JPH0530965B2 - - Google Patents

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JPH0530965B2
JPH0530965B2 JP60117386A JP11738685A JPH0530965B2 JP H0530965 B2 JPH0530965 B2 JP H0530965B2 JP 60117386 A JP60117386 A JP 60117386A JP 11738685 A JP11738685 A JP 11738685A JP H0530965 B2 JPH0530965 B2 JP H0530965B2
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refrigerant
engine
condenser
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water jacket
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Nissan Motor Co Ltd
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/167—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by adjusting the pre-set temperature according to engine parameters, e.g. engine load, engine speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/14—Indicating devices; Other safety devices
    • F01P11/18—Indicating devices; Other safety devices concerning coolant pressure, coolant flow, or liquid-coolant level
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/22—Liquid cooling characterised by evaporation and condensation of coolant in closed cycles; characterised by the coolant reaching higher temperatures than normal atmospheric boiling-point
    • F01P3/2285—Closed cycles with condenser and feed pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01P11/02—Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices
    • F01P11/029—Expansion reservoirs

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、冷媒の沸騰気化に基づいてエンジ
ンを冷却する沸騰冷却装置に関する。
（従来の技術） 冷媒（冷却液）の沸騰気化潜熱を利用してエン
ジンの冷却を効率良く行うようにした冷却装置が
ある（特公昭47−5019号公報参照）。
これは、例えば第３図に示すように、エンジン
のウオータジヤケツト１に貯留した冷却液２をエ
ンジン発生熱で沸騰させ、発生蒸気をウオータジ
ヤケツト１上部に設けた放熱器（コンデンサ）３
で液化した後、ウオータジヤケツト１に戻すとい
うサイクルで冷却を行うものであるが、この場合
コンデンサ３内に空気が侵入すると、コンデンサ
３での放熱作用が低下するため、置換用の冷却液
を貯留したリザーバタンク４が備えられ、コンデ
ンサ３の上部と連通されている。
したがつて、エンジン冷間時にはコンデンサ３
内も冷却液で満たされているが、エンジンを始動
し暖機が進んで冷却液が沸騰し始めると、発生蒸
気によりコンデンサ３内の冷却液が次第にリザー
バタンク４に押しやられ、やがてコンデンサ３内
は蒸気のみの空間となる。これにより、冷却運転
時にコンデンサ３での高い放熱作用を確保してい
る。
また、エンジンを停止して冷却液の温度が下が
ると、それまで蒸発していた蒸気が液化してコン
