JPH0535247B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は冷却ジヤケツト内に液相冷媒を貯留し
ておき、その沸騰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管に直接に影響する
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
却装置にあつては、サーモスタツトにて流路を切
り換えることにより暖機等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、電動フア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く追従させ
ることは全く不可能であり、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、特開
昭57−62912号公報等）。

これは基本的には冷却ジヤケツト内で貯留状態
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（ラジエータ）に導いて、放熱液化
させた後に再度冷却ジヤケツト内に循環供給する
構成であつて、冷却ジヤケツ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、
冷却ジヤケツ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＞ しかし従来この種の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。
即ち冷却ジヤケツ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
フア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、上記の如く系内圧力を変化
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、もつて冷媒温度を自由に制御可能にすると共
に、種々の実験を重ねて、制御する冷媒温度範囲
を、機関及び沸騰冷却装置の性能、耐久性上等か
ら最適な値に特定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ヤケツトＡ
と、冷却フアンＢを有しかつ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Ｃと、液相冷媒循環手段Ｄと、を介装し、冷
却ジヤケツトＡで吸熱し蒸発した気相冷媒の潜熱
をコンデンサＣにおいて放熱する冷媒循環閉回路
を備えると共に、前記コンデンサＣの下部に連通
して前記冷媒循環閉回路外に設けたリザーバタン
クＥと、該リザーバタンクとコンデンサとの間で
両者の差圧に抗した強制的な液相冷媒の授受を行
つてコンデンサＣ内の冷媒液位を制御するコンデ
ンサ内冷媒液位制御手段Ｆと、機関運転状態検出
手段Ｇと、機関運転状態に応じて冷媒設定温度を
定める冷媒温度設定手段Ｈと、前記冷却フアン及
びコンデンサ内冷媒液位制御手段Ｆを作動せしめ
て前記冷媒設定温度に近づけるべく冷媒温度を制
御する冷媒温度制御手段Ｉと、を備えて沸騰冷却
装置の冷媒温度制御装置を提供する。

＜作用＞ 従つてかかる構成によると、冷媒温度制御は、
コンデンサに対する冷却フアンの風量調節に基づ
く他に、コンデンサのチユーブ内に貯留される液
相冷媒の強制導入及び強制排出を含む液面制御に
よつ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該コンデンサ内冷媒液面制御
で充分に補償できるようになる。これらの相乗効
果を利用し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
媒温度を所望の値に制御する。即ち例えばコンデ
ンサ内における液相冷媒の液面レベルが上下動す
るとコンデンサの放熱面積が変化して放熱効率を
増減し、もつて閉回路の系内圧力を変化させて冷
媒沸点を変え所望の冷媒温度を得るのである。

ここで冷媒設定温度を上記のように（第２図参
照）を設定をしたのは、以下の理由による。

Ａ 低速低負荷領域（例えば約2400〜3600rpm以
下で軸トルク７〜10Kgｍ以下）を第１設定温度
（約100〜110℃）に定める。冷媒温度を高く設
定することで機外への放熱量を小さくし熱効率
を改善して燃費を向上させる。

第３図に示す実験結果をみるとわかるよう
に、低速領域では燃費改善効果が冷媒温度約
100℃以上で最良となりほぼ平衡する。しかし
冷媒温度が約110℃を超えてしまうと機関及び
その周辺機器の耐久性が一段と劣化することか
ら上限値を約110℃に抑える。例えば冷媒温度
が約110℃以上になるとエンジンルーム内の雰
囲気温度が上昇して特にコグベルト雰囲気温度
において100℃を超えてしまい、ベルト耐久性
が急激に低下してしまう。

また軸トルクが約７〜10Kgｍ特に８Kgｍ以上
になると、機関運動各部の摩擦損失が低減し、
冷媒温度高温設定による充填効率低下がこれに
より相殺されて燃費に対する影響が小さくなる
から、低負荷領域は軸トルクが例えば約７〜10
Kgｍ以下にその境界を設定するのが好ましい。

