JPH0214966B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ａ 技術分野 本発明は冷却液の沸騰気化潜熱によりエンジン
を冷却する沸騰冷却装置に関する。

ｂ 技術的背景 エンジン燃焼室等の壁温を材料の耐久性及び耐
ノツク性に支障を生じない範囲でできるだけ高く
した方が熱効率上好ましいことは良く知られてい
るが、従来の水冷式冷却装置ではエンジンのウオ
ータジヤケツトとラジエータとの間で冷却水を循
環させ、冷却水の温度に依存して開閉するサーモ
スタツトバルブにより冷却水の循環径路を切り換
えるという単純な構成であるため、実質的にはエ
ンジンの過熱を防止する程度の効果しか期待でき
ず、言い換えれば効率の向上を目指して運転状態
に応じた最適なエンジン温度に制御することは困
難であつた。さらに、暖機時間も長いという欠点
があつた。

これに対して、冷却水の沸騰気化潜熱を利用し
て小量の冷却水で要求放熱量を確保し、適正な冷
却性能が得られるようにした冷却装置として、例
えば第１図〜第３図に示したようなものが知られ
ている。

第１図は特公昭57−57608号に開示されている
冷却装置で、エンジン１のウオータジヤケツト２
とラジエータ３の下部を通路４で連通して内部に
充填した冷却水の液面レベルを各々で同一になる
ように図つたうえで、燃焼熱により沸騰気化した
冷却水蒸気をジヤケツト２の上部空間５及び蒸気
通路６を介してラジエータ３に導入し、ラジエー
タ３で冷却された蒸気の凝集液化分だけ通路４を
介してウオータジヤケツト２へと冷却水が戻るよ
うにした自然循環による冷却系を形成している。

このように冷却水の沸騰気化潜熱で冷却を行な
うと、冷却水の液相での熱容量に依存した一般的
な循環冷却に比較して冷却水容量が少なくて済
み、またエンジン高温部から沸騰が始まるためム
ラのない冷却ができる等の利点が得られる。

しかしながら、この冷却装置によるとラジエー
タ３にウオータジヤケツト２と同レベルで冷却水
が満たされていて、相互の温度差が小さい液相の
冷却水と外気との間で熱交換することになるため
冷却システムとしての放熱効率は必ずしも向上せ
ず、従つて冷却性能を運転状態に応じて速やかに
可変制御するには不都合であつた。さらにこの装
置では、系内の圧力を一定に保つて冷却水の沸点
及びエンジン温度を安定化する目的から蒸気通路
６と大気との間で気体の通過のみを許容する選択
透過性フイルタ７を介して圧力のやりとりをする
ようにしているが、この結果として冷却水の沸騰
気化によつて系内圧力が上昇したときに蒸気の一
部が外部へと逃げることになるため定期的に冷却
水を補充する必要を生じ、またエンジン停止後の
温度低下に伴つて系内圧力が下降すると外部から
空気を吸い込むことになるため以後冷却性能が悪
化する惧れがある等の問題があつた。

また、第２図は米国特許第4367699号の冷却装
置であり、エンジン１のウオータジヤケツト２と
同程度のレベルに冷却水を保持したセパレータ８
の空間部へと蒸気通路６ａを介してエンジン１か
らの冷却水蒸気を導入し、この蒸気のみを通路６
ｂを介してラジエータ３（コンデンサ）に供給し
て冷却液化したのちポンプ９及び通路４ａにより
セパレータ８へ、さらに通路４ｂを介して重力に
よりエンジン１へと戻すようにしたものである。

この装置によると、ラジエータ３に高温の冷却
水蒸気のみを導入してこれを冷却液化するように
しているため放熱効率は向上するが、ラジエータ
３で液化した冷却水を保持しておくタンク１０の
空間部をエアベント１１を介して大気に通連する
ことにより系内の圧力変動を抑えるようになつて
いるため、第１図と同様のメンテナンス及び冷却
性能面での問題点が生じる。又セパレータ８を介
して蒸気及び液相冷媒の供給を行う為、構造が複
雑となると共にレイアウト上の制約が大きくな
る。

さらに、第３図は特開昭56−32026号において
提案された冷却装置で、先の２例と異なりエンジ
ン１のウオータジヤケツト２内部を常時気相に保
ち、ノズル１２を介してシリンダ１３の表層部１
４に冷却水を噴射してこれを蒸発させ、この蒸気
をラジエータ３で冷却液化したのちポンプ９を介
して再びノズル１２に供給するというサイクルで
エンジン冷却を行なうようにしたものである。

ところがこの装置では、噴射供給した冷却水が
シリンダ１３の表面にムラなく行きわたるように
表層部１４を多孔質の材料で形成しているため、
表層部１４での沸騰気化が活発になると表面から
の冷却水の浸透が阻まれて一時的に放熱不能にな
り、この結果オーバヒート及び焼着きなどの不具
合を起こす惧れがあつた。

