JPH0545446B2

JPH0545446B2 -

Info

Publication number: JPH0545446B2
Application number: JP59204584A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Hayashi; Naoki Ogawa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-09-29
Filing date: 1984-09-29
Publication date: 1993-07-09
Also published as: EP0176985A3; JPS6181219A; US4605164A; DE3571785D1; EP0176985A2; EP0176985B1

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、自動車の車室暖房装置に関し、詳
しくは沸騰気化潜熱を利用して冷却を行う沸騰冷
却式内燃機関における車室暖房装置に関する。

従来の技術従前の水冷式内燃機関においては、機関のウオ
ータジヤケツトとラジエータとの間でウオータポ
ンプにより冷却水を循環させて冷却を行う一方、
上記ウオータジヤケツトからヒータコアに高温冷
却水を導き、ヒータコア通過後、上記ウオータポ
ンプ上流側に戻すようにして車室暖房装置を構成
している。

しかし、この水冷式冷却装置の温水を利用した
車室暖房装置にあつては、冷間始動時に、冷却水
全体が暖まるまで長時間を要することから、暖房
効果の立ち上がりが悪い。

一方、本出願人は内燃機関の冷却装置として、
冷媒の沸騰・凝縮のサイクルを利用した沸騰冷却
装置を種々提案している（例えば特願昭58−
145470号、特願昭58−228148号等）。これはウオ
ータジヤケツトとコンデンサと冷媒供給ポンプと
を主体として密閉した冷媒循環系を構成し、上記
ウオータジヤケツト内に液面センサによつて規定
された設定レベルまで液相冷媒を貯留して、その
沸騰気化により各部を冷却するとともに、発生蒸
気をコンデンサで凝縮した後、上記液面センサの
検出信号に連動した冷媒供給ポンプによつてウオ
ータジヤケツトに再度循環供給し、冷媒液面を上
記設定レベルに常時維持するようにしたものであ
る。この沸騰冷却装置においては、冷媒（例えば
水と不凍液の混合液）の気化潜熱を利用するた
め、ウオータジヤケツト内に保有される冷媒量が
少なくなるとともに、沸騰開始までウオータジヤ
ケツト内に液相冷媒が滞留状態にあるので、始動
後の暖機時間が大幅に短縮化される。従つて、ウ
オータジヤケツト内から冷媒を導いて車室暖房装
置の熱源として用いる場合には、比較的早期に暖
房効果を得ることができる。

発明が解決しようとする問題点この発明は、上記の沸騰冷却装置と組み合せた
車室暖房装置を更に発展させ、機関始動後速やか
に一層急速かつ強力な暖房を行い得るようにする
ことを目的とする。

問題点を解決するための手段上記の目的のために、この発明に係る沸騰冷却
式内燃機関の車室暖房装置は、設定レベルの下方
でかつ燃焼室近傍に位置する第１ヒータ用冷媒ポ
ートと設定レベルの上方に位置する第２ヒータ用
冷媒ポートとをウオータジヤケツトに設けるとと
もに、両ポートの間に冷媒通路を介してヒータコ
アを接続し、かつ上記冷媒通路に正逆両方向に駆
動可能なヒータ用ポンプを介装し、冷媒低温時に
は第１ヒータ用冷媒ポートから第２ヒータ用冷媒
ポートへ向けて、また冷媒高温時には逆方向に、
上記ヒータ用ポンプにより冷媒を送給する構成と
した。

作用沸騰冷却装置においては、沸騰開始後は各部の
温度が沸点に略均一に保たれるのであるが、冷間
始動後、沸騰が開始するまでは各部で温度差が生
じる。そして冷媒は基本的に滞留状態にあるか
ら、とりわけ燃焼室近傍の液相冷媒が急激に温度
上昇する。第１ヒータ用冷媒ポートから第２ヒー
タ用冷媒ポートへ向けてヒータ用ポンプを駆動す
れば、この高温液相冷媒がヒータコアに供給され
る。ヒータコア通過後の液相冷媒は第２ヒータ用
冷媒ポートからウオータジヤケツト内に戻るが、
これは第１ヒータ用冷媒ポートから離れているの
で、燃焼室近傍での集中的な温度上昇を阻害しな
い。