Ｂ 低速高負荷領域（例えば約2400〜3600rpm以
上で軸トルクが７〜10Kgｍ以上）を第２設定温
度（約80〜90℃）に定める。

これは当該領域の出力向上及び耐ノツキング
対策により上限値に設定される。燃焼室壁吸気
ポート壁、シリンダボア壁の温度を吸入行程時
低く保つことは吸気密度を増大し充填効率を増
大するから出力向上につながり、また燃焼室壁
温度が低下し筒内ガスが冷却されるとノツキン
グの発生が抑制されることとなる。

第４図は低速トルク及び燃費特性を示し破線
で表した曲線は低速低負荷時と同様に冷媒温度
100℃で制御した場合、実線で表した曲線は低
速領域で80℃、高速領域で100℃の冷媒温度で
制御した場合であり、低温制御の方の出力特性
が向上することが明らかにされている。

第５図における低速トルク特性図をみても明
らかに低温の方が軸トルクが向上してくる。

しかし冷媒にエチレングリコールの水溶液を
用いると第６図に示すように飽和温度と圧力の
関係が純粋とは異なり系内がかなりの負圧にな
る。約80℃以下に沸点を下げると−630mmHg以
下に減圧することになり、電磁弁等の開閉手段
の耐負圧性をかなり向上しなければならず大型
になつたり、高コストになり自転車用としては
不適である。またガスケツトによるシールも困
難になり、系内に空気を吸引し、放熱効率を悪
化させる。また外気温とコンデンサ入口蒸気温
との差を小さくしなければならないことから、
コンデンサが大型化する。これらの観点から冷
媒温度を低める程出力が上がるとはいつても約
80℃程度以上に留めておく。

Ｃ 高速回転領域（例えば約2400〜3600rpm以
上）を第３設定温度（約90〜100℃）に定める。

これはコンデンサの放熱量機関及びその周辺
機器の耐熱性を確保するためである。

高速領域は冷却水放熱量が大きいから低速高
負荷領域と同様に低温制御し出力増大を図るこ
とも考えられるが、そのためには冷媒沸点を減
圧して低下させなければならない。このように
すると蒸気の比容積が大きくなることから、沸
騰蒸気が機関からコンデンサに導かれる過程で
蒸気流速が増大し、蒸気と共に機関から持ち出
される液相冷媒量が増加する。実験によると、
第７図に示すように機関仕様により多少異なる
が、高速領域を冷媒温度90℃以下にすると蒸気
への混入水量が3.0／min以上となりコンデ
ンサの放熱効率を低下させる。

尚低速領域では減圧沸騰により多少3.0／
min以上の混入水量となり放熱効率が低下して
も、放熱量そのものが小さいため余裕がある。

また冷媒温度を100℃以上に設定すると高速
走行時の機関潤滑油温が130℃以上（耐熱条件
下で外気温度35℃以上）になりオイル劣化或い
はエンジンの焼付等の危険が増大する。

従つて冷媒温度を上記のように制限するので
ある。

＜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８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
却ジヤケツト２を備えて、該冷却ジヤケツト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。ここにおいて冷媒供給ポンプ
４は液相冷媒循環手段を構成すると共に後述する
コンデンサ内冷媒液位制御手段の一部を構成す
る。

冷却ジヤケツト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
ツク５及びシリンダヘツド６の両者にわたつて形
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
な位置に上記出口７が設けられている。上記出口
７は接続管８及び上記通路９を介してコンデンサ
３の上部入口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
方に立ち上がつた形で形成されており、その上端
開口をキヤツプ１０が密閉している。

