JPS6090917A

JPS6090917A - 内燃機関の沸騰冷却装置

Info

Publication number: JPS6090917A
Application number: JP19986483A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Hirano; 芳則平野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1983-10-25
Filing date: 1983-10-25
Publication date: 1985-05-22

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、；ンデンツーからウオ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
騰冷却装置に関する。

〔従来技術〕

自動車用＠門等に用いられている周知の水冷式冷却装置
にあっては、機関運転状態に応じた高精度な温圧制御を
実現することは困難であり、また２ジエータにおける熱
交換効率に自から限界があるため装置の小型ｎイＢ化も
離しい。

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ｊ′シている（例えば特公昭５７
−５７６０８号公報、米国特許第４３６７６９９号明ａ
ｌ沓さ９参照）。これは基本的には、ウォータジャケッ
ト内で液相冷！（冷却水）を法肩気化させ、その発生蒸
気を外部のコンチンＶ（ラジェータ）に導いて放熱液化
させた後に、６肛ウオークジャケット内に循環供給する
ものであって、冷却水の単純な温度変化と異なシ相変化
を伴う気化潜熱を利用することによって、極めて少量の
冷却水の循環で要求放熱汀を満足できるとともに、上記
コンデンサにおける熱交換効率が従来の方式のラジェー
タに比較して大幅に向上することから、装置全体として
の飛躍的な小型軽量化を達成し得る可能性がある。しか
も、ウォータジャケット内の圧力を可変制御することに
より液相冷媒の沸点を任意にかつ速やかに変化させ得る
ので、例えばコンデンサに＋Ｊ設した冷却ファンの駆動
制御などの手段によって、機関温度を、熱効率や副ノッ
ク性能などの点から運転状態に応じた最適温度に応答性
良く、かつ高精度に制御することも可能となるのである
６また、通常の水冷式冷却装置ではウォータジャク゛ン
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
じるが、この冷媒の沸騰による冷却方式では、ウォータ
ジャケット内の高温部位で沸１ｇが一層促進さり、る結
果良好に冷却され、温度分布の均一化が図れる、等の利
点も指摘されている。

しかしなから、このように拙々のオリ点を有するこの独
の冷却装置も実際には解決すべき多くの問題があシ、実
用化さｉするに至っていない。具体的には、上記ｑ′！
ｌ公昭５７−５７６０８号公報や米国市許第４３６７６
９９号明細相等に記載のように、従来この４１１（の冷
却装置としては、ウメークジャケットやコンチン−！７
等からなる循環系を大気に一部で連通させた’７１．密
ＩＡＪ　拾遺のものが主に提案されているが、このよう
な非密閉循環系では上述した沸点制御の実現が困難であ
るとともに、蒸気化した冷媒が系外に流出してしまう惧
れがある。しかも、この系内に不凝縮気体である空気が
存在するとコンデンサに溜って放熱性能を著しく低下さ
せてしまうのであるが、上記の非密閉循環系においては
運転中に系内がら空気を完全に除去することは難しい。

換言すれば、この種の冷却装置を実用化するには、ウォ
ータジャケットとコンデンサとを主体として密閉した循
環系を形成し、を気を排除したその密閉系内で冷媒の沸
騰・凝縮のサイクルを行わせる必要がある。

ところが、この冷媒循環系を完全に密閉した場合には、
過冷却時の系内負圧化に如何に対処するかという納たな
問題を生じる。すなわち、車両走行風が強過きるような
条件下では、コンデンサにおける凝縮が過度に促進され
て密閉系内が負圧化し、ウォータジャケット内で減圧沸
騰が発生する。

この状態になると、例えばコンデンサの冷却ファンの制
御のみでは、機関温度を設定温度にまで回復させること
が難しく、所期の温度制御が達成できなくなってし廿う
。また、この系内が負圧化した状態で長時間運転すると
、各部のガスケントや配管連結部等から空気が侵入する
危険性がそれだけ高くなり、上述したような空気の混入
による放熱性能の劣化を招来する惧れがある。

