混合比制御

Updated at: 2025-12-01 11:24
混合比制御は、ピストン航空機エンジンにおいて、吸入空気と混合される燃料の量を調整するコックピットのレバーです。適切な混合比の使用は、エンジン性能を向上させ、スパークプラグの汚れを防ぎ、燃料消費を削減し、特に高高度でエンジンの損傷を防ぎます。
混合比制御 混合比制御の定義 混合比制御の目的 航空における混合比制御の使用 飛行のさまざまな段階における混合比制御 エンジンのリーン操作：一般原則 巡航時の基本的なリーン操作（典型的な訓練機） ピークリッチ運転とピークリーン運転の比較 ピークEGTとその重要性 リッチ・オブ・ピーク（ROP）運用 Lean of Peak (LOP) 運用 運用上の考慮事項と安全性 リーンすぎる運用のリスク 混合気が濃すぎる操作のリスク 混合比と高度 混合気とキャブレターの氷結 実用的な例 例1：巡航中の5500フィートでのリーン操作 例2：高高度空港からの出発 例3：プラグの汚れを防ぐためのタキシング混合比 概要

混合比制御の定義

ピストン航空機エンジンにおいて、混合比制御は、シリンダーに供給される燃料と空気の比率を変えるパイロット操作のコントロールです。これは、キャブレターまたは燃料噴射システムによって計測される燃料の量を、エンジンに入る空気の質量に対して調整することで行われます。
燃料対空気比は、燃焼時にすべての燃料と酸素が使い切られる化学的に理想的な比率である化学量論的混合物に対して説明されることが多いです。航空用ガソリン（Avgas）では、質量比で空気15部に対して燃料1部程度です。通常の運転では、航空機エンジンはこの理想値よりややリッチ（燃料多め）またはリーン（燃料少なめ）に調整され、出力、温度、エンジンの耐久性を管理します。
混合比は一般的にリッチとリーンという用語で表されます：
  • リッチ：空気に対して燃料が多い（燃料過多の混合比）。
  • リーン：空気に対して燃料が少ない（空気過多の混合比）。

混合比制御の目的

混合比制御の主な目的は、高度、温度、出力設定に伴う空気密度の変化に応じて、エンジンを安全かつ効率的な範囲内で運転し続けることです。キャブレターや燃料噴射システムは空気密度ではなく、空気流量に基づいて燃料を計量するため、海面レベルで適切な混合比は、航空機が上昇して空気密度が低下すると濃すぎる混合比になります。
適切な混合管理は、いくつかの重要な目的を果たします。
  • Maintain power output: A mixture that is too rich or too lean reduces available horsepower and can cause rough running.
  • Control engine temperatures: Mixture has a strong effect on cylinder head temperature (CHT) and exhaust gas temperature (EGT). Proper adjustment helps prevent overheating or excessively cool operation.
  • Protect the engine: Extremely lean mixtures at high power can cause detonation and pre-ignition, damaging pistons, valves, and cylinder heads. Very rich mixtures can lead to spark plug fouling and carbon deposits.
  • Improve fuel efficiency: Leaning the mixture in cruise can significantly reduce fuel flow, extending range and endurance.
  • Adapt to altitude and temperature: As altitude increases or temperature changes, air density changes; mixture control compensates for this so that combustion remains within the desired range.

航空における混合比制御の使用

ピストンエンジンを搭載した軽量訓練機では、混合比制御は通常、スロットルクアドラントの赤いノブまたはレバーです。フリクションロック付きのプッシュプル制御や、微調整ホイール付きのバーニアタイプである場合があります。多発機では、各エンジンにそれぞれの混合比制御があります。
混合比は飛行の各段階で異なる方法で管理されます。具体的な手順は、航空機の種類、エンジンメーカー、および計器類（例えば、航空機が基本的なEGT計のみを備えているか、各シリンダーごとにCHTとEGTを備えた完全なエンジンモニターを持っているか）によって異なります。パイロット操作マニュアル（POH）または航空機飛行マニュアル（AFM）が常に優先されます。

