JPH06102976B2 - Boiling cooling device for internal combustion engine - Google Patents

Boiling cooling device for internal combustion engine

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JPH06102976B2
JPH06102976B2 JP61239854A JP23985486A JPH06102976B2 JP H06102976 B2 JPH06102976 B2 JP H06102976B2 JP 61239854 A JP61239854 A JP 61239854A JP 23985486 A JP23985486 A JP 23985486A JP H06102976 B2 JPH06102976 B2 JP H06102976B2
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JP
Japan
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refrigerant
temperature
liquid level
water jacket
liquid
Prior art date
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JP61239854A
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Japanese (ja)
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JPS6394016A (en
Inventor
芳則 平野
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication of JPH06102976B2 publication Critical patent/JPH06102976B2/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00Liquid cooling
    • F01P3/22Liquid cooling characterised by evaporation and condensation of coolant in closed cycles; characterised by the coolant reaching higher temperatures than normal atmospheric boiling-point
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/14Indicating devices; Other safety devices
    • F01P11/18Indicating devices; Other safety devices concerning coolant pressure, coolant flow, or liquid-coolant level

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、ウオータジヤケツト内に貯留された液相冷
媒の沸騰気化潜熱を利用して冷却を行なう内燃機関の沸
騰冷却装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a boiling cooling apparatus for an internal combustion engine, which cools by utilizing latent heat of vaporization of a liquid phase refrigerant stored in a water jacket.

従来の技術 自動車用機関等の冷却装置として、従前の水冷式冷却装
置に代えて冷媒(冷却水)の沸騰、凝縮のサイクルを伴
う沸騰冷却装置が、例えば特公昭57-57608号公報や特開
昭57-62912号公報などに記載されているが、これらは冷
却水の自重による自然循環的な方法でウオータジヤケツ
ト内の液面レベルが調節されるものであるため、安定し
た液面位置を確保することが期待できず、高温部位の気
相中への露出による過熱の恐れがあるなど、信頼性、安
全性に乏しい。
2. Description of the Related Art As a cooling device for an automobile engine or the like, instead of a conventional water cooling type cooling device, there is a boiling cooling device with a cycle of boiling and condensing a refrigerant (cooling water), for example, Japanese Patent Publication No. 57-57608. As described in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 57-62912, the liquid level in the water jacket is adjusted by a natural circulation method using the own weight of the cooling water. It is not reliable and safe because it cannot be expected to secure it and there is a risk of overheating due to exposure of high temperature parts to the gas phase.

これに対し、本出願人は冷媒供給手段例えば冷媒供給ポ
ンプを用いてウオータジヤケツト内の冷媒液面を所定レ
ベルに制御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60-36712号公報、特開昭60-36715号
公報、特開昭60-243321号公報等)。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等を主体として
冷媒循環系を構成するとともに、上記ウオータジヤケツ
トの設定レベルに対応して液面センサを装着したもの
で、この設定レベルまで液相冷媒(例えばエチレングリ
コール水溶液)を貯留しておいて、その沸騰気化により
各部の冷却を行なつている。そして発生蒸気をコンデン
サに導いて凝縮し、コンデンサ下部に液相冷媒として回
収した後、上記液面センサの検出信号に基づいてON,OFF
作動する冷媒供給ポンプによつて再度ウオータジヤケツ
トに循環供給し、その冷媒液面を上記設定レベルに維持
する構成となつている。このように冷媒供給ポンプを用
いてウオータジヤケツト内の冷媒液面を強制的に制御す
ることにより、負荷条件等が変化しても液面を確実に設
定レベルに維持できることになり、燃焼室壁等高温部位
の露出を防止し、かつウオータジヤケツト上部に適宜な
蒸気空間を確保して、安定した冷却性能を発揮できるの
である。なお、このほか冷媒供給手段として機関出力に
よつて常時駆動される機械式ポンプと電磁弁とを用い、
液面センサの検出信号に基づく電磁弁の開閉によつて同
様にウオータジヤケツト内の冷媒液面を制御するように
したものもある。
On the other hand, the applicant has proposed various boiling cooling devices in which the coolant liquid level in the water jacket is controlled to a predetermined level by using a coolant supply means, for example, a coolant supply pump (for example, Japanese Patent Laid-Open No. Sho 60). -36712, JP-A-60-36715, JP-A-60-243321, etc.). This is a refrigerant circulation system mainly composed of a water jacket, a condenser, a refrigerant supply pump, etc., and is equipped with a liquid level sensor corresponding to the set level of the water jacket. (For example, an ethylene glycol aqueous solution) is stored, and each part is cooled by the vaporization by boiling. Then, the generated steam is guided to a condenser, condensed, and collected as a liquid-phase refrigerant in the lower part of the condenser, and then turned on and off based on the detection signal of the liquid level sensor.
The working coolant supply pump circulates and supplies the water jacket again to maintain the liquid level of the coolant at the set level. In this way, by forcibly controlling the coolant liquid level in the water jacket using the coolant supply pump, it is possible to reliably maintain the liquid level at the set level even if the load conditions etc. change. It is possible to prevent the exposure of isothermal parts and to secure an appropriate steam space above the water jacket, thereby exhibiting stable cooling performance. In addition to this, a mechanical pump and a solenoid valve that are constantly driven by the engine output are used as the refrigerant supply means,
There is also one in which the liquid level of the refrigerant in the water jacket is similarly controlled by opening and closing the electromagnetic valve based on the detection signal of the liquid level sensor.

