JPH0692731B2 - Boiling cooling device for internal combustion engine - Google Patents

Boiling cooling device for internal combustion engine

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JPH0692731B2
JPH0692731B2 JP1408085A JP1408085A JPH0692731B2 JP H0692731 B2 JPH0692731 B2 JP H0692731B2 JP 1408085 A JP1408085 A JP 1408085A JP 1408085 A JP1408085 A JP 1408085A JP H0692731 B2 JPH0692731 B2 JP H0692731B2
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JP
Japan
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refrigerant
liquid
condenser
water jacket
passage
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JP1408085A
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Japanese (ja)
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芳則 平野
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Nissan Motor Co Ltd
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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
    • 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
    • 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
    • F01P3/2285Closed cycles with condenser and feed pump

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、ウォータジャケット内の所定レベルまで液
相冷媒を貯留しておき、その沸騰気化により内燃機関各
部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
冷却装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention stores a liquid-phase refrigerant to a predetermined level in a water jacket, cools each part of an internal combustion engine by evaporating the liquid-phase refrigerant, and cools the generated refrigerant vapor. The present invention relates to a boiling cooling device for an internal combustion engine, which is condensed by a condenser and reused.

従来の技術 内燃機関の冷却装置として、従前の水冷式冷却装置に代
えて、冷媒(冷却水)の沸騰・凝縮のサイクルを利用し
た沸騰冷却装置が特公昭57−57608号公報等において提
案されているが、本出願人はこれを更に発展させ、十分
に実用に供し得るものとして既に種々の出願(例えば特
願昭58−145470号,特願昭58−228146号,特願昭59−10
0156号等)を行っている。これは、液相冷媒が所定レベ
ルまで貯留されるウォータジャケットと、このウォータ
ジャケット上部の蒸気出口に蒸気通路を介して接続され
たコンデンサと、液化した冷媒が一時貯留されるコンデ
ンサ下部から上記ウォータジャケットに液相冷媒を循環
供給する冷媒供給ポンプとを主体として、密閉した冷媒
循環系を形成した構成であって、例えば始動時に系外の
リザーバタンクと冷媒循環系内との間で液相冷媒を移動
させることにより不凝縮気体である空気の排出を実現す
る一方、機関運転中はウォータジャケット内の冷媒液面
を液面センサにより監視して上記冷媒供給ポンプを制御
し、上記液面を所定レベルに維持するようにしたもので
ある。この冷媒の相変化に伴う潜熱を利用した沸騰冷却
装置によれば、熱交換効率の飛躍的な向上が図れ、しか
も各部を冷媒沸点に均一に冷却することができる。
2. Description of the Related Art As a cooling device for an internal combustion engine, a boiling cooling device utilizing a boiling / condensing cycle of a refrigerant (cooling water) has been proposed in Japanese Patent Publication No. 57-57608, etc., in place of the conventional water cooling type cooling device. However, the applicant of the present invention has already developed various applications (for example, Japanese Patent Application No. 58-145470, Japanese Patent Application No. 58-228146, and Japanese Patent Application No. 59-10) which can be sufficiently put to practical use.
No. 0156 etc.) This consists of a water jacket in which the liquid-phase refrigerant is stored to a predetermined level, a condenser connected to the steam outlet in the upper part of the water jacket via a steam passage, and a condenser jacket in which the liquefied refrigerant is temporarily stored from the water jacket. A refrigerant supply pump that circulates the liquid-phase refrigerant as a main component, and is a configuration that forms a closed refrigerant circulation system, for example, at the time of start-up, the liquid-phase refrigerant between the reservoir tank outside the system and the inside of the refrigerant circulation system. While the air that is non-condensable gas is discharged by moving it, while the engine is operating, the coolant level in the water jacket is monitored by the level sensor to control the coolant supply pump and control the level of the coolant to a predetermined level. It is something that is maintained. According to the boiling cooling device that utilizes the latent heat accompanying the phase change of the refrigerant, the heat exchange efficiency can be dramatically improved, and each part can be uniformly cooled to the boiling point of the refrigerant.

発明が解決しようとする問題点 ところで、この種の沸騰冷却装置における冷媒として
は、その取扱いの容易さや気化潜熱の大きさあるいは価
格等の点で、水に不凍液としてエチレングリコール等を
混合し、かつ若干の紡錆剤を添加したものを用いること
が考えられているのであるが、例えばエチレングリコー
ルの水溶液は非共沸混合物であるため、その水溶液の蒸
気にはエチレングリコールが殆ど含まれず、水蒸気のみ
となる。例えばエチレングリコールの50%(重量%)水
溶液の蒸気にはエチレングリコールは2%程度しか含ま
れない。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention By the way, as a refrigerant in a boiling cooling apparatus of this kind, in view of easiness of handling, magnitude of latent heat of vaporization, price, etc., water is mixed with ethylene glycol or the like as an antifreeze liquid, and It has been considered to use a material to which a slight amount of a rust-preventing agent is added. However, for example, the aqueous solution of ethylene glycol is a non-azeotropic mixture, so the vapor of the aqueous solution contains almost no ethylene glycol, and only steam is present. Becomes For example, the vapor of a 50% (wt%) aqueous solution of ethylene glycol contains only about 2% ethylene glycol.