飛行のさまざまな段階における混合比制御

通常の自然吸気トレーニング機における飛行段階ごとの典型的な混合比の使用法は以下の通りです（特定の機体については必ずPOHで確認してください）：
  1. Engine start and warm-up
    At sea level or low altitude, mixture is usually set to full rich for starting and initial warm-up. At high-elevation airports, a partially leaned mixture may be required for starting, as recommended by the POH.
  2. Taxi
    Mixture is often leaned aggressively during taxi to prevent spark plug fouling, especially in training operations with long ground times. The pilot must remember to return the mixture to the appropriate setting (often full rich) before takeoff.
  3. Takeoff and climb
    At low-elevation airports, mixture is normally set to full rich for takeoff to provide cooling and maximum power. At high-density-altitude conditions, the POH may call for leaning the mixture for maximum RPM or EGT before takeoff to obtain rated power.
  4. Cruise
    In cruise, mixture is adjusted (leaned) to balance power, fuel efficiency, and engine temperatures. This is where concepts such as rich of peak and lean of peak EGT are applied.
  5. Descent
    During descent, power is usually reduced and mixture is gradually enriched as altitude decreases to maintain an appropriate fuel-to-air ratio and prevent excessively lean operation.
  6. Approach and landing
    For approach and landing at low-elevation airports, mixture is often set to full rich below a certain altitude (for example, 3,000 ft above field elevation), as specified by the POH. At high-elevation airports, mixture is typically set as for cruise or as recommended by the POH.

エンジンのリーン操作：一般原則

リーンニングとは、混合気中の燃料量を減らし、燃料と空気の比率をリッチからリーン側に移動させることを意味します。ほとんどの訓練機では、エンジンの指示と性能を監視しながら、混合気コントロールをゆっくりとフルリッチから引き戻すことで行います。
リーン操作時に使用される主要なエンジン指示は以下の通りです：
  • Engine RPM (for fixed-pitch propellers): Maximum RPM usually corresponds to the mixture that produces maximum power at a given throttle setting and altitude.
  • Manifold pressure (for constant-speed propellers): Used in combination with fuel flow and EGT/CHT to set power and mixture.
  • Exhaust gas temperature (EGT): Shows how hot the exhaust gases are; used to identify the peak EGT point when leaning.
  • Cylinder head temperature (CHT): Indicates overall engine thermal stress; helps ensure that mixture settings do not cause overheating.
  • Engine smoothness: Rough running or vibration may indicate a mixture that is too lean or uneven fuel distribution.
正確なリーン操作は、エンジンが固定ピッチプロペラか定速プロペラか、および利用可能な計器類によって異なります。学生パイロットは、より高度な技術を適用する前に、まず訓練機に対してPOHで承認された基本的な方法を学び、使用すべきです。

巡航時の基本的なリーン操作（典型的な訓練機）

以下は、固定ピッチプロペラと単一プローブのEGTゲージを備えた、通常吸気のキャブレターまたは燃料噴射エンジンを巡航中にリーン化するための一般的な手順です。特定の航空機のPOHに必ず従ってください。
  1. Level off at cruise altitude and allow the engine to stabilize at the chosen power setting.
  2. Set cruise power using throttle (and propeller control if installed) as specified in the POH.
  3. Slowly pull the mixture control back (lean) while watching EGT and listening to the engine.
  4. Continue leaning until EGT peaks and then begins to decrease, or until the engine just starts to run slightly rough.
  5. Enrich the mixture slightly until the engine runs smoothly and the EGT is at the desired value relative to peak (for example, 50 °F rich of peak EGT if specified by the POH).
  6. Note fuel flow (if available) and engine temperatures, and adjust as needed to remain within limits.
EGTゲージが装備されていない場合、一般的な基本的な方法は、エンジンがわずかに不調になるまでリーンにし、その後、滑らかな動作を回復するのに十分なだけ混合比を濃くすることです。これは粗い方法であり、ピークEGTに対する混合比の正確な制御を提供しない場合がありますが、POHで許可されていれば、中程度の出力設定の単純な訓練機ではしばしば許容されます。

ピークリッチ運転とピークリーン運転の比較

EGTを使ってリーンニングする際、パイロットはしばしばrich of peak（ROP）またはlean of peak（LOP）という用語を使います。これらの用語は、混合比が最高のEGT（ピークEGTポイント）を生み出す混合比よりも濃いか薄いかを示します。

