JPS6183429A - 内燃機関の沸騰冷却装置における冷媒温度制御装置 - 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〉 本発明は冷却ジャケット内に液相冷媒を貯留しておき、
その沸賊気化により内燃機関の冷却を行うとともに、発
生した冷媒蒸気をコンデンサにより凝縮して再利用する
ようにした内燃機関の沸騰冷却装置の冷媒温度制御装置
に関し詳しくはコンデンサ内冷媒液位上昇制御を行って
冷媒温度の過冷却を防止する装置に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関の温度は周知のように機関の熱効率や充填効率
或いは耐ノツク性能等に直接に影響する他、油粘性によ
る摩擦損失等に影響し、機関の燃料消費率や最大出力、
或いは騒音の大小等を左右する要因となる。しかし従来
の一般的な水冷式冷却装置にあっては、サーモスタット
にて流路を切り換えることによりＹ！を機時の過度の冷
却を防゛止している程度に過ぎず、温度制御はなされて
いないに等しい。

また、電動ファンのオンオフにより温度制御を行おうと
しても冷却系内に多量の冷却水が循環しており、その全
体の温度変化を待たなければならないので、負荷や回転
速度等、運転条件に応じて可変的に設定した目標温度に
応答性良（追従させることは全（不可能であり、上述し
た熱効率等を考慮した高精度な温度制御は到底実現でき
ないものである。

一方、上記のような冷却水の単純な温度変化を利用した
冷却装置に対し、冷媒（冷却水）の液相−気相の相変化
を利用した冷却装置も種々提案されている（例えば特公
昭５７−５７６０８号公報１、特開昭５７−６２９１２
号公報等）。

これは基本的には冷却ジャケット内で貯留状態にある液
相冷媒を沸騰させ、その発生蒸気を外部のコンデンサ（
ラジェータ）に導いて、放熱液化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って、冷却ジャケッ
ト内の各部の温度を冷媒沸点に均一に維持できると共に
、コンデンサにおける熱交換効率を凝縮潜熱を利用して
飛躍的に向上させ得る利点が指摘されている。

そしてこのように相変化を利用する場合には、冷却ジャ
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るので、運転条件に
応じた応答性の良い温度制御を実現し得る可能性がある
。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし従来この種冷却装置においては、上記のように系
内圧力に応じて温度が直ちに変動するということは、む
しろこの種冷却装置の実用化を困難にする大きな欠点で
あると考えられていた。即ち冷却ジャケットやコンデン
サ等からなる冷却系内を密閉した構成では、例えば自動
車用機関に適用した場合に機関発熱量が広範に変化し、
しかも効率の良いコンデンサの放熱能力が車両走行風の
大小に殆ど支配されてしまうことから、両者の平衡がく
ずれ易くなり、これが直ちに温度変化として現れてしま
うので、コンデンサに対する冷°却ファンの送風量を多
少変化させた程度では到底制御することができないので
ある。

それ故、上記の先行文献゛にみられるように従来装置で
は冷却系内を大気に一部で連通させて実質的に非密閉構
造とし、大気圧下での冷媒沸点に固定的に維持するよう
に構成しており、結局上述したような運転条件に応じた
温度制御は実現されていない。

しかしながら、やはり沸騰冷却装置を密閉構造即ち閉回
路で構成し、上記の如（系内圧力を変化させて冷媒沸点
を上下させ、機関運転状態に応じて機関温度を自由に制
御したいものであることはいうまでもない。

、そこで本発明者らは通常運転領域で冷媒循環閉回路を
構成することが可能な沸騰冷却装置を提供し、特に冷媒
沸点温度が低下し過ぎないようにして冷媒温度を自由に
制御可能にすることを目的とする。

