JPS6270614A - 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】 産業上の利用分計 この発明は、ウォータジャケット内の所定レベルまで液
相冷［を貯留しておき、そのＳ騰気化により内燃機関各
部の酊却會行うとともに、発生し九冷媒蒸気ｔコンデン
サに工り両輪して再度ウォータジャケットに供給する工
うにし比内ｆｆｉ愼関の沸騰冷却装置に関する。

従来の技術 自動車用機関尋の冷却装置として、冷媒の沸騰・凝−の
サイクル全利用し九１ｆ６騰冷却装置が近年注目さｎて
いるが、Ｃの檀の冷却装置において最も大きな課題は、
不凝縮気体である空気全如何にして系内から除去し、か
つその侵入全阻止するかということにある。

このような点から、本出願人は始ａ時に系内を一旦液相
冷媒でａｆ？−シて空気を完全に排出し、その後、空気
の侵入を防止しつつ余’Ｊ４Ｊ？’を媒ｔリザーバタン
クに排出するＯとＶこよって密閉し九系内に所定敏の冷
媒全封入するようにした沸騰冷却装置を種々提案してい
る（例えば特開昭６０−３６７１５号公報、＃Ｐ開昭６
０−１２２２２１号公報寺）。

こｎはウォータジャケットとコンデンサと冷媒供給ポン
プと？主体として密閉した冷媒循環系を導入するととも
に、その糸外に予備液相冷媒？貯留し九リザーバタンク
を設け、かつ上記循環系の蚊上部と上記リザーバタンク
との間に電磁弁′に備え九空気排出通路を設は几構戊で
あって、始動時に上記冷媒供給ポンプを用いてリザーバ
タンクから系内に液相冷媒ｔ−込り込み、そｎと同時に
！気排出通路全開略して系最上部から糸外のリザーバタ
ンク側へ空気を押し出すのである。そして、その後、系
内で徐々に発生する冷媒蒸気の圧力＃ｒ利用して余剰の
液相冷媒？系外のりザーバタンクに戻し、ウォータジャ
ケットのｆ９ｒ定レベルまで全液相冷媒が占め、こｎ工
Ｏ上部が気相冷媒領域となるように封入冷媒看金調贅し
ている。

ま之、本出願人は、上記の沸′＆ａ冷却袈直を更に発展
葛ぜ九ものとして、正逆肉方向に送＠ＯＩ能な冷媒供給
ポンプ金屑いてコンデンサの放熱量を可変制御すること
で密閉し友系内の冷媒沸点を高精度に制御し得るように
し九沸騰冷却装置も先に提案している（特願昭５９−１
４０３７８ｇ等）。

発明が解決し二つとする問題点 しかし、上記のＬうに始１ｍ＠後に系内を一旦液相？′
４Ｆ媒で／ａ九して空気掛出？行う従来の装置で虻１、
系内とりわけウォータジャケット内に多産の漱相冷ｇを
保Ｍし７ｔ１ま暖機運転がなさｎることになるので、七
〇だけ暖機の進行が遅ｎてしまうという問題がある。ｃ
ｒｔは将に特開昭６　ｏ　−１１２２２１号公報等１／
Ｊ工うに、系内が満水状態となったことを検出する液面
七ンサ會雀略して一定時間リザーバタンクから液相冷媒
全導入するぶつに溝底したＪａ会に一著となる。

１九本出娘人は先に特願昭５９−１（１０１５８号にお
いて、機関停止中ウォータジャケット内に空気上導入し
て液面レベルを下げておき、欅閑がある程ｔＬ暖まつ九
時点で上述し次冷媒の強制導入にＬる空気排出を開始す
るようにして味磯促ａ七因つ几装置も提蚤しているが、
ウォータジャケットの同壁面等が長期間空気に晒らさル
るのは稠度防止の点で好ましくない。