デンサ３内の圧力が低下するが、このときリザー
バタンク４内の冷却液面にかかる大気圧との差圧
により、リザーバタンク４内の冷却液がコンデン
サ３内に吸入される。これにより、系の負圧化を
防止している。
尚、５は冷却フアン、６は補助タンクである。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような冷却装置にあつて
は、リザーバタンク４が大気に開放されているた
め、冷却液の沸点が大気圧により固定されてしま
う。したがつて、冷却液温度をエンジンの運転条
件に応じて可変的に制御することは困難であり、
エンジンを最適な温度条件で運転してエンジン性
能を十分に発揮させることは不可能であつた。
例えば、エンジンの発熱量が比較的少ない低負
荷時に冷却液温度を高めにできれば冷却損失の軽
減が図れるが、この場合冷却液温度が100℃（水
の場合）を越えることはない。また、高負荷時に
冷却液温度を下げられればより良好な冷却状態を
保つて高いエンジン性能が得られるが、コンデン
サ３での放熱をいくら促進しても、冷却液温度を
100℃以下に下げることはできない。
この発明は、このような問題点を解決し、優れ
た性能を有する沸騰冷却装置を提供することを目
的としている。
（問題点を解決するための手段） この発明は、大部分を液相冷媒で満たしたエン
ジンウオータジヤケツトとウオータジヤケツトか
らの冷媒蒸気を冷却液化するコンデンサとを、上
部の冷媒通路を通す蒸気通路とコンデンサからの
液化冷媒を供給ポンプを介して戻す冷媒通路とで
連通する一方、コンデンサの下部に冷媒を一時貯
溜するロワタンクを設けるとともに、コンデンサ
に強制冷却風を供給する冷却フアンを備えたエン
ジンの沸騰冷却装置において、外部に液相冷媒を
貯溜したリザーバタンクを設け、このリザーバタ
ンクを前記ロワタンクに連通すると共に、このリ
ザーバタンクを大気に連通する通路を開閉する電
磁弁と、ロワタンク内の冷媒液面を検出する手段
と、前記検出手段からの信号に基づきエンジン運
転時に冷媒液面が所定値以下となつたときに前記
電磁弁を閉ざし、エンジン停止時には該電磁弁を
開く制御手段とを設ける。
（作用） したがつて、コンデンサが冷媒蒸気で満たされ
た状態で、電磁弁によりリザーバタンクと大気と
の連通路を閉じると、ウオータジヤケツトでの冷
媒の沸点は系内の圧力のみにより定まるようにな
る。即ち、系内の圧力はウオータジヤケツトでの
冷媒の蒸発量とコンデンサでの冷媒の凝縮量とに
応じて定まり、このためコンデンサでの放熱状態
に応じてウオータジヤケツトでの冷媒の沸点を変
えることができ、冷媒の温度を可変にできる。
（実施例） 第１図は本発明の実施例を示す構成断面図で、
７はエンジン（本体）、８は大部分が液相冷媒
（冷却液）９で満たされるウオータジヤケツト、
１０はウオータジヤケツト８からの冷媒蒸気を冷
却液化するコンデンサ、１１はコンデンサ１０か
らの液化冷媒を一時貯留するロワタンク、１２は
ロワタンク１０の貯留冷媒をウオータジヤケツト
８へと戻すポンプ（電動ポンプ）、１３はコンデ
ンサ１０に強制冷却風を供給する冷却フアン（電
動フアン）である。
ウオータジヤケツト８はエンジン７のシリンダ
ブロツク７ａおよびシリンダヘツド７ｂにかけて
形成され、その上部に接続する蒸気通路１４を介
してコンデンサ１０の入口部と連通される。
ロワタンク１１は途中にポンプ１２を介装した
冷媒通路１５を介してウオータジヤケツト８の下
部に接続され、ウオータジヤケツト８とコンデン
サ１０との間で冷媒が循環する閉回路が形成され
る。１６は空気抜き口で、キヤツプ１７により密
閉される。
また、ロワタンク１１には補助通路１８が接続
し、この通路１８の他端に所定量の液相冷媒を貯
留したリザーバタンク１９が配設、接続される。
このリザーバタンク１９は装置の上部に配設され
る。
そして、このリザーバタンク１９内を大気に連
通する通路２０の途中に、通路２０を開閉する電
磁弁２１が設置される。この電磁弁２１は通電さ
れると通路２０を閉じる。
尚、通路２０の回りには放熱フイン２２が、開
口端にはフイルタ２３が取り付けられる。また、
２４は冷媒の注入口、２５はその気密キヤツプで
ある。
一方、２６は前記ポンプ１２、冷却フアン１３
および電磁弁２１の制御回路で、ウオータジヤケ
ツト８の上部に設けた液面センサ２７と温度セン
サ２８と、蒸気通路１４に取り付けた差圧センサ
２９と、ロワタンク１１の所定の位置つまり補助
通路１８の開口位置よりもいくらか下に設けた液
面センサ３２およびエンジン運転状態を検出する
