Руководство пилота по аэронавтике » Глава 6. Системы самолета » Силовая установка » Карбюраторные Системы

Карбюраторные Системы

Carburetor Systems

Карбюраторы классифицируются как поплавковые и компрессорные. Карбюратор поплавкового типа в составе которого имеется система работы в режиме малого газа, жиклер приемистости, регулятор состава смеси, системой остановки при работе на малом газе, и мощной системой обогащения, вероятно является наиболее распространенным из всех типов карбюраторов. Компрессорные карбюраторы на малые самолеты обычно не ставятся. Основное различие между двумя типами карбюраторов в способе подачи топлива. Карбюратор компрессорного типа нагнетает топливо под давлением, создаваемое топливным насосом.

В поплавковом карбюраторе воздух из внешней среды сначала проходит через воздушный фильтр, обычно располагаемый в воздухозаборнике в передней части обтекателя двигателя. Отфильтрованный воздух попадает в карбюратор через трубку Вентури, которая имеет сужение. Когда воздушный поток проходит через трубку Вентури, создается область низкого давления, которая заставляет топливо проходить через главный топливный жиклер, расположенный в сужении. При этом через топливо проходит воздух, смешиваясь с ним. [Рисунок 6-10]

Затем смесь топлива и воздуха втягивается через впускной коллектор в камеры сгорания, где и воспламеняется. Карбюратор поплавкового типа получил свое название от поплавка, который находится на поверхности топлива в поплавковой камере. Игла, прикрепленная к поплавку, открывает и закрывает отверстие у основания топливного резервуара карбюратора. Таким образом дозируется количество топлива, попадающего в карбюратор, в зависимости от положения поплавка, которое зависит от уровня топлива в поплавковой камере. Когда уровень топлива вынуждает поплавок подняться, игольчатый клапан закрывает топливное открытие и прекращает поток топлива к карбюратору. Игольчатый клапан вновь открывается, как только двигателю потребуется топливо. Потоком топливовоздушной смеси к камерам сгорания управляют с помощью дроссельной заслонки, которая управляется ручкой газа из кабины экипажа.

У поплавкового карбюратора есть несколько недостатков. Во-первых, представьте эффект, который создают резкие маневры на работу поплавка. Во-вторых, топливо должно быть выпущено при низком давлении, что приводит к неполному испарению, что осложняет выпуск топлива в некоторых типах систем с наддувом. Однако, главным неудобством поплавкового карбюратора, является его склонность к обледенению. Так как карбюратор должен выпускать топливо в точке разреженного давления, топливный жиклер должен быть расположен в сужении трубки Вентури, а дроссельная заслонка располагается дальше, ближе к двигателю. Это означает, что возможно понижение температуры в пределах трубки Вентури, связанная с испарением топлива. В результате образуется лед в трубке Вентури и на дроссельной заслонке.

Рисунок 6-10. Поплавковый карбюратор.

Карбюратор компрессорного типа смешивает топливо с воздушным потоком под давлением во много больше атмосферного. Это приводит к лучшему испарению и позволяет обогощать топливо воздухом уже за дроссельной заслонкой, со стороны двигателя. Здесь также имеет место падение температуры из-за испарения топлива, но так как жиклер расположен ближе к двигателю уже за дроссельной заслонкой, где высокая температура двигателя компенсирует падение температуры из-за испарения. Таким образом опасность обледенения из-за топливного испарения фактически ликвидируется. Эффекты резких маневров и турбулентного состояния воздуха на карбюраторах компрессорного типа незначительны, так как их топливные отсеки остаются заполненными топливом в любых режимах эксплуатации.

Carburetors are classified as either float type or pressure type. The float type of carburetor, complete with idling, accelerating, mixture control, idle cutoff, and power enrichment systems is probably the most common of all carburetor types. Pressure carburetors are usually not found on small aircraft. The basic difference between a float-type and a pressure-type carburetor is the delivery of fuel. The pressure-type carburetor delivers fuel under pressure by a fuel pump.