間１点？解決する九めの手段 この発明に係る（ハ）燃機関の１弗■冷却装置は、第１
図に示すように、ウォータジャケットＢとコンデンサＣ
および正逆肉方向へ送給可能な冷媒供給ポンプＤとから
溝底され、かつ初期状態では液相冷媒で１九さｎｔ状感
となる冷媒循環系Ａｔ備えており、この冷媒循環系Ａの
外部に、大気開放され几リザーバタンクＥが設けらｎて
いる。、冷媒供給ポンプＤの一万のポートはコンデンサ
下部に接続され、かつ叱方のポートは、随路切侠＃　＃
ｔ　Ｆ　ｋブｒしてウォータジャケットＢあるいはリザ
ーバタンクｚｖｃｓ択的に述通可ｎ１となっている。筐
た空気通路Ｈの一趨がｌｖ媒循慮系人の最上部に接続ざ
ｎ、かつ開閉弁ＧＱ備えている。

そして、機関＠葡直後に作動し、コンデンサＣ内の故相
冷ｇｊ＆會排出して糸（ハ）に使気會尋入すべく上記耐
媒供紺ポンプＤ、流路切侠憬慣Ｆおよび開閉弁ＧＫ所定
の制御信号音出力するコンデンサ側冷媒排出制御十股Ｊ
と、コンデンサＣ内の冷媒が所定ｆｉｌＦ出さｎ、次状
態で作動し、ウォータジャケットＢｐ’９の液相冷媒ｒ
コンデンサＣに移動させるべく上記冷媒供給ポンプＤお
よび訛路切侠檄慣Ｆに所定の制＃１１！号【出力するウ
ォータジャケット側冷媒排出制―手段にと、機関Ｃ／−
）暖機状感奮検出する温良検出手段りと、この磯閑暖懺
状悪に応じて作動し、系内を液相冷媒でＩｔｉ九すべく
上記冷媒供給ポンプＤ、流路切換＋！に構？および開閉
弁Ｇに所定の制−信号を出力する窒気排出制一手段Ｍと
を備え１いる。

作用 機関の始動前は、冷媒循環系Ａ円が液相冷媒で！九さｎ
ている。機関が始動すると、先ずコンデンサＣ内の液相
冷媒が冷媒供給ポンプＤＫよってリザーバタンクＥＫ排
出さｎ％同時に開閉弁Ｇヶ介して系上部に’Ｉｔが導入
名ｎる。この動作は、一定時間あるいはコンデンサＣ内
の液面の低下を液面センサ尋で演出するＣとによＯ％Ｆ
ｆｒ足を併出し皮時点で終了する。次に、ウォータジャ
ケットＢ内のｔｉ、相冷媒が、冷媒供給ポンプＤの逆方
向への４６によってコンデンサＣＩＣ込らｌしる。この
助作も、一定時間あるいはウォータジャケットＢ内の液
面の低下を液面センサ尋で検出することにより、所定を
移動させ友時点で終了する。こｒしにより、ウォータジ
ャケットＢ内に法肩する冷媒ばは少なくなり、速やかに
暖機が進行する。尚、コンデンサｍ　葡媒排出制御手段
Ｊとウォータジャケット１Ｉｌ１１冷媒排出制御手段に
とを複数回又互に作動させ、少量づつ冷媒の移ａｔ行う
ようにしても良匹。

機関の暖機が飽性すると、空気併出制側手段Ｍの利−に
工って、リザーバタンクＥから冷媒供給ポンプＤの逆方
向駆動によ０酎媒循環系Ａ内に液相冷媒が送り込１ｎ１
かつ同時に開閉弁Ｇが開かｎて、系内の空気ｔ　ｇｉ制
的に排出する。液相冷媒の導入によって機関の温度が低
下し九ら一時停止し、ｍ度の回復を待って再び空気排出
を行う。最終的には系円か完全に液相冷媒で調定さ１ｒ
Ｌ７を状態となって空気排出が完了する。

