JPS6183413A - 内燃機関の沸騰冷却装置における高温異常回避制御装置 - 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、冷却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、冷却ジャケット内で
、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し、詳しく
は冷媒温度の高温異常回避制御装置に関する。

〈従来の技術〉 自動車用内燃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、冷却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率に
自ず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、冷却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）に導いて放熱凝縮させた後に、再度
冷却ジャケット内に循環供給する構成である。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
顕熱を利用した水冷式のものに比べて気化潜熱を利用で
きるため、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巾
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てる。

しかしながら、このように種々の利点を存すると考えら
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
なっており、蒸気化した冷媒の損失が実用上無視できな
い程度に大きく、し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鑑み、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、冷媒供給ポンプにより冷却ジャ
ケットに発生蒸気相当分の液相冷媒を循環供給し、常に
所定レベル異常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。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところでこのような本出願人の提案した沸騰冷却装置に
よると、機関始動時に充分に空気排出を行ったとしても
、冷媒の沸騰により冷媒に溶は込んだ空気粒が加熱沸騰
時に成長して大きくなり、機関から気相冷媒と共にコン
デンサに運び込まれる。

しかしコンデンサにおいて凝縮潜熱を放出して凝縮する
のは気相冷媒のみであり空気は凝縮しないので、空気は
気相冷媒の動圧に押されつつコンデンサ下部に凝縮した
液相冷媒液面上に溜まるようになる。−かかる空気の貯
留量が大となると、コンデンサの気相冷媒放熱面積を縮
小するようになり、放熱効果が劣るようになる。このた
め気相冷媒は凝縮不良により圧力が増大し、該圧力に応
じて定まる冷媒沸点温度が上昇して機関温度が過昇する
と共に系内圧力が過大となって機関及び沸騰冷却装置を
損傷又は破損する危険に曝されるおそれがある。

本発明は上記に鑑みなされたもので冷媒循環閉回路内の
温度過昇時にはコンデンサに空気が溜まって放熱効果が
低下していると判断しコンデンサ内の空気を内外の差圧
で抜き、それでも冷媒温度又は圧力が上昇した場合には
高圧気相冷媒を外部に放出して機関及び冷媒循環回路を
高圧・高熱状態による損傷又は破損から保護することを
目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 そのために本発明では、第１図に示すように液相冷媒が
貯留される内燃機関の冷却ジャケソ）Ａと、気相冷媒が
凝縮され該凝縮された液相冷媒が下部に貯留されるコン
デンサＢと、液相冷媒循環手段Ｃと、を介装し、冷却ジ
ャケットＡが吸熱し蒸発した気相冷媒の潜熱をコンデン
サＢにおいて放熱する冷媒循環閉回路りを備えると共に
、前記コンデンサＢの下部に補助冷媒通路Ｅを介して連
通しかつ予備液相冷媒を貯留するリザーバタンクＦと、
該リザーバタンクＦ内の予備液相冷媒を前記コンデンサ
Ｂ下部に供給する予備液相冷媒供給手段Ｇと、前記冷媒
循環閉口路りのほぼ最上部を外部に開閉する圧力リリー
フ弁Ｈと、前記コンデンサＢの下部所定位置を外部に開
閉する空気排出弁Ｉと、冷媒温度を検出する温度検出手
段Ｊと、前記冷媒循環閉回路り内の冷媒圧力を検出する
圧力検出手段にと、前記冷媒圧力が第１の設定正圧以上
であって冷媒温度が第１の設定値以上を検出したときに
前記空気排出弁■を開弁じ更に冷媒圧力が第１の設定正
圧より高い第２の設定正圧以上を検出するか冷媒温度が
第１の設定値より高い第２の設定値以上を検出したとき
に前記圧力リリーフ弁Ｈを開弁する弁作動制御手段りと
、を設ける。

く作用） これにより、冷媒循環閉回路りにおいては液相冷媒循環
手段Ｃの作動で冷媒を循環し、冷却ジャケットＡ内で冷
媒沸騰による気化潜熱を利用して内燃機関を冷却する一
方、蒸発した気相冷媒をコンデンサＢにおいて潜熱放熱
して凝縮させ、熱交換効率のよい冷媒循環閉回路りを構
成する。そして該冷媒循環閉回路り内の冷媒量が不足し
た場合には予備液相冷媒供給手段Ｇによりリザーバタン
クＦ内の予備液相冷媒を冷媒循環閉口路りに補給する。

