JPS60122221A - 内燃機関の沸騰冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、コンデンサからウォータジャケット内に循
環供給した液相冷媒をウォータジャケット内で沸騰気化
させて内燃機関の冷却を行うようにした内燃機関の沸騰
冷却装置に関する。

従来技術 自動車用機関等に用いられている周知の水冷式冷却装置
にあっては、機関運転状態に応じた高精度な温度制御を
実現することは困難であシ、また２ジエータにおける熱
交換効率に自から限界があるため装置の小型軽量化も難
しい。

このような点から、近年、冷却水の沸騰気化潜熱を利用
した冷却装置が注目されている（例えば特公詔５７−５
７６０８号公報、特開昭５７−６２９１２号公報等参照
）。これは基本的には、ウォータジャケット内で液相冷
媒（冷却水）を沸騰気化させ、その発生蒸気を外部のコ
ンデンサ（２ジエータ）に導いて放熱液化させた後に、
再度ウォータジャケット内に循環供給するものであって
、冷却水の単純な温度変化と異なシ相変化を伴う気化潜
熱を利用することによって、極めて少量の冷却水の循環
で要求放熱量を満足できるとともに、上記コンデンサに
おける熱交換効率が従来の方式のラジェータに比較して
大幅に向上することから、装置全体としての飛ｍ的な小
型Ｃｍ化を達成し得る可能性がある。しかも、ウォータ
ジャケット内の圧力を可変制御することによシ液相冷媒
の沸点を任意にかつ速やかに変化させ得るので、例えば
コンデンサに付設した冷却ファンの駆動開側１などの手
段によって、機関温度を、熱効率や耐ノツク性能などの
点から運転状態に応じた最適温度に応答性良く、かつ高
精度に制御することも可能となるのである。また、通常
の水冷式冷却装置ではウォータジャケットの水入口部と
水出口部との間すどで相当な温度差を生じるがここの冷
媒の沸騰による冷却方式では、ウォータジャケット内の
高温部位で沸騰が一層促進される結果良好に冷却され、
温度分布の均一化が図れる、等の利点も指摘されている
。

しかしながら、このように種々の利点を有するこの種の
冷却装置も実際には解決すべき多くの問題があシ、実用
化されるに至っていない。具体的には、上記特公昭５７
−５７６０８号公報や特開昭５７−６２９１２号公報等
に記載のように、従来この種の冷却装置としては、ウォ
ータジャケットやコンデンサ等からなる循環系を大気に
一部で連通させた非密閉構造のものが主に提案されてい
るが、このような非密閉循環系では上述した沸点制御の
実現が困難であるとともに、蒸気化した冷媒が糸外に流
出してしまり惧れがある。しかも、この系内に不凝縮気
体である空気が存在するとコンデンサに溜って放熱性能
を著しく低下させてしまうのであるが、上記の非密閉循
環系においては運転中に系内がら空気を完全に除去する
ことは難しい。換言すｉ′１．は、この種の冷却装置を
実用化するには、ウォータジャケットとコンデンサとを
主体として密閉した循環系を形成し、空気をＩＦ除した
その密閉系内で冷媒の沸騰・凝縮のサイクルを行わせる
必要がある。

発明の目的 この発明は上記のような点に錯みてなされたもので、そ
の目的とするところは、冷媒循環系を密閉構造として系
内への空気の混入を防止し、コンデンサの放熱効率を最
大限に確保し得るようにした内燃機関の沸騰冷却装置を
実現することにあシ、更に具体的には、機関の始動の度
に空気排出動作を自動的に実行して、各部のガスケット
や配管連結部等から僅かに侵入した空気をも循環系内か
ら完全にかつ確実に除去するようにし、格別な操作や保
守作業を要さずに使用可能な極めて実現性の高い沸騰冷
却装置を提供することにある。

