Карбюратор высокого давления Bendix-Stromberg - Bendix-Stromberg pressure carburetor

Карбюратор давления Bendix-Stromberg
	Визитная карточка Bendix-Stromberg PD12-F13 из Пратт и Уитни R-2000 радиальный двигатель
Тип	Бендикс-Стромберг модель PD12-F13
национальное происхождение	Соединенные Штаты
Производитель	Бендикс

Из трех типов карбюраторы используется на больших, высокопроизводительных авиационные двигатели произведено в Соединенные Штаты в течение Вторая Мировая Война, то Карбюратор высокого давления Bendix-Stromberg был наиболее часто встречающимся. Два других типа карбюраторов были произведены Chandler Groves (позже Холли Карбюратор Company) и Chandler Evans Control Systems (CECO). Оба этих типа карбюраторов имели относительно большое количество внутренних деталей, а в случае карбюратора Холли возникли сложности в его конструкции «переменной Вентури».

Беспоплавковое давление карбюратор это тип управления топливом для самолета, который обеспечивает очень точную подачу топлива, предотвращает образование льда в карбюраторе и предотвращает топливное голодание в течение отрицательный "G" и перевернутый полет за счет отказа от обычного впускного топливного клапана с поплавковым управлением. В отличие от поплавковой топливной системы карбюратора, в которой Вентури Для всасывания топлива в двигатель напорный карбюратор использует трубку Вентури только для измерения массового расхода воздуха в двигатель и управляет потоком топлива, которое постоянно находится под давлением от топливного насоса к распылительной форсунке. В 1936 году был установлен первый напорный карбюратор Bendix-Stromberg (модель PD12-B), который летал на Эллисон V-1710 -7.

Фон

В Bendix Corporation под маркой Bendix-Stromberg продавала три типа авиационных топливных систем:

Авиационные двигатели с низкими характеристиками и почти все авиационные двигатели, выпущенные до 1940 года, обычно оснащались обычным поплавковым карбюратором, который, за исключением размера, не сильно отличался от тех, что устанавливались на автомобилях или сельскохозяйственных тракторах того времени.^[1]

После 1938 года высокопроизводительные авиационные двигатели оснащались беспоплавковыми карбюраторами высокого давления, особенно те, которые использовались в боевых самолетах. Эти карбюраторы были большим шагом вперед в технологии, и их можно было рассматривать как механические аналоги сегодняшних электронных компьютеров управления топливом. Эти беспоплавковые карбюраторы являются темой данной статьи.^[2]

В последние годы Второй мировой войны авиационные двигатели, которые превышали удельная мощность более 1,0, были оснащены сначала распределенными впрыск топлива и позже с прямым впрыском, который стал предпочтительной топливной системой. Используя те же принципы, что и карбюратор высокого давления для измерения потока воздуха в двигатель, распределенная система впрыска топлива использовала отдельные топливопроводы к каждому цилиндру, впрыскивая топливо в входной порт. Системы прямого впрыска отличались от карбюратора под давлением тем, что топливо вводится прямо вверх по потоку от впускного клапана во впускное отверстие в каждой отдельной головке блока цилиндров в системе прямого впрыска топлива, в отличие от карбюратора высокого давления, куда подается топливо. у карбюратора. Эти устройства управления подачей топлива были индивидуально рассчитаны и откалиброваны почти для всех поршневых авиационные двигатели Используется как гражданскими, так и союзными военными самолетами, сделанными в послевоенную эпоху. Эти системы впрыска топлива отличаются высокой производительностью. авиация общего назначения поршневые двигатели, которые продолжают летать в 21 век.^[3]

Дизайн и развитие

Начиная с азов топлива горение, независимо от того, какой тип топливной системы используется на данном двигателе, единственная задача карбюратора - обеспечить точное количество топлива в заданном количестве воздуха, поступающего в двигатель.^[4] Чтобы быть сжигаемым, соотношение воздух-топливо должен быть в пределах пределы воспламеняемости от 9 до 16 фунтов (4–7 кг) воздуха на 1 фунт (0,5 кг) топлива (для бензиновых двигателей). Выше или ниже этого соотношения топливо не будет гореть.