ｃ 発明の目的 本発明はこのような技術的背景の下になされた
もので、エンジンを運転状態の変化に即応した最
適冷却状態に制御して熱効率を向上するととも
に、冷却系としての効率をも高めて軽量小型化の
要求に応え、さらにメンテナンスを不要とした沸
騰冷却装置を提供することを目的とする。

ｄ 発明の開示（） 上記目的を達成するために本発明（第１の発
明）では、大部分が液相冷媒で充たされるエンジ
ンのウオータジヤケツト内で発生した冷媒蒸気を
冷却液化するコンデンサと、コンデンサで液化し
た冷媒を一時貯留するタンクと、タンクの液化冷
媒を再びウオータジヤケツトに戻す供給ポンプ
と、コンデンサに強制冷却風を供給する冷却フア
ンとからなる冷却系を設け、ウオータジヤケツト
に封入した冷媒の液面レベルが所定値になるよう
に供給ポンプを制御して、コンデンサでは温度差
の大きい冷媒蒸気と外気との間で熱交換を行なわ
せることにより放熱効率を高めるとともに、エン
ジン温度を検知し、この検知信号により作動する
冷却フアンを介してコンデンサでの冷媒凝縮量つ
まり系内の圧力及び冷媒の沸点を変化させること
によりエンジン運転状態ないし運転域に応じた最
適温度（所定値）に制御しうるようにすると共に
暖機後の通常運転時、冷媒通路を閉ループにし
た。

次に上記発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

ｅ 実施例 第４図において、２１はエンジン（本体）、２
２はそのウオータジヤケツト、２３はコンデン
サ、２４はコンデンサ２３の下部に連通するタン
ク（ロワタンク）、２５は供給ポンプとしての電
動ポンプ、２６は冷却フアンとしての電動フアン
である。

ウオータジヤケツト２２はエンジン２１のシリ
ンダ及び燃焼室の外周部を包囲するようにシリン
ダブロツク２１ａ及びシリンダヘツド２１ｂにか
けて形成され、その内部には上方に適当な空間
（気相空間）２２ａが残る程度に液相冷媒が封入
されている。なお、多気筒エンジンでは前記気相
空間２２ａは各気筒部間で相互に連通している。

ウオータジヤケツト２２は、その気相空間に面
して接続した冷媒注入管２２ｂ及び蒸気通路（冷
媒通路）２７を介してコンデンサ入口部２３ａに
連通している。前記冷媒注入管２２ｂは冷媒が循
環する径路の最上部に位置し、上方に立ち上つた
注入口部２２ｃはキヤツプ２２ｄで密閉される。

ロワタンク２４は、途中に電動ポンプ２５を介
装した冷媒通路２８を介してウオータジヤケツト
２２下部の冷媒入口部２２ｅに接続される。

コンデンサ２３は車両走行時に走行風が流通す
る位置に設けられ、電動フアン２６はその前面ま
たは背面側に位置してコンデンサ２３に強制冷却
風を供給する。

３０は上記電動ポンプ２５並びに電動フアン２
６の作動を司る制御回路であり、シリンダヘツド
２１ｂに設けられた液面センサ３１と、同じく温
度センサ３２及びエンジン運転状態を検出するそ
の他の検出手段（図示せず）と共に制御系統を形
成している。

液面センサ３１は、その検出部が冷媒液に浸る
か気相空間２２ａに露出するかに応じてオンオフ
的に出力が変化し、制御回路３０はこの出力の変
化に基づいて、冷媒液面が液面センサ３１の位置
に応じた所定値よりも低下した場合には電動ポン
プ２５を駆動して再び所定液面レベルに達するま
でロワタンク２４の貯留冷媒をウオータジヤケツ
ト２２に補給する。このため、ウオータジヤケツ
ト２２内には常時所定量の冷媒が確保される。な
お、この冷却系内に注入される液相冷媒の全容量
は、ウオータジヤケツト２２に前述のようにして
所定液面レベルにまで冷媒が確保された状態でコ
ンデンサ２３の内部がほぼ気相状態になる程度に
設定されている。

一方温度センサ３２は、冷媒の温度からエンジ
ン温度を検出し、エンジン温度に応じた出力を実
温度信号として制御回路３０に付与するもので、
制御回路３０はこの温度センサ３２からの実温度
の検出値と共に、エンジン回転、スロツトル開
度、燃料供給量等を周知のセンサ類を介して検出
してエンジンの運転状態を判別し、前記実温度と
の比較に基づいて運転状態に応じた適正なエンジ
ン温度になるように電動フアン２６の作動または
停止を制御する。