〈問題点を解決するための手段） そのために本発明では第１図に示すように、液相冷媒が
貯留される内燃機関の冷却ジャケラ）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Ａ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循環閉口路りを備えると共に
、前記冷媒循環閉回路り外に設けられ予備液相冷媒が貯
留されるリザーバタンクＥと、Ｓ亥すザーバタンクＥと
前記コンデンサＢ下部とを電磁弁Ｆを介して連通ずる第
１補助冷媒通路Ｇと、前記リザーバタンクＥと前記コン
デンサＢ下部とを補助冷媒供給手段Ｈを介して連通ずる
第２補助冷媒通路Ｉと、前記冷媒循環閉回路り内の圧力
を検出する圧力検出手段Ｊと、前記冷媒循環閉回路り内
の液相冷媒′温度を検出する温度検出手段にと、該温度
検出手段Ｋが第１の設定温度Ｔ１以下を検出した時に前
記電磁弁Ｆ及び補助冷媒供給手段Ｈを選択的に作動させ
るコンデンサ内液位上昇制御手段りと、を備え、該コン
デンサ内液位上昇制御手段りは、前記温度条件を満足す
ると共に、前記圧力検出手段Ｊが所定値Ｐ、を下まわる
圧力を検出したときに前記電磁弁Ｆを開弁作動させる第
１の制御手段Ｌ＋と、前記圧力検出手段Ｊが所定値Ｐ、
以上の正圧を検出したとき及び前記圧力検出手段Ｊが所
定値Ｐ、を下まわる圧力を検出しかつ前記温度検出手段
Ｋが前記第１の設定温度Ｔ１より低い第２の設定温度Ｔ
２以下を検出したときに前記補助冷媒供給手段Ｈを作動
させる第２の制御手段Ｌ２と、を備える。

く作用〉 従ってかかる構成によると、冷媒温度が第１設定温度Ｔ
、以下に低下した場合には、冷媒循環閉１回路り内の圧
力をモニターし、該圧力が所定値Ｐ１以下の圧力であれ
ば第１の制御手段り、により電磁弁Ｆを開弁して、差圧
によりリザーバタンクＥ内の予備液相冷媒をコンデンサ
Ｂ内に補給しコンデンサＢ内の冷媒液面を上昇させる。

しかし検出圧力の誤動作等により前記差圧が小さいため
或いは電磁弁Ｆの故障・目詰まり等により上記冷媒補給
が充分になされず冷媒温度が低下し第２設定温度Ｔ２以
下に低下するような場合には、第２の制御手段り、によ
り補助冷媒供給手段Ｈを作動させて強制的にリザーバタ
ンクＥ内の予備液相冷媒をコンデンサＢ内に補給してコ
ンデンサＢ内の冷媒液面を更に上昇させる。まん前記圧
力が所定値２１以上の正圧であれば電磁弁Ｆを開弁じて
もコンデンサＢ内の液相冷媒がリザーバタンクＥに逆流
するだけであるので、電磁弁Ｆを閉弁し第２の制御手段
Ｌ２により補助冷媒供給手段Ｈを作動させて強制的に補
助冷媒をコンデンサＢ内に補充する。

補助冷媒供給手段Ｈの作動はエネルギ的にロスし易いの
で単に電磁弁を開くだけで差圧により冷媒補給できる第
１補助冷媒通路Ｇを可及的に使用したいが、その不都合
発生時及び使用不能時には第２補助冷媒通路Ｉを使用す
るのである。このようにコンデンサ内における液相冷媒
の液面レベルを上昇制御することによりコンデンサの放
熱面積を変化して放熱効率を増減し、もって閉回路の系
内圧力を変化させて冷媒沸点の過度の低下を防止し所望
の冷媒温度を得るのである。これにより冷媒温度制御特
に過度の低温防止制御は、コンデンサの下部に貯留され
る液相冷媒の液面上昇制御によっても行うことができる
ようになり、走行風量変化による悪影響を充分に補償で
きるようになって、冷媒循環回路を閉回路に構成し、機
関発熱量が広範に変化する自動車用内燃機関の冷媒温度
の過度の低下を防止する。

〈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、電動式の冷媒循環ポンプ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の上部入口に連通している。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
プが密閉している。

コンデンサ３は前記入口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ア
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、前記ロアタンク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！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とロアタンク１３との間に冷媒循環ポンプ
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゜冷媒循環ポンプ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は通気機能を有するキャップ
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
を介して冷媒循環通路１５に接続されている。第２電磁
弁１７は非励磁状態では、冷媒循環通路１５を遮断して
リザーバタンク２１とロアタンク１３との間を連通状態
としく流路Ａ）、励磁されると第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。

前記冷媒循環ポンプ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
態で冷媒循環ポンプ４を正方向に駆動すれば、ロアタン
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
アタンク１３へ液相冷媒を強制導入できる。従って第２
電磁弁１７が流路Ａを採った場合には冷媒循環ポンプ４
の逆転作用及び第２電磁弁１７は補助冷媒供給手段とし
て機能する。また、流路Ｂの状態では冷媒循環ポンプ４
を正方向に駆動すれば、ロアタンク１３から冷却ジャケ
ット２へ液相冷媒を循環供給する液相冷媒循環手段とし
て機能する。これら液相冷媒循環手段及び補助冷媒供給
手段は夫々別系統にして設けてもよい。