発明が解決しようとする問題点 上記のように冷媒供給ポンプや電磁弁のON,OFF動作によ
つてウオータジヤケツト内の冷媒液面を制御するもので
は、当然のことながら、そのON,OFFの切換に際し、ヒス
テリシスが与えられる。ここでヒステリシスとは、液面
が下降して行く際にポンプがONとなる液面位置と、液面
が上昇して行く際にポンプがOFFとなる液面位置との
差、つまり不感帯となる範囲を指すが、実際には、液面
センサにより単一の基準液面レベルが設定されているた
め、液面センサのOFF状態(基準レベル以下の状態)が
所定時間継続したときにポンプをON作動させるととも
に、液面センサのON状態(基準レベル以上の状態)が所
定時間継続したときにポンプを停止させるように制御プ
ログラムを構成することで、実質的なヒステリシスの付
与を実現し、制御のハンチングを抑制している。つま
り、上記の所定時間の長短がヒステリシスの大小に相当
する。
Problems to be Solved by the Invention As described above, the refrigerant liquid level in the water jacket is controlled by the ON / OFF operation of the refrigerant supply pump and the solenoid valve. Hysteresis is provided during switching. Here, the hysteresis is the dead zone, that is, the difference between the liquid level position where the pump turns on when the liquid level goes down and the liquid level position where the pump turns off when the liquid level goes up. Although it indicates the range, in reality, a single reference liquid level is set by the liquid level sensor, so the pump is turned on when the liquid level sensor's OFF state (state below the reference level) continues for a predetermined time. Along with the operation, the control program is configured to stop the pump when the liquid level sensor is in the ON state (state above the reference level) for a predetermined time. Controls hunting. That is, the length of the above-mentioned predetermined time corresponds to the magnitude of hysteresis.

しかし、上記従来の沸騰冷却装置においては、そのヒス
テリシスは、液面センサの応答性などから決定され、常
に一定のものとなつている。
However, in the above conventional boiling cooling device, the hysteresis is determined by the response of the liquid level sensor and the like, and is always constant.

従つてヒステリシスを比較的小さく設定すると、冷媒供
給ポンプや電磁弁の作動頻度が多くなり、耐久性を損な
うという問題がある。とりわけ直流モータを用いた電動
ポンプではブラシの摩耗が著しいものとなる。また逆に
ヒステリシスを比較的大きく設定すると、コンデンサ能
力に余裕のある冬季などコンデンサ下部の液相冷媒温度
が低いときに、ウオータジヤケツト内に低温液相冷媒が
一時に多量に供給されることになり、この結果、ウオー
タジヤケツト内温度のハンチングが大きくなり、例えば
ウオータジヤケツト内冷媒を車室暖房用ヒータの熱源と
した場合に、ヒータ吹出温度が不安定となる。
Therefore, if the hysteresis is set to be relatively small, the refrigerant supply pump and the electromagnetic valve are operated more frequently, and the durability is impaired. Especially in an electric pump using a DC motor, the wear of the brush becomes remarkable. Conversely, if the hysteresis is set to a relatively large value, a large amount of low-temperature liquid-phase refrigerant will be supplied to the water jacket at one time when the temperature of the liquid-phase refrigerant in the lower part of the capacitor is low, such as in winter when the capacity of the capacitor is low. As a result, hunting of the temperature in the water jacket becomes large, and when the refrigerant in the water jacket is used as the heat source of the heater for heating the vehicle compartment, the heater blowout temperature becomes unstable.