エンジン運転状態と制御温度値との関係は、こ
れをエンジンの仕様や目的・用途に応じて自由に
設定できることは言うまでもないが、一般に自動
車用エンジンでは比較的負荷並びにエンジン回転
が低い市街地走行域と、それ以外の高速または高
負荷域とに分けて、市街地走行域では温度を上げ
て熱効率を高め、高速・高負荷域では温度を下げ
て異常燃焼等を防止するように図る。

上記に基づく冷却系統としての基本的な作用に
ついて説明すると、ウオータジヤケツト２２内の
液相冷媒は、エンジン燃焼熱をうけて加熱される
と、そのときの系内の圧力に応じた沸点に達した
ところで沸騰を開始し、気化潜熱を奪つて蒸発気
化する。このとき、冷媒はエンジン２１の高温部
ほど盛んに沸騰して気化潜熱相当分の冷却を行な
うことになるため、燃焼室やシリンダ壁はほぼ均
一の温度に保たれ、具体的には異常燃焼を促すホ
ツトスポツトが発生しにくくなるため燃焼室等の
温度を全体的に高めることが可能になる。

上記沸騰冷却作用の結果発生した冷媒蒸気は蒸
気通路２７を介してコンデンサ２３内に侵入し、
外気との熱交換により冷却されて液化し、逐次ロ
ワタンク２４に貯留される。この場合、既述した
ようにコンデンサ２３の内部は気相状に保たれ、
高温の冷媒蒸気がコンデンサ２３を構成する金属
面との間の良好な熱伝達状態の下に外気で冷やさ
れることになるため、液相で放熱する場合よりも
大幅に放熱効果が高められ、従つてコンデンサ２
３並びに電動フアンは従来よりも著しく小型のも
のを使用することができる。因みに、第５図にあ
るエンジンを全負荷運転したときにエンジン温度
を100℃に保つのに必要なフアン風速とエンジン
回転速度との関係を示すが、図示したように従来
の水循環冷却よりも冷却効率が上昇している。

そして、コンデンサ２３で液化しロワタンク２
４に貯留された冷媒は、ウオータジヤケツト２２
での液面レベルの低下に伴う電動ポンプ２５の作
動により再びウオータジヤケツト２２へと戻され
るのであり、以上の繰り返しにより沸騰冷却が続
けられる。

ところで、総排気量1800c.c.のガソリンエンジン
を4000rpmで全開運転しているときの要求放電量
は、第６図に示したように毎分400kcal以上にも
なり、これを冷却水の液相循環冷却で全うするた
めの冷却水の要求循環量Ｑは、ラジエータの入口
温度を88℃、同出口温度を84℃、水の比熱を１と
すると、Ｑ＝400／（88−84）×１≒100Kg、つまり毎分 約100に達する。これに対して沸騰冷却では、
冷媒として水を使用した場合、その気化潜熱が約
539kcal／Kgであるから、液相冷媒の要求循環量
は毎分数百c.c.にすぎない。これにより、電動ポン
プ２５は小型のものを小電流で駆動でき、その制
御が容易になるとともに、特に駆動損失が水循環
冷却におけるエンジン駆動のウオータポンプに較
べて大幅に減少するので、第７図に示したように
同一温度（80℃）下でも著しい燃費の改善にな
る。

次に、温度制御に伴う冷却系統の作用を説明す
るにあたり、まず制御系統の動作概念の一例を説
明する。

制御系統は、先に述べたように電動フアン２６
の作動を制御することにより最終的にエンジン温
度がそのときの運転状態に応じた目標値になるよ
うに動作するのであるが、このためにまず、エン
ジンの回転速度と負荷の関係から運転状態を判定
し、比較的回転速度及び負荷が小さい市街地走行
域では制御温度目標値T_pとして予め設定された
高温側目標値T_H（例えば、T_H＝110℃相当）を選
択し、それ以外の高速または高負荷域では同じく
T_pとして低温側目標値T_L（例えば、T_L＝90℃相
当）を選択する。

次に、上記最終的な目標値T_pと実際のエンジ
ン温度T_aとを比較し、T_aT_pのときは電動フア
ン２６を駆動してコンデンサ２３に冷却風を供給
し、これを積極的に冷却する。その反対に、T_a
＜T_pのときは電動フアン２６を停止してコンデ
ンサ２３を自然冷却状態に置く。制御系統はこの
ような動作を周期的または継続的に繰り返し実行
してエンジン温度を制御するのであり、これに呼
応して冷却系統は次のように作用する。

