JPS60243320A

JPS60243320A - 内燃機関の沸騰冷却装置

Info

Publication number: JPS60243320A
Application number: JP10015584A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Hirano; 芳則平野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-05-18
Filing date: 1984-05-18
Publication date: 1985-12-03

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ｉ〜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ラジェータや冷却ファン
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されている（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）を沸騰気化させ、その発生蒸気を外部のコ
ンデンサ（ラジェータ）に導いて放熱液化させた後に、
再度ウォータ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を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を満足でき、かつ
コンデンサ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される
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７２１．冷媒の噛失が実用上無視
できない程度に大きく、シかも系内から不凝縮気体であ
る空気を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。

本出願人は上記のような実情に臨み、密閉した冷媒循環
系内に所定量の冷媒を封入して沸騰・凝縮のサイクルを
行わせるようにした沸騰冷却装置遅を先に提案している
（％願昭５８−１４５４７０号等）０これは、例えば始
動時に系内金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を封入するようにしたも
のであり、機関運転中は、冷媒供給ポンプにＬｐウォー
タジャケットに発生蒸気相当分の液相冷媒を循環供給し
、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、例えば初期の冷媒量調節時におけるセン
サの誤検出や、運転中のシール部からの漏出などによっ
て、所定量よシも不足し念場合の対策であシ、何らかの
手段でこれを回避して燃焼室壁等高温部位の露出を未然
にかつ確実に防止し得るものとしなければならない。

発明の目的こＱ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同
らかの原因による冷媒不足を侭実に回避し、この種冷却
装欣の安全性、信頼性を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を示す機能ブロック図である。

機関のウォータジャケット１は、気相冷媒凝縮用のコン
デンサ２に接続され、かつコンデンサ２の下部には、液
化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ット１に接続されており、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１．コンデンサ２、冷媒
タンク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に友々液相状態で貯留
され、かつ残部空間では気相状態となる。

一方、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が所定レベル以上であるか否かを
検出する液面検出手段６が設けられておシ、その液面が
所定レベル以下であるときに液面制御手段７が上記冷媒
供給ポンプ４に対し駆動信号を出力する。この結果、ウ
ォータジャケット１内の液面は、沸騰気化によりコンデ
ンサ２側に流出し友冷媒を補う形で常に所定レベル以上
に維持される。

封入量不足検出手段８は、上記液面検出手段６の信号に
基づいて上記液面が所定レベル以下にある状態の継続時
間を検出し、これを設定値と比較することにより封入冷
媒量の充足、不足を判断するものである。すなわち、液
面が所定レベル以下となると上記液面制量手段７によシ
冷媒供給ポンプ４が駆動されて冷媒タンク３からウォー
タジャケット１へ液相冷媒が供給されるため、通常はそ
の継続時間はそれ程長いものではなく、これがある程度
長い場合には封入冷媒量が不足しているのである。上記
設定値は、固定的な値であっても良く、あるいは機関発
熱量を考慮して運転状態に応じて設定するものであって
も良い。

上記封入量不足検出手段８が不足と判断し７た場合には
、冷媒補給手段９が冷媒循環系５内に液相冷媒を一定量
あるいは適当量補給する。この冷媒補給手段９は、例え
ば、冷媒循環系５の系外に設けられたりザーバタンクと
、このリザーバタンクと上記冷媒供給ポンプ４の吸入側
とを連通ずる電磁弁と、上記継続時間が上記設定値を越
えてから液面が所定レベルに達するまでの間、上記電磁
弁を連通状態に保持する制御手段とから構成することが
できる。またその他、上記冷媒供給ポンプ４によらずに
系内外の圧力差や液相冷媒の自重によシ系内に送ｐ込む
ようにすることもでき、また補給のタイミングも任意で
ある。

実施例第２図はこの頼切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、１１はウォータジャケット１２
を備えてなる内燃機関、１３は気相冷媒を凝縮するため
のコンデンサ、１４け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ラ）　１２は、内燃機関１１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１５およびシリンダヘッド１６の両者にα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、その上部の適宜遅位置に蒸
気出口１７が設けられている。この蒸気出口１７は、接
続管１８および蒸気通路１９を介してコンデンサ１３の
上部人口１３ａに連通しており、かつ上記接続管１８に
は、冷媒循環系の最上部となる排出管取付部１８　ａ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加が密閉している。

