JPH039286B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は冷却液の沸騰気化潜熱を利用して冷却
を行うエンジンにおいて、冷却系の異常を検出し
て警報する装置に関する。

（技術的背景） 冷却液をウオータジヤケツト内にて沸騰蒸発さ
せ、その気化潜熱によりエンジンの冷却を効率良
く行なうようにした沸騰冷却装置が本出願人より
提案されている（特願昭58−145467号等）。

これを第１図に基づいて説明すると、１はエン
ジン本体、２はシリンダブロツク３およびシリン
ダヘツド４にかけて形成されたウオータジヤケツ
ト、５はウオータジヤケツト２の上部に所定の蒸
発空間部を残して充填された冷却液（冷媒）であ
る。

この冷却液５は、エンジンの熱を吸収して所定
の温度に達すると沸騰し始め、気化潜熱を奪いな
がら蒸発する。そして、この蒸発冷却液（蒸気）
はウオータジヤケツト２の上部に接続する蒸気通
路６を介して熱交換用のコンデンサ７に導びかれ
る。

コンデンサ７には冷却風を送る冷却フアン（電
動フアン）８が取付けられ、その風量に応じて蒸
発冷却液は外部に放熱して冷却され、もとの液体
に凝縮された後、ロワタンク９に貯留される。

ウオータジヤケツト２には液面センサ１０が設
置され、冷却液５の蒸発に伴ない液面が下限値よ
りも下がると、制御回路１１によりウオータジヤ
ケツト２のもどり通路（冷媒通路）１２に介装し
た供給ポンプ１３が駆動される。このポンプ１３
により、ロワタンク９内の冷却液５をウオータジ
ヤケツト２へと循環するようにして閉回路の冷却
系を構成する。

また、制御回路１１は、冷却液温を検出する温
度センサ１４と、エンジン回路、アクセル開度、
燃料供給量等を検出する図示しない各センサから
の信号に基づいて、前記冷却フアン８を駆動制御
し、エンジンの冷却温度を運転条件に応じて最適
値に設定する。冷却系内は閉回路となつているた
め、系内の圧力を変化させることにより、冷却液
の沸点を上下させることができる。

例えば、エンジンの発熱量が比較的少ない低負
荷時には、冷却フアン８の風量を減らしてコンデ
ンサ７での放熱、凝縮をある程度抑制し、冷却系
内の圧力を大気圧以上に高めることにより、冷却
液５の沸点を高める。これにより、エンジンの冷
却液温度を高めに維持して（例えば120℃）、冷却
損失の軽減を図る。

これに対して、エンジンの発熱量が多い高負荷
時には、冷却フアン８の風量を増やしてコンデン
サ７での放熱、凝縮を促進すると、系内の圧力が
大気圧以下となり冷却液５の沸点が下げられ、エ
ンジンの冷却液温度を低めに保ち（例えば90℃）、
良好な冷却状態を確保する。

冷却液５の沸騰気化潜熱は極めて大きく、また
蒸気に対してのコンデンサ７での放熱作用は十分
に高いことから、少量の冷却液５でエンジンを効
率良く冷却することができると共に、その冷却温
度を運転条件に応じて応答良く制御することが可
能であり、したがつて全負荷時のオーバヒートや
ノツキングを制御しつつ部分負荷での燃費改善が
はかれるという理想的な冷却機能が得られるので
ある。

他方、このような装置では、エンジンの停止時
冷却液の温度が常温近くまで下がつた場合、それ
まで蒸発していた冷却液が液化して系内の圧力が
かなり低下し、強い負圧を生じかねない。

そのため、補助通路１５，１６および電磁弁１
７，１８を介してウオータジヤケツト２およびロ
ワタンク９に接続する補助タンク１９が設けら
れ、エンジン停止時に補助通路１５，１６を開
き、低下した系内圧力と大気圧との差圧を利用し
て補助タンク１９に貯えた補填用の冷却液を吸入
させる。

また、系内圧力の低下により外部からウオータ
ジヤケツト２に空気が入り込んだ場合、これを排
除するように、前記蒸気通路６の上部に空気通路
２１と電磁弁２２が設けられ、例えばエンジン始
動初期等に空気通路２１、補助通路１６を開くと
共に供給ポンプ１３を駆動し、補助タンク１９か
ら冷却液を強制的に送り込んで液面レベルを上
げ、余分の空気を空気通路２１から補助タンク１
９の上部空気層へ押し出し、フイルタ２３を介し
て外部に排出する。

そして、この状態において、エンジンの始動に
より冷却液の温度が上昇し所定の温度に達する
と、冷却液は沸騰、蒸発を開始するが、このとき
液面センサ１０，２４の検出レベルに応じて補助
通路１５を開き、その蒸発圧力によつて補填され
た分の冷却液を補助タンク１９へと押し戻す。

この場合、供給ポンプ１３は液面センサ１０に
応じて駆動され、ジヤケツト２内の液面を適正レ
ベルに保つようにロワタンク９から冷却液を送
り、ロワタンク９内の液面が所定レベルになると
補助通路１５，１６が閉じられる。

