航空機エンジン制御

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手段を提供します。この記事では、プロペラを駆動する基本的な内燃エンジンで使用される制御装置について説明します。オプションまたはより高度な構成については、この記事の最後で説明します。 ジェットタービンエンジンは異なる動作原理を使用し、独自の制御装置とセンサーを備えています。

• スロットル コントロール- 通常はコックピットのレバーで希望のパワー レベルを設定します。キャブレターエンジンでは、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、レバーは通常パワー 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。
• プロペラ制御または調速機- 設定された毎分回転数(RPM) を維持するために、必要に応じてプロペラブレードのピッチを調整し、エンジン負荷を調節します。詳細については、以下のプロペラのセクションを参照してください。
• 混合制御- 吸入空気量に加える燃料の量を設定します。高度が高いと気圧 (したがって酸素レベル) が低下するため、適切な空気と燃料の混合比を得るために燃料の量も減らす必要があります。このプロセスは「リーニング」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 マスターの2 つの別々のスイッチであることが多いです。バッテリー マスターは、バッテリーを航空機のメイン電気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ります) をアクティブにします。オルタネーター マスターは、オルタネーター フィールド回路に電力を供給してオルタネーターをアクティブにします。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します。
• イグニッション スイッチ-接地または「P リード」回路を開いて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と、マグネトーは高電圧出力をスパーク プラグに自由に送ることができます。ほとんどの航空機では、エンジン始動時にイグニッション スイッチによってスターター モーターに電力が供給されます。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生成しません。これは、マグネトーと呼ばれる装置を使用して実現されます。マグネトーはギアによっ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、機械的に火花用の電圧を生成します。電気系統に障害が発生した場合でも、エンジンは作動し続けます。イグニッション スイッチには次の位置があります。
  1. オフ- 両方のマグネトー P リードが電気的接地に接続されます。これにより両方のマグネトーが無効になり、火花は生成されません。
  2. 右- 左のマグネトーの P リードは接地され、右はオープンです。これにより、左のマグネトーが無効になり、右のマグネトーのみが有効になります。
  3. 左- 右マグネトーの P リードは接地され、左はオープンです。これにより、右マグネトーが無効になり、左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と噛み合い、スターターモーターが回転してエンジンを回転させます。ほとんどの場合、低回転数でのマグネトー間のタイミングの違いにより、左側のマグネトーのみがアクティブになります（右側のPリードは接地されます）。^[1]
• タコメーター- エンジン速度を RPM または最大値のパーセンテージで示すゲージ。
• 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、これはエンジンの動作出力の最も直接的な指標です。スロットルが完全に開いている場合、マニホールド圧力は周囲の気圧とほぼ等しくなります (つまり、フルパワー)。したがって、エンジンにターボチャージャーまたは同様の吸気圧力増加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。スロットルが閉じると、エンジンに供給される燃料/空気の混合気が制限されるため、この圧力は低下します。つまり、エンジンが生成できるよりも低い出力で動作します。
• オイル温度計- エンジンオイルの温度を表示します。
• 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 (EGT) ゲージ- 燃焼直後の排気ガスの温度を示します。 読み取り値が 1 つだけの場合、通常は最も高温のシリンダーの排気を測定します。 空気と燃料の混合比 (リーン) を正しく設定するために使用されます。
• シリンダー ヘッド温度 (CHT) ゲージ- 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、空冷シリンダー ヘッドを通過する気流の量と温度によって最も直接的に影響を受けます。ほとんどの高性能エンジンには、この気流を管理して適切な CHT を維持するための調整可能なカウル フラップが備わっています。
• キャブレター熱制御-キャブレターの ベンチュリ領域への熱の適用を制御して、キャブレターのスロート内の氷の形成を除去または防止し、衝撃による氷結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- 燃料噴射エンジンのエアフィルターをバイパスします。

• 燃料プライマー ポンプ- 冷えたエンジンの始動を助けるために、シリンダーの吸気口に少量の燃料を追加する手動ポンプ。燃料噴射エンジンにはこの制御はありません。燃料噴射エンジンの場合、始動前にエンジンをプライミングするために燃料ブースト ポンプが使用されます。
• 燃料量計- 特定の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。一部の航空機では、すべてのタンクに 1 つの計器を使用し、セレクター スイッチを回して共有計器に表示するタンクを選択できます。これには、すべてのタンクの合計燃料を表示する設定も含まれます。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り、計器パネルのスペースを節約できます。
• 燃料選択バルブ- 選択した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：

• 燃料圧力ゲージ- キャブレター（燃料噴射エンジンの場合は燃料コントローラー）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燃料ポンプの故障時に、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。大型飛行機の中には、乗務員が燃料を投棄または廃棄できる燃料システムを備えているものもあります。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、機外の大気圏に放出します。

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荷重に依存します。したがって、パイロットは RPM インジケーターに注意を払い、スロットル/パワー レバーを調整して、プロペラの希望する一定速度を維持する必要があります。たとえば、対気速度が低下して荷重が増加すると (上昇時など)、RPM が低下し、パイロットはスロットル/パワーを上げなければなりません。対気速度が増加して荷重が減少すると (急降下時など)、RPM が増加し、パイロットは RPM が動作限界を超えてモーターを損傷するのを防ぐためにスロットル/パワーを下げなければなりません。

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- 望ましいプロペラ回転速度を制御することで、さまざまな動作条件 (つまり、対気速度) 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え角(通常はレバーを使用) を調整して、望ましいプロペラ回転速度を達成する必要があります。ピッチ (ブレードの迎え角) が増加すると、エンジンの負荷が増加して速度が低下し、その逆も同様です。ただし、実際のプロペラ速度が安定するのは、動作条件 (対気速度など) が変化しない場合のみです。それ以外の場合は、パイロットは望ましい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、プロペラ調速機を導入することで、パイロットの作業が簡素化されます。レバーは、ピッチ角ではなく望ましいプロペラ速度を制御します。パイロットが望ましいプロペラ速度を設定すると、プロペラ調速機は、エンジンの油圧を使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。現代の航空機の多くはシングルレバーパワーコントロール（SLPC）システムを採用しており、オンボードコンピュータ（ FADEC）が希望するパワー設定と動作条件に基づいてプロペラの速度を自動的に管理します。プロペラからの出力パワーは、プロペラ効率とエンジンからの入力パワー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させるトルクの間には良好な相関関係があります。プロペラへの入力パワーは、プロペラの回転速度とトルクの積に等しくなります。

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- 離陸時などの高出力/低対気速度操作中にカウルフラップが開き、エンジンの冷却フィン上の冷却気流の量を最大化します。
• 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 システム上の最も熱いヘッドの温度を表示します。シリンダー ヘッド温度計はオイル温度計よりも応答時間がはるかに短いため、冷却の問題の発生をパイロットに迅速に警告できます。エンジンの過熱は、次の原因で発生することがあります。
  1. 高出力設定で長時間実行します。
  2. 傾きのテクニックが悪い。
  3. 冷却風量を制限しすぎます。
  4. エンジンの可動部品への潤滑油の供給が不十分です。

• 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、ジェッペセン（1999年）。プライベートパイロットマニュアル（ハードカバー版）。ISBN 0-88487-238-6。
• 「パイロット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よりアーカイブ。2013年5月2日閲覧。