Propの飛行機整備日誌

PropのHot Start Procedure　高温時における発動機再始動要領

今日は教官と、Pitts S-2BでAerobatic Competitionに向けての訓練です。午後3時、気温29度C。三月だというのにここSan Francisco周辺は記録的な暑さです。この飛行機は前の飛行から帰ってきてまだ30分程度で、Engine Oilの温度は熱いままです。「このEngineはHot Startが難しいからな。前にFlooded　（Priming時に燃料を過度に送ってしまうこと）　させて火事になったことがあったから気をつけろよ」　との教官からの言葉。Oil Temperature Gauge　（潤滑油温度計）　を見ると140度Fを指しています。通常のCold Startではなく、Hot Startの方法でStartさせます。2秒程のCrankingの後Engineが掛かりました。「Good job！　（よくやった）」　と教官。「It's accident.　（まぐれですよ）」　と私。しかし、その後何度も難なくEngineを掛けてしまう私を見て、「一体どうやっているんだ？今日の教習は割引にするから、秘密を教えてくれ」　と。今回は難しいと言われる、Fuel Injection EngineのHot Startの方法を書いてみます。

Piper Sratoga HPのInstrument Panelより。
Manifold Absolute Pressure Gauge　（吸気圧力計）　と一体になった、
機械式のFuel Flow Gauge　（下側半分）　です。

飛行機のEngineのFuel Metering Systemには大きく分けて3種類あります。Float Carburetor、Pressure Carburetor、そしてFuel Injectionです。Float Carburetorは通常のPiston Engineに見られる、日本での通称　“キャブレター”　です。実際の発音は、“カーブレター”　に近いですが。現在でもオートバイや、低馬力の飛行機にはまだ主流の方式です。操作が簡単という長所がありますが、Carburetor Icing　（内部で水分が凍りついてしまうこと。過度の場合には氷で塞がってしまい、Engineが停止する）　が起きること、Float　（浮き）　を使用して初期の燃料量を調節するため、ある角度を越えてしまうと、一定のFuel-Air Mixtureを供給することが難しいという短所があります。Pressure Carburetorはこの欠点を補ったもので、第二次大戦中の飛行機に広く使われました。Carburetor Icingが起きない、取り付け角度が制限されない、そしてNegative Gの状態でも順調にFuel-Air Mixtureを供給できるという長所があります。Fuel Injectionは現在のHigh Performance Engineに広く使われ、Intake Valve手前のNozzleから連続的に燃料を供給する方式です。燃料さえFuel Servoに供給できれば、Pressure Carburetorと同様に取り付け角度や飛行姿勢にとらわれることなく、順調にFuel-Air Mixtureを供給できます。燃料の圧力は低いので、Intake Valveが閉じているときには燃料がNozzleの部分で止められ、Intake Valveが開いたときのみ吸入空気と燃料、そしてNozzle部分の開口部から気化を助ける少量の空気とが同時にCylinder内に引き込まれます。

Fuel Injection Systemの系統図。

Hot Startとは、Jet EngineではEngine始動時にEGT (Exhaust Gas Temperature：　排気温度）　が限界温度を超えてしまうことを言いますが、Reciprocating EngineではEngine温度が高い状態での始動を意味します。一言にEngine温度と言っても、Engine停止後から再始動までの時間経過、Cylinder内部の温度、Engine Oilの温度、Fuel Lineの温度など、総合的に見る必要がありますが、Engine Cowlに閉じられたEngineであれば、Engine Oil Temperatureが100-120度Fあたりが境になるかと思います。

Piper Saratoga II TCのEngine Instruments。
このFuel Flow Gauge　（左側中央、右半分のもの）　は先の機械式のものと違い、電気式のものです。
Engine Oil Temperatureは189度F。この状態での再始動も可能です。

Carbretor装備のEngineでは、Priming　（始動を簡単にするため、始動前にあらかじめIntake Portに燃料を送り込むこと）　をせずに、Throttleを通常よりも開け気味にして始動すれば難なくEngineが掛かります。Engine温度が高いため、燃料の気化が十分に行われて、Priming無しでも点火に必要なFuel-Air Mixtureが確保されるためです。ではなぜ、Fuel Injection装備のEngineではHot Startが難しいと言われるのでしょうか。どの本を見ても、「Hot Startであっても、Electrical Fuel Pump　（電気式予備燃料Pump）　はOnにして、Fuel Line内のVapor　（気化された燃料）　を取り除く必要がある。始動が難しいのはこのVapor Lockのせいだ」　としています。そうでしょうか？私は、始動困難の原因はFuel Pump使用による、燃料の送りすぎだと考えます。

Piper Malibu MirageのCockpit。中央に黒、青、赤の3つのLeverが見えます。
左から出力を調節するThrottle Control Lever、Propellerの回転数を調節するPropeller Control Lever、
燃料と空気の混合比を調節するMixture Control Leverです。

