JPS6183411A - 内燃機関の沸騰冷却装置における空気排出制御装置 - 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、冷却ジャケット　コンデンサ等からなる冷
媒循環系内に所定量の冷媒を封入し、冷却ジャケット内
で、貯留した液相冷媒を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し、詳し
くは沸騰冷却装置の空気排出制御装置に関する。

〈従来の技術〉 自動車用内燃機関に用いられている周知の水冷式冷却装
置にあっては、冷却ジャケッ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、均一な冷却を実現する
ことが難しいとともに、うジエータにおける熱交換効率
に自ずから限界があることからラジェータや冷却ファン
が大型にならざるを得ない。

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れている（例えば特公昭５７−５
７６０８号公報、特開昭５７−６２９１２号公報等参照
）。これは基本的には、冷却ジャケット内で液相冷媒（
冷却水）を沸騰気化させ、その発生蒸気を外部のコンデ
ンサ（ラジェータ）に導いて放熱凝縮させた後に、再度
冷却ジャケット内に循環供給する構成である。この冷媒
の相変化を利用した冷却装置によれば、冷却水の単純な
顕熱を利用した水冷式のものに比べて気化潜熱を利用で
きるため、極めて少量の冷却水の循環で要求放熱量を満
足でき、かつコンデンサを従来のラジェータよりも大巾
に小型化でき、しかも機関各部の温度分布の均一化が図
れる等の利点が指摘されている。

しかしながら、このように種々の利点を有すると考えら
れている沸騰冷却式の冷却装置も実際には実用化される
に至っていない。すなわち上記特公昭５７−５７６０８
号公報や特開昭５７−６２９１２号公報等に記載のもの
は、冷媒循環系が一部で大気に開放された非密閉構造と
なっており、蒸気化した冷媒の損失が実用上無視できな
い程度に大きく、しかも系内から不凝縮気体である空気
を完全に除去することが困難であるため、残留空気によ
って冷却性能が著しく低下する等の問題を有していた。

本出願人は上記のような実情に鑑み、密閉した冷媒循環
系内に所定量の冷媒を封入して沸騰・鋲縮のサイクルを
行わせるようにした沸騰冷却装置を先に提案している（
特願昭５８−１４５４７０号等）。これは、例えば始動
時に系内を一旦液相冷媒で満たした後に空気の侵入を防
止しつつ余剰冷媒をリザーバタンクに排出することによ
って密閉系内に所定量の冷媒を封入するようにしたもの
であり、機関運転中は、冷媒供給ポンプにより冷却ジャ
ケットに発生蒸気相当分の液相冷媒を循環供給し、常に
所定レベル以上に液相冷媒の液面を保って燃焼室壁等の
確実な冷却を図っている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところでこのような本出願人の提案した沸騰冷却装置に
よると、始動時の前記空気排出制御は系内の液相冷媒温
度が一律に設定値（一定値）以下のときに所定時間だけ
行うシステムとなっていた。

このため特に機関再始動時を考慮した場合、空気排出制
御を行う条件として液相冷媒温度を高く設定しておくと
、再始動時毎に頻繁に空気排出制御が行われるおそれが
あり、結果としてリザーバタンク内の低温の予備液相冷
媒が冷却ジャケット内に供給されて、外気が低温の冬期
等においては再始動時に再び暖機制御を行う必要が生じ
たり、或いは冷媒を室内暖房用ヒータに用いるものにあ
っては冷媒温度の低下によりヒータ性能の低下をもたら
すこととなる。

また空気排出制御条件として液相冷媒温度を低く設定し
ておくと、再始動時に冷媒温度がこの設定温度にまで低
下しなければ空気排出制御が行われなくなる。このため
空気排出処理の回数が少なくなって、冷媒循環閉回路内
特にコンデンサの液相冷媒と気相冷媒との境界に空気が
溜まり易くなる傾向となり、コンデンサの放熱能力が低
下すると共に所望の冷媒沸点温度の制御精度が悪化する
。

上記不都合は空気排出制御条件として冷媒温度のみなら
ず空気排出時間についても同様に発生する。

〈発明が解決しようとする問題点〉 そこで本発明では、外気温度によってヒータ性能、暖機
性能が要求される場合とコンデンサ放熱能力が要求され
る場合との違いがあることに着目し、外気温度若しくは
リザーバタンク内冷媒温度等の関連要素を検出し、その
検出値に応じて空気排出制御条件としての作動開始冷媒
温度、空気排出時間の少なくとも一方を可変設定し、上
記従来装置の不都合を防止する。