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、常閉型の第１電
磁弁２６が介装される。

前記各電磁弁２６．１７．２４と冷媒循環ポンプ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（後述する第１及び第２制御
手段を有するコンデンサ内液位上昇制御手段を含む）に
よって駆動制御されるもので、具体的には冷却シャケ、
ソト２に設けた第１液面センサ３２．温度センサ３３、
ロアタンク１３に設けた第２液面センサ３４及び循環回
路最上部に設けた圧力センサ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、前記第１．第２液面センサ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、液相冷媒温度の検出
手段として機能する温度センサ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
却ジャケット２内の液相冷媒温度を検出している。また
圧力センサ３５は、大気と冷媒循環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、系内が所
定値Ｐ、以上の正圧であるか否かを検出する冷媒循環閉
回路の圧力検出手段を構成している。前記所定値Ｐ１は
大気圧近傍の値であって実際には正圧か負圧かを検出す
るといってもよい。尚その他の機関運転状態検出手段と
しての各種センサ、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か再始動であるかを判
断する。具体的にはＳ２において温度センサ３３による
検出温度が所定温度（例えば４５℃）より高いか否かを
判断する。ここで所定温度以下、つまり冷機状態の初期
始動であればＳ３の空気排出制御を経てからＳ４の暖機
制御へ進み、暖機が完了した段階で３５の温度制御に入
る。この場合Ｓ６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、Ｓ７で第
２．第３電磁弁１７．２４の切換制御を行って８８の冷
却ジャケット２内冷媒液面レベル制御を行う。Ｓ９にお
いては冷媒温度を判断し、Ｓ５で行う冷却ファン制御に
よる温度制御と共にＳＩＯ，Ｓ１１．　５１２において
コンデンサ内の液面レベルを増減制御する。

次に３１３において冷媒温度が異常高温にあり、かつ冷
却系内が２１以上であることを判断した場合に、Ｓ１４
において高温回避制御を行う。これら８５〜Ｓ１４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、Ｓ２で冷媒温度が所定温度以上の場合には再始動
時であると判断し、この場合には冷却系内に経時的な空
気の侵入が考えられないので、Ｓ３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。該割り込
み制御ルーチンについては後述する。

庄りＪし旧匪匪 第５図はＳ３の空気排出制御のフローチャートを示すも
のである。尚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で冷媒循環ポンプ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、ｍ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において冷媒循環ポンプ４をオフにすると共に
、プログラムタイマ■を３３５でクリアし、第６図に示
す暖機制御（Ｓ５）へ進む。

里１３１１鰻 暖機制御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（設定値）に上昇するまでロアタンク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。

３４３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。

一方、この暖機制御の間、系内は大気圧下比開放されて
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内の液面やロアタンク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３
４５で系内を密閉してこの制御を終了する。

盈呈星皮圀囮 暖機制御の終了後は、前述したように８５〜Ｓ１４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Ｓ５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、冷却シャケ７）２内の液面を設定レベル以上に
保つ第３図８８の液面制御（シリンダヘッド内液−位低
下異常チェック制御を含む）（第８図）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５１２のコ
ンデンサ内液位低下制御（第１０図）及び第３図５１２
の本発明に係るコンデンサ内液位上昇制御（第１１図）
とに大別される。

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℃（＝α、）」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Ｓ９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。

（コンデンサ内液位低下制御） 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
冷媒を冷媒循環ポンプ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（Ｓ６８．　５６９）、最後に系内を５７０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Ｓ９の上限温度「設定温度＋２
．０℃（＝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。

液相冷媒の設定温度（設定値）は機関回転速度と負荷と
の関係において随時機械的に設定される（電子燃料噴射
式内燃機関の場合は負荷は噴射パルス幅等を検出する）
。

（冷却ジャケット内冷媒液面低下異常チェック制御） 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８図の３５５で判断し、３５８の冷却ジャ
ケット２内冷媒液面低下異常チェック制ｗＪ（第９図）
を行う。

即ち、冷却ジャケット２内液位低下が８７１でプログラ
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に進んで冷媒循環ポンプ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
ケット内液位制御を行う。

若し３７１で冷却ジャケット内の冷媒液面低下が１０〜
２０秒以上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のロアタンク１３に冷媒を補給
制御しつつ冷却ジャケット２にロアタンク１３内の冷媒
供給を行う。即ちＳ７３で圧力センサ３５により系内が
所定値２０以上の正圧を下まわるか否か判断する。下ま
わる（実質的に負圧）場合にはＳ７５で第２電磁弁１７
をＢ流路、冷媒循環ポンプ４を正転のまま第３電磁弁２
４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のロアタンク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アタンク１３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
を上昇させて第１液面センサ３２の設定レベルへ復帰さ
せる。