このような沸騰冷却装置において、温度検出手段Ｊ及び
圧力検出手段Ｋにより検出した冷媒温度及び圧力が第１
の設定値及び第１の設定正圧以上となったときには、コ
ンデンサＢ内に空気が溜まり放熱面積が減少して放熱効
果が低減したと判断し、弁作動制御手段りにより空気排
出弁Ｉを開弁じて空気の排出を行いコンデンサの放熱面
積を回復する。これにより気相冷媒は効果的に凝縮され
圧力が低下するから冷媒沸点温度も低下し機関の過熱を
防止できる。しかしそれでもまだ冷媒温度若しくは冷媒
圧力が夫々第１より高い第２の設定値及び第２の設定正
圧以上になった場合には、機関及び沸騰冷却装置が危険
状態になるから、圧力リリーフ弁Ｈを開いて冷媒循環閉
回路を開回路とし系内圧力を強制的に低下させて危険発
生を未然に防止すると共に、系内圧力低下により冷媒沸
点も所定値に低下し安定するから機関の過熱を防止する
。このようにして冷媒温度の高温回避制御を行う。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の１実施例の構成を示し、内燃機関１は
運転中所定量の液相冷媒で満たされる冷却ジャケット２
を備えて、該冷却ジャケット２と気相冷媒を凝縮するた
めのコンデンサ３と、電動式の冷媒供給ポンプ４とを接
続して冷媒循環閉回路を構成している。

冷却ジャケット２は、内燃機関１のシリンダ及び燃焼室
の外周部を包囲するようにシリンダブロック５及びシリ
ンダへ・ノド６の両者にわた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を通じて連通していると
共に、その上部の適宜な位置に蒸気比ロアが設けられて
いる。蒸気比ロアは接続管８及び蒸気通路９を介してコ
ンデンサ３の上部人口３ａに連通している。接続管８に
は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おり、その上端開口をキャ
ンプ１０が密閉している。

コンデンサ３は前記人口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とから構成されたもので、例えば車両前
部等の車両走行風を受は得る位置に設置され、更にその
前面或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、前記ロアタンク１３はその比較的下部に冷媒循環
通路１５の一端が接続されていると共に、これより上部
に第１補助冷媒通路１６の一端が接続されている。前記
冷媒循環通路１５はその他端が冷却ジャケット２のシリ
ンダヘッド６側に設けた冷媒人口２ａに接続されたもの
で、中間部に三方型の第２電磁弁１７を備え、かつ該第
２電磁弁１７とロアタンク１３との間に冷媒供給ポンプ
４が介装されている。以上の冷却ジャケット２．コンデ
ンサ３゜冷媒供給ポンプ４．冷却ジャケット２の経路に
よって構成された冷媒循環閉回路により通常運転時には
、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。

この循環閉回路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２１は吸気機能を有するキャップ
２２を介して大気に開放されていると共に、前記冷却ジ
ャケット２と略等しい高さ位置に設置され、かつその底
部に上記の第１補助冷媒通路１６と、第２補助冷媒通路
２３とが接続されている。そして第１補助冷媒通路１６
の通路中には、本発明でいう空気排出弁の機能を兼ねた
常開型の第３電磁弁２４が介装されている。また、前記
第２補助冷媒通路２３は第２電磁弁１７を介して冷媒循
環通路１５に接続されている。

第２電磁弁１７は励磁されると、冷媒循環通路１５を遮
断してリザーバタンク２１とロアタンク１３との間を連
通状態としく流路Ａ）、非励磁状態では第２補助冷媒通
路２３を遮断して冷媒循環通路１５を連通状態（流路Ｂ
）とするものである。

前記冷媒供給ポンプ４としては、正逆両方向に液相冷媒
を圧送できるものが用いられており、上記の流路Ａの状
態で冷媒供給ポンプ４を正方向に駆動すれば、ロアタン
ク１３からリザーバタンク２１へ液相冷媒を強制排出で
き、また逆方向に駆動すればリザーバタンク２１からロ
アタンク１３へ液相冷媒を強制導入できる。また、流路
Ｂの状態では冷媒供給ポンプ４を正方向に駆動すれば、
ロアタンク１３から冷却ジャケット２へ液相冷媒を循環
供給することができる。

従って上記から明らかなように第２電磁弁１７がＢ流路
を採ったときに、正転する冷媒供給ポンプ４は、液相冷
媒循環手段を構成し、開弁状態の第３電磁弁２４及び第
２電磁弁１７がＡ流路を採ったときに逆転する冷媒供給
ポンプ４　（ポンプ手段）は予備液相冷媒供給手段を構
成する。

一方、上記した冷媒循環閉回路の最上部となる排出管取
付部８ａには系内の空気を排出するだめの空気排出通路
２５が接続されており、空気排出時に該空気排出通路２
５から同時に溢れ出た液相冷媒を回収するために、該空
気排出通路２５の先端部をリザーバタンク２１内に開口
している。この空気排出通路２５には、本発明でいう圧
力リリーフ弁の機能を兼ねた常閉型の第１電磁弁２６が
介装される。

