どう壊れたのか？

以前のブログで「書くかもしれない」と述べていた件についてです。

7月11日のドライブ中、F355のフロントフードとエンジンルームの2箇所からほぼ同時に発煙するというトラブルに見舞われました。

修理自体は、

(1) エアコンコンプレッサーのリビルド品への交換

※異常のあったマグネットクラッチ単体での入手が困難だったため、コンプレッサーごとの丸ごと交換となりました。

(2) フロントフード内のヒューズホルダーを信頼性の高い新品へ付け替え

という作業を行ってもらい、無事に完了しています。

今回は、なぜこのようなトラブルが起こってしまったのか、主治医からいただいた故障箇所の写真を交えながら、私が考察した内容をお届けしたいと思います。

◆ エンジンルーム内での発煙

まずは、エンジン下のアンダーパネルを外し、内側（上面・エンジン側）を確認したときの様子からご覧ください。

赤矢印の先に、何やら黒っぽい物体が垂れているのが分かります。主治医によると、これは「融けた樹脂のようなものがパネルの上で固まった状態」とのことでした。一箇所に集中して垂れており、周囲に飛び散った痕跡も残っています。

この集中して垂れていた場所の真上を確認すると、ちょうどエアコンコンプレッサーのベルト駆動側があるところでした。

この引いたアングルでは少し分かりづらいですが、赤丸で囲んだ部分の塗装の様子がおかしいことにお気づきでしょうか。ボツボツ、あるいはシワシワといったような不自然な表面になっています。

さらに近づいて観察してみます。

塗装がシワシワに浮いていること以上に気になるのが、赤丸で囲んだ部分に付着している「しずく状の物体」です。写真では液体のようにも見えますが、触っても手につかない、完全に固まった固体だということでした。

角度を変えて見てみます。

矢印の先を見ると、このしずくに向かって液体が垂れたような明確な跡が残っています。

この物体の正体は、マグネットクラッチ内部のコイルに含浸させてある絶縁ワニスが熱で融け出し、冷えて再び固まったものだと考えられます。

「コイル？」「含浸？」「 絶縁ワニス？」

ここで簡単に仕組みを解説します。

まず、エアコンコンプレッサーとマグネットクラッチの全体像がこちらです。

新品やリビルド品のコンプレッサーを購入すると、通常はこれらが一体になった状態で届きます。しかし機能としては別物で、マグネットクラッチは「エンジンの回転力をコンプレッサーに伝えるか否かを切り替えるメカ」の役割を果たしています。

外周の黒いプーリーはエンジンベルトによって常に回転していますが、エアコンがOFFのときはクラッチが切れて空回りしています。必要なときだけクラッチを繋ぎ、コンプレッサーを回す仕組みとなっています。

ちなみに、コンプレッサーは「回転力を圧力に変える機械（気体を圧縮する）」であり、エンジン（圧力を回転力に変える機械）とは逆の働きをしています。このアルミ筐体の中にはピストンが入っており、355に使われている「SD7H15」というモデルは7気筒構造のようです。クランクではなく、斜めの円盤が使われています（斜板式）。

このSD7H15というコンプレッサーは、トラックやバス、建機や農機具などにも広く採用されている汎用性の高いモデルだそうです。

そして、マグネットクラッチの分解図がこちらです。

マグネットクラッチは、ベルトで常時駆動される「プーリー」、クラッチ板を持つ「アーマチュア」、そして電磁石となる「フィールドコアコイル」で構成されています。

プーリーはベアリングを介してコンプレッサーの軸に取り付けられており、上述の通り普段は空回りしています。エアコンスイッチを入れてコイルに電気を流すと、強い磁力でアーマチュア（クラッチ板）がプーリー側面を引き寄せられて密着し、回転力がコンプレッサー軸へと伝わる構造です。

ところが今回、主治医に分解して調べてもらったところ、このプーリー内部にあるベアリングがガタガタに摩耗しまくっていたことが判明しました。

ベアリングに極度なガタがあると、プーリーがコンプレッサー軸に対してわずかに「偏心（軸がズレた状態）」したまま回転することになります。その偏心状態でクラッチを繋ぐと、マグネットクラッチ全体で猛烈な振動が発生し、それに伴って非常に激しい熱が発生したのではないかと考えられます。

マグネットクラッチはエアコンON時だけでなく、エンジンの回転数に応じて断続を繰り返します。そのため、クラッチが繋がるたびに偏心の度合いや当たり方が微妙に変化していたはずです。その時々の偏心状況によって、発生する振動や熱も変動していたと考えられます。

