JPS6183414A - 沸騰冷却装置の空気排出制御装置 - 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
しくは沸騰冷却装置の空気排出制御装置に関する。

〈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
ことが難しく、かつラジェータにおける熱交換効率に自
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、その発生薄気を外部のコンデ
ンサ（ラジエ−り）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↑青に鑑み、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。

〈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。そしてひ
いては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すおそれがある。

本発明は上記に鑑みなされたものでコンデンサ内に空気
が溜まって放熱効果が低下した場合にはコンデンサ内の
空気を内外の差圧で抜き、コンデンサの冷却効率を向上
させると共に、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
ャケントＡで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口路りを備えると共に
、前記コンデンサＢの下部所定位置に設けられコンデン
サＢ内の空気を識別する空気センサＥ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Ｆ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Ｇと、前記冷媒圧力が設定正圧以上であって前記空
気センサＥが空気を検出したときに前記空気排出弁Ｇを
開弁する弁作動制御手段Ｈ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已において潜熱放熱
して凝縮させ、熱交換効率のよい冷媒循環閉口路りを構
成する。このような沸騰冷却装置において、圧力検出手
段Ｆにより検出した冷媒圧力が設定正圧以上となり、か
つ空気センサＥによりコンデンサＢ内に空気が溜まった
ことを検出したときには、弁作動制御手段Ｈにより空気
排出弁Ｇを開弁じて圧力差により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た圧力が低下す
るから冷媒沸点温度も低下し機関の過熱を防止できる。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説朋する。

第２図は本発明の１実施例の構成を示し、内燃機関工は
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ｌのシリンダ及ヒ燃焼室
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
ンダヘッド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出ロアが設けられてい
る。蒸気出ロアは接続管８及び蒸気通路９を介してコン
デンサ３の上部入口に連通している。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１
０が密閉している。

コンデンサ３は前記人口を存するアッパタンク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ワ
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、前記ロワタンク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とロワタンク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鷺・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とロワタンク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Ｓ（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、ロワタン
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
ワタンク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、
ロワタンクエ３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流路を採ったときの逆転する冷媒供給
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ための空気排出通路
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、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及ヒ
冷却フアン１４は、いわゆるマイクロコンビ゛ユータシ
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、制御装置３１は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．ロワ
タンク１３に設けた第２液面センサ３４、循環回路最上
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、及びロワタンク１３の所定高さ例えば第２液
面センサ３４の直上部に設けられた空気センサ３６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
り−ドスイソチを利用したフロート弐センサ等が用いら
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はその検出し
づルが第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。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。従って本実施例でいう
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。

また空気センサ３６は、温度センサ或いは導電率センサ
等からなる。即ち空気センサ３６が設けられるコンデン
サ３内の所定位置には、気相又は液相冷媒或いは空気層
のいずれかが存在するわけであるが、気相冷媒は冷媒圧
力にもよるが８０℃〜１００℃以上と温度が高い。液相
冷媒は温度の高い気相冷媒の凝縮液であり、連続的に凝
縮液の補給があるからまだ比較的温度が高い。これに対
して空気層は液相冷媒の上層に溜まって移動せず常に冷
却風の冷却作用を受けるから大気温度近くにまで冷却さ
れる。従って温度センサを用いて所定温度以下の温度を
検出すればそこには空気層があると判断できる。また空
気は最も導電率が小さいか″ら導電率センサを用い、２
つの電極間に電圧をかけてその間の電流値又は電位差を
読み取ることによっても空気層の存在を知ることができ
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ｒＣ／Ｈ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あ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８５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内の液面レベルを増減制御す
る。

そして５１３において温度センサ３３で検出した冷媒温
度が設定値ＴＩ　（例えば１１０℃）より大であり冷媒
圧力が設定正圧２１以上である場合にはＳ１４で第１２
図に示す高温回避制御を行い、また機関運転中コンデン
サ内に空気が溜まった場合に′は第４図Ａに示す本発明
に係る空気排出を特定条件下で割込みルーチンにて行う
。これら８５〜５１４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の系全体の空気排
出制御は省略する。

