JPS60243318A - 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、ウォータジャケット、コンデンサ等からな
る冷媒循環系内に所定量の冷媒を封入し、ウォータジャ
ケット内で、貯留した液相冷媒を沸騰気化させて内燃機
関の冷却を行うよりにした内燃機関の沸騰冷却装置に関
する。

従来技術 自動車用機関に用いられている周知の水冷式冷却装置に
あっては、ウォータジャケットの水入口部と水出口部と
の間などで相当な温度差を生じ、均一な冷却を実現する
ことが難しいとともに、ラジェータにおける熱交換効率
に自から限界があることから２ジエータや冷却ファンが
大型にならざるを得ない。

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でれている（例えば特公昭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）を沸騰気化をせ、その発生蒸気全外部のコ
ンデンサ（ラジェータ）に導いて放熱液化させた後に、
再度ウオークジャケット内に循環供給する構成であって
、この冷媒の相変化を利用した冷却装置によれば、冷却
水の単純な温度変化全利用した水冷式のものに比べて極
めて少量の冷却水の循環で要求放熱量全満足で＠、かつ
コンデフすを従来のラジェータよりも大幅に小型化でき
、しかも機関各部の温度分布の均一化が図れる等の利点
が指摘されている。

しかしながら、このように種々の利点を有すると考えら
れている沸騰冷却式の冷却装置も実際には実用化てれる
に至っていない。すなわち上記特公昭５７−５７６０８
号公報や特開昭５７−６２９１２号公報等に記載のもの
は、冷媒循環系が一部で大気に開放された非密閉構造と
なっておシ。

蒸気化した冷媒の損失が実用上無視できない程度に大き
り、シかも系内から不凝縮、見体である空気全完全に除
去することが困難であるため、残留空気によって冷却性
能が著しく低下する等の問題を有していた。

本出順人は上記のような実情に鑑み、密閉した冷媒循環
系内に所定量の冷媒全封入して沸騰・凝縮のサイクルケ
行わせるようにした沸騰冷却装置を先に提案している（
特願昭５８−１４５４７０号等）。これは、例えば始動
時に系内を一旦液相冷媒で満たした後に空気の侵入を防
止しつつ余剰冷媒をリザーバタンクに排出することによ
って密閉系内に所定量の冷媒全封入するようにしたもの
であシ、機関運転中は、冷媒供給ポンプによりウオーク
ジャケットに発生蒸気相当分の液相冷媒全循環供給し、
常に所定レベル以上に液相冷媒の液面を保って燃焼室壁
等の確実な冷却を図っている。

ここで問題となるのは、冷媒循環系内の封入冷媒量が何
らかの原因で多過ぎる場合がちシ得ることである。すな
わち、初期の冷媒量調節時にセンサが誤作動したり、車
両の急停車、急旋回などによシ液相冷媒が片寄って存在
していた場合などに、所定量よシも多く系内に封入して
しまうことがあ夛、この場合にコンデンサに冷媒蒸気と
ともに液相冷媒が持ち込まれ易くなり、コンデンサの放
熱効率を著しく低下させて冷却不良を生じる虞れがある
。従って、この冷媒封入量の過多を何らかの手段で回避
し得るものとしなければならない。

発明の目的 この発明は上記のような技術的背景の下になされたもの
で、その目的とするところは、ウォータジャケット等の
冷媒循環系に所定量の冷媒を封入して密閉した場合の何
らかの原因による冷媒過多全確実に回避し、この種冷却
装置の安全性、信頼性全一層向上させることにある。

発明の構成 第１図はこの発明の構成金示す機能ブロック図である。

イ幾関のウォータジャケット１は、見相冷媒凝縮用のコ
ンデンサ２に接続でれ、かつコンデンサ２の下部には、
液イヒした冷媒を一時貯留する冷媒タンク３がコンデン
サ２と一体もしくは別体に設けられている。上記冷媒タ
ンク３は上記ウォータジャケラ）ＩＶｃ接続されており
１両者間に液相冷媒循環用の冷媒供給ポンプ４が設けら
れている。以上のウォータジャケットｌ、コンデンサ２
゜冷媒量／り３．冷媒供給ポンプ４によって、冷媒循環
系５が構成され、この冷媒循環系５は、内部に所定量の
冷媒を封入した状態で密閉されている。

この冷媒は、ウォータジャケット１および冷媒タンク３
に夫々液相状態で貯留され、かつ残部空間では気相状態
となる。

上記ウォータジャケット１に対しては、貯留されている
液相冷媒の液面位置を検出するフロート式液面セ／す等
からなる第１液面検出手段６が設けられており、その液
面が所定レベル以下であるときに第１ボ／プ制御手段７
が上記冷媒供給ポンプ４Ｖｃ対し駆動信号全出力する。

