JPH0214965B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ａ 技術分野 本発明は冷却液の沸騰気化潜熱によりエンジン
冷却を行なうようにした沸騰冷却装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Technical Field The present invention relates to a boiling cooling device that cools an engine using latent heat of boiling and vaporization of a coolant.

ｂ 技術的背景 エンジンの熱効率上、燃焼室等の壁温を材料の
耐久性及び耐ノツク性等に支障を生じない範囲で
できるだけ高くした方が好ましいことは良く知ら
れているが、従来の水冷式エンジンではエンジン
の冷却水ジヤケツトとラジエータの間に冷却水を
循環させ、冷却水の温度に依存して開閉するサー
モスタツトにより冷却水の循環径路を切換えると
いう単純な構成を採つていたため実質的にはエン
ジンの過熱を防止する程度の効果しか期待でき
ず、言い換えれば運転状態に応じた最適温度制御
は困難であつた。b Technical background It is well known that in terms of thermal efficiency of an engine, it is preferable to increase the wall temperature of the combustion chamber as much as possible without affecting the durability and knock resistance of the material. The type engine had a simple configuration in which the cooling water was circulated between the engine's cooling water jacket and the radiator, and the cooling water circulation path was switched by a thermostat that opened and closed depending on the temperature of the cooling water. In other words, it has been difficult to achieve optimal temperature control according to the operating conditions.

このような観点から、例えば特開昭58−5449号
等に見られるように、燃焼室壁面温度を検出して
これを冷却水ポンプ駆動用の電動機にフイードバ
ツクし、運転状態に応じた適正温度が得られるよ
うに冷却水循環量を連続可変制御する装置が提案
されているが、この種の装置は根本的にはラジエ
ータにおいて外気に放熱した冷却水をウオータジ
ヤケツトに戻してエンジンを冷却するという液相
循環冷却であることに変わりはないので、放熱効
率の面からは従来の常識的な水冷方式と選ぶとこ
ろがなく、すなわち多量の冷却水を循環させる必
要から冷却水ポンプが大きな駆動損失となり、ま
た運転状態が激しく変化する自動車用エンジン等
に対しては応答よく温度制御をするのが困難であ
る等の問題を残すものであつた。 From this point of view, for example, as seen in Japanese Patent Application Laid-open No. 58-5449, the wall temperature of the combustion chamber is detected and fed back to the electric motor for driving the cooling water pump, so that the temperature can be set appropriately depending on the operating condition. A device has been proposed that continuously variable controls the amount of coolant circulated to achieve this goal, but this type of device is fundamentally a liquid-based system that cools the engine by returning the coolant that has been radiated to the outside air in the radiator to the water jacket. Since it is still a phase circulation cooling system, there is no choice between conventional and common-sense water cooling methods in terms of heat dissipation efficiency.In other words, the cooling water pump has a large drive loss due to the need to circulate a large amount of cooling water, and Problems remain, such as that it is difficult to control the temperature in a responsive manner for automobile engines, etc., which undergo rapid changes in operating conditions.

これに対して、冷却水の沸騰気化潜熱により小
量の冷却水で要求放熱量を確保しうるようにした
装置として、例えば特公昭57−57608号に見られ
るような沸騰冷却装置が提案されている。 In response to this, a boiling cooling device as seen in Japanese Patent Publication No. 57-57608, for example, has been proposed as a device that can secure the required amount of heat radiation with a small amount of cooling water using the latent heat of boiling vaporization of the cooling water. There is.

これは、第１図に示したようにエンジン１のウ
オータジヤケツト２とラジエータ３の下部を通路
４で連通して内部に充填した冷却水の液面レベル
を各々で同一になるように図つたうえで、燃焼熱
により沸騰気化した冷却水蒸気をジヤケツト２の
上部空間５及び蒸気通路６を介してラジエータ３
に導入し、ラジエータ３で冷却された蒸気の凝縮
液化分だけ通路４を介してウオータジヤケツト２
へと冷却水が戻るようにした自然循環による冷却
系を形成している。 As shown in Figure 1, the water jacket 2 of the engine 1 and the lower part of the radiator 3 are connected through a passage 4 so that the level of the cooling water filled inside is the same in each. Then, the cooling water vapor boiled and vaporized by the combustion heat is sent to the radiator 3 through the upper space 5 of the jacket 2 and the steam passage 6.
The amount of condensed and liquefied steam introduced into the water jacket 2 and cooled by the radiator 3 is passed through the passage 4 to the water jacket 2.
A natural circulation cooling system is formed in which cooling water returns to the tank.

このような冷却装置によると、冷却水の沸騰気
化潜熱によりシリンダ壁等からの吸熱がなされる
ため、冷却水の液相での熱容量に依存した一般的
な循環冷却に比較して冷却水容量が少なくて済
み、またエンジン高温部から沸騰が始まるため多
気筒機関でもムラなく冷却できる等の利用が得ら
れる。 According to such a cooling system, heat is absorbed from the cylinder wall etc. by the latent heat of boiling and vaporization of the cooling water, so the cooling water capacity is lower than that of general circulation cooling which depends on the heat capacity of the cooling water in the liquid phase. Since boiling starts from the high-temperature parts of the engine, even multi-cylinder engines can be cooled evenly.

しかしながらその反面、この種の冷却装置によ
るとラジエータ３がウオータジヤケツト２と同レ
ベルで冷却水が満たされていて、液相の冷却水と
外気との間で熱交換することになるため冷却シス
テムとしての放熱効率は必ずしも向上するわけで
はなく、また系内の圧力を常に一定に保つように
していることもあつて、冷却性能を可変制御する
のは困難であつた。 However, on the other hand, in this type of cooling system, the radiator 3 is filled with cooling water at the same level as the water jacket 2, and heat exchange occurs between the liquid phase cooling water and the outside air, so the cooling system The heat dissipation efficiency of the system does not necessarily improve, and since the pressure inside the system is always kept constant, it has been difficult to variably control the cooling performance.