〔発明の目的〕

この発明は上記のような種々の問題に鑑みてなさノｔた
もので、その目的とするところは、冷媒循環系を密閉構
造として系内への空気の混入を防止し、コンデンサの放
熱効率を最大限に確保し得るようにした内燃機関の沸騰
冷却装置を提供することにあシ、更に具体的には、密閉
構造とした系内が負圧化した過冷却状態を、速やかにが
り系内に空気を混入させることなく回避できるようにす
ることにある。

〔発明の擬装〕この発明に係る内燃機関の沸騰冷却装置は、第１図に示
すように、上部に蒸気出口が設けられたウォータジャケ
ラ）Ａと、上記蒸気出口に接続されるとともに、下部に
液化冷媒を一時貯留するロアタンクＣを備えたコンデン
サＢと、上記ロアタンクＣとウォータジャケットＡとの
間に設けられた冷媒供給ポンプＤと、上記ウォータジャ
ケットＡ、コンデン′ｖ′Ｂ、冷媒供給ボンダＤからな
る密閉循環系Ｅの系外に設けられるとともに、上記ロア
タンクＣに開閉弁Ｆを介して接続され、かつ予備液相冷
媒を貯留した大気開放のりザーパタンクＧと、上記ウォ
ータジャケットＡ内の液面を検出する手段Ｈと、上記ロ
アタンクＣ内の液面を検出する手段Ｊと、検出した両者
の液面に基づき、上記密閉循環系Ｅ内に所定量の冷媒が
封入された状態で該循環系Ｅを密閉する初期冷媒量制御
手段にと、上記ウォータジャケットＡ内の液面に基づき
該液面を一足に保つように上記冷媒供給ポンプＤを制御
するボング利御手段りと、機関運転中の上記密閉循環系
Ｅ内の異常圧力低下を系内圧力もしくは系内温度から検
知する手段Ｍと、この異常圧力低下Ｉ寺に上記開閉弁Ｆ
を開制御し、かつこの開制御後に上記ロアタンクＣ内液
面が所定レベルに復帰したときに上記ｒｊｆＪ閉弁Ｆを
閉制御する系内開閉制御手段Ｎとを備えて構成されたも
のであって、通常運転状態では密閉循環系Ｅ内にＤ「定
量の冷媒を封入して、その沸騰・凝縮のサイクルにょシ
効率の良い冷却を実現するとともに、例えば車両走行風
が強過ぎる等の原因でコンデンサＢでの凝縮が過度に促
進されて系内が極端に圧力低下した場合に、リザーバタ
ンクＧがらコンデンサＢへ液相冷媒を導入することによ
って、空気洩れの誘因となる系内の負圧を解消させると
同時に、コンデンーｔｊＢ内の気相領域を狭めて放熱量
を減少させ、圧力低下のそもそもの原因である機関発熱
量とコンデンサＢ放熱量の不釣合自体をＩφ消させるよ
うに機能し、機関の過冷却を回避し得るのである。更に
、このように過冷却状態を脱却すると、系内圧力が高ま
りて余剰の液相冷媒は自動的にリザーノくタンクＧＫ枡
出回収され、再び循環系を密閉した制御状態に復帰する
ことになる。

〔実施例〕

第２図はこの発明に係る沸騰冷却装置の一実施例を示す
もので、同図において、１はウォータジャケット２を備
えてなる内燃機関、３は気相冷媒を凝縮するだめのコン
デンサ、４は電動式の冷媒供給ポンプを夫々刀モしてい
る。