く問題点を解決するための手段〉 そのために本発明では液相冷媒が貯留される内燃機関の
冷却ジャケソ）Ａと、気相冷媒が凝縮され該凝縮された
液相冷媒が下部に貯留されるコンデンサＢと、液相冷媒
循環手段Ｃと、を介装し、冷却ジャケットで吸熱し蒸発
した気相冷媒の潜熱をコンデンサＢにおいて放熱する冷
媒ｗｉ環開閉口路を備えると共に、該冷媒循環閉口路り
の下部及び上部に補助冷媒通路Ｅ及び空気排出通路Ｆを
夫々介して連通し、かつ予備液相冷媒を貯留するリザー
バタンクＧと、該リザーバタンクＧ内の予備液相冷媒を
前記冷媒循環閉回路りに強制供給する予備液相冷媒供給
手段Ｈと、前記空気排出通路Ｆを開閉する弁手段■と、
前記冷媒循環閉回路り内の冷媒温度を検出する手段Ｊと
、外気温度若しくはその関連要素を検出する外気温度検
出手段にと、検出された外気温度に応じ予備液相冷媒供
給手段Ｈの作動開始冷媒温度及び作動時間の少な（とも
一方を定める予備液相冷媒供給手段Ｈの作動条件設定手
段りと、該作動条件設定手段りの出力に応じて前記予備
液相冷媒供給手段Ｈ及び前記弁手段■を作動して空気排
出制御を行う空気排出制御手段Ｍと、を備えた空気排出
制御装置とした。

く作用〉 その結果夏場等の外気温度が高い場合には、ヒータ性能
及び暖機性能にさほど影響されず、むしろ機関オーバー
ヒートが生じ易いためにコンデンサの放熱能力が必要と
されることから、外気温度検出手段にの検出信号により
予備液相冷媒供給手段Ｈの作動冷媒温度若しくは作動時
間の少なくとも一方を作動条件設定手段りにより高温若
しくは長時間に設定してお（。これにより空気排出制御
手段Ｍが予備液相冷媒供給手段Ｈ及び弁手段Ｉを回数多
く或いは長時間作動させ、空気排出を良好にしてコンデ
ンサの放熱能力を高める。

逆に冬場等の外気温が低い場合には、多少コンデンサ内
に空気が混入し放熱効率が低下しても、外気温が低いた
めに十分放熱能力を発揮できるから、ヒータ性能、暖機
性能の向上を狙って、空気排出制御のための冷媒温度を
低く設定し若しくは時間を短く設定して空気排出処理回
数を少なくし或いは時間を短縮する。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の１実施例の構成を示し、内燃機関１は
運転中所定量の液相冷媒で満たされる冷却ジャケット２
を備えて、該冷却ジャケット２と気相冷媒を凝縮するた
めのコンデンサ３と、液相冷媒循環手段及び後述する予
備液相冷媒供給手段の一部として機能する電動式の冷媒
供給ポンプ４とを接続して冷媒循環閉回路を構成してい
る。

冷却ジャケット２は、内燃機関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５及びシリ
ンダヘッド６の両者にわたって形成されたもので、通常
気相空間となる上部が各気筒を通じて連通していると共
に、その上部の適宜な位置に蒸気比ロアが設けられてい
る。蒸気比ロアは接続管８及び蒸気通路９を介してコン
デンサ３の上部人口３ａに連通している。接続管８には
冷媒循環系の最上部となる排出管取付部８ａが上方に立
ち上がった形で形成されており、その上端開口をキャッ
プ１０が密閉している。

コンデンサ３は前記入口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１２で凝縮された液化冷媒を一時貯留する
ロワタンク１３とから構成されたもので、例えば車両前
部等の車両走行風を受は得る位置に設置され、更にその
前面或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、前記ロワタンク１３はその比較的下部に冷媒循環
通路１５の一端が接続されていると共に、これより上部
に第１補助冷媒通路１６の一端が接続されている。前記
冷媒循環通路１５はその他端が冷却ジャケット２のシリ
ンダヘッド６側に設けた冷媒人口２ａに接続されたもの
で、中間部に三方型の第２電磁弁１７を備え、かつ該第
２電磁弁１７とロワタンク１３との間に冷媒供給ポンプ
４が介装されている。以上の冷却ジャケット２．コンデ
ンサ３゜冷媒供給ポンプ４．冷却ジャケット２の経路に
よって構成された冷媒循環閉回路により通常運転時には
、例えば水に若干の添加物を加えた冷媒が沸騰・凝縮を
繰り返しながら循環することになる。