前記各電磁弁２６．１７．２４と冷媒供給ポンプ４及び
冷却ファン１４は、いわゆるマイクロコンピュータシス
テムを用いた制御装置３１によって駆動制御されるもの
で、本発明でいう弁作動制御手段の機能を含んでいる。

具体的には冷却ジャケット２に設けた第１液面センサ３
２．冷媒の温度検出手段としての温度センサ３３．ロア
タンク１３に設けた第２液面センサ３４及びＷｉ環回路
最上部に設けた冷媒の圧力検出手段として機能する負圧
スイッチ３５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、前記第１．第２液面センサ３２．３４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３２はそ
の検出レベルがシリンダヘッド６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３４はその検出レベ
ルが第１補助冷媒通路１６の開口よりもわずかに上方の
高さ位置に設定されている。また、温度センサ３３は、
例えばサーミスタからなり、前記第１液面センサ３２の
若干下方位置、つまり通常液相冷媒内に没入する位置に
設けられて、冷却ジャケット２内の冷媒温度を検出して
いる。また負圧スイッチ３５は、大気系と系内圧力との
差圧に応動するダイヤフラムを用いたもので、高地、低
地等に係わらず、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する。従って本発明でいう
第１の設定正圧Ｐ１とは大気圧より高くかつ大気圧に極
めて近い正圧である。

尚その他の機関運転状態を検出するための各種センサ、
例えば機関回転センサ、機関吸入負圧センサ等について
は図示していない。

第３図〜第１３図は上記制御装置３１において実行され
る制御の内容を示すフローチャートであって、以下機関
の始動から停止までの流れに沿ってこれを説明する。尚
図中第１〜第３電磁弁２６．１７．２４を夫々「電磁弁
■」、「電磁弁■」・・・のように略記してあり、また
冷却ジャケット２内液面を「ＣＺＨ内液面」と略記しで
ある。

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オン）により制御が開始
すると、Ｓｌのイニシャライズ処理を行った後に、まず
その始動が初期始動で部るか再始動であるかを判断する
。具体的にはＳ２において温度センサ３３による検出温
度が所定温度（例えば４５℃）より高いか否かを判断す
る。ここで所定温度以下、つまり冷機状態の初期始動で
あればＳ３の空気排出制御を経てからＳ４の暖機制御へ
進み、暖機が完了した段階で３５の温度制御に入る。こ
の場合３６において冷却ジャケット２内で冷媒液面レベ
ルが設定値以上にあるか否かを判断し、Ｓ７で第２．第
３電磁弁１７．２４の切換制御を行って８８の冷却ジャ
ケット２内冷媒液面レベル制御を行う。

Ｓ９においては冷媒温度を判断し、Ｓ５で行う冷却ファ
ン制御による温度制御と共にＳＩＯ，Ｓｌｌ。

Ｓ１２においてコンデンサ３内の液面レベルを増減制御
する。

そしてＳ１３において冷媒温度が第１の設定値Ｔ。

（例えば１１０℃）以上であり冷媒圧力が第１の設定正
圧Ｐ、（この場合正圧であればよい）以上である場合に
はＳ１４で第１２図の本発明の高温回避制御を行う。

これら８５〜５１２の制御ループをイグニッションキー
オフ時まで繰り返し行う。

一方、Ｓ２で冷媒温度が所定温度以上の場合には再始動
時であると判断し、この場合にはＳ３の空気排出制御は
省略する。

またこの制御中にキーオフの信号が入力されると、第４
図に示す割り込み制御ルーチンが実行される。該割り込
み制御ルーチンについては後述する。

！りＪし旧札風 第５図はＳ３の空気排出制御のフローチャートを示すも
のである。尚この機関始動の際に、通常系内は液相冷媒
（例えば水と不凍液の混合液）でほとんど満たされた状
態にあり、またリザーバタンク２１には系内を完全に満
たし得る以上の液相冷媒が貯留されている。空気排出制
御はこの状態から更に系内を完全に満水状態とすること
によって空気を排出するものであり、まずＳ３１で第１
電磁弁２６を開、第２電磁弁１７を流路Ａ、第３電磁弁
２４を閉と夫々制御し、Ｓ３２で冷媒供給ポンプ４全逆
方向へ駆動開始する。

これによりリザーバタンク２１内の液相冷媒が第２補助
冷媒通路２３を介して系内に導入される。これはＳ３３
で所定時間、具体的には系内を満水にするに十分なよう
に予めソフトウェアタイマ■に設定された数秒ないし数
十秒程度の間、ｍ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２５を介して系外のりザーバタンク２
１に強制的に排出される。そして所定時間経過した時点
でＳ３４において冷媒供給ポンプ４をオフにすると共に
、タイマ■を３３５でクリアし、第６図に示す暖機制御
（Ｓ５）へ進む。