そして、ドライブを始めて約50分が経過した頃に、限界を超えた猛烈な発熱が起きる事態となったのでしょう。それまでにも蓄熱があったのかも知れませんが、そこで決定的な発熱が起こったのではないかと思います。プーリーの偏心熱はマグネットクラッチ全体へと伝わり、内部に嵌め込まれているコイルも高温で熱せられることになったはずです。

このコイルはエナメル線を巻いて作られていますが、巻き線の表面保護や隙間の固定のために「絶縁ワニス」が染み込ませてあります（これを含浸といいます）。

※これは、モーターコイルの例です

自動車のエアコン用マグネットクラッチで使われる絶縁ワニスには、主にエポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂が使用されているそうです。エンジンのそばにあることから、180℃以上の耐熱性能を持つものが使われているようです。さらにその上から、樹脂モールド（硬質プラスチックによるカプセル化）で覆われているのが一般的だそうです。

そして、今回のトラブルでは、その高い耐熱スペックすらも上回る熱（200℃以上？）がかかってしまって、樹脂が耐え切れずに融解したのではないかと考えられます。最初の塗装のシワシワ・ボツボツも、この高温で焼けたのでしょう。樹脂が高熱で融解・焼損する際には大量の煙が発生します。あの日、私が目撃した煙の正体はこれだったというわけです。

また、この熱によってエナメル線自体の被覆（耐熱180〜220℃程度）も耐えられなくなってしまったと考えられます。被覆が失われれば、コイル内部で線同士が接触する「短絡（レアショート／層間ショート）」が発生することになります。

そしてこのコイルのレアショートが、後述する「フロントフード内の発煙トラブル」を引き起こすトリガーとなったのではないかと思います。

◆ フロントフード内での発煙

エンジンルームからの発煙とほぼ同時に発生したフロントフード側のトラブルについてです。こちらは複数の要因が重なっており、少し複雑です。

ことの発端は、以前のブログでも触れた「6月14日にHVAC（空調）のヒューズが飛んだ現象」にまで遡ります。

故障直後は原因がわからずエアコンが止まってしまったというだけでしたが、家に帰ってから調べてみると、単純にヒューズ切れが原因でした。

さて、この時点ではまだマグネットクラッチの樹脂が融けるような決定的な異常は起きていなかったはずです。ベアリングのガタはすでにあったのではないかと思いますが、不可逆な熱破壊には至っていなかったと考えられます。

では、なぜこの段階でヒューズが飛んだのでしょうか？

原因は完全には特定できませんが、例えばブロアモーターの軸が渋くなって過負荷がかかっていたりして、電流が大きめになっているところに、ヒューズ自体の経年劣化が重なって、通常より低い電流で飛んでしまった可能性が考えられます（そうでなければ、7/11に50分間も問題なく動いた説明がつきません）。

しかし、飛んだヒューズ周りを撮った写真を改めてよく観察すると、ヒューズの向かって右側の根元が、うっすら焦げていました。

これを見るに、ヒューズ切れとは別に、ヒューズホルダー側の接点劣化（接触抵抗の増大）も起きていたと推測されます。355のこのヒューズホルダーはダメになることで有名なようです。

その後の7/11のドライブでは、新品の30Aのヒューズに挿し替えていたわけですが、最終的にヒューズホルダーとヒューズが丸焦げになるまで熱を持っても、ヒューズ自体は飛んでいません。つまり、30Aヒューズが溶断する条件の過電流が流れ続けてはいないということになります。

とはいえ、6/14の件から考えて、少なくとも(新車)正常時よりは大きな電流が流れ続けていたことは間違いないでしょう。そこに重なったのが、先ほど解説したマグネットクラッチコイルのレアショート（の疑い）です。

コイルのレアショートにより、そのやや高めの電流よりもさらに大きな電流が流れ込むことになったのだと思います。それで、劣化して接触抵抗が高くなっていた「ヒューズホルダーの根元接点」で、強烈なジュール熱が発生したのだと考えられます。

結果として、ヒューズ本体の樹脂とヒューズホルダーの樹脂が耐え切れずに融け出して焼損し、盛大な煙が発生したのでしょう。

融解したヒューズとホルダーを取り外して確認すると、やはり6/7に焦げていた右側がより激しく融けているのが分かります。

切り取ったヒューズホルダー（怪しい接触部と切れていないヒューズを含む一連の系）の抵抗値を計測してみたところ、約0.2〜0.6Ωという値を示しました。（おそらくテスターの測定限界に近くて不安定でした）