発明の概要 この発明に係る内燃機関の沸騰冷却装置は、第１図に示
すように、上部に蒸気出口が設けられたウォータジャケ
ットＡと、上記蒸気出口に接続されるとともに、下部に
液化冷媒を一時貯留する冷媒タンクＣを備えたコンデン
サ８と、上記冷媒タンクＣと上記ウォータジャケットＡ
との間に設けられた冷媒供給ボ／プＤと、上記ウォータ
ジャケットＡ、コンデンサＢ、冷媒タンクＣ２冷媒供給
ボンフＤからなる密閉循環系Ｅの系外に設けられるとと
もに、上記冷媒供給ポンプＤの上流側に補助冷媒通路Ｆ
を介して接続され、刀・つ系内を満水（水に限らす液相
冷媒で満たすことをいう。以下同じ。）にするに十分な
予備液相冷媒を貯留するリザーバタンクＧと、上記補助
冷媒通路Ｆに介装された開閉弁■（と、上記循環系Ｅの
最上部に一端が接続され、かり他端が上記リザーバタン
クＧに接続された空気排出通路Ｊと、上記空気排出通路
Ｊに介装された開閉弁にと、上記ウオークジャフットＡ
内の液面を検出する手段りと、上記冷媒タンクＣ内の液
面を検出する手段Ｍと、上記循環系Ｅ内の温度を検出す
る手段Ｎと、機関始動時の検出温度から初期始動である
か再始動であるかを判別する手段０と、上記初期始動時
に選択され、上記補助冷媒通路Ｆの開閉弁■と空気排出
通路Ｊの開閉弁にとを開状態に、かつ上記冷媒供給ポン
プＤを駆動状態に、Ｆｌｒ定時間保持する空気排出制御
手段Ｐと、上記Ｂ「定時間が経過したことを検出して上
記空気排出通路Ｊの開閉弁Ｋを閉制御するとともに、上
記循環系Ｅと上記リザーバタンクＧとの連通状態を、上
記補助冷媒通路Ｆあるいは他の経路を弁して保持する暖
機状態設定手段Ｑと、上記ウォータジャケットＡ内液面
を監視し、Ｐｆｒ足レベルよシ低下したときに上記冷媒
供給ポンプＤを駆動して該液面を一定に保り液面１６１
］御手段Ｒと、上記ウォータジャケラ）Ａ内液面と上記
冷媒タンクＣ内液面とから循環系Ｅ内冷媒亀が所定量に
まで低下したことを検出する暖機終了検出手段Ｓと、こ
の検出によシ上記循環系ＥとリザーバタンクＧとの連通
を遮断して上記循環系Ｅを密閉状態とする通常状態設定
手段Ｔとを偏えて構成されたものであって、機関の初期
始動時に壁紙持出制御す段Ｐの作動によって循環系Ｅ内
が一旦満水となシ、冷媒中に溶解していた空気や各部の
ガスケット等力・ら侵入した空気を完全にかつ確実に糸
外に排出する。そして、この状態から循環系Ｅ内の発生
黙気圧を利用して余剰冷媒のｕ１出を行い、循壌糸Ｅ内
が液相冷媒および気相冷媒のみで満たされて密閉された
状態を得ることになる８これにより進常逢転状態では、
完全に空気を排除した缶閉循壌糸Ｅ内にｈ１定量封入さ
れた冷媒が沸騰＋１凝縮のサイクルを繰シ返しクク循猿
し、極めて効幕の良°い冷却を実現するのである。

実施例 第２図はこの発明に係る沸騰冷却装置の一実施ψりを示
すもので、同図において、ｌはウォータジャケット２を
備えてなる内燃機関、３は気相冷媒を凝縮するためのコ
ンデンサ、４は寄、ｍ式の冷媒供給ポンプを夫々示して
いる。

上記ウォータジャケット２は、内燃機関ｌのシリンダお
よび燃焼室の外周部を包囲するようにシリンダブロック
５ふ・よびシリンダヘッド６の両者に亘って形成された
もので、通常気相空間となる上部が各気筒で互いに連通
しているとともに、その上部の適宜な位置に蒸気用ロア
が設けられている。この蒸気出ロア祉、接ａ管８および
蒸気通路９を介してコンデンサ３の上部人口３ａに連通
しておシ、かつ上記接続管８に捻、冷媒循環系の最上部
となる排出管取付部８ａが上方に立ち上がった形で形成
されているとともに、その上端開口を千ヤツブｌＯが密
閉している。

上記コンデンサ３は、上記入口３ａを有するアッパタン
ク１１と、上下方向の微細なチューブを主体としたコア
部１２と、このコア部１２で凝縮された液化冷媒を一時
貯留するロアタンク１３（必ずしもコンテン＋３と一体
であることを要しない。）とから構成されたもので、例
えば車両前部など車両走行風を受け得る位置に設置され
、史にその前面あるいは背面に、強制冷却用の電動式冷
却ファン１４を備えている。また、上記ロアタンク１３
は、その比較的下部に冷媒取出口１３　ａを有するとと
もに１この冷媒取出口１３　ａに連結した冷媒通路１５
を介して上記ウォータジャケット２下部の冷媒入口２ａ
に接続されておシ、がり上記冷媒通路１５に冷媒供給ポ
ンプ４が介装されている。

以上のウォータジャケット２→コンデンザ３→ロアタン
ク１３→冷媒供給ポンプ４→ウオータジヤケツト２の静
路によって冷媒の循環系が構成され、通常運転時にはこ
の循環系内で、例えば水に若干の添加物を加えた冷媒が
沸騰・凝縮を繰シ返しながら循環することになる。