すなわち、本発明ではコンデンサ２３の内部を
気相に保つて放熱効率を高めたことから、電動フ
アン２６により強制冷却風が供給されたときにこ
れに速やかに反応してコンデンサ２３内の冷媒蒸
気の液化が促され、このため系内の圧力が低下し
て液相冷媒の沸点も下降し、従つてエンジン温度
も相応に低下していく。その反面、電動フアン２
６が停止すると、ことに市街地走行時のように車
速が低くて走行風が不足する条件下ではコンデン
サ２３での放熱量が減少してその内部での冷媒の
液化量よりもウオータジヤケツト２２での沸騰気
化量の方が上まわることになるため、系内の圧力
が上昇してエンジン温度が高められていく。

このようにして、エンジン２１はその温度を低
速・低負荷域では高く、高速または高負荷域では
低くという具合に応答よく変化させる。高速、高
負荷域でエンジン温度を抑えることによりノツキ
ングやデトネーシヨンなどの異常燃焼を回避でき
ることは勿論、常用される市街地走行域でエンジ
ンを適度な高温に保つことにより冷却損失を減ら
して燃料消費率を高められる（第７図参照）等の
効果が得られることは言うまでもない。なお、特
にデイーゼルエンジンではアイドリング時などの
低速回転時に燃焼室を高温に保つことにより、噴
射燃料の着火遅れ期間が減少し、言い換えれば予
混合燃焼の割合が少なくなるため、第８図に示し
たようにシリンダ内圧力の立上りが緩やかになつ
て騒音、振動が減少するとともに、平均有効圧が
高められて燃費の一層の改善につながる。

第９図は上記温度制御動作を実行する制御系統
の具体的な回路例である。

この回路は、電子制御燃料噴射装置を備えたガ
ソリンエンジンに適応するもので、エンジン吸気
通路（図示せず）に面して設けられる電磁燃料噴
射弁４０の駆動信号パルスからエンジン運転状態
を検出する。

電子制御燃料噴射装置では、燃料噴射弁４０に
対してエンジン吸入負圧との間の相対圧が常に一
定となるように燃料を加圧供給し、噴射弁４０の
開弁時間つまり噴射弁駆動信号のパルス巾を変化
させることによつて燃料噴射量を制御するように
している。

そこで、噴射弁４０への駆動信号をトランジス
タTrのベースに印加し、このベース電圧が印加
されている間（噴射弁４０が開いている間）だけ
所定特性のリツプルカウンタ４１へとクロツクジ
エネレータ４２の出力を与えるようにすると、第
９図Ａに示したように前記所定特性で決まるある
巾以上のパルスが入力したときだけカウンタ４１
からキヤリが出るようになる。なおこの場合、噴
射弁駆動信号をカウンタ４１のリセツト端子に入
力して噴射時期が到来する毎にパルス巾を検出す
るようにしてある。

また、噴射弁駆動パルスはエンジン回転と同期
して発せられ、従つて、エンジン回転速度が上昇
するほど単位時間あたりの上記キヤリの数が増加
する。

要するに、カウンタ４１からある時間内に出力
されるキヤリの長さまたは数は、燃料噴射量（つ
まり負荷）または回転速度が高まるほど増加する
のであり、従つてこれを平滑回路４３に入力して
平滑化すると第９図Ｂに示したように負荷または
回転速度に比例した出力電圧が得られる。

この平滑回路４３の出力電圧は、第１のコンパ
レータ４４に入力し、定電圧電源４５の出力を抵
抗R₁とR₂で分圧したＰ点の電圧と比較する。Ｐ
点に現われる電位はエンジン運転域を判別するた
めの基準値に相当する。

第１のコンパレータ４４は、平滑回路４３の出
力電圧がＰ点電位よりも高くなると、つまりエン
ジンがある程度の高速または高負荷域に達すると
出力する（第９図Ｂ）。この出力電圧は抵抗R₃と
R₄で分圧され（Ｑ点）、第２のコンパレータ４６
に入力されるが、ここで抵抗R₃，R₄により設定
される電位は低温側温度目標値（T_L）に相当す
る。

第２のコンパレータ４６は、定電圧電源からの
出力を抵抗R₆と温度センサ３２としてのサーミ
スタ４７とで分圧したＲ点の電位と上記Ｑ点電位
とを比較し、Ｑ点電位がＲ点よりも高くなるとリ
レースイツチ４８を駆動して電動フアン２６に通
電する。サーミスタ４７は温度が上昇するほど抵
抗値を減じる特性を持つているので、エンジン温
度が上昇するとＲ点の電位は降下する。このた
め、高速・高負荷域におけるＱ点の電位で代表さ
れる温度目標値（T_Q）よりもエンジン温度が上
昇すると電動フアン２６が作動して積極的な冷却
を開始する（第９図Ｃ参照）。

