JPS60175727A - エンジンの沸騰冷却制御装置 - Google Patents

エンジンの沸騰冷却制御装置

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JPS60175727A
JPS60175727A JP3299484A JP3299484A JPS60175727A JP S60175727 A JPS60175727 A JP S60175727A JP 3299484 A JP3299484 A JP 3299484A JP 3299484 A JP3299484 A JP 3299484A JP S60175727 A JPS60175727 A JP S60175727A
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pressure
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cooling
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atmospheric pressure
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義正 林
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窪塚 孝夫
Yoshinori Hirano
芳則 平野
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    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
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    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/22—Liquid cooling characterised by evaporation and condensation of coolant in closed cycles; characterised by the coolant reaching higher temperatures than normal atmospheric boiling-point
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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】 (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なう
エンジンにおける、冷却制御装置に関する。
(技術的背景) 冷却液をウォータジャケッ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はシリンダブロック3
およびシリンダヘッド4にかけて形成されたウォータジ
ャケット、5はウォータジャケット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[)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FpAIIlシ始め、気化潜熱を奪いな−2− がら蒸発1−る。そしτ、この蒸発冷却液(蒸気)はウ
ォータジャケット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に導かれる。
コンデンサ7には冷却風を送る冷却ファン(電動ノアン
)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に貯溜される。
ウォータジャケット・2には液面セン”j−10が設置
され、冷却液5の蒸発に伴い液面が下限値にりも下がる
と、制御装置11によりウォータジャケラ1〜2のもど
り通路(冷媒通路〉12に介装し1=供給ポンプ13が
駆動される。このポンプ13の駆動により、ロワタンク
9内の冷却液5をウォータジャケット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、制御装置11は、冷却液温を検出する温度センサ
14とエンジン回転、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がらの信号に基づいて、前記
冷却ファン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−3− 設定層る。冷却系内は閉回路となっているため、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
、冷却ファン8のJill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(冷
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、
冷却ファン8のIiiiIm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での放熱作用は充分に高いことから
、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−4一 度を運転条イ9に応じて応答良く制御することが可能で
あり、したがって全角荷時のオーバヒートやノッキング
を抑制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(q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った場合、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(〕、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17.18
