ターボジェットエンジンの燃料コントロールについて

質問

ターボファンエンジンについてですが、冬の寒い時期になるとエンジンスタートの最初の段階で一瞬だけ白い燃料の蒸気のようなものが排出されているのをよく見かけます。夏場の時期はあまり見たことがないような気がしますが・・・

エンジン燃料コントロールにより、外気温のシグナルを使用してエンジンスタートに必要な燃料の増減が行われるのでしょうか？
寒い時期は空気密度が濃い分だけ燃料を濃くするとかで点火時に燃えなかった余った燃料ベーパーが排出されるのかとか考えてしまいます。それとも点火系統の機能が弱っているだけなのでしょうか？

回答No.3

keto_p003

私も、何度かそのような光景を見たことがあります。特に寒い時期にはよく見かけますね。なかでも真冬にカナダ旅行に行ったときには、エアカナダのＡ３２１型機がもの凄い勢いで白煙を出していましたよ。グランド上は一時白煙で真っ白になりました。早朝だったので、恐らく朝一番の始動だったのでしょう。外気温は氷点下でした。

自分もそのことが気になり色々調べてみましたら、ジェットエンジンは種類を問わず（ターボファン・ターボジェット・ターボシャフト・ターボプロップ・etc）コールドスタート時には多量の未燃焼ガスが出る事がわかりました。うまく始動できない時にはホットスタートといって、エンジンが炎を噴出する事があるそうです。多量の未燃焼ガスが燃焼室後方で燃焼することで起こるようで、ホットスタートすれば、最悪エンジン焼損になります。（Youtubeでご覧になれますよ）

技術的な内容まで調べてみましたら、冷間時始動には、外気温も低く燃焼室も冷えきっている状態では燃料蒸気が気化しにくい状態ですので、コンピュータ制御により燃料を濃い目にするそうです。ガソリンエンジンでも同じですね。昔はチョークと言っていたと思います。ですので、イグナイタープラグで点火させる時に気化された燃料には点火するが、燃料蒸気には点火しにくい状態ですから、多量の未燃焼ガスが排気されるということになります。エンジンが始動してしまえば、十分な圧縮空気により論理空燃費も有利になりますし、圧縮空気による圧縮熱もあります。なにより燃焼による熱が十分にありますので、燃料蒸気は完全に気化し燃える事ができるわけです。よって、寒さにより点火系統の機能が弱っているのではないと思います。上空1万メートルでも再始動できるようになっていますので、その場合には氷点下５０以下となります。イグナイターや余熱装置などの点火に必要な機器は寒くなれば性能低下はしますが、設計範囲内でしょう。また、夏場は気温が高いので無駄に濃い状態にしなくて済むし、燃料も気化しやすいので、白煙が少なくなるのでしょう。ちなみに、飛行機雲や車のマフラーから出る白煙は水蒸気ですので別物ですよ。

※「一瞬だけ白い燃料の蒸気のようなもの」であれば、noname#94887さんの回答で間違いないと思います。

回答No.2

noname#94887

ご覧になった白いものは多分水蒸気で、後方にではなく、エンジン下方
に出るものではありませんか？　これですとスターターの排気ではないか思うのですが。
　大型機のターボファンエンジンの下方にはＡＰＵもしくは外部からの
圧縮空気で駆動されるスターターがあり、これのタービンを回してから
の空気は大気中に排気され、この際高温高圧の空気が一気に膨張するの
で蒸気になります。
　タイミングとして
１.スタートバルブが開く（「バシュー」という音）←ここ？？
２.内側スプールが回る（小さく「キーーーン」といい始める）
３.燃料がＯＮにされ点火する（「ボン」・「ドン」という音）
４.一気にアイドルまで加速する（「キーン」音が大きくなる）
　（この途中でスターターはカット）
５.アイドルで安定運転に入る（音が一定になる）　
　．．．となりますので、どの時点で見られたかにもよります。

　一般にガスタービンエンジンは必ず点火系をＯＮにしてから燃料を
出さないとホットスタートを起こしてエンジンが焼損します。ですので
点火時に燃えなかった燃料が出ることは普通ありません。万一着火しな
かった場合は燃料蒸気を噴出しますが、この場合、地上の人間は直ちに
パイロットに報告して燃料をカットさせます。次に回す場合は必ず空転
（モータリング）で燃料を追い出してから始動します。

ＦＣＵ（Fuel Contorol Unit)の制御パラメーターは一般に、
１.スロットル（パワーレバー）位置
２.エンジン回転
３.圧縮機入口圧力
４.圧縮機出口圧力
５.圧縮機入口空気温度
　で行われます。ガスタービンはピストンエンジンのキャブレターと
違い、空気量は制御しません。燃料の供給量のみで制御しています。
この場合の空燃比は４０～３００：１とガソリンエンジンでは考えられ
ない薄いものです。
　ただ、いわゆる飛行機雲は後方に排出された排気の水蒸気ですが、
地上ではまず見ることは無いと思います。

回答No.1

Willyt

気温が低い状態でエンジンを始動するときは燃料の供給を増やすのではなく、空気の取り込み量を減らすのが効果的で、ガソリンエンジンではこのことをチョークと言いますが、航空機も同じ理屈だと思いますがね。
いずれにせよ白い排気が見えるのは燃焼しなかった燃料であることには変りないでしょうね。

お礼

貴重なヒントを頂きました。有難う御座いました。