JPS6183416A

JPS6183416A - 内燃機関の沸騰冷却装置

Info

Publication number: JPS6183416A
Application number: JP20293984A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kindo; 雅彦金堂; Kaori Kanari; 金成　かおり
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-09-29
Filing date: 1984-09-29
Publication date: 1986-04-28

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〉本発明は、外部のコンデンサから機関のウォータジャケ
ット内に循環供給した液相冷媒をウォータジャケット内
で沸騰気化させて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。

〈従来の技術〉内燃機関の冷却装置として、従前の水冷式冷却装置に代
えて、冷媒（冷却水）の沸騰・凝縮のサイクルを利用し
た極めて効率の良い沸騰冷却装置が、例えば特公昭５７
−５７６０８号公報等において提案されており、更には
本出願人も既に種々の出願（例えば実願昭５７−９９６
６７号、特願昭５８−１４５４７０号等）を行っている
。これは基本的には、シリンダブロックとシリンダへ・
７ドとに亘って形成されたウォータジャケント内の所定
レベルまで液相冷媒を貯留しておき、この液相冷媒の沸
騰気化により各部を冷却すると共に、発生した蒸気をウ
オークジャケットの上部から取出してコンデンサに導き
、ここで凝縮液化させた後に、再度ウォータジャケット
内に循環供給するものである。

〈発明が解決しようとする問題点〉ところで、内燃機関においては、熱負荷の高い排気バル
ブシートの周囲を重点的に冷却する必要があることは言
うまでもないが、上述の沸騰冷却方式を適用した場合に
、この部分の冷却は条件的に難しいもめとなる。

すなわち、上述の沸騰冷却方式において冷却効果が良好
なものとなるか否かは、液相冷媒への熱の授受が良好に
行われるか否かによって大きく左右されるのであるが、
ウォータジャケット内に液相冷媒を貯留しておくこの種
の方式では、貯留された液相冷媒から発生する蒸気が気
泡となって全て液相冷媒中を通って浮上して行く形とな
り、液〜相冷媒中に含まれる気泡の存在割合（気泡率）
を考えるとシリンダヘッド側はど高い気泡率となるため
、シリンダヘッド側では液相冷媒の熱の授受が気泡によ
り妨げられ易い。しかも、排気バルブシートの部分は、
その排気ボートとこれに隣接する吸気ポート等によりウ
ォータジャケットが比較的複雑形状をなし、かつ容積的
に小さいものとなるので、発生した蒸気が速やかに排出
されずに滞留し易く、それだけ熱の移動が妨げられる結
果となる。

そこで本発明は、シリンダヘッドの排気バルブシートの
周囲を重点的に冷却できるようにして、沸騰冷却装置の
利点を一層拡大することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉本発明は、上記の目的を達成するため、シリンダヘッド
の排気バルブシート近傍のウォータジャケット部に連通
した冷媒供給孔を各気筒毎に設け、外部のコンデンサか
らウォータジャケット内へ循環供給される液相冷媒の少
なくとも一部を上記冷媒供給孔を介して導入するように
構成した。

く作用〉すなわち、コンデンサからの液相冷媒の一部若しくは全
部を各気筒毎に設けた冷媒供給孔を介してシリンダヘッ
ドの排気バルブシート近傍のウォータジャケット部に供
給し、換言すれば、排気バルブシート近傍に常に気泡を
含まない新しい液相冷媒を供給し、効率良く熱を奪う。

また同時にこの新しい液相冷媒の供給は、排気バルブシ
ート近傍に存在する液相冷媒を積極的に攪拌することに
もなり、気泡の壁面への付着が阻止されると共に、比較
的複雑形状をなすこの部分からの気泡の排出が促され、
気泡の滞留が防止される。従って、排気バルブシート近
傍の局部的な過熱を防止でき、熱負荷を改善できる。

〈実施例〉以下に本発明の詳細な説明する。

第１図〜第５図は本発明に係る沸騰冷却装置用のシリン
ダヘッドの一実施例を示し、また第６図は他の実施例を
示しているが、先ず第７図によって沸騰冷却装置の全体
構成を説明する。