里盪五里 暖機制御においてはコンデンサ３内は当然液相冷媒で満
たされた状態にあるから、コンデンサ３の放熱能力は極
めて低く抑制され、その結果冷却ジャケット２内の冷媒
温度が速やかに上昇してやがて沸騰が始まる。

暖機制御は基本的には冷却ジャケット２内の冷媒温度が
目標温度に上昇するまでロアタンク１３とリザーバタン
ク２１とを連通状態に保ったまま待機するものであり、
従って３４１では第１電磁弁２６を閉とし、第２電磁弁
１７をＢ流路とし、第３電磁弁２４を開とした状態で待
機するものである。

Ｓ４３では温度センサ３３で検出した実際の検出温度と
５４２で設定された設定温度との比較を行い、検出温度
が［設定温度＋２．０°ｃ　（＝α、）」となったとき
に３４５で第３電磁弁２４を閉じて系内を密閉状態とし
、その制御を終了する。

Ｓ４２における設定温度算出は、機関の回転速度及び負
荷等の運転状態に応じて随時機械的に設定されるもので
、例えば８０℃〜１１０℃程度の範囲内で定められる（
以下の冷媒温度制御についても同様である）。

一方、この暖ａｉＸ御の間、系内は大気圧下に開放され
ているため、設定温度が略１００℃を越える場合等では
、発生蒸気圧によって系内の液相冷媒がリザーバタンク
２１に押し出される結果、冷媒温度が設定温度に達する
前に冷却ジャケット２内の液面やロアタンク１３内の液
面が過度に低下する。

これに対処するため、いずれか一方の液面が第１液面セ
ンサ３２或いは第２液面センサ３４の設定レベルを下回
ったとき、即ちＳ４４においてＮＯのときには直ちにＳ
４５で系内を密閉してこの制御を終了する。

途１」■訪姓但 暖機制御の終了後は、前述したように８５〜Ｓ１２の制
御ループが繰り返されることになるが、この制御ループ
は冷却ファン１４のオンオフにより微細な温度制御を行
うＳ５の第７図に示すファン制御と液相冷媒の循環供給
により、冷却ジャケット２内の液面を設定レベル以上に
保つ第３図３８の液面制御（第８回）と、検出温度が目
標とする設定温度から比較的大きく離れた場合に実質的
放熱面積の拡大、或いは縮小を行う第３図８１２のコン
デンサ内液位低下制御（第１０図）及び第３図８１２の
コンデンサ内液位上昇制御（第１１図）とに大別される
。

まず前述したように第６図に示す暖機制御において検出
温度が「設定温度＋２．０℃（＝α、）」となった状態
でこの制御ループに進んできた場合について説明すると
、第７図のＳ５２．　　Ｓ５３で冷却ファン１４をオン
とすると共に、既にＳ９における上限温度［設定温度＋
２．０°ｃ　（＝α、）」を越えているので、直ちに第
１０図のコンデン内液位低下制御に入る。

（コンデンサ内液位低下制御） コンデンサ内液位低下制御はコンデンサ３内の液相冷媒
を冷媒供給ポンプ４によりリザーバタンク２１へ強制的
に排出しく３６１．　５６２）　、コンデンサ３内の液
面を低下させてコンデンサ３の放熱面積を拡大し、放熱
能力を高めるものであり、その排出は検出温度が「設定
温度＋１．０°Ｃ（・α、）」の温度に低下するまで継
続され（３６８，３６９）　、最後に系内を５７０で密
閉して終了する。上記の終了温度は冷却ファン１４のみ
に依存する条件であるＳ９の上限温度「設定温度＋２．
０℃（＝α、）」と下限温度「設定温度−４，０°Ｃ（
＝α４）」の範囲内でかつ設定温度より若干高温側に設
定しであるが、これは液面の下降に対する温度変化の応
答性を考慮したものである。

一方、上記コンデンサ３内の冷媒をリザーバタンク２１
内へ排出する間にも冷却ジャケット２内では冷媒が沸騰
し続けるので、徐々にその液面が低下していく。

この冷却ジャケット２側液面が設定レベル以下となった
場合には、これを第１Ｏ図の３６３で判断し、Ｓ６５の
冷却ジャケット２内冷媒液面低下異常チェック制御（第
９図）を行う。

即ち、冷却ジャケット２内液位低下が３７１でコンピュ
ータプロゲラ４タイマ■によ、り所定時間例えば１０秒
以内である場合にはＳ７２に進んで冷媒供給ポンプ４を
正転させて、第２電磁弁１７を流路Ｂ。