実施例 第２図はこの発明の一実施例を示す構成説明図であって
、ｌはウォータジャケット２を備えた内燃機関、３は気
相冷媒を凝縮する九めのコンデンサ、４はｍｓ式の冷媒
供給ポンプであり、これらのウォータジャケット２とコ
ンデンサ３と冷媒供給ポンプ４とを主体として通常密閉
状趨とさｎる１”？媒循壌系がｓｇされている。

上」己ウォータジャケット２は、シリンダ７’Ｃ１ツク
５およびシリンダヘッド６０両省に亘って形改され、そ
の上部の適宜な泣直に蒸気出ロアが設けらｎている。こ
のウォータジャケット２内には通常第１ｍ、面センサ８
にエフ規定さｎる設定レベルまで液相冷媒（例えば水と
不凍液の混合液）が貯留さｎるようになっており、がつ
ぞの適宜位置にサーミスタ等からなる温度センサ９が装
着さｎている。

尚、Ｉｎは、上記ウォータジャケット２にヒータ用２Ｉ
ｌ！ｉ路１１ｉ弁して接続ざｎ九卓室１２暖房用のヒー
タコアであり、その下流側に、図示せぬヒータスイッチ
に連動して作動するヒータ用ポンプ１３が設けらｎてい
る。

コンデンサ３は、上記蒸気出ロアに接＠！管１４および
蒸気通路１５を介して遅通しｔアッパタンク１６と、上
下方向に沿つ７ｔｍｍなチューブを主体とし九コア部１
７と、このコア部１７で凝縮さｎ７３液化冷媒を一時貯
留するロアタンク１８とから構成さｎており１例えば１
両前部など単両足行風全受は侍る泣直に設直さｎるとと
もに、その前面あるいは背面に、強制冷却用の’ｔｓ式
冷却ファン１９ｉ、ｊｌえている。１を上記ロアタンク
１８は所定レベルに第２液面センサ２ｏ２有し、その比
較的下部に壇媒循虚通路２１の一端が接続さ扛ていると
ともに、こｎより上部に第１補助冷媒通路２２の一端が
接続さｎている。上記耐媒循虚通路２１の他１２ｆｍｒ
ｊウォータジャケット２のシリンダブロック５１１４１
１ＶＣ設は之冷媒入口２ａＶＣ妥硬さｎており、その通
路中に流路切換４９＆構となる三方型の第２電磁弁２３
かりｒ袋さｎているとともに、この第２゛シ磁弁２３と
ロアタンク１８との間に冷媒供給ポンプ４がプｒ長され
ている。

次に２４は、上記ウォータジャケットｌＪＰコンデンサ
３ｔ−生体とし几密閉糸の外部に投けらｎたリザーバタ
ンクであって、こ′ｔ′Ｌは通気ＨＩＭ目を有するキャ
ップ２５を升して人気に開放さｎているとともに、上記
ウォータジャケット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ｇ１補助酎冷媒鮎２２と５ｇ２
補助冷媒通路２６とが接続さｎている。上記渠ｌ補助冷
媒通路２２は、その通路中に常１＠型の第３％磁弁２７
會備えており、また上記４＠２補助冷媒・世路２６１工
、４２電磁弁２３ｔブｒして冷媒循虚通′ＭＰ２１に接
続さｎている。上記第２′亀員弁２３は、励磁状態では
冷媒＃遣通路２１ｔ−遮断してリザーバタンク２４とロ
アタンク１Ｂ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２６をａｌ！ｙ′ｒして冷媒
循環通路２１ｔ連通状悲（流路８）とするものである。

そして、上記冷媒供給ポンプ４としては、正逆両万同に
液相冷媒會王込できるものが用いらｎておＯｓ上記ｃｖ
ｆＬ路人の状態で冷媒供給ポンプ４１−正方間に駆動す
ｎばロアタンク１８からリザーバタンク２４へ液相冷媒
を強制排出でき、逆方向に駆動すｎばリザーバタンク２
４からロアタンク１８へ液相冷媒を強制導入でき、史に
ＴＸ略Ｂの状態で冷媒供給ポンプ４を正号間に駆動すｎ
ばロアタンク１８からウォータジャケット２へ液相冷媒
ｔ−イＶ環供給することができ、逆方向に駆動すｎばウ
ォータジャケット２からコンデンサ３へ故相、Ｗ媒全移
動させることができる構成となっている。