上記コンデンサ１３は、上記入口１３　ａを有するアッ
パタンク２１と、上下方向の畝細なチューブを主体とし
たコア部ｎと、このコア部２２で凝縮された液化冷媒を
一時貯留するロアタンク路とから構成され念もので、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
、更にその前面あるいは背面に、強制冷却用の電動式冷
却ファン冴を備えている。また、上記ロアタンクｎは、
その比較的下部に冷媒循環通路δの一端が接続されてい
るとともに、これよシ上部に第１補助冷媒通路あの一端
が接続されている。上記冷媒循環通路δは、その他端が
上記ウォータジャケラ）　１２の下部の冷媒入口１２　
ａに接続されたもので、中間部に上記冷媒供給ポンプ１
４が介装されている。

以上のウォータジャケット１２→コンデンサ１３→ロア
タンクｎ→冷媒供給ポンプ１４→ウオータジヤケツト【
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・凝縮を繰り返しながら循環することになる。

次に、３１はリザーバタンクを示し、このリザーバタン
ク３１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、通気機能を有するキャップ３２
を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１８の排出管取付部１８　ａよりも
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補助冷媒通路が
と第２補助冷媒通路３３とが接続されている。そして、
上記第１補助冷媒通路％の通路中には常開型の第３電磁
弁あが介装されている。′また、上記第２補助冷媒通路
おは三方弁である第２電磁弁あを介して上述した冷媒循
環通路５の冷媒供給ポンプ１４上流側（吸入側）に接続
されている。上記第２電磁弁あけ、非通電時には冷媒循
環通路δを遮断して上記第２補助冷媒通路あと冷媒供給
ポンプ１４とを連通しく流路Ａ）、通電時には上記第２
補助冷媒通路おを遮断して冷媒循環通路δを連通状態（
流路Ｂ）Ｋ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出管取付部１８
　ａ　Ｋは、系内の空気を排出する念めの空気排出通路
あが接続されておシ、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、上記空気排出通路あの先端
部がリザーバタンク３１内に挿入され、その比較的上部
に開口している。そして、上記空気排出通路側には、常
閉型の第１電磁弁３７が介装されている。

上記各電磁弁３４　、３５　、３７と冷媒供給ポンプ１
４および冷却ファン冴は、所謂マイクロコンピュータシ
ステムを用いた制御装置４１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１２に設は次第
１液面センサ４２．温度センサ４３．ロアタンク２３に
設けた第２液面センサ４４および循環系最上部に設けた
負圧スイッチ４５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液面センサ４２　、４４は例えば
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４２は
その検出レベルがシリンダヘッド１６の略中間程度の高
さ位置に設定され、かつ第２液面センサ４４はその検出
レベルが第１補助冷媒通路あの開口よシも僅かに上方の
高さ位置に設定されている。また温度センサ４３は例え
ばサーミスタ等からなシ、上記第１液面センサ４２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、ウォータジャケット１２内の冷媒温度を検出″
′している。ま之負圧スイッチ恥は、大気圧と系内圧力
との差圧に応動するダイヤプ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
が負圧であるか否かを検出しており、具体的には一３０
ｍｍＨｇ〜−５０ｒｍ１Ｋｇ程度に作動圧を設定しであ
る０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
所定レベルつまり第１液面センサ４２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
、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１２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）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１２内で発生した冷媒蒸気
は、蒸気通路１９を介してコンデンサ１３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１３においては、冒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１３下部のロアタンク
乙に一時貯留されるとともに、ここから冷媒供給ポンプ
ｊ４によって、ウォータジャケット１２内液面を所定レ
ベル以上に保つように再びウォータジャケット１２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
クルを繰）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３１には、
盾壌系内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、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３１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ンサ１３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
媒がリザーバタンク３１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を排出して
冷媒循環系を密閉した後に、センサの誤検出あるいは漏
洩等によシ封入冷媒量が不足していたとすると、上記リ
ザーバタンク３１から系内に液相冷媒の補給を行うので
ある。

次に上記制純装置４１において実行される具体的な制御
を第３図〜第１１図のフローチャートに基づいて説明す
る。冑、ｉ中温１．第２．第３電磁弁３７　、３５　、
３４を夫々「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４３による検出温度が設定
温度（例えば４５℃）より晶いか否かを判断する（ステ
ップ２）。

設定温度以下つまり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排出制御（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
、つまシ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の空気排出制御のフローチャートを
示すもので、先ずステップ１１で第１電磁弁３７を「開
」、第２電磁弁あをＯＦＦ　（流路Ａ）、第３電磁弁あ
を「閉」と友々した後に、冷媒供給ポンプ１４をＯＮと
する（ステップ１２）。これによシ、リザーバタンク３
１内の予備液相冷媒が第２補助冷媒通路３３を介して循
環系内に導入される。これは、ステップ１３で所定時間
、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、系上部に集められた後、
空気排出通路３６を介して系外のりサーバタンク３１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、上記空気排出通路あから液相冷媒が溢れ出るが、こ
れは総てリザーバタンク３１　Ｋ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１４をＯＦＦ　
（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されたことになる。