これによシ、沸騰見比してコンデ／す２側へ流出した冷
媒？補うように、冷媒タンク３からウォータジャケット
１へ液相冷媒が循環供給され、結果としてウォータ５ジ
ヤケツト１内の液面は常に所定レベルに維持される。

一万、冷媒タンク３に対しても同様にフロート式液面セ
／す等からなる第２液面検出手段８が設けられている。

第２ポンプ制御手段９は、一定条件下でのみ作動し、上
記第２液面検出手段８にて検出した液面が所定レベル以
上であるときに上記冷媒供給ポンプ４に対し駆動信号を
出力するものである。つまシ、この第２ポンプ制呻手段
９の作動条件下では、冷媒タンク３内の液面が所定レベ
ルを越えないように維持さｎる。尚、その作Ｉ助条件と
しては、例えば冷媒循環系５内の温度や圧力が所定［直
埋上である等の特定の冷却装置運転条件、あるいは一定
時間毎等の時間的条件、あるいは特定の機関連転条件な
ど適宜に選択できる。

封入世過多検出手段１０は、上記第２ボ／プ制御手段９
が上記駆動信号を出力している状態の継続時間を検出し
、こｆＬ’ｆ設定直と比較することにより封入冷媒量が
過多であるか否かを判断するものである。すなわち、第
２ポンプ制御手段９の作動条件成立前は、第１ポンプ制
御手段７によりウォータジャケット１内液面が所定レベ
ルに維持されているため、封入冷媒量が所定ｌよシも過
多であった場合には、冷媒量／り３内の液面がそれだけ
所定レベルよりも高いレベルにある。そして、この状態
から第２ボ／プ制御手段９の作動開始とともに冷媒供給
ホップ４によって所定レベル以上に存在する冷媒？ウォ
ータジャケラ）１側に圧送することになるので、その所
要時間から過多であるか否かを判断し得るのである。尚
、上記設定置は。

固定的な直であっても良く、あるいはウォータジャケッ
ト１側での蒸気発生量を考慮して機関運転条件に応じて
可変的に設定するものであっても良い。

上記封入量過多検出手段［０が過多と判断した場合には
、冷媒排出手段１１が冷媒循環系５内から液相冷媒を一
定量あるいは適当量排出する。この冷媒排出手段１１は
、例えば冷媒循環系５の一部全開閉する電磁弁により系
内外の圧力差を利甲して排出するように構成し、あるい
はポンプにより強制排出するように構成することができ
る。また、所定量に達するまで過多相当量全一度に排出
する構成であっても良く、するいは過多検出の度に一定
量づつ繰シ返し排出する構成であっても良く、更には排
出時期も任意である。

実施列 第２図はこの発明に係る沸騰冷却装置の一実施例を示す
もので、同図において、２１はウォータジャケット２２
′ｔ−備えてなる内燃機関、２３は気相冷媒全凝縮する
ためのコンデンサ、２４は電動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２２は、内燃機関２１のシリン
ダおよび燃焼室の外周部全包囲するようにクリンダブロ
ック２５およびシリンダヘッド２６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
出口２７が設けられている。この蒸気出口２７は、接続
管側および蒸気通路２９ヲ介してコンデンサｎの上部入
口２３ａに連通しておジ、かつ上記接続管外には、冷媒
循環系の最上部となる排出管取付部２８ａ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
キャップ３０が密閉している。

上記コンデンサｎは、上記入口２．３８　’ｅ有するア
ッパタンク３１と、上下方向の微細なチューブを主体と
したコア部３２と、このコア部３２で凝縮された液化冷
媒を一時貯留するロアタンク３３とから構成でれたもの
で、例えば車両前部々ど車両走行風を受け得る位置に設
置され、更にその前面あるいは背面に２強制冷却用の電
動式冷却ファン３４全備えている。また、上記ロアタン
ク３３は、その比較的下部に冷媒循環通路３５の一端が
接続されているとともに、これより上部に第１補助冷媒
通路３６の一端が接続されている。上記冷媒循環通路３
５は、その他端が上記ウォータジャケット２２の下部の
冷媒入口２２　ａに接続されたもので、中間部に上記冷
媒供給ポンプ２４が介装されている。