一方Ｑ点には、エンジンの運転状態にも拘わら
ず、定電圧電源４５の出力を抵抗R₅とR₄で分圧
した電位が常時現われているので、第１のコンパ
レータ４４が出力しない低速・低負荷域ではこの
抵抗R₅とR₄とで決まるＱ点電位よりもＲ点の電
位が下つたときに電動フアン２６が作動すること
になる。このときのＱ点電位は高温側温度目標値
（T_H）に対応するように高速、高負荷時よりも低
く設定されているので、電動フアン２４はその作
動開始温度が高速、高負荷時よりも高くなる（第
９図Ｃ）。

以上のようにして、制御系統はエンジンの温度
を高速、高負荷域では低く、市街地走行域では高
く保つという所期の制御目的を達成する。

ｆ 発明の開示（） 次に第２の発明について説明する。

本発明は、上記第１の発明と同一の目的を達成
しつつ、さらに冷却系統内の冷媒量を増減制御す
ることにより、多様な運転状態に対応した高度な
エンジン温度制御を行なうとともに、空気の混入
防止及びその排出を効率的に行い冷却装置として
の信頼性、整備性を一層高めるようにしたもので
ある。

すなわち本発明では、第１の発明の構成に加え
て、少なくとも気相空間と同程度の容量の液相冷
媒を貯留する補助タンクを冷媒通路に連通可能に
配し、冷却系の過冷時及びエンジン停止後、系内
の負圧により補助タンクの液相冷媒を冷媒通路に
供給して、コンデンサの放熱効率を低下させて過
冷却を防止すると共に負圧による空気の混入を防
止し、エンジン始動直後の冷間時、冷媒通路内の
頂部付近に液相冷媒がないことを検知すると前記
補助タンクより液相冷媒を冷媒通路内に供給して
混入空気を液置換し、冷媒通路内の空気を追い出
し、エンジン暖機中は冷媒通路の冷媒液面レベル
が所定値になるまで冷媒通路内の液相冷媒が補助
タンクへ戻るようにした。その後の通常運転時は
タンクと供給ポンプとの連通を保ち、冷媒通路を
閉ループとして温度制御を行うようにした。従つ
てこのときの冷却装置の働きは第１発明と同一で
ある。

以下本発明を図示実施例に基づいて説明する。

ｇ 実施例 第１０図〜第１３図において、５０は補助タン
ク、５１は第１補助通路、５２は第２補助通路、
５３は第１電磁弁（三方弁）、５４は第２電磁弁、
５５は第３電磁弁である。

補助タンク５０は、通気機能を有するフイラー
キヤツプ５０ａを介してその内部が大気と連通し
ており、かつ高位置に設けられるため、内部に貯
留した液相冷媒は重力に基づいて冷媒系内へと導
入されることになる。

第１電磁弁５３は、この場合非通電時にはロワ
タンク２４と電動ポンプ２５とを連通している
が、通電されると第１補助通路５１を介して補助
タンク５０と電動ポンプ２５の吸込側を連通す
る。また、第２電磁弁５４は常開で通電時に閉
弁、第３電磁弁５５は常閉で通電時に開弁となる
設定である。なお、第３電磁弁５５は冷媒注入口
部２２ｃと補助タンク５０の内部上方空間とを連
通する空気通路５６の途中に介装されており、第
３電磁弁５５開弁時には注入口部２２ｃを補助タ
ンク５０の通気機能を有するフイラーキヤツプ５
０ａを介して大気に開放する。

上記各電磁弁５３〜５５の開閉または切換を司
る制御系統としては、既述した液面センサ３１と
温度センサ３２に加え、ロワタンク２４の冷媒液
面位置を検出する第２の液面センサ５７と、気相
空間２２ａの最頂部にあたる注入口部２２ｃにて
エンジン停止後の冷媒量を検出する第３の液面セ
ンサ５８、及び前記各センサからの信号に基づい
て所定の制御動作を実行する制御回路３０′など
が設けられる。

その他の点については第４図と同様であるの
で、同一の部分に同一の符号を付してその説明を
省略する。

次に、上記構成に基づく作用について制御系統
の動作と併せて説明する。

第１０図は通常の運転状態における冷却系統の
様子を示しており、ウオータジヤケツト２２には
液面センサ３１で決められる所定レベルを保持す
るように電動ポンプ２５を介して液相冷媒が供給
されるとともに、ロワタンク２４には適量の液相
冷媒が残留してコンデンサ２３内は気相に保た
れ、すなわち系内には標凖量の冷媒が保持されて
いる。

このとき、制御回路３０′は第２電磁弁５４に
通電する一方、第１、第３電磁弁５３，５５への
通電を断つて、ロワタンク２４と電動ポンプ２５
の連通状態を維持するとともに第１補助通路５１
並びに第２補助通路５２を共に閉じており、従つ
てこの状態での冷却装置としての作用は第４図と
全く同一であつて、エンジン温度はそのときの運
転状態に応じた所定値に制御される。

