JPS60185622A - 車両の暖房装置 - 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】 （技術分野） この発明は、冷却液の気化潜熱を利用してエンジンを冷
却する沸騰冷却システムを備えた車両の暖房装置に関す
る。

（先行技術） エンジン冷却系として、冷却液をウォータジャケット内
で沸騰蒸発させ、その気化潜熱によりエンジンを効率良
く冷却するようにした沸騰式の冷却システムが本出願人
より提案されている（特願昭５８−１４５４６７号等）
。

これを第１図に基づいて説明すると、■はエンジン本体
、２はシリンダブロック３およびシリンダへソド４にか
けて形成されたウォータジャケット、５はウォータジャ
ケット２の上部に所定の空間部を残して充填された冷却
液（冷媒）である。

この冷却液５は、エンジンの熱を吸収して所定の温度に
達すると沸騰し始め、気化潜熱を奪いながら蒸発する。

そして、この蒸発冷却液（蒸気）はウォータジャケット
２の上部に接続する蒸気通路６を介して熱変換層のコン
デンサ７に導びかれる。

コンデンサ７には冷却風を送る冷却ファン（電動ファン
）８が取付けられ、その風量に応じて蒸発冷却液は外部
に放熱し冷却され、もとの液体に凝縮された後、ロワタ
ンク９に貯留される。

ウォータジャケット２には液面センサＩＱが設置され、
冷却液５の蒸発に伴ない液面がある程度下がると、制御
回路１１によりウォータジャケット２のもと多通路（冷
媒通路）１２に介装した供給ポンプ１３が駆動される。

このポンプ１３によシ、０ワタンク９内の冷却液５をウ
ォータジャケント２へと循環するようにして閉回路の冷
却系を構成する。

また、制御回路１１は、冷却液温を検出する温度センサ
１４と、エンジン回転、アクセル開度、燃料供給量等を
検出する図示しない各センサからの信号に基づいて、前
記冷却ファン８ｆ：駆動制御し、エンジンの冷却温度を
運転条件に応じて最適値に設定する。つまり、冷却系内
は閉回路となっているため、系内の圧力を変化させるこ
とにより、冷却液の沸点を上下させることができる。

例えば、エンジンの発熱量が比較的少ない低負荷時には
、冷却ファン８の風量を減らしてコンデンサ７での放熱
、凝縮をある程度抑制し、冷却系内の圧力を大気圧以上
に高めることにより冷却液５の沸点を高める。これによ
り、エンジンの冷却液温度を高めに維持して（例えば１
２０℃）、冷却損失の軽減を図る。

これに対して、エンジンの発熱量が多い高負荷時には、
冷却ファン８の風量を増やしてコンデンサ７での放熱、
凝縮を促進し、すると系内の圧力が大気圧以下となり冷
却液５の沸点が下げられ、エンジンの冷却液温度を低め
に保ち（例えば９０℃）、良好な冷却状態全確保する。

冷却液５の沸騰気化潜熱は極めて大きく、また蒸発冷却
液によるコンデンサ７での放熱作用は十分に高いことか
ら、少量の冷却液５でエンジンを効率良く冷却すること
ができると共に、その冷却温度を運転条件に応じて応答
良く制御することが　！可能であり、したがって優れた
冷却機能が得られるのである。

他方、このようなシステムでは、エンジン回転止して冷
却液の温度が常温近くまで下がった場合、それまで蒸発
していた冷却液が液化して系内の圧力がかなり低下し、
強い負圧全学じかねない。

そのため、補助通路１５．１６および電磁弁１７．１８
ｔ−介してウォータジャケット２に接続する補助タンク
１９が設けられ、エンジン停止時に補助通路１５を開き
、低下した系内圧力と大気圧との差圧を利用して補助タ
ンク１９に貯えた補填用の冷却液を、液面センサ２０の
検出レベルまで導入させる。

また、系内圧力の低下により外部からウォータジャケッ
ト２に空気が入り込んだ場合、これを排除するように、
前記蒸気通路６の上部に空気通路２１と電磁弁２２が設
けられ、例えばエンジン始動初期等に空気通路２１、補
助通路１６を開くと共に供給ポンプ１３を駆動し、補助
タンク１９から冷却液を強制的に送υ込んで余分の空気
を排出しつつ冷却液面を所定のレベルに合わせる。この
空気は補助タンクＪ９の上部空気層に導びがれ、フィル
タ２３を介して外部に排出される。