以上のウオークジャケット２２→コンデンサ悠→ロアタ
ンク３３→冷媒供給ポンプ２４→クオータジヤケツト２
２の経路によって冷媒循環系が構成され、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、４１はリザーバタンクを示し、このリザーバタン
ク４１は上記循環系の系外に設けられて予備液相冷媒を
貯留するものであって１通気機能を有するキャップ４２
ヲ介して大気に開放されているとともに、上記循環系の
最上端つまシ接続管詔の排出管取付部２８＆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、かつその底部に、上述した第１補助冷媒通路３６と
第２補助冷媒通路４３とが接続されている。そして、上
記第１補助冷媒通路３６の通路中には常開型の第３電磁
弁４４が介装されている。また、上記第２補助冷媒通路
４３は三方弁である第２電磁弁４５ヲ介して上述した冷
媒循環通路３５の冷媒供給ボ／ブ２４上流側（吸入側ン
に接続されている。上記第２電磁弁４５は、非通電時に
は冷媒循環通路３５？！−遮断して上記第２補助冷媒通
路４３と冷媒供給ボ／ブ３４とを連通しく流路Ａ　）　
、通電時には上記第２補助冷媒通路４３を遮断して冷媒
循環通路３５會連通状態（流路Ｂ）に維持するものであ
る。

一方、上述した循環系の最上部である排田管取付部２８
　＆には、系内の空気全排出するための空気排出通路４
６が接続されておシ、かつ空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４６の先
端部がリザーバタンク４１内に挿入され、その比較的上
部に開口している。そして、上記空気排出通路４６には
、常閉型の第１電磁弁４７が介装されている。

上記各電磁弁４４　、４５　、４７と冷媒供給ポンプ２
４および冷却ファン３４は、所謂マイク四コンビニータ
システムを用いた制御装置５１によって駆動制御される
もので、具体的には、ウォータジャケット２２に設けた
第１液面センサ５２．温度センサ５３．ロアタンク３３
に設けた第２液面センサ５４．および循環系最上部に設
けた負圧スイッチ５５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１１第２液面センナ５２　、５４は列えは
リードスイッチを利用したフロート式センサ等が用いら
れ、冷媒液面が設定レベルに達しているか否かをオン・
オフ的に検出するものであって、第１液面センサ５２は
その検出レベルがシリンダヘッド２６の略中間程度の高
で位置に設定され、かつ第２液面センサ５４はその検出
レベルが第１補助冷媒通路３６の開口よ勺も僅かに上方
の高さ位置に設定されている。また温度セ／す５３は例
えばサーミスタ等からなｐ１上記第１液面センサ５２の
若干下方位置つまシ通常液相冷媒内に没入する位置に設
けられて、ウオークジャケット２２内の冷媒温度を検出
している。また負圧スイツチ５５は、大気圧と系内圧力
との差圧に応動するダイヤフラムを用いたもので、高地
、低地等に拘らず使用環境下における大気圧に対し系内
が負圧であるが否か全検出しておシ、具体的には一りｏ
龍Ｈｇ〜−５０朋Ｈｇ　７７！、度に作動圧を設定しで
ある。

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ント２２内には
所定レベルっまジ第１液面センサ５２の設定レベルまで
液相冷媒が貯留されているのであるが、この液相冷媒は
１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２２内の高温部で特に活発に沸騰して多量
の熱を奪うので、燃焼室近傍など通常高温化し易い部位
も均一な温度に保たれ、っまり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２２内で発生した冷媒蒸気
は、蒸気通路２９ヲ介してコンデンサｎに導かれ、ここ
で外気との熱交換により冷却されて凝縮液化する。この
コンデンサ２３においてハ、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ラジェー
タに比較して遥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２３下部のロアタンク３
３に一時貯留されるとともに、ここから冷媒供給ポンプ
２４によって、ウォータジャケット２２内液面に所定レ
ベル以上に保つように再びウォータジャケント２２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に
所定量の冷媒が封入され、この冷媒が沸騰・凝縮のサイ
クルＨＤ返しつつ循環して、効率の良い沸騰冷却が行わ
れる。

一方、循環系外に設けられたリザーバタンク４１には、
循環系内全体全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シ、始動時にこの予備液相冷
媒を一旦循環系内に導入して空気を排出した後に、余剰
冷媒がリザーバタンク４１に戻されて上述した封入冷媒
量が所定量に規定される。また過冷却時には同様に予備
液相冷媒を系内に導入してコンデ／すｎの放熱面積を狭
める制御が行われ、その後温度回復時にやはシ余剰冷媒
がリザーバタ／り４１に戻されて封入冷媒量が所定量に
規定される。そして、このように余剰冷媒全排出して冷
媒循環系全密閉する際にセンサの誤作動あるいは旋回時
の液相冷媒の片寄シ等によシ所定量以上の冷媒が封入さ
れた場合には、通常運転時の制御の中で、その冷媒量過
多を検出し、上述した余剰冷媒全リザーバタンク４１に
戻すという動作を再度行って、冷媒量過多の下で運転が
継続されること全回避するのである。