次に、２１は上記循環系の系外に設けられて予備液相冷
媒を貯留するリザーバタンクを示シ、コノリザーバ２フ
フ２１位通気機能を有するキャップ四を介して大気に開
放されているとともに、上記循環系最上端りまシ接続管
８の排出管取付部８ａよシも高位置に液面を確保し得る
ように車両の比較的高所に設置され、かつその底部から
補助冷媒通路るを介して上記冷媒通路１５のロアタンク
１３−冷媒供給ポンプ４間に接続されている。そして、
上記補助冷媒通路囚に常開型の第１電磁弁２４が介装さ
れているとともに、該第１亀磁弁冴開時における予備液
相冷媒の導入方向を規制するために、上記冷媒通路１５
、詳しくは補助冷媒通路５との合流点１５　ａとロアタ
ンク１３との間に、常開型の第２電磁弁５が介装さり、
ている。

更に上記補助冷媒通路るは、上記第１亀磁弁冴ＩＪザー
バタンク２１間において分岐道路局を有し、該分岐道路
局がウォータジャケット２の下部に接続されているとと
もに、その通路中に常閉型の第３を磁弁ｎが介装されて
いる。

一方、上述した循環系の最上部である排出管数句部８ａ
には、系内の空気を排出するための空気排出通路あが接
続されておシ、かり突気排出時に同時に溢れ出た液相冷
媒を回収するために、上記空気排出通路四の先端部がリ
ザーバタンク２１内に挿入され、その比較的上部に曲目
している。そして、上記空気排出通路邪には、常閉型の
第４亀磁弁四が介装されている。

上記各電磁弁２４　、２５　、２７　、２９と冷媒供給
ポンプ４および冷却ファン１４は、所謂マイクロコンピ
ュータシステムを用いた制御装置３１によづて駆動制御
されるもので、具体的には、ウォータジャケット２に設
けた第１液面センサ３２．温度センサおおよびロアタン
ク１３に設けた第２液面センサあの各検出信号に基づい
て後述する制御が行われる。

ここで上記第１．第２液面セン−ｔｊ３２．３４は例え
ばリードスイッチを用いたフロート式センサ等が用いら
れ、ウォータジャケット２内等の各部において冷媒液面
が用足レベルに達しているか否かをオン・オフ的に検出
している。また、温度センサ３３は例えはサーミスタ等
からな夛、上記第１液面センｔ３２の若干下刃位置りま
シ通常液相冷媒内に没入する位置に設けられて、ウォー
タジャケット２内の冷媒温度を検出している。

上記のように構成された冷却装置の基本的な冷却メカニ
ズムを説明すると、通常ウォータジャケット２内には所
定レベルクまシ第１液面センナ３２取付位置まで液相冷
媒が貯留されているのであるが、この液相冷媒は、機関
の燃焼熱によって加熱されると、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
を奪って蒸発気化する。このとき、冷媒はウォータジャ
ケット２内の高温部で特に活発に沸騰して多量の熱を奪
うので、燃焼畠近傍など通常高温化し易い部位も均一な
温度に保たれ、りまシ温度差の少ない効果的な冷却を行
えることになる。

そして、ウォータジャケット２内で発生した冷媒蒸気は
、蒸気通路９を介してコンデンサ３に導かれ、ここで外
気との熱交換によシ冷却されて凝縮液化する。このコン
デンサ３においては、高温蒸気と外気との間で良好な熱
交換が行われ、通常の水冷式冷却装置の２ジエータに比
較して邊かに放熱効率が優れたものとなる。また、液化
した冷媒は、コンデンサ３下部のロアタンク１３に一時
貯留されるとともに、ここから冷媒供給ポンフ４によっ
て再びウォータジャケット２へ循環供給される。

このように、基本的には空気を除去した密閉循環系内で
所定筋の冷媒が沸騰・凝縮のサイクルを繰シ返しクク循
環して、効率の良い沸騰冷却が行われるのである。

一方、このような効率の良い冷却を実現するには、前述
したように循環系から不凝縮気体である空気が完全に除
去されていることが前提となるが、上記構成においては
、循環系内を機関始動時に一旦満水とし、その後発生蒸
気によって余剰の液相冷媒を排出することによシ、その
空気の完全な排除を実現する。具体的には、循環系外に
設けられたりサーバタンク２１に、循環系全体を十分に
満水にし得る量の予備液相冷媒が貯留されるようになっ
ており、この予備液相冷媒をリザーバタンク２１と循環
系との間で移動させることによって、循環系内からの空
気の排出が自動的に行われるのである。