Далее, также предполагается, что в этом диапазоне допустимых смесей существует только одно соотношение, которое является идеальным соотношением воздух-топливо в то время, учитывая дроссель положение, установленное пилотом. Подводя итог, можно сказать, что идеальный карбюратор обеспечивает правильное соотношение воздух-топливо, которое требуется двигателю, во всех его рабочих условиях.^[5]

Наконец, точное количество необходимого топлива изменяется между нижним пределом чрезмерно обедненной смеси 16: 1 и верхним пределом чрезмерно богатой смеси 9: 1 при изменении рабочего состояния двигателя.^[6]

Подводя итог, можно сказать, что для того, чтобы карбюратор мог подавать точное количество необходимого топлива, необходимо снабдить карбюратор тремя вещами:

Во-первых, точный вес проходящего через него воздуха,
Во-вторых, какое соотношение воздух-топливо необходимо для рабочего состояния двигателя,
В-третьих, какой режим работы двигателя требуется для пилота самолета.

Как только эти три компонента будут доставлены в карбюратор, хорошо спроектированный карбюратор будет постоянно обеспечивать двигатель точным, правильным потоком топлива. Любой хорошо спроектированный карбюратор делает это регулярно, независимо от типа и размера двигателя. С другой стороны, авиационные карбюраторы работают в чрезвычайных условиях, включая резкие маневры в трех измерениях, иногда все одновременно.

Проблемы: лед, гравитация и инерция

Когда топливо испаряется, оно охлаждает окружающий воздух из-за эффект охлаждения поскольку топливо поглощает тепло при переходе из жидкого состояния в газообразное.^[7] Это может привести к тому, что воздух опустится ниже точки замерзания, в результате чего водяной пар, содержащийся в воздухе, сначала изменит состояние с газа на жидкость, которая затем станет льдом. Этот лед образуется на дроссельной заслонке, которая расположена «ниже по потоку» от топливного сопла. Лед также образуется на внутренних стенках карбюратора, иногда до такой степени, что он блокирует поток воздуха в двигатель.^[7]

Карбюраторы поплавкового типа лучше всего работают в стабильном рабочем состоянии. Авиация общего назначения Самолет эксплуатируется в ряде условий, не сильно отличающихся от условий автомобиля, поэтому карбюратор поплавкового типа может быть всем, что необходимо. Другое дело - большой или быстрый самолет, особенно если учесть, что самолет истребитель может летать перевернутый или через серию поворотов с большим ускорением, подъемов и погружений, все с широким диапазоном скоростей и высот, и за очень короткое время.^[8]

Как только карбюратор выходит из стабильного состояния, на поплавок влияют оба сила тяжести и инерция, что приводит к неточному дозированию топлива и снижению производительности двигателя при изменении соотношения воздух-топливо, становясь либо слишком бедным, либо слишком богатым для максимальной производительности двигателя, а в некоторых случаях останавливает двигатель.^[9]

Карбюраторы поплавкового типа способны компенсировать эти нестабильные условия за счет различных конструктивных особенностей, но только в пределах разумного. Например, когда карбюратор поплавкового типа находится под отрицательный g В таких условиях, как быстрое опускание носа, поплавок поднимается к верхней части топливного бака, поскольку поплавок становится невесомым, когда самолет опускается быстрее, чем поплавок и топливо. Поплавок поднимается вверх по инерции, закрывая впускной топливный клапан, как если бы топливный бак был заполнен топливом. Прекращение подачи топлива приводит к тому, что соотношение топливо-воздух становится больше шестнадцати к одному, что в таком случае слишком бедно для сгорания, что приводит к остановке двигателя.^[10]^[11]