問題点を解決するための手段 この発明は、上記の問題点を解決するために、コンデン
サ側の冷媒温度に応じてヒステリシスを可変的に設定す
るようにしたものである。すわなち、この発明に係る内
燃機関の沸騰冷却装置は、上部に蒸気出口を有し、かつ
内部に液相冷媒が貯留されるウオータジヤケツト1と、
このウオータジヤケツト1で発生した冷媒蒸気が導入さ
れ、かつ下部に凝縮した液相冷媒が集められるコンデン
サ2と、このコンデンサ2で凝縮した液相冷媒を上記ウ
オータジヤケツト1に補給する冷媒供給手段3と、上記
コンデンサ2の下部の液相冷媒温度を検出する温度セン
サ4と、上記ウオータジヤケツト1に配設され、冷媒液
面が所定レベルに達しているか否かを検出する液面セン
サ5と、この液面センサ5の検出信号に基づき液面が所
定レベル以下となっている状態の継続時間を計測する第
1タイマ手段9と、この第1タイマ手段9の計測時間が
第1設定時間以上となったときに上記冷媒供給手段3を
作動開始させる作動信号発生手段6と、上記液面センサ
5の検出信号に基づき液面が所定レベル以上となってい
る状態の継続時間を計測する第2タイマ手段10と、この
第2タイマ手段10の計測時間が第2設定時間以上となっ
たときに上記冷媒供給手段3を停止させる停止信号発生
手段7と、上記温度センサ4の検出温度に基づき、上記
第1設定時間を、低温時に相対的に短く、かつ高温時に
相対的に長くなるように可変設定する第1の設定時間可
変設定手段8Aと、上記温度センサ4の検出温度に基づ
き、上記第2設定時間を、低温時に相対的に短く、かつ
高温時に相対的に長くなるように可変設定する第2の設
定時間可変設定手段8Bと、を備えて構成されている。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention variably sets the hysteresis according to the refrigerant temperature on the condenser side. That is, the boiling cooling apparatus for an internal combustion engine according to the present invention has a water jacket 1 having a vapor outlet in the upper part and in which a liquid-phase refrigerant is stored,
The condenser 2 into which the refrigerant vapor generated in the water jacket 1 is introduced and the condensed liquid phase refrigerant is collected in the lower part, and the refrigerant supply means for supplying the liquid phase refrigerant condensed in the condenser 2 to the water jacket 1. 3, a temperature sensor 4 for detecting the liquid-phase refrigerant temperature below the condenser 2, and a liquid level sensor 5 provided in the water jacket 1 for detecting whether or not the liquid level of the refrigerant has reached a predetermined level. And a first timer means 9 for measuring the duration of the state in which the liquid level is below a predetermined level based on the detection signal of the liquid level sensor 5, and the measurement time of the first timer means 9 is the first set time. When the above is reached, the operation signal generating means 6 for starting the operation of the refrigerant supply means 3 and the duration of the state in which the liquid level is above a predetermined level based on the detection signal of the liquid level sensor 5 Second timer means 10 for measuring, stop signal generating means 7 for stopping the refrigerant supply means 3 when the measurement time of the second timer means 10 becomes a second set time or more, and detection of the temperature sensor 4 Based on the temperature, the first set time variable setting means 8A for variably setting the first set time so as to be relatively short at low temperature and relatively long at high temperature, and the temperature detected by the temperature sensor 4. Based on the above, second setting time variable setting means 8B for variably setting the second setting time so that it is relatively short when the temperature is low and relatively long when the temperature is high.

作用 始動直後あるいは寒冷時における運転などでコンデンサ
2下部の液相冷媒温度が低い場合には、ヒステリシスつ
まり第1設定時間と第2設定時間は比較的短く設定され
る。従つてウオータジヤケツト1には液相冷媒がごく少
量ずつ供給されることになり、ウオータジヤケツト1内
冷媒温度のハンチングは非常に小さくなる。またウオー
タジヤケツト内冷媒温度のハンチングが問題とならない
ようなコンデンサ2内冷媒温度の高温時には、第1設定
時間と第2設定時間は比較的長く設定される。従つて、
この場合には冷媒供給ポンプや電磁弁などからなる冷媒
供給手段3の作動頻度は少なくなる。
Action When the temperature of the liquid-phase refrigerant in the lower part of the condenser 2 is low immediately after starting or during cold operation, the hysteresis, that is, the first set time and the second set time are set relatively short. Therefore, the liquid phase refrigerant is supplied to the water jacket 1 little by little, and the hunting of the refrigerant temperature in the water jacket 1 becomes very small. Further, when the refrigerant temperature in the condenser 2 is high so that hunting of the refrigerant temperature in the water jacket does not pose a problem, the first set time and the second set time are set to be relatively long. Therefore,
In this case, the frequency of operation of the refrigerant supply means 3 including a refrigerant supply pump and a solenoid valve decreases.

実施例 第2図はこの発明に係る沸騰冷却装置の一実施例を示す
もので、同図において、11はウオータジヤケツト12を備
えてなる内燃機関、13は気相冷媒を凝縮するためのコン
デンサ、14は冷媒供給手段として電動式の冷媒供給ポン
プをそれぞれ示している。
Embodiment FIG. 2 shows an embodiment of the boiling cooling apparatus according to the present invention, in which 11 is an internal combustion engine equipped with a water jacket 12, and 13 is a condenser for condensing a vapor phase refrigerant. , 14 are electric refrigerant supply pumps as the refrigerant supply means, respectively.