上記ウォータジャケット２Ｆｉ、内燃機関ｌのシリンタ
および燃焼室の外周部を包囲するようにシリンターブロ
ック５およびシリンダヘッド６の両者に亘って形成さｈ
−ｆｃもので、通常気相壁間となる上部が各気筒で互い
に連通しているとともに、その上部の適宜な位置に蒸気
用ロアが設けられている。この蒸気用ロアは、接続管８
および蒸気通路９を介してコンデン′ｔｊ３の上部入口
３ａに連通しておシ、かつ上記接続管８には、冷媒循環
系の最上部となるセンサ取付部８ａが上方に立ち上がっ
た形で形成されているとともに、その上端開口をキャッ
プＩＯが密閉している。

上記コンデンサ３は、上記入口３ａを有するアッパタン
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、このコア部りで凝縮された液化冷媒を一時貯
留するロアタンク１３とから構成されたもので、例えば
車両前部など車両走行風を受け得る位置に設置され、史
にその前面あるいは背面に、強制冷却用の電動式冷却フ
ァン１４を備えている。また、上記ロアタンク１３は、
その比収的下部に冷媒取出口１３　ａを冶するとともに
、この冷媒取出口１３　ａに連結した冷媒通路１５を介
して上目己つォータジャケット２下部の冷媒入口２ａに
接続されており、かつ上記冷媒通路１５に冷媒供給ポン
プ４が弁装されている。

以上のウォータジャケット２→コンチンｖ３→冷媒供給
ポンプ４→ウオータジヤケツト２の経路によって（￥￥
　１．！＆の循環系がｆｉｔ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カロえた冷媒
が沸騰・凝縮を繰シ返しながら循環することになる。

次に、２１は上記循環系の系外に設けらｉシて予備液相
冷媒を貯留−するリザーノくタンクを示し、このリザー
バタンク２１は通気機能を有するキャップ゛２２を介し
て大９１に開放されているとともに、上記循環系１１ψ
上端つ′まシ接続管８のセンブ取イ」部８ａよシも高位
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、かつその底部から補助冷媒通路ｎを介して上記冷媒
通路１５のロアタンク１３−冷媒供給ポンプ４間に接続
されている。そして、上記補助冷媒通路囚に常開型の第
１［磁弁冴が介装されているとともに、該第１電磁弁冴
開時における予備液相冷媒の導入方向を規制するために
、上記冷媒通路１５、詳しくは補助冷媒通路ｎとの合流
点１５　ａとロアタンク１３との間に、常開型の第２電
磁弁２５が介装されている。

（財）に上記補助冷媒通路２３は、上記第し′亀磁弁斜
−リザーバタンク２１間において分岐通路部を有し、該
分岐通路部がウォータジャケット２の下部に接続されて
いるとともに、その通路中に常閉型の第３電磁弁２７が
介装されている。

一方、上述した循ＦＪ糸の最上部であるセンサ取付部８
ａには、系内の空気を４ノ１出するための空気排出通路
四が接続づれておシ、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、上記を気祷出通路部の先端
部がリザーバタンク２１内に４１１１人され、その比較
的上部に開口し−Ｃいる。そして、上記窒気ＪＪＦ出通
路拐には、常閉型の第４電磁弁四が介装さノ１．ている
。

土配各電磁弁２４　、２５　、２７　、２９と金繰供給
ポンプ４および冷却ファン１４は、所謂マイクロコンピ
ュータシステムを用いた（ム１］御装置３１によって出
動制御されるもので、具体的には、ウォータジャケット
２に設けた８１！■＃血セン−ｙ−３３渦度センサ３３
、およびロアタンクＪ３に設けた第２液面七ンサ３４、
史には循環系の最上部で必るセンサ取付部８ａに設けた
第３液面七ンブ３５の各検出信号に基づいて後述する制
御が行われる。

ここで上記第１液面七ンサ：３２．第２液面センザ３４
、第３液而センサ３５は、例えばリードスイッチを用い
たフｏ−ト式セン丈等が用いられ、クォータジャケット
２内等の各部において冷媒液面が所定レベルに達してい
るか否かをオン・オフ的に検出している。また、温度セ
ンサ３３は例えばサーミスタ等からなシ、上記第１液而
センサ３２の若干下方位置っま９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２内の冷媒
温度を検出している。