次に、この状態からエンジン２１を停止する
と、制御回路３０′は温度センサ３２からの信号
に基づいてエンジン温度が例えば50℃以下にまで
低下したところで第１１図に示したように第２電
磁弁５４への通電を停止してこれを開き、第２補
助通路５２を介して補助タンク５０と冷却系の冷
媒通路２８とを連通する。

このとき系内ではエンジン停止後の温度低下に
伴つて冷媒蒸気が液化し、内部が負圧化している
ため、補助タンク５０の貯留冷媒は第２補助通路
５２を通つて系内へと導入され、これにより図示
したように系内は次第に液相冷媒で満たされ、空
気の侵入が防止される。最終的には気相空間２２
ａの頂部に位置する液面センサ５８のレベルまで
液相冷媒で満たされることになる。

これに対して、もし万が一系内に外気が侵入し
た場合は、その分だけ系内の負圧化が阻害される
ため、補助タンク５０からの冷媒の導入はその液
面が第３の液面センサ５８に達する以前に終了す
ることになる。

この場合制御回路３０′は、例えば温度センサ
３２からの信号値が変化しなくなつたことからエ
ンジン２１が常温に落ち着いたことを判定した
後、あるいは冷機始動直後に第３の液面センサ５
８を介して系内の液面レベルが規定値つまり外気
が侵入していない場合の液面レベルに達していな
いことを検知して、第１２図に示したように第１
電磁弁５３に通電して第１補助通路５１を電動ポ
ンプ２５の吸込側に接続するとともに電動ポンプ
２５を駆動して補助タンク５０の液相冷媒をウオ
ータジヤケツト２２に圧送する。同時に、第３電
磁弁５５にも通電してこれを開き、気相空間２２
ａの最頂部にあたる注入口部２２ｃを補助タンク
５０の空間部つまり大気側に開放する。このため
系内の冷媒液面レベルが次第に上昇するとともに
侵入空気は外部へと排出される。このエア抜き動
作は系内の液面レベルが規定値に達するまで続け
られ、つまり第３の液面センサ５８で検出される
液面レベルに達したところで第１、第３電磁弁５
３，５５及び電動ポンプ２５への通電を停止して
終了する。

なお、このエア抜きの際、侵入空気を電磁弁５
５から直接的に大気へと放出するようにしてもよ
いが、前述したように電磁弁５５からいつたん補
助タンク５０を経由してフイラーキヤツプ５０ａ
から抜くようにすると、侵入空気に冷媒が混入し
ていたときにこれを補助タンク５０にて捕捉する
ことができるので、冷媒の逸失を最小限に抑える
ことができる。

このようにして、冷却系内にもし外気が侵入し
ていた場合にはエンジン停止後あるいは冷機始動
直後に自動的にこの侵入空気を排出する動作がな
され、従つて冷却装置の性能が特別な維持管理作
業を要することなく長時間にわたつて保証され
る。またキーオフ時、補助タンク５０は直接ウオ
ータジヤケツト２２と連通せず、またコンデンサ
２３とつながる為、エンジンに一瞬熱がこもつて
液の温度が上昇しウオータジヤケツト２２の冷媒
が補助タンク５０へ逆流し、エンジンが高温にな
るのも防いでいる。

次に、冷機始動時の作用について説明すると、
制御回路３０′は温度センサ３２からの温度信号
及び点火系統への通電状態などから冷機始動条件
にあることを検知して、第２の電磁弁５４のみを
開く。

始動前の冷却系内は既述したようにして液相冷
媒で満たされているが、エンジン２１が始動する
と冷媒が加熱されて気化するため系内の圧力が上
昇し、これに伴つて第１３図に示したようにコン
デンサ２３側の液相冷媒は第２補助通路５２を通
つて補助タンク５０へと次第に押し出されてい
く。このためコンデンサ２３側の液面レベルが
徐々に低下していくが、この間ウオータジヤケツ
ト２２では冷媒の沸騰気化がなされるため、ウオ
ータジヤケツト２２における液面レベルも低下し
ていく。ただし、液面センサ３１の位置より低下
すると電動ポンプ２５が作動して液相冷媒を補給
するため、それ以上に低下することはない。そし
て、コンデンサ２３の液面レベルが低下して、や
がて第２の液面センサ５７が気相空間に露出する
程度にまで達すると、これを検知して制御回路３
０′は第２電磁弁５４への通電を再開してこれを
閉じる。この結果、冷却系統は第１０図の状態と
なり、以後通常の冷却機能を発揮する。

なお、始動時にあつては上述したようにして系
内の冷媒液面レベルが低下していく過程で、コン
デンサ２３の内部が液相になつていることからそ
の放熱量は気相時に較べて著しく減少する。この
ため、エンジン２１の発生熱が徒らに外部へと逃
げることがなく、従つて暖機に要する時間を短縮
できるという利点が生じる。