В обратный также верно, когда самолет находится в перевернутом полете. Поплавок погружается в воду, когда топливо под действием силы тяжести тянется вниз к верхней части топливного бака. Поплавок поднимается вверх по направлению к нижней части перевернутой емкости для топлива. Когда поплавок находится на дне топливного бака, впускной топливный клапан открывается, как это происходит, когда в топливном баке недостаточно топлива. Когда впускной топливный клапан открыт, топливный насос продолжает перекачивать топливо в топливный бак, где образующийся избыток топлива приводит к тому, что соотношение топливо-воздух становится ниже девяти к единице, что становится слишком богатым для сгорания, что останавливает двигатель.^[10]

Решение: сдвиньте топливную форсунку и снимите поплавок.

Инженеры Bendix-Stromberg преодолели проблемы, обнаруженные с карбюраторами поплавкового типа, переместив выпускной патрубок топлива на переходник карбюратора или, в некоторых случаях, на «ушко» нагнетателя, как под дроссельными заслонками, так и исключив поплавок из дозатора топлива. система. Новая конструкция «карбюратора высокого давления» заменила поплавковый впускной топливный клапан на сервопривод -работанный кукла клапан дозирования топлива.^[12]

Однако в системе стравливания воздуха топливного регулятора есть один или два небольших поплавка. Эти поплавки не имеют ничего общего с соотношением воздух-топливо, поскольку их единственная цель - позволить любому увлеченный воздух, который мог застрять в регуляторе подачи топлива, возвращается в топливный бак, откуда он будет выброшен в атмосферу.

Компоненты карбюратора

Карбюратор высокого давления состоит из трех основных частей.

В корпус дроссельной заслонки это основная часть карбюратора. Эта часть содержит один или несколько отверстия через который весь воздух поступает в двигатель. Каждое отверстие содержит несколько дроссельные заслонки которые используются пилотом для управления потоком воздуха в двигатель. В каждое отверстие также установлена трубка Вентури. Ударные трубы устанавливаются в каждую трубку Вентури, помещая их прямо на пути поступающего воздуха. Все остальные основные части прикреплены к корпусу и связаны с внутренними проходами или внешними трубками или шлангами.

Бар Boost с AMC показывает ударные трубки и форсунку Вентури

Блок управления подачей топлива используется пилотом для регулировки расхода топлива в двигатель. Он содержит ряд струи которые управляют давлением топлива в системе управления топливом. Он имеет поворотный пластинчатый клапан с тремя или четырьмя положениями: остановка холостого хода, который останавливает весь поток топлива, автоматический наклон который используется для нормального полета или крейсерского режима, авто богатый который используется для взлета, набора высоты и посадки, а также на некоторых карбюраторах, военный который используется для максимальной, хотя сокращение срока службы, работа двигателя.^[13]

Блок регулятора топлива принимает входные сигналы от различных источников для автоматического управления потоком топлива в двигатель. Он состоит из ряда диафрагмы зажат между металлическими пластинами, с центром примерно круглых диафрагм, соединенных с общим стержнем, образуя четыре напорные камеры в собранном виде. Внешний конец стержня соединяется с сервоклапаном дозирования топлива, который перемещается от корпуса дроссельной заслонки, чтобы открыться, позволяя большему потоку топлива или к корпусу дроссельной заслонки, чтобы закрыть, уменьшая количество топлива для потока. Стержень перемещается под действием сил, измеряемых в четырех камерах давления.

Меньшие части карбюратора либо прикреплены к основным частям, являются их частью, либо устанавливаются удаленно, в зависимости от применения двигателя.

Часть наддува установлена на впускной стороне корпуса дроссельной заслонки. Он измеряет плотность воздуха, барометрическое давление, и поток воздуха в карбюратор. Он устанавливается непосредственно в потоке воздуха на входе в горловину. Автоматический контроль смеси, если он есть, устанавливается либо на части наддува для корпусов дроссельной заслонки с двумя или более отверстиями, либо на самом корпусе дроссельной заслонки для моделей с одним отверстием.