テスターのリード線同士を直接接触させるとしっかりと0Ωを指していたため、明らかな抵抗が存在しています。

通常、30Aのヒューズ単体はmΩオーダーの抵抗しかありませんから、かなり大きな値です。大電流が流れる回路において、0.2〜0.6Ωという抵抗は、凶悪な発熱を引き起こすには十分すぎる数字です。

というのは、発熱の大きさ（電力 P）は、電流の2乗×抵抗（P = I2 R）となるためです。電流の2乗というところが味噌󠄀で、電流が増えると途端に凶暴になるんです。

接触抵抗を中心値の0.4Ωとし、「仮に15Aの電流が流れていた」とすると、

15 * 15 * 0.4 = 90

となり、大きめのハンダごて並みの熱源（90W）が、あの小さな樹脂製ヒューズホルダーのピンポイントで発生していた計算になります。これでは融けて煙が出るのも当然です。

エンジンルーム側のベアリング劣化によるレアショートによる大電流化と、フロントフード側のヒューズホルダー接点劣化が重なったことによる複合トラブルだった、というのが今回の真相のようです。

今回のトラブルの分析としては、「なぜベアリングがガタガタになったのか」をもっと掘り下げるべきだと思います。が、モノもないしそこまではできないので、ここまでです。

◆ 修理内容について

トラブルの原因はそうだとして、実際の修理内容をご紹介します。

【コンプレッサーの交換】

コンプレッサーは、リビルド品（丸ごと一式）へ交換しました。

写真の左側が今回用意したリビルド品です。本当は壊れた「マグネットクラッチ単体」だけを交換できればよかったのですが、サンデンが修理専用部品として管理しているためか、マグネットクラッチ単体での一般流通品を見つけることができませんでした。

本当は、ここだけでいいんですけどね。

リビルド品の値段は、92,400円でした。故障品を返却する条件での値段なので、リビルドコンプレッサーの値段というよりも、リビルドする費用に相当するわけで、安くはないというか、はっきりいって相当高いと思います。

先述の通り、SD7H15というコンプレッサー自体は汎用モデルなので、例えば除雪車用として売られている同型の新品であれば6万8千円で売られています。フェラーリ専用設計というわけでもないのに、リビルド費用だけでそんな値段になるのは、かなり切ないところです。

とはいえ、フェラーリの純正パーツ価格はさらに驚くべきことになっているんですけどね。試しにEurosparesで検索してみると、

フェラーリ純正の新品コンプレッサーは何と約43万円もします! おそらくこれでも安い方だと思います。

純正同等の社外品（Eurospares Approved）でも、約19万円というひどい値段です。さらに、純正品にはマグネットクラッチ単体（ELECTRO-MAGNETIC JOINT）もあるようで、それはまさかの約18万円もします。修理用の保守パーツとしてのマグネットクラッチの10倍くらいだと思います。フェラーリの特別感などまるでない熟れた部品だと思いますが、開いた口が塞がらないプライスなんです。

近年は欧州を中心に「修理する権利（Right to Repair）」の議論が盛んですが、自動車業界の修理用部品に関しても、単品供給や適正価格化がもう少し進んでくれるといいんですけどね。サンデンが適正価格で修理部品を一般販売することをしたとしても、フェラーリのブランドが毀損されることなんて絶対ないと思いますけどね。

【ヒューズホルダーの付け替え】

後から振り返ってみると、6/14のヒューズ切れの後に新品ヒューズへ交換した際、手応えが軽くて「スッと簡単に入りすぎだ」気がします。すでにホルダーの挟み込む力が弱まっていたのだと思います。

今回の修理では、汎用品の中でもしっかりしたヒューズホルダーへ付け替えてもらいました。

新しいホルダーでヒューズを抜き差ししてみましたが、プライヤーを使わないと素手では抜けないくらいガッチリと挟み込まれていました。挿し直してもしっかり感があって、非常に安心感があります。

なお、元のヒューズホルダーは専用の溝に固定するようになっていましたが、

交換後は、万が一の再発熱時に周囲の樹脂へ影響を与えないよう、今回はあえて中空に浮かせる形で配線してもらいました。

修理後、しっかりと走らせた後にヒューズホルダーを直接触って確認してみましたが、熱を持ってはいませんでした。

相変わらず、電流自体は正常時より高めなんじゃないかと思いますが、異常な接点抵抗がなくなったことで、ヒューズホルダーの発熱は抑えられているようです。ひとまずは、これで安心だと思いますが、まだマグネットクラッチ以外の問題が払拭されたわけではないので、継続的にウォッチして行こうと思います。

実際の電流を計ってみたいのですが、いい道具がないんですよね。クランプメーター買おうかな。

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