航空機エンジン制御装置

航空機エンジン制御装置は、パイロットが航空機の動力装置の動作を制御および監視するための手段を提供する。この記事では、プロペラを駆動する基本的な内燃機関で使用される制御装置について説明する。オプションまたはより高度な構成については、記事の最後に説明する。 ジェットタービンエンジンは異なる動作原理に基づいており、独自の制御装置とセンサーを備えている。

• スロットル制御- 通常はコックピット内のレバーで希望の出力レベルを設定します。キャブレター式エンジンでは、このレバーはスロットルレバーと呼ばれ、スロットルバルブの開度によってシリンダーに供給される空気と燃料の混合気の質量流量を制御します。燃料噴射システムを備えたエンジンでは、このレバーは一般的にパワーレバーと呼ばれ、シリンダーに噴射される燃料の量を制御します。
• プロペラ制御装置またはガバナー- プロペラブレードのピッチを調整し、必要に応じてエンジン負荷を制御して、設定された回転数（RPM）を維持します。詳細は、下記のプロペラに関するセクションを参照してください。
• 混合気制御- 吸気流量に加える燃料の量を設定します。高度が高くなると気圧（したがって酸素濃度）が低下するため、適切な空燃比を得るためには燃料量も減らす必要があります。このプロセスは「リーン」と呼ばれます。
• マスタースイッチ- 実際には、バッテリーマスターとオルタネーターマスターという2つの独立したスイッチであることが多い。バッテリーマスターは、バッテリーを航空機の主電源バスに接続するリレー（バッテリーコンタクタと呼ばれることもある）を作動させる。オルタネーターマスターは、オルタネーターのフィールド回路に電力を供給することでオルタネーターを作動させる。これら2つのスイッチは、航空機内のすべてのシステムに電力を供給する。
• 点火スイッチ-接地回路または「pリード」回路を開くことでマグネトーを作動させます。pリードが接地されていない状態では、マグネトーは高電圧出力をスパークプラグに送ることができます。ほとんどの航空機では、点火スイッチはエンジン始動時にスターターモーターにも電力を供給します。ピストン式航空機エンジンでは、バッテリーは燃焼用の火花を発生させません。これはマグネトーと呼ばれる装置を使用して行われます。マグネトーはギアを介してエンジンに接続されています。クランクシャフトが回転すると、マグネトーが回転し、機械的に電圧を発生させて火花を発生させます。電気系統の故障が発生した場合でも、エンジンは作動し続けます。点火スイッチには次の位置があります。
  1. オフ- マグネトーのPリード線が両方とも電気的に接地されています。これにより両方のマグネトーが無効になり、火花は発生しません。
  2. 右側：左側のマグネトーのPリードは接地され、右側は開放されています。これにより、左側のマグネトーは無効になり、右側のマグネトーのみが有効になります。
  3. 左側：右側のマグネトーのPリード線は接地され、左側は開放されています。これにより、右側のマグネトーは無効になり、左側のマグネトーのみが有効になります。
  4. 両方- これは通常の動作構成であり、両方のPリードが開いており、両方のマグネトーが有効になっています。
  5. 始動- スターターモーターのピニオンギアがフライホイールに噛み合い、スターターモーターが回転してエンジンを始動させます。ほとんどの場合、低回転数ではマグネトー間のタイミングのずれにより、左側のマグネトーのみが作動します（右側のPリードは接地されます）。^{[ 1 ]}
• タコメーター- エンジン回転数をRPMまたは最大回転数に対する割合で示す計器。
• マニホールド圧力（MP）ゲージ-吸気マニホールド内の絶対圧力を示します。定速プロペラを装備した航空機の場合、これはエンジンの作動出力を最も直接的に示す指標となります。スロットルが全開の場合、マニホールド圧力は周囲の気圧とほぼ等しくなり、つまり最大出力となります。ただし、エンジンにターボチャージャーや同様の吸気圧上昇システムが装備されていない限り、最大値は高度によって変化することに注意してください。スロットルが閉じられると、エンジンに供給される燃料/空気混合気が制限されるため、この圧力は低下し、エンジンは本来の出力よりも低い出力で動作することになります。
• 油温計- エンジンオイルの温度を示します。
• 油圧計- エンジン潤滑油の供給圧力を示します。
• 排気ガス温度計（EGT計） - 燃焼直後の排気ガスの温度を示します。表示が1つしかない場合は、通常、最も温度の高いシリンダーの排気ガスの温度を測定します。空燃比（リーン）を適切に設定するために使用されます。
• シリンダーヘッド温度（CHT）計- 少なくとも1つのシリンダーヘッドの温度を示します。CHTは、空冷式シリンダーヘッドを通過する空気の流れの量と温度に最も直接的に影響されます。ほとんどの高性能エンジンは、この空気の流れを制御し、適切なCHTを維持するために、調整可能なカウルフラップを備えています。
• キャブレター加熱制御-キャブレターのベンチュリ領域への加熱を制御し、キャブレターのスロート部での氷の形成を除去または防止するとともに、着氷が発生した場合にエアフィルターをバイパスします。
• 代替空気- 燃料噴射式エンジンのエアフィルターをバイパスします。