またこの制御中にキーオフの信号が人力されると、第４
図に示す割り込み制御ルーチンが実行される。

系全体の空気排出制御 第５図はＳ３の系全体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Ｓ３
１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を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
に予めプログラムタイマ■に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
、プログラムタイマ■を３３５でクリアし、第６図に示
す暖機制御（Ｓ５）へ進む。

暖機制御 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脆が始まる。

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ワタンク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
３４２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（＝α３）」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、この暖機制御の間、系内は大気圧下に開放されて
いるため、設定温度が略１００　’Ｃ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内の液面やロワタンク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。

蛮艮ｉ皮皿皿 暖ａ　ｉｔ４御の終了後は、前述したように５５〜Ｓ１
２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図）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３１２
のコンデンサ内液位低下制御（第１０図）及び第３図３
１２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℃（＝α３）」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３５２．　　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℃（−α３）」を越えているので、直ちに第１
０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Ｓ６１．　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′
ｍ続され（Ｓ６８．　５６９）　、最後に系内を３７０
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℃（＝α３）」と下限温度「設定温度−４，０℃
（＝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１０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でプログラ
ムタイマ■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
ケット内液位制御を行う。

若しＳ７１で冷却ジャケット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のロワタンク１３に冷媒を補給
制御しつつ冷却ジャケット２にロワタンク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のロワタンク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
つ同時にロワタンク１３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でプログラムタイマ■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、ロワタ
ンク１３内の冷媒液面レベルを上昇する。

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３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
へ進んでプログラムタイマ■をクリアし、再びＳ７１に
戻ってその後１０秒以内は再びＳ７２に進みコンデンサ
のロワタンク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ｚ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３６７でこれを判断し、Ｓ７０において第２電磁弁１
７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５１０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３５
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、系内温度を更に高
精度に、具体的には「設定温度＋０．５℃（＝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側？ｌ） 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保持する（Ｓ５６．　５
５７）。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°ｃ　（＝α４）」を下回った場
合には、第１１図に示すコンデンサ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１７をＢ流路にして第１補助冷媒通路工６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（＝α６）」の温
度に上昇するまでｗＥ続され（Ｓ８４、　５８５）　、
最後に系内をＳ８６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３８３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．　５９０）。この強制導入の場合も検出温
度が「設定温度−３，０°Ｃ（＝αｈ）」の温度に上昇
するまで′ｍ続される（３８４゜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）。

上記のコンデンサ内液位上昇制御の結果、系内温度が８
９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８９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、促進として影客を及
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の制御は系内温度を更に「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第１２図に示す
高温回避制御（Ｓ１３．　５１４）を行う。

即ち第３図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
２５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くに空気が溜まり、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、Ｓ９３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、前記空気或いは空気と冷媒（冷媒のみの場合もあ
る）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．　　
Ｓ９６゜３９８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
Ｓ９４で冷媒温度が１０８℃以下になるまで継続して行
う。１９８°Ｃ以下になった段階でＳ’９８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５．９４で第２の設定温度例えば１１５°
Ｃ以上になった場合には第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。

このとき抵相冷媒（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、冷媒循環閉口路
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３９４で１０８〜１１３°Ｃ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。

面前記二次高温回避制御は冷媒温度がＴ’ｚ　＝１１５
℃以上になったときに開始されたが、負圧スイッチ３５
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。

ユ’７？７”ｊずピし咄り几靴匪 上記高温回避制御においては冷媒温度が所定値以上の高
温危険状態になったときに第３電磁弁２４を開制御し−
た。これ１よコンデンサ３内に空気が溜まろうがコンデ
ンサ３内の冷媒液位が上昇しようが高温危険状態を回避
するために空気或いは冷媒をリザーバタンク２１に放出
し、コンデンサ３の冷知能力を向上すると共に系内圧力
を低下しひいては系内温度を低下するものである。