これにより、蒸発圧力を大気圧に保ちながら、
系内の冷却液を適正量に復帰ならびに設定するの
である。したがつて、系内に空気が入り込むよう
なことは防止され、コンデンサ７での熱交換効率
が良好に維持される。

しかしながらこの場合、液面センサ１０や供給
ポンプ１３の故障、あるいは配管の損傷などによ
り、ウオータジヤケツト２の液面が異常に上昇し
たり、逆に低下しても、これを運転者に知らせる
機能を備えていなかつた。

例えば液面センサ１０が故障して適正な液面レ
ベルが定まらないと、冷却液が上限値を越えて過
剰に送り込まれた場合には効率的な沸騰冷却は行
えず、冷却性能が阻害されることになるし、ある
いは供給ポンプ１３が回転しても冷却液が送り込
まれないときなど、液面レベルが徐々に低下して
空だき状態となり、ひどいときにはエンジンを焼
損に至ることもある。したがつて、これら各部材
に異常が生じたときには直ちに警告することが望
ましいのであるが、この場合、各々に異常検出手
段を取付けるのでは、そのために多くのセンサ等
が必要となり、また配管の液漏れなどに対して
は、これをセンサで適切に検出することは極めて
困難であつて、これらのことから異常検出システ
ムが全体的に複雑かつ高価なものとなつてしま
う。

（発明の目的） 本発明はこのような問題に着目して、全体的に
きわめて簡単な構造でありながら、上記いずれの
異常事態も適切に検出し、警告を発するようにし
た沸騰冷却システムの異常警報装置を提供するこ
とを目的とする。

（発明の開示） エンジンのウオータジヤケツトに上部に所定の
蒸発空間を残して液状冷媒を充填し、この冷媒の
沸騰気化潜熱でエンジンを冷却する一方、冷媒蒸
気を凝縮液化するコンデンサを設ける。そしてウ
オータジヤケツトの液面が規定値より下がると供
給ポンプを駆動してコンデンサの凝縮冷媒をウオ
ータジヤケツトに送り、液面が回復したら供給ポ
ンプを停止する制御回路と、供給ポンプに対する
駆動信号を検出し、所定の期間内にポンプの運転
が断続しないことを判断したら警報装置を作動さ
せる異常判別回路とを設ける。

（実施例） 第２図、第３図に本発明の実施例を示す。

本発明では供給ポンプ１３の作動状態を把握す
ることにより異常を判断する、異常判別回路（手
段）３０が設けられる。

この異常判別回路３０は、制御回路１１から出
力される供給ポンプ１３の駆動信号の立上りと立
下りをとらえて微分を行う微分回路３１と、この
微分信号が入力するごとに積分値をリセツトして
再び積分を開始する周期検出回路３２と、この周
期検出回路３２の積分出力が基準値以上になつた
ことを判定する比較回路３３と、比較回路３３の
出力にもとづいて警報表示部３５に駆動信号を出
力する警報駆動回路３４とから構成される。

第４図に示すように、供給ポンプ１３の駆動
（ON）に伴いウオータジヤケツト２に冷却液が
送り込まれると液面が上昇し、液面センサ１０が
上限値を検出するとポンプ１３の駆動が停止さ
れ、その後冷却液の沸騰蒸発により液面は徐々に
低下し、やがて液面センサ１０が下限値を検出す
ると再びポンプ１３が駆動される。

この場合、エンジン高負荷時のように発生熱量
の大きい運転領域では冷却液の蒸発量が増えるた
めに、第５図にも示すように、ポンプ１３の駆動
周期が短かくなり、アイドリングなど低負荷域で
は蒸発量が少ないことからポンプ１３の駆動周期
は長くなる。

しかし、いずれにしても、ポンプ１３が適正に
作動し、かつ液面センサ１０がこれを正しく検出
している限りにおいては、経験的に求められる所
定の期間内に必らずポンプ１３の運転が断続を繰
返えすことになる。

ところが、第６図にも示すように、ポンプ１３
が故障したり、ポンプ下流のパイプラインの目詰
りや液漏れ等により、いくらポンプ１３を回転さ
せても液面が回復しなかつたり、あるいはウオー
タジヤケツト２の液面は回復しているのに液面セ
ンサ１０の故障により、これを検出することが不
可能となつたときは、ポンプ１３の駆動信号は継
続的に出力される。

また、実際の液面が下限値よりも下つているに
もかかわらず液面センサ１０の故障により、液面
有りと誤検出したり、あるいは制御回路１１の故
障でポンプ駆動信号が出力されないとき等には、
ポンプ駆動信号はOFFのままとなる。

このような異常事態を判断するのが、異常判別
回路３０であつて、ポンプ駆動信号のON、OFF
のたびに微分を行う微分回路３１の出力で、周期
検出回路３２はその都度積分を繰り返すため、第
３図からも明らかなように、ポンプ駆動信号の
ONまたはOFFのいずれについても、その作動周
期が長くなると積分値が比例的に増加する。