一方、暖機終了後は第２ヒータ用冷媒ポートか
ら第１ヒータ用冷媒ポートへ向けてヒータ用ポン
プが駆動される結果、冷媒蒸気がヒータコアに導
かれ、これを熱源として強力な暖房が行われる。

実施例第１図はこの発明の一実施例を示す構成説明図
であつて、１はウオータジヤケツト２を備えた内
燃機関、３は気相冷媒を凝縮するためのコンデン
サ、４は電動式の冷媒供給ポンプ、５は車室６内
に設けられたヒータコア夫々示している。

上記ウオータジヤケツト２は、シリンダブロツ
ク７およびシリンダヘツド８の両者に亘つて形成
され、その上部の適宜な位置に蒸気出口９が設け
られている。このウオータジヤケツト２内には、
通常第１液面センサ１０により規定される設定レ
ベルまで液相冷媒が貯留されるようになつてお
り、かつ上記設定レベルより下方位置に温度セン
サ１１が装着されている。また上記ウオータジヤ
ケツト２には、上記設定レベルの下方でかつ燃焼
室１２近傍の位置に第１ヒータ用冷媒ポート１３
が、設定レベルの上方の位置に第２ヒータ用冷媒
ポート１４が夫々開口形成されており、両者間に
ヒータ用冷媒通路１５を介してヒータコア５が接
続されている。そして、上記ヒータ用冷媒通路１
５に、正方向（第１ヒータ用冷媒ポート１３から
第２ヒータ用冷媒ポート１４へ向かう方向）およ
び逆方向（第２ヒータ用冷媒ポート１４から第１
ヒータ用冷媒ポート１３へ向かう方向）の双方に
駆動可能なヒータ用ポンプ１６が介装されてい
る。尚、上記第１、第２ヒータ用冷媒ポート１
３，１４は、ウオータジヤケツト２の異なる側面
に夫々形成され、各ポート１３，１４を出入りす
る冷媒の干渉を回避している。また１７は車室内
への送風用ブロワを示し、ヒータスイツチ１８に
連動して作動するように構成されている。

コンデンサ３は、上記蒸気出口９に接続管２１
および蒸気通路２２を介して連通したアツパタン
ク２３と、上下方向に沿つた微細なチユーブを主
体としたコア部２４と、このコア部２４で凝縮さ
れた液化冷媒を一時貯留するロアタンク２５とか
ら構成されたもので、例えば車両前部など車両走
行風を受け得る位置に設置され、更にその前面あ
るいは背面に、強制冷却用の電動式冷却フアン２
６を備えている。また、上記ロアタンク２５は、
所定レベルに第２液面センサ２７を有し、かつ底
部に冷媒循環通路２８の一端が接続されていると
ともに、上記所定レベルより若干下方に第１補助
冷媒通路２９の一端が接続されている。上記冷媒
循環通路２８は、その他端が上記ウオータジヤケ
ツト２の下部の冷媒入口２ａに接続されており、
かつ中間部に上記冷媒供給ポンプ４が介装されて
いる。

