JPS60185621A - 車両の暖房装置 - 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】 （技術分野） この発明は、冷却液の気化潜熱を利用してエンジンを冷
却する沸騰冷却システムを備えた車両の暖房装置に関す
る。

（先行技術） エンジン冷却系として、冷却′＃、ヲウオータジャケッ
ト内で飾部蒸発させ、その気化潜熱によりエンジンを効
率良く冷却するようにした沸騰式の冷却システムが本出
願人より提案されでいる（特願昭５８−１４５４６７号
等）。

これ？第１図に基づいて説明すると、】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に導ひかれる。

コンデンサ７には冷却風を送る冷却ファン（電動７ア／
）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。

ウォータジャケット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ある程度下がると、制御
回路１１によりウォータジャケット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、１７２７２９円の冷却液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、制御回路１１は、冷却液温を検出する温度セフ９
１４と、エンジン回転、アークセル開度、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、
前記冷却ファン８′ｆｒ、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。つ壕り、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、冷却液の沸点全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１
２０℃）、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の風量を増やしてコンデンサ７での放熱、
凝縮を促進し、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全像めに保ち（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太きく、また蒸発冷却
液によるコンデンサ７での放熱作用は十分に高すことか
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、したがって優れた冷却
機能が得られ　するのである。

他方、このようなシステムでは、エンジンを停止して冷
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し、
強す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ｘ７．１８
に介してウォータジャケット２に接続する補助タンク１
９が設けられ、エンジン停止時に補助通路１５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夕゛
ンク１９に貯えた補填用の冷却液を、液面センサ２０の
検出レベルまで導入させる。

′！た、系内圧力の低下により外部からウオークジャク
ツ）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全開くと共に供給ポンプ１３’ｅ＊動し、
補助夕／り１９から冷却液を強制的に送り込んで余分の
空気を排出しつつ冷却液面を所定のレベルに合わせる。

この空気は補助タンク１９の上部窒気層に導ひかれ。

フィルタ２３を介して外部に排出される。

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、
冷却液？大気圧下で沸騰、蒸発させ、その蒸発圧力によ
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／すｌＯに応じて駆
動され、ジャケット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
狗が所定レベルになると停止される。

これによυ、蒸発圧力全大気圧に保ちながら、系内の冷
却液全適正量に復帰ならびに設定するのである。したが
っ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。

このようにして、常に沸騰冷却の的確な冷却作用が得ら
れ、その高い冷却性能が維持されると共に、前記冷却フ
ァン８の風量に応じて冷却液の沸点圧力を大気圧以下に
任意に下げることができ、前述したようにエンジンの高
負荷時等に冷却温度全１００℃以下（水を用いた場合）
に設定することが可能となっている。

なお、上記システムでは、少量の冷却液でエンジンの冷
却を行なえるから、ウォータジャケット２はもちろん、
コンデンサ７、供給ポンプ１３等も小さくてすみ、冷却
系の小型化、軽量化を図れる。また、エンジンの暖機時
間を短縮することが可能になると共に、コンデンサ７で
の放熱効率が良好なことから、冷却ファン８の駆動動力
を低減でき、騒音ならびの燃費の改善が図れるという利
点がある。

ところで、自動車等−の室内暖房には、一般にエンジン
冷却系からの廃熱が利用されることが知られており、例
えば前述したような冷却システムではなく、通常の水冷
式エンジン全搭載した車両にあっては、そのエンジンウ
ォータジャケットからの温水を用りて室内暖房を行なう
ようになっている。

しかし、このような温水式の暖房装置では、循環ポンプ
がエンジンによって駆動されるので、アイドリンク時や
低速運転時には温水の循環量が少なく、このため停車時
等に暖房能力が低下することが避けられなかった。

また、水冷式エンジンでは、ウォータジャケットの容量
が大きく冷却液の絶対量も多いため、冷間始動時に冷却
液温の上昇が遅くなり、したがりて急速に暖房上動かず
ことは困難となっていた。

（発明の目的） この発明は、車室内の暖房をエンジン冷却系の冷媒の気
化潜熱全利用して行なわせ、優れた性能を有する暖房装
置を提供すること全目的としている。

（発明の構成および作用） この発明は、前述したような沸騰式のエンジン冷却シス
テムを備えた車両において、ウォータジャケットの最上
部から冷媒を単室暖房用のヒータコア（熱交換器）に導
く供給血路と、このヒータコアを経由した冷媒全シリン
ダヘッド側もしくはシリンダブロック上部側のウォータ
ジャケットに戻す循環通路とが形成される。

ウォータジャケット内で沸騰した冷媒蒸気により暖房を
行なわせるので、高い暖房効率が得られ、このためアイ
ドリンク時等でも十分な暖房能力を確保することが可能
となる。