第７図において、１はディーゼル機関を示し、シリンダ
ブロック２及びシリンダヘッド３にそれぞれウォータジ
ャケット４．５が形成されている。

上記ウォータジャケット４．５は機関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２及
びシリンダヘッド３に形成されたもので、シリンダブロ
ック側ウォータジャケット４とシリンダヘッド側ウォー
タジャケット５とは複数の連通孔６を介して互いに連通
し、実質的に一体になっている。そして、シリンダヘッ
ド側ウォータジャケット５の気相空間となる上部には、
複数の蒸気比ロアが形成されている。これらの蒸気比ロ
アは、蒸気マニホールド８を介して蒸気通路９と接続さ
れており、かつ蒸気マニホールド８には、冷媒循環系の
最上部となる排出管取付部１０が上方に立上がった形で
形成されていると共に、その上端開口をキャンプ１１が
密閉している。

１２は気相冷媒を凝縮液化するコンデンサを示し、上記
蒸気通路９が接続されるアッパタンク１３と、上下方向
の微細なチューブを主体としたコア部１４と、このコア
部１４で凝縮された液化冷媒を一時貯留するロアタンク
１５とから構成され、例えば車両前部など車両走行風を
受は得る位置に設置されている。そして、その前面ある
いは背面に強制冷却用の電動式の冷却ファン１６を備え
ている。また、上記ロアタンク１５は、その比較的下部
に冷媒循環通路１７の一端が接続されていると共に、こ
れより上部に後述する第２補助冷媒通路３０の一端が接
続されている。上記冷媒循環通路１７は、その他端がシ
リンダヘッド側ウォータジャケット５に接続されたもの
で、中間部には、後述する第２電磁弁３１と、電動式の
冷媒供給ポンプ１８とが介装されている。

以上のウォータジャケット４．５＝蒸気通路９−コンデ
ンサ１２→ロアタンク１５→第２電磁弁３１→冷媒供給
ポンプ１８の経路によって冷媒の循環系が構成され、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・凝縮を繰返しながら循環することに
なる。

ここで、冷媒供給ポンプ１８からシリンダヘッド３のウ
ォータジャケット５へ液相冷媒を戻す部分の構造を第１
図〜第５図によって詳しく説明すると、シリンダヘッド
３の下部側壁に気筒の並設方向に沿うギヤラリ５０が形
成され、このギヤラリ５０の一部に上記冷媒供給ポンプ
１８からの冷媒循環通路１７が第５図に示すようにコネ
クタ５１を介して接続されている。そして、ギヤラリ５
０から各気筒毎に冷媒供給孔５２が形成されている。５
３は盲栓である。

この冷媒供給孔５２は、シリンダブロック側ウォータジ
ャケット４とシリンダヘッド側ウォータジャケット５と
を連通ずる連通孔６の設けられている位置よりも内側ま
で、斜め上向きに延びて、排気バルブ５４の排気バルブ
シート５５回りの排気ボート５６壁と吸気バルブ５７の
吸気バルブシート５８回りの吸気ポート５９壁との間に
向かって開口している。

あるいは、第６図に示すように、排気バルブ５４の排気
バルブシート５５回りの排気ボート５６壁に向けて開口
させてもよい。尚、６０は副燃焼室を示している。

次に第７図に戻って、２５はリザーバタンクを示し、こ
のリザーバタンク２５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２６を介して大気に開放されていると共に、
上記循環系の最上端つまり蒸気マニホールド８の排出管
取付部１０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ている。そして、排出管取付部
１０には、系内め空気を排出するための空気排出通路２
７が接続されており、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２７の先
端部がリザーバタンク２５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２７には
、常閉型の第１電磁弁２８が介装されている。

また、リザーバタンク２５の底部に、第１補助冷媒通路
２９と第２補助冷媒通路３０とが接続されている。上記
第１補助冷媒通路２９は三方弁である第２電磁弁３１を
介して上述した冷媒循環通路１７の冷媒供給ポンプ１８
上流側（吸入側）に接続されている。

上記第２電磁弁３１ば、非通電時には冷媒循環通路１７
を遮断して上記第１補助冷媒通路２９と冷媒供給ポンプ
１８とを連通しく流路Ａ）、通電時には上記第１補助冷
媒通路２９を遮断して冷媒循環通路１７を連通状態（流
路Ｂ）に維持するものである。そして、上記第２補助冷
媒通路３０は上述したようにロアタンク１５に接続され
ていて、その途中には常開型の第３電磁弁３２が介装さ
れている。