Узел подачи топлива либо удаленно установлен на «ушке» двигателя. нагнетатель или в основании корпуса карбюратора. Топливо распыляется в воздушный поток, когда он поступает в двигатель через один или несколько распылительных клапанов с пружинным управлением. Распылительные клапаны открываются или закрываются при изменении расхода топлива, поддерживая постоянное давление подачи топлива.

An ускорительный насос часть устанавливается либо удаленно, либо на корпусе карбюратора. Ускорительный насос либо механически связан с дроссельной заслонкой, либо приводится в действие путем измерения изменения давления в коллекторе при открытии дроссельной заслонки. В любом случае он впрыскивает определенное количество дополнительного топлива в воздушный поток, чтобы обеспечить плавный разгон двигателя.

Военные карбюраторы могут иметь антидетонационный впрыск (ADI) система. Он состоит из «клапана обеднения» в части регулирования подачи топлива, резервуара для хранения жидкости ADI, насоса, регулятора, который обеспечивает определенное количество жидкости ADI в зависимости от расхода топлива, и распылительного сопла, которое устанавливается в поток воздуха, поступающий в нагнетатель.

Теория Операции

Топливный регулятор воздушной диафрагмы разделительные камеры A и B

В части регулятора подачи топлива карбюратора есть четыре камеры. Они обозначаются буквами A, B, C и D, при этом камера A находится ближе всего к корпусу дроссельной заслонки. Сервоклапан дозирования топлива реагирует на перепады давления на диафрагмах, разделяющих камеры. Результирующее движение диафрагмы контролирует поток топлива в двигатель во всех условиях полета.^[14]

Диафрагма, расположенная ближе всего к корпусу карбюратора, является диафрагмой для дозирования воздуха. Он измеряет разницу в давлении воздуха в двух точках карбюратора. Камеры A и B находятся на противоположных сторонах диафрагмы дозирования воздуха.

Скорость воздушного потока, поступающего в карбюратор, измеряется путем помещения одной или нескольких трубок Вентури непосредственно в воздушный поток. Вентури создает низкое давление, которое изменяется в зависимости от скорости воздуха. Когда давление воздуха в камере А уменьшается с увеличением потока воздуха, диафрагма тянется к корпусу карбюратора. Камера А также содержит пружину, которая открывает дозирующий топливный клапан, когда поток воздуха отсутствует.^[14]

Масса воздуха, поступающего в карбюратор, измеряется путем размещения нескольких ударных трубок непосредственно в воздушном потоке, создавая давление, которое представляет плотность воздуха. Давление в ударной трубке подводится к «камере B» на стороне диафрагмы дозирования воздуха, наиболее удаленной от корпуса карбюратора. Когда давление воздуха в камере B увеличивается, диафрагма перемещается к корпусу карбюратора.^[14]

Разница в давлении между камерами A и B создает то, что известно как сила измерения воздуха ».^[14]

Топливный регулятор топливной диафрагмы разделительные камеры C и D

Вторая диафрагма - это часть регулятора для дозирования топлива, она расположена дальше всего от корпуса карбюратора. Он измеряет разницу в давлении топлива по двум точкам внутри самого регулятора. Камеры C и D находятся на противоположных сторонах диафрагмы дозирования топлива.^[14]

Камера C содержит «неизмеренное топливо», то есть топливо, поступающее в карбюратор.^[14]

В камере D находится «дозированное топливо», то есть топливо, которое уже прошло через форсунки, но еще не впрыснулось в воздушный поток.^[14]

Разница в давлении между двумя топливными камерами создает сила дозирования топлива.