上記ウオータジヤケツト12は内燃機関11のシリンダおよ
び燃焼室の外周部を包囲するようにシリンダブロツク15
およびシリンダヘツド16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で互いに連通し
ているとともに、その上部の適宜な位置に蒸気出口17が
設けられている。この蒸気出口17は接続管18および蒸気
通路19を介してコンデンサ13の上部入口13aに連通して
おり、かつ上記接続管18には、冷媒注入用のキヤツプ20
が設けられている。また上記ウオータジヤケツト12の所
定レベル、具体的にはシリンダヘツド16側のほぼ中間の
高さ位置に、液相冷媒の有無によつてON,OFF信号を発す
る例えばリードスイツチを用いたフロート式液面センサ
21が配設されており、かつこれより下方つまり通常液相
冷媒中に没する位置にサーミスタ等からなる第1温度セ
ンサ22が配設されている。
The water jacket 12 is a cylinder block 15 so as to surround the cylinder of the internal combustion engine 11 and the outer peripheral portion of the combustion chamber.
It is formed over both of the cylinder head 16 and the cylinder head 16, and the upper part, which is usually the vapor phase space, communicates with each other in each cylinder, and the steam outlet 17 is provided at an appropriate position on the upper part. The vapor outlet 17 is connected to the upper inlet 13a of the condenser 13 via a connecting pipe 18 and a vapor passage 19, and the connecting pipe 18 has a cap 20 for injecting a refrigerant.
Is provided. Further, at a predetermined level of the water jacket 12, specifically, at a substantially intermediate height position on the cylinder head 16 side, an ON / OFF signal is generated depending on the presence or absence of the liquid phase refrigerant, for example, a float type liquid using a reed switch. Surface sensor
21 is provided, and a first temperature sensor 22 including a thermistor or the like is provided below it, that is, at a position where it is submerged in the normal liquid phase refrigerant.

また23は、上記ウオータジヤケツト12にヒータ用通路24
を介して接続された車室25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ツチに連動して作動
するヒータ用ポンプ26が設けられている。
In addition, 23 is a heater passage 24 in the water jacket 12.
Is a heater core for heating the passenger compartment 25 connected via
A heater pump 26 that operates in conjunction with a heater switch (not shown) is provided on the downstream side thereof.

コンデンサ13は、上記入口13aを有するアツパタンク27
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28と、このコア部28で凝縮された液相冷媒を一時貯留
するロアタンク29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、さらに
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30が臨設されている。また上記ロアタンク29には、そ
の内部の冷媒温度を検出するサーミスタ等からなる第2
温度センサ31が配設されている。
The condenser 13 is an upper tank 27 having the inlet 13a.
And a core portion 28 mainly composed of a fine tube along the vertical direction, and a lower tank 29 for temporarily storing the liquid-phase refrigerant condensed in the core portion 28. It is installed at a position where it can receive traveling wind, and an electric cooling fan 30 for forced cooling is additionally provided on the front or back of the device. In addition, the lower tank 29 is provided with a second thermistor or the like for detecting the temperature of the refrigerant therein.
A temperature sensor 31 is provided.

32は、上記コンデンサ13の内容積とほぼ等しい容積を有
するリザーバタンクであつて、これは大気連通路33を介
して上部空間が大気に開放されているとともに第1冷媒
循環通路34を介してロアタンク29に接続され、かつ冷媒
供給ポンプ14が介装された第2冷媒循環通路35を介して
ウオータジヤケツト12に接続されている。なお、36はウ
オータジヤケツト12からリザーバタンク32への冷媒の逆
流を阻止する逆止弁である。また上記大気連通路33には
常開型の電磁弁37が介装されている。
Reference numeral 32 denotes a reservoir tank having a volume substantially equal to the internal volume of the condenser 13, the upper space of which is open to the atmosphere via the atmosphere communication passage 33 and the lower tank via the first refrigerant circulation passage 34. It is connected to the water jacket 12 through a second refrigerant circulation passage 35 which is connected to 29 and in which the refrigerant supply pump 14 is interposed. Reference numeral 36 is a check valve that blocks the reverse flow of the refrigerant from the water jacket 12 to the reservoir tank 32. A normally open solenoid valve 37 is provided in the atmosphere communication passage 33.

38は、冷媒供給ポンプ14や電磁弁37等の制御をつかさど
る制御装置であつて、これはいわゆるマイクロコンピユ
ータシステムからなり、後述するような所定のプログラ
ムに従つて一連の制御を行なつている。
Reference numeral 38 denotes a control device for controlling the refrigerant supply pump 14, the solenoid valve 37 and the like, which is a so-called micro computer system and performs a series of controls according to a predetermined program as described later.

次に、第3図,第4図は上記制御装置38によつて実行さ
れる制御の内容を示すフローチヤートであつて、以下、
このフローチヤートを参照して上記のように構成された
沸騰冷却装置の作動を説明する。
Next, FIGS. 3 and 4 are flow charts showing the contents of the control executed by the control device 38.
The operation of the boiling cooling device configured as described above will be described with reference to this flow chart.