この循環閉回路の系外に設けられて、予備液相冷媒を貯
留するリザーバタンク２１は吸気機能を有するキャンプ
２２を介して大気に開放されていると共に、前記冷却ジ
ャケット２と略等しい高さ位置に設置され、かつその底
部に上記の第１補助冷媒通路１６と、第２補助冷媒通路
２３とが接続されている。そして第１補助冷媒通路１６
の通路中には、常開型の第３電磁弁２４が介装されてい
る。また、前記第２補助冷媒通路２３は第２電磁弁１７
を介して冷媒ｗｉ環通路１５に接続されている。　第２
電磁弁１７は励磁されると、冷媒循環通路１５を遮断し
てリザーバタンク２１とロワタンク１３との間を連通状
、態としく流路Ａ）、非励磁状態では第２補助冷媒通路
２３を遮断して冷媒循環通路１５を連通状態（流路Ｂ）
とするものである。

前記冷媒供給ポンプ４としては、正逆両方向に液相冷媒
を圧送できるものが用いられており、上記の流路Ａの状
態で冷媒供給ポンプ４を正方向に駆動すれば、ロワタン
ク１３からリザーバタンク２１へ液相冷媒を強制排出で
き、また逆方向に駆動すればリザーバタンク２１からロ
ワタンク１３へ液相冷媒を強制導入できる。また、流路
Ｂの状態では冷媒供給ポンプ４を正方向に駆動すれば、
ロワタンク１３から冷却ジャケット２へ液相冷媒を循環
供給することができる。

従って冷媒供給ポンプ４及び第２電磁弁１７は液相冷媒
循環手段として機能すると共に予備液相冷媒供給手段と
しても機能するものである。

一方、上記した冷媒循環閉回路の最上部となる排出管取
付部８ａには系内の空気を排出するための空気排出通路
２５が接続されており、空気排出時に該空気排出通路２
５から同時に溢れ出た液相冷媒を回収するために、該空
気排出通路２５の先端部をリザーバタンク２１内に開口
している。この空気排出通路２５には、常閉型の弁装置
である第１電磁弁２６が介装される。

前記各電磁弁２６．１７．２４と冷媒供給ポンプ４及び
冷却ファン１４は、いわゆるマイクロコンピュータシス
テムを用いた制御装置３１によって駆動制御されるもの
で、具体的には冷却ジャケット２に設けた第１液面セン
サ３２．温度センサ３３、ロワタンク１３に設けた第２
液面センサ３４、循環回路最上部に設けた負圧スイッチ
３５及び外気温度若しくはリザーバタンク２１の予備液
相冷媒温度等の関連要素を検出する外気温度センサ３６
の各検出信号に基づいて後述する制御が行われる。従っ
て前記制御装置３１は本発明でいう予備液相冷媒供給手
段及び空気排出用弁手段の作動条件設定手段と、空気排
出制御手段との両機能を含んでいるものである。

ここで、前記第１．第２＠、面センサ３２．３４は例え
ばリードスイッ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３２は
その検出レベルがシリンダヘッド６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３４はその検出レ
ベルが第１補助冷媒通路１６の開口よりもわずかに上方
の高さ位置に設定されている。また、温度センサ３３は
、例えばサーミスタからなり、前記第１液面センサ３２
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、冷却ジセケノト２内の冷媒温度を検出し
ている。また負圧スイッチ３５は、大気系と系内圧力と
の差圧に応動するダイヤフラムを用いたもので、高地、
低地等に係わらず、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
３０ｗＨｇ〜−５０＋ｎＨｇ程度に作動圧を設定しであ
る。尚その他の機関運転状態を検出するための各種セン
サ、例えば機関回転センサ、機関吸入負圧センサ等につ
いては図示していない。

第３図〜第１２図は上記制御装置３１において実行され
る制御の内容を示すフローチャートであって、以下機関
の始動から停止までの流れに沿ってこれを説明する。尚
図中第１〜第３電磁弁２６．１７．２４を夫々「電磁弁
■」、「電磁弁■」・・・のように略記してあり、また
冷却ジャケット２内液面をｒＣ／Ｈ内液面」と略記しで
ある。