を介してウォータジケット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。
同じく負圧対策として、勾配の緩かな降板路を高速惰性
走行するときなど、走行風によりコンデンサ7が過剰に
冷却され、系内圧力が大幅に低下して冷却液温度が下が
り過ぎるのを防ぐ意味で、このようなときにも補助通路
15の電磁弁17を−5− 開いて、コンデンサ7に冷媒を吸引して液面レベルを上
げ、コンデンサ7の冷Ti+機能を低下させる。
また、系内圧力の低下により外部からウォータジャケッ
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19の
上部空気層へ押し出し、フィルタ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
よっ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、ジャケット2内の液面を適正レー 6 = 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づるのである。したが
って、系内に空気が入り込むJ: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。
このようにして開回路内での沸騰冷却により、冷FA温
度を自由にコントロールして、エンジンの運転状態に応
じてそれぞれ最適な冷N1を行ない、また過渡時にもす
ぐれた応答性を発揮するのである。ところで、通常は密
閉された循環回路を構成しているこの冷却系も、前述し
たように運転条件により人気に対して解放されることが
ある。
例えばエンジン停止後の負圧化防止のために、電磁弁1
7.18を聞く場合、もし系内の圧力が大気圧よりも高
いと、液状冷媒とともに蒸気が補助タンク19に吹き出
すことがある。通常の平地走行時には大気圧はほぼ1気
圧であるから、これ−7− に合わけて系内の圧力が1気圧となったときに電磁弁1
7.18を開くと1ノで、これを1気圧下での冷却液の
沸点温度である100℃を検出して行なったり、あるい
は系内圧を検出するセンサにより行なうとしても、高地
走行時のように大気圧が低下したときには、同じように
して冷媒や蒸気が噴出することになる。
このことは惰性走行中の負圧防止動作時などにも同様に
して発生する恐れがある。
(発明の目的) 本発明はこのような問題に対し、冷却閉口路の系内圧と
大気圧との差圧を當に検出し、閉回路を大気に対して解
放もしくは遮断する条件として、この差圧が所定の範囲
にあることを判断することにより、冷媒や冷媒蒸気が外
部に噴出するのを確実に回避するようにしたエンジンの
沸騰冷却制御装置を提供することを目的とする。
(発明の開示) 上部に所定の蒸発空間を残して液状冷媒がウォータジャ
ケットに充填され、この蒸発冷媒を冷却−8− 液化するコンデンサとつA−タジャケッ1〜とは、液化
冷媒を送り込むポンプを介して循環閉回路で結ばれ、こ
の循環閉回路に対して大気に解放された冷媒補助タンク
を弁手段を介して接続する。そして循環閉回路の内圧と
大気圧との差圧を検出する手段を設け、前記弁手段を介
しての循環閉回路の大気に対する解放または遮断を、こ
の検出差圧にもとづいて決定する差圧判断手段を設ける
。
(実施例) 第2図、第3図に本発明の実施例を示すが、第1図と同
一部分に同符号を付すことにする。
ウォータジャケット2の上部からコンデンサ7へ蒸気を
導く蒸気通路6に、系内圧力と外気圧力との差圧検出手
段として、差圧スイッチ30を設ける。差圧スイッチ3
0は第3図に示すように、7 金属、プラスチック等で
形成したケース31の内部に、耐熱ゴムあるいは繊維質
との複合材で形成したダイヤフラム32を張設し、その
両面に内圧室33と大気室34を画成する。
内圧室33はオリフィス部35をもつ接続管3− 9 
− 6を介して蒸気通路6に連通される。大気室34はフィ
ルタ35aを介して大気に連通される一方、ダイヤフラ
ム32には絶縁板36aと共に導電プレート37が取付
けられ、この導電プレート37に対向して2つの電極3
8a 、38bが、上記ケース31に絶縁体39を介し
て取付けられ、ダイヤフラム32の変位により電極38
a 、38bが導電プレート37と接触する。この実施
例では内圧室33の圧力が大気室34の圧力よりも所定
値だけ高くなったときスイッチオンとなるように、大気
室34にダイヤフラム32を押圧するスプリング40が
介装されている。
この差圧スイッチ30の信号は制御装置11に入力され
るのであるが、その演算回路41により運転条件に応じ
て電磁弁17を介して閉回路の冷却系を大気解放された
補助タンク19と連通させる場合に、この検出差圧が所
定値、例えば冷却系内圧が大気圧よりも低い(差圧スイ
ッチ0FF)ときにのみ電磁弁17の開弁を許容する差
圧判断回路42が設けられる。
−10− 例えば、演算回路41はエンジン停止F後に冷五〇系内
の負圧化を防ぐために、電磁弁17を開いて補助タンク
19から冷媒を吸引するのであるが、差圧判断回路12
により系内圧力が大気圧にりも下がった時点で始めて電
磁弁17を聞くのであり、同様に惰性走行時の負圧化防
止制御についても、差圧判断回路42は系内圧力が大気
圧よりも下った時点で電磁弁17の開弁を認める。
差圧判断回路42は演算回路41によって、外部に対し
て密閉された冷却系を、大気に解放あるいは遮断するよ
うな制御が電磁弁17の開閉にもとづいて行なわれると
きに、必ず差圧スイッチ30の信号にもとづいてこれを
チェック覆るのであり、系内圧力が外気圧力よりも所定
値以上高いときは、差圧が消失するまで電磁弁17を開
弁じないのである。
この結果、通常は外部に対して密閉された循環閉回路の
冷却系を、補助タンク19を介して大気に解放する際は
、系内圧力が外気圧よりも低くなって始めて電磁弁1°
lを開くので、低地走行、高−11− 地走行のいずれについても、液状冷媒や蒸気が噴出する
ことがなく、冷却系をオーブン制御するときの安全性が
向上づる。
第4図に制御装置として、マイクロコンビコータを用い