さらにこの装置では冷却水の沸点つまり冷却熱
量を安定化するために上述のように系内の圧力を
一定に保つようにしており、この目的から蒸気通
路６と大気との間で気体の通過のみを許容する選
択透過性フイルタ７を介して圧力のやりとりをす
るようにしているが、この結果として冷却水の沸
騰気化によつて系内圧力が高まつたときに蒸気の
一部が外部へと逃げることになるため定期的に冷
却水を補給する必要を生じ、またエンジン停止後
の温度低下に伴つて系内圧力が低下すると外部か
ら空気を吸い込むため以後冷却性能が悪化する等
の問題を生じることが考えられる。 Furthermore, in this device, in order to stabilize the boiling point of the cooling water, that is, the amount of cooling heat, the pressure in the system is kept constant as described above, and for this purpose, only gas passes between the steam passage 6 and the atmosphere. Pressure is exchanged through a permselective filter 7 that allows the water to flow, but as a result, when the pressure inside the system increases due to boiling and vaporization of the cooling water, some of the steam escapes to the outside. As the cooling water escapes, it becomes necessary to periodically replenish the cooling water, and when the pressure inside the system decreases as the temperature drops after the engine stops, air is sucked in from the outside, causing problems such as deterioration of cooling performance. It is possible that

ｃ 発明の目的 本発明はこのような技術的背景の下に創案され
たもので、エンジンをエンジン運転状態の変化に
即応した最適冷却状態に制御して熱効率を向上す
るとともに、冷却系としての効率をも高めて軽量
小型化の要求に応え、さらに過冷却を防止し、混
入空気の排出も容易に行いメンテナンスを不要と
した沸騰冷却装置を提供することを目的とする。c. Purpose of the Invention The present invention was devised against this technical background, and aims to improve thermal efficiency by controlling an engine to an optimal cooling state that quickly responds to changes in engine operating conditions, and to improve the efficiency of the cooling system. It is an object of the present invention to provide a boiling cooling device that meets the demand for light weight and compactness by increasing the temperature, prevents supercooling, easily discharges mixed air, and requires no maintenance.

ｄ 発明の開示 上記目的を達成するために本発明では、エンジ
ンのウオータジヤケツト内で発生した冷媒蒸気を
冷却液化するコンデンサと、コンデンサで液化し
た冷媒を一時貯留するタンクと、タンクの液化冷
媒を再びウオータジヤケツトに戻す電動ポンプ
と、コンデンサに強制冷却風を供給する電動フア
ンとを設け、ウオータジヤケツトに封入した冷媒
の液面レベルが所定値になるように電動ポンプを
制御して、コンデンサでは温度差の大きい冷媒蒸
気と外気との間で熱交換を行なわせることにより
放熱効率を高めるとともに、電動フアンを介して
コンデンサでの冷媒凝縮量つまり系内の圧力及び
冷媒の沸点を変化させることによりエンジン運転
状態ないし運転域に応じた最適温度に制御しうる
ように図る一方、さらに外部に冷媒を貯留した補
助タンクを設け、ウオータジヤケツト及びコンデ
ンサ間の冷却系内に外気が侵入した場合はエンジ
ン停止時に補助タンクの液化冷媒を導入して系内
を冷媒で満たすことにより侵入空気を排出して、
冷却装置がつねに所期の性能を発揮しうるように
した。d Disclosure of the Invention In order to achieve the above object, the present invention includes a condenser that cools and liquefies refrigerant vapor generated in the water jacket of an engine, a tank that temporarily stores the refrigerant liquefied in the condenser, and a tank that stores the liquefied refrigerant in the tank. An electric pump that returns the refrigerant to the water jacket and an electric fan that supplies forced cooling air to the condenser are installed, and the electric pump is controlled so that the liquid level of the refrigerant sealed in the water jacket reaches a predetermined value. In this method, the heat dissipation efficiency is increased by exchanging heat between the refrigerant vapor and the outside air, which has a large temperature difference, and the amount of refrigerant condensed in the condenser, that is, the pressure in the system and the boiling point of the refrigerant, is changed via an electric fan. In addition, an auxiliary tank that stores refrigerant is installed outside to prevent outside air from entering the cooling system between the water jacket and the condenser. When the engine is stopped, the liquefied refrigerant from the auxiliary tank is introduced to fill the system with refrigerant, thereby expelling intruding air.
This ensures that the cooling system always exhibits the desired performance.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

ｅ 実施例 第２図または第３図において、２１はエンジン
（本体）、２２はそのウオータジヤケツト、２３は
コンデンサ、２４はコンデンサ２３の下部に連通
するロワタンク、２５は電動ポンプ、２６は電動
フアンである。e Example In FIG. 2 or 3, 21 is the engine (main body), 22 is its water jacket, 23 is a condenser, 24 is a lower tank communicating with the lower part of the condenser 23, 25 is an electric pump, and 26 is an electric fan. It is.

ウオータジヤケツト２２はエンジン２１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
ダブロツク２１ａ及びウオータジヤケツト２１ｂ
にかけて形成され、その内部には上方に適当な空
間（気相空間）２２ａが残る程度に液相冷媒が封
入されている。なお、多気筒エンジンでは前記気
相空間２２ａは各気筒部間で相互に連通してい
る。 The water jacket 22 is connected to a cylinder block 21a and a water jacket 21b so as to surround the outer periphery of the cylinder and combustion chamber of the engine 21.
The liquid phase refrigerant is sealed inside to such an extent that a suitable space (gas phase space) 22a remains above. In a multi-cylinder engine, the gas phase space 22a communicates with each other between cylinders.

ウオータジヤケツト２２は、その気相空間に面
して接続した冷媒注入管２２ｂ及び蒸気通路２７
を介してコンデンサ入口部２３ａに連通してい
る。前記冷媒注入管２２ｂは冷媒が循環する径路
の最上部に位置し、上方に立ち上つた注入口部２
２ｃはキヤツプ２２ｄで密閉される。 The water jacket 22 has a refrigerant injection pipe 22b and a steam passage 27 connected to the water jacket 22 facing the gas phase space.
It communicates with the condenser inlet section 23a via the condenser inlet section 23a. The refrigerant injection pipe 22b is located at the top of the path through which the refrigerant circulates, and the injection port 2 rises upward.
2c is sealed with a cap 22d.