• 燃料制御スイッチ– 「運転」と「停止」のラベルが付いた位置があり、エンジンに燃料を供給するかどうかを制御するスイッチ。^{[ 2 ]}
• 燃料プライマーポンプ– 冷間始動時にシリンダー吸気口に少量の燃料を供給するための手動ポンプ。燃料噴射式エンジンにはこの制御装置はありません。燃料噴射式エンジンでは、始動前に燃料ブーストポンプを使用してエンジンに燃料を供給します。
• 燃料残量計– 指定された燃料タンクに残っている燃料の量を示します。燃料タンクごとに1つあります。一部の航空機では、すべてのタンクに共通の燃料残量計を使用し、セレクタースイッチを回して共有燃料残量計に表示するタンクを選択できます。また、すべてのタンクの燃料総量を表示する設定もあります。スイッチ設定の例としては、「左、右、胴体、合計」などがあります。これにより、4つの異なる専用燃料計が不要になるため、計器盤のスペースを節約できます。
• 燃料選択バルブ– 選択された燃料タンクからエンジンへの燃料の流れを接続します。

航空機に燃料ポンプが装備されている場合：

• 燃料圧力計– キャブレター（または燃料噴射式エンジンの場合は燃料制御装置）への燃料供給圧力を示します。
• 燃料ブーストポンプスイッチ– エンジン始動前、またはエンジン駆動の燃料ポンプが故障した場合に、補助電動燃料ポンプの動作を制御してエンジンに燃料を供給します。大型航空機の中には、乗務員が燃料を投棄または排出できる燃料システムを備えているものがあります。作動すると、燃料タンク内のブーストポンプが燃料を投棄シュートまたは投棄ノズルに送り込み、機外の大気中に排出します。

固定ピッチプロペラを備えた航空機では、プロペラの回転速度を直接制御することはできません。回転速度は対気速度と負荷によって変化するためです。したがって、パイロットはRPM計に注意を払い、スロットル/出力レバーを調整して、プロペラの所望の一定速度を維持する必要があります。例えば、対気速度が低下し負荷が増加する場合（上昇時など）、RPMは低下するため、パイロットはスロットル/出力を上げる必要があります。対気速度が増加し負荷が減少する場合（急降下時など）、RPMは上昇するため、パイロットはRPMが動作限界を超えてモーターを損傷しないように、スロットル/出力を下げる必要があります。

航空機に可変ピッチプロペラまたは定速プロペラが装備されている場合：

• ブレードピッチ制御- さまざまな運転条件（対気速度など）において、プロペラの回転速度を制御することでプロペラの効率を最大化します。可変ピッチプロペラ制御システムでは、パイロットはプロペラのピッチ角、つまりプロペラブレードの迎角を（通常はレバーを使って）調整し、目的のプロペラ回転速度を実現する必要があります。ピッチ（ブレード迎角）が増加するとエンジンへの負荷が増加し、回転速度が低下します。逆に、ピッチが減少すると回転速度が上昇します。ただし、実際のプロペラ速度は、運転条件（対気速度など）が変化しない場合にのみ安定します。そうでない場合は、パイロットは目的のプロペラ速度を維持するためにピッチを常に調整する必要があります。定速プロペラ制御システムでは、プロペラガバナーを導入することで、パイロットの操作が簡素化されます。このシステムでは、レバーはピッチ角ではなく、目的のプロペラ速度を制御します。パイロットが目的のプロペラ速度を設定すると、プロペラガバナーはエンジンの油圧を利用してプロペラハブ内の油圧ピストンを動かし、プロペラブレードのピッチを調整することで、そのプロペラ速度を維持します。多くの最新航空機は、シングルレバー式出力制御（SLPC）システムを採用しており、機上コンピュータ（ FADEC）が、設定出力と運用条件に基づいてプロペラの回転速度を自動的に制御します。プロペラからの出力は、プロペラ効率とエンジンからの入力出力の積に等しくなります。
• マニホールド圧力計- エンジンが正常に作動している場合、吸気マニホールド圧力とエンジンが発生するトルクの間には良好な相関関係があります。プロペラへの入力電力は、プロペラの回転速度とトルクの積に等しくなります。

開いた状態のカウルフラップの正面図

開いたカウルフラップの後方図

航空機に調整可能なカウルフラップが装備されている場合：

• カウルフラップの位置制御- カウルフラップは、離陸などの高出力・低速運転時に開き、エンジンの冷却フィンへの冷却気流量を最大化します。
• シリンダーヘッド温度計- すべてのシリンダーヘッドの温度、または単一のCHTシステムの場合は最も高温のヘッドの温度を示します。シリンダーヘッド温度計は、油温計よりも応答時間がはるかに短いため、冷却系の問題が発生し始めていることをパイロットに迅速に知らせることができます。エンジンの過熱は、次のような原因で発生する可能性があります。
  1. 高出力設定で長時間稼働させすぎた。
  2. 姿勢が悪い。
  3. 冷却空気流量を過度に制限する。
  4. エンジンの可動部への潤滑油の供給が不十分である。

• ピストンエンジン
• 航空学
• 航空機の飛行制御システム

• サンダーソン、ジェプセン（1999）。自家用操縦士マニュアル（ハードカバー 版）。ジェプセン・サンダーソン社。ISBN 0-88487-238-6。
• 「パイロットのための航空知識ハンドブック」。FAA。2013年4月22日時点のオリジナルからアーカイブ。2013年5月2日取得。