов союзников к концу войны. Самыми большими карбюраторами давления были Bendix PR-100, которые использовались в Pratt & Whitney R-4360 , самом большом поршневом авиационном двигателе, который когда-либо производился.
После войны Bendix выпустила серию PS меньшего размера, которая использовалась в двигателях Lycoming и Continental на самолетах гражданской авиации . Эти карбюраторы с малым давлением в конечном итоге превратились в многоточечную систему непрерывного впрыска топлива Bendix RSA , которая до сих пор продается на новых самолетах. Система впрыска RSA распыляет топливо в порты, расположенные сразу за впускными клапанами в каждом цилиндре, тем самым устраняя охлаждающий эффект испарения топлива как источника льда в карбюраторе, поскольку температура во впускных портах слишком высока для образования льда.