JPH0534491B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、ウオータジヤケツト内の所定レベ
ルまで液相冷媒を貯留しておき、その沸騰気化に
より内燃機関各部の冷却を行うとともに、発生し
た冷媒蒸気をコンデンサにより凝縮して再利用す
るようにした内燃機関の沸騰冷却装置に関し、特
にその温度センサの取付構造の改良に関する。

従来の技術 自動車用機関等の冷却装置として、従前の水冷
式冷却装置に代えて冷媒（冷却水）の沸騰・凝縮
のサイクルを利用した沸騰冷却装置が、例えば特
公昭57−57608号公報や特開昭57−62912号公報な
どに記載されているが、これらは冷却水の自重に
よる自然循環的な方法でウオータジヤケツト内の
液面レベルが調節されるものであるため、安定し
た液面位置を確保することは期待できず、高温部
位の気相中への露出による過熱の虞れがあるな
ど、信頼性、安定性に乏しい。

これに対し、本出願人は冷媒供給ポンプを用い
てウオータジヤケツト内の冷媒液面を所定レベル
に制御するようにした沸騰冷却装置を種々提案し
ている（例えば特願昭58−145470号、特願昭58−
228148号、特願昭59−100156号、特願昭59−
140378号等）。これはウオータジヤケツトとコン
デンサと冷媒供給ポンプとを主体として密閉した
冷媒循環系を構成するとともに、上記ウオータジ
ヤケツトの設定レベルに対応して液面センサを装
着したもので、この設定レベルまで液相冷媒（例
えば水と不凍液の混合液）を貯留しておいて、そ
の沸騰気化により各部の冷却を行つている。そし
て発生蒸気をコンデンサに導いて凝縮し、コンデ
ンサ下部に液相冷媒として回収した後、上記液面
センサの検出信号に基づいて作動する冷媒供給ポ
ンプによつて再度ウオータジヤケツトに循環供給
し、その冷媒液面を上記設定レベルに維持する構
成となつている。このように冷媒供給ポンプを用
いてウオータジヤケツト内の冷媒液面を制御する
ことにより、負荷条件等で変化しても液面を確実
に設定レベルに維持できることになり、燃焼室壁
等高温部位の露出を防止し、かつウオータジヤケ
ツト上部に適宜な蒸気空間を確保して、安定した
冷却性能を発揮できるのである。

発明が解決しようとする問題点 上記のような沸騰冷却装置において、例えば液
面センサが故障してON状態のままとなると、冷
媒供給ポンプが全く作動しないことになり、冷媒
液面が徐々に低下して、やがて排気ポート壁や燃
焼室壁等が気相領域中に露出し、局部的な過熱に
より溶損や熱歪の発生など致命的な損傷を引き起
こす虞れがある。従つて、排気ポート壁等の温度
を温度センサにより常時監視し、早期にその異常
高温を検出する必要がある。

一方、上記の沸騰冷却装置では、系内の温度制
御や暖機完了の検出などのために、ウオータジヤ
ケツト内の冷媒温度を検出する温度センサが設け
られるのが一般的であるが、この温度センサが検
出するウオータジヤケツト内の冷媒温度は、液相
冷媒中であつても気相冷媒中であつても等しい温
度であるから、仮に冷媒液面が過度に低下したと
しても、その異常を検出することはできない。

すなわち、従来は系内の冷媒温度を高精度に検
出するための温度センサと、液相冷媒液面の過度
の低下による排気ポート壁等の異常な昇温を検出
するための温度センサとが夫々別個に必要であつ
た。

問題点を解決するための手段 この発明に係る沸騰冷却装置の温度センサ取付
構造は、ウオータジヤケツトの比較的上部でかつ
上記液相冷媒面の設定レベル以下となる位置に、
棒状の伝熱部材を配設し、この伝熱部材の外周面
をウオータジヤケツト内に露出させるとともに、
その先端部をシリンダヘツドの比較的熱負荷の高
い部位、例えば排気ポート壁や燃焼室壁等に接触
させ、かつ液面冷媒の過度の液面低下時に気相領
域に露出する上記伝熱部材の中間部内部に、温度
センサの測温部を配設したことを特徴とする。

