JPS6090916A - 内燃機関の沸騰冷却装置 - 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、内燃機関、例えば自動車用エンジンの沸騰
６月１装置に関する。

［従来技術］ 従来の内燃機関の沸騰冷却装置としては、例えば第１図
に承りようなものがある（特開昭５１−１３７０４４号
公報参照）。

これは、冷ｕ１ジＶケットＪに液相冷媒を満し、その気
化潜熱で熱を奪い、コンデンサにで放熱液化する方式で
窄気扱きフィルタＦで系を大気開放どするものである。

しかしながら、この従来のものは、フィルタが気体を外
部に通してしまうので、ここから徐々に蒸気が失われ、
たびたび冷ｕ１水を補給しなければならないし、エンジ
ン停止後は、系内の蒸気の凝縮に伴い、該フィルタから
不凝縮気体である空気を多聞に吸引してしまい、再始動
後、空気が」ンデンザに内に残留し易く、放熱効率が低
下づる欠点のあるものであった。

このように、従来の内燃機関の沸騰冷却装置にあっては
、冷却系が常に人気開放された構造となっていたため、
運転中、コンデンリ内に空気が残留しゃ１Ｊ−り、放熱
効率が低く、エンジン停止後も系内の蒸気のｉｕ　ｉ！
ｉに伴い空気を多量に吸引してしまい、再始動後も増１
（放熱効率が低重づると（１つ問題や、系内の液相冷媒
が徐々に失われたびたび補給しなければならないという
問題点があった。

そこＣ１木出願人は先願としＣ特［ｉ昭５８−８６６３
２号を始め、その他の出願をし、上述の空気混入及び熱
弁損失の防止を図るべく対処した。

しかしながら、イの後のｒｔｌｌ究聞介にＪ、す、該装
置の冷却性能を更に向上さＵるためには、空気抜さ又は
通常運転の制御に加えて、コールドスター１〜又は小ツ
１〜スター１〜雪の制９１１をさめ細かに？Ｊ　’、ｒ
うことが必要であることが分って来た。

［発明の目的］ この発明は、従来の問題点に省Ｌｌ−！Ｉると」ξに、
先願を更に改良し、沸騰冷ｙＩＩ装置の制御として、Ａ
空気ＪＪＩ出、１３　ｍｌ−ルドスタート、Ｃホラ１〜
スターｉ〜、Ｄ通常運転及び［ｇ　Ｉシリン停止の各制
御を有効、かつ確実に、行なうことがひぎるようにづる
ことを目的とづる。

［発明の構成］ この発明は上記目的を達成するため、エンジンスター１
へ直後、系内に混入した不凝縮気体を液相冷媒と置換し
、運転中の大部分を液相冷媒と、該液相冷媒が沸騰によ
り相変化した気相冷媒とにより満された密［３ＩＪ冷却
系を形成づるように構成づる一方、エンジン停止後、系
外の小型タンク内の液相冷媒を系内の気相冷媒の凝縮に
伴う負圧を防止づべく吸引させるように構成した内燃機
関の沸ｌｌを冷却装置にａ３いて、系外の小型タンクと
密閉冷却系を形成する系内とを接続り゛る通路として、
該小型タンクと、シリンダブ］」ツク内冷２Ｊ１ジヤケ
ツ１〜を結ぶ配管、コンデンサロワタンクを結ぶ配管、
ａ３　Ｊ：び、供給ポンプの吸入側を結ぶ配管をＦ＝Ｕ
　Ｇノると共に、それぞれの配管に該通路の開閉手段を
設（）たものである。

［作用］ 空気排出、コールドスタート、ホットスタート、通常運
転おＪ、び土ンジン停止の各制御を、一連のｂのとして
各通路の開閉手段である電磁弁を適切に開閉することに
Ｊ、す（−」うようにしたので、系内には、空気がなく
、かつつＡ−クジ１フケツト及び−１」ワタツクのｉ＆
而が所定値に保たれる密閉クローズドシステムを得るこ
とができた。

「実施例」 第２図は、この発明の一実施例を承り図である。

まず構成を説明りると、１が系内の最上端とリザーブタ
ンク（系外の小型タンク）７を結ぶ空気排出用通路の開
閉を？ｊう電磁弁、２がシリンダブロックの冷却ジＩｌ
ゲツ１〜１２とリザーブタンク７を結ぶ通路の開閉を行
う電磁弁、３がコンデンサ１４の１」ワタツク１５と冷
Ｍｌジレケツト１２を結ぶ通路の開閉をｉ′Ｊう電磁弁
、４がリザーブタンク７とコンデンサロワタンク１５、
あるいは、すＩＪ’　−ブタツク７と冷７ＪＩジＶクツ
１〜１２の通路の開閉をｉｊう電磁弁で（ｂる。