第３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（イグニッションキーオン）により制御が開始
すると、Ｓｌのイニシャライズ処理を行った後に、Ｓ２
において外気温度センサ３６による外気温度の判別が行
われ、３３〜Ｓ６において外気温度に応した空気排出制
御開始時の冷媒温度Ｔを設定する。そしてＳ７において
温度センサ３３による検出温度が前記設定温度Ｔより高
いか否かを判断する。、ここで設定温度Ｔ以下の始動（
再始動をも含む）であればＳ８の空気排出制御を行う。

その後ＳＩＯの暖機制御を行い暖機が完了した段階で８
１１の温度制御に入る。この場合３１２において冷却ジ
ャケット２内で冷媒液面レベルが設定値以上にあるか否
かを判断し、３１３で第２．第３電磁弁１７．２４の切
換制御を行ってＳ１４の冷却ジャケット２内冷媒液面レ
ベル制御を行う。

Ｓ１５においては冷媒温度を判断し、Ｓｌｌで行う冷却
ファン制御による温度制御と共にＳ１６．　　Ｓ１７゜
Ｓ１８においてコンデンサ３内の液面レベルを増減制御
する。

次に５１９において冷媒温度が異常高温にあり、かつ冷
却系内が正圧であることを判断した場合に、Ｓ２０にお
いて高温回避制御を行う。これらＳ１１〜Ｓ２０の制御
ループをイグニッションキーオフ時まで繰り返し行う。

一方、Ｓ９で冷媒温度が所定温度以上の場合にはＳｈｏ
の空気排出制御は省略する。

またこの制御中にキーオフの信号が入力されると、第４
図に示す割り込み制御ルーチンが実行される。以下に制
御の詳細を説明する。

！双１番五皿 第５図はＳ８の空気排出制御のフローチャートを示すも
のである。面この機関始動の際に、通常系内は液相冷媒
（例えば水と不凍液の混合液）でほとんど満たされた状
態にあり、またリザーバタンク２１には系内を完全に満
たし得る以上の液相冷媒が貯留されている。空気排出制
御はこの状態から更に系内を完全に満水状態とすること
によって空気を排出するものであり、まずＳ３１で第１
電磁弁２６を開、第２電磁弁１７を流路Ａ、第３電磁弁
２４を閉と夫々制御し、Ｓ３２で冷媒供給ポンプ４を逆
方向へ駆動開始する。

これによりリザーバタンク２１内の液相冷媒が第２補助
冷媒通路２３を介して系内に導入される。これはＳ３３
で所定時間、具体的には系内を満水にするに十分なよう
に予めプログラムタイマ■に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２５を介して系外のりザーバタンク２
１に強制的に排出される。そして所定時間経過した時点
で３３４において冷媒供給ポンプ４をオフにすると共に
、プログラムタイマ■を３３５でクリアする。

上記のような空気排出制御は第３図８２〜Ｓ７で判断し
た外気温度に応じてなされる。即ち外気温度が一５°Ｃ
以下ならば空気排出時の冷媒設定温度（最高温度）はＴ
＝０°Ｃに設定し、−５〜１０℃ならばＴ−３０℃に設
定し、１０〜２５℃ならばＴ−４５℃に設定し、２５℃
以上ならばＴ−７０℃に設定する。

Ｓ７で冷媒温度がこれら外気温度に応じて設定した空気
排出時の冷媒設定温度Ｔ以下であることを判断したとき
に空気排出制御がなされるのである。

従って外気温度が高い程、例えば再始動時等において空
気排出作動時の設定冷媒温度Ｔが高いため、空気排出制
御の頻度が多くなる。

この結果、例えば夏場等の外気温度が高い場合ニハ、ヒ
ータ性能及び暖機性能にさほど影響されず、むしろ機関
のオーバーヒートが生じ易いためにコンデンサ３の放熱
能力が要求されるが、このときには空気排出制御を数多
く行ってコンデンサ３内に空気が溜まることを防止し、
その放熱能力を高める。また逆に冬場等の外気温度が低
い場合には、ヒータ性能、暖機性能を狙って空気排出制
御のための冷媒温度Ｔを低く設定し、空気排出処理回路
を少なくして、空気排出制御時にリザーバタンク２１内
の低温の冷媒が冷却ジャケット２内に流れ込まないよう
にする。このように外気温度が低い場合には多少コンデ
ンサ３内に空気が混入して放熱能力が低下しても低い外
気温度のために放熱能力が悪化することがない。