第３電磁弁２４を閉として、一時コンデンサ３から冷却
ジャケット２へ液相冷媒の補給を行って、第１液面セン
サ３２の設定レベルに冷却ジャケット２内液位制御を行
う。

若し３７１で冷却ジャケット２内の冷媒液面低下が１０
〜２０秒の間継続したことがわかった場合には異常であ
ると判断し、コンデンサ３のロアタンク１３に冷媒を補
給制御しつつ冷却ジャケット２にロアタンク１３内の冷
媒供給を行う。即ちＳ７３で負圧スイッチ３５により系
内が負圧であるか否か判断する。負圧である場合には第
２電磁弁１７をＢ流路、冷媒供給ポンプ４を正転のまま
第３電磁弁２４を開とすれば、リザーバタンク２１内の
予備液相冷媒は圧力差によりコンデンサ３のロアタンク
１３内に導入されるから、コンデンサ３内の液相冷媒は
その液面レベル低下が防止されつつ同時にロアタンク１
３から冷却ジャケット２内へ補給され冷却ジャケット２
内の冷媒液面を上昇させて第１液面センサ３２の設定レ
ベルヘ復帰させる。

Ｓ７３で系内が正圧であることがわかった場合には、Ｓ
７４でタイマ■が１０〜１３秒の範囲で液面レベルが継
続して異常低下していれば、Ｓ７４で第２電磁弁１７を
Ａ流路に切り換えかつ第３電磁弁２４を閉じた状態で冷
媒供給ポンプ４を逆転させる。これによりリザーバタン
ク２１内の予備液相冷媒は冷媒供給ポンプ４により強制
的にコンデンサ３内に圧送補給され、ロアタンク１３内
の冷媒液面レベノ？を上昇する。

次に正圧下にある冷却ジャケット２内の冷媒液面が所定
レベルより低下してから１０〜１３秒間の上記コンデン
サ内冷媒液面上昇制御が行われた後でも未だ冷却ジャケ
ット２内の液面レベルが設定値以下の場合にはＳ７７へ
進んでタイマ■をクリアし、再び５７１に戻ってその後
１０秒以内は再びＳ７２に進みコンデンサ３のロアタン
ク１３から補給した冷媒を冷却ジャケット２内に供給す
る。これらの繰り返し作用により、冷却ジャケット２内
の液面レベル異常低下防止と同時にコンデンサ３内の冷
媒液面レベルの異常低下防止を図る。

このようにして冷却ジャケット２内に比較約合たい冷媒
が補給される結果、冷媒液面異常低下が防止され、沸騰
冷却が継続されて燃焼室壁のオーバーヒートが防止され
ると共に冷却ジャケット２内の冷媒温度が低下し蒸気圧
が低下するから、系内圧力が低下して液相冷媒過少によ
る冷媒沸点上昇が抑制され、キャビテーションの発生を
未然に防止する。

向上記コンデンサ３内液面低下制御を行うにあたり、万
一コンデンサ３内の液面を最大限に低下させても、放熱
能力不足が回避できずに第２液面センサ３４による設定
レベルにまで液面が下降してしまった場合には、系内の
蒸気がリザーバタンク２１内へ流出するのを防止するた
めに５６７でこれを判断し、Ｓ７０において第２電磁弁
１７をＢ流路とし、リザーバタンク２１内の負圧を解除
して上記コンデンサ３内の冷媒液面低下制御を解除する
。

また、同様の理由から第３図ＳＩＯでコンデンサ３内の
液面が第２液面センサ３４の設定レベル以下である場合
にも上記コンデンサ３内液位低下制御を行わない。

一方、上記のようにコンデンサ３内の液面が適宜に制御
されて機関発熱量とコンデンサ３の放熱量とがその沸点
のもとで略平衡し、系内が密閉された後は、第３図８５
で示すファン制御による冷媒温度制御（第７図）と、Ｓ
８に示す冷媒供給ポンプ４による液面制御に基づく冷媒
温度制御（第８図）とを繰り返し行う。

、（ファン制御） 第７図に示すファン制御においては、系内湯度を更に高
精度に、具体的には「設定温度＋０．５°Ｃ（＝α１）
」と「設定温度−０，５℃（＝α２）」との間（Ｓ５２
）に維持するように冷却ファン１４のみをオンオフ制御
（Ｓ５３．　５５４）する。

（冷却ジャケット内液面制御） また、液面制御においては第８図に示すように冷却ジャ
ケット２内の液面が設定レベル以上となった場合に、こ
れを３５５で判断し、コンデンサ３側から冷却ジャケッ
ト２への液相冷媒の供給を停止する（Ｓ５６．　５５７
）。冷却ジャケット２内液面が設定レベル以下の場合に
は、３５８で示すように冷却ジャケット２内液位低下異
常チェック制御を行う。これは、既に第９図について説
明した。