８が系内の最上Ｖ２ｊに設りられた液面レンリー、９が
シリンダヘッド内冷ｕＪジ１ｚケツ１〜１３の水位を検
出覆る液面レンリ、１０がコンデシリロワタンク１５内
の液面セン１）、５が液相冷媒をエンジンの冷却ジャク
ツ１へに供給する小型ポンプ、６が」ンデンザ１４に送
風する冷１ｊフアンＣある。また、エンジンの冷却ジャ
ケット１３内には温度セン４ノ１１が設【プられている
。

１６が小型の供給ポンプ５の吸入側、１７が冷１４１ジ
ヤケツ１−１２とリザーブタンク７を直接結ぶ通路即ち
配管、１８がリザーブタンク７どコンデンサロワタンク
１５を結ぶ通路、１９がリザーブタンクと供給ポンプ５
の吸入側１６とを結ぶ通路であり、通路１９は供給ポン
プ５を介してウオークジ＋７り“ット１２に接続するも
のである。

従って、電磁弁４は前述のように、通路１８あるいは通
路１９の開閉を１個で行なう。

次に、上記実施例の制御システムの作動を説明づ−る。

まず、制御プログラムとして基本的なジ〕−ネラルフロ
ーヂャ−］〜を第５図に承り。

ジエネラルフ（］−制御（第５図） エンジンスター１−後、温度センリ“１１により、比較
的低温に設定された冷媒温度（仮に４５℃とづる）以下
の場合と、それ以上の場合とを判断さμ、２系統にソ１
−１−を分りる。

（１）　設定温度以下の場合（系内が液相冷媒でＣ，Ｌ
ぽ満されている場合）は、次に、最上端の液面セン１す
８により、系内上部に空気が存在しているか、いないか
を判断さＵる３、この液面センリー８が液相冷媒に植１
にされｆ液が無いこと、即ち、空気が存在しているど判
断したら、Ａ空気排出制御を１うう。Ｊ、た、液面セン
サ８が液があり従って空気が存在し−Ｃい４１いと判Ｉ
ｌｉシたら、Ｂコールドスター１・制御に入る。

（２ン　設定？：ｌＡＩ哀を超えＣいる場合（系内が液
相気相の２４１Ｊ　０）冷奴が其存し−Ｃいる場合）は
、後述りるＬエンジンイア１後の制御と関連して、リザ
−ブタンク７ど二＋ン）：′ン（ノロワタンク１５を結
ぶ通路（配管）１８が連通しているか、していないかの
判断として、電磁弁４が閉じＣいるか、いないか、（通
電しでいるか、いないが）を判Ｉｇｉリ−る。

電磁ブｌ′４が閉じ（いると判断した場合は、Ｃホラ１
ヘスタート制御を経て、Ｄ通常運転制御に入る。

電磁弁４が聞いていると判断した場合は、Ｂコールドス
タート制御を経て、Ｄ通常運転制御に入る。

Δ空気排出制御（第６図及び第２図参照）第６図にＡ空
気υ１出制御のノローヂ１１−１〜図を示すが、先の最
上端液面センサ８が液がないと判断したら電磁弁１，４
を（ｉＦＪき、電磁弁２，３を閉じて、ポンプ５を回転
作動することによりリリ“−ブタンクツ内の液を系内に
供給し、系内上部に残存していた空気を電磁弁１を通し
て排出づる。９１アープタンク７は上部が人気開放され
ているので空気は人気に逃げ、液は該リザーブタンク内
に溜まる。このときの状態を第２図に示Ｊ、液面ａが上
昇し、系内を満水にし１ζ結宋、該液面セン１ｊ８が液
があると判ＩＷｉ　シたら、電磁弁１，４をＥＪじ、電
磁弁２．３をｌ？ｆｌいて、供給ポンプ５をＡ）とＪる
。これにより空気排出制御を終了づ゛る。

Ｂ］−ルドスタート制御（第７図、第２図、第３図及び
第４図参照） 第７図にＢコールドスター１〜制御のフローブ］ｌ−１
・図を示づ。系内は前回の制御終了時ど同じに液相４傳
；でψ）水の状態から開始される。まず、最初に、電磁
弁制御は、これも前回制御終了＋１５とｌ１ｉ１様に、
電磁弁２．３が１１）１いてＪ３す、電磁弁１，４か開
じている。