次に上記制御装置３１において実行される具体的な制御
を、第３〜１０図のフローチャートに基づいて説明する
。

８ｉ！３図は制御の概要を示すフローチャートであって
、機関始動後（イグニッションキーＯＮ　後）に、先ず
その始動が初期始動であるか再始動であるか、具体的に
は温度センサ３３による検出温度が設定温度（例えば４
５℃）よシ高いか否かを判断する（ステップｌ）。設定
温度以下りまシ未暖機状態の初期始動であればステップ
２の空気排出制御を経てからコールドスタート制御（ス
テップ３）へ進む。そして、コールドスタートｉｌ＋ｌ
Ｉ御の終了後、通常運転制御（ステップ４）へ移行し、
キーＯＦＦ時までその制御を継続する。キーＯＦＦ後は
ステップ５のエンジン停止後の制御に移行する。一方、
ステップ１で設定温度以上の場合は、経時的な空気の侵
入が考えらノ１．ないので空気排出は行わずに、ステッ
プ６で第１亀磁弁Ｕが閉じているか否かを判断する。こ
えしは、後述するようにエンジン停止後の制御（ステッ
プ５）において、所定温度（例えは９７℃）以上の状態
では第１を磁弁冴を閉じたままに制御しているので、１
１］始動に際してステップ６でＹＥＳであればホットス
タート制御（ステップ７）へ、ＮＯであれはコールドス
タート制御（ステップ３）へ進み、その後通常運転制御
（ステップ４）へ進むのである。

第４図はステップ２の空気排出制御のフローチャートを
示すもので、先ずステップ１１で第１亀磁弁冴、第４亀
磁弁四を「開」とし、第２電磁弁５、第３亀磁弁ｎを「
閉」とした後に、冷媒供給ポンプ４をＯＮとする（ステ
ップｔ２　）。これによシ、リザーバタンク２１内の予
備液相冷媒が第１亀磁弁冴を介して循環系内に導入され
る。これは、ステップ１３において所定時間、具体的に
は系内を満水にするに十分なように予め設定された数秒
ないし数十秒程度の間、継続される。従って、系内に残
存していた空気は、系上部に年められた後、空気排出通
路路を介して系外のりサーバタンク２１側に強制的に排
出される。また、系内がら空気が無くなると、上記壁紙
排出通路四から液相冷媒が溢れ出るが、これは総てリザ
ーバタンク２１に回収される。そして、所定時間経過し
た時点で、ステップ１４へ進み、ここで第１亀磁弁２４
．第４屯磁弁四を「閉」とし、第２亀磁弁５．第３電磁
弁谷を「開」とした後に冷媒供給ポンプ４をＯＦＦとす
る（ステップ１５）。すなわち、この時点で循環系内か
らは空気が完全に排出されたことになる。

第５図は、空気排出後の満水状態で実行されるコールド
スタート１ｔｉｌｌ　御（ステップ３）のフローチャー
トを示す。初めに、第１亀磁弁冴、第４屯磁弁２９を「
閉」、記２１を磁弁５．第３電磁弁２７を「開」としく
ステップ２１）、その状態で第１液面セン−ｔｊ３２に
よシウオータジャケット２内の冷媒液面を監視する（ス
テップ２３）。りまシ機関の運転開始によりウォータジ
ャケット２内で沸騰が始まると、その蒸気圧によって系
内圧力が高まシ、第３亀磁弁２７を介して系内からリザ
ーバタンク２１側へ液相冷媒が押し出されて行く。この
状態では、冷媒供給ポンプ４は停止状態であってコンデ
ンサ３側の液面は高位に保たれ、コア部１２の略全体が
液相領域となっていることから、その放熱量は比較的低
く抑制され、しかもリザ−パタンク２１へはウォータジ
ャケット２の下部から比較的低い温度の液相冷媒が排出
されるために、機関の各部、例えはシリンダ内壁等は速
やかに高温化し、つまシ暖機が極めて短時間で完了する
。同、何らかの原因による第１液面センサ３２の誤検出
に対処するために、ステップ２２において液温か十分に
高くなっていることを確認するようにしている。

上記のように、ウォータジャケット２から液相冷媒が押
し出される結果、その液面が第１液面センサ３２の設定
レベルにまで低下すると、ステップ冴において第３電磁
弁２７を閉じ、かつ第１亀磁弁冴を開く。そして、ステ
ップ部でのウォータジャケット２内の液面の判断結果に
応じて、冷媒供給ポンプ４がＯＮ　（ステップ２６　）
　、　ＯＦＦ　（ステップ２７）制御され、これによっ
てウォータジャケット２内の液面が所定レベルクまシ第
１液面センサ３２の設定レベルに維持される。一方この
間、発生蒸気の増加によって系内圧力が史に高まるため
に、コンデンサ３内に充満していた液相冷媒は、その一
部が第１酊磁弁冴を介してリザーバタンク２１へ排出さ
れることになｐ１系内の冷媒量は史に減少し絖ける。そ
の後、コンデンサ３内の液面が低下して、ロアタンク１
３の第２液面センサ３４の設定レベルに達する（ステッ
プ２８）と、ステップ四において第１電磁弁冴を閉じる
。これによって冷媒循環系が完全に密閉された状態とな
シ、このとき系内では、ウォータジャケット２内および
ａアタンク１３内の夫々第１液面セ／す３２．第２液面
センサＵの設定レベル以下を液相冷媒が占め、残部を気
相冷媒が満たした状態となっている。