作 用 上記の伝熱部材は、その先端部が接触した排気
ポート壁等から常に熱を受けることになるが、ウ
オータジヤケツト内の冷媒液面が設定レベル以上
にあれば、上記伝熱部材が液相冷媒中に位置し、
その外周面で積極的に沸騰を生じる。従つて、測
温部においては、そのときの冷媒沸点を精度良く
検出することができる。一方、冷媒液面が設定レ
ベル以下となると、伝熱部材が気相冷媒中に露出
するので冷却作用が与えられず、従つて測温部に
おいては、排気ポート壁等からの熱を受けて、冷
媒温度よりも過度に高い温度つまり排気ポート壁
温度に近い温度が検出される。これにより、冷媒
液面の異常低下による局部的な温度上昇を直ちに
検知できる。

実施例 第１図〜第３図はこの発明に係る温度センサ１
の取付構造を示し、また第４図はこの取付構造が
適用された沸騰冷却装置の一例を概略的に示して
いる。

先ず沸騰冷却装置全体を簡単に説明すると、第
４図において、２が内燃機関、３がこの内燃機関
２のシリンダヘツド４およびシリンダブロツク５
に亘つて形成されたウオータジヤケツト、６がコ
ンデンサ、７が正逆両方向に駆動可能な冷媒供給
ポンプ、８が冷却フアン、９が冷媒循環系の系外
に設けられたリザーバタンクであつて、通常運転
状態では、ウオータジヤケツト３の第１液面セン
サ１０の高さまでを液相冷媒が占め、他方コンデ
ンサ６内の適宜な高さまでを液相冷媒が占め、残
部空間が気相冷媒領域となつており、第１、第２
電磁弁１１，１２が「閉」、三方型の第３電磁弁
１３が「流路Ｂ」となつている。この状態で、ウ
オータジヤケツト３内で発生した蒸気はコンデン
サ６に送られ、ここで走行風および温度センサ１
に連動した冷却フアン８の強制冷却風を受けて凝
縮液化する。液化した冷媒は、コンデンサ６下部
に一時的に貯留され、ここから第１液面センサ１
０の検出に基づく冷媒供給ポンプ７の駆動（正
転）によつて、上述のようにウオータジヤケツト
３内の液面レベルを一定に保つように循環供給さ
れる。

また系内温度が目標温度から比較的大きく変動
した場合には、第３電磁弁１３を「流路Ａ」とし
た状態で冷媒供給ポンプ７の正転あるいは逆転に
よる液相冷媒の強制排出、強制導入が行われ、コ
ンデンサ６内の冷却液面位置の下降、上昇による
放熱量可変制御が行われる。

一方、運転開始時には、第１電磁弁１１が
「開」、第３電磁弁１３が「流路Ａ」となつて冷媒
供給ポンプ７が一定時間駆動（逆転）され、系外
のリザーバタンク９から液相冷媒が導入されて、
系内の空気を空気排出通路１４から系外に排出す
る。そして、一旦満水となつた後は、第１電磁弁
１１が「閉」、第２電磁弁１２が「開」となつて、
系内の発生蒸気圧を利用して余剰冷媒の排出が行
われる。

また、以上のような運転中に何らの原因で液相
冷媒が過度に低下し、温度センサ１の検出温度が
異常に上昇すると、図示せぬ警報ブザーが作動す
るとともに、冷媒供給ポンプ７による強制的な冷
媒補給等の異常回避動作が実行される。

尚、上記コンデンサ６の下部には第２液面セン
サ１５が設けられており、上述した液面位置の下
降制御や余剰冷媒の排出の際の最下限液面位置を
規制し、冷媒蒸気の系外への流出を防止してい
る。