液相冷媒がθ１：１流を開始すると、系内の上部に蒸−
一、つまり、気相冷媒か溜まり、その蒸気圧により電磁
弁２を通しＣ，液相冷媒がシリンダブロックの干娼：、
冷ノＪＩジ１１グツ１−１２の下方から、リザーブタン
ク７に押し出される。このＪ、うにりるど、冷ｌｕｌジ
丸・フット１・部の力の比較的低温の液相冷媒が先にＤ
）出されるため、暖機性１１シが向上りる。

この状態ｆＬ　、　ｆｆｉ　３図のシリンダヘッド内の
液面を検出りる液面ｅンリ０の位置、つまり通常レベル
以上に水１ηがするＪ、で続ｆ）され、液面が通常レベ
ル以−１・になると、電磁弁２を開じ、電ｆ台弁４を聞
く。このＩｌ、′Ｉｊ：、ｉて・は、コンテン１ノ１４
内は液相冷に１゛（充満されている。そこで、発生蒸気
の増加による辻力（、Ｘ１ンｊ゛ンリ内の液相冷媒は、
この電磁弁４を軽（通路１８を通ってり１Ｆ−ブタンク
ツ内に排出される。

一方、冷却ジャケット１３内で沸騰により、液面センサ
９より液面が減少づるど、液面セン９９の信号に従い、
供給ポンプ５によりロソタンク１５の液４１Ｊ冷奴をｈ
ｌｉ充づることで、シリンダヘッド内冷１ＪＪジ（Ｉケ
ット１３の液面を一定に保つ。

やがて、コンデンサロワタンク１５丙の液面がドっで、
第４図のように液ｗ１ｔ？ン１ノ１ｏの位置に達づると
、液面センサ１ｏの検出により、電磁弁４を閉じてコー
ルドスター１〜制御を終了りる。つまり、この制御終了
時は、シリンダヘッド及びロワタンク共に、液相冷媒が
通常レベルに有り、電磁弁１，２、及び４が閉状態に有
るので、系内は完全なりローズドリイクルとなっ−Ｕｄ
３す、通１；ｉ運転ｉｉｌ制御の状態に入っていること
を示している。

Ｃ小ツ１−スター１−ｉｌｉＩＩ御（第８図及び第３図
参照）第３図は、」−ルドスタ−１・途中にｄ３いて、
１ンジンキーＡノされ、かつ、後述りる、Ｅエンジン停
止後の制御にＪ、り系内の密１２１が保たれた状態で再
始動された場合であり、要するに、通常運転制御の前段
階の場合（゛ある。

この状態では、系内は液相冷媒と蒸気（気相冷媒）とに
Ｊ、リイ−またされているが、液相冷媒が必要以」二に
系内に存在しＣいる場合として省えられる。

従って、Ｊｊ−１”、シリンダヘッド内冷ＪＪＪジ１１
クツ！−内に、液面ピン１ノ９以上に液面が′）ヱし−
Ｃいる場合は、電磁弁２４聞き通常レベルＪ、で下り゛
、その後電磁弁２を閉じる。

次に、シリンダヘッド内の液面を一定に保つＪ：う制御
しながら、］ンシ゛ン→ノ１４内に、液面１′！ン１ノ
’Ｉ　０以上に液面が達し−Ｃいる場合は、電磁弁４を
間さ、１１ソタンク１５の液面センリ１０にＪ：す、通
常レベルになつ／ｊどころで電磁弁１を閉じ、ホットス
ター１へ制御を終了り−る。これらの流れは第８図のフ
ローチ１７−１・図に示されている。

１つ通富連ｉ１ガ制ρＩＩ　（Ｈ５９図及び第４図参照
）第９図に通常運転制御のフローテレ−１〜図を承り。

この場合は第１図に示すごとく、系内は密閉されくいる
（電磁弁１．２．４は開で電磁弁３のみ開である）。

この制御は、系内の水位制御ど温度制御を行うもので、
水位制御としては、シリンダヘッド内水位を設定以下に
ならないように制御し、かつ、コンデンザロワタンク内
水位をＣ９定以上にならないにうに制御づ゛ることで、
エンジンの冷７ＪＩ性能、コンデン１すの放熱効率を良
好に保つようにしている。