次に第６図は、上記のように系内にす１定ｉの冷媒が封
入された段階で実行されるステップ４の通常運転制御の
フローチャートを示す。この通常運転制御は、機関の冷
却性能ならびにコンデンサ３の放熱効率を最大限にｉ保
するようにウォータジャケット２とロアタンク１３の液
相冷媒量を調整する液面制御と、系内の温度を目標温度
に合致させるように冷却ファン１４を制御する温度制御
と、車両走行風が強過ぎるような場合の過冷却現象を防
止する負圧防止制御と、突気Ｕト出が完全に達成されな
かりた場合等に発生する系内の異常高圧を回避する異常
面圧回避制御とからなる。具体的には、ステップ３１で
温度センサ３３による検出温度と上限設定温度（例えは
９７℃）との比較を、ステップ３２で上記検出温度、と
上限設定温度（例えは１１５℃）との比較を夫々行い、
下限設定温度よシ低い過冷却時には後述する負圧防止制
御（ステップ３３）に移行し、かつ上限設定温度よりｈ
い商温商圧時には後述する異常高圧回避制御（ステップ
３４）に移行する。一方、検出温度が両膜定温度の間に
ある場合には、ステップ３５〜ステツプ３９の液面１ｔ
ｌｌｌ　御およびステップ４０〜ステツプ４３の温度制
御を行う。

すなわち液−Ｊ制御としては、ステップ３５でウォータ
ジャケット２内の液面の畠低を第１腋面七ンサ３２の出
力力・ら判断し、かつステップ３７でロアタ７り１３内
の液面の茜低を第２赦面センサ３４の出力から判断し、
夫々の判゛断結果に基づき冷媒供給ポンプ４をＯＮ　−
ＯＦＦ　制御するもので、仁の結果、夫々の液面が常に
所定レベルクまシ第１液而センサ３２の設定レベルおよ
び第２液面センサ３４の設定レベルに維持されるのであ
る。また温度制御としては、ステップ４０で機関運転状
態に応じた目標温度の設定を行うとともに、ステップ４
１で温度センサ３３による検出温度と設定した目標温度
との比較を行い、目標温度以上の場合は冷却ファン１４
をＯＮ（ステップ′４２）とし、目標湿度以下の場合は
冷却ファン１４をＯＦＦ　（ステップ４３）として、コ
ンデンサ３における凝縮の促進あるいは抑制を行う。こ
れによシ系内の圧力が応答性良く変化し、ウォータジャ
ケット２における沸騰が直ちに促進あるいは抑制される
ので、ウォータジャケット２内の温度りまシ機関温度が
ｈも精朋に目標温度に維持される。同、ステップ４０に
おりる目標＠朋の設定は、図示せぬ検出手段からのスロ
ットル開度信号１機関回転数信号、吸入負圧（Ｔｈ号あ
るいはこれらに関連した燃ｔ［噴射弁の駆動パルス信号
等に基づいて、連続的もしくは段１偕的に変化するよう
に行われるもので、例えば熱効率向上を１視した比較的
低速−低負荷の市街地走行域ではｉｌｏ’ｃ程度に、ノ
ッキング等の異常燃焼が発生し易い高負荷域あるいは高
速域ではＬＯＯ℃程度に設定さ）する。

一方、上記負圧防止制御（ステップ３３）は第７図に示
すフローチャートに従って行われる。先ずステップ５１
において第１邂磁弁冴が開弁され、それまで密閉状態に
あった冷媒循環系が糸外のりサーバタンク２１に接続さ
れる。このとき、適冷状態にらる循環系内は負圧化して
おシ、ウォータジャケット２内で減圧沸騰が生じている
が、上記のように第１電磁弁別を開くと、系内圧力とリ
ザーノくタンク２１側大気圧との圧力差ならびに両者の
液面の高低差に起因してリサーパタンク２１からコンチ
ン−４ｊ３内に液相冷媒が導入され、コンデンサ３内の
液面が高くなる。このように液相冷媒が導入される結果
、系内の圧力がある程度回復し、つオークジャケット２
内の液相冷媒の沸点が上昇する。

また、コンデンサ３のコア部１２の一部が液相冷媒で占
有されるために、その放熱量が低下し、りまシ気相冷媒
の凝縮が抑制されることになって、系内圧力を高めるよ
うに作用する。従って、ウォータジャケット２内の温度
は速やかに上昇し、機関は過冷却状態から脱却すること
ができる。