ピークEGTとその重要性

混合気が非常にリッチから非常にリーンに向かって一定の出力設定で調整されると、排気ガス温度（EGT）は最初に上昇し、最大値（ピークEGT）に達し、その後再び下降します。このピークEGTのポイントは、ほぼ最も完全な燃焼をもたらす混合気に対応しており、多くの場合、そのスロットル設定でのほぼ最大の出力に近いです。ピークEGTの両側では、出力と温度の挙動が予測可能な方法で変化します。
混合比とEGTの関係は、ROPおよびLOP運転を定義するために使用されます：
  • Rich of peak (ROP): The mixture is set richer than the peak EGT point (more fuel). EGT is lower than peak, but CHT may still be relatively high depending on how far rich of peak the engine is operated.
  • Lean of peak (LOP): The mixture is set leaner than the peak EGT point (less fuel). EGT is again lower than peak, and CHT generally decreases as the mixture is leaned further, provided power is reduced appropriately.

リッチ・オブ・ピーク（ROP）運用

多くの訓練用航空機および多くのエンジンにおいて、製造元は高出力設定での巡航時にrich of peak EGTでの運転を推奨しています。一般的な目標値は約50°Fから100°Fのrich of peak EGTですが、正確な値はPOHまたはエンジン製造元のデータから得る必要があります。
ROP運用の典型的な特徴は以下の通りです：
  • Higher power for a given manifold pressure and RPM compared to leaner mixtures.
  • Higher fuel flow and therefore higher fuel consumption.
  • Moderate to high CHT, depending on how far rich of peak the mixture is set.
  • Good detonation margin at very rich settings (for example, full rich at high power for cooling and detonation protection).
学生パイロットの訓練では、ROP操作が通常強調されます。これは簡単で、特に詳細なエンジン監視装置が装備されていない場合に、保守的なエンジン冷却の実践と一致するためです。

Lean of Peak (LOP) 運用

Lean of peak運転とは、混合比を調整してEGTがピークEGT点のリーン側に位置するように設定することを意味し、通常はエンジン設計および製造元の指示に応じて、ピークより10°Fから50°F以上リーンに設定します。LOP運転は、一般的に燃料流量が低く、適切に出力を下げた状態でシリンダーヘッド温度（CHT）が低くなることと関連しています。
LOP運用の主な特徴は以下の通りです：
  • Lower fuel flow and improved specific fuel consumption (more miles per gallon of fuel).
  • Lower CHT compared to ROP at the same power, which can be beneficial for engine longevity.
  • Reduced power output for a given throttle and RPM setting compared to ROP.
  • Possible roughness if fuel distribution between cylinders is uneven, because some cylinders may be much leaner than others.
LOP運転はすべてのエンジンに推奨されるわけではなく、基本訓練で主要な技術として教えられることはほとんどありません。一般的に以下が必要です：
  • Manufacturer approval for lean-of-peak operation.
  • Good fuel distribution (often more consistent in fuel-injected engines).
  • Detailed engine monitoring (multi-probe EGT and CHT) to ensure that all cylinders remain within safe limits.
学生パイロットは、インストラクターからの明確な承認と、特定の航空機およびエンジンがそれに適していることの確認なしに、リーンオブピーク操作を試みるべきではありません。

運用上の考慮事項と安全性

混合比の調整はエンジンの健康と安全に直接影響します。特に高出力時の誤った混合比設定は、エンジンの損傷や出力低下を引き起こす可能性があります。学生パイロットは主なリスクとその回避方法を理解しなければなりません。

リーンすぎる運用のリスク

高出力設定でエンジンを薄すぎる混合比で運転すると、過度の内部温度と圧力が発生する可能性があります。主な危険は二つあります：
  • Detonation: Uncontrolled, explosive combustion in the cylinder that can damage pistons, rings, and cylinder heads.
  • Pre-ignition: Fuel-air mixture igniting before the spark plug fires, often due to hot spots in the combustion chamber, which can rapidly overheat and damage components.
これらのリスクを減らすために、多くのPOHでは、特定の手順に従わない限り、ある一定の出力設定（例えば75％以上の出力）を超えてリーンニングを行うことを禁止しています。学生パイロットは常にこれらの制限を守るべきです。