Сила дозирования воздуха из камер A и B противостоит силе дозирования топлива из камер C и D. Эти две силы объединяются в движение сервоклапана, чтобы отрегулировать поток топлива до точного количества, необходимого для нужд двигателя, и потребности пилота.^[14]

Операция

Когда двигатель запускался, воздух начал течь через трубку Вентури наддува, создавая давление (называемое частичный вакуум так как оно ниже атмосферного давления, но не полного вакуума) в трубке Вентури для падения согласно Принцип Бернулли. Это приводит к падению давления воздуха в камере A пропорционально частичному разрежению в трубке Вентури наддува.^[14]

В то же время воздух, поступающий в карбюратор, сжимает воздух в ударных трубках, создавая в камере В положительное давление, пропорциональное плотности и скорости воздуха, поступающего в двигатель. Разница в давлении между камерой A и камерой B создает сила измерения воздуха который открывает сервоклапан, позволяя топливу попасть в регулятор топлива.^[14]

Давление топлива из топливного насоса толкает диафрагму в камере C, перемещая сервоклапан в закрытое положение. Топливо также поступает в клапан регулирования смеси, который закрыт в положении отключения холостого хода и открыт во всех других положениях.

Камера C и камера D связаны топливным каналом, в котором находится жиклеры дозатора топлива. Когда рычаг управления смесью перемещается из отключение холостого хода В этом положении топливо начинает течь через дозирующие жиклеры в камеру D, где становится дозированным топливом.^[14]

Нагнетательный клапан подпружинен до заданного давления нагнетания, действуя как ограничение переменного размера для поддержания постоянного давления в камере D, несмотря на изменяющиеся скорости потока топлива. Клапан открывается, когда давление нагнетаемого топлива превышает усилие пружины, тем самым снижая давление топлива для поддержания сбалансированного положения с силой пружины.^[14]

Топливная смесь автоматически регулируется по высоте с помощью автоматического регулирования смеси. Он работает путем выпуска воздуха с более высоким давлением из камеры B в камеру A, когда он проходит через конический игольчатый клапан. Игольчатый клапан управляется анероидным сильфоном, который измеряет атмосферное давление, вызывая наклон смеси с увеличением высоты.^[14]

После взлета и достижения круиз высоты, пилот переводит регулятор смеси из авто богатый к автоматический наклон. Это снижает расход топлива за счет закрытия прохода через богатая струя. В результате уменьшение расхода приводит к дисбалансу дозирующей топливной диафрагмы, в результате чего дозирующий топливный клапан меняет положение, тем самым снижая расход топлива до настройки автоматического обедненного расхода.^[14]

В случае боевой или аварийной ситуации контроль смеси может быть перенесен на авто богатый положение, обеспечивающее дополнительное топливо для двигателя, или в военном самолете, в военный положение, если самолет так оборудован. Находясь в военной должности, Инъекция против детонации Система (ADI) активируется, впрыскивая жидкость ADI во впускную систему двигателя. Давление в системе ADI перемещает диафрагму разогрева в регуляторе подачи топлива, чтобы закрыть форсунка для обогащения, уменьшая подачу топлива к более бедной смеси, которая обеспечивает более высокую мощность двигателя за счет увеличения среднее эффективное давление. Это вызывает повышение температуры головки цилиндров до очень высокого уровня, что резко увеличивает риск детонации (см .: стук двигателя ). Добавление жидкости ADI повышает среднее октановое число заряда, предотвращая преждевременное воспламенение, а также снижает температуру цилиндров до более приемлемого уровня. Поскольку эта операция выводит двигатель за пределы его нормальных проектных ограничений, такая установка мощности не подходит для длительного использования. После того, как жидкость ADI израсходована, или если клапан регулирования смеси перемещается из военный В этом положении давление в диафрагме для управления топливом снижается, и жиклер для обогащения снова открывается для нормального потока топлива.^[15]

Варианты

Бендикс-Стромберг произвел карбюраторы различных стилей и размеров, каждый из которых можно было откалибровать для конкретного двигателя и планера.