ロワタンク２４は、途中に電動ポンプ２５を介
装した冷媒通路２８を介してウオータジヤケツト
２２下部の冷媒入口部２２ｅに接続される。 The lower tank 24 is connected to a refrigerant inlet portion 22e at the bottom of the water jacket 22 via a refrigerant passage 28 having an electric pump 25 interposed therebetween.

コンデンサ２３は車両走行時に走行風が流通す
る位置に設けられ、電動フアン２６はその前面ま
たは背面側に位置してコンデンサ２３に強制冷却
風を供給する。 The condenser 23 is provided at a position through which running air flows when the vehicle is running, and the electric fan 26 is located on the front or back side of the condenser 23 to supply forced cooling air to the condenser 23.

３０は上記電動ポンプ２５並びに電動フアン２
６の作動を司る制御回路（第３図）であり、シリ
ンダヘツド２１ｂに設けられた液面センサ３１
と、同じく温度センサ３２及びエンジン運転状態
を検出するその他の検出手段（図示せず）と共に
制御系統を形成している。 30 is the electric pump 25 and the electric fan 2
6 (Fig. 3), which controls the operation of the liquid level sensor 31 provided in the cylinder head 21b.
Similarly, the temperature sensor 32 and other detection means (not shown) for detecting the engine operating state form a control system.

液面センサ３１は、その検出部が冷媒液に浸る
が気相空間２２ａに露出するかに応じてオンオフ
的に出力が変化し、制御回路３０はこの出力の変
化に基づいて、冷媒液面が液面センサ３１の位置
に応じた所定値よりも低下した場合には電動ポン
プ２５を駆動して再び所定液面レベルに達するま
でロワタンク２４の貯留冷媒をウオータジヤケツ
ト２２に補給する。このため、ウオータジヤケツ
ト２２内には常時所定量の冷媒が確保される。な
お、この冷却系内に注入される液相冷媒の全容量
は、ウオータジヤケツト２２に前述のようにして
所定液面レベルにまで冷媒が確保された状態でコ
ンデンサ２３の内部がほぼ気相状態になる程度に
設定されている。 The output of the liquid level sensor 31 changes on and off depending on whether the detection part is immersed in the refrigerant liquid or exposed to the gas phase space 22a, and the control circuit 30 determines whether the refrigerant liquid level is high based on this change in output. When the liquid level falls below a predetermined value depending on the position of the liquid level sensor 31, the electric pump 25 is driven to replenish the water jacket 22 with the refrigerant stored in the lower tank 24 until the liquid level reaches the predetermined level again. Therefore, a predetermined amount of refrigerant is always ensured within the water jacket 22. Note that the total capacity of the liquid phase refrigerant injected into the cooling system is such that the inside of the condenser 23 is almost in the gas phase state while the refrigerant is secured to the predetermined liquid level in the water jacket 22 as described above. It is set to the extent that

一方温度センサ３２は、冷媒の温度または圧力
からエンジン温度を検出し、エンジン温度に応じ
た出力を実温度信号として制御回路３０に付与す
るもので、制御回路３０はこの温度センサ３２か
らの実温度の検出値と共に、エンジン回転、スロ
ツトル開度、燃料供給量等を周知のセンサ類を介
して検出してエンジンの運転状態を判別し、前記
実温度との比較に基づいて運転状態に応じた適正
なエンジン温度になるように電動フアン２６の作
動または停止を制御する。 On the other hand, the temperature sensor 32 detects the engine temperature from the temperature or pressure of the refrigerant, and provides an output corresponding to the engine temperature as an actual temperature signal to the control circuit 30. Along with the detected value, engine rotation, throttle opening, fuel supply amount, etc. are detected through well-known sensors to determine the engine operating condition, and based on comparison with the actual temperature, the appropriate temperature is determined according to the operating condition. The operation or stopping of the electric fan 26 is controlled so that the engine temperature is maintained.

エンジン運転状態と制御温度値との関係は、こ
れをエンジンの仕様や目的・用途に応じて自由に
設定できることは言うまでもないが、一般に自動
車用エンジンでは比較的負荷並びにエンジン回転
が低い市街地走行域と、それ以外の高速または高
負荷域とに分けて、市街地走行域では温度を上げ
て熱効率を高め、高速・高負荷域では温度を下げ
て異常燃焼等を防止するように図る。 It goes without saying that the relationship between the engine operating state and the control temperature value can be set freely depending on the engine specifications, purpose, and application, but generally speaking, automobile engines are used in urban driving areas where the load and engine speed are relatively low. , and other high-speed or high-load areas, the temperature is raised in urban driving areas to improve thermal efficiency, and the temperature is lowered in high-speed/high-load areas to prevent abnormal combustion.

上記に基づく冷却系統としての基本的な作用に
ついて説明すると、ウオータジヤケツト２２内の
液相冷媒は、エンジン燃焼熱をうけて加熱される
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、気化潜熱を奪つて蒸発気
化する。このとき、冷媒はエンジン２１の高温部
ほど盛んに沸騰して気化潜熱相当分の冷却を行な
うことになるため、燃焼室やシリンダ壁はほぼ均
一の温度に保たれ、具体的には異常燃焼を促すホ
ツトスポツトが発生しにくくなるため燃焼室等の
温度を全体的に高めることが可能になる。 To explain the basic function of the cooling system based on the above, when the liquid phase refrigerant in the water jacket 22 is heated by the engine combustion heat, it reaches a boiling point according to the pressure in the system at that time. At that point, it starts boiling, takes away the latent heat of vaporization, and evaporates. At this time, the refrigerant boils more actively in the higher temperature parts of the engine 21 and cools the combustion chamber and the cylinder wall by the amount equivalent to the latent heat of vaporization. Since hot spots are less likely to occur, it is possible to raise the overall temperature of the combustion chamber, etc.