またステップ５２〜ステツプ５４に示すように、コンデ
ンサ３内への液相冷媒導入を行っている間も、ウォータ
ジャケット２内の液面制御は継続され、っまシウォータ
ジャケット２内の液面は常に第１液面セン−！７３２の
設定レベルに維持される。

一方、上述したように過冷却状態を脱却した後、車両走
行風の低下あるいは機関発熱間がコンデンサ３の放熱り
を上廻る状態になると、蒸気圧の上昇によりて系内から
リザーバタンク２１へ液相冷媒が徐々に〃ｌ出さノ１、
コンチンｔ３およびロアタンク１３の液面が低下する。

ウォータジャケット２内の温度が十分（例えば１００℃
）に回復したことを確認（ステップ５５）した上で、ａ
アタンク１３内液面が所定レベルクまシ第２液面センｔ
３４の設定レベルにまで低下（ステップ５６）シた時点
で、ステップ５７へ進み、Ｔｈｔ電磁弁別を閉弁する。

これによシ、一連の負圧防止制御が終了し、冷媒循壌糸
杖再び所定量の冷媒を封入した状態で密閉されることに
なる。

また上記異常高圧Ｎ避制御（ステップ３４）は第８図に
示すフローチャートに従って行われる。先ず系内が密閉
された状態のままステップ６１で冷媒供給ポンプ４およ
び冷却ファン１４をＯＮ　とし、ステップ６２およびス
テップ６３０判別によ多ウォータジャケット２内の液面
が設定レベルに達した時点から所定時間（例えは３秒）
そのままの状態で待機する。これによりウォータジャケ
ット２内の液面は通常の設定レベルよシ高められ、つま
り多量の液相冷媒を保持した状態となる。所定時間経過
後、ステップ６４で冷媒供給ポンプ４がＯＦＦとなシ、
同時に第１亀磁弁Ｕが開弁され、それまで密閉状態にあ
った冷媒循環系が系外のりサーバタンク２１に接続され
る。そのため、異常高圧状態にある系内が大気圧下に開
放され、具体的には高圧の冷媒蒸気が若干の液相冷媒と
ともにロアタンク１３がらリザーバタンク２１にυ［出
されて、系内の圧力が低下し、かつそれに伴って温度が
低下する。ここで、この異常高圧の発生は、主に系内に
残存した僅かな突気がコンデンサ３の微細なチューブ内
に付着することに起因するが、上述の蒸気等の排出によ
ってコンデンサ３内の残存仝気も効果的に押し出され、
つまり異常高圧の発生原因自体を除去できる。同、排出
された冷媒蒸気は、リザーバタンク２１の低温液相冷媒
中に放出されるので、大部分はリザーバタンク２１内で
凝縮されて回収され、大気中に失われる量は極めて少な
い。

このように、系内圧力の解放によりウォータジャケット
２内の温度が設定温度（例えは１００’Ｃ）にまで低下
（ステップ６５）シた時点で、ステップ６６に進与、こ
こで循環経路中にある第２電磁弁５を閉弁する。すなわ
ち、ロアタンク１３とリザーバタンク２１との間が遮断
されて、リザーバタンク２１は冷媒供給ポンプ４を介し
てウォータジャケット２側にのみ接続された形となる。

この状態において、ステップ６７−Ｙステップ６９に示
す液面制御が行われ、ウォータジャケット２内の液面が
設定レベルよシ低下するとりサーバタンク２１がら液相
冷媒を補充して、該液面を設定レベルに保つのである。

同、ウォータジャケット２内での沸騰は、ステップ６５
での圧力解放中も轟然に継続しているのであるが、予め
ウォータジャケット２内の液面を設定レベル以上に高め
ているので、上記ステラ７“６７の時点で液面が危険レ
ベルにまで低下している惧れは無い。換君すれば、これ
に十分なようにステップ６３の継続時間が設定されてい
る。一方、上Ｂ己の液面制御とともに、ステップ７０〜
ステツプ７２において冷却ファン１４のＯＮ　−ＯＦＦ
による温度制御を行い、ウォータジャケット２内の温度
を設定温度（例えば１００℃）に保つようにコンデン丈
３の凝縮を促進もしくは抑制する。この状態でステップ
゛７３においてロアタンク１３内の液面を監視するので
あるが、このとき第２電磁弁２５が閉弁しているので、
コ；／デンサ３で凝縮した冷媒の流入によってロアタン
ク１３内液面は徐々に上昇し、所定レベルつまり第２液
面センナ翼の設定レベルにまで回復し九時点でステップ
７４へ進み、第り電磁弁路を「閉」に、瀉２亀磁弁δを
「開」に夫々制御する。