コンデンサ３は前記入口３ａを有するアツパタ
ンク１１と上下方向の微細なチユーブを主体とし
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
受け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アン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
他端が冷却ジヤケツト２のシリンダヘツド６側に
設けた冷媒入口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。以上の冷却ジヤケツト
２、コンデンサ３、冷媒供給ポンプ４、冷却ジヤ
ケツト２の経路によつ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
有するキヤツプ２２を介して大気に開放されてい
ると共に、前記冷却ジヤケツト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（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、系内に負圧
下にあるとき、第３電磁弁２４を開くことで、リ
ザーバタンク２１からコンデンサ３内へ、これら
両者の差圧によつて液相冷媒を導入できる。従つ
て第３電磁弁２４、冷媒供給ポンプ４及び第２電
磁弁１７はコンデンサ内冷媒液位制御手段として
機能する。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
冷却ジヤケツト２へ液相冷媒を循環供給すること
ができる。

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２５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２
６が介装される。

前記各電磁弁２６，１７，２４と冷媒供給ポン
プ４及び冷却フアン１４は、いわゆるマイクロコ
ンピユータシステムを用いた制御装置３１（冷媒
温度設定手段及び冷媒温度制御手段を含む）によ
つて駆動制御されるもので、具体的には冷却ジヤ
ケツト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及び循環回路最上部に設けた負圧スイツチ３
５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ツチを利用したフロート式セ
ンサ、あるいは電導率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つて、第１液面センサ３２
はその検出レベルがシリンダヘツド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３
４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、冷却ジヤケツト２内の冷媒温度を検出し
ている。また負圧スイツチ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−30mmHg〜−50mmHg程
度に作動圧を設定してある。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９図〜第１８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ヤートであ
つて、以下機関の始動から停止までの流れに沿つ
てこれを説明する。尚図中第１〜第３電磁弁２
６，１７，２４を夫々「電磁弁」、「電磁弁」
…のように略記してあり、また冷却ジヤケツト２
内液面を「Ｃ／Ｈ内液面」と略記してある。

第９図は制御の概要を示すフローチヤートであ
つて、機関の始動（イグニツシヨンキーオン）に
より制御が開始すると、S1のイニシヤライズ処
理を行つた後に、まずその始動が初期始動である
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S5の温度制御に
入る。この場合S6において冷却ジヤケツト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
制御を行つてS8の冷却ジヤケツト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で行う冷却フアン制御による温度制御
と共にS10、S11、S12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S13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、S14において高温回避制御を行う。これらS5
〜S14の制御ループをイグニツシヨンキーオフ時
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１０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。

第１１図はS3の空気排出制御のフローチヤー
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
つ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ソフトウエアタイマ
に設定された数秒ないし数十秒程度の間、継続
される。従つて、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を介して形
外のリザーバタンク２１に強制的に排出される。
そして所定時間経過した時点でS34において冷媒
供給ポンプ４をオフにすると共に、タイマを
S35でクリアし、第１２図に示す暖機制御（S5）
へ進む。尚本発明では上記空気排出制御機能を必
ずしも要件とするものではない。

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
ジヤケツト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ヤケツト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とを連通状態に保つたまま
待機するものであり、従つてS41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S42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
つたときにS45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、発生蒸気圧によつて系内の液相冷媒
がリザーバタンク２１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ヤケツト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
定レベルを下回つたとき、即ちS44においてNO
のときには直ちにS45で系内を密閉してこの制御
を終了する。

暖機制御の終了後は、前述したようにS5〜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アン１４のオンオフにより微
細な温度制御を行うS5の第１３図に示すフアン
制御と、液相冷媒の循環供給により冷却ジヤケツ
ト２内の液面を設定レベル以上に保つ第９図S8
の液面制御（第１４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９図S11の
コンデンサ内液位低下制御（第１６図）及び第９
図S12のコンデンサ内液位上昇制御（第１７図）
とに大別される。