上記のように構成された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２内には所
定レベルっまシ第１液面センサ３２取伺位置まで液相冷
媒が貯留されているのであるが、との液相冷媒は、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
に尾、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Ｆ１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
一な温肛に保たノシ、っまシ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２内で発生した冷媒蒸気は
、蒸気通路９を介してコンテンｔ３に導かｆＬｌ　ここ
で外気との熱交換によシ冷却されて凝縮数比する。この
コンデンサ３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２ジエータ
に比叔して遥かに放熱効率が優れたものとなる。また、
液化した冷媒ハ、コンデンサ３下部のロアタンク１３に
一時貯留されるとともに、ここから冷媒供給ポンプ４に
よって再びウォータジャケット２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で
所定量の冷媒が沸騰・凝縮のサイクルを繰シ返しクク循
環して、効率の良い沸騰冷却が行われるのである。

また一方、循環系外に設けられたリザーバタンク２１に
は、循環系内全体を十分に満水にし得る蓋の予備液相冷
媒が貯留されるようになっておシ、この予備液相冷媒を
循環系内に導入することによって、循環系内からの空気
の排出および過冷却の回避動作が行われるとともに、循
環系内への冷媒の補給が自動的に行われるのである。

次に上ｔｉｄ制御装置３１において実行される具体的な
制御を、第３〜９図のフローチャートに基づいて四兄明
する。

第３し１はｆｌｉ制御のａ′ｆ、☆を示すフローチャー
トであって、機関始動後（イグニッションキーＯＮ後）
に、先ず機関が暖機状態にあるか否か、具体的には温度
センサ３３による検出温度が設定温度（例えば４５℃）
より高いか盃かを判断する（ステップｌ）。設定温度以
下の場合は、次に系最上部の第３液面センサ３５によっ
て液面の有無から系内に空気が存在しているか否かを判
断しくステップ２）、系内が満水である場合にはステッ
プ３のコールドスタート制御へ進み、満水でない場合に
はステップ４の空気排出制御を経てから同じくコールド
スタート制御へ進む。そして、コールドスタート制御の
終了後、通常運転制御（ステップ５）へ移行し、キーＯ
ＦＦ時までその制御を継続する。キーＯＦＦ後はステッ
プ６のエンジンキー停止後の制御に移行する。一方、ス
テップｌで設定温度以上の場合は、ステップ７で第１電
磁弁スが閉じているか否かを判断する。これは、後述す
るようにエンジンキー停止後の制御（ステップ６）にお
いて、Ｎｉ定温度（例えば９７℃）以上の状態では第１
電磁弁冴を閉じたままに制御しているので、再始動に際
してステップ７でＹＥＳであればホットスタート制御（
ステップ８）へ、ＮＯであればコールドスター）　１１
１１Ｊ御（ステップ４）へ進み、その後通常運転制御（
ステップ５）へ進むのである。

第４図はステップ４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を磁弁冴、第４電
磁弁２９を「開」とし、第２電磁弁５、第３電磁弁２７
を「閉」とした後に、冷媒供給ボン７４をＯＮとする（
ステップ１２）。これによシ、リザーバタンク２１内の
予信ｊ液相冷媒が循環系内に導入さｉＬＸ系内に残存し
ていた空気は系上部に集められた後、を気排出通路路を
介して系外に押し出される（第１０図参照）。そして、
系内が満水に乃：つたことを第３液面センｖ３５によっ
て検出する（ステップ１３）と、ステップ１４で第１電
磁弁あ。