暖機制御 第６図に示す暖機制御（Ｓ１０）においてはコンデンサ
３内は当然液相冷媒で満たされた状態にあるから、コン
デンサ３の放熱能力は極めて低く抑制され、その結果冷
却ジャケット２内の冷媒温度が速やかに上昇してやがて
沸騰が始まる。

暖機制御は基本的には冷却ジャケット２内の冷媒温度が
目標温度に上昇するまでロワタンク１３とリザーバタン
ク２１とを連通状態に保ったまま待機するものであり、
従って３４１では第１電磁弁２６を閉とし、第２電磁弁
１７をＢ流路とし、第３電磁弁２４を開とした状態で待
機するものである。

Ｓ４３では温度センサ３３で検出した実際の検出温度と
３４２で設定された設定温度との比較を行い、検出温度
が「設定温度＋２．０℃（＝α３）」となったときに３
４５で第３電磁弁２４を閉じて系内を密閉状態とし、そ
の制御を終了する。

Ｓ４２における設定温度算出は、機関の回転速度及び負
荷等の運転状態に応じて随時機械的に設定されるもので
、例えば第１２図に示すように８０′Ｃ〜１１０℃程度
の範囲内で定められる（以下の冷媒温度制御についても
同様である）。

一方、この暖機制御の間、系内は大気圧下に開放されて
いるため、設定温度が略１００℃を越える場合等では、
発生蒸気圧によって系内の液相冷媒がリザーバタンク２
１に押し出される結果、冷媒温度が設定温度に達する前
に冷却ジャケット２内の液面やロワタンク１３内の液面
が過度に低下する。

これに対処するため、いずれか一方の液面が第１液面セ
ンサ３２或いは第２液面センサ３４の設定レベルを下回
ったとき、即ちＳ４４においてＮＯのときには直ちにＳ
４５で系内を密閉してこの制御を終了する。

冷媒温度制御 暖機制御の終了後は、前述したようにＳｌｌ−Ｓ２０の
制御ループが繰り返されることになるが、この制御ルー
プは冷却ファン１４のオンオフにより微細な温度制御を
行うＳｌｌの第７図に示すファン制御と液相冷媒の循環
供給により、冷却ジャケット２内の液面を設定レベル以
上に保つ第３図Ｓ１４の液面制御（第８回）と、検出温
度が目標とする設定温度から比較的大きく離れた場合に
実質的放熱面積の拡大、或いは縮小を行う第３図３１７
のコンデンサ内液位低下制御（第１０図）及び第３図３
１７のコンデンサ内液位上昇制御（第１１図）とに大別
される。

（コンデンサ内液位低下制御） まず前述したように第６図に示す暖機制御において検出
温度が「設定温度＋２゜０°Ｃ（−α３）」となった状
態でこの制御ループに進んできた場合について説明する
と、第７図の３５２．　　Ｓ５３で冷却ファン１４をオ
ンとすると共に、既にＳ１５における上限温度「設定温
度＋２．０℃（＝α３）」を越えているので、直ちに第
１０図のコンデン内液位低下制御に入る。

このコンデンサ内液位低下制御はコンデンサ３内の液相
冷媒を冷媒供給ポンプ４によりリザーバタンク２１へ強
制的に排出しくＳ６１．　５６２）　、コンデンサ３内
の液面を低下させてコンデンサ３の放熱面積を拡大し、
放熱能力を高めるものであり、その排出は検出温度が「
設定温度＋１．０℃（＝α、）」の温度に低下するまで
継続され（５６８，５６９）、最後に系内を３７０で密
閉して終了する。上記の終了温度は冷却ファン１４のみ
に依存する条件であるＳ１５の上限温度「設定温度＋２
．０°ｃ　（＝α３）」と下限温度「設定温度−４，０
°ｃ　（＝α４）」の範囲内でかつ設定温度より若干高
温側に設定しであるが、これは液面の下降に対する温度
変化の応答性を考慮したものである。

一方、上記コンデンサ３内の冷媒をリザーバタンク２１
内へ排出−する間にも冷却ジャケット２内では冷媒が沸
騰し続けるので、徐々にその液面が低下していく。この
冷却ジャケット２側液面が設定レベル以下となった場合
には、これを第１０図の８６３で判断し、Ｓ６５の冷却
ジャケット２内冷媒液面低下異常チェック制御（第９図
）を行う。

即ち、冷却ジャケット２内液位低下が５７１でコンピュ
ータプログラムタイマ■により所定時間例えば１０秒以
内である場合にはＳ７２に進んで冷媒供給ポンプ４を正
転させて、第２電磁弁１７を流路Ｂ。