まずLycoming社製Engineの場合のCold Startの手順について考えます。他の細かい部分は省き、Engine操作だけに的を絞ります。

次にHot Startの手順です。

Hot Start時のFuel Injection System。
赤い線の部分に残る燃料は気化されて、圧力がかかっていると考えられます。

他に問題がない限り、この方法でEngine Startは可能です。Cessna 172RやSP Modelに搭載されているLycoming IO-360-L2A、Pitts S-2Bに搭載されているAEIO-540-D4A5 Engineや、Piper Malibu Mirageに搭載されているTIO-540-AE2A Engineまで問題はありません。3番にあるように、Hot Startの場合はFuel Pumpを使用しなくても、始動に十分な燃料がCylinderに送られます。私が想像するに、これはFuel Servo手前のFuel Lineに残る燃料が、熱によって気化しているためだと考えます。この状態でThrottle Control LeverとMixture Control Leverを前に進めると、Fuel Servoで止められていた気化された燃料が、その圧力でIntake Portに送られます。Flow Dividerに取り付けられた機械式Fuel Flow Gaugeが数値を示すのは、その圧力からです。これがPiper Saratoga II TCなどの電気式Fuel Flow Gaugeだと数値は示されませんが、経験上5秒ほど開けておけば十分なようです。

Piper Malibu Mirageに搭載の、Lycoming TIO-540-AE2A Engine。
Twin Turboを装備、42in-Hg/2500rpmで350HPを発揮する強力なPowerplantです。
Engineの中心真上に円形のFlow Dividerが見えます。

ただ、燃料が気化してFuel Line内に圧力が確保できるまでにはEngine停止後1-2分はかかるようです。ですから、停止直後にこれを試しても圧力不足で上手くいきません。また、これで供給できるのはたった一度のStartに必要な分の燃料だけです。もし失敗したら、Electrical Fuel Pumpを使って少量のPrimingを行うか、1-2分時間を置いて、Fuel Lineに圧力がかかるまで待つ必要があります。とにかく、高い燃焼室内温度、十分に気化された燃料、この状況は点火にもっとも適した状況ではないでしょうか。Hot Startは難しい話ではありません。

仮に、多くの本が書いてあるように、3番の時点でElectrical Fuel Pumpを使用するとどうなるでしょうか。Throttle Control LeverとMixture Control Leverは共に開いた状態です。この時すでに前述の圧力によってIntake Portには燃料が送られているのに、さらに燃料を送ると当然Over Primingになります。Fuel-Air Mixtureは濃すぎても薄すぎても点火しません。Pilotは点火しないEngineを見て、まだ十分にPrimingがなされていないと勘違いをし、さらに燃料を送ります。ついには過度の燃料がEngine下部から流れ出し、最悪の状況ではBack Fireによる火災、となります。

Piper Seneca Vに搭載の、Continental TIO-360-RB Engine。
整備の楽な、私の好きなEngineです。Intake Tube上に、銀色のFuel Lineが見えます。
それぞれFlow DividerからFuel Injector Nozzleに向かっています。

これがContinental社製のEngineでも基本的には同じです。一つ違うのは、Fuel Metering Systemそのものの構造が違うため、Lycoming EngineよりもPrimingが長め、多めに必要なことと、始動時のMixture Control LeverはFull Richの位置になることです。これはLycoming Engineに搭載されているSystemが流入空気の体積を測っていることと違い、Continental Engineに装備されているSystemがEngine回転数を測っているためとされています。ただこれもEngineによって違うようで、Piper Seneca Vに搭載されているContinental TSI0-360-RB　（左側Engine）　と、LTSI0-360-RB　（Piper Seneca Vに搭載の右側Engineは左回転で、“L”が先につきます）　の場合はMixture Control LeverがIdle Cutoffの位置での始動となります。私にはこの辺りがどうも理解できません。いつか技術者の方に質問できたらと思います。

試運転中のPiper Seneca Vに搭載の、Continental TIO-360-RB EngineとそのCockpit。

Continental社製EngineのCold Startの手順です。

（Fuel Pump SwitchがOn/Offの2 Postionの場合は、FloodedになってEngine下部から燃料が流れ出てくるまで燃料を送り込み、その後Off。SwitchにStart/Off/Primeの3 Positionがある場合は、Primeの位置で燃料を流し込み、その後Startに。）

次にHot Startの手順です。

このように、Continental EngineではElectrical Fuel PumpのSwitchによって手順が変わります。SwitchにStart　（Loと書いてある場合もあります）　のPositionがあったら、Cold Startの時に必要だと覚えてください。始動後は忘れずにOffに戻します。そうしないと、濃すぎるFuel-Air Mixtureのために回転も上がらず、場合によってはSpark Plugをカブらせてしまうことになります。

滑走路脇でPiper Malibu MirageのEngineを調整中。
Engineを止めて調整、Cockpitに戻って再始動を繰り返します。
日ごろの整備経験からこのHot Start Procedureを見つけました。

LycomingとContinental、どちらの会社のEngineを使っていても、Pilotは常にEngineが燃料を欲しがっているのか、それとも空気を欲しがっているのかを判断する必要があります。Startさせて数回点火した音が聞こえたが、その後は聞こえなくなった。この時はPrimingが不足しています。Primingして燃料が流れているのに一度も点火しない。この時は燃料が多すぎですから、Flooded Startの手順を行います。ThrottleをFull Open、MixtureをIdle CutoffでCrankingをします。Engine内の余分な燃料が取り除かれ、適度なFuel-Air Mixtureになった時に点火するはずです。教官にこの説明をしたら、「俺は60年間飛んできたが、誰もそんなことを教えてくれなかった。」　と言っていました。これを読んで頂いた方は、どんなに熱いEngineでも無事にEngine Startができるのではないでしょうか。誰もいない空港で、Engineが掛からず一夜を過ごすということにならないよう、機会があったら一度試してください。

Propの飛行機整備日誌へ

Prop's Hangerへ