第４を磁弁２９を「閉」とし、第２％磁弁５．第３電磁
弁２７を「即」とした後に冷媒供給ポンプ４を０１ｉ”
Ｆとする（ステップ１５）。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５図は、空気排出後の満水状態で実行されるコールド
スター）　制御（ステップ３）のフローチャートを示す
。初めに、第１電磁弁冴、第４電磁弁２９を「閉」、第
２電磁弁５．第３電磁弁２７を「開」としくステップ２
１）、その状態で第１液面センサ３２にょシウォータジ
ャクット２内の冷媒液面を監視する（ステップ２２）。

っまシ機関の運転開始によりウォータジャケット２内で
沸騰が始まると、その蒸気圧によって系内圧力が高まシ
、第３亀磁弁ｄを介して系内がらリザーバタンク２１側
へ液相冷媒が押し出さｉシて行く。尚、このとき冷媒供
給ポンプ４は停止状態であってコンデンｆ　３　ｉｌｌ
の液面は高位に保たれ、コア部１２の略全体が液相領域
となっていることから、その放熱量は比較的低く抑制さ
れ、しがもリザーバタンク２１へはウォ−クジャケンｌ
−２の下部から比較的低い温度の液相冷媒がＵｔ出され
るために、機関の各部、例えばシリンダ内壁等Ｃよ速や
かに高温化し、っ−）、シ暖機が極めて短時間で完了す
る。

上記のように、ウォータジャケット２から液相冷媒が押
し出される結果、その液面が第１液面センフ３２の設定
レベルにまで低下すると、ステップ田において記３電磁
弁２７を閉じ、かつ第１亀磁弁冴を開く。そして、ステ
ップ冴およびステップかでのクォータジャケット２内の
液面の判断結果に応じて、冷媒供給ポンプ４がＯＮ（ス
テップ２５）、　ＯＦＦ　（ステップ２７　）　ｉｌＪ
御さｔＬｌ　これによりてウォータジャケット２内の液
面がｒｊ［定レベルっま９第１液面センサ３２の設定レ
ベルに維持される。一方この間、発生ゑ（気の増加によ
って系内圧力が史に＾まるために、コンデンサ３内に充
満していた液相冷媒は、その一部が第１電磁弁冴を介し
てリザーバタンク２１へ排出されることになシ、系内の
冷媒ｉは史に減少し絖ける。その後、コンデンサ３内の
液面が低下して、ロアタンク１３の第２液面センサあの
設定レベルに達する（ステップ２８）と、ステップ四に
おいて第１電磁弁ムを閉じる。これによって冷媒循環系
が完全に密閉さｉＬだ状態となり、このとき系内では、
ウォータジャケット２内およびロアタンク１３内の夫々
第１液面センサ３２゜第２液面センザ３４の設定レベル
までを液相冷媒が占め、残部を気相冷媒が満たした状態
となっている。

次に第６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
自−チヤードを示す。この通常運転制御は、機関の冷却
性能ならびにコンデンサ３の放熱効率を最大限に確保す
るようにウォータジャケット２とロアタンク１３の液相
冷媒量を調整する液面制御と、系内の温度を目標温度に
合致させるように冷却ファン１４を＋１１御する温度制
御と、車両走行風が強過き゛るような場合の過冷却現象
を防止する過冷防止ルリ御とからなる。具体的には、ス
テップ３１でη１；１度センザセンによる検出温度と設
定温度（例えは９７℃）との比敦を行い、設定温度より
低い過冷却時には後述する適冷防止制御（ステップ３２
）に移行し、かつ設定温度よシ高い場合には、ステップ
３３〜ステツプ３７の液面制御を行う。