上記沸騰冷却作用の結果発生した冷媒蒸気は蒸
気通路２７を介してコンデンサ２３内に侵入し、
外気との熱交換により冷却されて液化し、逐次ロ
ワタンク２４に貯留される。この場合、既述した
ようにコンデンサ２３の内部は気相状に保たれ、
高温の冷媒蒸気がコンデンサ２３を構成する金属
面との間の良好な熱伝達状態の下に外気で冷やさ
れることになるため、液相で放熱する場合よりも
大幅に放熱効率が高められ、従つてコンデンサ２
３並びに電動フアンは従来よりも著しく小型のも
のを使用することができる。 The refrigerant vapor generated as a result of the boiling cooling action enters the condenser 23 through the vapor passage 27,
It is cooled and liquefied by heat exchange with the outside air, and is sequentially stored in the lower tank 24. In this case, as mentioned above, the inside of the capacitor 23 is maintained in a gaseous state,
Since the high-temperature refrigerant vapor is cooled by the outside air while maintaining good heat transfer between it and the metal surface that constitutes the condenser 23, the heat radiation efficiency is greatly improved compared to the case where heat is radiated in the liquid phase. capacitor 2
3 and electric fans that are significantly smaller than conventional ones can be used.

そして、コンデンサ２３で液化しロワタンク２
４に貯留された冷媒は、ウオータジヤケツト２２
での液面レベルの低下に伴う電動ポンプ２５の作
動により再びウオータジヤケツト２２へと戻され
るのであり、以上の繰り返しにより沸騰冷却が続
けられる。 Then, it is liquefied in the condenser 23 and lower tank 2
The refrigerant stored in the water jacket 22
As the liquid level decreases, the electric pump 25 operates to return the liquid to the water jacket 22, and the boiling cooling continues by repeating the above process.

ところで、総排気量1800c.c.のガソリンエンジン
を4000rpmで全開運転しているときの要求放熱量
は毎分400kcal以上にもなり、これを冷却水の液
相循環冷却で全うための冷却水の要求循環量Ｑ
は、ラジエータの入口温度を88℃、同出口温度を
84℃、水の比熱を１とすると、Ｑ＝
400／（88−84）×１≒110Kg、つまり毎分約110に達 する。これに対して沸騰冷却では、冷媒として水
を使用した場合、その気化潜熱が約539Kcal／Kg
であるから、液相冷媒の要求循環量は毎分数百c.c.
にすぎない。これにより、電動ポンプ２５は小型
のものを小電流で駆動でき、その制御が容易にな
るとともに、特に駆動損失が水循環冷却における
エンジン駆動のウオータポンプに較べて大幅に減
少するので、同一温度下でも著しい燃費の改善に
なる。 By the way, when a gasoline engine with a total displacement of 1,800 c.c. is operated at full throttle at 4,000 rpm, the required amount of heat radiation is more than 400 kcal per minute, and the amount of heat dissipated by the liquid phase circulation cooling of the cooling water is required. Required circulation amount Q
The inlet temperature of the radiator is 88℃, and the outlet temperature is 88℃.
If the temperature is 84℃ and the specific heat of water is 1, then Q=
400/(88-84)×1≒110Kg, or approximately 110 kg/min. On the other hand, in boiling cooling, when water is used as the refrigerant, the latent heat of vaporization is approximately 539Kcal/Kg.
Therefore, the required circulation rate of liquid phase refrigerant is several hundred cc per minute.
It's nothing more than that. As a result, the electric pump 25 can be small and driven with a small current, making it easy to control, and in particular, driving loss is significantly reduced compared to an engine-driven water pump in water circulation cooling, so even under the same temperature. This results in a significant improvement in fuel efficiency.

次に、温度制御に伴う冷却系統の作用を説明す
るにあたり、まず制御系統の動作概念の一例を説
明する。 Next, in explaining the operation of the cooling system associated with temperature control, an example of the operational concept of the control system will first be explained.

制朗系統は、先に述べたように電動フアン２６
の作動を制御することにより最終的にエンジン温
度がそのときの運転状態に応じた目標値になるよ
うに動作するのであるが、このためにまず、エン
ジンの回転速度と負荷の関係から運転状態を判定
し、比較的回転速度及び負荷が小さい市街地走行
域では制御温度目標値T_Oとして予め設定された
高温側目標値T_H（例えば、T_H＝110℃相当）を選
択し、それ以外の高速または高負荷域では同じく
T_Oとして低温側目標値T_L（例えば、T_L＝90℃相
当）を選択する。 As mentioned earlier, the control system uses electric fan 26.
By controlling the operation of the engine, the engine temperature ultimately reaches the target value depending on the operating condition at that time.To do this, first, the operating condition is determined from the relationship between the engine speed and the load. In urban driving areas where the rotational speed and load are relatively low, a preset high-temperature target value T _H (e.g., T _H = 110°C) is selected as the control temperature target value T _O , and in other high-speed Or the same in high load range
Select the low temperature target value T _L (for example, equivalent to T _L = 90°C) as T _O.

次に、上記最終的な目標値T_Oと実際のエンジ
ンT_aとを比較し、T_aT_Oのときは電動フアン２
５を駆動してコンデンサ２３に冷却風を供給し、
これを積極的に冷却する。その反対に、T_a＜T_O
のときは電動フアン２６を停止してコンデンサ２
３を自然冷却状態に置く。制御系統はこのような
動作を周期的または継続的に繰り返し実行してエ
ンジン温を制御するのであり、これに呼応して冷
却系統は次のように作用する。 Next, compare the final target value T _O and the actual engine T _a , and if T _a T _O , the electric fan 2
5 to supply cooling air to the condenser 23,
Cool this actively. On the contrary, T _a <T _O
In this case, stop the electric fan 26 and close the capacitor 2.
3. Leave to cool naturally. The control system repeatedly executes such operations periodically or continuously to control the engine temperature, and in response, the cooling system operates as follows.