て、惰性走行時などの負圧化防止制御を行なう場合の、
動作ルーチンを示す。
まJ、ウォータジャケラ1〜内の水温(冷媒温度)を検
出して、所定値(79℃)以下ならばに、そのときの系
内圧力を判断する。もし、大気圧にりも低ければ(負圧
)、電磁弁17を開(。これにより補助タンク19から
冷媒をコンデンサ7に吸引する。系内が負圧化していな
いときは、電磁弁17は開かず、そのままと1−る。ウ
ォータジャケット2の液面レベルが所定値以下ならばポ
ンプ13を駆動しレベルを十げる。再び系内圧力を判断
し、負圧のままならば元に戻り、負圧でなくなったとき
にはロワタンク9の液面レベルを判定覆る。
液面レベルが規定値以、Fのときはそのまま元に戻り、
以下のときは電磁弁17を閉じて動作を終了する。なお
、系内が負圧から正圧に移行しても、−12− ロワタンク9の液面が高いときは、冷媒が過剰なので、
これが補助タンク1つへ押し下げられて適正値に戻るま
で電磁弁17を聞いておくのである。
第5図は、同じくエンジン停止時の負圧化防止制御の動
作ルーチンを示す。
エンジンキーがOF Fになった時点で、冷却水温を判
定し、水濃か75℃以下ならば電源OFFにする。電磁
弁17は電源OFFによって開弁するし、このときの系
内圧力は大気圧よりもかなり低下している。
一方、水温が75℃以上のときは、電磁弁17は閉じた
ままに保持し、タイマにより冷却ファン8を10秒間駆
動して冷す。
ウォータジャケット2の液面レベルを判定して、規定値
以下ならばポンプ13を回転させる。
その後、系内圧力を判定して温度低下により負圧化した
ときは、電源を切って電磁弁17を開くし、負圧でない
ときは元に戻して同じ動作をくり返す。
なお、エンジンキーのONのときは、通常の制−13− 御に移行する。
このようにして、冷却系内の圧力が外気圧よりも低いこ
とを確認した上で、冷却系を大気に解放するのであり、
この結果、電磁弁17を開いた瞬間に冷媒や蒸気が噴出
するのを防止できる。
第6図は、エンジン始動後に液相冷媒を冷却系内から排
出する制御を示すものであるが、このときも系内圧力が
所定値以上に上ったら、いったん電磁弁17を閉じ、冷
却ファン8を駆動して温度を下げ、系内圧力が外気圧と
同一付近に回復してから、電磁弁17を開くようにして
いる。
冷却系内に冷媒を補助タンク19から吸引するのは、エ
ンジン停止後に系内が充分に冷えているときで、したが
ってこの後にエンジンを始動させる際は、N磁片17を
開いて余剰冷媒を補助タンク19に押し戻すわけである
が、冷媒は発生蒸気圧により順次押し出されるので、通
常は系内圧力は急激に上昇することはないが、例えば1
livsが充分に行なわれないうちにいきなり高負荷運
転に移行する場合など、冷媒の沸騰が急激に行なわれm
−14− 時的に系内圧力が一1二昇することもある。
このようなときは、いったん電磁弁17を閉じ、冷却フ
ァン8を回転して温度、圧力を下げ、それから液面レベ
ルが規定値になるまで電磁弁17を開くのである。
(発明の効果) 以」二のように本発明によれば、循環閉回路を人気に解
放あるいは遮断するときに、回路内圧と大気圧との差圧
が所定の状態にあることを判断してから行なうので、大
気解放時に冷媒蒸気が外部に嗅出し1こりすることを、
低地走行、高地走行のいかんにかかわらず常に確実に防
止することができ、安全性の向−[がはかれる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の概略構成図である。第2図は本発明
の実施例を示す概略構成図、第3図は差圧スイッチの断
面図である。第4図〜第6図は本発明の制御をマイクロ
コンピュータで行なう場合の、ぞれぞれの動作ルーチン
を示す70−チ17−トである。 −15− 1・・・エンジン本体、2・・・ウォータジャケット、
7・・・コンデンサ、8・・・冷却ファン、9・・・ロ
ワタンク、10・・・液面ヒンサ、11・・・制御I波
装置12・・・もどり通路、13・・・供給ポンプ、1
5.16・・・補助通路、17.18・・・電磁弁、1
9・・・補助タンク、30・・・差圧スイッチ、32・
・・ダイヤフラム、33・・・内圧室、34・・・大気
室、37・・・導電プレート、38a 、38b・・・
電極、41・・・演算回路、42・・・差斤判断回路。 特許出願人 日産自動車株式会社 −16− 朱6 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 所定の蒸発空間を残して液状冷媒を満たしたウォ
    ータジャケットと、この蒸発冷媒を冷却液化するコンデ
    ンサと、これらウォータジャケットとコンデンサとを途
    中にポンプを介して接続した循環閉回路と、この循環閉
    回路に対して弁手段を介して接続する大気解放の冷媒補
    助タンクとを備えた沸騰冷却エンジンにおいて、前記循
    環閉回路の内圧と大気圧との差圧を検出する手段と、前
    記弁手段を介しての循環閉回路の大気に対する解放もし
    くは遮断をこの検出差圧にもとづいて決定する差圧判断
    手段とを備えたことを特徴とするエンジンの沸騰冷却制
    御装置。 2、 差圧判断手段は、エンジン停止時、エンジン惰性
    運転時等に循環閉回路の内圧が大気圧よりも低下してか
    ら弁手段を開くようになっていることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載のエン−1− ジンの沸騰冷却制御装置。
JP3299484A 1984-02-23 1984-02-23 エンジンの沸騰冷却制御装置 Granted JPS60175727A (ja)

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EP85101851A EP0153694B1 (en) 1984-02-23 1985-02-20 Cooling method and system for automotive engine
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