まず前述したように第１２図に示す暖機制御に
おいて検出温度が「設定温度＋2.0℃（＝α₃）」と
なつ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１３図のS52、S53で冷却
フアン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１６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（S61、S62）、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℃（＝
α₅）」の温度に低下するまで継続され（S68、
S69）、最後に系内をS70で密閉して終了する。上
記の終了温度は冷却フアン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℃（＝α₄）」の
範囲内でかつ設定温度より若干高温側に設定して
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
もので（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）、低速低負荷領域Ａ
においては100〜110℃、低速低負荷領域Ｂにおい
ては80〜90℃程度、高速回転領域Ｃにおいては95
〜100℃程度に制御される。その理由は既述した。

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ヤケツト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。この冷却ジヤケツト２側液面が設
定レベル以下となつた場合には、これを第１６図
のS63で判断し、S65の冷却ジヤケツト２内冷媒
液面低下異常チエツク制御（第１５図）を行う。

即ち、冷却ジヤケツト２内液位低下がS71でコ
ンピユ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から冷却ジヤケツト２へ液相冷媒の補給を行つ
て、第１液面センサ３２の設定レベルに冷却ジヤ
ケツト内液位制御を行う。

若しS71で冷却ジヤケツト２内の冷媒液面低下
が10〜20秒の間継続したことがわかつた場合には
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ヤケツト２に
ロワタンク１３内の冷媒供給を行う。即ちS73で
負圧スイツチ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１３から冷却ジヤケツト２内へ補
給され冷却ジヤケツト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で系内が正圧であることがわかつた場合に
は、S74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。

次に冷却ジヤケツト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
ヤケツト２内の液面レベルが設定値以下の場合に
はS76に進んでタイマをクリアし、再びS71に
戻つてその後10秒以内は再びS72に進みコンデン
サのロワタンク１３から補給した冷媒を冷却ジヤ
ケツト２内に供給する。これらの繰り返し作用に
より、冷却ジヤケツト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の
異常低下防止を図る。

このようにして冷却ジヤケツト２内に比較的冷
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ヤケツト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、キヤビテーシヨンの発生を未然に防
止する。

尚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
まつた場合には、系内の蒸気がリザーバタンク２
１内へ流出するのを防止するためにS67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９図S10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９図S5で示す本制御による冷媒温
度制御（第１３図）と、S8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１
４図）とを繰り返し行う。

第１３図に示すフアン制御においては、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アン１４のみ
をオンオフ制御（S53、S54）する。また、液面
制御においては第１４図に示すように冷却ジヤケ
ツト２内の液面が設定レベル以上となつた場合
に、これをS55で判断し、コンデンサ３側から冷
却ジヤケツト２への液相冷媒の供給を停止する
（S56、S57）。冷却ジヤケツト２内液面が設定レ
ベル以下の場合には、S58で示すように冷却ジヤ
ケツト２内液位低下異常チエツク制御を行う。こ
れは、既に第１５図について説明した。

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つて系内温度
がS9の下限温度「設定温度−4.0℃（＝α₄）」を下
回つた場合には、第１７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、負圧スイツチ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℃（＝α₆）」の温度に上昇するま
で継続され（S84、S85）、最後に系内にS86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ヤケツト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S83で行う。これは第１４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
入中に正圧となつた場合には、S87に進んで第３
電磁弁２４を閉とし、冷却ジヤケツト２内液面が
設定値以上であるならば（S88）、第２電磁弁１
７を流路Ａに切り換えて冷媒供給ポンプ４を逆方
向に駆動し、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、S90）。こ
の強制導入の場合も検出温度が「設定温度−3.0
℃（＝α₆）」の温度に上昇するまで継続される
（S84、S85）。

また、この冷媒導入中に冷却ジヤケツト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Ｂ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、S92）。