すなわち、本発明ではコンデンサ２３の内部を
気相に保つて放熱効率を高めたことから、電動フ
アン２６により強制冷却風が供給されたときにこ
れに速やかに反応してコンデンサ２３内の冷媒蒸
気の液化が促され、このため系内の圧力が低下し
て液相冷媒の沸点も下降し、従つてエンジン温も
相応に低下していく。その反面、電動フアン２６
が停止すると、ことに市街地走行時のように車速
が低くて走行風が不足する条件下ではコンデンサ
２３での放熱量が減少してその内部での冷媒の液
化量よりもウオータジヤケツト２２での沸騰気化
量の方が上まわることになるため、系内の圧力が
上昇してエンジン温が高められていく。 That is, in the present invention, since the inside of the condenser 23 is kept in the gas phase to improve heat dissipation efficiency, when forced cooling air is supplied by the electric fan 26, the refrigerant vapor in the condenser 23 is quickly reacted to the forced cooling air. Liquefaction is promoted, and as a result, the pressure within the system decreases, the boiling point of the liquid refrigerant also decreases, and the engine temperature accordingly decreases accordingly. On the other hand, electric fan 26
When the condenser 23 stops, the amount of heat dissipated from the condenser 23 decreases, and the amount of heat dissipated from the water jacket 22 is greater than the amount of liquefied refrigerant inside the condenser 23, especially when the vehicle speed is low and there is insufficient airflow, such as when driving in a city. Since the amount of boiling vaporization exceeds the amount of boiling, the pressure in the system increases and the engine temperature increases.

このようにして、エンジン２１はその温度を低
速・低負荷域では高く、高速または高負荷域では
低くという具合に応答よく変化させる。高速、高
負荷域でエンジン温を抑えることによりノツキン
グやデトネーシヨンなどの異常燃焼を回避できる
ことは勿論、常用される市街地走行域でエンジン
を適度な高温に保つことにより冷却損失を減らし
て燃料消費率を高られる等の効果が得られること
は言うまでもない。なお、特にデイーゼルエンジ
ンではアイドリング時などの低速回転時に燃焼室
を高温に保つことにより、噴射噴料の着火遅れ期
間が減少し、言い換えれば予混合燃焼の割合が少
なくなるためシリンダ内圧の立上りが緩やかにな
つて騒音、振動が減少するとともに、平均有効圧
が高められて燃費の一層の改善につながる。 In this way, the engine 21 changes its temperature in a responsive manner such that it is high in low speed/low load ranges and low in high speed/high load ranges. Not only can abnormal combustion such as knocking and detonation be avoided by suppressing the engine temperature at high speeds and high load ranges, but also by keeping the engine at an appropriate high temperature in commonly used city driving ranges, cooling loss is reduced and fuel consumption is reduced. Needless to say, effects such as increasing the temperature can be obtained. In particular, in diesel engines, by keeping the combustion chamber at a high temperature during low-speed rotation such as when idling, the ignition delay period of the injected fuel is reduced.In other words, the proportion of premixed combustion is reduced, so the rise in cylinder internal pressure is gradual. As a result, noise and vibration are reduced, and the average effective pressure is increased, leading to further improvements in fuel efficiency.

本発明はこのような沸騰冷却装置においてさら
に系内に侵入した空気を排除することを直接的な
目的として、エンジン停止時に外部から液相冷媒
を導入するようにしたことが特徴であり、次にこ
の点を説明する。 The present invention is characterized in that liquid phase refrigerant is introduced from the outside when the engine is stopped for the direct purpose of eliminating air that has entered the system in such a boiling cooling system. This point will be explained.

第２図または第３図において、５０はエンジン
運転時にウオータジヤケツト２２とロワタンク２
４の液面間に生じる気相空間２２ａの容積と同程
度の量の液相冷媒を貯留する補助タンク、５１は
補助タンク５０と冷却系の、この場合冷媒通路２
８とを連通する補助通路、５２は補助通路５１を
開閉する第１電磁弁、５３は気相空間２２ａの頂
部にあたる注入口部２２ｃを大気側に開放または
閉止する第２電磁弁である。 In FIG. 2 or 3, 50 indicates the water jacket 22 and lower tank 2 during engine operation.
An auxiliary tank 51 stores liquid phase refrigerant in an amount comparable to the volume of the gas phase space 22a generated between the liquid surfaces of the auxiliary tank 50 and the cooling system, in this case the refrigerant passage 2.
8, 52 is a first solenoid valve that opens and closes the auxiliary passage 51, and 53 is a second solenoid valve that opens or closes the inlet portion 22c at the top of the gas phase space 22a to the atmosphere.

補助タンク５０は通気機能を有するフイルター
付キヤツプ５０ａを介してその内部が大気圧に保
たれており、第２電磁弁５３はこの補助タンク５
０の内部上方空間と注入口部２２ｃとを連通する
空気通路５４の途中に位置して冷却系内を大気側
に開放あるいは閉止する。また、第１電磁弁５２
は常開で通電時のみ閉弁するのに対して、第２電
磁弁５３は常開で通電時のみ開弁する設定であ
る。従つて、エンジン停止時は原側として空気通
路５４は閉、補助通路５１は開になつている。 The inside of the auxiliary tank 50 is maintained at atmospheric pressure via a cap with a filter 50a having a ventilation function, and the second solenoid valve 53 is connected to the auxiliary tank 5.
It is located in the middle of an air passage 54 that communicates the upper space inside the cooling system with the injection port 22c, and opens or closes the inside of the cooling system to the atmosphere. In addition, the first solenoid valve 52
is normally open and closes only when energized, whereas the second solenoid valve 53 is normally open and opens only when energized. Therefore, when the engine is stopped, the air passage 54 is closed and the auxiliary passage 51 is open.

また、５５は冷媒通路２８の途中に、補助通路
５１との接続部とロワタンク２４との間に位置し
て設けたオリフイスであり、両電磁弁５２，５３
を開いて補助タンク５０の液相冷媒を系内に導入
するための圧送手段を兼ねる電動ポンプ２５が作
動したときに、ロワタンク２４側の流れを絞つて
補助タンク５０の冷媒を迅速確実にウオータジヤ
ケツト２２へと送りこむように図つたものであ
る。このようにオリフイス５５を設けて電動ポン
プ２５を駆動する替りに、補助タンクを注入口部
２２ｃよりも高位置に設けることにより電磁弁５
２，５３が開いたときに重力の作用で補助タンク
５０′の液相冷媒を系内へと圧送することも可能
である。 Further, 55 is an orifice located in the middle of the refrigerant passage 28, between the connection part with the auxiliary passage 51 and the lower tank 24, and the two electromagnetic valves 52, 53
When the electric pump 25, which also serves as a pressure-feeding means for opening the auxiliary tank 50 and introducing the liquid phase refrigerant into the system, is activated, the flow on the lower tank 24 side is throttled to quickly and reliably transfer the refrigerant from the auxiliary tank 50 to the water tank. It is designed to be fed into the bucket 22. Instead of providing the orifice 55 to drive the electric pump 25, an auxiliary tank is provided at a higher position than the injection port 22c, so that the electromagnetic valve 5
It is also possible to pump the liquid phase refrigerant in the auxiliary tank 50' into the system by the action of gravity when the valves 2 and 53 are opened.