第３電磁弁２４を閉として、一時コンデンサ３から冷却
ジャケット２へ液相冷媒の補給を行って、第１液面セン
サ３２の設定レベルに冷却ジャケット２内液位制御を行
う。

若し５７１で冷却ジャケット２内の冷媒液面低下が１０
〜２０秒の間継続したことがわかった場合には異常であ
ると判断し、コンデンサ３のロワタンク１３に冷媒を補
給制御しつつ冷却ジャケット２にロワタンク１３内の冷
媒供給を行う。即ちＳ７３で負圧スイッチ３５により系
内が負圧であるか否か判断する。負圧である場合には第
２電磁弁１７をＢ流路、冷媒供給ポンプ４を正転のまま
第３電磁弁２４を開とすれば、リザーバタンク２１内の
予備液相冷媒は圧力差によりコンデンサ３のロワタンク
１３内に導入されるから、コンデンサ３内の液相冷媒は
その液面レベル低下が防止されつつ同時にロワタンク１
３から冷却ジャケット２内へ補給され冷却ジャケット２
内の冷媒液面を上昇させて液面センサ３２の設定レベル
へ復帰させる。

Ｓ７３で系内が正圧であることがわかった場合には、３
７４で第２電磁弁１７をＡ流路に切り換えかつ第３電磁
弁２４を閉じた状態で冷媒供給ポンプ４を逆転させる。

これによりリザーバタンク２１内の予備液相冷媒は冷媒
供給ポンプ４により強制的にコンデンサ３内に圧送補給
され、ロワタンク１３内の冷媒液面レベルを上昇する。

次に冷却ジャケット２内の冷媒液面が所定レベルより低
下してから１０〜２０秒間の上記コンデンサ内冷媒液面
上昇制御が行われた後でも未だ冷却ジャケット２内の液
面レベルが設定値以下の場合にはＳ７６に進んでプログ
ラムタイマ■をクリアし、再びＳ７１に戻ってその後１
０秒以内は再びＳ７２に進みコンデンサ３のロワタンク
１３から補給した冷媒を冷却ジャケット２内に供給する
。これらの繰り返し作用により、冷却ジャケット２内の
液面レベル異常低下防止と同時にコンデンサ３内の冷媒
液面レベル異常低下防止を図る。

このようにして冷却ジャケット２内に比較内冷たい冷媒
が補給される結果、冷媒液面異常低下が防止され、沸騰
冷却が継続されて燃焼室壁のオーバーヒートが防止され
ると共に冷却ジャケット２内の冷媒温度が低下し蒸気圧
が低下するから系内圧力が低下して液相冷媒過少による
冷媒沸点上昇が抑制され、キャビテーションの発生を未
然に防止する。

向上記コンデンサ内液面低下制御を行うにあたり万一コ
ンデンサ３内の液面を最大限に低下させても、放熱能力
不足が回避できずに第２液面センサ３４による設定レベ
ルにまで液面が下降してしまった場合には、系内の蒸気
がリザーバタンク２１内へ流出するのを防止するために
３６７でこれを判断し、５７０において第２電磁弁１７
をＢ流路とし、リザーバタンク２１内の負圧を解除して
上記コンデンサ３内の冷媒液面低下制御を解除する。

また、同様の理由から第３図８１６でコンデンサ３内の
液面が第２液面センサ３４の設定レベル以下である場合
にも上記コンデンサ３内水位低下制御を行わない。

一方、上記のようにコンデンサ３内の液面が適宜に制御
されて機関発熱量とコンデンサ３の放熱量とがその沸点
のもとで略平衡し、系内が密閉された後は、第３図８１
６で示すファン制御による冷媒温度制御（第７図）と、
Ｓ１４に示す冷媒供給ポンプ４による液面制御に基づく
冷媒温度制御（第８図）とを繰り返し行う。

（ファン制御） 第７図に示すファン制御においては、系内湯度を更に高
精度に、具体的には「設定温度＋０．５℃（＝αＩ）」
と「設定温度−０，５℃（＝α２）」との間（Ｓ５２）
に維持するように冷却ファン１４のみをオンオフ制御（
Ｓ５３．　５５４）する。

（ポンプ制御） 液面制御においては第８図に示すように冷却ジャケット
２内の液面が設定レベル以上となった場合に、これを５
５５で判断し、コンデンサ３側から冷却ジャケット２へ
の液相冷媒の供給を停止する（Ｓ５６．　５５７）。冷
却ジャケット２内液面が設定レベル以下の場合には、５
５８で示すように冷却ジャケット２内液位低下異常チェ
ック制御を行う。