一方、上述し之冷ｇ循環系の最上部となる後続ｆ１４に
は、系内圧力が負圧であるか否かｔ咲出するダイヤプラ
ム式負圧スイッチ２８が投げらｎているとともに、暖＠
時における系内への空気の導入ならびに系内からの空気
の排出の定めの空気通路２９が接続さｎている。この空
気通路２９は、先端かりザーバタンク２４の上部空間に
開口しており、かつその通路中に開閉弁として常閉型の
第１′４磁弁３０が介装さｎている。

上記の谷電磁９Ｐ３（１，２３，２７や冷媒供給ポンプ
４および増刊ファン１９は、所謂マイクロコンピュータ
システム？用いｔ制御ｆｉ、ＩＬ３１Ｋ工って所定のプ
ログラムに従って制御さｎるものであり、以下、その制
御について説明する。

先ず機関の始動前においては、系内が液相冷媒（例えば
エチレングリコール水浴液）で略ｒａ　７ｔさｎており
、かつリザーバタンク２４には液相冷媒が値かに残存し
ている０機関が始動すると、丹始励時、具体的には系内
隠匿が４５℃以上である場＠−を除き、急速暖礪制−が
実行さｎる。

第３因はこの急速暖機制御の詳細を示すフローチャート
であって、初めに第１電磁弁３０全「開」、第２磁磁弁
謔３２ｒ流路人」、第３区磁弁２７’ｉ「閉」としくス
テップ１）、冷媒供給ポンプ４を１五万同に駆動する（
ステップ２）。こ１にＬっコンデンサ３ならひに蒸気通
１１５１７３部の液相冷媒がリザーバタンク２４に強制
的に排出さｎ、上部から余々に空気が導入さｎる。この
冷媒の排出はソフトウェアタイマ（ステップ３）にふっ
て一定時間継続さｎ１コア部１７の大Ｓ分が空間となる
が％運転条件に＝Ｑ温匿上昇が十分速い４甘には、不必
貴な冷媒排出は行わない（ステップ４）。

コンデンサ３からの冷媒排出を一定時間行っｔ後は、第
１１弁２３會「流路Ｂ」に切換え（ステップ５）、冷媒
倶耐ポンプ４を逆方向に駆動する（ステップ６）。Ｃｎ
１Ｃ！つウォータジャケット２内にＡ比さｎてい九液相
冷媒がコンデンサ３内に移送され、　ウォータジャケッ
ト２に保Ｍする冷媒量が少なくなる。この冷媒の移動も
ソフトウェアタイマ（ステップ７）によって一定時間行
ゎｎるが、ＩＩｊＡ度が所定温度に達し九場合には中止
する（ステップ８）。通常は、ウォータジャケット嘘内
の冷媒液面はｇｌ液面センサ８の設定レベル近傍まで低
下する。

従って、ウォータジャケット２内で熱を受ける冷媒量が
非常に少なく、かつ上部が２気にエリ断熱さｎ次状態で
暖機運転がなさルるので、ウォータジャケット２内の冷
媒温度は急速に上昇する。

冷媒温度が９１℃に達し九ら、第２電磁弁２３全「流路
人」とし、かつ冷媒供給ポンプ４全逆万同にｔｌ動する
（ステップ１３．１４）。こｎにょ９リザーバタンク２
４から系内に強制的に液相冷媒が導入さｎ１不凝縮気体
である空気は糸上部に染めら１九後、９気通絡２９全通
して伊出さｎる。

ま皮冷媒の導入にエリ系ｐＨ３温４が８９℃以下に下か
つ几場せには、温度が回復するまで９気排出動作を中断
し、過度の感度低下’ｉｕｏ避する（ステップ１Ｏ−１
２）。そして、この空気排出動作は、岐路的にその積算
時間が所定値に達する１で行わｎる（ステップ１６）。