混合気が濃すぎる操作のリスク

混合気が過度にリッチであることにも欠点があります：
  • Spark plug fouling: Unburned fuel and lead deposits can foul spark plugs, causing rough running, misfires, or difficulty starting.
  • Carbon buildup: Soot and carbon deposits can accumulate on valves and in combustion chambers.
  • Reduced efficiency: Fuel consumption increases without a corresponding increase in useful power or cooling benefit.
  • Potential for after-firing: Excess fuel in the exhaust can ignite, causing backfires or pops.
地上では、特に繰り返しの訓練飛行中にプラグの汚れを減らすために、タキシング中の積極的なリーン操作が推奨されます。空中では、特に巡航時に不必要にリッチにならないように混合比を調整する必要があります。

混合比と高度

高度が上がるにつれて、空気の密度は低下します。上昇中に混合比制御をフルリッチのままにすると、同じ量の燃料がより少ない空気と混ざるため、混合比は徐々にリッチになります。これにより、出力の低下やプラグの汚れが生じる可能性があります。したがって、通常、POHに指定されている特定の密度高度（例えば3,000フィート以上）を超えた場合は混合比をリーンにする必要があります。
高高度の空港では、地上でのタキシングおよび離陸の両方で混合比を薄くする必要があることが多いです。一般的な方法は、離陸前の全開スロットルでの静的回転試験時に最大回転数になるように混合比を薄くすることで、POHに記載されています。高高度の空港で運航する学生パイロットは、これらの手順について特別な指導を受けるべきです。

混合気とキャブレターの氷結

キャブレターエンジンはキャブレターの氷結に弱く、これにより出力が低下したりエンジンが停止したりすることがあります。キャブレター加熱は、エンジンにより暖かく、密度の低い空気を導入し、混合気を効果的に濃くします。特に巡航中にキャブレター加熱を使用すると、望ましい燃料対空気比を維持するために混合気をさらに薄くする必要がある場合があります。キャブレター加熱を解除すると、混合気は再び薄くなるため、再び濃くする必要があるかもしれません。
学生パイロットは、キャブレター加熱を適用または解除する際にRPMとエンジンの滑らかさを監視し、POHに従って混合比を適切に調整する必要があります。

実用的な例

以下の短い例は、混合比制御が典型的な訓練シナリオでどのように使用されるかを示しています。これらは一般的な例ですので、必ずPOHとインストラクターの指示に従ってください。

例1：巡航中の5500フィートでのリーン操作

5,500フィートの二座席トレーナー機で学生パイロットがクルーズパワーを2,400 RPMに設定します。混合比はEGTがピークに達するまでゆっくりと薄くされ、その後EGTがピークより約75°Fリッチになるまで濃くされ、エンジンはスムーズに動作します。燃料流量はフルリッチ時より減少し、対気速度はPOHの予想クルーズ速度に近いままです。

例2：高高度空港からの出発

標高6,000フィートの地点で、POHはパイロットに離陸前のフルスロットル静止試運転中に最大回転数を得るために混合気を薄くするよう指示しています。学生はスロットルを全開にし、回転数がピークに達するまで混合気を薄くし、その設定のまま離陸し、薄い空気の中でエンジンが十分な出力を発揮することを確認します。

例3：プラグの汚れを防ぐためのタキシング混合比

低高度の空港での忙しい訓練日の間、学生パイロットはタキシング中に混合気を積極的に薄く調整します。これにより、フルスロットルをかけようとするとエンジンがつまずくため、プラグの汚れを減らし、離陸前のチェックリストの一環として離陸前に混合気を濃くすることを思い出させる役割も果たします。

概要

混合比制御は、パイロットが高度、温度、出力設定の変化に応じて燃料と空気の比率を調整することを可能にします。適切な混合比の使用は性能を向上させ、燃料消費を減らし、エンジンの損傷を防ぎます。リッチ・オブ・ピーク（rich of peak）およびリーン・オブ・ピーク（lean of peak）EGTの概念は、混合比が排気ガス温度のピーク点に対してどのように設定されているかを示し、特に巡航時に重要です。学生パイロットは、訓練機のPOHに記載された特定の混合比手順を学び適用し、リーン・オブ・ピーク操作のような高度な技術を使用する前にインストラクターに相談すべきです。