次に上記制御装置５１において実行される具体的なＩＩ
制御を第３図〜第１１図の７０−チャートに基づいて説
明する。尚２図中第１．第２．第３Ｎ磁弁４７　、４５
　、４４全夫々「電磁弁■」、電磁弁■」、「電磁弁■
」と略記する。

第３図は制御の概要を示すフローチャートであって、機
関の始動（イグニッションキーＯＮ）によシ制御が開始
すると、所定のイニシャライズ処理（ステップ１）を行
った後に、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５３による検出温度が設定
温度（例えば４５℃）より高いか否かを判断する（ステ
ップ２）。

設定温度以下つまｐ未暖機状態の初期始動であればステ
ップ３の空気排出制御を経てから余剰冷媒全出制ａ１（
ステップ４）へ進み、以後は通常運転制御（ステップ５
）および負圧防止制御（ステップ６）をキーＯＦＦ時ま
で繰シ返し行う。一方、ステップ２で設定温度以上の場
合、っま夛再始動時には経時的な空気の侵入が考えられ
ないので空気排出は行わずに余剰冷媒排出制御（ステッ
プ４）へ進む。

また、その制御中にキーＯＦＦの信号が入力されると、
第４図に示す割込み制御ルーチンが実行され、キーＯＦ
Ｆ制御（ステップ７）による一定の処理を経た後に電源
がＯＦＦとなって一連の制御が終了する。

第５図はステップ３の空気排出制御の７０−チャートを
示すもので、先ずステップ１１で第１電磁弁４７ヲ「開
」、第２電磁弁４５”ｔ−０ＦＦ、（流路Ａ）、第３電
磁弁４４を「閉」と夫々した後に、冷媒供給ポンプ２４
　ｋ　ＯＮとする（ステップ１２）。これによシ、リザ
ーバタンク４１内の予備液相冷媒が第２補助冷媒通路４
３會介して循環系内に導入てれる。これは、ステップ１
３で所定時間、具体的には系内上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、系上部に集
められた後、空気排出通路４６ヲ介して系外のりサーバ
タンク４１側に強制的に排出でれる。また、系内がら空
気が無くなると、上記空気排出通路４６から液相冷媒が
溢れ出るが、これは総てリザーバタ／り４１に回収され
る。そして、所定時間経過した時点で冷媒供給ポンプ２
４ｋＯＦＦ（ステップ１４）とする。すなわち、この時
点で循環系内からは空気が完全に排出はれたことになる
。

尚、ステラ１１３０判別に代えて、循環系最上部に更に
液面センサを設け、その液面の有無の検出に基づき、系
内が実際に満水と麦るまで冷媒供給ボンダ２４ヲ駆動す
るように構成しても良い。

第６図および第７図は、空気排出後の満水状態（系内が
液相冷媒で満たされた状態）あるいは再始動時の系内の
一部が気相冷媒領域となっている状態で実行でれるステ
ップ４の余剰冷媒排出制御の７０−チャートヲ示す。こ
れは基本的には、ウォータジャケット２２内での沸騰開
始による発生蒸気圧を利用して余剰の液相冷媒全系外の
りザーバタンク４１に押し出してやるのであるが、この
とき種々の条件によりロアタンク３３内の液面が先に設
定レベルにまで低下する場合（冷間始動時には通常この
状態になる）と、ウォータジャケット２２内（シリンダ
ヘッド内）の液面が先に設定レベルにまで低下する場合
（再始動時に起夛易い状態である）とがあり、ロアタン
ク３３内の液面が先に低下した場合には主に第６図の手
順によって、またウォータジャケット２２内の液面が先
に低下した場合第７図の手順によって夫々処理している
。

先ず第６図のステップ２１で第１電磁弁４７を「閉」、
第２電磁升４５をＯＮ（流路Ｂ）、第３電磁弁４４ｔ「
開」とする。これによジ、系内が第１補助冷媒通路３６
會介してリザーバタンク４１に連通嘔れた状態となる。

この状態で、ステップ２２の判別とステップ２９の判別
と全繰り返し、ロアタンク３３内の液面とウォータジャ
ケント２２内の液面とを監視する。

発生蒸気圧による液相冷媒の排出によって、ロアタンク
３３内の液面が先に設定レベルＶｒ−まで低下した場合
には、系外に蒸気が排出されないように第３電磁弁４４
ヲ閉じ（ステップ２４）、ステップ２５〜ステツプ２８
に示す温度制御を開始する。ここでステップ２５の設定
温度算出は、機関の種々の運転条件信号を入力として目
標温厩を設定するもので、例えば熱効率向上を重視した
市街地走行域では１１０℃程度に、ノンキング等の異常
燃焼が発生し易い高負荷域等では１００℃程度に夫々設
定される。