従って、上記の沸騰冷却装置を継続的に運転すると、ウ
ォータジャケット内にエチレングリコールが多く偏在
し、コンデンサ側ではエチレングリコール濃度が非常に
小さくなる。そのため、冬季にコンデンサ内部で凍結し
てコンデンサを破損したり、電磁弁や冷媒供給ポンプが
凍結して作動不良を生じたりする虞れがある。
Therefore, when the above-mentioned boiling cooling device is continuously operated, a large amount of ethylene glycol is unevenly distributed in the water jacket, and the ethylene glycol concentration becomes very small on the condenser side. Therefore, in the winter, there is a possibility that the capacitor freezes inside and damages the capacitor, or the solenoid valve and the refrigerant supply pump freeze and malfunction occurs.

尚、上記沸騰冷却装置では、機関停止後にリザーバタン
クから冷媒循環系内に液相冷媒を移動させ、最終的に略
満水状態を保つようになっているが、このリザーバタン
ク内の液相冷媒は、機関の通常運転中にコンデンサの液
面制御に伴って該コンデンサ側のロアタンクとの間で移
動を繰り返しているものであるから、長時間運転を継続
すると、やはりエチレングリコール濃度が非常に薄くな
る。そのため、このエチレングリコール濃度が薄くなっ
たリザーバタンク内の液相冷媒が機関停止後にコンデン
サ側へ導入されたとしても、機関停止中のエチレングリ
コールの偏在は防止できない。特に、コンデンサからウ
ォータジャケットへ液相冷媒を送る冷媒循環通路におい
ては、冷媒供給ポンプが大きな通路抵抗となり、従っ
て、機関停止後にリザーバタンク側から系内へ液相冷媒
が移動する際に、その多くがコンデンサ側を通り、該冷
媒循環通路内の液相冷媒(ここでもエチレングリコール
濃度は薄くなっている)はあまり動かないため、エチレ
ングリコール濃度の薄い液相冷媒が該冷媒循環通路内や
ポンプ内に残存してしまい、機関停止中の凍結が生じ易
い。また、コンデンサのチューブも細く形成されている
ので、リザーバタンク内から液相冷媒が移動して一旦満
水状態となった後は、エチレングリコールの速やかな拡
散は到底期待できず、そのため、エチレングリコールの
偏在が解消される前に凍結,破損が生じてしまう恐れが
ある。
In the boiling cooling device, after the engine is stopped, the liquid-phase refrigerant is moved from the reservoir tank into the refrigerant circulation system to finally maintain a substantially full state. Since the movement of the engine between the lower tank and the lower tank of the condenser is repeated during the normal operation of the engine, the ethylene glycol concentration becomes very thin when the operation is continued for a long time. . Therefore, even if the liquid-phase refrigerant in the reservoir tank having a reduced ethylene glycol concentration is introduced to the condenser side after the engine is stopped, the uneven distribution of ethylene glycol during the engine stop cannot be prevented. In particular, in the refrigerant circulation passage that sends the liquid-phase refrigerant from the condenser to the water jacket, the refrigerant supply pump has a large passage resistance, and therefore, when the liquid-phase refrigerant moves from the reservoir tank side into the system after the engine is stopped, most of it is Passes through the condenser side, and the liquid-phase refrigerant in the refrigerant circulation passage (again, the ethylene glycol concentration is thin) does not move much, so that the liquid-phase refrigerant with a low ethylene glycol concentration is in the refrigerant circulation passage or pump. And remains frozen, and freezes easily occur while the engine is stopped. In addition, since the condenser tube is also thin, once the liquid-phase refrigerant moves from the reservoir tank and becomes full, rapid diffusion of ethylene glycol cannot be expected at all. Freezing and damage may occur before the uneven distribution is resolved.

また、機関停止後のみならず、凍結が問題となるような
寒地での運転では、冷媒循環量が少なくなり、また過冷
却防止のためコンデンサ内の液面が高く制御された状態
となるので、コンデンサ側に液相冷媒が長く滞在するこ
とになる。そのため、コンデンサを機関から離して設置
したような場合には、コンデンサ出口部での冷媒温度が
かなり低くなる可能性があり、長時間の運転でエチレン
グリコール濃度が偏ると、外気温によっては運転中であ
ってもコンデンサ出口付近で凍結が起こり得る。
Also, not only after the engine is stopped, but in the operation in cold regions where freezing becomes a problem, the refrigerant circulation amount decreases and the liquid level in the condenser is controlled to a high level to prevent overcooling. The liquid-phase refrigerant stays on the condenser side for a long time. Therefore, if the condenser is installed away from the engine, the temperature of the refrigerant at the condenser outlet may be considerably low. However, freezing can occur near the condenser outlet.