これは、既に第９図について説明した。

（コンデンサ内液位上昇制御） また、車両走行風の増大等の外乱や運転条件の変化に伴
う設定温度自体の変化によって系内温度が３１５の下限
温度「設定温度−４゜０°ｃ　（＝α４）」を下回った
場合には、第１１図に示すコンデンサ３内液位上昇制御
を開始する。これは、リザーバタンク２１内の液相冷媒
をコンデンサ３側に導入して、コンデンサ３内の液面を
上昇させることにより放熱能力を抑制する制御である。

尚この実施例においては、液相冷媒の導入に際して冷媒
供給ポンプ４の逆方向駆動による強制導入と、系内外の
圧力差を利用した冷媒導入とを併用している。即ち、負
圧スイッチ３５の信号により系内がＳ８１で負圧状′　
態にある場合には、Ｓ８２で第３電磁弁２４を開とし、
第２電磁弁１７をＢ流路にして第１補助冷媒通路１６を
介し、系内外の圧力差を利用した冷媒導入を行う。この
冷媒導入は検出温度が「設定温度−３，０’Ｃ（＝α、
）」の温度に上昇するまで継続され（３８４、３８５）
　、最後に系内を５８６において密閉して終了する。

上記の終了温度は、やはり液面の上昇に対する温度変化
の応答性を考慮したものである。またこの冷媒導入中に
冷却ジャケット２内の液相冷媒が不足した場合には、冷
媒供給ポンプ４による冷媒補給を３８３で行う。これは
第８図において説明した。

系内が正圧下にある場合、或いは上述の冷媒導入中に正
圧となった場合には、Ｓ８７に進んで第３電磁弁２４を
正とし、冷媒供給ポンプ４の逆方向駆動によりリザーバ
タンク２１からコンデンサ３内へ液相冷媒を強制導入す
る（Ｓ８９．　５９０）。この強制導入の場合も検出温
度が「設定温度−３，０℃（＝αｂ）」の温度に上昇す
るまで継続される（Ｓ８４゜５８５）。

また、この冷媒４人中に冷却ジャケット２内の液相冷媒
が不足する場合には、第２電磁弁１７を流路Ａに切換え
て冷媒供給ポンプ４を正方向に駆動し、冷媒の補給を行
う（Ｓ８８．　　Ｓ９１．　３９２）　。

上記のコンデンサ３内液位上昇制御の結果、系内温度が
５１５の上限温度〜下限温度に導かれた後は、やはり前
述した冷却ファン１４のみによる第７図に示す温度制御
が行われる。

このようにコンデンサ３内の液面制御は系内湯度を常に
「設定温度＋２．０℃」と「設定温度−４，０℃」の範
囲内に導（ように５１５で行われるものであり、例えば
運転条件の急変により設定温度が大きく変化した場合に
も、コンデンサ３の放熱能力を広範囲にかつ速やかに変
化させ得ると共に、これによる凝縮量変化が直ちに冷却
ジャケット２側冷媒の沸騰の抑制、促進として影響を及
ぼすので、極めて良好に設定温度に追従させることがで
きる。

そして冷却ファン１４の制御は系内温度を更に「設定温
度±０．５”ＣＪの範囲内（Ｓ５２）に専くように行わ
れ、これによって一層高情度でかつ応答性の良い温度制
御が達成されるものである。

キーオフ制御 次に第１２図に基づき、機関のイグニッションキーがオ
フ操作された場合に割り込み処理されるキーオフ制御に
ついて説明する。

これはまず設定温度を５１０４で８０°Ｃに設定するこ
とにより前述したコンデンサ３内液位低下制？ＩＩ＋を
行わせ、コンデンサ３の放熱能力を最大限に利用すると
共に、５１０５で設定された最大１０秒程度に冷却ファ
ン１４を駆動して強制冷却（Ｓ１０５　、　５１０６、
　Ｓ　１０８）　Ｌ、系内が十分低い温度（例えば８０
℃以下）になる（３１０３）か、或いは一定時間（例え
ば６０ｓｅｃ）経過したこと＜５１０８）を条件として
電源をオフ（３１０９）とする。この電源オフにより常
閉型電磁弁である第１電磁弁２６は閉に、常開型電磁弁
である第３電磁弁２４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２１から第１
補助冷媒通路１６を介して液相冷媒が自然に導入され、
最終的には系全体が液相冷媒で満たされた状態になって
次の始動に備えることになる。