この状態で、ステップ２９によタウオークジャケット２
２内の液面の監視全継続し、ウォータジャケット２２内
の余剰液相冷媒を〔ウォータジャケット２２内で沸騰→
コンデンサ詔で凝縮〕の形でロアタンク３３側へ移動さ
せる。そしてロアメンタ３３内の液面が設定レベル以上
に高まるとステップ２２の判別により冷却ファ７３４′
ｋＯＦＦ（ステップ３１）とした状態で第３電磁弁４４
を開いて（ステップ３２）ロアタンク３３から系外のり
ザーバタンク４１へ余剰液相冷媒をυＦ出し、かつこれ
によりロアメンタ３３内液面が低下したら再び第３電磁
弁４４ヲ閉じ（ステップ２４）る。すなわち、この第３
電磁弁４４の開閉の繰り返しにより徐々に余剰液相冷媒
が系外に排出てれることになり、その後ウォータジャケ
ット２２内液面が設定レベルにまで低下した時点で第７
図のステップ３３へ進む。尚、第３電磁弁４４を「閉」
として待機している間に、走行風等を受けて系内が過冷
になる虞れがあるが、負圧スイッチ５５により系内が負
圧状態であることを検出（ステップ？３）した場合には
、第３電磁弁４４を開いて（ステップ３２）逆にリザー
バタンク４１から液相冷媒を導入し、系内圧力全路大気
圧に回復させて機関の過冷を防止する。

また、７テツプ３３では第３電磁弁４４が閉じた状態に
あれば直ちに制御全終了し、他方、開いた状態にあれば
、その時点でロアタンク３３の液面が設定レベル以上で
あること全意味するので、ステップ３４〜ステツプ３６
でウオークジャケット２２内の液面を制御しつつロアタ
ンク３３の液面が低下するの？待ち、設定レベルにまで
低下した時点（ステップ３７）で第３電磁弁４４ヲ閉じ
て制御全終了する。

以上の制御が終了した時点で、循環系内に所定量の冷媒
が封入されたことになり、基本的にはウォータジャケッ
ト２２およびロアタンク３３の設定レベルまでを液相冷
媒が占め、残部を気相冷媒が満たした状態となっている
。

一万、クォータジャケット２２内の液面が先に低下した
場合には、ステップ２９の判別によりステップ３０　、
３３　ｋ経てステップ３４へ進む。以後は、第３電磁弁
４４ヲ開いた状態のまま、ステップ３４〜ステツプ３７
を繰り返してウオークジャケット２２内の液面に設定レ
ベルに制御しつつロアタンク３３内の液面を監視する。

そして、同様にロアタンク３３内液面が設定レベルにま
で低下した時点で第３電磁弁４４ヲ閉じて（ステップ３
８）制ｆＮ’（ｒ終了する。尚０、この場合の待機の間
は、循環系が開放された状態であるから、冷却ファン３
４による温度制御金要さずに一定温度に維持される。

次に第８図および第９図は、上記のように系内に所定量
の冷媒が封入され九段階で実行されるステップ５の通常
運転制御の７四−チャードを示す。

この通常運転制御は、系内の温度制御と、ウオークジャ
ケット２２側の液相冷媒量とロアタンク３３側の液相冷
媒量と全調整する液面制御と、系内に封入された冷媒量
の過不足音検知して排出、補給を行う冷媒過多回避制御
および冷媒過少回避制御からなる。

先ずステップ４１で、その時点の運転条件に対応した目
標温度を設定し、ステップ４２〜ステツプ■で笑際の温
度が目標温度に対し±α５℃の範囲となるように冷却フ
ァン３４ｔ−ＯＮ、ＯＦＦ制御する。

この沸騰冷却装置では、送風の有無による凝縮の促進あ
るいは抑制が系内の圧力変化となって直ちにウォータジ
ャケット２２内の冷媒沸点に影響を及ぼすので、＠関温
度會極めて応答性良くかつ高精度に制御できる。