まず機関の停止状態においては、ウオータジヤケツト12
内の液面センサ21の設定レベル付近までを液相冷媒(例
えばエチレングリコール水溶液)が占め、その上部には
空気が流入している。またコンデンサ13はほぼ全体が液
相冷媒で満たされており、かつリザーバタンク32は空の
状態となつている。
First, when the engine is stopped, the water jacket 12
The liquid-phase refrigerant (for example, an ethylene glycol aqueous solution) occupies the vicinity of the set level of the liquid level sensor 21, and air flows into the upper part thereof. Also, the condenser 13 is almost entirely filled with the liquid-phase refrigerant, and the reservoir tank 32 is empty.

この状態で機関が始動すると、ウオータジヤケツト12内
の冷媒は、その冷媒量が少ないとともに滞留状態にあ
り、しかも上部が空気で断熱されているので、すみやか
に温度上昇し、やがて沸騰が始まる。ここでウオータジ
ヤケツト12内の冷媒温度TEが85℃に達するまでは、冷却
フアン30は作動しない(ステツプ12,13)。
When the engine is started in this state, the refrigerant in the water jacket 12 has a small amount of refrigerant and is in a stagnant state, and since the upper part is thermally insulated by air, the temperature immediately rises, and boiling starts soon. Here, the cooling fan 30 does not operate until the refrigerant temperature TE in the water jacket 12 reaches 85 ° C. (steps 12 and 13).

沸騰が始まるとコンデンサ13内の液相冷媒は蒸気圧によ
つて徐々にリザーバタンク32に排出され、上部に気相冷
媒領域が拡大していく。このときウオータジヤケツト12
内部に残存していた空気は、蒸気流に押されてコンデン
サ13の下方に集まるので、第1冷媒循環通路34を通して
リザーバタンク32に自然に押し出される。なお、通常は
電磁弁37は開状態にあり、リザーバタンク32は大気に開
放されている。そして、沸騰によりウオータジヤケツト
12内の冷媒液面が液面センサ21の設定レベル以下に低下
してくると、ステツプ1〜11の液面制御によつて冷媒供
給ポンプ14が間欠的に作動し、リザーバタンク32からウ
オータジヤケツト12へ液相冷媒を補給する。これによつ
て、ウオータジヤケツト2内の冷媒液面は、以後機関停
止に至るまでほぼ一定に保たれる。具体的には、冷媒供
給ポンプ14は液面センサ21のOFF信号が第1設定時間T1
以上継続したときに作動開始し(ステツプ5〜8)、ま
た液面センサ21のON信号が第2設定時間T2以上継続した
ときに停止(ステツプ5,9〜11)する。そして上記第1
設定時間T1および第2設定時間T2は、第2温度センサ31
が検出するロアタンク29内の冷媒温度TCが5℃以下であ
ればそれぞれ0.1秒および0.6秒に、冷媒温度TCが5〜30
℃であればそれぞれ0.6秒および2.0秒に、また冷媒温度
TCが30℃以上であればそれぞれ1.0秒および2.5秒に設定
される(ステツプ1〜4)。すなわち、ロアタンク29内
冷媒温度TCが低いときには、ヒステリシスが小さくな
り、ごく少量ずつ冷媒供給が行なわれる。従つてウオー
タジヤケツト12内の冷媒温度のハンチングが防止され、
ヒータコア23に供給される冷媒温度も非常に安定したも
のとなる。また、ロアタンク29内冷媒温度TCが十分に高
い状態では、ヒステリシスが大きく与えられ、冷媒供給
ポンプ14の作動頻度が低減する。従つて、冷媒供給ポン
プ14の駆動モータにおけるブラシの摩耗が抑制され、耐
久性が向上する。なお、この実施例では第1設定時間T1
および第2設定時間T2を冷媒温度TCに応じて3段階に切
り替えているが、さらに細かく切り替え、あるいは連続
的に変化させるようにすることが可能であることはいう
までもない。
When boiling starts, the liquid-phase refrigerant in the condenser 13 is gradually discharged to the reservoir tank 32 due to the vapor pressure, and the vapor-phase refrigerant region expands to the upper part. At this time, the water jacket 12
The air remaining inside is gathered below the condenser 13 by being pushed by the vapor flow, and is naturally pushed out to the reservoir tank 32 through the first refrigerant circulation passage 34. The solenoid valve 37 is normally open and the reservoir tank 32 is open to the atmosphere. And by boiling, water jacket
When the liquid level of the refrigerant in 12 drops below the set level of the liquid level sensor 21, the liquid level control of steps 1 to 11 causes the refrigerant supply pump 14 to operate intermittently, and the reservoir tank 32 to the water tank. Refill the kettle 12 with liquid refrigerant. As a result, the liquid level of the refrigerant in the water jacket 2 is kept substantially constant until the engine is stopped. Specifically, in the refrigerant supply pump 14, the OFF signal of the liquid level sensor 21 indicates the first set time T1.
When the above continues, the operation is started (steps 5 to 8), and when the ON signal of the liquid level sensor 21 continues for the second set time T2 or more, it stops (steps 5, 9 to 11). And the first
The set time T1 and the second set time T2 are the second temperature sensor 31
If the refrigerant temperature TC in the lower tank 29 detected by is less than 5 ° C, the refrigerant temperature TC is 5 to 30 seconds in 0.1 seconds and 0.6 seconds, respectively.
If it is ℃, it will be 0.6 seconds and 2.0 seconds respectively, and the refrigerant temperature
If TC is 30 ° C or higher, 1.0 second and 2.5 seconds are set respectively (steps 1 to 4). That is, when the refrigerant temperature TC in the lower tank 29 is low, the hysteresis becomes small, and the refrigerant is supplied little by little. Therefore, the hunting of the refrigerant temperature in the water jacket 12 is prevented,
The temperature of the refrigerant supplied to the heater core 23 is also very stable. Further, when the refrigerant temperature TC in the lower tank 29 is sufficiently high, a large amount of hysteresis is provided, and the frequency of operation of the refrigerant supply pump 14 is reduced. Therefore, abrasion of the brush in the drive motor of the coolant supply pump 14 is suppressed, and durability is improved. In this embodiment, the first set time T1
Further, the second set time T2 is switched in three stages according to the refrigerant temperature TC, but it goes without saying that it can be switched more finely or can be changed continuously.