上記各電磁弁２Ｂ、　３１．３２、冷媒供給ポンプ１８
及び冷却ファン１４は、マイクロコンピュータを用いた
制御装置３３によって駆動制御されるもので、具体的に
は、シリンダヘッド側ウォータジャケット５に設けた第
１液面センサ３４．温度センサ３５．ロアタンク１５に
設けた第２液面センサ３６．及び循環系最上部に設けた
負圧スイッチ３７の各検出信号に基づいて後述する制御
が行われる。

上記第１．第２液面センサ３４．３６は例えばり−ドス
イソ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３４はその検出
レベルがシリンダヘッド３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３６はその検出レベルが第
２補助冷媒通路３０の開口より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３５は例えばサーミ
スタ等からなり、上記第１液面センサ３４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、
ウォータジャケット５内の冷媒温度を検出している。ま
た負圧スイッチ３７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
か否かを検出しており、具体的には一３抛ｍＨｇ〜−５
０ｍｍＨｇ程度に作動圧を設定しである。

上記のように構成された沸騰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４，５
内には所定レベルつまり第１液面センサ３４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２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、つ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４，５内で発生した冷媒蒸
気は、蒸気通路９を介してコンデンサ１２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１２においては、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
ータに比較して逼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１２下部のロアタンク
１５に一時貯留されると共に、ここから冷媒供給ポンプ
１８によって、ウォータジャケット４．５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４，５
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
クルを繰り返しつつ循環して、効率の良い沸騰冷却が行
われる。

ここで、コンデンサ１２からの液化冷媒は、冷媒供給ポ
ンプ１８により、各気筒毎に設けた冷媒供給孔５２を介
して排気バルブシート５５と吸気バルブシート５８との
間のウォータジャケット部に流入する。

換言すれば、この部分のウォータジャケット部に常に気
泡を含まない新しい液相冷媒が供給されることになり、
熱負荷の大きい排気バルブシート５５近傍から効率良く
熱を奪うことができる。また一方、上述した冷媒供給孔
５２からの液相冷媒の流入は、排気バルブシート５５近
傍に存在する液相冷媒を積極的に攪拌することにもなり
、気泡の壁面への付着が阻止されると共に、比較的複雑
形状をなすこの部分からの気泡の排出が促され、気泡の
滞留が防止される。従って、排気バルブシート５５回り
の壁面から液相冷媒への熱の授受が良好になると共に、
この熱の授受の結果発生する蒸気が速やかに外部へ排出
されることになって、熱の移動が極めて円滑化し、排気
バルブシート５５近傍の局部的な過熱を防止できる。

尚、この例で冷媒供給孔５２を排気バルブシート５５と
吸気バルブシート５８との間のウォータジャケット部へ
向けであるのは、この部分は隣接する吸・排気ポート５
６．５９の壁面によって狭められていて蒸気が滞留し易
いからであるが、第６図に示したように直接排気バルブ
シート５５回りに向けて液相冷媒を供給するようにして
もよいし、１気筒に２つの排気弁を有する場合において
は、２つの排気バルブシート間のウォータジャケット部
に液相冷媒を供給するようにしてもよい。

また、冷媒供給孔５２は若干ではあるが斜め上向きにし
て蒸気やエアが抜けるようにしてあり、しかも、冷媒供
給孔５２から冷媒を供給する際、シリンダブロック側ウ
ォータジャケット４から連通孔６を通じてシリンダヘッ
ド側ウォータジャケット５に第４図の矢印Ｆの如く噴出
する涼気流に邪魔されることのないよう、冷媒供給孔５
２を連通孔６より内側において開口させである。但し、
必要以上に冷媒供給孔５２を長（すると、途中で蒸気と
なってしまうため、ボア外径上かそれよりも外側になる
長さにして、熱負荷の高い位置に通路を設けないように
している。

更に、冷媒供給孔５２から必ずしも循環冷媒の全量を供
給する必要はなく、例えば一部をシリンダブロック側ウ
ォータジャケット４の下部から導入するように構成して
もよい。

一方、循環系外に設けられたリザーバタンク２５には、
循環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２５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１２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り余剰冷
媒がリザーバタンク２５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り等により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、上述した余剰冷媒をリザーバタンク２５
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１！続されることを回避するのである。