こｎは系内が液相冷媒で満九さｎるに十分な工うに設定
さｒＬ九時間であり、こｎによって系内から完全に空気
が排出さｎる。

尚、冬季など図示せぬヒータスイッチがＯＮｉ作さｎｎ
ばヒータ用ポンプ１３によってヒータコアｌＯにウォー
タジャケット２内の敵相冷媒が循環供給さｎるが、上記
のようにウォータジャケット２内の冷媒＠度が速やかに
上杵するので、立ち上がりの良い暖房を実現できる。

以上の急速暖機Ｈ５ｌｌ砒が終了しｔら、第１電磁弁３
０を「閉」、第２１磁弁２３ｔ「流路Ｂ」、第３′成磁
弁２７盆「開」として、系内温度が史に目標温度に達す
るのを待つ。そして目標温度に達し九ら、第３ｔｔ磁弁
２７？「閉」として系内金密閉する。上記目標温度は、
機ＩＡの負荷や回転数などの運転条件に応じて、例えば
８０〜１１０℃〜度の範囲内で逐仄最適に設定さｎる。

尚、目標温度が常圧下での冷媒沸点エリ高い場曾には、
先に高騰が開始し、蒸気圧に１って余剰の液相冷媒が第
３１１Ｌｄ弁２ｒ２憶して排出さｎるので、コンデンサ
３内の冷媒液面が第２液面センサ２０の設定ノベルまで
低下し友ら、直ちに系内ｋｆｆｉ閉する。１ｆｔ　１４
ｍの＠果、ウォータジャケット２内の１媒液面が第ｌ液
面センサ８の設定Ｖベル金下躯つｔら、渠２’［ａａ弁
２３を「流路Ｂ」とじ九状態で９媒供給ポンプ４全正方
同に駆動し、ロアタンク１８からウォータジャケット２
へ液相冷媒？補給する。

以上の一連の処理を経て系内會缶閉じ九侵は、冷媒供給
ポンプ４のＯＮ（正転）・ＯＦＦによるウォータジャケ
ット２内の冷媒液面の姫持と、冷却ファン１９のＯＮ・
ＯＦＦおよびコンデンサ３円の酊媒歇面の上下動による
Ａ直利例とがキーＯＦＦ時１で繰り返し実行さγして、
冷媒の沸騰・凝縮のサイクルを利用した効率の艮い冷も
ｊが行わｎる。すなわち、耐ｇ供耐ポンプ４七第１液面
センサ８の検出Ｐｉ号に着づいてＯＮ・ＯＦＦ制釧し、
ロアタンク１８からウォータジャケット２へ牧相冷媒ｋ
ｌｌｉｌ’ｒ続的に補給する。こｎに工りウォータジャ
ケット２内Ｑ市媒液面は常に第１液而セ／す８の設定ノ
ベル近傍に維持さγしる。１之冷却フアン１９は、「目
標温度±０．５℃」程度の比較的微細な一度範囲でＯＮ
・ＯＦＦ制御する。こｎＶＣ工ってコンデンサ３に２け
る凝縮性舵の比較的鍬細なａ１４螢が応答性良く行わｎ
る。筐九模出温度が目標温度から比較的大きく（例えば
２〜４　’Ｃ程度）燻ｎ、ｆＣ，場曾には、リザーバタ
ンク２４とコンデンサ３との間で、欣相冷媒全強割的に
導入・排出する。

具体的には、検出温度が目係＠度二９高けｎば、第２醒
磁弁２３６ｒ流路Ａ」とした状態で冷媒供給ポンプ４？
正号同に駆動し、コンデンサ３内の冷媒液面全低下さぜ
る。こＡＫ工９コンデンサ３の放熱能力が増大し、ｌ！
Ｌらに沸点の低下勿来して系内温度が速やかに低下する
ａ逆に検出温度が目標温度より低けｒしは、冷媒供７財
ポンプ４を逆方向に駆動し、コンデンサ３内の耐媒液面
？七井させる。こｒしにＬつコンデンサ３ｖ放熱能力が
仰１！ｉｌｌさｎ１糸内温滅ぽ速やかに上杵する。すな
わら、系内温度を車両走行風等の外乱に彰善さｎずに高
虜度に可変上１ｊ御できる。