温度制御はエンジンの点火パルス、吸入空気量信号等に
より運転条件を判ｌ！Ｉｉシ、運転条件に応じＣ可変に
づることも容易である。

１ヨエンジン停止［後の制！ｌＩ　（第１０図及び第２
図参照） 第１０図にエンジン停止後の制御を承りが、エンジン停
止ど同時に、前制御と同様に、電磁弁１゜２．４を閉じ
、電磁弁３を間に制御し系内を密閉状態に保持する。即
ち、系内の冷媒湿度を温瓜センリ１１により監祝し、系
内温度が大気圧以下の設定した負圧上ての冷媒沸点温度
に達するまで密閉を保ち、該温度に達した後は電磁弁４
を開さ、系内の蒸気の凝縮に伴う負圧を防止するように
リザーブタンク７内の液相冷媒を吸引させる。このどさ
吸引される液相冷媒ＬＪ　′、ｚ磁弁４，３を経で、コ
ンデンリ側Ｌ１ツタンク１５から導入するようにりる。

Ｊ−ンジントン’　Ｊｌ−１白１身１３１、まだ正Ｌ１
の場合があり、このときに電磁弁４を聞くと、コンデン
サ１」ワクンク内の液相冷媒が［Ｊｊ出されてしまうの
で、必要以」−にり１アープタンク７の容積を人さくし
なけれはなら４ｆくなる。従って、エンジン停止後は、
系内の蒸気がｉん１１０低１・してやや凝縮が進んだ後
、系内が負ｒ−１に４１つに時点でリザーブタンクと連
通りることか８曹となる。この負圧４検出りるには、人
気ｊ１のしと（゛の玲媒沸点即ら１００℃以トのある設
定ｉＡ＋１１良（例えば９７°ＣＩＪ′Ｘ適当）にｊヱ
した１１．１点Ｃ−１このＲ＋Ａ　Ｉｎを（σ）出する
ことＣ′足りる。

すな４つら、系内の圧力に３＝Ｉ　Ｌ、、飽和蒸気温度
、あるいは飽和水温度が大凡正確に対応りることから系
内１１１１１１度を検出りれば充分であり、このときの
温度を検出りる温度センサは、先の系内渇Ｉｆｉ制御に
用いたしのを利用１：きる。

また、系内の１・−ｊ閉を保つ手段としては、エンジン
停止後も、電磁弁の給電制御用］ン１〜ロールユニッ１
〜の通電が断たれないように構成し、温度はン４ノの検
出信号により、系内温１肛が前）本の飽和温１豆にｊ￥
Ｊるよでリレーを作動し、該温度に達したとき始めてコ
ン（−〇−ルユニツ１〜の通電を断つようにりる。この
とぎ電磁弁はリベて間部に通電を断つわりであるが、電
磁弁４は当然、通電１１１に閉のｂのを使用づ−る。な
お、電磁弁３も通電時閉であり、電磁弁１，２は共に、
通電１１４聞ぐある。

また、す１ｆ−ブタンク７の液相冷媒を電磁弁４゜３を
紅てコンデンサ１−１ワタンク１５から吸引さＵる理由
は、小山でも系内に混入していた空気が凝縮イ１用によ
りコンデン１）内に東まる１７１．　負があるため、コ
ンデンサの１・から液面を上ツ１ざゼ、その混入空気を
系内の上部に移動させるようにづるためである。このよ
うにしてＪ３　＜と１次の空気排出制御の際、効果的に
空気を抜くことができる。

以上の各５個の制御と４個の電磁弁の開目１関係を第１
１図に一括して承り。

なお、第２図に示り゛ように、電磁弁４をパイバスしＣ
１−息鎖線のように、リザーブタンク７と１」ワタンク
１りを電磁弁２０を介しＣ直接、接続しても同様の１７
１・用効果を生ずる。

以上、６と明しできたＪζうに、この発明によれば、そ
の構成を適量の油相冷媒を満たした系外の小型タンクと
密閉冷却系を形成Ｊる系内とを、シリングブしノック内
ｉｉｉ　ＪＪｌシ＼ノケツ１−に通ずる通路と、コンデ
ンサＩＪ　ロワタンクに通−ｆる通路と、供給ポンプの
吸入側に通ｉ°る通路によつ−Ｃ結び、途中の電磁す？
を開閉りることで、液相冷媒のみを必要量だけ出入さμ
゛′１２気が１ジ入りることを防ぐよう制御したＩこめ
、ｉ；３に、ｆ１ンノ５ンリの放熱効率を良りｆに保つ
ことがでさ、かつ、液相冷媒がほとんど失われないよう
にでさ、また、系外のタンク−６小さくて済むようにり
″ることができる効果が得られる。