また上記の液相冷媒の導入の際には、コンデンサ３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わ
ずかに空気が侵入し、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われる。

一方、上記のキーオフ制御中に再度イグニッションキー
がオン操作される場合もあるが、この場合には５１０２
（７）判断テ５１１ｏ−８１１１へ進み、予め５１０１
で退避させた情報に基づいて冷却ファン１４及び設定温
度を復帰させると共に、Ｓ　１０５．　Ｓ　１０８のプ
ログラムタイマ■、■を５１１１でクリアし、キーオフ
前に進行していた制御状態に戻すのである。

沸騰冷却制御の制御の概要は上述の通りであるが、空気
排出制御に関しては、外気温度に応じて空気排出制御時
の作動条件である冷媒温度Ｔを定めて空気排出制御回路
を変化させる他に、第１３図３２１〜Ｓ２４に示すよう
に、外気温度が高くなるにつれて第５図Ｓ３３のプログ
ラムタイマ■の設定時間を作動条件とし空気排出制御時
間を長くして、空気排出を充分に行いコンデンサ３の放
熱効果を高めるようにしてもよい。この場合、８３〜Ｓ
６の冷媒設定温度Ｔを一定にしてもよい。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によると外気温度に応じ空気排
出制御回路若しくは時間の少なくとも一方を多く若しく
は長くしたので、外気温度が高い場合には空気排出を充
分に行ってコンデンサの放熱効果を高め、機関の過熱を
防止すると共に沸騰冷却制御の精度向上を図り、かつコ
ンデンサの小型化に寄与できる一方、外気温度が低い場
合には空気排出による冷媒温度の低下を防止してヒータ
性能、暖機性能を向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を示すクレーム対応図、第
２図は本発明の１実施例を示す構成説明図、第３図〜第
１２図は夫々本実施例における制御の内容を示すフロー
チャート、第１３図は第３図■−■部における本発明の
他の実施例を示すフローチャート妻部である。 １・・・内燃機関　　２．Ａ・・・冷却ジャケット３．
８・・・コンデンサ　　４・・・冷媒供給ポンプ１４・
・・冷却ファン　　１５・・・冷媒循環通路　　１６・
・・第１補助冷媒通路　　１７・・・第２電磁弁　　２
１．Ｇ・・・リザーバタンク　　２３・・・第２補助冷
媒通路２５、Ｆ・・・空気排出通路　　２６・・・第１
電磁弁（弁手段■）３１・・・制御装置　　３３・・・
温度センサ（冷媒温度検出手段Ｊ）３６・・・外気温度
センサ（外気温度検出手段Ｋ）　　　Ｃ・・・液相冷媒
循環手段Ｄ・・・冷媒循環閉回路　　Ｅ・・・補助冷媒
通路Ｈ・・・予備液相冷媒供給手段　　Ｌ・・・作動条
件設定手段　　Ｍ・・・空気排出制御手段 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 第３図 その１ 第３図 その２ 第４図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液相冷媒が貯留される内燃機関の冷却ジャケットと、気
   相冷媒が凝縮され該凝縮された液相冷媒が下部に貯留さ
   れるコンデンサと、液相冷媒循環手段と、を介装し、冷
   却ジャケットで吸熱し蒸発した気相冷媒の潜熱をコンデ
   ンサにおいて放熱する冷媒循環閉回路を備えると共に、
   該冷媒循環閉回路の下部及び上部に補助冷媒通路及び空
   気排出通路を夫々介して連通しかつ予備液相冷媒を貯留
   するリザーバタンクと、該リザーバタンク内の予備液相
   冷媒を前記冷媒循環閉回路に強制供給する予備液相冷媒
   供給手段と、前記空気排出通路を開閉する弁手段と、前
   記冷媒循環閉回路内の冷媒温度を検出する手段と、外気
   温度若しくはその関連要素を検出する外気温度検出手段
   と、検出された外気温度に応じ予備液相冷媒供給手段の
   作動開始冷媒温度及び作動時間の少なくとも一方を定め
   る予備液相冷媒供給手段の作動条件設定手段と、該作動
   条件設定手段の出力に応じて前記予備液相冷媒供給手段
   及び前記弁手段を作動して空気排出制御を行う空気排出
   制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の沸騰
   冷却装置における空気排出制御装置。