周、ステップ１３０判別に代えて、循環系最上部に虹に
液面センサを設け、その液面の有無の検出に基づき、系
内が実際に満水となるまで冷媒供給ポンプ１４を駆動す
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されるステ
ップ４０余剰冷媒排出ｍＵ阿のフローチャートを示す。

これは基本的には、ウォータジャケット１２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を系外
のりザーバタンク３１に押し出してやるのであるが、こ
のとき種々の条件によシロアタンクる内の液面が先に設
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、ウォータジャケラ）　１２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９易い状態である）とがあり、ロアタ
ンクβ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１２内の液面が先
に低下した場合には主に第７図の手１−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３７を「閉」、
第２亀磁弁３５をＯＮ（流路Ｂ）、第３電磁弁具を「開
」とする。これにより、系内が第１補助冷媒通路２６を
介してリザーバタンク３１に連通された状態となる。こ
の状態で、ステップ乙の判別とステップ２９の判別とを
繰り返し、ロアタンクｎ内の液面とウォータジャケラ）
　１２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
ｎ内の液面が先に設定レベルに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３４ｆｔ閉
じ（ステップ２４）、ステップ５〜ステップ部に示す温
度制御を開始する。ここでステップ５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度を設
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、ノツΦング等の異常燃焼が発生
し易い高負荷域等では１００　’Ｃ程度に夫々設定され
る。

この状態で、ステップ四によりウォータジャケット［２
内の液面の監視を継続し、ウォータジャケラ）　１２内
の余剰液相冷媒を〔ウォータジャケット１２内で沸騰→
コンデンサ１３で凝縮〕の形でロアタンクお側へ移動さ
せる。そしてロアタンクお内の液面が設定レベル以上に
高まるとステップ２２の判別によう冷却ファン３４をＯ
ＦＦ　（ステップ３１）トした状態で第３電磁弁具を開
いて（ステップ３２）ロアタンクおから系外のりザーバ
タンク３１へ余剰液相冷媒を排出し、かつこれによりロ
アタンクｎ内液面が低下したら再び第３電磁弁あを閉じ
（ステップ２４）る。すなわち、この第３電磁弁あの開
閉の繰り返しによシ徐々に余剰液相冷媒が系外に排出さ
れることになシ、その後ウォータジャケット１２内液面
が設定レベルにまで低下し九時点で第７図のステップお
へ進む。尚、第３電磁弁３４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４５により系内が負圧状態であること
を検出（ステップる）した場合には、第３電磁弁あを開
いて（ステップ３２）逆にリザーバタンク３１から液相
冷媒を導入し、系内圧力を略大気圧に回復させて機関の
過冷を防止する。

また、ステップおでは第３電磁弁あが閉じた状態にあれ
ば直ちに制御を終了し、他方、開いた状態にあれば、そ
の時点でロアタンク乙の液面が設定レベル以上であるこ
とを意味するので、ステップ凋〜ステップあてウォータ
ジャ、クツ）　１２内の液面全制御しつつロアタンクｎ
の液面が低下するのを待ち、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３４を閉じて制御を
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１２およびロアタンク乙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。

一方、ウォータジャケラ）　１２内の液面が先に低下し
た場合には、ステップ四の判別によりステップ（２）、
３３を経てステップＭへ進む。以後は、第３電磁弁３４
を開いた状態のまま、ステップ３４〜ステップ３７金繰
り返してウォータジャケット１２内の液面を設定レベル
に制御しつつロアタンクｎ内の液面を監視する。そして
、同様にロアタンクｎ内液面が設定レベルにまで低下し
た時点で第３電磁弁あを閉じて（ステップ、３８）制御
を終了する。尚、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Ｕによる温度側５ａ
ｔ−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
の冷媒が封入された段階で実行されるステップ５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、系内の温度制御と、ウォータジャ
ケット１２側の液相冷媒量とロアタンクる側の液相冷媒
量とを調整する液面制御と、系内に封入された冷媒量の
過不足を検知して排出、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〜ステツプ材で実際の温
度が目標温度に対し±０．５℃の範囲となるように冷却
ファン冴を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１２内の冷媒沸点【影響を及ぼすので、機関温
度を極めて応答性良くかつ高精度に制御できる。