次に上記制御装置３３において実行される具体的な制御
を第８図〜第１６図のフローチャートに基づいて説明す
る。

第８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（エンジンキーＯＮ）により制御が開始すると
、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３５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
）。設定温度以下つまり未暖機状態の初期始動であれば
空気排出制御（ステップ３）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ン及び負圧防止制御（ステップ６）をキーＯＦＦ時
まで繰り返し行う。一方、ステップ２で設定温度以上の
場合、つまり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９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１０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２８を開
、第２電磁弁３１をＯＦＦ　（流路Ａ）、第３電磁弁３
２を閉と夫々した後に、冷媒供給ポンプ１日をＯＮとす
る（ステ・７プ１２）。これにより、リザーバタンク２
５内の予備液相冷媒が第１補助冷媒通路２９を介して循
環系内に導入される。これは、ステップ１３でソフトウ
ェアタイマＴ、による所定時間、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２７を介し
て系外のリザーバタンク２５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２
７から液相冷媒が溢れ出るが、これは全てリザーバタン
ク２５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１８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。

第１１図及び第１２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４の余剰冷媒排出制御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４，５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２５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１５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、シリンダヘッド側ウォータジャケ
ット５内の液面が先に設定レベルにまで低下する場合（
再始動時に起り易い状態である）とがあり、ロアタンク
１５内の液面が先に低下した場合には主に第１１図の手
順によって、またウォータジャケット５内の液面が先に
低下した場合には主に第１２図の手順によって夫々処理
している−先ず第１１図のステップ２１で第１電磁弁２
８を閉、第２電磁弁３１をＯＮ（流路Ｂ）、第３電磁弁
３２を開とする。これにより、系内が第２補助冷媒通路
３０を介してリザーバタンク２５に連通された状態とな
る。この状態で、ステップ２２の判別とステップ２９の
判別とを繰り返し、ロアタンク１５内の液面とウォータ
ジャケット５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
１５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３２を閉
じくステップ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人力として目標温
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によりウォータジャケット５
内の液面の監視を継続し、ウォータジャケット４，５内
の余剰液相冷媒を〔ウォータジャケット４．５内で沸騰
→コンデンサ１２でＷＥ縮〕の形でロアタンク１５側へ
移動させる。そしてロアタンク１５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ン
１６をＯＦＦ　（ステップ３１）とした状態で第３電磁
弁３２を開いて（ステップ３２）ロアタンク１５から系
外のりザーバタンク２５へ余剰液相冷媒を排出し、かつ
これによりロアタンク１５内液面が低下したら再び第３
電磁弁３２を閉じる（ステップ２４）。すなわち、この
第３電磁弁３２の開閉の繰り返しにより徐々に余剰液相
冷媒が系外に排出されることになり、その後ウォータジ
ャケット５内液面が設定レベルにまで低下した時点で第
１２図のステップ３３へ進む。尚、第３電磁弁３２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
になるおそれがあるが、負圧スイッチ３７により系内が
負圧状態であることを検出（ステップ２３）シた場合に
は、第３電磁弁３２を開いて（ステップ３２）逆にリザ
ーバタンク２５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３３では第３電磁弁３２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１５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３４〜ステツプ３６
でウォータジャケット５内の液面を制御しつつロアタン
ク１５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３２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５及びロアタンク１５の設定レベルまでを液相冷媒が
占め、残部を気相冷媒が蒲たした状態となっている。

一方、ウォータジャケット５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
を経てステップ３４へ進む。以後は、第３電磁弁３２を
開いた状態のまま、ステップ３４〜ステツプ３７を繰り
返してウォータジャケット５内の液面を設定レベルに制
御しつつロアタンク１５内の液面を監視する。そして、
同様にロアタンク１５内液面が設定レベルにまで低下し
た時点で第３電磁弁３２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１６による温度制御
を要さずに一定温度に維持される。