そして、この状態において、エンジンの始動により冷却
液の温度が上昇し所定の温度に達すると。

冷却液は沸騰、蒸発を開始するが、このとき液面センサ
１０．２４の検出レベルに応じて補助通路１５を開き、
冷却液を大気圧下で沸騰、蒸発させ、その蒸発圧力によ
って補填された分の冷却液を補助タンク１９へと押し戻
す。

この場合、供給ポンプ１３は液面センサ１ｏに応じて駆
動さ九、ジャケント２内の液面全適正レベルに保つよう
にロワタンク９がら冷却液を送り、ロワタンク９内の液
面が所定レベルになると停止される。

これにより、蒸発圧力を大気圧に保ちながら、系内の冷
却液を適正量に復帰ならびに設定するのである。したが
って系内に空気が入り込むようなことは防止され、コン
デンサ７での熱父換効率が良好に維持される。

このようにして、常に沸騰冷却の的確な冷却作用が得ら
れ、その高い冷却性能が維持されると共に、前記冷却フ
ァン８の風量に応じて冷却液の沸点圧力を大気圧以下に
任意に下げることができ、前述したようにエンジンの高
負荷時等に冷却温度’！ｉ　１００℃以下（水を用いた
場合）に設定することが可能となっている。

なお、上記システムでは、少量の冷却液でエンジンの冷
却を行なえるから、ウォータジャケット２はもちろん、
コンデンサ７、供給ポンプ１３等も小さくてすみ、冷却
系の小型化、軽量化を図れる。また、エンジンの暖機時
間を短縮することが可能になると共に、コンデンサ７で
の放熱効率が良好なことから、冷却ファン８の駆動動力
を低減でき、騒音ならびの燃費の改善が図れるという利
点がある。

ところで、自動車等の室内暖房には、一般にエンジン冷
却系からの廃熱が利用されることが知られており、例え
ば前述したような冷却システムではなく１通常の水冷式
エンジンを搭載した車両にあっては、そのエンジンウォ
ータジャケットからの温水を用いて室内暖房を行なうよ
うになっている。

しかし、このような温水式の暖房装置では、循環ポンプ
がエンジンによって駆動されるので、アイドリング時や
低速運転時には温水の循環量が少なく、このため停車時
等に暖房能力が低下することが避けられなかった。

また、水冷式エンジンでは、ウォータジャケットの容量
が大きく冷却液の絶対量も多いため、冷間始動時に冷却
液温の上昇が遅くなシ、シたがって急速に暖房を効かず
ことは困難となっていた◇（発明の目的） この発明は、沸騰冷却システムの冷媒全利用して車室内
の暖房を行なわせ、優れた暖房性能を確保することを目
的としている。

（発明の構成および作用） そのためこの発明は、前述したような沸騰式のエンジン
冷却システムを備えた車両において、シリンダヘッド側
のウォータジャケットに接続してウォータジャケット内
の液相冷媒を車室暖房用のヒータコア（熱、交換器）に
導く導入通路と、このヒータコアを経由した液相冷媒を
シリンダヘッド側もしくはシリンダブロック上部側のウ
ォータジャケラ）Ｋ戻す排出通路とがそれぞれ形成され
る。

沸騰式のエンジン冷却システムでは、第１図で述べた通
り少量の冷媒でエンジンの冷却を行なえるので、ウォー
タジャケットの容量が小さくてすみ、このためエンジン
の冷間始動時にジャケット内の冷媒がすぐに温められる
と共に、特に早期に昇温するシリンダヘッド側の冷媒全
ヒータコアに循環することで、温まった冷媒を拡散する
ことなく暖房全行なえ、暖機途中でも短時間で暖房を効
かずことが可能になる。

また、通常運転時にはウォータジャケット内で沸騰して
いる冷媒がヒータコアに導入されるため。

ヒータコアで高い熱交換効率が得られ、したがってアイ
ドリング時等でも十分な暖房能力を保つことが可能とな
る。

（実施例） 第２図は、本発明の実施例を示す構成断面図で、ｌはエ
ンジン本体、２はそのシリンダブロック３とシリンダヘ
ンド４にかけて形成されたウォータジャケット、５は冷
却液（冷媒）、６はウォータジャケット２の上部に接続
する蒸気通路である。