In the operation of the float-type carburetor system, the outside air first flows through an air filter, usually located at an air intake in the front part of the engine cowling. This filtered air flows into the carburetor and through a venturi, a narrow throat in the carburetor. When the air flows through the venturi, a low-pressure area is created, which forces the fuel to flow through a main fuel jet located at the throat. The fuel then flows into the airstream where it is mixed with the flowing air. [Figure 6-10]

The fuel/air mixture is then drawn through the intake manifold and into the combustion chambers where it is ignited. The float-type carburetor acquires its name from a float, which rests on fuel within the float chamber. A needle attached to the float opens and closes an opening at the bottom of the carburetor bowl. This meters the correct amount of fuel into the carburetor, depending upon the position of the float, which is controlled by the level of fuel in the float chamber. When the level of the fuel forces the float to rise, the needle valve closes the fuel opening and shuts off the fuel flow to the carburetor. The needle valve opens again when the engine requires additional fuel. The flow of the fuel/air mixture to the combustion chambers is regulated by the throttle valve, which is controlled by the throttle in the flight deck.

The float-type carburetor has several distinct disadvantages. In the first place, imagine the effect that abrupt maneuvers have on the float action. In the second place, the fact that its fuel must be discharged at low pressure leads to incomplete vaporization and difficulty in discharging fuel into some types of supercharged systems. The chief disadvantage of the float carburetor, however, is its icing tendency. Since the float carburetor must discharge fuel at a point of low pressure, the discharge nozzle must be located at the venturi throat, and the throttle valve must be on the engine side of the discharge nozzle. This means the drop in temperature due to fuel vaporization takes place within the venturi. As a result, ice readily forms in the venturi and on the throttle valve.

Figure 6-10. Float-type carburetor.

A pressure-type carburetor discharges fuel into the airstream at a pressure well above atmospheric. This results in better vaporization and permits the discharge of fuel into the airstream on the engine side of the throttle valve. With the discharge nozzle located at this point, the drop in temperature due to fuel vaporization takes place after the air has passed the throttle valve and at a point where engine heat tends to offset it. Thus, the danger of fuel vaporization icing is practically eliminated. The effects of rapid maneuvers and rough air on the pressure-type carburetors are negligible since their fuel chambers remain filled under all operating conditions

Регулятор состава смеси

Mixture Control

Карбюраторы обычно калибруются при нормальных условиях (давление на уровне моря), где правильное соотношение количества топлива и воздуха в их смеси получается при положении указателя регулятора состава смеси отметке ПОЛНОЕ ОБОГОЩЕНИЕ (FULL RICH). Однако, с увеличением высоты, уменьшается плотность воздуха, попадающего в карбюратор, в то время как плотность топлива остается тем же. Это создает более насыщенную топливом смесь, которая может привести к “залитию” двигателя и заметной потере мощности. Сбои обычно происходят из-за загрязняющихся от чрезмерного нагара свечей зажигания. Нарост нагара происходит из-за того, что переобогащенная смесь понижает температуру в цилиндре, препятствуя полному сгоранию топлива. Это может произойти во время предвзлетной гонке двигателя на аэродромах, находящихся на возвышении, а также во время набора высоты или крейсерского полета на больших высотах. Чтобы поддержать правильное соотношение топлива и воздуха, необходимо обеднить смесь, используя регулятор состава смеси. Для обеднения смеси можно уменьшить поток топлива, чтобы компенсировать снижение плотности воздуха.

Во время снижения с большой высоты, смесь наоборот должна быть более обогощенной, иначе двигатель может перегреться, потерять мощность или вовсе заглохнуть. Лучший способ поддержать надлежащее отношение топлива и воздуха в смеси состоит в том, чтобы контролировать температуру двигателя и обогащать смесь по необходимости. Надлежащее регулирование состава смеси и лучшая экономия топлива для некоторых инжекторных двигателей могут быть достигнуты при помощи контроля датчика температуры выхлопных газов (exhaust gas temperaturе, EGT). Так как процесс насыщения смеси может различаться для разных самолетов, необходимо обратиться к руководству летной эксплуатации (РЛЭ) или руководству пилота, чтобы определить конкретные процедуры смесеобразования для конкретного самолета.

