Un carburador de presión es un tipo de sistema de medición de combustible fabricado por Bendix Corporation para motores de aviones de pistón , a partir de la década de 1940. Se reconoce como un tipo temprano de inyección de combustible del cuerpo del acelerador y se desarrolló para evitar la falta de combustible durante el vuelo invertido .
Concepto
La mayoría de los aviones de las décadas de 1920 y 1930 tenían un carburador de tipo flotador . Son adecuados para aeronaves civiles que normalmente vuelan en posición vertical, pero presentan un problema para las aeronaves que vuelan boca abajo o están sujetas a una fuerza G negativa , especialmente aviones de combate militares y aviones acrobáticos . Un carburador flotante utiliza el efecto venturi para suministrar combustible a la admisión del motor; esto depende de un nivel constante de combustible en el recipiente del flotador para mantener la mezcla de aire y combustible deseada. El flotador opera una válvula que mantiene constante el nivel de combustible en el carburador a pesar de las diferentes demandas por medio de una válvula de flotador conectada . A medida que aumenta el nivel de combustible, la válvula se cierra reduciendo la velocidad o deteniendo el flujo hacia el recipiente. Sin embargo, dado que el flotador depende de la gravedad para funcionar, es ineficaz cuando la aeronave está invertida. Durante la inversión, el combustible se entrega al recipiente del flotador tan rápido como la bomba de combustible es capaz, lo que resulta en una mezcla extremadamente rica que detiene el motor casi instantáneamente.
La RAF sintió profundamente el problema durante los primeros años de la Segunda Guerra Mundial, porque los motores Rolls-Royce Merlin instalados en Hurricanes y Spitfires sufrieron el problema, a diferencia de los motores de inyección directa de combustible de sus homólogos alemanes. Se resolvió en gran medida mediante la instalación de una arandela de restricción de flujo que permitía el ingreso de suficiente combustible al carburador para que el motor desarrollara la máxima potencia (el restrictor RAE se conocía como " orificio de Miss Shilling "). Sin embargo, fue solo una solución provisional.
El carburador de presión solucionó el problema. Opera solo con presión, lo que significa que la gravedad ya no tiene ningún efecto. Por esa razón, el carburador de presión funciona de manera confiable cuando el avión se encuentra en cualquier posición de vuelo. El hecho de que un carburador a presión funcione según el principio de combustible a presión positiva lo convierte en una forma de inyección de combustible .
Construcción
Al igual que un carburador de flotador, un carburador de presión tiene un barril con un venturi en su interior a través del cual fluye el aire en su camino hacia los cilindros del motor. Sin embargo, no tiene flotador para controlar el flujo de combustible al carburador. En cambio, tiene cuatro cámaras en fila separadas por diafragmas flexibles. Los diafragmas están unidos de forma concéntrica a un eje que opera una servoválvula en forma de cuña. Esta válvula controla la velocidad a la que el combustible puede ingresar al carburador de presión. Dentro del barril, aguas abajo del acelerador se encuentra la válvula de descarga, que es una válvula accionada por resorte operada por presión de combustible que controla la velocidad a la que se descarga el combustible en el barril.
Algunos carburadores a presión tenían muchos sistemas auxiliares. Los diseños crecieron en complejidad con los modelos más grandes utilizados en motores más grandes. Muchos tienen una bomba de aceleración , un control automático de mezcla y los modelos con motores turboalimentados cuentan con un compensador de temperatura. El resultado es que los motores carburados a presión son bastante sencillos de operar en comparación con los motores carburados flotantes.
Operación
Las cuatro cámaras del carburador de presión están todas en una fila y se denominan letras. La cámara A contiene presión de aire de impacto en la entrada del carburador. La cámara B contiene la presión de aire más baja de la garganta del venturi. La diferencia de presión entre las dos cámaras de aire crea lo que se conoce como la fuerza de medición de aire , que actúa para abrir la servoválvula. La cámara C contiene combustible medido y la cámara D contiene combustible no medido. La diferencia de presión entre las dos cámaras de combustible crea la fuerza dosificadora de combustible , que actúa para cerrar la servoválvula. Dado que las presiones del combustible son naturalmente más altas que la presión del aire, la cámara A contiene un resorte que compensa la diferencia de fuerza para crear un equilibrio.