問題点を解決するための手段 この発明は上記のような冷媒中の不凍液成分の偏在を防
止するために、ウォータジャケット内の液相冷媒を車室
暖房用ヒータコアに循環させるヒータ用ポンプを備えた
ものにおいて、上記ヒータ用ポンプの吐出側においてヒ
ータ用冷媒通路から冷媒混合用通路を分岐形成し、その
先端をコンデンサの入口側に接続したことを特徴とす
る。
Means for Solving the Problems The present invention is provided with a heater pump for circulating the liquid phase refrigerant in the water jacket to the heater core for heating the passenger compartment in order to prevent uneven distribution of the antifreeze component in the refrigerant as described above. In the above, the refrigerant mixing passage is branched from the heater refrigerant passage on the discharge side of the heater pump, and the tip thereof is connected to the inlet side of the condenser.

作用 ヒータ用ポンプはヒータスイッチに連動して暖房必要時
に駆動されるのであるが、冷媒の凍結を生じるような状
況であれば、機関運転時に必ず暖房が求められるので、
ヒータ用ポンプは駆動される。このヒータ用ポンプの駆
動によって、ウォータジャケット内の液相冷媒がヒータ
コアを通流する。そして一部の液相冷媒がヒータ用冷媒
通路から分流して冷媒混合用通路に流れ込み、コンデン
サに送られる。これによりコンデンサ側での不凍液成分
の濃度低下が抑制される。
Function The heater pump is driven when heating is required in conjunction with the heater switch, but in situations where freezing of the refrigerant occurs, heating is always required when the engine is operating.
The heater pump is driven. By driving the heater pump, the liquid-phase refrigerant in the water jacket flows through the heater core. Then, a part of the liquid phase refrigerant is branched from the heater refrigerant passage, flows into the refrigerant mixing passage, and is sent to the condenser. This suppresses the decrease in the concentration of the antifreeze component on the condenser side.

実施例 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、1はウォータジャケット2を備えて
なる内燃機関、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を夫々示している。
Embodiment FIG. 1 shows an embodiment of the boiling cooling apparatus according to the present invention, in which 1 is an internal combustion engine equipped with a water jacket 2, 3 is a condenser for condensing a vapor phase refrigerant, and 4 is a condenser. Each of the electric refrigerant supply pumps is shown.

上記ウォータジャケット2は、内燃機関1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ック
5およびシリンダヘッド6の両者に亘って形成されたも
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7が
設けられている。この蒸気出口7は、接続管8および蒸
気通路9を介してコンデンサ3の上部入口3aに連通して
おり、かつ上記接続管8には、冷媒循環系の最上部とな
る排出管取付部8aが上方に立ち上がった形で形成されて
いるとともに、その上部開口をキャップ10が密閉してい
る。
The water jacket 2 is formed over both the cylinder block 5 and the cylinder head 6 so as to surround the cylinder of the internal combustion engine 1 and the outer peripheral portion of the combustion chamber. And the steam outlet 7 is provided at an appropriate position on the upper part thereof. The steam outlet 7 communicates with an upper inlet 3a of the condenser 3 via a connecting pipe 8 and a steam passage 9, and the connecting pipe 8 has a discharge pipe mounting portion 8a which is the uppermost part of the refrigerant circulation system. It is formed so as to rise upward, and a cap 10 seals the upper opening thereof.

上記コンデンサ3は、上記入口3aを有するアッパタンク
11と、上下方向に沿った微細なチュ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
留するロアタンク13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ァ
ン14を備えている。また、上記ロアタンク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と
もに、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。上記冷媒循環通路15は、その他端が上記ウ
ォータジャケット2のシリンダヘッド6側に設けた冷媒
入口2aに接続されており、その通路中に上記冷媒供給ポ
ンプ4が介装されているとともに、この冷媒供給ポンプ
4の吸入側,吐出側の夫々に、流路切換手段として三方
型電磁弁からなる第4電磁弁17および第2電磁弁18が介
装されている。
The condenser 3 is an upper tank having the inlet 3a.
11, a core portion 12 mainly composed of a fine tube along the up-down direction, and a lower tank 13 for temporarily storing the liquefied refrigerant condensed in the core portion 12, for example, a vehicle such as a vehicle front portion. It is installed at a position where it can receive the running wind, and is equipped with an electric cooling fan 14 for forced cooling on its front or back surface. The lower tank 13 has one end of a refrigerant circulation passage 15 connected to a relatively lower portion thereof and one end of a first auxiliary refrigerant passage 16 connected to an upper portion thereof. The other end of the refrigerant circulation passage 15 is connected to a refrigerant inlet 2a provided on the cylinder head 6 side of the water jacket 2, and the refrigerant supply pump 4 is interposed in the passage, and On the suction side and the discharge side of the supply pump 4, a fourth solenoid valve 17 and a second solenoid valve 18, each of which is a three-way solenoid valve, are provided as flow path switching means.