また上記接続管２１には、系内が負圧であるか
否かを検出するダイヤフラム式負圧スイツチ３０
が装着されている。

次に、３１は冷媒循環系の系外に設けられたリ
ザーバタンクを示している。これは、通気機能を
有するキヤツプ３２を介して大気に開放されてい
るとともに、車両の比較的高所に設置され、かつ
その底部に、上述した第１補助冷媒通路２９と第
２補助冷媒通路３３とが接続されている。そし
て、上記第１補助冷媒通路２９の通路中には常閉
型の第３電磁弁３４が介装されている。また、上
記第２補助冷媒通路３３は三方弁である第２電磁
弁３５を介して上述した冷媒循環通路２８の冷媒
供給ポンプ４上流側（吸入側）に接続されてい
る。上記第２電磁弁３５は、非通電時には冷媒循
環通路２８を遮断して上記第２補助冷媒通路３３
と冷媒供給ポンプ４とを連通し（流路Ａ）、通電
時には上記第２補助冷媒通路３３を遮断して冷媒
循環通路２８を連通状態（流路Ｂ）に維持するも
のである。

一方、冷媒循環系の最上部である接続管２１に
は、系内の空気を排出するための空気排出通路３
６が接続されており、かつ空気排出時に同時に溢
れ出た液相冷媒を回収するために、上記空気排出
通路３６の先端部がリザーバタンク３１内に挿入
され、その比較的上部に開口している。そして、
その上記空気排出通路３６に、常閉型の第１電磁
弁３７が介装されている。

上記の各電磁弁３７，３５，３４や冷媒供給ポ
ンプ４等は、所謂マイクロコンピユータシステム
を用いた制御装置３８によつて所定のプログラム
に従つて制御されるものであり、またヒータスイ
ツチ１８に基づきヒータ使用時に駆動されるヒー
タ用ポンプ１６の駆動方向も、上記制御装置３８
によつて選択される。

第２図〜第１３図は、上記制御装置３８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
沿つて概略を説明する。尚、図中第１、第２、第
３電磁弁３７，３５，３４を夫々「電解弁」…
のように略記し、ウオータジヤケツト２内の冷媒
液面を「Ｃ／Ｈ液面」と略記する。また「KP」
は冷却供給ポンプ４を、「HP」はヒータ用ポン
プ１６を夫々示している。

第２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ON）に
より制御が開始すると、空気排出制御（ステツプ
３）、液相冷媒排出制御（ステツプ４）により系
内の所定量の冷媒を封入した状態とした後、ステ
ツプ５〜ステツプ７の制御ループに移行する。ま
たキーOFF信号が入力されると、第３図に示す
割込み制御ルーチンが実行され、一定の処理を経
た後に電源がOFFとなる。尚、始動が再始動で
ある場合（ステツプ２）には、空気排出制御は省
略する。

空気排出制御は第４図に示すように、系外のリ
ザーバタンク３１から冷媒供給ポンプ４によつて
系内に強制的に液相冷媒を導入し、系最上部の空
気排出通路３６を通して空気を排出するものであ
る。このとき同時にヒータ用ポンプ１６も駆動さ
れ、ヒータコア５内の空気の確実な排出を図つて
いる。

空気排出後、第５図、第６図に示す液相冷媒排
出制御が行われ、系内の発生蒸気圧を利用して余
剰の冷媒をリザーバタンク３１へ戻される。この
とき、種々の条件によりロアタンク２５内の冷媒
液面が先に設定レベルにまで低下する場合（冷間
始動時には通常この状態になる）と、ウオータジ
ヤケツト２内の冷媒液面が先に設定レベルにまで
低下する場合（再始動時に起り易い状態である）
とがある。前者の場合には、主にステツプ21〜ス
テツプ35に示すように、ウオータジヤケツト２内
の液相冷媒を沸騰→凝縮の形でコンデンサ３側へ
徐々に移動させ、第３電磁弁３４の開閉の繰り返
しにより余剰冷媒を排出し、同時に冷却フアン２
６のON・OFFによる温度制御（ステツプ27〜
29）を開始する。また後者の場合には、主に第６
図に示すように、冷媒供給ポンプ４のON・OFF
制御（ステツプ48〜50）によりウオータジヤケツ
ト２内の冷媒液面を設定レベルに維持しつつロア
タンク２５内から余剰の液相冷媒を系外に排出す
る。