（コンデンサ内液位上昇制御） また、車両走行風の増大等の外乱や運転条件の変化に伴
う設定温度自体の変化によって系内湯度が８９の下限温
度「設定温度−４，０℃（−α４）」を下回った場合に
は、第１１図に示すコンテン３内液位上昇制御を開始す
る。これは、リザーバタンク２１内の液相冷媒をコンデ
ンサ３側に導入して、コンデンサ３内の液面を上昇させ
ることにより放熱能力を抑制する制御である。面この実
施例においては、液相冷媒の導入に際して冷媒供給ポン
プ４の逆方向駆動による強制導入と、系内外の圧力差を
利用した冷媒導入とを併用している。即ち、負圧スイッ
チ３５の信号により系内がＳ８１で負圧状態にある場合
には、Ｓ８２で第３電磁弁２４を開とし、第２電磁弁１
７をＢ流路にして第１補助冷媒通路１６を介し、系内外
の圧力差を利用した冷媒導入を行う。この冷媒導入は検
出温度が「設定温度−３，０’ｃ　（＝α、）」の温度
に上昇するまで継続され（Ｓ８４、３８５）　、最後に
系内を３８６において密閉して終了する。

上記の終了温度は、やはり液面の上昇に対する温度変化
の応答性を考慮したものである。またこの冷媒導入中に
冷却ジャケット２内の液相冷媒が不足した場合には、冷
媒供給ポンプ４による冷媒補給を５８３で行う、これは
第８図において説明した。

系内が正圧下にある場合、或いは上述の冷媒導入中に正
圧となった場合には、Ｓ８７に進んで第３電磁弁２４を
閉とし、冷媒供給ポンプ４の逆方向駆動によりリザーバ
ダンク２１からコンデンサ３内へ液相冷媒を強制導入す
る（Ｓ８９．　３９０）。この強制導入の場合も検出温
度が「設定温度−３，０℃（＝α６）」の温度に上昇す
るまで継続される（Ｓ８４゜５８５）。

また、この冷媒導入中に冷却ジャケット２内の液相冷媒
が不足する場合には、第２電磁弁１７を流路Ａに切換え
て冷媒供給ポンプ４を正方向に駆動し、冷媒の補給を行
う　（Ｓ８８．　　Ｓ９１．　５９２）　。

上記のコンデンサ３内液位上昇制御の結果、系内温度が
８９の上限温度〜下限温度に導かれた後は、やはり前述
した冷却ファン１４のみによる第７図に示す温度制御が
行われる。

このようにコンデンサ３内の液面制御は系内温度を常に
「設定温度＋２．０℃」と「設定温度−４，０℃」の範
囲内に導くように３９で行われるものであり、例えば運
転条件の急変により設定温度が大きく変化した場合にも
、コンデンサ３の放熱能力を広範囲にかつ速やかに変化
させ得ると共に、これによる凝縮量変化が直ちに冷却ジ
ャケット２側冷媒の沸騰の抑制、促進として影響を及ぼ
すので、極めて良好に設定温度に追従させることができ
る。

そして冷却ファン１４の制御は系内湯度を更に「設定温
度±０．５°Ｃ」の範囲内（Ｓ　５２）に導くように行
われ、これによって一層高精度でかつ応答性の良い温度
制御が達成されるものである。

（高温回避制御） 既述のように冷媒温度制御をファン制御、ポンプ制御、
リザーバタンク内の予備液相冷媒導入制御によって行っ
ても、尚かつ冷媒温度が高温の場合には本発明に係る第
１２図に示す高温回避制御（Ｓ１３．　５１４）を行う
。

即ち第３図３１３において冷媒温度が第１の設定値Ｔ３
例えば１１０℃以上であり、冷媒圧力が第１の設定正圧
Ｐ、以上であることがわかった場合にはその原因がコン
デンサ３の下部で液相冷媒表面近（に空気が溜まり、コ
ンデンサ３の放熱面積を小さくして放熱効果を悪化させ
ているからであると判断し、３９３に進んで第３電磁弁
２４を開とする。

このためコンデンサ３とリザーバタンク２１との差圧に
より、前記空気酸いは空気と冷媒がリザーバタンク２１
内に押し出され、冷媒は内部の予備液相冷媒に回収され
て空気のみ上方空間に放出される。

その結果、コンデンサ３の放熱面積が増大し、放熱効果
が良くなって気相冷媒圧力を低下させ、冷媒沸点温度を
低くするので、沸騰冷却装置及び機関を高圧及び高温か
ら保護することができる。