１だ、エンジンの冷間始動時に冷媒がすぐには沸騰しな
いが、ウォータジャケットの８Ｍが小さくなり冷媒の総
置が減少するので、冷間始動時でも冷媒がすぐに温筐る
と共に、特に早期に昇温するジャケット上部の冷媒をヒ
ータコアに導き、ジャケット上部に戻すことで、温まっ
た冷媒を拡散することなく暖房を行なうことが可能とな
り、これにより暖機運転の途中でも短時間で暖房金効か
ずことができる。

（実施例） 第２図は本発明の実施例を示す構成断面図で、１はエン
ジン本体、２はそのシリンダブロック３とシリンダヘッ
ド４にかけて形成されたウォータジャケット、５１ｉ冷
却液（冷媒）、６はウォータジャケット２の上部に接続
する蒸気通路である。

また、７はコンデンサ、８は冷却ファン、９はロワタン
ク、１２は冷媒通路、１３は供給ポンプ。

１９は補助タンク、１７．２２．２５は電磁弁、１４は
温度センサ、１０．２４は液面センサ、１１は制御回路
を示す。

この梯Ｍ冷却システムの構成ならびに機能、作用は、は
ぼ前記第１図で述べた通りであり、ただし２５は三方向
電磁弁である。

一万、２６．２７は単室のＶ房用に設けたヒータコアと
ヒータ７アンで、これらは単室内、外に連通するエアダ
クト（図示しない）の途中に配設される。

ヒータコア２６ｒｌｉ、後述するように内部に導入され
る冷媒の放熱を行なう機能から、前記コンデンサ７とほ
ぼ同様の構造に形成でれる。

そして、ヒータコア２６の上部の入口部に比較的径の大
きい供給通路２８が接続され、この通路２８の他端が前
記ウォータジャケット２の最上部に接続される。この場
合、ウォータジャケット２近傍の蒸気通路６に接続して
も良い。

ヒータコア２６の下部にはロワタンク２９が形成され、
ロワタンク２９には内部の冷媒液面のレベルに応じて切
換る液面スイッチ３０が設けられる。

そして、ロワタンク２９の出口部に小径の循環通路３１
が接続され、この通路３１の他端がウォータジャケット
２に接続される。この場合、シリンダヘッド４側もしく
はシリンダブロック３上部側のウォータジャケット２に
接続される。

循胡（通路３１の途中にはロワタンク２９からの冷ｍ’
ｔウォータジャケット２へと戻す電動ポンプ３２と、循
環通路３１を開閉する電磁弁３３とが設置される。

電動ポンプ３２＃′ｉ、例えば第３図に示すようなイン
ペラ型のポンプが用いられ、前記液面スイッチ３０を介
して前記ヒータ７アン２７と共に、車室内に設けたヒー
タ駆動回路３４の切換スイッチ３５に接続される。

切換スイッチ３５には、ＯＦＦ接点（図示しない）とヒ
ータ７アン２７側の回路中の抵抗値がそれぞれ異なるＯ
Ｎ接点３６〜３９が設けられ、接点位置を撰択すること
により、電動ポンプ３２とヒータファン２７が駆動され
かつヒータファン２７の回転数が切換えられるようにな
っている。

筐た、前記液面スイッチ３ｏは、ロワタンク２９内の冷
媒液面が所定レベル以下になると、接点４゜に切換って
その回路中の抵抗値を増やし、所定レベルを越えると、
接点４１に切換って抵抗を減じる。即ち、ロワタンク２
９内の冷媒量が多いときに電動ポンプ３２は高回転し、
冷媒量が所定レベルであれば所定低回転で駆動されるよ
うになっている。

他方、電磁弁３３は、同じくヒータ駆動回路調に接続さ
れ、電動ポンプ３２の駆動時に循環通路３１を開くと共
に、前記制御回路１１からの信号により、冷却系内の混
入空気を外部に排出するとき等にも開かれるようになっ
ている。

なお、４２．４３．４４＃′ｉダイオードを示す。

また、冷媒通路１２は循環通路３１と合流してウォータ
ジャケット２の上部に接続するが、第１図と同様ウォー
タジャケット２の下部に接続しても良い。

このような構成において、エンジンの冷却が行なわれる
通常運転時に、ウォータジャケット２内の冷媒５がエン
ジンから気化潜熱を奪いながら沸騰蒸発し、蒸気通路６
を介してコンデンサ７へと流入するが、このとき切換ス
イッチ３５により循環通路３１の電磁弁３３が開かれ、
ヒータファン２７と電動ポンプ３２が駆動されると、ジ
ャケット２からの蒸気が供給通路２８を介してヒータコ
ア２６にも流入し、ヒータ７アン２７からヒータコア２
６會通った温風により車室内の暖房が行なわれる。

そして、この後ヒータコア２６で放熱液化された冷媒は
、ロワタンク２９に落下し、ここから電動ポンプ３２に
より循環通路３１を介してウォータジャケット２へと戻
される。