Carburetors are normally calibrated at sea-level pressure, where the correct fuel-to-air mixture ratio is established with the mixture control set in the FULL RICH position. However, as altitude increases, the density of air entering the carburetor decreases, while the density of the fuel remains the same. This creates a progressively richer mixture, which can result in engine roughness and an appreciable loss of power. The roughness normally is due to spark plug fouling from excessive carbon buildup on the plugs. Carbon buildup occurs because the rich mixture lowers the temperature inside the cylinder, inhibiting complete combustion of the fuel. This condition may occur during the pretakeoff runup at high-elevation airports and during climbs or cruise flight at high altitudes. To maintain the correct fuel/air mixture, the mixture must be leaned using the mixture control. Leaning the mixture decreases fuel flow, which compensates for the decreased air density at high altitude.

During a descent from high altitude, the mixture must be enriched, or it may become too lean. An overly lean mixture causes detonation, which may result in rough engine operation, overheating, and a loss of power. The best way to maintain the proper mixture is to monitor the engine temperature and enrich the mixture as needed. Proper mixture control and better fuel economy for fuel-injected engines can be achieved by use of an exhaust gas temperature (EGT) gauge. Since the process of adjusting the mixture can vary from one aircraft to another, it is important to refer to the airplane flight manual (AFM) or the pilot’s operating handbook (POH) to determine the specific procedures for a given aircraft.

Обледенение карбюратора

Carburetor Icing

Как было упомянуто ранее, поплавковый карбюратор имеет один существенный недостаток – свойственная склонность к обледенению. Лед в карбюраторе образуется из-за испарения топлива и уменьшения давления воздуха в трубке Вентури, которая вызывает резкое снижение температуры. Лед может образоваться на внутренних поверхностях карбюратора и на дроссельнлй заслонке когда водяной пар, содержащийся в воздухе конденсируется на поверхностях охлажденных до температуры ниже нулевой. [Рисунок 6-11]

Рисунок 6-11. Образование льда в карбюраторе может уменьшить или перекрыть поток топливовоздушной смеси к двигателю.

Снижение давление воздуха, так же как и испарение топлива, способствует снижению температуры в карбюраторе. Лед может образоваться около дроссельной заслонки и в сужении трубки Вентури, это приведет к еще большому сужению трубки Вентури и создаст помехи потоку топливовоздушной смеси, что приведет к падению мощности. Если льда образуется так много, что трубка вовсе закупорится, то двигатель заглохнет. Обледенение карбюратора, наиболее вероятно, при температуре ниже 21 градуса Цельсия (°C) или 70 градусов по Фаренгейту (°F), и относительной влажности выше 80%. Из-за резкого охлаждения, которое происходит в карбюраторе, обледенение может произойти как и при более высоких температурах, например 38 °C (100 °F), так и при достаточно низкой влажности 50%. Падение температуры может быть на 60-70 °F (15-21 °C), поэтому, при температуре окружающего воздуха 38 °C (100 °F), снижение температуры до 21 °C (70 °F) приводит к установлению в карбюраторе отрицательной температуры -1 °C (30 °F). [Рисунок 6-12]

Рисунок 6-12. Не смотря на то, что образование льда в карбюраторе наиболее вероятно, когда температура и влажность будут в указанных диапазонах, тем не менее он может образовываться и при условиях не изображенных на данном рисунке.