21は、上記ウォータジャケット2やコンデンサ3を主体
とした冷媒循環系の外部に設けられたリザーバタンクで
あって、これは通気機能を有するキャップ22を介して大
気に開放されているとともに、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
記の第1補助冷媒通路16および第2,第3補助冷媒通路2
3,24が接続されている。上記第1補助冷媒通路16は、そ
の通路中に常開型の第3電磁弁25を備えている。また上
記第2補助冷媒通路23は第4電磁弁17を介して、また第
3補助冷媒通路24は第2電磁弁18を介して冷媒循環通路
15に接続されている。上記第4電磁弁17は、冷媒供給ポ
ンプ4の吸入ポートを冷媒循環通路15を介してロアタン
ク13に連通させる「流路C」と、第2補助冷媒通路23を
介してリザーバタンク21に連通させる「流路D」とに切
換可能に構成されている。上記第2電磁弁18は、冷媒供
給ポンプ4の吐出ポートを冷媒循環通路15を介してウォ
ータジャケット2に連通させる「流路B」と、第3補助
冷媒通路24を介してリザーバタンク21に連通させる「流
路A」とに切換可能に構成されている。
Reference numeral 21 is a reservoir tank provided outside the refrigerant circulation system mainly composed of the water jacket 2 and the condenser 3, which is opened to the atmosphere through a cap 22 having a ventilation function, and the water tank The first auxiliary refrigerant passage 16 and the second and third auxiliary refrigerant passages 2 are installed at the same height as the jacket 2 and at the bottom thereof.
3,24 are connected. The first auxiliary refrigerant passage 16 is provided with a normally open third solenoid valve 25 in the passage. Further, the second auxiliary refrigerant passage 23 is connected to the fourth electromagnetic valve 17, and the third auxiliary refrigerant passage 24 is connected to the second electromagnetic valve 18 to form a refrigerant circulation passage.
Connected to 15. The fourth electromagnetic valve 17 connects the "passage C" that connects the suction port of the coolant supply pump 4 to the lower tank 13 via the coolant circulation passage 15 and the reservoir tank 21 via the second auxiliary coolant passage 23. It can be switched to the "flow path D". The second solenoid valve 18 communicates with a “flow passage B” that connects the discharge port of the coolant supply pump 4 to the water jacket 2 via the coolant circulation passage 15 and to the reservoir tank 21 via the third auxiliary coolant passage 24. It can be switched to the "flow path A".

一方、上述した冷媒循環系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26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26の先端部が
リザーバタンク21内に開口している。そして、上記空気
排出通路26には、常閉型の第1電磁弁27が介装されてい
る。
On the other hand, the discharge pipe mounting part which is the uppermost part of the refrigerant circulation system described above.
An air discharge passage 26 for discharging the air in the system is connected to 8a, and the tip of the air discharge passage 26 is a reservoir for collecting the liquid-phase refrigerant that overflows at the same time when the air is discharged. It opens into the tank 21. A normally closed first electromagnetic valve 27 is interposed in the air discharge passage 26.

上記各電磁弁27,18,25,17と冷媒供給ポンプ4および冷
却ファン14は、所謂マイクロコンピュータシステムを用
いた制御装置31によって駆動制御されるもので、具体的
には、ウォータジャケット2に設けた第1液面センサ3
2、温度センサ33,ロアタンク13に設けた第2液面センサ
34および循環系最上部に設けた負圧スイッチ35の各検出
信号に基づいて後述する制御が行われる。
The solenoid valves 27, 18, 25, 17 and the coolant supply pump 4 and the cooling fan 14 are driven and controlled by a control device 31 using a so-called microcomputer system. Specifically, they are provided in the water jacket 2. First liquid level sensor 3
2, temperature sensor 33, the second liquid level sensor provided in the lower tank 13
The control described later is performed based on the detection signals of 34 and the negative pressure switch 35 provided at the top of the circulation system.