一方、ヒータスイツチ１８がON操作されてい
る場合（ステツプ22）には、ヒータ用ポンプ１６
が作動し、ヒータコア５に熱源となる冷媒が送ら
れる（ステツプ36〜46）。このとき、冷媒温度の
高（95℃以上）、低（95℃以下）に応じて、ヒー
タ用ポンプ１６の駆動方向が切換えられる。すな
わち始動直後の低温時には、ヒータ用ポンプ１６
の正転により第１ヒータ用冷媒ポート１３から燃
焼室１２近傍の局部的に高温となつた液相冷媒が
ヒータコア５に送り込まれる。従つて、立ち上が
りの早い暖房効果が得られる。尚、冷媒出口とな
る第２ヒータ用冷媒ポート１４は第１ヒータ用冷
媒ポート１３から離間した位置にあるので、第１
ヒータ用冷媒ポート１３近傍で局部的に生じる高
温冷媒を拡散させることがない。また、暖機が進
行してウオータジヤケツト２内の液相冷媒が高温
となると、ヒータ用ポンプ１６の逆転により第２
ヒータ用冷媒ポート１４からヒータコア５に冷媒
が送り込まれる。この場合に、ウオータジヤケツ
ト２内の冷媒液面が未だ設定レベル以上にあれば
高温液相冷媒が送られるが設定レベルに維持され
た状態では、気相冷媒が導入されることになり、
気化潜熱による強力な暖房が開始される。

以上の液相冷媒排出制御により、ウオータジヤ
ケツト２内およびロアタンク２５内の夫々で冷媒
液面が設定レベルに調節され、この結果系内に所
定量の冷媒が封入されたことになる。以後は前述
のように通常運転制御等の制御ループへ進む。

この制御ループにおいては、先ず冷却フアン２
６のON・OFF（ステツプ63、64）による温度制
御が行われる。尚、目標温度は機関運転条件に応
じて設定される。

またウオータジヤケツト２内の冷媒液面は、冷
媒供給ポンプ４による液相冷媒の循環供給によつ
て設定レベルに常に維持され（ステツプ66〜69）。
このとき、冷媒供給ポンプ４のON継続時間が過
度に長い場合（ステツプ67）には、何らかの原因
でロアタンク２５内の液相冷媒が不足している虞
れがあるので、第９図の液相冷媒量過少回避制御
により、系外のリザーバタンク３１から液相冷媒
を補結する。一方、液相冷媒中の蒸気泡の割合が
沸騰により増大してコンデンサ３側の冷媒液面が
高くなり、放熱能力不足を来たしたときには、コ
ンデンサ３側からウオータジヤケツト２側に更に
液相冷媒を送つて放熱面積の拡張を行う（ステツ
プ74、75）このとき、移動させる冷媒量が過度に
多いとき（ステツプ78）には、やはり何らかの原
因で系内に異常に多量の液相冷媒が封入されてい
る虞れがあるので、第８図の液相冷媒量過多回避
制御により、再度液相冷媒排出制御（第５，６
図）へ進み、封入冷媒量の調整を行う。

またヒータ用ポンプ１６の正逆制御は、ステツ
プ79〜89において行われ、前述した液相冷媒排出
制御の場合と同様に、冷媒低温時には第１ヒータ
用冷媒ポート１３を入口として、冷媒高温時には
第２ヒータ用冷媒ポート１４を入口として、夫々
熱源となる液相もしくは気相の冷媒がヒータコア
５に導入される。

一方、低負荷時や車両走行風が強過ぎるような
場合に系内温度が異常低下すると、第１０図に示
す負圧防止制御が行われ、過冷却が防止される。
これは、系内をリザーバタンク３１と連通状態に
保つてコンデンサ３内に液相冷媒を導入し、コン
デンサ３の放熱能力を抑制するものであり、系内
が略大気圧での沸点に維持される。従つて、ヒー
タコア５に導入される冷媒温度が過度に低下する
ことはなく、安定した暖房性能が確保される。