Первый признак обледенения карбюратора в самолете с винтом постоянного шага – падение оборотов двигателя, а также изменение звука работающего двигателя на более резкий с металлическим оттенком. В самолете с винтом постоянных оборотов обледенение карбюратора обычно можно наблюдать по уменьшению давления во впускном коллекторе, а не сокращением частоты вращения двигателя, вследствие того, что изменения угла установки лопастей автоматически нивелирует падение мощности. Хотя лед в карбюраторе может образовываться во время любой фазы полета, особенно опасно, когда он образуется во время уменьшения тяги при снижении. При определенных условиях лед в карбюраторе может образоваться незаметно пока не будет увеличена тяга двигателя. Для борьбы с эффектом обледенения карбюратора, в двигателях с карбюраторами поплавкового типа используют систему подогрева карбюратора.

As mentioned earlier, one disadvantage of the float-type carburetor is its icing tendency. Carburetor ice occurs due to the effect of fuel vaporization and the decrease in air pressure in the venturi, which causes a sharp temperature drop in the carburetor. If water vapor in the air condenses when the carburetor temperature is at or below freezing, ice may form on internal surfaces of the carburetor, including the throttle valve. [Figure 6-11]

Figure 6-11. The formation of carburetor ice may reduce or block fuel/air flow to the engine.

The reduced air pressure, as well as the vaporization of fuel, contributes to the temperature decrease in the carburetor. Ice generally forms in the vicinity of the throttle valve and in the venturi throat. This restricts the flow of the fuel/air mixture and reduces power. If enough ice builds up, the engine may cease to operate. Carburetor ice is most likely to occur when temperatures are below 70 degrees Fahrenheit (°F) or 21 degrees Celsius (°C) and the relative humidity is above 80 percent. Due to the sudden cooling that takes place in the carburetor, icing can occur even with temperatures as high as 100 °F (38 °C) and humidity as low as 50 percent. This temperature drop can be as much as 60 to 70 °F (15 to 21 °C). Therefore, at an outside air temperature of 100 °F (37 °C), a temperature drop of 70 °F (21 °C) results in an air temperature in the carburetor of 30 °F (-1 °C). [Figure 6-12]

Figure 6-12. Although carburetor ice is most likely to form when the temperature and humidity are in ranges indicated by this chart, carburetor ice is possible under conditions not depicted.

The first indication of carburetor icing in an aircraft with a fixed-pitch propeller is a decrease in engine rpm, which may be followed by engine roughness. In an aircraft with a constant-speed propeller, carburetor icing is usually indicated by a decrease in manifold pressure, but no reduction in rpm. Propeller pitch is automatically adjusted to compensate for loss of power. Thus, a constant rpm is maintained. Although carburetor ice can occur during any phase of flight, it is particularly dangerous when using reduced power during a descent. Under certain conditions, carburetor ice could build unnoticed until power is added. To combat the effects of carburetor ice, engines with float-type carburetors employ a carburetor heat system.

Подогрев карбюратора

Carburetor Heat

Подогрев карбюратора – противоледная система, которая подогревает воздух, прежде чем он поступит в карбюратор и предназначена она для поддержания температуры рабочей смеси выше температуры замерзания. Подогрев карбюратора также может использоваться, чтобы растопить уже сформировавшийся лед, если его образовалось не слишком много, но все же до этого лучше не доводить, профилактическая мера лучше всего. Кроме того система подогрева воздуха в карбюраторе также может быть использована в качестве дополнительного источника воздуха, когда воздушный фильтр покрылся льдом, при обледенении корпуса самолета. Обогрев карбюратора должен быть проверен во время гонки двигателя на земле. При использовании системы подогрева карбюратора соблюдайте рекомендации производителя.

В полете при условиях, когда возможно обледенение карбюратора необходмо периодически проверять его наличие. Если обнаружено обледенение необходимо незамедлительно включить систему подогрева карбюратора вплоть до полного оттаивания. При наличие обледенения использование неполного подогрева или подогрева в течение короткого отрезка времени может усугубить ситуацию. В крайних случаях обледенения, даже после того, как лед был удален, необходимо продолжить подогрев карбюратора для предотвращения дальнейшего образования льда. Если имеется установленный датчик температуры карбюратора, он будет полезен в определении ситуации, требующей включения подогрева.