一方、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、ウォータジャケット［２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、ウォータジャケット１２内液面が設定レ
ベル以上となることを許容してロアタンクｎ内の液面を
も制御対象としている。具体的には、ステップ４５でウ
ォータジャケット［２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１４をＯＮ（ステッ
プ４７）とし、ロアタンクおからウォータジャケット１
２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でウォータジャケット１２内
液面が設定レベルに達したと判断されるまでは継続され
る。そして設定レベルに達した時点で系内温度が目標値
に略合致して（ステップ５０）いればロアタンクお内液
面を考慮せずに直ちに冷媒供給ポンプ１４をＯＦＦ　（
ステップ５４）とする。しかしステップ閣で系内温度が
目標値よシも１．５℃以上痛くなっていれば、ステップ
５１→ステツプ５２→ステツプ４７の手順でロアタンク
ｎ内液面が設定レベルに低下するまで冷媒供給ポンプ１
４の駆動を継続する（同時にウォータジャケラ）　１２
内の液面は設定レベル以上となる）。これは、ウォータ
ジャケット１２内の液面を一定に保っていても、沸騰状
態が変化することによりウォータジャケット１２内の液
相冷媒中の蒸気泡の割合が増大すると、ロアタンクお内
の液面が高くなり、コンデンサコア部ｎに達して実質的
な放熱面積を狭めることがあるので、系内温度が目標値
＋１．５℃以上のときにはコンデンサ１３側の液面を強
制的に下げて放熱面積を拡張するのである。

次に封入冷媒の禍少回道は、上記の液面制御を利用して
処理している。尚、封入冷媒が過少となる原因としては
、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電磁弁具に
より冷媒循環系を密閉する際に、液面の揺動や蒸気泡に
よって誤検出を生じることが多く考えられ、その他、シ
ール部の損傷によシ冷媒が漏出し、長時間の運転継続に
よシ冷媒量が不足となった場合などである。

これは、前述の液面制御において、ウォータジャケット
［２内の液面が設定レベル以下となった場合に、ステラ
１４５０判別により冷媒供給ポンプ１４をＯＮとしてい
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３により監視し、これ
が設定時間、例えば１゜秒尾上であるときには封入冷媒
ｉが過少であると判断して第２電磁弁３５をＯＦＦ　（
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側聞系として
の応答性を考慮して設定された値であシ、冷媒量が充足
　□していれば、これを越えることがない。陶、（に厳
格に行うならば負荷等の条件を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電磁弁あを流路Ａとしたとき、同時に冷媒供給ポンプ
１４はＯＮ状態（ステップ４７）のままであるから、リ
ザーバタンク３１の予−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１２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４８．ステップ４９により、補給を停止
し、かつステップ４６のソフトウェアタイマ３をクリア
するＯ以上のように、冷媒過少回避は液相冷媒のロアタンクｎ
からウォータジャケット１２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。

一方、この実施例では封入冷媒の過少回避とともに、過
多回避をも行っている。封入冷媒が過多となる原因は、
やはシ誤検出などによるものである。これは、前述した
液面制御において、ステップ５１の判別によシロアタン
ク囚内液面を制御対象として冷媒供給ポンプ１４を駆動
する場合の継続時間ヲ、ステップ５２でソフトウェアタ
イマ２にょシ監視し、これが設定時間、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、系内の封入冷媒量が適切であれば、沸騰状態
の変化によりコンデンサ１３側の液面が高くなったとし
ても自から限度があるものであるから、その液面低下に
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１４．
冷却ファンＵを停止し、かつソフトウェアタイマ２をク
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用°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
ザーバタンク：３１に杉［出される。

封入冷媒が過多である場合には、コンデンサ１３の実質
的放熱面積が液相冷媒によって狭められ、それだけ放熱
効率が低下して冷却不良を生じ７’Ｃす、冷却ファン冴
の駆動頻度が増大したシするが、上記のように過多回避
を行うことＫより、これを未然に防止できる。

次に第ｉｏ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側Ｎ（ステップ６）の７０−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を防止するためのもので
、系内温度が９７℃以下（ステップ６１）でかつ系内が
外気圧に対して実際に負圧（ステップ６２）になってい
ることを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
凍液を加えたような場合）に、系を密閉し友ままでの１
００℃近傍の温度側間が不可能となシ、また温度条件の
みでは外気圧の変化によシ系開放時に蒸気の噴出を生じ
る虞れがある。