また、７はコンデンサ、８は冷却ファン、９はロワタン
ク、１２は冷媒通路、／１３は供給ポンプ、１９は補助
タンク、１７．２２．２５は電磁弁、１４は温度上ンサ
、１０．２４は液面セン丈、１１は制御回路を示す。

この沸騰冷却システムの構成ならびに機能、作用は、は
ぼ前記第１図で述べた通りてありまただし２５は三方向
電磁弁である。

一方、２６．２７は単室の暖房用に設けたヒータコアと
ヒータファンで、これらは車室内、外に連通ずるエアダ
クト（図示しない）の途中に配設される。ヒータコア２
６としては通常の温水式の熱交換器が用いられる。

そして、ヒータコア２６の上部の入口部に所定口径の導
入通路２８が接続され、この通路２８の他端が前記シリ
ンダヘッド４側のウオータジャケソト２に接続される。

この場合、導入通路２８は液面センサ１０の検出レベル
よりも下側となる位置に接続されると共に、燃焼室２９
や排気ポート（図示しない）の近傍に開口するように接
続される。

ヒータコア２６の下部の出口部には導入通路２８とほぼ
同径の排出通路３０が接続され、この通路３０の他端が
ウォータジャケット２に、この場合シリンダヘッド４側
もしくはシリンダブロック３上部側のウォータジャケッ
ト２に接続される。

排出通路３０の途中にはヒータ；ア２６に導入された冷
媒をウォータジャケット２へと戻す電動式の循環ポンプ
「１が設置され、この循環ポンプ３１は前記ヒータファ
ン２７と共に、車室内に設けた駆動回路３２のヒータス
イッチ３３に接続される。ただし、循環ポンプ３１には
遠心式のポンプが用いられる。

そして、ヒータスイッチ３３には、ＯＦ’Ｆ接点（図示
しない）と、ヒータ７アン２７側の回路中の抵抗値がそ
れぞれ異なるＯＮ接点３４〜３７と、このＯＮ接点３４
〜３７の接続時に導通する循環ポンプ３１側の開閉接点
３８とが設けられ、接点位置を選択することにより、循
環ポンプ３１が一定回転で駆動され、ヒータファン２７
が駆動かつ回転数が切換えられるようになっている。

なお、循環ポンプ３１側の回路中に温度ツイフチ３９が
設けられ、車室内の温度が所定値以上になると開いて循
環ポンプ３１を停止させるようになっている。

また、冷媒通路１２は排出通路３０と合流してウォータ
ジャケント２の上部に接続するが、第１図と同様ウォー
タジャケット２の下部に接続しても良い。

このような構成において、エンジンの冷却が行なわれる
通常運転時には、ウォータジャケットｚ内の冷媒が液面
上ンサ１００レベルに保たれると共に、エンジンから気
化潜熱を奪いながら沸騰、蒸発し、その蒸気が蒸気通路
６を介してコンデンサ７へと流入するが、このときヒー
タスイッチ３３によりヒータファン２７と循環ポンプ３
１が駆動されると、ジャケット２内の液状の冷媒が導入
通路２８を介してヒータコア２６に供給され、ヒータフ
ァン２７からヒータコア２６を通った温風により車室内
の暖房が行なわれる。

ヒータコア２６にはウォータジャケット２で沸騰してい
る冷媒が供給されるので、ヒータコア２６で極めて活発
な熱交換作用を得ることができ、このため冷媒の供給量
がそれほど多くなくても高い暖房能力が得られる。

また、エンジンのアイドリング時や低速時等にはウォー
タジャケット２内の蒸気の発生量が少なくなるが、循環
ポンプ３１−が一定回転で駆動されるため、ヒータコア
２６には常にウォータジャケント２から所定址の冷媒が
供給される。したがって、ヒータコア２６での良好な熱
交換作用と合わせてアイドリング時等でも安定した暖房
能力が維持される。

この一方、エンジンの始動時には、ウォータジャケット
２、蒸気通路６、コンデンサ７等、各部が補助タンクエ
９からの冷媒で満たされ、ジャケット２内の冷媒がすぐ
には沸騰しないが、エンジンの熱を受けて次第に冷媒が
温められると共に、燃焼室２９や排気ポートの近傍では
特に早期に昇温される。

そして、このときヒータスイッチ３３を入れてヒータフ
ァン２７と循環ポンプ３１全駆動すると、温められた冷
媒のみがウォータジャケント２から導入通路２８ｆｔ介
してヒータコア２６に送られる。