Cuando el motor arranca y el aire comienza a fluir a través del venturi, la presión en el venturi cae según el principio de Bernoulli . Esto hace que la presión en la cámara B caiga. Al mismo tiempo, el aire que ingresa al carburador comprime el aire en los tubos de impacto, generando una presión positiva basada en la densidad y velocidad del aire cuando ingresa. La diferencia de presión entre la cámara A y la cámara B crea la fuerza dosificadora de aire que abre la servoválvula y permite la entrada de combustible. La cámara C y la cámara D están conectadas por un conducto de combustible que contiene los surtidores dosificadores de combustible . A medida que el combustible comienza a fluir, la caída de presión a través del chorro dosificador crea la fuerza dosificadora de combustible que actúa para cerrar la servoválvula hasta que se alcanza un equilibrio con la presión del aire y el resorte.
Desde la cámara C, el combustible fluye hacia la válvula de descarga. La válvula de descarga actúa como una restricción variable que mantiene constante la presión en la cámara C a pesar de los diferentes caudales de combustible.
La mezcla de combustible se controla automáticamente en altitud purgando aire a mayor presión de la cámara A a la cámara B a medida que fluye a través de una válvula de aguja cónica. La válvula de aguja está controlada por un fuelle aneroide, lo que provoca una inclinación de la mezcla a medida que aumenta la altitud.
La mezcla de combustible se controla manualmente mediante una palanca de control de mezcla de combustible en la cabina. La palanca de la cabina tiene tres o cuatro posiciones de retención que hacen que una placa en forma de hoja de trébol gire en la cámara de control de mezcla. La placa cubre o descubre los surtidores dosificadores de combustible cuando la palanca de control de mezcla se mueve de la siguiente manera:
- Posición inactiva de corte, donde todo el flujo de combustible se corta desde el lado medido de la cámara de combustible, cerrando así la servoválvula y deteniendo el motor.
- Posición Auto-Lean, donde el combustible fluye a través de los surtidores de enriquecimiento y dosificación de combustible pobre. Esto a veces se denomina posición de crucero, ya que es la posición más utilizada durante el vuelo.
- Posición de enriquecimiento automático, donde el combustible fluye a través de los surtidores de dosificación de combustible rico, enriquecido y pobre. Esta posición se utiliza para despegar y aterrizar.
- Posición de emergencia de guerra (solo carburadores militares), donde el combustible fluye solo a través de los surtidores dosificadores de combustible rico y magro, pero solo cuando hay presión en el sistema de inyección antidetonante (ADI).
El sistema ADI (inyección anti-detonante), un complemento del carburador de presión que se encuentra en los grandes motores de pistón militares, consta de un tanque de suministro para el líquido ADI (una mezcla de 50% de metanol , 49% de agua y 1% de aceite), un bomba de presión, un regulador de presión, una boquilla de pulverización y un diafragma de control que mueve la válvula de enriquecimiento del carburador cerrada cuando hay presión.
El sistema ADI agrega agua de enfriamiento a la mezcla de aire y combustible para evitar la preignición (detonación) en los cilindros del motor cuando la mezcla se inclina a una mezcla más potente, pero dañina para el motor, que agrega una potencia considerable al motor. El suministro de líquido ADI es limitado, por lo que el sistema se queda sin líquido antes de que el motor se dañe por las temperaturas muy altas de la culata causadas por la mezcla muy pobre.
Aplicaciones
Los carburadores de presión se utilizaron en muchos motores de pistón de la década de 1940 utilizados en aviones de la Segunda Guerra Mundial . Pasaron de ser un nuevo diseño al principio de la guerra a ser equipo estándar en casi todos los motores de aviones aliados al final de la guerra. Los carburadores de presión más grandes fueron la serie Bendix PR-100 que se utilizaron en el Pratt & Whitney R-4360 , el motor de avión de pistón más grande en producción.
Después de la guerra, Bendix fabricó la serie PS más pequeña que se encontraba en los motores Lycoming y Continental en aviones de aviación general . Estos pequeños carburadores de presión finalmente evolucionaron hasta convertirse en el sistema de inyección de combustible de flujo continuo multipunto de la serie Bendix RSA que todavía se vende en aviones nuevos. El sistema de inyección RSA rocía combustible en los puertos justo afuera de las válvulas de admisión en cada cilindro, eliminando así el efecto de enfriamiento de la evaporación del combustible como fuente de hielo en el carburador, ya que la temperatura en los puertos de admisión es demasiado alta para que se forme hielo.