その他の手段（図示せず）とともに制御系統を形
成している。
液面センサ２７はその検出部に対する冷媒液面
の位置に応じてオンオフ的に出力が変化し、温度
センサ２８は冷媒の温度からエンジン温度を検出
する。差圧センサ２９は系内の圧力が大気圧以上
のときに導通する。
そして、制御回路２６はこれらの検出信号に基
づいて次のようにポンプ１２、冷却フアン１３、
電磁弁２１を駆動制御する。
まず、エンジン停止状態では電磁弁２１は開い
ており、リザーバタンク１９内は大気に開放され
ている。したがつて、リザーバタンク１９の貯留
冷媒は系内に導入され、系内は液相冷媒で満たさ
れた状態にある。尚、このときリザーバタンク１
９に若干冷媒が残る程度に冷媒の全量が設定され
る。
この状態からエンジンを始動すると、エンジン
発生熱を受けてウオータジヤケツト８内の冷媒の
温度が上昇し、やがて冷媒が沸騰し始めると、そ
の発生蒸気の圧力で系内の液相冷媒が次第にロワ
タンク１１から補助通路１８を介してリザーバタ
ンク１９へと押し戻される。
この時、系内の冷媒液面は徐々に低下するが、
ウオータジヤケツト８の冷媒液面が液面センサ２
７のレベルまで低下すると、その検出信号に応じ
て制御回路２６がポンプ１２を駆動し、常にセン
サレベルを維持するようにロワタンク１１側から
液相冷媒を供給する。
そして、所定の時間が経過し、コンデンサ１０
側の冷媒液面が低下してロワタンク１１に設けら
れた液面センサ３２のレベル（補助通路１８の開
口位置）にくると、制御回路２６は電磁弁２１を
閉じる。これにより、ウオータジヤケツト８の冷
媒液面が適正レベルを保ちつつ蒸気通路１４およ
びコンデンサ１０は蒸気のみで満たされ、以後は
冷却運転に入る。
この冷却運転では、ウオータジヤケツト８で発
生した冷媒蒸気がコンデンサ１０にて冷却液化さ
れ、ロワタンク１１へ落下した後、ウオータジヤ
ケツト８での冷媒液面の低下に伴い駆動されるポ
ンプ１２により、再びウオータジヤケツト８へと
循環される。
また、この冷却運転では、制御回路２６が温度
センサ２８の検出信号およびエンジン回転、燃料
供給量等からエンジンの運転状態を判別し、運転
状態に応じた所定のエンジン温度となるように冷
却フアン１３を駆動制御する。
例えば、エンジンの発熱量が比較的少ない低負
荷時には、冷却フアン１３の風量を減らしてコン
デンサ１０での放熱、液化をある程度抑制し、系
内の圧力（蒸気圧力）を大気圧以上に高め、冷媒
の沸点を高める。即ち、電磁弁２１が閉じている
ことで系内は外部に対して密閉状態となつてお
り、このため冷媒の沸点は大気圧によらず系内の
圧力のみにより定まり、エンジンの冷却温度は高
めに維持される。
これに対して、エンジンの発熱量が多い高負荷
時には、冷却フアン１３の風量を増やしてコンデ
ンサ１０での放熱、液化を促進し、系内の圧力を
大気圧以下に下げる。これにより、冷媒の沸点を
下げ、エンジンの冷却温度を低めに保つ。
他方、冷媒の温度が設定温度に達しない時には
冷却フアン１３を停止するが、例えば長い降坂走
行時のように走行風だけで冷媒温度が大きく低下
した場合、制御回路２６が温度センサ２８と差圧
センサ２９の検出信号に応じて前記電磁弁２１を
開き、系内の圧力が大きく低下しないようにリザ
ーバタンク１９の冷媒を系内に吸入させる。この
後、冷媒の温度が上昇すれば、蒸気の圧力により
吸入冷媒をリザーバタンク１９に押し戻し、電磁
弁２１を閉じ、もとの冷却運転に復帰する。
そして、運転を終えエンジンを停止すると、エ
ンジン温度が次第に低下し、系内の圧力が下がる
が、制御回路２６が差圧センサ２９の信号により
系内の圧力が大気圧以下に下がつた時に電磁弁２
１を開く。
尚、３０は車室暖房用のヒータコア、３１はそ
の循環ポンプを示す。
このように、リザーバタンク１９内を大気に連
通する通路２０に電磁弁２１を設け、エンジン始
動時には通路２０を開いて系内を大気に開放する
ので、蒸気の発生に伴つて、ウオータジヤケツト
８の冷媒液面を適正レベルに保ちながら、冷却運
転に入るときに蒸気通路１４とコンデンサ１０内
を蒸気のみの空間とすることができる。
そして、冷却運転時には通路２０を閉じ、系内
が密閉状態となるので、コンデンサ１０での放熱
状態に応じて系内の圧力を変えることができ、ウ
オータジヤケツト８での冷媒の沸点を変えること
ができる。
したがつて、冷却フアン１３の風量に応じてエ
ンジン冷却温度を可変的に制御することが可能と
なり、例えば、エンジン低負荷時には冷却温度を
ある程度高めに維持することで冷却損失の軽減が
図れ、他方高負荷時には冷却温度を下げることで