仄に機関停止後は、電源ＯＦＦに伴って常閉型、と磁升
である第１′也磁弁３０が「閉」に、′帛開型ｌｔ磁弁
である第３１磁弁２７が「開」になる。従って、ｍｅ低
下つまり圧力低下に牛ってリザーバタンク２１から液相
冷媒が系内に移乗する。最終的にＶユ系内が路光？に液
相冷媒で満ｍさＣ友状態となって停止中のｑ気侵入が防
止さｎる。

発明の効果 以上の説明で明ちかな工うに、この発明に係る内燃機関
の／４騰耐冷却直においては、ウォータジャケット内の
液相冷媒全減少さぞ、かつ上部全空気で断熱し友状憩で
暖檄運転がなさｎるので、冬季などにも慣めて短時間で
燃焼呈近傍やシリンダ壁尋を暖めることができ、摩憚損
失の低減やヒータの立ち上がり特性の同上４’（４ｆＥ
ｌできる。そして、機関停止中ば系内に空気が導入さｎ
ていないので、酸化、騙良といつ几不具曾を生じること
がない。１九、一旦コンデンサ側の酸相冷媒全排出し、
そこにウォータジャケット内の液相冷媒を移動させるよ
うにし九ので、冷媒供紺ポンプ平三万シ磁弁尋の流路切
換磯構全濃叔設ける心安がなく、構収が非常に簡素なも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構既勿示す機能ブロック図、第２図
はこの発明に係る蝿Ｐａ冷却獲直の一実施例金示す構成
説明図、第３自はこの実施例における制御の要部？示す
フローチャートである。 ｌ・・・内燃機関、２・・・ウォータジャケット、３・
・・コンデンサ、４・・・冷媒供給ポンプ、８・・・第
１液面センサ、９・・・温度センサ、１８・・・ロアタ
ンク、１９・・・冷却ファン、２１１・・・４２液面セ
ンサ、２１・−・冷媒循環通路、２３・・・第２電磁弁
、２４・・°リザーバタンク、２６・・・第２補助冷媒
通路、２９・・°孕気橿路、３０・・・、：ｌｃ１’直
磁弁、３１・・・制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ウォータジャケットとコンデンサおよび正逆両方
   向へ送給可能な冷媒供給ポンプとから構成され、かつ初
   期状態では液相冷媒で満たされた状態となる冷媒循環系
   と、この冷媒循環系の外部に設けられ、かつ大気開放さ
   れたリザーバタンクと、一方のポートがコンデンサ下部
   に接続された上記冷媒供給ポンプの他方のポートを、上
   記ウォータジャケットあるいは上記リザーバタンクに選
   択的に連通させる流路切換機構と、上記冷媒循環系の最
   上部に一端が接続され、かつ開閉弁を備えた空気通路と
   、機関始動直後に作動し、コンデンサ内の液相冷媒を排
   出して系内に空気を導入すべく上記冷媒供給ポンプ、流
   路切換機構および開閉弁に所定の制御信号を出力するコ
   ンデンサ側冷媒排出制御手段と、コンデンサ内の冷媒が
   所定量排出された状態で作動し、ウォータジャケット内
   の液相冷媒をコンデンサに移動させるべく上記冷媒供給
   ポンプおよび流路切換機構に所定の制御信号を出力する
   ウォータジャケット側冷媒排出制御手段と、機関の暖機
   状態を検出する温度検出手段と、この機関暖機状態に応
   じて作動し、系内を液相冷媒で満たすべく上記冷媒供給
   ポンプ、流路切換機構および開閉弁に所定の制御信号を
   出力する空気排出制御手段とを備えてなる内燃機関の沸
   騰冷却装置。