Всякий раз, когда дроссель закрыт во время полета, двигатель начинает быстро остывать, и топливное испарение меньше, чем при теплом двигателе. При этом двигатель наиболее восприимчив к обледенению карбюратора. Если есть подозрения на условия обледенения, и предстоит закрытие дросселя, необходимо активировать систему подогрева карбюратора прежде, чем закрыть дроссель, и оставьте ее включенной до тех пор, пока дроссель вновь не будет открыт. Высокая температура поможет увеличить испарение топлива, что поможет предотвратить формирование льда в карбюраторе. Периодически, необходимо открывать дроссель на несколько секунд, в противном случае тепла от подогрева карбюратора может не хватить для предотвращения обледенения.

Использование подогрева карбюратора приводит к уменьшению в мощности двигателя, иногда до 15%, потому что подогретый воздух имеет меньшую плотность, чем окружающий внешний воздух, который попадал в двигатель до подогрева. Воздух меньшей плотности обогощает рабочую смесь. При возникновении обледенения в самолете оснащенным винтом фиксированного шага и включенной системой подогрева будет наблюдаться постепенное увеличение частоты вращения двигателя, поскольку лед будет таять. Двигатель будет работать более стабильно после того как весь лед растаит, при этом обороты будут уменьшатся в процессе таяния, а затем стабилизируются. Если лед отсутствует, то обороты двигателя стабилизируются после некоторого уменьшения. При возникновении обледенения на самолете с винтом изменяемого шага давление во впускном коллекторе будет низким, и при включении подогрева карюратора оно будет постепенно расти. При отсутствии льда в карбраторе, увеличение давления во впуском коллекторе будет не столь очевидным до тех пор, пока включен подогрев карбюратора.

Пилот должен уметь распознавать появление обледенения карбюратора во время полета, иначе может произойти падение тяги двигателя, потеря высоты и/или скорости полета. Кроме того обледенение может сопровождаться вибрацией и нестабильной работой двигателя. Как только вы заметили падение мощности двигатели, вы должны незамедлительно принять меры для устранения уже появившегося льда, а также меры, препятствующие его дальнейшему образованию. Для этого необходимо включить систему подогрева на максимальный режим, которая в свою очередь, вызовет дополнительное падени частоты вращения двигателя и возможно нестабильную работу двигателя, так как растаявший лед попадает в двигатель. Такая ситуация может длиться от 30 секунд до нескольких минут, в зависимости от степени обледенения. Все это время пилот должен не поддаваться искушению уменьшить степень подогрева карбюратора. Максимальный режим подогрева должна сохраняться до тех пор пока частота вращения двигателя не достигнет нормальных значений.

Так как использование системы подогрева снижает выходную мощность двигателя и увеличивает его рабочую температуру, то вы не должны ею пользоваться, когда требуется максимальная мощность от двигателя (например, во время взлета) или при нормальной работе двигателя, за исключением проверки наличия обледенения и удаления льда в карбюраторе.

Carburetor heat is an anti-icing system that preheats the air before it reaches the carburetor, and is intended to keep the fuel/air mixture above the freezing temperature to prevent the formation of carburetor ice. Carburetor heat can be used to melt ice that has already formed in the carburetor if the accumulation is not too great, but using carburetor heat as a preventative measure is the better option. Additionally, the use of carburetor heat as an alternate air source can be used if the intake filter clogs such as in sudden or unexpected airframe icing conditions. The carburetor heat should be checked during the engine runup. When using carburetor heat, follow the manufacturer’s recommendations.

When conditions are conducive to carburetor icing during flight, periodic checks should be made to detect its presence. If detected, full carburetor heat should be applied immediately, and it should be left in the ON position until the pilot is certain all the ice has been removed. If ice is present, applying partial heat or leaving heat on for an insufficient time might aggravate the situation. In extreme cases of carburetor icing, even after the ice has been removed, full carburetor heat should be used to prevent further ice formation. If installed, a carburetor temperature gauge is useful in determining when to use carburetor heat.