ここで上記第1,第2液面センサ32,34は例えばリードス
イッチを利用したフロート式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
検出するものであって、第1液面センサ32はその検出レ
ベルがシリンダヘッド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34はその検出レベルが第1補
助冷媒通路16の開口よりも僅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等か
らなり、通常液相冷媒内に没入する位置あるいは気相冷
媒領域となる位置に設けられて、ウォータジャケット2
内の冷媒温度を検出している。また負圧スイッチ35は、
大気圧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,低地等に拘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。
Here, the first and second liquid level sensors 32, 34 are, for example, float type sensors using reed switches, etc., and detect whether the refrigerant liquid level has reached a set level on or off. The detection level of the first liquid level sensor 32 is set at a height position approximately in the middle of the cylinder head 6, and the detection level of the second liquid level sensor 34 is the opening of the first auxiliary refrigerant passage 16. The height is set slightly above. The temperature sensor 33 is composed of, for example, a thermistor or the like, and is usually provided at a position to be immersed in the liquid phase refrigerant or a position to be a gas phase refrigerant region.
The temperature of the refrigerant inside is detected. The negative pressure switch 35
A diaphragm that responds to the pressure difference between the atmospheric pressure and the system pressure is used to detect whether or not the system pressure is negative with respect to the atmospheric pressure in the environment of use, regardless of highland or lowland. ,
Specifically, the operating pressure is set to about -30 mmHg to -50 mmHg.

尚、その他機関運転条件を検出するための各種センサに
ついては図示していない。
Various sensors for detecting other engine operating conditions are not shown.

また41は車室42内に設けられた暖房用のヒータコアであ
り、下部の冷媒入口がヒータ入口通路43を介してウォー
タジャケット2のシリンダブロック5側に接続され、か
つ上部の冷媒出口がヒータ出口通路44を介してシリンダ
ヘッド6側の通常液相冷媒領域となる部分に接続されて
いる。45は液相冷媒をウォータジャケット2とヒータコ
ア41との間で循環させるためのヒータ用ポンプであっ
て、ヒータ出口通路44に介装されている。そして、この
ヒータ用ポンプ45の吐出側においてヒータ出口通路44か
ら比較的細い冷媒混合用通路46が分岐形成されており、
かつその先端がコンデンサ3上流の接続管8に接続され
ている。尚、上記ヒータ用ポンプ45をヒータ入口通路43
に設けるようにしても良い。また上記ヒータ用ポンプ45
は図示せぬヒータスイッチに連動して作動する構成とな
っている。
Reference numeral 41 denotes a heater core for heating provided in the vehicle interior 42, the lower refrigerant inlet is connected to the cylinder block 5 side of the water jacket 2 via the heater inlet passage 43, and the upper refrigerant outlet is the heater outlet. It is connected via a passage 44 to a portion which is a normal liquid phase refrigerant region on the cylinder head 6 side. A heater pump 45 circulates the liquid-phase refrigerant between the water jacket 2 and the heater core 41, and is interposed in the heater outlet passage 44. Then, on the discharge side of the heater pump 45, a relatively thin refrigerant mixing passage 46 is branched from the heater outlet passage 44,
Moreover, its tip is connected to the connecting pipe 8 upstream of the capacitor 3. The heater pump 45 is connected to the heater inlet passage 43.
It may be provided in the. Also, the heater pump 45
Is configured to operate in conjunction with a heater switch (not shown).

次に上記沸騰冷却装置の制御ならびに各部の作動につい
て説明する。
Next, the control of the boiling cooling device and the operation of each part will be described.

先ず機関が始動すると、系内を一旦液相冷媒(例えば30
〜50%程度のエチレングリコール水溶液が用いられる)
で満たして不凝縮気体である空気を排出する。すなわ
ち、第1電磁弁27を「開」、第2電磁弁18を「流路
B」、第3電磁弁25を「閉」、第4電磁弁17を「流路
D」として、冷媒供給ポンプ4を一定時間駆動し、系外
のリザーバタンク21から系内に液相冷媒を強制的に送り
込む。この結果、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26を介して系外に排出され
る。
First, when the engine is started, the liquid phase refrigerant (for example, 30
~ 50% ethylene glycol aqueous solution is used)
And discharge the air that is a non-condensable gas. That is, the first electromagnetic valve 27 is "open", the second electromagnetic valve 18 is "flow path B", the third electromagnetic valve 25 is "closed", and the fourth electromagnetic valve 17 is "flow path D". 4 is driven for a certain period of time, and the liquid-phase refrigerant is forcibly fed into the system from the reservoir tank 21 outside the system. As a result, the air remaining in the system is collected in the upper part of the system and then discharged to the outside of the system through the air discharge passage 26.