一方、コンデンサ13の上部に気相冷媒領域が拡大するに
従つてコンデンサ13の放熱能力が増大するので、この放
熱能力と機関発熱量とが平衡した位置にコンデンサ13の
液面位置が定まる。つまり機関の負荷や車両走行風など
に応じてコンデンサ13の液面位置が自然に上下動しつつ
機関温度を略一定に保つ。なお、ウオータジヤケツト12
等の内部の圧力はリザーバタンク32を介してほぼ大気圧
に保たれるので、機関温度はおおむね大気圧下での冷媒
沸点となる。そして、高負荷時などにコンデンサ13の液
面位置がかなり低下して過冷却度が小さくなると、具体
的にはウオータジヤケツト12内冷媒温度TEとロアタンク
29内冷媒温度TCとの温度差(TE−TC)が10℃以下となる
と冷却フアン30が作動開始し、コンデンサ13を強制冷却
する(ステツプ14,19)。この冷却フアン30の作動は、
温度差(TE−TC)が15℃にまで拡大したら停止する(ス
テツプ14,20)。
On the other hand, since the heat radiation capacity of the condenser 13 increases as the vapor phase refrigerant region expands above the condenser 13, the liquid surface position of the condenser 13 is determined at a position where this heat radiation capacity and the engine heat generation amount are in equilibrium. In other words, the liquid surface position of the condenser 13 naturally moves up and down in accordance with the load of the engine, the vehicle traveling wind, etc., while keeping the engine temperature substantially constant. The water jacket 12
Since the internal pressure of the above is maintained at about atmospheric pressure via the reservoir tank 32, the engine temperature is approximately the boiling point of the refrigerant under atmospheric pressure. Then, when the liquid level of the condenser 13 is considerably lowered and the degree of supercooling is reduced when the load is high, specifically, the refrigerant temperature TE in the water jacket 12 and the lower tank
When the temperature difference (TE−TC) from the refrigerant temperature TC in 29 becomes 10 ° C. or less, the cooling fan 30 starts to operate, and the condenser 13 is forcibly cooled (steps 14 and 19). The operation of this cooling fan 30 is
It stops when the temperature difference (TE-TC) expands to 15 ° C (steps 14 and 20).

このように、通常は電磁弁37が開いた状態で冷媒の沸
騰,凝縮を利用した冷却が行なわれる。なお、フローチ
ヤート中のフラグは電磁弁37の開閉状態に対応し、
「0」が「開」を、「1」が「閉」をそれぞれ示す。
In this way, normally, cooling using boiling and condensation of the refrigerant is performed with the solenoid valve 37 open. The flag in the flow chart corresponds to the open / closed state of the solenoid valve 37,
"0" indicates "open" and "1" indicates "closed".

そして、何らかの原因でコンデンサ13の放熱能力が機関
発熱量を下回るような状態となると、コンデンサ13の冷
媒液面が最大限に低下し、コンデンサ13での過冷却度が
小さくなる。この場合、検出された温度差(TE−TC)が
5℃以下となつた時点で電磁弁37が閉じ、リザーバタン
ク32が密閉される(ステツプ14,17)。そのため、コン
デンサ13等の内部の圧力が上昇し、冷媒沸点の上昇をき
たすので、コンデンサ13に流入する冷媒蒸気の温度が高
まり、コンデンサ13の放熱能力が増大する。この結果、
機関温度が僅かに上昇した状態でコンデンサ13の放熱能
力と機関発熱量とが再び平衡することになり、冷媒蒸気
の噴出あるいは機関温度の過度の上昇が確実に回避され
る。
When the heat radiation capacity of the condenser 13 falls below the heat generation amount of the engine for some reason, the liquid level of the refrigerant in the condenser 13 is lowered to the maximum and the degree of supercooling in the condenser 13 is reduced. In this case, when the detected temperature difference (TE-TC) becomes 5 ° C. or less, the solenoid valve 37 is closed and the reservoir tank 32 is sealed (steps 14 and 17). As a result, the pressure inside the condenser 13 and the like rises, causing the boiling point of the refrigerant to rise, so that the temperature of the refrigerant vapor flowing into the condenser 13 rises and the heat dissipation capacity of the condenser 13 increases. As a result,
When the engine temperature slightly rises, the heat radiation capacity of the condenser 13 and the engine heat generation amount rebalance, and the ejection of the refrigerant vapor or the excessive rise of the engine temperature is surely avoided.