上記の両条件が満たされた場合には、ステップ６３で第
３電磁弁あを「開」とし、系内をリザーバタンク３１に
対し連通状態とする。これにょシ、負圧化している系内
ＶＣ’）ザーバタンク３１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１２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によりウォータジャケラ）　１２内
の液面は設定レベルに制御され続けるのでリザーバタン
ク３１から流入した液相冷媒によってコンデンサ１３の
液面のみが高くなる。そのためコンデンサ１３の放熱量
が低下し、自然に機関発熱量と釣り合うようにコンデン
サＬ３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
シ、かつロアタンクあの液面が設定レベルに低下する（
ステノ゛プロ８）まで継続される。つまり車両定行風の
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、ロアタンクるの液面が設定レベルに低下し
た時点で第３電磁弁あを閉じて（ステップ６９）、この
負圧防止制御ｉｌｌ全終了する。これによシ冷媒循環系
は再び所定量の冷媒を封入した状態で密閉され、再度前
述の通常運転制御１１（第８図）を繰シ返すのである。

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て場合には、やは
シ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力ＯＦＦ　操
作された場合に割込処理されるキーＯＦＦ制間（ステッ
プ７）を示している。

先ずステップ′７４の温度判断によシ、系内温度が比較
的低い（例えば７５℃以下）場合には直ちに［源（ｉ−
ＯＦＦ（ステップ８３）とするが、これより高温である
場合にはソフトウェアタイマ４の設定により最大ｌＯ秒
程度冷却ファン２４を駆動して強制冷却（ステップ７６
〜ステツプ７８）Ｌ、かつ系内が冷えて負圧になる（ス
テップ８２）まで待機する。また、この間もウォータジ
ャケット１２内の液面制量を継続する（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を
ＯＦＦ　（ステップ８３）とし、一連の制御が総て終了
する。この電源ＯＦＦにより、常閉型電磁弁である第１
電磁弁３７は「閑」に、第２電磁弁あば「流路Ａ」に、
常開型電磁弁である第３譲磁弁あは「開」となるため、
系内の温度以下つまシ圧力低下に伴ってリザーバタンク
３１から第１補助冷媒通路２６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、ロアタンクおからコア部２
２を経由して系内に流入するので、運転中に何らかの原
因で僅かに空気が侵入して政Ａｒ１Ｉｉなコンデンサチ
ューブ内に付着した場合でも、系上方へ確実な排出が行
える。

一方、上記のキーＯＦＦ刊脚甲に再反イグニッションキ
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Ｌ９ステップ８４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　１ｉ
１ＪＶＣ進行していた制量状態に復帰させる。

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（７−１ことは勿論であ
る。例えば、封入冷媒量の不足を検知した後の冷媒の補
給は、一定量づつ行うようにしても良く、またロアタン
クるからの冷媒循環供給のタイミングと無関係に行うこ
ともできる。また、冷媒補給専用の補助タンクや冷媒供
給ポンプを別系統に設けて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、冷媒循環系内に封入した冷
媒が初めから不足している場合や漏洩により失われた場
合に、格別なセンサ類に依存せずに、その不足を検出し
て冷媒補給を行うので、燃焼室壁等高温部位が気相冷媒
中に露出して過熱するような虞れがなくなυ、この種冷
却装置の安全性、信頼性を大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グロック図、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図はこの実施例における制御の内容を示
すフローチャートである。ｌ・・・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・・・液面検出手段、７・・・液面制御
手段、８・・・封入量不足検出手段、９・・・冷媒補給
手段、ｌｌ・・・内燃機関、［２・・・ウォータジャケ
ット、１３・・・コンデンサ、１４・・・冷媒供給ポン
プ、ｎ・・・ロアタンク、ス・・・冷却ファン、５・・
・冷媒循環通路、脚・・・第１補助冷媒通路、３１・・
・リザーバタンク、お・・・第２補助冷媒通路、あ・・
・第３電磁弁、部・・・第２電磁弁、３６・・・空気排
出通路、３７・・・第３電磁弁、４２・・・第１液面セ
ンサ、４３・・・温度センサ、封・・・第２液面センサ
、４５・・・負圧スイッチ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　ウォータジャケット、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
冷媒の液面が所定レベル以上であるか否かを検出する液
面検出手段と、上記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液面制御手段
と、上記液面が所定レベル以下にある状態の継続時間を
検出し、これを設定値と比較して封入冷媒量の充足、不
足全判断する封入量不足検出手段と、この不足検出時に
上記冷媒循環系内に液相冷媒を補給する冷媒補給手段と
を備えてなる内燃機関の沸騰冷却装置。
（２）　上記冷媒補給手段は、上記冷媒循環系の系外に
設けられたリザーバタンクと、このリザーバタンクと上
記冷媒供給ポンプの吸入側とを連通ずる電磁弁と、上記
継続時間が上記設定値を越えてから液面が所定レベルに
達するまでの間、上記電磁弁を連通状態に保持する制御
手段とからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の内燃機関の沸騰冷却装置。