系内が液相冷媒で満たされるに十分な時間(例えば数10
秒程度)が経過したら第1電磁弁27を「閉」、第3電磁
弁25を「開」、冷媒供給ポンプ40をOFFとして、そのま
ま待機する。ウォータジャケット2内の液相冷媒は滞留
状態にあるので、速やかに温度上昇する。その後、温度
センサ23による検出温度が目標温度に達したら、第3電
磁弁25を「閉」として系内を密閉する。上記目標温度
は、冷媒の常圧下での沸点を超えない範囲内、例えば80
〜105℃程度の範囲内において機関の負荷や回転速度等
の運転条件に応じて逐次最適に設定される。尚、ヒータ
スイッチがONであればヒータ用ポンプ45が作動するが、
この状態ではウォータジャケット2側でのみ冷媒が循環
し、コンデンサ3側へは流れないので、暖機を遅らせる
虞れはない。
Sufficient time (for example, several tens) to fill the system with liquid refrigerant
After about 2 seconds), the first electromagnetic valve 27 is “closed”, the third electromagnetic valve 25 is “open”, the refrigerant supply pump 40 is turned off, and the system stands by. Since the liquid-phase refrigerant in the water jacket 2 is in a stagnant state, the temperature rises quickly. After that, when the temperature detected by the temperature sensor 23 reaches the target temperature, the third solenoid valve 25 is closed and the system is closed. The target temperature is within the range not exceeding the boiling point of the refrigerant under normal pressure, for example 80
Within the range of up to 105 ° C, it is set to the optimum value in sequence according to the operating conditions such as engine load and rotation speed. If the heater switch is ON, the heater pump 45 will operate,
In this state, the refrigerant circulates only on the water jacket 2 side and does not flow to the condenser 3 side, so there is no risk of delaying warm-up.

以上の暖機制御が終了して系内を密閉した後は、冷媒供
給ポンプ4のON・OFFによるウォータジャケット2内の
冷媒液面の維持と、冷却ファン14のON・OFFおよびコン
デンサ3内の冷媒液面の上昇・下降による温度制御とが
キーOFF時まで繰り返し実行されて、冷媒の沸騰・凝縮
サイクルを利用した効率の良い冷却が行われる。すなわ
ち、ウォータジャケット2内での沸騰の結果、その冷媒
液面が第1液面センサ32の設定レベルを下廻ったら、第
2電磁弁18を「流路B」、第4電磁弁17を「流路C」と
した状態で冷媒供給ポンプ4をONとし、ロアタンク13か
らウォータジャケット2へ液相冷媒を補給する。尚、ロ
アタンク13に液相冷媒が存在しない場合などには必要に
応じて第4電磁弁17を「流路D」としてリザーバタンク
21から液相冷媒を補給する。これによりウォータジャケ
ット2内の冷媒液面は常に第1液面センサ32の設定レベ
ル近傍に維持される。また冷却ファン14は、「目標温度
±0.5℃」程度の比較的微細な温度範囲でON・OFF制御す
る。これによってコンデンサ3における凝縮性能の比較
的微細な調整が応答性良く行われる。また検出温度が目
標温度から比較的大きく(例えば2〜4℃程度)離れた
場合には、リザーバタンク21とコンデンサ3との間で液
相冷媒を移動させてコンデンサ3の実質的な放熱面積を
可変制御する。具体的には、検出温度が目標温度より高
ければ、第2電磁弁18を「流路A」、第4電磁弁17を
「流路C」とした状態で冷媒供給ポンプ4により液相冷
媒を排出し、コンデンサ3内の冷媒液面を低下させる。
これによりコンデンサ3の放熱能力が増大し、直ちに沸
点の低下を来して系内温度が速やかに低下する。尚、上
述したように目標温度は常圧下での冷媒沸点よりも低く
設定されるので、通常は始動後コンデンサ3内から適宜
な量の液相冷媒が排出された段階で初めて減圧沸騰を生
じることになる。逆に検出温度が目標温度より低けれ
ば、第3電磁弁25を「開」とし、系内外の圧力差を利用
してリザーバタンク21からコンデンサ3に液相冷媒を導
入し、その冷媒液面を上昇させる。これによりコンデン
サ3の放熱能力が抑制され、系内温度は速やかに上昇す
る。すなわち、系内温度を車両走行風等の外乱に影響さ
れずに高精度に可変制御できる。
After the above warm-up control is completed and the system is hermetically closed, the refrigerant liquid pump 4 is turned on and off to maintain the coolant level in the water jacket 2, the cooling fan 14 is turned on and off, and the condenser 3 is turned on. The temperature control by raising and lowering the liquid level of the refrigerant is repeatedly executed until the key is turned off, and efficient cooling using the boiling / condensing cycle of the refrigerant is performed. That is, as a result of boiling in the water jacket 2, when the liquid level of the refrigerant falls below the set level of the first liquid level sensor 32, the second electromagnetic valve 18 is set to “flow path B” and the fourth electromagnetic valve 17 is set to “flow”. The refrigerant supply pump 4 is turned on in the state of "path C", and the liquid phase refrigerant is replenished from the lower tank 13 to the water jacket 2. If there is no liquid-phase refrigerant in the lower tank 13, the fourth solenoid valve 17 may be used as the "flow path D" as necessary in the reservoir tank.
Supply liquid refrigerant from 21. As a result, the liquid level of the refrigerant in the water jacket 2 is always maintained near the set level of the first liquid level sensor 32. Further, the cooling fan 14 controls ON / OFF in a relatively fine temperature range of about “target temperature ± 0.5 ° C.”. As a result, relatively fine adjustment of the condensation performance of the condenser 3 is performed with good responsiveness. Further, when the detected temperature is relatively large (for example, about 2 to 4 ° C.) from the target temperature, the liquid phase refrigerant is moved between the reservoir tank 21 and the condenser 3 so that the substantial heat radiation area of the condenser 3 is reduced. Variable control. Specifically, if the detected temperature is higher than the target temperature, the liquid supply refrigerant 4 is supplied to the liquid-phase refrigerant by the second electromagnetic valve 18 in the “flow path A” and the fourth electromagnetic valve 17 in the “flow path C”. The refrigerant is discharged and the liquid level of the refrigerant in the condenser 3 is lowered.
As a result, the heat dissipation capability of the capacitor 3 is increased, the boiling point is immediately lowered, and the system temperature is rapidly lowered. Since the target temperature is set lower than the boiling point of the refrigerant under normal pressure as described above, normally, the depressurized boiling occurs only after the proper amount of the liquid-phase refrigerant is discharged from the condenser 3 after starting. become. On the contrary, if the detected temperature is lower than the target temperature, the third solenoid valve 25 is opened, and the liquid phase refrigerant is introduced from the reservoir tank 21 to the condenser 3 by utilizing the pressure difference between the inside and outside of the system, and the liquid level of the refrigerant is changed. To raise. As a result, the heat dissipation capability of the capacitor 3 is suppressed, and the temperature inside the system rises quickly. That is, the system temperature can be variably controlled with high accuracy without being affected by a disturbance such as a vehicle running wind.

