エアコンコンプレッサ
定義と役割
エアコンコンプレッサは自動車用空調系の心臓部で、低圧の冷媒ガスを吸入し高圧に圧縮して凝縮器へ送り、車室内の熱を外部へ放散させる役割を担う。冷媒（主にR134aやR1234yf）は、蒸発器で気化して熱を奪い、エアコンコンプレッサで加圧され、凝縮器・膨張弁を経て再び蒸発器へ戻る循環で冷房が成立する。圧縮は機械的仕事を要し、消費動力・発熱・潤滑・密封など多数の設計課題が絡むため、効率と信頼性の両立が重要である。
構造と主要部品
- ハウジング：アルミ合金製が一般的で、軽量化と放熱性の確保に寄与する。
- 圧縮機構：ピストン（スワッシュプレート/ワブルプレート）、スクロール、ベーンなど方式により異なる。
- 駆動部：プーリー、マグネットクラッチ、シャフト、ダンパ機構が回転入力を伝達する。
- 制御弁：吸入圧や吐出圧に応じて容量を連続的に調整するECV/SPCV等。
- 潤滑：冷媒溶解性のPAG/POEオイルを循環させ、摩耗・焼付き・シール性を抑える。
- シール：シャフトシールやOリングが冷媒・オイル漏れを防ぐ。
- 内部バルブ：リード弁やチェック弁が吸入・吐出の流れを制御する。
作動原理
ピストン式ではプーリーからの回転がスワッシュプレートで往復運動に変換され、シリンダ内の容積変化でガスを吸入・圧縮・吐出する。可変容量型はプレート角を変えて行程体積を連続調整し、冷房負荷に即した出力と燃費を両立する。スクロール式は固定渦と公転渦で閉じ込め容積を中心へ移送しつつ圧縮し、脈動が小さく静粛で効率が高い。いずれも適正なオイルリターン設計が耐久性の鍵となる。
駆動方式
従来はエンジンの補機ベルトで駆動し、アイドリングや回転上昇に伴って吐出量が変化した。ハイブリッド/EVではインバータ駆動の電動エアコンコンプレッサが主流で、車両停止中も安定した冷房が可能である。高電圧系統と絶縁適合のPOEオイルを用い、電食・リーク電流管理が整備上の要点となる。
制御方式
- ON/OFFクラッチ制御：需要に応じてクラッチを断続し、単純で安価。
- 可変容量制御：吸入圧・温度に応じて行程を連続可変し、燃費と快適性を両立。
- ECV（電制弁）：ECU指令で容量を高精度制御し、アイドルアップや霜付きを抑制。
- 電動インバータ制御：回転数の最適化でCOPを高め、騒音・振動も低減。
故障症状と診断
冷え不足、異音、クラッチ滑り、過電流停止、漏れ跡（蛍光剤/油分）、配管霜付きなどが代表例である。マニホールドゲージで低圧・高圧を同時読取りし、外気温やファン作動と照合して膨張弁詰まり・凝縮器目詰まり・過少充填・過充填・圧縮不良を切り分ける。メタル摩耗が疑われる場合は配管や熱交換器内のデブリ拡散に注意し、フラッシングやレシーバドライヤ同時交換を検討する。
交換・整備時の注意
回収機で冷媒を法規に従い回収し、真空引きで含有水分と不凝縮ガスを除去する。オイル量は車種指定に合わせ、過不足は故障を誘発するため厳密に管理する。配管開放時はキャップを即時装着し、異物混入を防止する。Oリングは材質・サイズ適合品へ全数交換し、適正トルクで締結する。電動式では絶縁抵抗とリーク電流の基準を満たすこと、PAGとPOEの混用を避けることが重要である。
性能指標と選定
排気量（cc/rev）、効率（COP）、質量、NVH、起動トルク、低速域の吐出安定性、熱負荷追従性、耐久（高温連続・サイクル）、パッケージ制約が主な選定軸となる。車室容積・ガラス面積・地域気候・アイドルストップ戦略・HV/EVの運転パターンを考慮し、コンデンサ容量やファン性能、膨張弁特性とシステム最適化で総合性能を決める。
代表的な形式
ピストン式は高吐出圧に強く整備知見が豊富である。スワッシュプレート可変容量型は負荷追従性に優れ、燃費貢献が大きい。スクロール式は容積効率と静粛性に優れ、アイドル時の快適性や電動化との親和性が高い。ベーン式は構造が簡潔で小型軽量化に有利だが、潤滑管理に敏感である。車両の目標特性とコストで最適解を選ぶ。
関連規格・安全
サービス機器・配管接続・冷媒識別・回収再生は各国法規や業界規格（例：SAE/JIS）に準拠する。R1234yfは可燃性区分を有するため、換気・火気管理・漏洩検知が前提となる。高電圧電動エアコンコンプレッサでは作業者の感電防止、絶縁工具、コネクタ二重遮断、静電気対策を徹底し、試運転では漏洩・圧力波形・回転数・電流を総合評価して安全と性能を確認する。