次に上記温度センサ１の取付構造を第１，２図
に基づいて説明する。この温度センサ１は、第３
図にも示すように、基端部に大径な取付基部２１
ａを備えた棒状の伝熱部材２１と、この伝熱部材
２１の略中央部の内部にモールドされた測温部と
なるサーミスタ素子２２とから構成されており、
上記伝熱部材２１がウオータジヤケツト３内に突
出した状態で排気ポート２３側方のシリンダヘツ
ド外壁２４に固定されている。上記伝熱部材２１
は、例えば真鍮等の熱伝達率の高い金属からな
り、第２図に示すように排気ポート壁２５とシリ
ンダヘツド外壁２４との間を斜めに横切る形で配
設されており、先端部２１ｂが上記排気ポート壁
２５に当接している。尚、接触面積を十分に確保
するために、伝熱部材２１の先端部２１ｂは円錐
形をなし、かつ排気ポート壁２５には、これを受
ける台座部２５ａが形成されている。また伝熱部
材２１の外周面は、そのままウオータジヤケツト
３内に露出しており、通常は設定レベルＬの位置
に液面が制御された液相冷媒中に没するようにな
つている。

従つて、冷媒液面がその設定レベルＬに維持さ
れていれば、排気ポート壁２５から伝熱部材２１
に伝わつた熱は、その外周面で発生する沸騰によ
つて失われ、サーミスタ素子２２に影響を及ぼす
ことがない。また同様にシリンダヘツド外壁２４
からの熱的影響も受けることがなく、液相冷媒の
温度を極めて精度良く検出し得る。そして、仮に
第１液面センサ１０の故障等により正常な冷媒補
給が行われずに冷媒液面が低下したとすると、排
気ポート壁２５からの熱的影響を受けて直ちに温
度上昇する。上述のように、上記沸騰冷却装置に
おいては、通常は極めて安定的に温度制御がなさ
れるので、非常に小さな値、例えば５〜10℃程度
の温度上昇で異常状態であると判断することがで
き、速やかな対応が可能である。尚、温度上昇の
勾配から一層正確な判断を行うように構成するこ
ともできる。

また第５図は、伝熱部材２１の外周面にフイン
２１ｃを設けた実施例を示している。この実施例
によれば、そのフイン２１ｃによつて熱交換面積
を更に十分に確保でき、液相冷媒中に没している
通常状態での検出精度を一層向上させることが可
能である。

尚、上記の実施例では測温部にサーミスタ素子
２２を用いているが、他に熱電対等を用いること
もできる。また上記の排気ポート壁２５の他、燃
焼室壁やデイーゼル機関の副撚焼室壁等を検出対
象として構成することもできる。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る
沸騰冷却装置の温度センサ取付構造によれば、単
一の温度センサでもつて系内冷媒温度の高精度な
検出と、冷媒液面異常低下時の排気ポート壁等の
局部的な温度上昇の検出とを行うことが可能とな
り、センサ数の増加を来たすことなく沸騰冷却装
置の安全性、信頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る温度センサ取付構造を
示すシリンダヘツドの断面図、第２図はその−
線に沿つた断面図、第３図は温度センサの断面
図、第４図は沸騰冷却装置全体の構成説明図、第
５図は温度センサの異なる実施例を示す断面図で
ある。 １…温度センサ、３…ウオータジヤケツト、４
…シリンダヘツド、２１…伝熱部材、２２…サー
ミスタ素子、２５…排気ポート壁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダヘツドおよびシリンダブロツクに形
   成され、かつ液面センサにより規定された設定レ
   ベルまで液相冷媒が貯留されるウオータジヤケツ
   トと、ここで発生した冷媒蒸気を外気により凝縮
   するコンデンサと、上記液面センサの検出信号に
   基づき、冷媒液面を上記設定レベルに維持するよ
   うに上記コンデンサで凝縮された液相冷媒をウオ
   ータジヤケツトに循環供給する冷媒供給ポンプと
   を備えてなる内燃機関の沸騰冷却装置において、
   上記ウオータジヤケツトの比較的上部でかつ上記
   液相冷媒液面の設定レベル以下となる位置に、棒
   状の伝熱部材を配設し、この伝熱部材の外周面を
   ウオータジヤケツト内に露出させるとともに、そ
   の先端部をシリンダヘツドの比較的熱負荷の高い
   部位に接触させ、かつ液相冷媒の過度の液面低下
   時に気相領域に露出する上記伝熱部材の中間部内
   部に、温度センサの測温部を配設したことを特徴
   とする沸騰冷却装置の温度センサ取付構造。