圧力キャブレター

圧力キャブレターは、ベンディックス社が1940年代からピストン航空機エンジン用に製造している燃料計量システムの一種です。スロットルボディ燃料噴射の初期の型として認識されており、背面飛行中の燃料不足を防ぐために開発されました。

1920 年代および 1930 年代のほとんどの航空機には、フロートタイプのキャブレターが搭載されていました。これらは、通常直立して飛行する民間航空機には適していますが、逆さまに飛行する航空機や負のg 力の影響を受ける航空機、特に軍用戦闘機やアクロバット機にとっては問題となります。フロート キャブレターは、ベンチュリー効果を利用してエンジン吸気口に燃料を供給します。これは、フロート ボウル内の燃料レベルが一定であることに依存し、必要な燃料/空気混合気が維持されます。フロートは、連結されたフロート バルブによって、変化する需要にもかかわらず、キャブレター内の燃料レベルを一定に保ちます。燃料レベルが増加すると、バルブが閉じてボウルへの流れが遅くなるか停止します。ただし、フロートは重力によって機能するため、航空機が逆さまになっている場合は効果がありません。逆さまになっている間、燃料は燃料ポンプが可能な限り速くフロート ボウルに供給され、非常に濃い混合気になってエンジンがほぼ瞬時に停止します。

この問題は、第二次世界大戦の最初の数年間、イギリス空軍によって痛切に感じられました。なぜなら、ハリケーンやスピットファイアに搭載されたロールスロイス マーリンエンジンは、ドイツ軍の直接燃料噴射エンジンとは異なり、この問題を抱えていたからです。この問題は、エンジンが最大出力を発揮するのに十分な量の燃料をキャブレターに流す流量制限ワッシャーを取り付けることで、ほぼ解決しました (RAE 制限器は「ミス シリングのオリフィス」として知られていました)。しかし、それは一時的な解決策に過ぎませんでした。

圧力キャブレターは問題を解決しました。圧力のみで作動するため、重力の影響は受けません。そのため、飛行機がどのような飛行姿勢であっても、圧力キャブレターは確実に作動します。圧力キャブレターは正圧の燃料の原理で作動するため、燃料噴射の一種と言えます。

フロート式キャブレターと同様に、圧力式キャブレターには、空気がエンジン シリンダーへ向かう途中で流れるベンチュリーが内部に備わったバレルがあります。ただし、圧力式キャブレターには、キャブレターへの燃料の流れを制御するフロートはありません。代わりに、柔軟なダイヤフラムで区切られた 4 つのチャンバーが一列に並んでいます。ダイヤフラムは、くさび形のサーボ バルブを操作するシャフトに同心円状に取り付けられています。このバルブは、圧力式キャブレターに入る燃料の速度を制御します。バレル内部、スロットルの下流には、排出バルブがあります。これは、燃料圧力によって作動するスプリング式のバルブで、バレルへの燃料の排出速度を制御します。

一部の圧力キャブレターには、多くの補助システムが搭載されています。大型エンジンで使用される大型モデルでは、設計が複雑化しています。多くのモデルには加速ポンプ、自動混合制御が備わっており、ターボチャージャー付きエンジンのモデルには温度補償装置が搭載されています。その結果、圧力キャブレター エンジンはフロート キャブレター エンジンに比べて操作がかなり簡単になりました。

圧力キャブレターの 4 つのチャンバーはすべて一列に並んでおり、文字で呼ばれています。チャンバーAには、キャブレター入口の衝撃空気圧が含まれます。チャンバーBには、ベンチュリーのスロートからの低圧空気が含まれます。2 つの空気チャンバー間の圧力差によって、空気計量力と呼ばれるものが生じ、サーボ バルブを開くように働きます。チャンバーCには計量された燃料が含まれ、チャンバーDには計量されていない燃料が含まれます。2 つの燃料チャンバー間の圧力差によって燃料計量力が生じ、サーボ バルブを閉じるように働きます。燃料圧力は当然空気圧力よりも高いため、チャンバー A には力の差を補ってバランスをとるスプリングが含まれています。