なお、液相冷媒は、エンジン組立後に第１電磁
弁５２に臨時に通電してこれを閉じておいてから
注入口部２２ｃからその口元一杯になるまで（後
述の液面センサ５８が冷媒液に浸るまで）注入
し、キヤツプ２２ｄを締めつけて密閉したのち第
１電磁弁５２を開く。キヤツプ２２ｄを締めつけ
ると系内が気密状態になるので、その後第１電磁
弁５２を開いても冷媒が補助通路５１及び補助タ
ンク５０へと逃げるようなことはない。エンジン
停止時（冷機時）には、このように冷却系内が液
状冷媒で満たされた状態にある。 Note that the liquid phase refrigerant is supplied from the injection port 22c until the opening is filled by temporarily energizing the first electromagnetic valve 52 after the engine is assembled and the first electromagnetic valve 52 is closed. After the cap 22d is tightened and sealed, the first solenoid valve 52 is opened. Since the system becomes airtight when the cap 22d is tightened, the refrigerant will not escape to the auxiliary passage 51 and the auxiliary tank 50 even if the first solenoid valve 52 is subsequently opened. When the engine is stopped (when the engine is cold), the inside of the cooling system is filled with liquid refrigerant.

上記各電磁弁５２，５３の開閉を司る制御系統
としては、既述した液面センサ３１と温度センサ
３２に加え、ロワタンク２４の冷媒液面位置を検
出する第２の液面センサ５７と、注入口部２２ｃ
にて上記エンジン停止時の冷媒液面位置を検出す
る第３の液面センサ５８であり、これらの各セン
サからの信号に基づき制御回路３０が予め定めら
れた制御を行なう。 The control system that controls the opening and closing of each of the electromagnetic valves 52 and 53 includes, in addition to the liquid level sensor 31 and temperature sensor 32 described above, a second liquid level sensor 57 that detects the position of the refrigerant liquid level in the lower tank 24; Entrance part 22c
A third liquid level sensor 58 detects the refrigerant liquid level position when the engine is stopped, and the control circuit 30 performs predetermined control based on signals from these sensors.

上記構成に基づく冷却装置としての作用を制御
系統の働きとともに説明すると、エンジン冷機時
には先に述べたように冷却系内は液相冷媒で満た
されているわけであるが、この状態からエンジン
２１を始動するとウオータジヤケツト２２内の冷
媒が燃焼熱で加熱されるため次第に蒸発気化しは
じめる。この間制御回路３０は各電磁弁５２，５
３には通電せず、つまり第１電磁弁５２は開、第
２電磁弁５３は閉となつている。このため、冷媒
が気化するに従つて系内の圧力が上昇し、これに
伴つてコンデンサ２３及びロワタンク２４側から
系内の液相冷媒が補助通路５１及び補助タンク５
０へと押し出されていく。ウオータジヤケツト２
２においても冷媒が気化して液量を減少させてい
くが、第１の液面センサ３１で検出されるレベル
よりも減少すると電動ポンプ２５が作動してロワ
タンク２４から冷媒を補給するため、ウオータジ
ヤケツト２２内の液面レベルがそれ以上に低下す
ることはなく、従つてコンデンサ２３側の液相冷
媒のみが補助タンク５０へと押し出されるのであ
り、その液面レベルを低下させていく。 To explain the function of the cooling system based on the above configuration together with the function of the control system, when the engine is cold, the inside of the cooling system is filled with liquid phase refrigerant, as mentioned above, and from this state, the engine 21 is When the engine is started, the refrigerant in the water jacket 22 is heated by the heat of combustion, so it gradually begins to evaporate. During this time, the control circuit 30 operates on each solenoid valve 52,5.
3 is not energized, that is, the first solenoid valve 52 is open and the second solenoid valve 53 is closed. Therefore, as the refrigerant vaporizes, the pressure in the system increases, and as a result, the liquid phase refrigerant in the system flows from the condenser 23 and lower tank 24 side to the auxiliary passage 51 and the auxiliary tank 5.
It is pushed towards 0. water jacket 2
2, the refrigerant vaporizes and the liquid level decreases, but when it decreases below the level detected by the first liquid level sensor 31, the electric pump 25 operates to replenish the refrigerant from the lower tank 24, so the water level decreases. The liquid level in the jacket 22 does not fall any further, and therefore only the liquid phase refrigerant on the condenser 23 side is pushed out to the auxiliary tank 50, thereby lowering the liquid level.

そして、コンデンサ２３内の冷媒液面レベルが
さらに低下し、やがて第２の液面センサ５７で検
出されるレベルにまで達すると、これを検知して
制御回路３０は第１電磁弁５２に通電し、補助通
路５１を閉止する。この結果、冷却系統は第２図
に示したように標準量の冷媒を封入保持した状態
になり、以後は先に述べた温度制御動作に従つて
冷却機能を発揮することになる。 Then, when the refrigerant liquid level in the capacitor 23 further decreases and eventually reaches the level detected by the second liquid level sensor 57, the control circuit 30 detects this and energizes the first solenoid valve 52. , closes the auxiliary passage 51. As a result, the cooling system enters a state in which a standard amount of refrigerant is sealed and maintained as shown in FIG. 2, and from then on it performs its cooling function in accordance with the temperature control operation described above.