Ｓ７３で系内が２１以上であることがわかった場合には
、Ｓ７４でプログラムタイマ■が１０〜２０秒の範囲で
液面レベルが継続して異常低下していれば、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
態で冷媒循環ポンプ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
循環ポンプ４により強制的にコンデンサ３内に圧送補給
され、ロアタンク１３内の冷媒液面レベルを上昇する。

次に２１以上にある冷却ジャケット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３７１に
戻ってその後１０秒以内は再びＳ７２に進みコンデンサ
のロアタンク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内の冷媒液面
レベルの異常低下防止を図る。

このようにして冷却ジャケット２内に比較約６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、Ｓ７０において第２電磁弁１７
をＢ流路とし、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ＳＩＯ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３
５で示すファン制御による冷媒温産制′４′Ｂ（第７図
）と、Ｓ８に示す冷媒循環ポンプ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。

（ファン制御による冷媒温度制御） 第７図に示すファン制御においては、系内温度を更に高
精度に、具体的には「設定温度＋０．５℃（＝α１）」
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。

（ポンプ制御による液面制御） また、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下となった場合に、こ
れを５５５で判断し、コンデンサ３側から冷却ジャケッ
ト２へと液相冷媒を供給し、その液面を設定レベルに保
持する（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、
３５８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図において説明し
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３９の下限温
度（第１設定温度）Ｔ、＝ｒ設定温度−４，０℃（＝α
４）」を下回った場合には、第１１図に示す本発明に係
るコンデンサ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。具体的には液相冷媒の導
入に際して系内外の圧力差を利用した冷媒導入（第１制
御手段）と冷媒循環ポンプ４の逆方向駆動による強制導
入（第２制御手段）と、を併用し゛ている。即ち、圧力
センサ３５の信号により系内が３８１でＰ、を下まわる
（実質的には負圧）状態にある場合には、制御装置３１
の第１制御手段により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
ｋ）」の温度に上昇するまで継続され（Ｓ８４．　５８
５）　、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
媒循環ポンプ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２１以上にある場合、或いは上述の冷媒導入中に
２１以上となった場合には、制御装置３１の第２制御手
段がａ能してＳ８７に進み第３電磁弁２４を閉とし、冷
媒循環ポンプ４の逆方向駆動によりリザーバダンク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℃（−α、）」の温度に上昇するまで継続
される（３８４．　３８５）。

また、この冷媒導入中に３８８により冷却ジャケット２
内の液相冷媒が不足したことを知った場合には、第２電
磁弁１７を流路Ｂに切換えて冷媒循環ポンプ４を正方向
に駆動し、冷媒の補給を行う　（５８８、Ｓ９１．　５
９２）。

ところで３８１〜Ｓ８５のフローを第１制御手段によっ
て行っても冷媒温度が低下し〔設定値−１１０’Ｃ（＝
α７）〕＝第２設定温度Ｔ２以下となった場合には、第
３電磁弁２４を開弁じて差圧によりリザーバタンク２１
内の予備液相冷媒をコンデンサ３に導入してもコンデン
サ内冷媒液位が要求量だけ上昇せず、コンデンサ３の放
熱量が勝って冷媒温度が低下したと判断する。その原因
としては圧力センサ３５が検出するＰｌに該センサ３５
の故障等により狂いが生じる等してコンデンサ３とリザ
ーバタンク２１との間の差圧が充分でなくなったこと、
第３電磁弁２４が故障し或いは詰まりを生じて゛第１補
助冷媒通路１６の通路面積が絞られ若しくは遮断され冷
媒導入が円滑になされなくなったこと、更にはリザーバ
タンク２１内の予備液相冷媒が不足したこと等が考えら
れる。このような場合には３９３で警報器３７を作動さ
せることにより異常警告を行って故障の発見、修復を促
すと同時に第２制御手段の作用により前記した３８８〜
３９２に基づき冷媒循環ポンプ４を作動させて第２補助
冷媒通路２３を介しリザーバタンク２１内の予備液相冷
媒を強制的にコンデンサ３に補給し、コンデンサ３内の
冷媒液面レベルを上昇させてコンデンサ３の放熱面積を
縮小し、放熱量を低減して冷媒温度を上昇させる。

尚、上記シリンダヘッド内の冷媒液面制御は本発明の対
象とするものではない。

上記のコンデンサ内液位上昇制御の結果、系内温度がＳ
８５で〔設定値−α４℃）＝Ｔ、以下〔設定値−α６℃
〕以上に導かれた後は、３８６に進みやはり前述した冷
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温度を常に
「設定温度＋２．０°Ｃ」と「設定温度−４，０℃」の
範囲内に導くように８９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　ｃ　Ｊの範囲内（Ｓ５２）に導くように行
われ、これによって一層高精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。