また、コンデンサ３内に空気が残存していたな
どの原因で高負荷時に系内が異常に高温高圧化し
たとすると第１１図、第１２図に示す異常高圧回
避制御が行われる。これは異常高圧下にある冷媒
循環系を第３電磁弁３４により開放し（ステツプ
113）、高圧蒸気を排出して温度・圧力の低下を促
すもので、更に必要な場合には第１電磁弁３７を
通して蒸気排出が行われる（ステツプ121）。ま
た、この間もウオータジヤケツト２内の冷媒液面
は設定レベルに維持される（ステツプ115、119）。
そして、温度低下後再び冷媒封入量の調整を行つ
て系を密閉する（ステツプ126〜130）。

機関運転中は以上のような制御が繰り返される
が、キーOFF信号が入力されると、第１３図に
示すキーOFF制御が割込処理される。これによ
り冷却フアン２６が一定時間駆動され（ステツプ
136〜138）、系内が低温、負圧状態になつた時点
で電源がOFFとなる。尚、電源OFFによつて、
常閉型電磁弁である第１電磁弁３７は「閉」に、
常閉型電磁弁である第３電磁弁３４は「開」にな
るため、温度低下に伴つて系内にリザーバタンク
３１から液相冷媒が導入され、最終的には系全体
が液相冷媒で満たされた状態となる。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明した
が、沸騰冷却式内燃機関としては必ずしも上記の
制御方式のものに限定されることはなく、種々の
ものに適用することができる。

発明の効果以上の説明で明らかなように、この発明に係る
沸騰冷却式内燃機関の車室暖房装置においては、
冷間始動後、早期に暖房効果が得られるととも
に、暖機後は気化潜熱を利用した強力な暖房が可
能となる。しかも、下り坂走行時など機関発熱量
が低下した場合でも、十分な暖房効果を維持する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成説明
図、第２図、第３図、第４図、第５図、第６図、
第７図、第８図、第９図、第１０図、第１１図、
第１２図および第１３図はこの実施例における制
御の内容を示すフローチヤートである。１……内燃機関、２……ウオータジヤケツト、
３……コンデンサ、４……冷媒供給ポンプ、５…
…ヒータコア、１０……第１液面センサ、１１…
…温度センサ、１３……第１ヒータ用冷媒ポー
ト、１４……第２ヒータ用冷媒ポート、１５……
ヒータ用冷媒通路、１６……ヒータ用ポンプ、２
５……ロアタンク、２６……冷却フアン、２７…
…第２液面センサ、３１……リザーバタンク、３
４……第３電磁弁、３５……第２電磁弁、３７…
…第１電磁弁、３８……制御回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１液面センサにより規定される設定レベルまで
液相冷媒が貯留されるウオータジヤケツトと、こ
こで発生した冷媒蒸気を外気により凝縮するコン
デンサと、冷媒液面を上記設定レベルに維持する
ように、上記コンデンサで凝縮された液相冷媒を
ウオータジヤケツトに循環供給する冷媒供給ポン
プとを備えてなる沸騰冷却式内燃機関において、
上記設定レベルの下方でかつ燃焼室近傍に位置す
る第１ヒータ用冷媒ポートと上記設定レベルの上
方に位置する第２ヒータ用冷媒ポートとをウオー
タジヤケツトに設けるとともに、両ポートの間に
冷媒通路を介してヒータコアを接続し、かつ上記
冷媒通路に正逆両方向に駆動可能なヒータ用ポン
プを介装し、冷媒低温時には第１ヒータ用冷媒ポ
ートから第２ヒータ用冷媒ポートへ向けて、また
冷媒高温時には逆方向に、上記ヒータ用ポンプに
より冷媒を送給することを特徴とする沸騰冷却式
内燃機関の車室暖房装置。