一方、冬季などに図示せぬヒータスイッチがON操作され
ればヒータ用ポンプ45が作動し、ウォータジャケット2
内の高温液相冷媒がヒータコア41に循環供給される。そ
して、ヒータコア41からウォータジャケット2へ戻る液
相冷媒の一部がヒータ出口通路44から冷媒混合用通路46
に分流し、接続管8に導かれる。この接続管8に導かれ
た液相冷媒は、蒸気通路9を流れる蒸気流によってコン
デンサ3に送られる。すなわち、エチレングリコール濃
度の高いウォータジャケット2内の冷媒が少量づつコン
デンサ3側の冷媒に混合されることになり、その濃度の
均一化が図れる。尚、冷媒混合用通路46を細く形成する
代わりにオリフィスを設けて流量調整することも可能で
ある。
On the other hand, when a heater switch (not shown) is turned on in the winter season, the heater pump 45 is activated and the water jacket 2
The high temperature liquid-phase refrigerant therein is circulated and supplied to the heater core 41. Then, a part of the liquid-phase refrigerant returning from the heater core 41 to the water jacket 2 flows from the heater outlet passage 44 to the refrigerant mixing passage 46.
To the connecting pipe 8. The liquid-phase refrigerant guided to the connecting pipe 8 is sent to the condenser 3 by the vapor flow flowing through the vapor passage 9. That is, the refrigerant in the water jacket 2 having a high ethylene glycol concentration is mixed little by little with the refrigerant on the condenser 3 side, and the concentration can be made uniform. Instead of making the refrigerant mixing passage 46 thin, it is possible to adjust the flow rate by providing an orifice.

次に機関停止後は、電源OFFに伴って常閉型電磁弁であ
る第1電磁弁27が「閉」に、常開型電磁弁である第3電
磁弁25が「開」になる。従って、温度低下つまり圧力低
下に伴ってリザーバタンク21から液相冷媒が系内に移動
する。最終的には系内が略完全に液相冷媒で満たされた
状態となって停止中の空気侵入が防止される。ここで、
上述のように運転中にウォータジャケット2内の冷媒が
少量づつコンデンサ3に送り込まれているので、両者に
おけるエチレングリコール濃度の差は比較的小さく保た
れる。この結果、機関停止中における冷媒の凍結を確実
に防止できる。
Next, after the engine is stopped, the first solenoid valve 27, which is a normally closed solenoid valve, is "closed" and the third solenoid valve 25, which is a normally opened solenoid valve, is "open" as the power is turned off. Therefore, the liquid-phase refrigerant moves from the reservoir tank 21 into the system as the temperature decreases, that is, the pressure decreases. Eventually, the inside of the system is almost completely filled with the liquid-phase refrigerant, and air intrusion during stoppage is prevented. here,
As described above, since the refrigerant in the water jacket 2 is fed into the condenser 3 little by little during operation, the difference in ethylene glycol concentration between the two is kept relatively small. As a result, it is possible to reliably prevent freezing of the refrigerant while the engine is stopped.