このような蒸気によるヒータコア２６での熱交換効率は
極めて高く、このため冷媒の循環量が少なくてすむと共
に、小型のヒータコア２６で大きな暖房能力が得られる
。

また、エンジンのアイドリンク時や低速時等にはウォー
タジャケット２からの蒸気の発生量が少なくなるが、こ
のときヒータファン２７と電動ポンプ３２の駆動に応じ
てヒータコア２６内の蒸気の液化が行なわれ、液化後の
冷媒がウォータジャケット２に戻される。

このため、ウォータジャケット２で発生した蒸気は、コ
ンデンサ７側にそれほど流入することなく、供給通路２
８からヒータコア２６へと吸引されるようになり、した
がってアイドリンク時等でもヒータコア２６への所定の
循環量が確保され、常に安定した暖房能力が維持される
。

この−万、エンジンの始動時には、ウォータジャケット
２、蒸気通路６、コンデンサ７等と同様にヒータコア２
６、供給通路２８等、各部が補助タンク１９からの冷媒
で満たされており、ジャケット２内の冷媒はすぐには沸
騰しないが、エンジンの熱を受けて次第に温められ、こ
の温められた冷媒はジャケット２の上部に溜するように
なる。

そして、このとき切換スイッチ３５を入れて電磁弁３３
を開き、−ヒータ７アン２７と電動ポンプ３２を駆動す
ると、ウォータジャケット２内の冷媒が供給通路２８を
介してヒータコア２６に導入され、循環通路３１を介し
て再びウォータジャケット２へと戻されるが、供給通路
２８がウォータジャケット２の最上部に接続しており、
このためウォータジャケット２から温められた冷媒のみ
がヒータコア２６に送られる。

この冷媒はヒ−タコア２６で放熱してもそれほど低温に
なることはなく、また循環通路３１がウォータジャケッ
ト２の上部に接続しており、このためヒータコア２６を
通った冷媒はある程度の温度金保ちながらジャケット２
上部に戻される。

したがって、ウォータジャケット２内の冷媒が攪拌され
ることなくジャケット２上部の温かい冷媒のみが効率良
くヒータコア２６に循環されるのであり、これｋよりジ
ャケット２円の途冷媒が完全に温まっていないエンジン
の暖機途中でも暖房を行なうことが可能となり、早期に
暖房を効かずことができる。

さらには、沸騰冷却ではもともとウォータジャケット２
の答箪が小さくなることから、冷媒が短時間で温１り始
めると共に、このとき循環通路３１の電動ポンプ３２が
高回転するので、多量の循環量が得られ、−服早く暖房
を効かずことができる。

なお、ウォータジャケット２円の冷媒が沸騰し始めると
、その蒸発圧力によってヒータコア２６やコンデンサ７
内等の冷媒が補助通路１５’（ｉｌ−介して割合短時間
に補助タンク１９へ押し戻される。

そして、ヒータコア２６円が冷媒蒸気で満たされその冷
媒液面が所定レベル１で下がると、循環通路３１の電動
ポンプ３２が低回転に切換って冷媒蒸気によりｖ房が行
なわれると共に、ウォータジャケット２の上部およびコ
ンデンサ７円が同じく冷媒蒸気で満たされその冷媒液面
が適正レベルになると、通常運転に移行りる。

（発明の効果） 冷媒蒸気により高い暖房効率が得られ、停車中でも安定
した暖房が維持されると共に、ウォータジャケット内の
冷媒が沸騰していない暖機途中では温まった冷媒のみを
効率良くヒータコアに循環して急速に暖房を効かずこと
ができ、暖房装置として優れた性能が確保されるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はエンジン沸騰冷却システムを示す構成断面図、
第２図は本発明の実施例を示す構成断面図、第３図はそ
の電動ポンプの部分断面図である。 ２・・・ウォータジャケット、３・・・シリンダブロッ
ク、４・・・シリンダヘッド、２６・・・ヒータコア、
２７・・・ヒータ７アン、２８・・・供給通路、３１・
・・循環通路、３２・・・電動ポンプ、３３・・・電磁
弁、３５・・・切換スイッチ。 第１図 １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　ウォータジャケット内で沸騰、蒸発した冷媒の気
   化潜熱によりエンジンを冷却する沸騰冷却システムを備
   えた車両において、前記ウォータジャケットの最上部か
   ら冷媒を車室暖房用のヒータコアに導く供給通路と、ヒ
   ータコアを経由した冷媒をシリンダヘッド側もしくはシ
   リンダブロック上部側のウォータジャケットに戻す循環
   通路とをそれぞれ形成したことを特徴とする車両の暖房
   装置。 ２、　上記供給通路は、エンジンの暖機運転時にウォー
   タジャケットから冷媒を液状の１まヒータコアに導き、
   暖機運転後は冷媒蒸気をヒータコアに導くようになって
   いる特許請求の範囲第１項記載の車両の暖房装置。