より良好な冷却状態が確保され、これにより燃費
の向上と出力の向上が図られる。
また、エンジン停止時には系内の圧力が大気圧
以下に下がつたとき、通路２０が開かれ、系内が
大気に開放される。このため、大気圧と系内の圧
力との差によりリザーバタンク１９内の冷媒が系
内に吸入され、系内の負圧化と負圧による空気の
侵入を防止することができる。
ところで、万一系内に空気が入り込んだ場合、
冷却性能に悪影響を及ぼすが、この空気はウオー
タジヤケツト８からコンデンサ１０に流れる蒸気
によつて第２図に示すようにコンデンサ１０の下
部に押しやられることが確認されており、したが
つて前述したエンジン始動時の冷媒置換時に侵入
空気は補助通路１８からリザーバタンク１９を介
して外部に排出される。
また、冷却運転時にウオータジヤケツト８の冷
媒温度が大きく低下した場合、通路２０が開かれ
リザーバタンク１９の冷媒が系内に導入される
が、このとき冷媒がコンデンサ１０側に流入して
その放熱面積を減少させるため、系内の圧力の低
下が防止されると共に、放熱を抑制してエンジン
の過冷却を防止することができる。
尚、通路２０が開いているときに系内の蒸気が
一部リザーバタンク１９から外部に逃げることが
あるが、通路２０のまわりに放熱フイン２２を形
成したので、通路２０を通る間に蒸気は凝縮し、
ほとんどリザーバタンク１９に回収される。
また、冷却フアン１３の駆動はウオータジヤケ
ツト８内の冷媒の温度に応じて制御されるが、こ
の場合、冷媒温度が設定値よりも高くかつロワタ
ンク１１の冷媒液面が液面センサ３２のレベルに
まで下がつたときに冷却フアン１３を駆動するよ
うにしても良い。ウオータジヤケツト８内の冷媒
温度が高くてもロワタンク１１内の冷媒液面が高
ければ、蒸気量はそれほど多くなく、このためロ
ワタンク１１内の冷媒液面が下がつて蒸気量が増
えてから冷却フアン１３を駆動すれば、消費電力
の低減が図れる。
（発明の効果） 以上のように本発明によれば、リザーバタンク
を大気に連通する通路を電磁弁により開いて、そ
の貯留冷媒を系内に導入することにより、エンジ
ン停止時の系内の負圧化と空気の侵入を防止でき
る一方、冷却運転時に電磁弁を閉じて系内を密閉
状態とすることで、ウオータジヤケツトでの冷媒
の沸点を可変にすることができ、エンジンの運転
状態に応じた冷却状態を確保できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例を示す構成断面図、第
２図は侵入空気の動きを示す説明図、第３図は従
来例の概略構成断面図である。 ８……ウオータジヤケツト、１０……コンデン
サ、１１……ロワタンク、１２……ポンプ、１３
……冷却フアン、１８……補助通路、１９……リ
ザーバタンク、２０……通路、２１……電磁弁、
２６……制御回路、２７……液面センサ、２８…
…温度センサ、２９……差圧センサ、３２……液
面センサ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 大部分を液相冷媒で満たしたエンジンウオー
    タジヤケツトとウオータジヤケツトからの冷媒蒸
    気を冷却液化するコンデンサとを、上部の冷媒通
    路を通す蒸気通路とコンデンサからの液化冷媒を
    供給ポンプを介して戻す冷媒通路とで連通する一
    方、コンデンサの下部に冷媒を一時貯溜するロワ
    タンクを設けるとともに、コンデンサに強制冷却
    風を供給する冷却フアンを備えたエンジンの沸騰
    冷却装置において、外部に液相冷媒を貯溜したリ
    ザーバタンクを設け、このリザーバタンクを前記
    ロワタンクに連通すると共に、このリザーバタン
    クを大気に連通する通路を開閉する電磁弁と、ロ
    ワタンク内の冷媒液面を検出する手段と、前記検
    出手段からの信号に基づきエンジン運転時に冷媒
    液面が所定値以下となつたときに前記電磁弁を閉
    ざし、エンジン停止時には該電磁弁を開く制御手
    段とを設けたことを特徴とするエンジンの沸騰冷
    却装置。
JP60117386A 1985-05-30 1985-05-30 エンジンの沸騰冷却装置 Granted JPS61275522A (ja)

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JPS61275522A JPS61275522A (ja) 1986-12-05
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