次に第１３図及び第１４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、ウオータジャ
ケット４，５側の液相冷媒量とロアタンク１５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
御及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４４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１６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僅ちにウォータジ
ャケット４．５内の冷媒沸点に影響を及ぼすので、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５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
件下に限り、ウォータジャケット５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１５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５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１８をＯＮ（ステップ４
７）とし、ロアタンク１５からウォータジャケット５へ
液相冷媒を循環供給する。この液相冷媒の供給は、少な
くとも以後ステップ４５でウォークジャケット５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湯度が目標値に略
合致して（ステップ５０）いればロアタンク１５内液面
を考慮せずに直ちに冷媒供給ポンプ１８をＯＦＦ　（、
ステップ５４）とする。しかしステップ５０で系内温度
が目標値よりも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１５内液面が設定レベルに低下するまで冷媒供給ポン
プ１８の駆動をｍ続する（同時にウォータジャケット５
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５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４゜５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１５
内の液面が高くなり、コンデンサコア部１４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°Ｃ以上のときにはコンデンサ１２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。

次に封入冷媒の過多回避制御であるが、これは上記の液
面制御を利用して過多の検出を行っている。具体的には
、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１２の放熱面積を拡張すべくステラ１５
１０判別によりロアタンク１５内の液面を制御対象とし
て冷媒供給ポンプ１８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ｍ続開間をソフトウェアタ
イマＴ２により監視し、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、ウォータジャケット５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１５側に偏在しており、これを冷媒供
給ポンプ１８の駆動によってウォータジャケット４．５
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１４図のステップ
５６〜ステ・ノブ５８で、冷媒供給ポンプ１８．冷却フ
ァン１６を停止し、かつソフトウェアタイマＴ２をクリ
アした後に、前述した余剰冷媒排出制御（第１１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
冷媒はリザーバタンク２５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り、コ
ンデンサ１２にウォータジャケット５から多量の液相冷
媒が蒸気と共に流入して放熱効率を低下させてしまう現
象が防止され、冷却不良や冷却ファン１６の駆動頻度の
増加を未然に防止できる。

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、系内温度が上昇しようとする結果、上述したコンデ
ンサ１２放熱面積の拡張制御が必ず行われ、その際に冷
媒量過多を検出し得るので、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
３２により冷媒循環系を密閉する際に、第１．第２液面
センサ３４．３６が振動等により誤作動したり、車両の
急停車、急旋回等により液相冷媒が片寄って誤検出する
ことなどが原因である。

一方、この実施例においては、封入冷媒の過多回避と共
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
５内の液面が設定レベル以下となった場合にステップ４
５の判別により冷媒供給ポンプ１８を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Ｔ３により監視し
、これが設定時間、例えば１０秒以上であるときには封
入冷媒量が過少であると判断して第２電磁弁３１をＯＦ
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値であり、冷媒量
が充足していれば、これを越えることがない。

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３１を流路Ａとしたとき
、同時に冷媒供給ポンプ１８はＯＮ状態（ステップ４７
）のままであるから、リザーバタンク２５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５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・ノブ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Ｔ３をクリアする。

以上のように、冷媒過少回避は液相冷媒のロアタンク１
５からウォータジャケット４，５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１５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″Ｃ以上の場合（水に
不凍液を加えたような場合）に、系を密閉したままでの
１００℃近傍の温度制御が不可能となり、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
じるおそれがある。

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３２を開とし、系内をリザーバタンク２５に対
し連通状態とする。これにより、負圧化している系内に
、リザーバタンク２５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４
．５内の液相冷媒の沸点が上昇する。また、ステップ６
４〜ステツプ６６によりウォータジャケット５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２５
から流入した液相冷媒によってコンデンサ１２の液面の
みが高くなる。そのためコンデンサ１２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１２
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１５の液面が設定レベルに低下する
（ステップ６８）まで継続される。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　−で機関発熱量が
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１５の液面が設定レベルに
低下した時点で第３電磁弁３２を閉じて（ステップ６９
）、この負圧防止制御を終了する。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
前述の通常運転制御（第１３図）を繰り返すのである。

そして、上記のように冷媒循環系を閉したときに誤検出
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１６図は、機関のエンジンキーがＯＦＦ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）を示
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°Ｃ以下）場合には直ちに電源をＯＦ
Ｆ　（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Ｔ４の設定により最大１０秒
程度冷却ファン１６を駆動して強制冷却（ステップ７６
〜ステ、プ７８）シ、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５内の液面制御卸を
継続する（ステフブ７９〜ステップ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
常閉型である第１電磁弁２８は閉に、第２電磁弁３１は
流路Ａに、常開型である第３電磁弁３２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２５から第２補助冷媒通路３０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１５からコア
部１４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える
。