一万、液面制御はステップ４５以下のステップによって
処理している。これは、ウオークジャケット２２内の液
面を設定レベルに保つことを優先的に考慮し、かつ一定
条件下に限シ、ウオークジャケット２２内液面が設定レ
ベル以上となること全許容してロアタンク３３内の液面
葡も制御対象とじている。具体的には、ステップ４５で
ウオークジャケット２２内の液面が設定レベル以下であ
ると判断した場合には冷媒供給ポンプ２４ｋＯＮ（ステ
ップ４７．）とし、ロアタンク３３からウォータジャケ
ット２２へ液相冷媒を循環供給する。この液相冷媒・の
供給は、少くとも以後ステップ４５でウォークジャケッ
ト２２内液面が設定レベルに達したと判断でれるまでは
継続される。そして設定レベルに達し友時点で系内温度
が目標騰に略合致して（ステップ５０　）いればロアメ
ンタ３３内液面を考慮せずに直ちに冷媒供給ボ／プ２４
ｋＯＦＦ（ステップ５４）とする。しかしステップ５０
で系内温度が目標随よジも１．５℃以上高くなっていれ
ば、ステップ５１→ステツプ５２→ステツプ４７の手順
でロアタンク３３内液面が設定レベルに低下するまで冷
媒供給ポンプＵの駆動音継続する（同時にウォータジャ
ケット２２内の液面は設定レベル以上となる）。これは
、ウオークジャケット２２内の液面全一定に保っていて
も、沸騰状態が変化することによシラオークジャケット
２２内の液相冷媒中の蒸気泡の割合が増大すると、ロア
タンク３３内の液面が高くなり、コンデンサコア部３２
に達して実質的な放熱面積を狭めることがらるので、系
内温度が目標匝＋１．５℃以上のときにはコンデンサ２
３側の液面を強制的に下げて放熱面積全拡張するのであ
る。

次に封入冷媒の過多回避制御であるが、これは上記の液
面制御ｆｌｌ？＋＝利用して過多の検出全行っている。

具体的に１は、上記のように一定の温度条件（ステップ
５０）の下では、コンデンサ２３の放熱面積全拡張すべ
くステップ５１の判別によクロアタンク３３内の液面を
制御対象として冷媒供給ポンプ２４を駆動するのである
が、ステップ５２でそのポンプＯＮ状態の継続時間音ン
７トウエアタイマ■によυ監視し、これが設定時間５例
えば１０秒以上であるときには封入冷媒量が過多である
と判断する。

すなわち、ウォータジャケット２２側の液面レベルのみ
を制御している状態では、冷媒過多の場合の余剰液相冷
媒が総てロアタンク３３側に偏在しておシ、これを冷媒
供給ポンプ２４の駆動によってウォータジャケット２２
側へ移動させることになるので。

その移動に過度に時間を要する場合には封入冷媒量が過
多なのである。そして、ここで過多と判断した場合には
、第９図のステップ５６〜ステツプ５８で、冷媒供給ポ
ンプ冴、冷却ファン３４ヲ停止し、かつソフトウェアタ
イマ■全クリアした後に、前述した余剰冷媒排出制御（
第６図〕に再度進む。

これにより、前述した処理手順に従って封入冷媒量の調
整が再度行われ、余分に系内に存在していた冷媒はリザ
ーバク／り４１に排出される。

以上のように、冷媒過多回避が行われることによシ、コ
ンデ／す２３にウォータジャケット２２から多量の液相
冷媒が蒸気とともに流入して放熱効率を低下后せてしま
う現象が防止され、冷却不良や冷却ファン３４の駆動頻
度の増加全未然に防止できる。また、このように冷媒量
過多により放熱効率が低下すると、系同温度が上昇しよ
うとする結果、上述したコンデンサｎ放熱面積の拡張制
御が必ず行われ、その際に冷媒量過多？検出し得るので
。

確実かつ合理的に冷媒量過多の回避が行えるのである。

尚、封入冷媒が過多となるのは、前述した余剰冷媒排出
制御（ステップ４）や後述する負圧防止制御（ステップ
６）において、第３電磁弁４４によシ冷媒循環系全密閉
する際に、第１．第２液面センサ５２　、５４が振動等
によシ誤作動したり、車両の急停車、急旋回等によシ液
相冷媒が片寄って誤検出することなどが原因である。

−万、この実施例においては、封入冷媒の過多回避とと
もに、過少回避をも行っている。封入冷媒が過少となる
原因は、過多と同様の誤検出の他、シール部から冷媒が
漏出して徐々に冷媒量が不足となる場合もある。

これは、前述の液面制御において、ウォータジャケット
２２内の液面が設定レベル以下となった場合にステップ
４５の判別によシ冷媒供給ポンプ２４ヲＯＮとしている
のであるが、その際に、ステップ４６で設定レベル以下
の状態の継続時間をソフトウェアタイマ■により監視し
、これが設定時間、飼えば１０秒以上であるときには封
入冷媒量が過少であると判断して第２電磁弁４５全０Ｆ
Ｆ（流路Ａ）とする（ステップ５５）。すなわち、上記
の設定時間は、封入冷媒量が適切である場合の制御系と
しての応答性を考慮して設定された直であシ、冷媒量が
充足していれば、これ會越えることがない。