エンジンが始動し、空気がベンチュリ管を通って流れ始めると、ベルヌーイの原理に従ってベンチュリ管内の圧力が低下します。これにより、チャンバー B の圧力が低下します。同時に、キャブレターに入る空気がインパクト チューブ内の空気を圧縮し、流入時の空気の密度と速度に基づいて正圧を生成します。チャンバー A とチャンバー B の圧力差によって空気計量力が生成され、サーボ バルブが開いて燃料が流入します。チャンバー C とチャンバー D は、燃料計量ジェットを含む燃料通路によって接続されています。燃料が流れ始めると、計量ジェット全体の圧力低下によって燃料計量力が生成され、空気圧とスプリングのバランスが取れるまでサーボ バルブが閉じるように機能します。

燃料はチャンバー C から排出バルブに流れます。排出バルブは可変制限器として機能し、燃料流量が変化してもチャンバー C 内の圧力を一定に保ちます。

燃料混合物は、テーパーニードルバルブを通ってチャンバー A からチャンバー B に高圧空気を流すことで、自動的に高度制御されます。ニードルバルブはアネロイドベローズによって制御され、高度が上昇するにつれて混合物が傾きます。

燃料混合は、コックピットの燃料混合制御レバーによって手動で制御されます。コックピット レバーには 3 つまたは 4 つの戻り止め位置があり、これによりクローバー型のプレートが混合制御チャンバー内で回転します。混合制御レバーを次のように動かすと、プレートが燃料計量ジェットを覆ったり開いたりします。

1. アイドル カットオフ位置。燃料室の計量側からの燃料の流れがすべて遮断され、サーボ バルブが閉じてエンジンが停止します。
2. 自動リーン位置。燃料がエンリッチメント ジェットとリーン燃料計量ジェットを通って流れる位置です。飛行中に最もよく使用される位置であるため、巡航位置と呼ばれることもあります。
3. 自動リッチ位置。燃料はリッチ、エンリッチメント、リーン燃料計量ジェットを通って流れます。この位置は離陸と着陸に使用されます。
4. 戦争緊急位置（軍用キャブレターのみ）。この位置では、アンチデトネーション噴射（ADI）システムに圧力がある場合にのみ、燃料が希薄燃料計量ジェットと濃燃料計量ジェットのみを通って流れます。

ADI （アンチデトナント噴射）システムは、大型の軍用ピストンエンジンに搭載されている圧力キャブレターの補助装置であり、ADI 液体（メタノール50% 、水 49%、オイル 1% の混合物）の供給タンク、圧力ポンプ、圧力調整器、スプレーノズル、および圧力がかかったときにキャブレター濃縮バルブを閉じる制御ダイヤフラムで構成されています。

ADI システムは、混合気をより強力な (ただしエンジンにダメージを与える) 混合気へと薄めることでエンジンにかなりのパワーを追加したときに、エンジン シリンダー内での早期点火 (デトネーション) を防ぐために、燃料と空気の混合気に冷却水を追加します。ADI 液の供給は制限されているため、非常に薄い混合気によってシリンダー ヘッドの温度が非常に高くなり、エンジンが損傷する前に、システムの液がなくなります。

圧力キャブレターは、第二次世界大戦の航空機で使用された 1940 年代のピストン エンジンの多くに使用されていました。戦争初期には新しい設計でしたが、戦争の終わりまでにはほとんどすべての連合国の航空機エンジンの標準装備になりました。最大の圧力キャブレターは、生産された最大のピストン航空機エンジンであるPratt & Whitney R-4360に使用された Bendix PR-100 シリーズでした。

戦後、ベンディックス社は、一般航空機のライカミング社およびコンチネンタル社のエンジンに搭載された小型の PS シリーズを製造しました。これらの小型圧力キャブレターは、最終的にベンディックス RSA シリーズ マルチポイント連続流燃料噴射システムへと進化し、現在でも新しい航空機に搭載されています。RSA 噴射システムは、各シリンダーの吸気バルブのすぐ外側のポートに燃料を噴射するため、吸気ポートの温度が高すぎて氷が形成されないため、キャブレターの氷の原因となる蒸発燃料の冷却効果を排除できます。

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