そして、上記した異常事態の発生によりポンプ
駆動信号が所定時間以上ONまたはOFFを継続す
ると、上記積分値が比較回路３３の基準値を越え
ることになり、警報駆動回路３４が作動して警報
表示部３５を点灯させ、運転者に異常を警告す
る。

このようにして、供給ポンプ１３が所定時間以
上作動しなかつたり、あるいは作動したままとな
つたときに警告を発するので、そのまま運転を続
けた場合に生じる、沸騰冷却不調にもとづく冷却
不良や、冷却液不足による空だき現象を未然に防
止できる。

ところで、ポンプ駆動信号がOFFのままで警
報を発したときは、ウオータジヤケツト２の冷却
液が減つて焼付等を起こす危険があるため、警告
すると同時にポンプ１３を駆動して即座に液面を
回復させるようにしてもよい。

この場合、ポンプ１３が回転すると、すぐに異
常状態が回避されたと判断することがあるので、
リセツト回路等により、ポンプ１３の作動をその
まま所定時間以上継続させる。

この実施例ではポンプ１３の運転の継続周期を
検出するのに、微分回路３１の出力をトリガとし
て積分を行うようにしたが、その都度タイマをセ
ツトして、次の微分信号が入力するまでの時間を
カウントし、カウント値が所定の設定値を越えた
ときに警報を発するようにしてもよい。

第７図は他の実施例を示す。

この実施例は、所定期間の設定を機関の運転状
態、即ち燃料流量に応じて可変としたものであ
る。供給ポンプ１３のON−OFFは周期的にくり
返されるが、例えば高負荷高回転時は３〜５秒お
き、アイドル時には10〜15分おきと間隔が異なる
ため、燃料流量を検知することによりそのときの
運転状態に応じた最適の検出時間τがタイマで決
定される。即ち、燃料流量信号回路３６よりタイ
マ３７へ信号が入るとその信号の大きさに応じて
所定時間が設定され、供給ポンプ１３のOF−
OFF信号が入力するまでの時間をカウントする。
このカウント値が所定の設定値を越えると警告を
発するようにし、このカウント値前に供給ポンプ
１３の信号が入るとタイマ３７がリセツトされ
て、又カウントを始める。従つてシステムの異常
をエンジンの運転状態に応じて直ちに検知できエ
ンジンの焼付などを未然に防止できる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、ウオータジヤケ
ツトに規定の冷却液（冷媒）がないとき、あるい
は過剰なときのいずれについても、的確にこれを
警告することができ、このような異常状態によつ
て陥いるエンジンの焼損や冷却不良を未然に回避
できるという効果を生じる。

とくに本発明では供給ポンプの作動状態を検出
するだけで、想定される殆んどの異常を確実に把
握することができるので、警報装置の構造が簡略
化され、低コストで製作できる。

また機関運転状態に応じで異常検出の設定時間
を変更するようにしたので、高負荷においてもす
ばやく異常を検知できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成図である。第２図は本
発明の実施例を示す構成図、第３図は制御動作の
タイムチヤート、第４図はポンプの駆動と液面の
関係を示す説明図、第５図はポンプ駆動周期をエ
ンジン負荷状態に応じて示す説明図、第６図は異
常時に生じるポンプ駆動態様を示す説明図、第７
図は本発明の他の実施例を示す構成図である。 １……エンジン本体、２……ウオータジヤケツ
ト、７……コンデンサ、８……冷却フアン、９…
…ロワタンク、１０……液面センサ、１１……制
御回路、１２……もどり通路、１３……供給ポン
プ、１５，１６……補助通路、１７，１８……電
磁弁、１９……補助タンク、３０……異常判別回
路、３１……微分回路、３２……周期検出回路、
３３……比較回路、３５……警報表示部、３６…
…燃料流量信号回路、３７……タイマ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上方に所定の蒸発空間を残すように液状冷媒
   を満たしたエンジンウオータジヤケツトと、この
   蒸発冷媒を凝縮液化させるコンデンサと、液化冷
   媒をウオータジヤケツトに圧送する供給ポンプ
   と、ウオータジヤケツトの液面が規定値より低下
   したら規定値に回復するまで供給ポンプを駆動す
   る制御回路とを備えた沸騰冷却エンジンにおい
   て、供給ポンプに対する制御回路からの駆動信号
   を検出してポンプの運転の断続周期が所定期間以
   上に達したときに警報を発する異常判別回路を備
   えたことを特徴とする沸騰冷却エンジンの異常警
   報装置。 ２ 異常判別回路が、ポンプ駆動信号の立上り、
   立下りをとらえて微分する微分回路と、微分信号
   の入力するごとに積分を行う周期検出回路と、積
   分値が基準値よりも大きくなつたときに警報を出
   力させる比較回路とから構成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の沸騰冷却エ
   ンジンの異常警報装置。 ３ 前記所定期間は機関の運転状態に応じて設定
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載の沸騰冷却エンジンの異常警報装
   置。