なお、始動時には上述したようにして系内の冷
媒量が減少していく過程でコンデンサ２３の内部
が液相になつていることから、その有効放熱面積
つまり放熱量は気相状態時（第２図）よりも抑え
られることになる。このため、エンジン２１の発
生熱が徒らに外部と逃げることがなく、従つて暖
機は短時間で完了する。 Note that at startup, the inside of the capacitor 23 is in the liquid phase as the amount of refrigerant in the system decreases as described above, so its effective heat radiation area, that is, the amount of heat radiation, is the same as that in the gas phase (second phase). Figure). Therefore, the heat generated by the engine 21 does not wastefully escape to the outside, and warm-up is completed in a short time.

次に、第２図の状態からエンジン２１を停止す
ると、制御回路３０は温度センサ３２からの信号
に基づいて、例えばエンジン温が50℃以下にまで
低下したところで第１電磁弁５２への通電を停止
し、補助通路５１を開く。 Next, when the engine 21 is stopped from the state shown in FIG. 2, the control circuit 30 stops energizing the first solenoid valve 52 based on the signal from the temperature sensor 32 when the engine temperature drops to, for example, 50°C or less. Stop and open the auxiliary passage 51.

一方、このとき系内ではエンジン停止後の温度
低下に伴つて冷媒蒸気が凝縮液化し、内部が負圧
化しているので、補助通路５１が開くと補助タン
ク５０の貯留冷媒がロワタンク２４側から系内へ
と吸収され、最終的にはエンジン温が常温にまで
低下した時点で、系内への外気の侵入がない限り
ほぼ第３の液面センサ５８のレベルまで液状冷媒
で満たされることになる。 On the other hand, at this time, the refrigerant vapor in the system condenses and liquefies as the temperature decreases after the engine stops, creating a negative pressure inside. Eventually, when the engine temperature drops to room temperature, the system will be filled with liquid refrigerant to almost the level of the third liquid level sensor 58 unless outside air enters the system. .

これに反して、もし系内にある程度以上の外気
が侵入していた場合には、その分だけ系内の負圧
化が阻まれるため補助タンク５０からの冷媒の導
入はその液面が液面センサ５８に達する以前に終
了することになる。 On the other hand, if a certain amount of outside air has entered the system, negative pressure in the system will be prevented by that amount, and the refrigerant will be introduced from the auxiliary tank 50 so that the liquid level is lower than the liquid level. The process ends before reaching the sensor 58.

このような場合、制御回路３０は、例えば温度
センサ３２からの信号値が変化しないことなどか
らエンジン２１が常温に落ちついたことを判定し
た後あるいは冷機始動直後に、第３の液面センサ
５８を介して系内の冷媒液面レベルが規定値に達
していないことを検知し、第２電磁弁５３に通電
して注入口部２２ｃを大気側（補助タンク５０）
に開放するとともに電動ポンプ２５を駆動して補
助タンク５０残留冷媒をウオータジヤケツト２２
内に圧送する（第３図）。この結果、系内の冷媒
液面レベルが次第に上昇するとともに侵入空気は
空気通路５４を介して補助タンク５０側へと排除
される。このエア抜き制御は系内の冷媒液面レベ
ルが規定値に達するまで続けられ、すなわち第３
の液面センサ５８で検出されるレベルに達したと
ころで第２電磁弁５３並びに電動ポンプ２５への
通電を断つて終了する。 In such a case, the control circuit 30 activates the third liquid level sensor 58 after determining that the engine 21 has settled to room temperature based on, for example, that the signal value from the temperature sensor 32 does not change, or immediately after starting the engine cold. detects that the refrigerant liquid level in the system has not reached the specified value, and energizes the second solenoid valve 53 to direct the inlet portion 22c toward the atmosphere (auxiliary tank 50).
At the same time, the electric pump 25 is driven to drain the residual refrigerant from the auxiliary tank 50 into the water jacket 22.
(Figure 3). As a result, the refrigerant liquid level in the system gradually rises, and the intruding air is expelled to the auxiliary tank 50 side via the air passage 54. This air bleeding control is continued until the refrigerant liquid level in the system reaches the specified value, that is, the third
When the level detected by the liquid level sensor 58 is reached, the second electromagnetic valve 53 and the electric pump 25 are de-energized and the process ends.

このようにして、冷却系内に有害な空気が侵入
した場合には、エンジン停止時にこれを自動的に
排除する動作がなされ、従つて冷却装置の性能が
特別な維持管理作業を要することなしに長期間に
わたつて保証されるのである。 In this way, if harmful air enters the cooling system, it will be automatically removed when the engine is stopped, and the performance of the cooling system will be improved without the need for special maintenance work. It is guaranteed for a long time.

ところで、上記構成にあつては、さらに過冷却
を防止することも可能である。つまり、寒冷時や
長時間にわたる降坂走行時にはコンデンサ２３で
の放熱量がエンジン２１の発生熱量を上まわつて
エンジン温が下りすぎることがあるが、この過冷
却時にはコンデンサ２３での冷媒蒸気の液化量の
方がウオータジヤケツト２２での冷媒気化量より
も多いわけであるから系内は負圧化している。そ
こで、例えばエンジン２１が制御上起こり得ない
低温状態になつたときに第１電磁弁５２を開くと
補助タンク５０の貯留冷媒がロワタンク２４及び
コンデンサ２３へと吸入されることになる。この
結果、コンデンサ２３の冷媒液面レベルが上昇し
て放熱量を減じるため、過度の冷却状態が解消さ
れるのである。なお、過冷却状態を脱してエンジ
ン温が上昇すると系内の圧力も高まるため、コン
デンサ２３及びロワタンク２４に臨時的に導入さ
れていた冷媒は再び補助タンク５０へと押し戻さ
れる。ロワタンク２４での冷媒液面レベルがセン
サ５７で検出される位置まで低下したところで電
磁弁５２を閉じることは言うまでもない。 By the way, with the above configuration, it is also possible to further prevent overcooling. In other words, when it is cold or when driving downhill for a long time, the amount of heat dissipated by the condenser 23 may exceed the amount of heat generated by the engine 21, causing the engine temperature to drop too much, but during supercooling, the refrigerant vapor in the condenser 23 liquefies. Since the amount of refrigerant is greater than the amount of refrigerant vaporized in the water jacket 22, the pressure inside the system is negative. Therefore, for example, when the first electromagnetic valve 52 is opened when the engine 21 reaches a low temperature that cannot occur due to control reasons, the refrigerant stored in the auxiliary tank 50 will be drawn into the lower tank 24 and the condenser 23. As a result, the refrigerant liquid level in the condenser 23 rises and the amount of heat dissipated is reduced, so that the excessive cooling state is eliminated. Note that when the engine temperature rises after exiting the supercooled state, the pressure within the system also increases, so the refrigerant temporarily introduced into the condenser 23 and lower tank 24 is pushed back to the auxiliary tank 50 again. Needless to say, the electromagnetic valve 52 is closed when the refrigerant level in the lower tank 24 drops to a level detected by the sensor 57.