この−次高温回避制御の後はＳ９４．　　Ｓ９５．　　
Ｓ９７へと進んで第１電磁弁２６を閉じたまま第８図に
示す冷却ジャケット２内の液面制御を行いつつＳ９２で
冷媒温度が１０８　’Ｃ以下になるまで継続して行う。

１０８℃以下になった段階で３９８に示すように第１電
磁弁２６を閉じ第３電磁弁２４を閉じて冷媒循環系を再
び閉回路で通常運転する。

上記−次高温回避制御を行っても冷媒温度が低下せずむ
しろ上昇してＳ９４で第２の設定温度Ｔ２例えば１１５
℃以上になった場合にはＳ９６で第１電磁弁２６をも開
いて系内最高部から圧力をリザーバタンク２１にリリー
フする。このとき気相冷媒（或いはこれに空気が混在し
て）はリザーバタンク２１内の予備液相冷媒に回収され
る。

従ってこの二次高温回避制御を行うと、冷媒循環閉回路
内は開回路となり確実に大気圧付近にまで低下するから
、高圧による破損が確実に防止されると共に冷媒沸点温
度も最大１００℃付近となって機関を過熱することがな
くなる。

そして再び冷媒温度が５９４で１０８〜１１３℃内にま
で低下すると上記−次高温回避制御を受は更に１０８℃
以下にまで低下して通常の運転に復帰する。

尚前記二次高温回避制御は冷媒温度が’ｒ、　＝１１５
°Ｃ以上になったときに開始されたが、負圧スイッチ３
５を負圧センサに置換して冷媒圧力を連続的に拾った場
合には、第１設定正圧Ｐ＋より高い第２設定正圧Ｐ２に
達したときにこれを開始するようにしても同等であるこ
とは明らかである。

次に第４図及び第１３図に基づき、機関のイグニッショ
ンキーがオフ操作された場合に割り込み処理されるキー
オフ制御について説明する。

これはまず設定温度を８１０２で８０℃に設定すること
により前述したコンデンサ３内液位低下制御を行わせ、
コンデンサ３の放熱能力を最大限に利用すると共に、Ｓ
　１０３で設定された最大１０秒程度に冷却ファン１４
を駆動して強制冷却（Ｓ１０３　、　５１０４、　５５
３）　Ｌ、系内が十分低い温度（例えば８０’ｃ）にな
る（ＳＬＯＬ）か、或いは一定時間（例えば６０ｓｅｃ
）経過したこと（Ｓ１０６）を条件として電源をオフ（
Ｓ１０７）とする。この電源オフにより常閉型電磁弁で
ある第１電磁弁２６は閉に、常開型電磁弁である第３電
磁弁２４は開となるため、系内の温度低下、つまり圧力
低下に伴ってリザーバタンク２１から第１補助冷媒通路
１６を介して液相冷媒が自然に導入され、最終的には系
全体が液相冷媒で満たされた状態になって次の始動に備
えることになる。

また上記の液相冷媒の導入の際には、コンデンサ３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わ
ずかに空気が侵入し、微細なコンデンサチューブ内に付
着した場合でも、系上方へ確実な排出が行われる。

一方、上記のキーオフ制御中に再度イグニッションキー
がオン操作される場合もあるが、この場合には第４図に
おけるＳ１６の判断で３１８．　５１９へ進み、予めＳ
１５で退避させた情報に基づいて冷却ファン１４及び設
定温度を復帰させると共に、Ｓ　１０３゜Ｓ　１０６の
ソフトウェアタイマ■、■を３１８でクリ了し、キーオ
フ前に進行していた制御状態に戻すのである。

上記の実施例では、予備液相冷媒供給手段として第１補
助冷媒通路１６に介装した第３電磁弁２４と、第２補助
冷媒通路２３に介装したポンプ手段と、を設け、このう
ちポンプ手段は通常液相冷媒循環手段として機能する単
一の冷媒供給ポンプ４を兼用したが、第２補助冷媒通路
２３を独立してコンデンサ下部に連通させ該第２補助冷
媒通路２３に独立したポンプ手段を設けて前記第３電磁
弁２４と共に予備液相冷媒供給手段としてもよい。

また実施例では圧力リリーフ弁としての機能を有する第
１電磁弁２６の吐出ボート及び空気排出弁としての機能
を有する第３電磁弁２４の吐出ボートを共にリザーバタ
ンク２１に接続し、これら電磁弁２６、２４を介して排
出される空気及び気相冷媒をリザーバタンク２１内の予
備液相冷媒を通すようにした。これにより気相冷媒は液
相冷媒中を浮上する間に液相冷媒に捕集され回収される
。しかし本発明は必ずしも冷媒回収を必須要件としない
から、上記電磁弁２６．２４の吐出ボートを外部例えば
大気に開放してもよいものである。このようにした場合
冷媒放出の可能性があるから、リザーバタンク２１内の
予備液相冷媒を冷媒循環閉回路に補充する必要がある。