すなわち、ステップ３３でウォータジャケット２内の液
面の高低を第１液面セン−＋７−３２の出力から判断し
、かつステップあてロアタンク１３内の液面の高低を第
２液而センツ゛３４の出力から判断し、夫々の判断結果
に基づき冷媒供給ポンプ４をＯＮ　−ＯＦＦ制御するも
ので、この結果、夫々の液面が常に所定レヘルつｔｂｉ
ｔ液面センサ３２の設定レベルおよび第２液而センサあ
の設定レベルに維持されるのである。一方、温度制御と
しては、ステップあて温度センサおによる検出温度と設
定温度（例えば１００〜１１０℃前後）との比Ｍを行い
、設定温度以上の場合は冷却ファン１４をＯＮ（ステッ
プ３９）とし、設定温度以下の場合は冷却ファン１４　
Ｑ　０ＦＦ（ステップ４０）として、コンデンｖ３にお
ける凝縮の促進あるいは抑制を行う。これによシ系内の
圧力が応答性良く変化し、ウォータジャケット２におけ
る沸騰が直ちに促進あるいは抑制されるので、つ刃−タ
ジャケット２内の温度つまシ機関温度が高精度に設定温
度に維持される。尚、この際の設定温度は、固定的に設
定した値であっても良いが、機関運転状態、例えば機関
回転数、負荷等に応じて可変的に設定することも可能で
あシ、具体的には、ノッキング等の異常燃焼が発生し易
い高負荷域等では比較的低い温度、例えば１００℃程度
とし、通常の市街地走行域では比較的高い温度、例えば
１１０℃程度として、熱効率の向上を図ることが可能で
ある。

また、この通常運転制御は、キーＯＦＦ時まで継続され
るが、その際ステップ４１において冷媒供給ポンプ４お
よび冷却ファン１４がいずれもＯＦＦであることを確認
した後に、ステップ６のエンジンキー停止後の制御への
移行が可能となる。

一方、上記適冷防止制御（ステップ３２　）　ｉｉ、第
７図に示すフローチャートに従って行われる。先ずステ
ップ５１において第１電磁弁２４が開弁され、それまで
密閉状態にあった冷媒循環系が系外のりザーバタンク２
１に接続される。このとき、適冷状態にある循環系内は
負圧化しておシ、ウォータジャケット２内で減圧沸騰が
生じているが、上記のように第１電磁弁ムを開くと、系
内圧力とリザーバタンク２１側大気圧との圧力差ならび
に両者の液面の高低差に起因してリザーバタンク２１か
らコンデンサ３内に液相冷媒が導入され、コンデンーｔ
ｊ３内の液面が高くなる。このときの状態を第１１図に
示すが、このように液相冷媒が導入される結果、系内の
圧力がある程度回復し、ウォータジャケット２内の液相
冷媒の沸点が上昇する。また、コンデンサ゛３のコア部
１２の一部が液相冷媒で占有されるために、その放熱量
が低下し、つまシ気相冷媒の凝朴；が川１　！ｂｌｌさ
れることになって、系内圧力を高めるように作用する。

従って、ウォータジャケット２内の温度は途やかに上昇
し、機関は過冷却状態から脱却することができる。

またステラン５２〜ステツプ５５に示すように、コンチ
ン−！／−３内への液相冷媒導入を行っている間も、ウ
ォータジャケット２内の液面制御は継続さノＬ１つまり
ウォータジャケット２内の液面は常に第１液面センツー
３２の設定レベルに維持される。

−万）上述したように過冷却状態を脱却した後、車両走
イｉ風の四下おるいは機関負荷の増加などによって機門
兄熱月、が二Ｉンデンザ３の放熱量を上相る状態になる
と、蒸気圧の上昇によって系内からリザーバタンク２１
へ液相冷媒が徐々に排出され、コンデンサ３およびロア
タンク１３の−ｉ面が低下する。このロアタンク１３側
の液面が所定レベルっまシ第２液面センｔ３４の設定レ
ベルにまで低下（ステップ５６）シ、かつウォータジャ
ケット２内の温度が設定温度（例えば１００　’Ｃ）に
まで回復（ステップ５７）シた時点で、ステップ５８へ
進み、第１電磁弁討を閉弁する。これにょシ、一連の適
冷防止制御が終了し、冷媒循環系は再び所だ量の冷媒を
封入した状態で密閉されることになる。