しかし系が高温危険状態にならなくとも、コンデンサ３
内に空気が溜まることは、コンデンサの放熱効率を悪化
させることとなり、かつ沸騰冷却装置の制御精度を悪く
する。

本発明はこの点に鑑みコンデンサ内に空気が溜まったら
系内外の圧力差で該空気を排出するようにしたもので、
その制御は第４図Ａに示す割込み制御となる。

即ち、５１５で冷却ファン１４のＯＮ・ＯＦＦ情報及び
第３電磁弁２４の開閉情報を退避した上で、Ｓ１６で機
関が停止か否かを判断する。機関が回転中であれば３１
８．　３１９でプログラムタイマ■、■をクリアし、Ｓ
１９で冷却ファン１４の回転を復帰させ、５２０で燃料
噴射パルス幅及び周期から機関運転状態を検出した後、
この状態に応じた沸騰冷却の制御温度を３２１で設定し
、本発明に係るコンデンサの空気排出制御に移行する。

Ｓ２２では空気センサ３６の出力によりコンデンサ３内
に空気が溜まっているかどうかを判断し、空気が溜まっ
ていれば、Ｓ２４で負圧スイッチ３５により系内が設定
正圧Ｐ、のときのみＳ２６で第３電磁弁２４を開いて溜
まった空気を差圧によりリザーバタンク２１に放出する
。これによりコンデンサ３の放熱効率が向上し冷却性能
が改善される。尚Ｓ２５では第２液面センサ３４により
ロワタンク１３内の冷媒液面レベルを検出し設定液面レ
ベル以下のときに空気のみをリザーバタンク２１に放出
するようにし、設定液面レベルより上位のときに第３電
磁弁２４を開いて液相冷媒がリザーバタンク２１に轟か
れるのを防止している。しかし本発明ではＳ２５を省い
てもよい。またＳ２４で系内が正圧でない場合にはリザ
ーバタンク２１内の冷媒がコンデンサ３内に導かれ、空
気の排出が不可能なので第３電磁弁２４は閉じておく。

このようなコンデンサ内の空気排出制御は条件が満たさ
れる都度、割込みルーチンとして制御されるから、既述
した高温回避制御を行う場合、その頻度は大幅に低減す
ることとなり、系内が高温危険状態となるのを未然に防
止する。

次に第４図及び第１３図（こ栽づき、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３１０２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、５
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、　５５３
）　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（Ｓ
１０７）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１
６を介して液相冷媒が自然に４人され、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万人の際には、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Ｓ１８〜Ｓ２１へ進み、予め３１
５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、５１０３゜３１０６のプログ
ラムタイマ■、■をＳ１８でクリアし、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３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の吐出ポ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の吐出ポ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２４の吐出ポ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、冷却ジャケット内液位制御、コンデンサロワタンク
内の液位制御、及び冷媒補給用にリザーバタンク２１内
の予（ＪＭ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。

そしてこのような沸騰冷却装置においてコンデンサ内に
空気が溜まったことを空気センサが検出した場合には、
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、放熱効率を回復すると共に、設計された沸
騰冷却装置の制御精度を向上させることができ、ひいて
は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。

【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１５・
・・冷媒循環通路　　２４・・・第３電磁弁（空気排出
弁の機能を兼ねる）３１・・・制御装置（弁作動制御手
段Ｈを兼ねる）３５・・・負圧スイッチ（圧力検出手段
Ｋ）　　　３６．Ｅ・・・空気センサ　　Ｃ・・・液相
冷媒循環手段　　Ｄ・・・冷媒循環閉回路　　Ｇ・・・
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 、寓４図 遺５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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所定位置に設けられコンデンサ内
   の空気を識別する空気センサと、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、前記冷
   媒圧力が設定正圧以上であって前記空気センサが空気を
   検出したときに前記空気排出弁を開弁する弁作動制御手
   段を設けたことを特徴とする沸騰冷却装置の空気排出制
   御装置。