一方、上記のキーＯＦＦ制御中に再度エンジンキーがＯ
Ｎ操作される場合もあるが、この場合にはステップ７３
の判断によりステップ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前に進行して
いた制御状態に復帰させる。

尚、この実施例では、ウォータジャケット４゜５、コン
デンサ１２及び冷媒供給ポンプ１８等からなる冷媒の循
環系を通常運転時に密閉循環系としている。すなわち、
上記循環系の系外に設けられかつ予備液相冷媒を貯留す
るリザーバタンク２５と、このリザーバタンク２５から
上記循環系内に空気排出用の液相冷媒を導入する冷媒導
入手段と、この冷媒が導入された循環系内から所定量の
冷媒を残して余剰冷媒を上記リザーバタンク２５に排出
する冷媒排出手段と、上記循環系の最上部に接続され、
かつ上記冷媒の導入の際に開路され、排出の際に閉路さ
れる空気排出通路とを設けることで、循環系内から不凝
縮気体である空気を確実に除去できるようにして、密閉
循環系を達成し、冷却性能の信頼性、安定性の向上を図
っている。但し、密閉循環系のシステム構成は、これに
限るものではなく、例えば特願昭５８−２２８１４５号
あるいは特願昭５９−１４０３７８号などに示されるよ
うな構成でもよい。

〈発明の効果〉以上説明したように本発明によれば、コンデンサから機
関のウォータジャケットへ循環供給される液相冷媒の少
なくとも一部を各気筒毎に設けた冷媒供給孔を介してシ
リンダヘッド側ウォータジャケットの排気バルブシート
近傍へ尊大するようにしたため、排気バルブシートの周
囲を効果的に冷却して、熱負荷を改善できるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す沸騰冷却装置用のシリ
ンダヘッドの断面図、第２図は同上の底面図、第３図は
第１図の■部拡大断面図、第４図及び第５図は同上要部
の拡大断面図、第６図は他の実施例を示すシリンダヘッ
ドの平面断面図、第７図は沸騰冷却装置の構成図、第８
図〜第１６図は制御内容を示すフローチャートである。１・・・機関　　２・・・シリンダブロック　　３・・
・シリンダヘッド　　４．５・・・ウオークジャケット
６・・・連通孔　　７・・・蒸気出口　　９・・・蒸気
通路１２・・・コンデンサ　　１４・・・ロアタンク　
　１６・・・冷却ファン　　１７・・・冷媒循環通路　
　１８・・・冷媒供給ポンプ　　２５・・・リザーバタ
ンク　　２Ｂ、　３１．３２・・・電磁弁　　３３・・
・制御装置　　５０・・・ギヤラリ５２・・・冷媒供給
孔　　５４・・・排気バルブ　　５５・・・排気バルブ
シート５６・・・排気ポート５７・・・吸気バルブ５８
・・・吸気バルブシート５９・・・吸気ボート特許出願
人　　日産自動車株式会社代理人　弁理士　笹　島　　富二雄第８図第９図第１０図第１２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）シリンダブロックとシリンダヘッドとに亘って形
成されて液相冷媒を貯留すると共にシリンダヘッド上部
に蒸気出口を有する機関のウォータジャケットと、上記
蒸気出口からの蒸気を凝縮液化するコンデンサとを備え
、上記コンデンサから液相冷媒を上記ウォータジャケッ
トに循環供給するようにした内燃機関の沸騰冷却装置に
おいて、シリンダヘッドの排気バルブシート近傍のウォ
ータジャケット部に連通した冷媒供給孔を各気筒毎に設
け、上記コンデンサから上記ウォータジャケットへ循環
供給される液相冷媒の少なくとも一部を上記冷媒供給孔
を介して導入するように構成したことを特徴とする内燃
機関の沸騰冷却装置。
（２）冷媒供給孔が、排気バルブシートと吸気バルブシ
ートとの中間位置の部分に向かって開口していることを
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。
（３）冷媒供給孔が、冷媒の供給方向に斜め上向きに形
成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項又
は第２項記載の内燃機関の沸騰冷却装置。
（４）冷媒供給孔が、シリンダブロック側ウォータジャ
ケットとシリンダヘッド側ウォータジャケットとの連通
孔よりも内側の位置で開口していることを特徴とする特
許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１つに記載の内
燃機関の沸騰冷却装置。