この冷媒はヒータコア２６で放熱してもそれほど低温に
なることはなく、ある程度の温度を保ちつつ排出通路３
０を介して再びジャケット２上部に戻される。

したがって、ウォータジャケット２内の冷媒が攪拌され
ることなくジャケット２上部の昇温された冷媒が効率良
くヒータコア２６に循環されるのである。　・ これにより、ウォータジャケット２内の全冷媒が完全に
温まっていないエンジンの暖機途中であっても暖房を行
なうことができ、早期に暖房を効かずことが可能となる
。さらには、沸騰冷却ではもともとウォータジャケット
２の容量が小′さくなるため、冷媒が短時間で温まり始
め、一層早く暖房を効かずことができる。

そして、ウォータジャケット２内の冷媒が沸騰し始める
と、その蒸発圧力によってコンデンザ７内の冷媒やウォ
ータジャケット２内の冷媒の一部が補助通路１５′（［
：介して徐々に補助タンクエ９へ押し戻され、この後ジ
ャケント２内の冷媒液面等が適正レベルになると通常の
運転状態に入る。

なお１図中４０はエンジンの冷却状態を運転席にてモニ
タするようにした表示装置である。

表示装置４０は、エンジンの冷却液温（もしくは蒸気温
度）を検出する温度センサ１４からの信号に応じてその
温度値を表示する表示針４１と、パネル部４２とからな
り、パネル部４２の裏側に例えば赤と青のランプ（図示
しない）が設置され、このランプの点灯によりパネル部
４２が赤くあるいは青く発光するようになっている。た
だし、４３は燃料の量を表示するフューエル計である。

このランプは制御回路１１からの信号により選択的に点
灯され、制御回路１１は温度センサ１４からの信号に基
づく冷却液温等が設定値以内のときにパネル部４２を青
く発光させ、設定値をはずれたときにパネル部４２を赤
く発光させるように制御する。

例えば、冷却液温の設定値が１００℃のときに液温検出
値が１００℃を大きくはずれて１５０　’Ｃあるいｉ−
１：５０℃となると、パネル部４２を赤く発光させるの
である。

沸騰冷却装置は前述したように多くの利点があるが、そ
れは正常な状態で作動している場合で、万が一異常が起
きると装置内が高温、高圧となる。

したがって、このようにすれば、装置が正常に作動して
いるかどうかを正確に確認することができ、装置の信頼
性、安全性が十分に高められる。

なお、本発明は、導入通路２８がウォータジャケット２
の液面下に接続しているので、エンジン停止時にヒータ
コア２６内に空気等が混入する心配は少ないが、第３図
に示すように導入通路２８と排出通路３０に勾配を持た
せるようにすれば空気の混入を確実に防止することがで
きる。

（発明の効果） 高い暖房能力が得られ、アイドリング時等でも安定１７
た暖房が行なえると共に、暖機途中では温まった冷媒の
みを効率良くヒータコアに循環して急速に暖房金効かず
ことができ、優れた性能が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はエンジン沸騰冷却システムを示す構成断面図、
第２図は本発明の実施例を示す構成断面図、第３図は本
発明の他の実施例を示す部分構成図である。 ２・・・ウォータジャケット、３・・・シリンダブロッ
ク、４・・・シリンダヘッド％　２６・・・ヒータコア
。 ２７・・・ヒータ７アン、２８・・・導入通路、２９・
・・燃焼室、３０・・・排出通路、３１・・・循環ポン
プ、３３・・・ヒータ２イノチ。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　シリンダブロックとシリンダヘッドにかけて形成
   されたウォータジャケットの上部に所定の蒸発空間を残
   して液相冷媒が充填され、この冷媒の沸騰気化潜熱によ
   りエンジンの冷却を行なう沸騰冷却システムを備えた車
   両において、前記シリンダヘッド側の冷媒液面下のウォ
   ータジャケットに接続して液相冷媒を車室暖房用のヒー
   タコアに導く導入通路と、このヒータコアを経由した液
   相冷媒をシリンダヘッド側もしくはシリンダブロソク上
   部側のウォータジャケットに戻す排出通路とをそれぞれ
   形成したことを特徴とする車両の暖房装置。 ２、上記導入通路は、エンジン燃焼室もしくは排気ボー
   ト近傍のウォータジャケットに接続する特許請求の範囲
   第１項記載の車両の暖房装置。