次に第４図及び第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３１０２で８０℃に設定すること
により前述したコンデンサ３内液位低下制御を行わせ、
コンデンサ３の放熱能力を最大限に利用すると共に、５
１０３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（３１０３、５１０４、５５３）　
Ｌ、系内が十分低い温度（例えば８０℃）になる（ＳＩ
ＯＩ　）か、或いは一定時間（例えば６０ｓｅｃ）経過
したこと（Ｓ１０６）を条件として電源をオフ（Ｓ１０
７）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２
４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忠犬され、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、この場合には第４図に
おけるＳ１６の判断でＳ１８〜Ｓ２１へ進み、予めＳ１
５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、５１０３゜３１０６のプログ
ラムタイマ■、■を５１８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。

向上記実施例において、冷媒の温度制御を温度センサに
より実際の冷媒温度を検出してこれをフィードバックす
るようにしたが、本発明では必ずしもフィードバック制
御をすることは要件でなく、オーブン市１１１卸するよ
うにしてもよいものである。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によると、通常運転領域で冷媒
循環閉回路を構成し、コンデンサ内冷媒液位上昇制御を
行うようにしたから、走行風量変化等の外乱による冷媒
温度の過度の低下を防止でき、系内温度を設定温度に速
やかに追従させることが可能となる。

また上記コンデンサ内冷媒液位王昇制御は、リザーバタ
ンク内に貯留した予備液相冷媒を系内外の差圧によるコ
ンデンサ内への導入と補助冷媒供給手段による強制導入
との併用とし、系内外の差圧を利用した場合に補助冷媒
供給手段の作動によるエネルギロスを低減する一方、系
内外の差圧利用による補助冷媒導入量が何らかの原因で
不足し又は導入不能となって冷媒温度が低下した場合に
は補助冷媒供給手段に切り換えて補助冷媒の補給を行う
ようにしたので、確実に冷媒温度の過度の低下を防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成をブロックで示す概念図、
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
ーチャートである。 １・・・内燃機関　　２．Ａ・・・冷却ジャケット３、
Ｃ・・・コンデンサ　　４・・・冷媒循環ポンプ１４．
８・・・冷却ファン　　１５・・・冷媒循環通路１６、
Ｇ・・・第１補助冷媒通Ｂ　　　１７・・・第２電磁弁
（電磁弁Ｆ）　　　２１．Ｅ・・・リザーバタンク２３
、■・・・第２補助冷媒通路　　２４・・・第３電磁弁
３１・・・制御装置　　３３・・・温度センサ（温度検
出手段Ｋ）３５・−・圧力センサ（圧力検出手段Ｊ）３
７・・・警報器　　Ｄ・・・液相冷媒循環手段　　Ｈ・
・・補助冷媒供給手段　　Ｌ・・・コンデンサ内液位上
昇制御手段　　Ｌ、・・・第１制御手段　　Ｌ２・・・
第２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、
   前記冷媒循環閉回路外に設けられ予備液相冷媒が貯留さ
   れるリザーバタンクと、該リザーバタンクと前記コンデ
   ンサ下部とを電磁弁を介して連通する第１補助冷媒通路
   と、前記リザーバタンクと前記コンデンサ下部とを補助
   冷媒供給手段を介して連通する第２補助冷媒通路と、前
   記冷媒循環閉回路内の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記冷媒循環閉回路内の液相冷媒温度を検出する温度検
   出手段と、該温度検出手段が第１の設定温度Ｔ＿１以下
   を検出した時に前記電磁弁及び補助冷媒供給手段を選択
   的に作動させるコンデンサ内液位上昇制御手段と、を備
   え、該コンデンサ内液位上昇制御手段は、前記温度条件
   を満足すると共に、前記圧力検出手段が所定値Ｐ＿１を
   下まわる圧力を検出したときに前記電磁弁を開弁作動さ
   せる第１の制御手段と、前記圧力検出手段が所定値Ｐ＿
   １以上の正圧を検出したとき及び前記圧力検出手段が所
   定値Ｐ＿１を下まわる圧力を検出しかつ前記温度検出手
   段が前記第１の設定温度Ｔ＿１より低い第２の設定温度
   Ｔ＿２以下を検出したときに前記補助冷媒供給手段を作
   動させる第２の制御手段と、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冷媒温度制御装置。