第８図は、通常運転制御（ステップ５）あるいは他の制
御の実行中に、エンジンキーをＯＦＦとした場合に移行
するエンジンキー停止後の制御（ステップ６）を示して
おシ、ステップ６１でエンジンキーに関連した各部、例
えば燃料供給系統や点火系統などをＯＦＦとした後に、
ステップ６２で第２電磁弁５を「開」、他の電磁弁別、
　２７　、２９を「閉」とし、次にステップ６３で機関
温度状態を判定する。

これは、循環系内が高圧となっている状態でその密閉状
態を開放すると蒸気の噴出を生じるので、系内が負圧化
する温度に下がるまで待機し、例えば液温か９７℃以下
となった時点で系外に通じる第１電磁弁２４を開く（ス
テップ６４）のである、これによって循環系内にはリザ
ーバタンク２１から予備液相冷媒が導入され、系内の温
度低下に従って、いラボし満水状態となる。伺、このリ
ザーバタンク２１からの冷媒導入時には第３電磁弁２７
は開かれず、かつ冷媒供給ポンプ４も停止しているため
に、リザーバタンク２１からの冷葬は、ロアタンク１３
からコンデンサ３内を経由してウォータジャケット２内
に流入するように流れる。従って、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
内にイ」着した場合でも、この予備液相冷媒の流入によ
って系上方へ確火な排出が行える。

また、このエンジンキー停止後の制御によって、始動か
ら停止までの制御が完了し、この状態で次の始動に備え
ることになるが、前述したように、第１電磁弁別および
＠２％磁弁２５は常開型電磁弁であシ、第３電磁弁ｎお
よび第４１！磁弁２９は常閉型電磁弁であるから、ステ
ップ６４の終了後はバッテリの消耗を伴うことなく、Ｂ
ｒ足の状態を保持できることになる。

次に、上記の停止状態から再始動を行う場合、ｆＡ３図
で説明したように第１電磁弁冴の閉弁時っまシ系内が？
ｒ５温状態であるときにはホットスタート制御（ステッ
プ８）へ移行するのであるが、このホットスタート制御
は２Ｉ！９図に示すフローチャートに従って行わｉＬる
。同、このポットスタート１」制御へ移行したときの各
電磁弁の制御状態は上述したステップ６２０１ｕ制御状
態に等しく、つまり第２電磁弁６が「開」、他の電磁弁
２，１　、２７　、２９が「閉」である。このホットス
ター）　ｉｆｉ制御は、その前の運転時に通常運転制御
（ステップ５）へ進んでいた場合のほか、コールドスタ
ー）　１ｆｆ制御（ステップ３）の途中で機関が停止さ
九だ場合が考えられ、後者の場合冷媒が余分に系内に存
在しているので、ステップ７１〜ステツプ７３において
ウォータジャケット２内が所驚レベルに下がるまで第３
電磁弁２７を開弁し、ウォータジャケット２下部からり
ザーバタンク２１へ液相冷媒を排出する。第３電磁弁ｎ
を閉じた後は、ステップ７４〜ステツプ７７においてウ
ォータジャケット２内の液面に応じて冷媒供給ポンプ４
をＯＮ　−ＯＦＦ制御し、ウォータジャケット２内の液
面をＢ［定レベルに維持する。そして、このウォータジ
ャケット２内の液面制御と同時に、ロアタンク１３内の
液面を監視（ステップ７８）シ、ロアタンク１３内の液
面が所定レベルに下がるまで第１電磁弁別を開弁状態に
保って液相冷媒の排出を継続する。従って、ステップ８
ｏで第１電磁弁冴を閉弁した時点では、コールドスター
ト制御（ステップ３）の終了時点と同様に、密閉した循
環系内に所定音の冷媒が封入された状態となシ、その後
、前述した通常運転制御（ステップ５）へ移行するので
ある。