また、上記のように電磁弁37が一旦閉じた場合には、そ
の閉じた瞬間のウオータジヤケツト12内冷媒温度TE0を
記憶(ステツプ18)しておき、運転条件の変化等により
ウオータジヤケツト12内の冷媒温度TEがこれよりも3℃
低くなつた時点で電磁弁37を開状態に復帰させるように
なつている。なお、何らかの原因でウオータジヤケツト
12内冷媒温度TEが過度に昇温(例えば120℃)した場合
にも電磁弁37が開かれる(ステツプ22〜25)。
Further, when the solenoid valve 37 is once closed as described above, the temperature TE0 of the refrigerant in the water jacket 12 at the moment of closing is stored (step 18), and the water jacket 12 may be changed due to changes in operating conditions. Refrigerant temperature TE inside is 3 ℃
The solenoid valve 37 is returned to the open state when it becomes low. For some reason, the water jacket
The solenoid valve 37 is also opened (steps 22 to 25) even when the refrigerant temperature TE in 12 rises excessively (for example, 120 ° C.).

次に、機関を停止すると、一定時間毎に割り込み処理さ
れる第4図のフローチヤートに従つて冷媒液面の制御
(ステツプ37〜43)ならびに冷却フアン30の制御(ステ
ツプ35,36)が継続され、機関停止後の冷媒蒸気の噴出
や局部的な過熱が防止される。ここでは、冷媒供給ポン
プ14のON,OFFのヒステリシスは固定的に与えられてい
る。なお、この間、コンデンサ13の気相冷媒領域を確保
するために電磁弁37は閉じられる(ステツプ34)。ま
た、温度差(TE−TC)が10〜20℃である場合には、コン
デンサ13内の冷媒液面が高く、冷却フアン30による強制
冷却が効果的でないため、まず冷媒供給ポンプ14を作動
させて、リザーバタンク32側の低温液相冷媒をウオータ
ジヤケツト12内に混入するとともに、コンデンサ13の気
相冷媒領域の拡大を図るようにしている(ステツプ44,4
5)。
Next, when the engine is stopped, the control of the coolant liquid level (steps 37 to 43) and the control of the cooling fan 30 (steps 35 and 36) are continued in accordance with the flow chart of FIG. 4 which is interrupted at regular intervals. As a result, jetting of refrigerant vapor and local overheating after the engine is stopped are prevented. Here, the ON / OFF hysteresis of the refrigerant supply pump 14 is fixedly given. During this time, the solenoid valve 37 is closed to secure the vapor phase refrigerant region of the condenser 13 (step 34). Further, when the temperature difference (TE-TC) is 10 to 20 ° C., the refrigerant liquid level in the condenser 13 is high and the forced cooling by the cooling fan 30 is not effective. The low temperature liquid phase refrigerant on the side of the reservoir tank 32 is mixed into the water jacket 12 and the vapor phase refrigerant area of the condenser 13 is expanded (steps 44, 4).
Five).

そして、最終的に電源がOFF(ステツプ46)となつて一
連の制御が終了する。なお、この電源OFFによつて電磁
弁37が開状態となるので、ウオータジヤケツト12内部の
温度低下に伴つてリザーバタンク32内の液相冷媒がコン
デンサ13内に移動し、さらには空気が吸引されてウオー
タジヤケツト12上部を満たす。
Then, finally, the power is turned off (step 46) and the series of control is ended. Since the solenoid valve 37 is opened by turning off the power, the liquid-phase refrigerant in the reservoir tank 32 moves into the condenser 13 as the temperature inside the water jacket 12 drops, and air is sucked in. Being filled the upper part of the water jacket 12.

以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上
記実施例に限定されず、種々の変更が可能である。例え
ば上記実施例では、コンデンサ13で凝縮した液相冷媒を
リザーバタンク32を経てウオータジヤケツト12に補給す
る構成となつているが、リザーバタンク32を独立させ、
ロアタンク29から直接ウオータジヤケツト12に補給する
構成としてもよい。また、冷媒供給ポンプとして機関出
力によつて常時駆動される機械式ポンプを用い、その冷
媒供給を電磁弁で制御するように構成することも可能で
ある。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the liquid-phase refrigerant condensed in the condenser 13 is supplied to the water jacket 12 via the reservoir tank 32, but the reservoir tank 32 is independent,
The water tank 12 may be supplied directly from the lower tank 29. It is also possible to use a mechanical pump that is constantly driven by the engine output as the refrigerant supply pump and control the refrigerant supply by an electromagnetic valve.