ところで、冬期や長い下り坂を走行するときな
どには、電動フアン２６を停止しておいてもコン
デンサ２３での放熱量がエンジン２１の発熱量を
上まわつてエンジン温が下がりすぎることがあ
る。

このような過冷却時には、制御回路３０′は温
度センサ３２の信号に基づいて、予め設定された
下限温度よりもエンジン温度が低下したことから
過冷却状態を判定し、上記始動時と同様に第２電
磁弁５４を開き、補助タンク５０と冷媒通路２８
とを連通する。過冷却時には、ウオータジヤケツ
ト２２での冷媒の気化量よりもコンデンサ２３で
の液化量の方が多いのであるから、系内は負圧に
なつており、従つて始動時とは逆に補助タンク５
０からコンデンサ２３へと液相冷媒が導入される
ことになる。この結果、コンデンサ２３はその内
部の冷媒液面レベルが上昇し、これに伴なつて放
熱量が減少するためエンジン発熱量が相対的に増
加してエンジン温度が次第に上昇し、過冷却状態
から脱する。なお、過冷却状態から脱してさらに
エンジン温度が上昇すると、このときの系内圧に
基づいてコンデンサ２３内の冷媒は再び補助タン
ク５０へと戻され、ロワタンク２４の冷媒液面レ
ベルが液面センサ５７の位置まで低下したところ
で第２電磁弁５４を閉じて通常の状態に復帰す
る。

このように、第２の発明の沸騰冷却装置によれ
ば、冷却系内の液相冷媒量をエンジンの状態に応
じて可変制御することにより系内への空気の侵入
防止、暖機の促進、過冷却の防止を行なうと共に
万が一空気が侵入したとしても効率よく排出する
ようにしたので、冷却装置としての信頼性、安定
性、及びメンテナンス性がさらに向上する。

ｈ 発明の効果 以上を要するに、本発明によればエンジンウオ
ータジヤケツトの大部分を液相冷媒で充たし、冷
媒蒸気を液化するコンデンサの内部を基本的には
気相状態に維持して放熱状態を高めるとともに、
この高効率のコンデンサへの冷却風量を電動フア
ンを介して変化させることにより液相冷媒の沸点
を制御するようにしたので、エンジンシステムと
しての大幅な小型軽量化を達成できるとともに、
運転状態に応じた適正エンジン温度に速やかに制
御することができ、従つて燃費効率を有効に高め
ることができる。

また本発明では、冷却系を暖機後の通常運転時
にはエンジンウオータジヤケツト及びコンデンサ
内に冷却媒体を封入し、外部との圧力のやりとり
をすることなく（閉ループとし）、系内の圧力を
加減して温度制御するようにしたので、冷却媒体
が大気中に逸散したり外部から系内へと空気を吸
入したりする惧れが少なく、従つてメンテナンス
が容易になり、長時間にわたつて安定した冷却性
能を保てるという効果を生じる。