Whenever the throttle is closed during flight, the engine cools rapidly and vaporization of the fuel is less complete than if the engine is warm. Also, in this condition, the engine is more susceptible to carburetor icing. If carburetor icing conditions are suspected and closed-throttle operation anticipated, adjust the carburetor heat to the full ON position before closing the throttle and leave it on during the closed-throttle operation. The heat will aid in vaporizing the fuel and help prevent the formation of carburetor ice. Periodically, open the throttle smoothly for a few seconds to keep the engine warm; otherwise, the carburetor heater may not provide enough heat to prevent icing.

The use of carburetor heat causes a decrease in engine power, sometimes up to 15 percent, because the heated air is less dense than the outside air that had been entering the engine. This enriches the mixture. When ice is present in an aircraft with a fixed-pitch propeller and carburetor heat is being used, there is a decrease in rpm, followed by a gradual increase in rpm as the ice melts. The engine also should run more smoothly after the ice has been removed. If ice is not present, the rpm will decrease and then remain constant. When carburetor heat is used on an aircraft with a constant- speed propeller and ice is present, a decrease in the manifold pressure will be noticed, followed by a gradual increase. If carburetor icing is not present, the gradual increase in manifold pressure will not be apparent until the carburetor heat is turned off.

It is imperative for a pilot to recognize carburetor ice when it forms during flight because a loss of power, altitude, and/or airspeed will occur. These symptoms may sometimes be accompanied by vibration or engine roughness. Once a power loss is noticed, immediate action should be taken to eliminate ice already formed in the carburetor, and to prevent further ice formation. This is accomplished by applying full carburetor heat, which will cause a further reduction in power, and possibly engine roughness as melted ice goes through the engine. These symptoms may last from 30 seconds to several minutes, depending on the severity of the icing. During this period, the pilot must resist the temptation to decrease the carburetor heat usage. Carburetor heat must remain in the full-hot position until normal power returns.

Since the use of carburetor heat tends to reduce the output of the engine and to increase the operating temperature, carburetor heat should not be used when full power is required (as during takeoff) or during normal engine operation, except to check for the presence or to remove carburetor ice.

Датчик температуры воздуха карбюратора

Carburetor Air Temperature Gauge

Некоторые самолеты оборудованы датчиком температуры воздуха карбюратора, который полезен при обнаружении потенциальных условий обледенения.

Обычно, датчик калиброван в градусах Цельсия и имеет желтый сектор, указывающий на температуру воздуха карбюратора, при которой возможно обледенение. Этот сектор, как правило, располагается между -15 °C и +5 °C (5 °F и 41 °F). Если температура и влажность окружающего воздуха таковы, что обледенение карбюратора маловероятно, двигателем можно управлять при нахождении стрелки датчика в желтом диапазоне без последствий. Если атмосферные условия способствуют обледенению карбюратора, вы должны использовать подогрев карбюратора так, чтобы стрелка температуры была вне желтого диапазона.

У определенных датчиков температуры воздуха карбюратора есть красная риска, указывающая на максимальную допустимую температуру воздуха, попадающего в карбюратор, рекомендованную производителем. Если существуют зеленая дуга, то она указывает на нормальный рабочий диапазон.

Some aircraft are equipped with a carburetor air temperature gauge, which is useful in detecting potential icing conditions.

Usually, the face of the gauge is calibrated in degrees Celsius, with a yellow arc indicating the carburetor air temperatures where icing may occur. This yellow arc typically ranges between -15 °C and +5 °C (5 °F and 41 °F). If the air temperature and moisture content of the air are such that carburetor icing is improbable, the engine can be operated with the indicator in the yellow range with no adverse effects. If the atmospheric conditions are conducive to carburetor icing, the indicator must be kept outside the yellow arc by application of carburetor heat.

Certain carburetor air temperature gauges have a red radial, which indicates the maximum permissible carburetor inlet air temperature recommended by the engine manufacturer. If present, a green arc indicates the normal operating range.


Система Orphus