ｆ 発明の効果 以上説明してきたように、本発明によれば冷媒
蒸気を液化するコンデンサの内部を基本的には気
相状態に維持して放熱効率を高めるとともに、こ
の高効率のコンデンサへ冷却風量を電動フアン等
の冷却フアンを介して変化させることにより冷媒
液の沸点を制御するようにしたので、エンジンシ
ステムとしての大幅な軽量小型化を達成するとと
もに、運転状態に応じた適正温度に速やかに制御
することができ、従つて燃費を有効に改善するこ
とができる。f. Effects of the Invention As explained above, according to the present invention, the interior of the condenser that liquefies refrigerant vapor is basically maintained in a gas phase state to increase heat dissipation efficiency, and the amount of cooling air to this highly efficient condenser is increased. The boiling point of the refrigerant liquid is controlled by changing the temperature using a cooling fan such as an electric fan, which makes the engine system significantly lighter and more compact, and allows the engine system to quickly reach the appropriate temperature depending on the operating conditions. Therefore, fuel efficiency can be effectively improved.

さらに本発明では、冷却系過冷却時又はエンジ
ン停止時に外部の補助タンクから液状冷媒を導入
して冷却系内を冷媒で満たすことにより系内に外
気が侵入するのを防止するとともに、外気が侵入
していた場合にはこれを排除するようにしたの
で、冷却装置としての信頼性、安定性がさらに向
上し、加えてメンテナンスが容易になるという効
果が得られる。 Furthermore, in the present invention, when the cooling system is overcooled or when the engine is stopped, liquid refrigerant is introduced from an external auxiliary tank to fill the cooling system with refrigerant, thereby preventing outside air from entering the system. Since this has been eliminated, the reliability and stability of the cooling device are further improved, and maintenance is also facilitated.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は従来例の概略構成図である。第２図、
第３図はそれぞれ本発明の一実施例を互いに異な
る作用状態について表わした概略構成図である。 ２１……エンジン（本体）、２２……ウオータ
ジヤケツト、２２ａ……気相空間、２２ｂ……冷
媒注入管、２３……コンデンサ、２４……タンク
（ロワタンク）、２５……電動ポンプ、２６……電
動フアン、２８……冷媒通路、３０……制御回
路、３１，５７，５８……液面センサ、３２……
温度センサ、５０……補助タンク、５１……補助
通路、５２……第１電磁弁、５３……第２電磁
弁、５４……空気通路。 FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional example. Figure 2,
FIG. 3 is a schematic diagram showing one embodiment of the present invention in different operating states. 21... Engine (main body), 22... Water jacket, 22a... Gas phase space, 22b... Refrigerant injection pipe, 23... Condenser, 24... Tank (lower tank), 25... Electric pump, 26... ...Electric fan, 28... Refrigerant passage, 30... Control circuit, 31, 57, 58... Liquid level sensor, 32...
Temperature sensor, 50... Auxiliary tank, 51... Auxiliary passage, 52... First solenoid valve, 53... Second solenoid valve, 54... Air passage.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ エンジンウオータジヤケツトからの冷媒蒸気
を冷却液化するコンデンサと、このコンデンサか
らの液化冷媒を一時貯留するタンクと、タンクの
液化冷媒をウオータジヤケツトに戻す電動ポンプ
と、コンデンサに強制冷却風を供給する電動フア
ンと、エンジン温度を検出して所定の高温時に電
動フアンを駆動する回路並びにウオータジヤケツ
トの冷媒液面レベルを検出して液面レベル低下時
に所定レベルに達するまで電動ポンプを駆動する
回路を有する制御系統とを設け、かつ液状冷媒は
所定液面レベルを満たした条件下でウオータジヤ
ケツトの内部上方及びコンデンサの内部略全域が
気相空間となる程度の量を封入したエンジンの沸
騰冷却装置において、少なくとも気相空間と同程
度の容量の液状冷媒を貯留する補助タンクと、補
助タンクの液状冷媒を冷却系内に導入する補助通
路と、補助通路を開閉する第１電磁弁と、気相空
間の頂部付近を大気側に開放または閉止する第２
電磁弁とを設けるとともに、エンジン状態と冷却
系内の液状冷媒量に応じて前記各電磁弁を切換制
御する制御系統を形成したことを特徴とするエン
ジンの沸騰冷却装置。1 A condenser that cools and liquefies refrigerant vapor from the engine water jacket, a tank that temporarily stores the liquefied refrigerant from this condenser, an electric pump that returns the liquefied refrigerant from the tank to the water jacket, and supplies forced cooling air to the condenser. A circuit that detects the engine temperature and drives the electric fan at a predetermined high temperature, and a circuit that detects the refrigerant liquid level in the water jacket and drives the electric pump until the liquid level reaches a predetermined level when the liquid level drops. A control system with a control system is provided, and the liquid refrigerant is sealed in an amount such that the upper part of the water jacket and almost the entire inside of the condenser become a gas phase space under the condition that a predetermined liquid level is satisfied. The device includes: an auxiliary tank that stores liquid refrigerant having a capacity at least as large as the gas phase space; an auxiliary passage that introduces the liquid refrigerant from the auxiliary tank into the cooling system; a first solenoid valve that opens and closes the auxiliary passage; The second part opens or closes the top of the phase space to the atmosphere.
1. A boiling cooling system for an engine, comprising a solenoid valve and a control system for switching and controlling each of the solenoid valves according to the engine condition and the amount of liquid refrigerant in the cooling system.