これによシ、一連の異常高圧回避制御が終了し、冷媒循
環系は再び所定量の冷媒を封入した状態で密閉される。

第９図は、通常運転制御（ステップ４）あるいは他の制
御の実行中に、エンジンキーをＯＦＦとした場合に移行
するエンジン停止後の制御（ステップ５）を示しておシ
、ステップ８１で冷却ファン１４をＯＮとした後に、ス
テップ８２でキーＯＦＦ後所定時間（例えは６０秒）経
過したか否かの判定を経て、ステップ８３で機関温度状
態を判定する。これは、循環系内が高圧とガっている状
態でその密閉状態　−を開放すると蒸気の噴出を生じる
ので、系内が負圧化する温度に下がるまで待機し、例え
ばウォータジャケット２内の液温か９７℃以下となった
時点で電源をＯＦＦ　Ｃステップ８４）とし、常開型電
磁弁でらる第１屯磁弁冴を開くのである。ここで上記冷
却ファン１４は、系内の温度低下を促進するものである
が、バッテリの過度の消耗を防止するために、上記ステ
ップ８２とステップ８５の判定によって、温度が十分に
下がらない場合でも一足時間で冷却ファン１４をＯＦＦ
　（ステップ８６）としている。

上記の第１亀磁弁ムの艷弁によって循環系内にはリザー
バタンク２１から予備液相冷媒が導入され、系内の温度
低下に従って、系内がいずれ満水状態となる。伺、この
リザーバタンク２１からの冷媒心入時にｉｉ第３亀磁弁
２７が［跨］」、冷媒供給ボ／フ４がＯＦＦであるため
に、リザーバタンク２１からの冷媒は、Ｃアタンク１３
からコンデンサ３内を経由して系内に流入する。従って
、運転中に何らかの原因で僅かに空気が侵入して、微細
なコンデンサチューブ内に０着した場合でも、この予備
液相冷媒の流入によって系上方へ確実な排出が行える。

また、このエンジン停止後の制御によりて、始動から停
止までの制御が完了し、ステップ８４の電源ＯＦＦの状
態で次の始動に備えることに力る。伺、電源ＯＦＦの状
態では、常開型電磁弁である第り電磁弁２４．！！２電
磁弁５は「開」に、常開型電磁弁である第３亀磁弁２７
．第４電磁弁２９ｉｌ：「閉」になシ、また冷媒供給ポ
ンプ４および冷却ファン１４は何れもＯＦＦとなって、
バッテリの消耗を伴うことなく、ＰＪｒ足の状態を保持
できる。

次に、上記の停止状態からＦ、Ｔ始動を行う場合、ル３
図で説明したように第１亀磁弁２４の閉弁時つまシ系内
が高温状態であるときにはホットスタート制御（ｘ　テ
ップ７）へ移行するのであるが、このホットスタート制
御は第１０図に示すフローチャートに従って行われる。

同、このポットスタート制御へ移行したときの各電磁弁
の制御状態は、通常の系同音閉状態のときに等しく、り
ま夛第２電磁弁２５が「開Ｊ１他の電磁弁ム、　２７　
、２９が「閉Ｊである。このホットスタート制御は、そ
の前の運転時に通常運転制御（ステップ４）へ進んでい
た場合のほか、コールドスタート制御（ステップ３）の
途中で機関が停止された場合が考えられ、後者の場合冷
媒が余分に系内に存在しているので、ステップ９１〜ス
テツプ９３においてウォータジャケット２内の液面が設
定レベルに下がるまで第３亀磁弁ｄを開弁し、ウォータ
ジャフット２下部がらリザーバタンク２１へ液相冷媒を
排出する。第３電磁弁２７を閉じた後は、ステップ９４
〜ステツプ９６においてウォータジャケット２内の液面
に応じて冷媒供給ポンプ４をＯＮ　−ＯＦＦ制御し、ウ
ォータジャケット２内の液面を設定レベルに維持する。

そして、このウォータジャケット２内の液面Ｉ！１ｌＩ
ｆｉＩト同時に、ロアタンク１３内の液面を監視（ステ
ップ９７〕シ、ロアタンク１３内の液面が所定レベルに
下がるまで第１電磁弁ムをステップ９８にて開弁状態に
保って液相冷媒の排出を継続する。従って、ステップ９
９で第１亀磁弁冴を閉弁した時点では、コールドスター
ト制御（ステップ３）の終了時点と同様に、密閉した循
環系内に所定量の冷媒が封入された状態となシ、その後
、前述した通常運転制御（ステップ４）へ移行するので
ある、 以上のように、上記実施例においては、系内に空気が侵
入している惧れのある初期始動時に、一定時間冷媒供給
ポンプを駆動することによって系内を一旦満水状態とし
、系内の空気を系上部から排出するとともに、その後の
発生蒸気圧を利用して、系内に空気を侵入させることな
く系内の冷媒量を所定量゛に調整する一連の突気＃ト出
動作が自動的に行われる。従って、暖４７！！終了後の
運転状態では、常に系内が液相冷媒および気相冷媒で満
たされた状態となシ、コンデンサ３において最大限の放
熱効率を確保できるとともに、所期の温度制御等を実現
できるのである。そして、この空気排出動作に際して、
人為的な操作が全く不用であることは勿論、系内には常
にリザーバタンク２１から所定量の冷媒が補給される形
となるので、系内冷媒量の点検も不用であり、更には系
内あるいはりサーバタンク２１から外部へ失われる冷媒
が極めて少ないことから、リザーバタンク２１へ頻繁に
冷媒を補充する必要もなく、その保守は極めて容易であ
る。