尚、更に厳格に行うならば負荷等の条件ゲ加えて上記の
時間を可変的に設定するようにしても良い。

そして上記のように第２電磁弁４５ヲ流路Ａとしたとき
、同時に冷媒供給ポンプＵはＯＮ状態（ステップ４７ン
のままである≠為ら、リザーバタンク４１の予備液相冷
媒が系内に強制的に補給される。これは、ウォータジャ
ケット２２内の液面が設定レベルに達するまで継続され
る。設定レベルに達した時点でステップ絽、ステップ４
９によシ、補給奮停止し、かつステップ４６のソフトウ
ェアタイマ■ｔクリアする。

以上のように、冷媒過少回避は液相冷媒のロアタンク３
３カラウオータジヤケツト２２への循環供給の度に判断
して随時冷媒補給を行うので、封入冷媒量の不足により
燃焼室壁が露出してしまうようなことがない。

次に第１０図は、上記の通常運転制御（ステップ５）に
続いて行われる負圧防止制御（ステップ６）のフローチ
ャートを示す。これは、車両走行風が強過ぎるような場
合の減圧沸騰による過冷却現象全防止するためのもので
、系内温度が９７℃以下（ステップ６１ンでかつ系内が
外気圧に対して実際に負圧（ステップ６２　）　Ｋなっ
ていること全条件として行われる。尚、圧力条件のみで
は、冷媒の大気圧下での沸点が１００℃以上の場合（水
に不凍液を加えたよりな場合）に、系を密閉したままで
の１００℃近傍の温度制御が不可能とな力、また温度条
件のみでは外気圧の変化により系開放時に蒸気の噴出を
生じる慮れがある。

上記の両条件が満たされた場合には、ステップ６３で第
３電磁弁４４ｔ「開」とし、系内全すザーノくり／り４
１１Ｃ対し連通状態とする。これによシ、負圧化してい
る系内に、リザーバタンク４１から液相冷媒が導入され
、系内の圧力が略大気圧に回復する結果、ウォータジャ
ケット２２内の液相冷媒の沸点が上昇する。また、ステ
ップ６４〜ステツプ６６によｐウォータジャケット２２
内の液面は設定レベルに制御され続けるのでリザーノく
り／り４１から流入した液相冷媒によってコンデ／す２
３の液面のみが高くなる。そのためコンデンサ２３の放
熱量が低下し、自然に機関発熱量と約９合うようにコ７
デ／す％内の液面レベルが上下変動することになる。

上記の系開放状態は、系内が正圧（ステップ６７）とな
り、かつロアタンク３３の液面が設、定レベルに低下す
る（ステップ６８）ｆで継続される。つまり車両走行風
の低下あるいは負荷の増大などによって機関発熱量が増
大すると、蒸気圧の上昇によって系内から液相冷媒が徐
々に排出され、ロアタンク３３の液面が設定レベルに低
下した時点で第３電磁弁４４ヲ閉じて（ステップ６９）
、この負圧防止制御全終了する。これにより冷媒循環系
は再び所定量の冷媒を封入した状態で密閉され、再度前
述の通常運転側ａ１（第８図）金繰り返すのである。そ
して、上記のように冷媒循環系を閉じたときに誤検出等
により封入冷媒に過不足が生じていた場合には、やはり
前述した冷媒過少回避、過多回避によって処理される。

第１１図は、機関のイグニッションキーがＯＦ’Ｆ　’
操作された場合に割込処理されるキーＯＦＦ制御（ステ
ップ７）？示している。

先ずステップ７４の温度判断により、系内温度が比較的
低い（例えば７５℃以下）場合には直ちに電源’（ＩＩ
−ＯＦＦ（ステップ８３ンとするが、これよシ高温であ
る場合にはソフトウェアタイマ■の設定によシ最太ＩＯ
秒程成冷却ファン３４全駆動して強制冷却（ステップ７
６〜ヌテツプ７８）Ｌ、かつ系内が冷えて負圧になる（
７テツプ８２）まで待機する。また、この間もウォータ
ジャケット２２内の液面制御を継続する（ステップ７９
〜ステツプ８１）。そして系内が負圧化した時点で電源
１ＯＦＦ（ステップ８３）とし、一連の制御が総て終了
する。この電源０ＦＦｔｌＣよｐ１常閉型電磁弁である
第１電磁弁４７は「閉」に、第２電磁弁４５は「流路Ａ
ＪＫｓ常開−←　−−紅　−１−−＾　九　−ル　ム　
ツノ　し五　口　ロー　１１−４−１−一一一系内の温
度低下つｔｂ圧力低下に伴ってリザーノ（り／り４１か
ら第１補助冷媒通路３６を介して予備液相冷媒が導入さ
れ、最終的には系全体が液相冷媒で満たされた状態とな
って次の始動に備えることになる。また上記の予備液相
冷媒の導入の際には、ロアタンク３３からコア部３２ヲ
経由して系内に流入するので、運転中に何らかの原因で
僅かに空気、％侵入して微細なコンデンサチューブ内に
付着した場合でも、系上方へ確英な排出が行える。