以−１・に実施の態様を列記りる。

（１）　エンジン（＜＜止題、系内がる干負圧になるま
で冷７Ｊ１系の密閉を１′Ａ：つように構成し、設定負
圧以下になったどさ゛上記小型タンクとコンデンサロワ
タンクをし１１ぶ配管の途中の開閉手段である電磁弁を
聞き、タンク内の液相冷奴を吸引覆るようにしたこと。

（２）　不凝縮気体を液相冷媒と置換し、系内をｉｆ＋
：水にした後、発生蒸気空間分の液相冷媒を系外に排出
りる通路として、１ンジン冷却ジ１７ケツトの液相冷奴
【よ小型タンクどシリンダブロック内冷んｊジレケット
どをむりぶ配管途中の電磁弁を間さ、必要■だけ小型タ
ンクに排出Ｊるよう通路を設【ノると共に、」ンデンリ
の液相冷媒は小型タンクど＝１ンデンリ゛ロワタンクと
を結ぶ配管途中の電磁弁を開さ、必要量だり小型タンク
にＩＪＩ出りる」、う通路を設（）たこと。

〈３）　上ｉｉｊ　Ｍ！　１項記載のｆ１圧を検出Ｊる
手段として系内の温度を検出し、大気圧以下の飽和蒸気
記瓜を設定値とし、この設定値以下になるまで冷却系内
の密閉を保つようにしたこと。

し発明の効果］ （１）　沸騰冷却系のり【コースト制御を確実に行なう
ことができる。

〈２）　コンアン１ノの放熱効率をＩυ人眼に発揮でき
る。

（３）　各１１−制御を１７１１単明瞭に？’Ｊ／Ｊ、
うことかできる。

（４）　系外タンクを小型にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ｊυ〔来装；ｒ￥の１７ｉ面図、第２図〜第４
図はこの発明の各制御状態を承り説明図で、第２図は空
気抽出、第３図は」−ルドスタ−１〜、第４・図は通常
運転の各状態を７１−どして承りもの、第一）１メ１〜
第１０図は名利ｔａｌ＋のフローチ１７−１−図で、第
５図はジエネラルノ１」−１第６図１．ａ　９Ｌ気１ノ
１出制御、第７図は二１−ルドスタ−１へ制御、第８図
は小ツトスタート制御、ａ）≦）図は通１へｉ運転制御
、第１０図はエンジン停止後の制御を示１ｂの、第１１
図は各制御に幻りる／ｌ　ｆ１６１の電磁弁の開閉状態
を承り図である。 図面に現４′）シた？３号の説明 １．２，３，４．２０・・・電磁弁（ｌ１ｔｌ閉手段）
５・・・供給ポンプ　（３・・・冷却ファン７・・・リ
ザーブタンク（系外の小型タンク）８．９．１０・・・
、１々而レンリ １１・・・温度セン９− １２．１３・・・冷ノＪ１ジ１ノケツ１−１４・・・コ
ンデンサ　１５・・・ロワタンク１６・・・供給ポンプ
の吸入側 １７．１８．１９・・・通路（配色） −ｒ　゛ セ（）、′問 第１図 Ｆ 第２図 第８図 第４図 第５図 ■闘匹正ｎ亙口 第６図 エンＶ ６カーｉ′ｌ′ｌ索３Ｔ転制御　第９　図エンド 第１Ｏ図 エ　レド 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 土ンジンスター１〜．ｊ、、後、系内に混入した不凝縮
   気体を液相冷媒と置換し、運転中の大部分を液相冷媒と
   該波相冷奴が沸騰にＪｚり相変化しｌご気相冷媒どによ
   りｈ−シたされ！ご密閉冷ＩＪｊ系を形成づ−るように
   （１４成りるープｊ、エンジン停止後、系外の小型タン
   ク内の液相冷媒を系内の気相冷奴の凝縮に伴う負＋Ｘを
   防止リベく吸引さＵるにうに構成した内燃機関のＳｌｊ
   　Ｉ流冷７ＪＩ装置において、系外の小型タンクと畜１
   ｆｆｌ冷ＩＪＪ系を形成υる系内とを接続する通路とし
   て、該小型タンクと、シリンダブロック内冷却ジトケッ
   １〜を結ぶ配管、コンデンリ′ロワタンクを結ぶ配管・
   、ｄｉよσ、供給ポンプの吸入側を結ぶ配管を設置）る
   ど共に、それぞれの配管に該通路の開閉手段を設けたこ
   とを１４徴とりる内燃機関の沸騰冷却装置。