Есть четыре стиля:^[16]

PS одинарный карбюратор
PD двойной карбюратор
PT карбюратор с тройным цилиндром
PR карбюратор прямоугольного сечения

Каждый из этих стилей доступен в нескольких размерах с использованием измерений площади отверстия на прямоугольном отверстии или специальной системы для круглых отверстий и фактических квадратных дюймов площади горловины для прямоугольного типа.^[16]

PS стиль: Одно круглое горло, может быть установлено восходящим, нисходящим и горизонтальным с небольшими изменениями; ПС-5, ПС-7, ПС-9^[16]

PD стиль: Двойное круглое горло, возможность установки восходящего и нисходящего потока с небольшими изменениями; ПД-7, ПД-9, ПД-12, ПД-14, ПД-16, ПД-17, ПД-18^[16]

PT стиль: Тройное круглое горло, возможность установки восходящего и нисходящего потока с небольшими изменениями; ПТ-13^[16]

PR стиль: Два или четыре прямоугольных горловины, можно установить восходящий и нисходящий потоки с небольшими изменениями; ПР-38, ПР-48, ПР-52, ПР-53, ПР-58, ПР-62, ПР-64, ПР-74, ПР-78, ПР-88, ПР-100^[16]

Bendix использовал специальный метод для определения круглых отверстий карбюратора. Первый дюйм диаметра отверстия используется как базовое число один, затем каждая четверть дюйма увеличения диаметра добавляет единицу к базовому числу.^[16]

Примеры:

отверстие 1-1 / 4 дюйма будет закодировано как размер 2 (номер основания 1 + 1 для диаметра 1/4 дюйма более 1 дюйма)
отверстие 1-1 / 2 дюйма будет закодировано как номер размера 3 (номер основания 1 + 2 для двух 1/4 дюйма более 1 дюйма),

и так далее до размера 18 (номер основания 1 + 17 для семнадцати шагов по 1/4 дюйма над основанием в 1 дюйм).

Наконец, 3/16 дюйма добавляются к закодированному размеру для фактического диаметра готового отверстия.

Используя в качестве примера диаметр отверстия 18, мы можем рассчитать фактический размер отверстия следующим образом:

Первый дюйм представлен базовым числом один, и мы вычитаем его из числа размера 18. В результате остается 17 единиц размером в четверть дюйма, или 17/4, что сокращается до 4-1 / 4 дюйма.
Добавив базовое число в один дюйм, мы получим отверстие 5-1 / 4 дюйма.
Наконец, мы добавляем 3/16, чтобы в целом получить диаметр 5-7 / 16 дюймов для каждого из двух отверстий в корпусе карбюратора PD-18.

Каждый номер модели карбюратора включает в себя стиль, размер и конкретную букву модели, за которой может следовать номер версии. Каждое приложение (конкретная комбинация двигателя и планера) затем получает «номер списка», который содержит список конкретных частей и технологическую схему для этого приложения. Излишне говорить, что в главном каталоге есть сотни списков деталей и технологических схем.^[16]

Приложения

Как правило, карбюраторы типа PS используются в двигателях с оппозитными поршнями на легких самолетах и вертолетах. Двигатель может быть установлен в носовой части, хвосте, крыле или внутри планера. Двигатель можно устанавливать как вертикально, так и горизонтально.^[16]

Карбюраторы типа PD предназначены для рядных и радиальных двигателей от 900 до 1900 кубических дюймов.^[16]

Карбюраторы типа PT обычно встречаются на двигателях объемом от 1700 до 2600 кубических дюймов.^[16]

Карбюраторы типа PR используются в двигателях объемом от 2600 до 4360 кубических дюймов.^[16]

Карбюратор высокого давления Bendix-Stromberg - Bendix-Stromberg pressure carburetor

Содержание

Фон