−万、上記のキーＯＦＦ制御中に再度イグニッションキ
ーがＯＮ操作される場合もあるが、この場合にはステッ
プ７３の判断によｐステップ澗へ進み、予め退避させた
（ステップ７１）情報に基づいて、キーＯＦＦ前に進行
していた制御状態に復帰させる。

以上、この発゛明の一実施例を詳細に説明したが、この
発明がこれに限定されるものでないことは勿論である。

例えば上記実施例では第２ポンプ制御手段の作動条件と
して系内温度音用い、コンデンサ放熱面積の拡張制御を
兼ねて冷媒過多の検出會行っているが、例えば一定時間
毎等の条件で、その検出のみのために第２ポンプ制御手
段全作動するように構成しても良い。また冷媒の排出も
上記実施例では封入冷媒量全規定する動作を再度行うこ
とによって余剰冷媒を一時に排出しているが、必ずしも
これに限定されず、例えば一定量づつ徐々に排出するな
ど任意に変更できる。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機関
の沸騰冷却装置においては、冷媒循環系内に封入した冷
媒が所定量よシも多過ぎた場合に、格別なセンサ類に依
存せずに、その過多を確実に検出して冷媒排出を行うの
で、常に適正な量の冷媒の循環によってコンデンサ内を
気相冷媒に維持でき、液相冷媒の混入によるコンデンサ
の放熱効率の低下を回避できる。従って、この種冷却装
置の安全性、信頼性七人幅に向上することができる。

【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日ツク図、第２図
はこの発明の一実施例を示す構成説明図、第３図、第４
図、第５図、第６図、第７図、第８図、第９図、第１０
図および第１１図はこの実施列における制御の内容？示
すフローチャートである。 １・・・ウォータジャケット、２・・・コンデンサ、３
・・・冷媒タンク、４・・・冷媒供給ポンプ、５・・・
冷媒循環系、　６・・・第１液面検出手段。 ７・・・第１ボ／プ制御手段、８・・・第２液面検出手
段、９・・・第２ポンプ制御手段、ｔｏ・・・封入量適
炎検出手段、１１・・・冷媒排出手段、２１・・・内燃
機関、２２・・・ウォータジャケット、２３・・・コン
デンサ、２４・・・冷媒供給ポンプ、３３・・・ロアタ
ンク。 ３４・・・冷却ファン、３５・・・冷媒循環通路、３６
・・・第１補助冷媒通路、４１・・・リザーバク／り、
４３・・・第２補助冷媒通路、４４・・・第３電磁弁、
４５・・・第２電磁弁、４６・・・空気排出通路、４７
・・・第３電磁弁、５２・・・第１液面センサ。 ５３・・・温度センサ、５４・・・第２液面センサ、５
５・・・負圧スイッチ。 第３図　第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （］）　ウォータジャケント、気相冷媒凝縮用のコンデ
   ンサ、冷媒タンク、液相冷媒循環用の冷媒供給ポンプか
   らなシ、所定量の冷媒を封入した状態で密閉された冷媒
   循環系と、上記ウォータジャケット内に貯留された液相
   冷媒の液面全検出する手段と、上記冷媒タンク内の液相
   冷媒の液面を検出する手段と、上記ウォータジャケット
   内の液面が所定レベル以下であるときに上記冷媒供給ポ
   ンプの駆動信号を出力する第１ボ／プ制御手段と、一定
   条件下でのみ作動し、上記冷媒タンク内の液面が所定レ
   ベル以上であるときに上記冷媒供給ポンプの駆動信号全
   出力する第２ポンプ制画手段と、上記第２ポンプ制御手
   段が上記駆動信号を出力している状態の継続時間を検出
   し、これを設定随と比較して封入冷媒量の過多全検出す
   る封入量過多検出手段と、この過多検出時に上記冷媒循
   環系から液相冷媒−を排出する冷媒排出手段と全備えて
   なる内燃機関の沸騰冷却装置。