以上のように、上記実施例においては、循環系外に設け
たリザーバタンク２１と系内との間で液相冷媒を適宜に
移動させることによって、系内からの完全なを気排出が
実現できるとともに、効果的な過冷却の回避を実現でき
、広範囲な運転条件に対し所期の温度＋１１！Ｉ御を継
続的に達成できるのである。そして、系内の負圧化を確
実に防止でき、系内への突気の侵入を招来することがな
い。また、液相冷媒の移動の度に、系内には常に所定量
の冷媒が封入されることになシ、系内冷媒量の人為的な
点検や補給も不用となる。

同、上記実施例においてはクォータジャケット２内の温
度センサ３３によって過冷却を検出しているが、系内圧
力、具体的にはウォータジャケット２上部の気相壁間と
なる領域等に圧力センサを設けて、圧力低下から過冷却
現象を検出することが可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機関
の沸騰冷却装置においては、空気を除去した密閉循環系
内で冷媒の沸騰・凝縮サイクルを行わせることによって
、極めて効率の良い冷却が実現できる一方、このように
高効率であるが故に発生し易い過冷却現象を、速やかに
かつ効果的に回避することが可能であシ、機関の過度の
温度低下による熱効率の低下や系内の負圧化によるシー
ル部の損傷あるいは空気の侵入等を確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示す機能１０ツク図、第２図
はこの発明に係る沸騰冷却装置の一実施例を示す構成説
明図、第３図〜第９図はこの実施例におけるｌｌ１ＩＩ
御の内容を示すフローチャート、第１０Ｍおよび第１１
図は夫々空気枡出制御および適冷防止制御における冷媒
の導入状態を示す説明図である。１・・・内燃イ畏関、２・・・クォータジャケット、３
・・・コンデン１−１４・・・冷媒供給ポンプ、７・・
・蒸気出口、８・・・接続管、９・・・蒸気通路、１３
・・・ロアタンク、１４・・・冷却ファン、１５・・・
冷媒通路、２１・・・リザーバタンク、お・・・補助冷
媒通路、冴・・・第１ｇＬ磁弁、ｂ・・・第２’ｉＴｉ
磁弁、届・・・分岐通路、２７・・・第３′ＲＬ磁弁、
あ・・・孕気１７＋出通路、２９−・・第４電磁弁、３
１・・・制御装置、３２・・・第１液面センサ、３３・
・・温度センサ、３４・・・第２液面センサ、３５・・
・第３液面センサ。第４図第８１囚

Claims

【特許請求の範囲】

（１）上部に蒸気出０が設けられたウォータジャケット
と、上記蒸気出口に接続されるとともに、下部に液化冷
媒を一時貯留するロアタンクを備えたコンテンツ°と、
上舵ロアタンクと上記ウォータジャケットとの間に設り
らｈた冷媒供給ポンプと、上記ウォータジャケット、コ
ンデンサ、冷媒供給ポンプからなる密閉循環系の系外に
設けらｉＬるとともに、上記ロアタンクに開閉弁を介し
て接続され、かつ予備液相冷媒を貯留した大気開放のり
ザーバタンクと、上記ウォータジャケット内の液面を検
出する手段と、上記ロアタンク内の液面を検出する手段
と、検出した両省の液面に基づき、上５１２密閉循集系
内にＰ３Ｉｉ定景の冷媒が封入さオした状態で該循環系
を密閉する初期？′？ｆｔｓ且制御手段と、上記ウォー
タジャケット内の液面に基づき該液面を一定に保つよう
に上記冷媒供給ポンフを制御するポンプ制御手段と、機
関運転中の上！５［２密閉循環系内の異常圧力低下を系
内圧力もしくは系内温度から検知する手段と、この異常
出力低下時に上記開開弁を開制御し、かっこの開制御後
に上記ロアタンク内液面がＤ［定レベルに復帰したとき
に上記開閉弁を閉制御する系内開閉制御手段とを備えて
なる内燃機関の沸騰冷却装置。