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発
明は上記実施例に限定されず、種々の形式の沸騰冷却装
置として構成することができる。また冷媒としてエチレ
ングリコール水溶液以外のものを使用する場合にも適用
できることは言うまでもない。
Although one embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be configured as a boiling cooling device of various types. It goes without saying that the present invention can also be applied to the case where a refrigerant other than an ethylene glycol aqueous solution is used.

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、冷媒中の不凍液成分の偏在
に起因するコンデンサや冷却供給ポンプ等各部での冷媒
の凍結を確実に防止できる。またヒータ用ポンプを利用
して冷媒導入が行われるので、凍結が生じるような状況
での格別の操作が不要であるとともに、部品点数の増加
が防止され、かつ夏季等における無駄な作動を生じるこ
とがない。
Effects of the Invention As is clear from the above description, in the boiling cooling apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the freezing of the refrigerant in each part such as the condenser and the cooling supply pump due to the uneven distribution of the antifreeze component in the refrigerant is ensured. It can be prevented. In addition, since the refrigerant is introduced using the heater pump, no special operation is required in situations where freezing occurs, the number of parts is prevented from increasing, and useless operation occurs in summer, etc. There is no.

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

図はこの発明の一実施例を示す構成説明図である。 1……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、9……蒸気通路、13
……ロアタンク、14……冷却ファン、15……冷媒循環通
路、16……第1補助冷媒通路、17……第4電磁弁、18…
…第2電磁弁、21……リザーバタンク、23……第2補助
冷媒通路、24……第3補助冷媒通路、25……第3電磁
弁、26……空気排出通路、27……第1電磁弁、31……制
御装置、32……第1液面センサ、33……温度センサ、34
……第2液面センサ、35……負圧スイッチ、41……ヒー
タコア、43……ヒータ入口通路、44……ヒータ出口通
路、45……ヒータ用ポンプ、46……冷媒混合用通路。
FIG. 1 is a configuration explanatory view showing an embodiment of the present invention. 1 ... Internal combustion engine, 2 ... Water jacket, 3 ... Condenser, 4 ... Refrigerant supply pump, 9 ... Steam passage, 13
...... Lower tank, 14 ...... Cooling fan, 15 ...... Refrigerant circulation passage, 16 ...... First auxiliary refrigerant passage, 17 ...... Fourth solenoid valve, 18 ...
… Second solenoid valve, 21 …… Reservoir tank, 23 …… Second auxiliary refrigerant passage, 24 …… Third auxiliary refrigerant passage, 25 …… Third solenoid valve, 26 …… Air discharge passage, 27 …… First Solenoid valve, 31 ... Control device, 32 ... First liquid level sensor, 33 ... Temperature sensor, 34
...... Second liquid level sensor, 35 ...... negative pressure switch, 41 ...... heater core, 43 ...... heater inlet passage, 44 …… heater outlet passage, 45 …… heater pump, 46 …… refrigerant mixing passage.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】所定レベルまで液相冷媒が貯留されるウォ
ータジャケットと、このウォータジャケットで発生した
冷媒蒸気が導入されるコンデンサと、このコンデンサと
上記ウォータジャケットとの間に配設され、かつ上記ウ
ォータジャケット内の冷媒液面を上記所定レベルに維持
するようにコンデンサからウォータジャケットへ液相冷
媒を補給する冷媒供給ポンプと、上記ウォータジャケッ
ト内の液相冷媒を車室暖房用ヒータコアに循環させるヒ
ータ用ポンプとを備えてなる内燃機関の沸騰冷却装置に
おいて、上記ヒータ用ポンプの吐出側においてヒータ用
冷媒通路から冷媒混合用通路を分岐形成し、その先端を
上記コンデンサの入口側に接続したことを特徴とする内
燃機関の沸騰冷却装置。
1. A water jacket in which a liquid-phase refrigerant is stored to a predetermined level, a condenser into which refrigerant vapor generated in the water jacket is introduced, a condenser disposed between the condenser and the water jacket, and A refrigerant supply pump that replenishes the liquid-phase refrigerant from the condenser to the water jacket so as to maintain the liquid level in the water jacket at the predetermined level, and a heater that circulates the liquid-phase refrigerant in the water jacket to the heater core for heating the passenger compartment. In a boiling cooling apparatus for an internal combustion engine comprising a pump for cooling, a refrigerant mixing passage is branched from a heater refrigerant passage on the discharge side of the heater pump, and its tip is connected to the inlet side of the condenser. A boiling cooling device for internal combustion engines.
JP1408085A 1985-01-28 1985-01-28 Boiling cooling device for internal combustion engine Expired - Lifetime JPH0692731B2 (en)

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