上記のコンデンサ内液位上昇制御の結果、系内
温度がS9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アン１４のみによる第１３
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℃」と「設定温度−4.0
℃」の範囲内に導くようにS9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ヤケツト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。そして冷却フアン１４の制御は系内温度を
更に「設定温度±0.5℃」の範囲内（S52）に導く
ように行われ、これによつ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１０図及び第１８図に基づき、機関のイ
グニツシヨ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S102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、S103で設定された最大10秒程度
に冷却フアン１４を駆動して強制冷却（S103、
S104、S53）し、系内が十分低い温度（例えば80
℃）になる（S101）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（S107）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つてリザー
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つて次の始動に備
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
デンサチユ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ツシ
ヨンキーがオン操作される場合もあるが、この場
合には第１０図におけるS16の判断でS18〜S21へ
進み、予めS15で退避させた情報に基づいて冷却
フアン１４及び設定温度を復帰させると共に、
S103、S106のソフトウエアタイマ、をS18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。

尚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
イードバツクするようにしたが、本発明では必ず
しもフイードバツク制御をすることは要件でな
く、オープン制御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、冷房沸点温度を冷
却フアンによる制御とコンデンサ冷媒液位制御に
よる制御とで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変動を防止でき、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。また冷媒沸点温度を機関運転状態に合わせ
て、低速低負荷領域で約100〜110℃に設定したの
で燃費を向上させることができ、低速高負荷領域
で80〜90℃に設定したので機関出力が向上しかつ
耐ノツキング性が良好となると共に機関及びその
他の機器の耐久性が向上し、高速回転領域では90
〜100℃に設定したのでコンデンサの放熱量を確
保しかつ機関及びその周辺機器の耐久性を確保で
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ツクで示す
概念図、第２図は本発明で機関運転状態に応じて
設定する冷媒温度を示すグラフ、第３図は本発明
の沸騰冷却装置を備えた内燃機関の冷媒温度と燃
料消費率との低速特性を示すグラフ、第４図は同
じく冷媒温度変化に対応した燃料消費率と軸トル
ク特性を示すグラフ、第５図は低速領域の冷媒温
度に対応した軸トルク変化を示すグラフ、第６図
は低速高負荷領域の冷媒低温制御の限界を示す系
内圧力特性のグラフ、第７図はコンデンサにおけ
る混入液相冷媒量に対する放熱量を示すグラフ、
第８図は本発明の１実施例を示す構成説明図、第
９図〜第１８図は夫々本実施例における制御の内
容を示すフローチヤートである。 １……内燃機関、２，Ａ……冷却ジヤケツト、
３，Ｃ……コンデンサ、４……冷媒供給ポンプ、
１４，Ｂ……冷却フアン、１５……冷媒循環通
路、１７……第２電磁弁２１，Ｅ……リザーバタ
ンク、２３……第２補助冷媒通路、３１……制御
装置、Ｄ……液相冷媒循環手段、Ｆ……冷媒液位
制御手段、Ｇ……機関運転状態検出手段、Ｈ……
冷媒温度設定手段、Ｉ……冷媒温度制御手段。

Claims (1)

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ヤケ
   ツトと、冷却フアンを有しかつ気相冷媒が凝縮さ
   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
   ジヤケツ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、前記コンデンサの下部に連通して前記
   冷媒循環閉回路外に設けたリザーバタンクと、該
   リザーバタンクとコンデンサとの間で両者の差圧
   に抗した強制的な液相冷媒の授受を行つてコンデ
   ンサ内の冷媒液位を制御するコンデンサ内冷媒液
   位制御手段と、機関運転状態検出手段と、機関運
   転状態に応じて冷媒設定温度を定める冷媒温度設
   定手段と、前記冷却フアン及びコンデンサ内冷媒
   液位制御手段を作動せしめて前記冷媒設定温度に
   近づけるべく冷媒温度を制御する冷媒温度制御手
   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。 ２ 上記冷媒温度設定手段は、機関低速低負荷領
   域で第１の設定温度、機関低速高負荷領域で第１
   の設定温度よりも低い第２の設定温度、機関高速
   領域で第１と第２の設定温度間にある第３の設定
   温度に冷媒設定温度を定めることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の内燃機関の沸騰冷却装
   置における冷媒温度制御装置。