勿論放出冷媒をリザーバタンク２１内で回収する本実施
例でも、冷却ジャケット２内液位制御、コンデンサ３の
ロアタンク１３内液位制御及び冷媒補給用にリザーバタ
ンク２１内の予備液相冷媒を系内に補給するものである
。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、冷媒循環閉回路にお
いては冷却ジャケット内で冷媒沸騰気化潜熱を利用して
機関を効果的にかつ均一に冷媒沸点温度に冷却できると
共にコンデンサにおいては凝縮潜熱を放出して放熱効率
を高め、もって熱交換効率を良好にすることができる。

また冷媒循環閉回路内の冷媒量が不足した場合及びコン
デンサ内冷媒液面制御ひいては冷却ジャケット内冷媒液
面制御にはリザーバタンク内の予備液相冷媒をこれにあ
てることができる。そしてこのような沸騰冷却装置にお
いて冷媒循環閉回路が異常に高温となった場合には、系
内が正圧のときに空気排出弁を開いて圧力差によりコン
デンサ内の空気を外部に排出してコンデンサの放熱面積
を増大し、放熱効率を回復して系内圧力を低下させ冷媒
沸点温度を低下して機関の過熱を防止できる。それでも
まだ冷媒温度若しくは冷媒圧力が増大した場合には更に
圧力リリーフ弁を開いて系内圧力をほぼ大気圧にまで低
下させ、圧力過大による沸騰冷却装置及び機関の損傷を
防止すると共に冷媒温度を低下して機関の過熱を防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を示す説明図、第２図は本
発明の１実施例を示す構成説明図、第３図〜第１３図は
夫々本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。 １・・・内燃機関　　２．Ａ・・・冷却ジャケット３、
Ｂ・・・コンデンサ　　４・・・冷媒供給ポンプＩ５・
・・冷媒循環通路　　１６・・・第１補助冷媒通路１７
・・・第２電磁弁　　２１．　　Ｆ・・・リザーバタン
ク２３・・・第２補助冷媒通路　　２４・・・第３電磁
弁（空気排出弁の機能を兼ねる）２６・・・第１電磁弁
（圧力リリーフ弁の機能を兼ねる）３１・・・制御装置
（弁作動制御手段りを兼ねる）３３・・・温度センサ（
温度検出手段Ｊ）３５・・・負圧スイッチ（圧力検出手
段Ｋ）　　　Ｃ・・・液相冷媒循環手段Ｄ・・・冷媒循
環閉回路　　Ｅ・・・補助冷媒通路Ｇ・・・予備液相冷
媒供給手段　　Ｈ・・・圧力リリーフ弁　　工・・・空
気排出弁 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 第４図 第５図 第６図 第７図 第１２図 第１３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）液相冷媒が貯留される内燃機関の冷却ジャケット
   と、気相冷媒が凝縮され該凝縮された液相冷媒が下部に
   貯留されるコンデンサと、液相冷媒循環手段と、を介装
   し、冷却ジャケットで吸熱し蒸発した気相冷媒の潜熱を
   コンデンサにおいて放熱する冷媒循環閉回路を備えると
   共に、前記コンデンサの下部に補助冷媒通路を介して連
   通しかつ予備液相冷媒を貯留するリザーバタンクと、該
   リザーバタンク内の予備液相冷媒を前記コンデンサ下部
   に供給する予備液相冷媒供給手段と、前記冷媒循環閉回
   路のほぼ最上部を外部に開閉する圧力リリーフ弁と、前
   記コンデンサの下部所定位置を外部に開閉する空気排出
   弁と、冷媒温度を検出する温度検出手段と、前記冷媒循
   環閉回路内の冷媒圧力を検出する圧力検出手段と、前記
   冷媒圧力が第１の設定正圧以上であって冷媒温度が第１
   の設定値以上を検出したときに前記空気排出弁を開弁し
   更に冷媒圧力が第１の設定正圧より高い第２の設定正圧
   以上を検出するか冷媒温度が第１の設定値より高い第２
   の設定値以上を検出したときに前記圧力リリーフ弁を開
   弁する弁作動制御手段と、を設けたことを特徴とする内
   燃機関の沸騰冷却装置における高温異常回避制御装置。
2. （２）圧力リリーフ弁と、空気排出弁とは、その吐出口
   が前記リザーバタンクに連通接続していることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関の沸騰冷却
   装置における高温異常回避制御装置。