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機関
の沸騰冷却装置においては、コンデンサ下部の冷媒温度
に応じて冷媒供給手段のON,OFF作動のヒステリシスが適
宜に設定されるので、冬季などにおけるウオータジヤケ
ツト内冷媒温度のハンチングを防止でき、ヒータ吹出温
度の安定化を図ることができるとともに、冷媒供給ポン
プ等冷媒供給手段の作動頻度を低減させることができ、
冷媒供給ポンプ等の耐久性向上を図ることができる。
Effects of the Invention As is apparent from the above description, in the boiling cooling apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the ON / OFF operation hysteresis of the refrigerant supply means is appropriately set according to the refrigerant temperature in the lower part of the condenser. It is possible to prevent hunting of the refrigerant temperature in the water jacket in winter etc., to stabilize the heater outlet temperature, and to reduce the operating frequency of the refrigerant supply means such as the refrigerant supply pump.
It is possible to improve the durability of the coolant supply pump and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の構成を示す機能ブロツク図、第2図
はこの発明に係る内燃機関の沸騰冷却装置の一実施例を
示す構成説明図、第3図および第4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……ウオータジヤケツト、2……コンデンサ、3……
冷媒供給手段、4……温度センサ、5……液面センサ、
6……作動信号発生手段、7……停止信号発生手段、8
……ヒステリシス設定手段。
FIG. 1 is a functional block diagram showing the structure of the present invention, FIG. 2 is a structural explanatory view showing one embodiment of a boiling cooling apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, and FIGS. 3 and 4 show this embodiment. It is a flow chart showing the contents of control. 1 ... Water jacket, 2 ... Capacitor, 3 ...
Refrigerant supply means, 4 ... Temperature sensor, 5 ... Liquid level sensor,
6 ... Actuating signal generating means, 7 ... Stop signal generating means, 8
...... Hysteresis setting means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】上部に蒸気出口を有し、かつ内部に液相冷
媒が貯留されるウオータジヤケツトと、このウオータジ
ヤケツトで発生した冷媒蒸気が導入され、かつ下部に凝
縮した液相冷媒が集められるコンデンサと、このコンデ
ンサで凝縮した液相冷媒を上記ウオータジヤケツトに補
給する冷媒供給手段と、上記コンデンサの下部の液相冷
媒温度を検出する温度センサと、上記ウオータジヤケツ
トに配設され、冷媒液面が所定レベルに達しているか否
かを検出する液面センサと、この液面センサの検出信号
に基づき液面が所定レベル以下となっている状態の継続
時間を計測する第1タイマ手段と、この第1タイマ手段
の計測時間が第1設定時間以上となったときに上記冷媒
供給手段を作動開始させる作動信号発生手段と、上記液
面センサの検出信号に基づき液面が所定レベル以上とな
っている状態の継続時間を計測する第2タイマ手段と、
この第2タイマ手段の計測時間が第2設定時間以上とな
ったときに上記冷媒供給手段を停止させる停止信号発生
手段と、上記温度センサの検出温度に基づき、上記第1
設定時間を、低温時に相対的に短く、かつ高温時に相対
的に長くなるように可変設定する第1の設定時間可変設
定手段と、上記温度センサの検出温度に基づき、上記第
2設定時間を、低温時に相対的に短く、かつ高温時に相
対的に長くなるように可変設定する第2の設定時間可変
設定手段と、を備えてなる内燃機関の沸騰冷却装置。
1. A water jacket having a vapor outlet in the upper part and having a liquid phase refrigerant stored therein, and a liquid phase refrigerant into which a refrigerant vapor generated in the water jacket is introduced and condensed in the lower part. A condenser to be collected, a refrigerant supply means for replenishing the liquid-phase refrigerant condensed by the condenser to the water jacket, a temperature sensor for detecting the liquid-phase refrigerant temperature at the lower portion of the condenser, and a water-cooler provided in the water jacket. , A liquid level sensor for detecting whether or not the liquid level of the refrigerant has reached a predetermined level, and a first timer for measuring the duration of the state in which the liquid level is below the predetermined level based on the detection signal of this liquid level sensor Means, operation signal generation means for starting operation of the refrigerant supply means when the time measured by the first timer means is equal to or longer than the first set time, and the detection signal of the liquid level sensor. A second timer means for measuring the duration of the state that is the predetermined level or higher based liquid level in,
Based on the stop signal generating means for stopping the refrigerant supply means when the measured time of the second timer means becomes equal to or longer than the second set time and the temperature detected by the temperature sensor, the first
First setting time variable setting means for variably setting the setting time so as to be relatively short at low temperature and relatively long at high temperature, and the second setting time based on the temperature detected by the temperature sensor, A boiling cooling apparatus for an internal combustion engine, comprising: a second setting time variable setting means for variably setting a relatively short time at a low temperature and a relatively long time at a high temperature.
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