さらに本発明では、系内に負圧が生じると外部
タンクより液相冷媒を供給して空気の侵入を防止
し、万が一空気が侵入した場合にも効率よく空気
を排出できるようにしたので、常に良好なる冷却
効率を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はそれぞれ異なる従来例の概略
構成図である。第４図〜第９図は第１の発明に関
し、第４図はその一実施例の概略構成図であり、
第５図はエンジン回転とコンデンサまたはラジエ
ータへの要求風速との関係を従来との比較におい
て示した特性線図、第６図はエンジン回転と要求
放熱量との関係を示した特性線図、第７図は冷媒
温度（エンジン温度）と燃料消費率との関係を示
した特性線図、第８図はデイーゼルエンジンのシ
リンダ内圧力の変化を従来との比較において示し
た圧力線図である。また、第９図は制御系統の一
例の回路構成図、同図Ａはその噴射パルスとリツ
プルカウンタの出力との関係を示した説明図、同
図Ｂはリツプルカウンタの出力と平滑回路の出力
特性との関係を示した説明図、同図Ｃは冷媒温度
の制御特性を示した説明図である。第１０図〜第
１３図は第２の発明に関し、それぞれの一実施例
の異なる作用状態についての概略構成図である。 ２１……エンジン（本体）、２２……ウオータ
ジヤケツト、２２ａ……気相空間、２２ｂ……冷
媒注入管、２３……コンデンサ、２４……タンク
（ロワタンク）、２５……電動（供給）ポンプ、２
６……電動（冷却）フアン、２８……冷媒通路、
３０……制御回路、３１，５７，５８……液面セ
ンサ、３２……温度センサ、４０……電磁燃料噴
射弁、４１……リツプルカウンタ、４３……平滑
回路、４４，４６……コンパレータ、５０……補
助タンク、５１……第１補助通路、５２……第２
補助通路、５３……第１電磁弁、５４……第２電
磁弁、５５……第３電磁弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 大部分が液相冷媒で充たされたエンジンウオ
   ータジヤケツトと、このエンジンウオータジヤケ
   ツトからの冷媒蒸気を冷却液化するコンデンサ
   と、このコンデンサからの液化冷媒を一時貯留す
   るタンクと、このタンクの液化冷媒をウオータジ
   ヤケツトに戻す供給ポンプと、コンデンサに強制
   冷却風を供給する冷却フアンと、エンジン温度を
   検出し、この検出信号により、エンジン内の冷媒
   温度を所定値にすべく電動フアンを駆動する回路
   並びにウオータジヤケツトの冷媒液面レベルを検
   出して液面レベル低下時に所定レベルに達するま
   で供給ポンプを駆動する回路を有する制御系統と
   から冷却系を構成し、エンジン暖機後の冷却系通
   常作動時、ウオータジヤケツトからコンデンサを
   経てウオータジヤケツトに至る冷媒通路を閉ルー
   プとすると共に液相冷媒は所定液面レベルを満た
   した条件下でこの冷媒通路内でウオータジヤケツ
   トの内部上方及びコンデンサの内部略全域が気相
   空間となる程度の量を封入したことを特徴とする
   エンジンの沸騰冷却装置。 ２ 前記エンジン内の冷媒温度の所定値をエンジ
   ン運転状態により変えたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のエンジンの沸騰冷却装置。 ３ 大部分が液相冷媒で充たされたエンジンウオ
   ータジヤケツトと、このエンジンウオータジヤケ
   ツトからの冷媒蒸気を冷却液化するコンデンサ
   と、このコンデンサからの液化冷媒を一時貯留す
   るタンクと、このタンクの液化冷媒をウオータジ
   ヤケツトに戻す供給ポンプと、コンデンサに強制
   冷却風を供給する冷却フアンと、エンジン温度を
   検出し、この検出信号によりエンジン内の冷媒温
   度を所定値にすべく冷却フアンを駆動する回路並
   びにウオータジヤケツトの冷媒液面レベルを検出
   して液面レベル低下時に所定レベルに達するまで
   供給ポンプを駆動する回路を有する制御系統とか
   ら冷却系を構成し、エンジン暖機後の冷却系通常
   作動時、ウオータジヤケツトからコンデンサを経
   てウオータジヤケツトに至る冷媒通路を閉ループ
   とすると共に液相冷媒は所定液面レベルを満たし
   た条件下でこの冷媒通路内でウオータジヤケツト
   の内部上方及びコンデンサの内部略全域が気相空
   間となる程度の量を封入したエンジンの沸騰冷却
   装置において、少なくとも気相空間と同程度の容
   量の液相冷媒を貯留する補助タンクを冷媒通路に
   連通可能に配し、暖機後の冷却系の過冷時及びエ
   ンジン停止後、系内の負圧により補助タンクの液
   相冷媒を冷媒通路に供給し、エンジン始動直後の
   冷間時、冷媒通路内の頂部付近に液相冷媒がない
   ことを検知すると、前記補助タンクより液相冷媒
   を冷媒通路内に供給して混入空気を液置換し、エ
   ンジン暖機中は、冷媒通路の冷媒液面レベルが所
   定値になるまで冷媒通路内の液相冷媒が補助タン
   クへ戻るようにし、暖機後の冷却系通常運転時は
   タンクと供給ポンプ間の連通を保つようにしたこ
   とを特徴とするエンジンの沸騰冷却装置。 ４ 前記補助タンクは供給ポンプとタンク間でポ
   ンプの吸込側冷媒通路と連通可能な第１補助通路
   とタンク側冷媒通路と連通可能な第２補助通路と
   を有し、供給ポンプの吸込側の冷媒通路は、第１
   電磁弁を介してタンク側の冷媒通路または第１補
   助通路の何れかと選択的に連通し、第２補助通路
   は第２電磁弁により開閉され、冷媒通路の頂部付
   近は第３電磁弁により大気に開放または閉止さ
   れ、暖機後の冷却系の過冷時及びエンジン停止後
   は第２電磁弁を開き、エンジン始動直後の冷間
   時、冷媒通路内の頂部付近に液相冷媒がないこと
   を検知すると第１電磁弁を切り換えて第１補助通
   路と供給ポンプ吸込側冷媒通路とを連通し、かつ
   第３電磁弁を開き、エンジン暖機中は、冷媒通路
   の冷媒液面レベルが所定値になるまで第２電磁弁
   を開き、暖機後の冷却系通常運転時、第１電磁弁
   を介してタンクと供給ポンプとの連通状態を保
   ち、第２電磁弁と第３電磁弁とを閉弁したことを
   特徴とする特許請求の範囲第３項記載のエンジン
   の沸騰冷却装置。