同、上記実施例においては、一旦満水とした後の暖機中
の冷媒排出を、第３亀磁弁２７りま多分岐通路５を介し
て行っているが、これらの第３逝磁弁２７および分岐通
路届を省略し、流入時と同様に第１電磁弁冴および補助
冷媒通路ムを介してリザーバタンク２１へ排出するよう
に構成することも可能である。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機関
の沸騰冷却装置においては、人為的な操作を要さずに始
動の度に系内からの空気排出を自動的に行って、空気を
除去した密閉循環系内に所定量の冷媒が封入された状態
を、暖機後に常に確保することが可能となる。従って、
極めて動量の良い冷却が実現できる一方、格別な操作や
保守が不用でお９、例えば自動車用機関等の冷却装置と
して、沸騰・凝縮サイクルの利用により従来の水冷式冷
却装置に比して種々の利点を有する冷却装置を提供する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示す機能ブロック図、第２図
はこの発ＥＩＩ４に係る沸騰冷却装置の一実施例を示す
構成説明図、第３図〜鵠工０図はこの実施例における制
御の内容を示すフローチャートである。 ｌ・・・内燃機関、２・・・ウォータジャケット、３・
・・コンデンサ、４・・・冷媒供給ポンプ、７・・・蒸
気出口、８・・・接続管、９・・・蒸気通路、１３・・
・ロアタンク、１４・・・冷却ファン、１５・・・冷媒
通路、２１・・・リザーバタンク、乙・・・補助冷媒通
路、冴・・・第［電磁弁、６・・・第２亀磁弁、あ・・
・突気排出通路、四・・・第４亀磁弁、３１・・・制御
装置、３２・・・第１液面センサ、３３・・・温度セン
サ、あ・・・第２液面センサ。 外２名 第３図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＋１１　上部に蒸気出口が設けられたウォータジャケッ
   トと、上記蒸気出口に接続されるとともに、下部に液化
   冷媒を一時貯留する冷媒タンクを備えたコンデンサと、
   上記冷媒タンクと上記ウォータジャケットとの間に設け
   られた冷媒供給ポンプと、上記ウォータジャケット、コ
   ンデンサ、冷媒タンク、冷媒供給ポンプからなる密閉循
   環系の系外に設けられるとともに１．上記冷媒供給ポン
   プの上カｒ側に補助冷媒通路を介して接続され、かつ系
   内を満水にするに十分な予備液相冷媒を貯留するりザー
   バタンクと、上記補助冷媒通路に弁装された開閉弁と、
   上記循環系の最上部に一端が接続され、かり他端が上記
   リザーバタンクに接続された空気排出通路と、上記空気
   排出通路に介装された開閉弁と、上記ウォータジャケッ
   ト内の液面−を検出する手段と、上記冷媒タンク内の液
   面を検出する手段と、上記循環系内の温度を検出する手
   段と、機関始動時の検出温度から初期始動であるか再始
   動であるかを判別する手段と、上記初期始動時に選択さ
   れ、上記補助冷媒通路の開閉弁と空気排出通路の開閉弁
   とを開状態に、かつ上記冷媒供給ポンプを駆動状態に、
   所定時間保持する空気排出ｍ１］御手段と、上記所定時
   間が経過したことを検出して上記空気排出通路の開閉弁
   を閉制御するとともに、上記循環系と上記リザーバタン
   クとの連通状態を、上記補助冷媒通路あるいは他の経路
   を介して保持する暖機状態設定手段と、上記ウォータジ
   ャケット内液面を監視し、Ｄ［定レベルよシ低下したと
   きに上記冷媒供給ポンプを駆動して該液面を一定に保つ
   液面制御手段と、上記ウォータジャケット内液面と上記
   冷媒量／り内液面とから循環系内冷媒量が所定量に外で
   低下したことを検出する暖機終了検出手段と、この検出
   によシ上記循猿系とリザーパタンタとの連通を遮断じて
   上記循環系を密閉状態とする通常状態設定手段とを備え
   てなる内燃機関の沸騰冷却装置。