JPH0713459B2 - 内燃機関の沸騰冷却装置 - Google Patents

内燃機関の沸騰冷却装置

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JPH0713459B2
JPH0713459B2 JP6679086A JP6679086A JPH0713459B2 JP H0713459 B2 JPH0713459 B2 JP H0713459B2 JP 6679086 A JP6679086 A JP 6679086A JP 6679086 A JP6679086 A JP 6679086A JP H0713459 B2 JPH0713459 B2 JP H0713459B2
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condenser
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liquid
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芳則 平野
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Nissan Motor Co Ltd
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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、ウオータジヤケツ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
部の冷却を行う内燃機関の沸騰冷却装置に関し、特に大
気開放したリザーバタンクを介して系内圧力を略大気圧
に保つようにした形式の沸騰冷却装置の改良に関する。
従来の技術 本出願人は、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閉ループ状の冷媒循環系を形成
し、ウオータジヤケツトで発生した冷媒蒸気をコンデン
サに導いて凝縮させた後、液面センサの検出に基づく冷
媒供給ポンプの作動によつて再度ウオータジヤケツトヘ
補給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
等)。このものでは、コンデンサを強制冷却する冷却フ
アンとして電動式フアンを用い、ウオータジヤケツトに
設けた温度センサに基づいて強制冷却風を調節すること
で系内温度を制御している。
また本出願人は、複雑な温度制御等を行わずに非常に簡
素化したものとして、大気開放型の沸騰冷却装置も提案
している(特願昭60-147814号等)。これは大気開放さ
れたリザーバタンクとコンデンサロアタンクとを常時連
通状態とし、コンデンサやウオータジヤケツト等からな
る系内を略大気圧に保つようにしたものであり、リザー
バタンクとコンデンサの間で液相冷媒が自由に移動でき
るので、コンデンサの放熱量と機関発熱量とが平衡する
ようにコンデンサ内の液面位置が自然に上下動しつつ系
内温度を略一定に保つことができるのである。そして、
車両走行風が少ない渋滞走行時や高負荷時の凝縮性能を
確保するために、やはり電動式冷却フアンを設けてあ
り、コンデンサにおける冷媒の過冷却度が小さくなつた
とき、具体的にはコンデンサロアタンクに配設した温度
センサの検出温度が所定の温度を越えたときに冷却フア
ンを作動させて、コンデンサに強制冷却風を与える構成
となつている。
発明が解決しようとする問題点 しかし、上記のような大気開放型の沸騰冷却装置では、
ウオータジヤケツト内部の冷媒沸点が大気圧によつて左
右されるので、単にロアタンク内の冷媒温度のみでは、
コンデンサにおける冷媒の過冷却度を正確に検出するこ
とができない。従つて、低気圧時や高地での走行を考慮
すると、冷却フアンの作動温度を比較的低温(例えば常
圧下での沸点が105℃程度のエチレングリコール水溶液
で85℃〜80℃程度)に設定せざるを得ず、この結果、通
常の状態では必要以上に冷却フアンの稼動率が大とな
り、消費電力やフアン騒音が大きいという不具合があ
る。
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、リザーバ
タンクを介して系内圧力を略大気圧に保つようにした沸
騰冷却装置において、ウオータジヤケツト内の冷媒温度
を検出する第1温度センサと、コンデンサロアタンク内
の冷媒温度を検出する第2温度センサと、コンデンサに
臨設され、かつ両温度センサの検出温度の温度差が所定
値以下のときに作動する冷却フアンとを備えて構成され
ている。
作用 上記の沸騰冷却装置では、コンデンサやウオータジヤケ
ツト等の内部の圧力が略大気圧に保たれ、格別な温度制
御を要さずに機関温度が安定的に維持される。ここで、
コンデンサの最大放熱面積には相当な余裕を与えてある
ので、通常はコンデンサ内の冷媒液面が比較的高く位置
し、凝縮した液相冷媒が更に過冷却した状態で貯えられ
る。そのため、両過度センサの温度差は十分に大きく、
冷却フアンは作動しない。一方、渋滞走行時や高負荷時
などコンデンサの放熱量が機関発熱量に対し相対的に小
さくなると、コンデンサ内の冷媒液面は低下し、過冷却
度が小さくなる。そして、両温度センサの温度差が所定
値よりも小さくなると冷却フアンが作動し、コンデンサ
を強制冷却するのである。
実施例 第1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はウオータジヤケツト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。
上記ウオータジヤケツト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およびシリンダヘツド6の両者に亘つて形成されたも
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複数の蒸気出
口7が設けられている。この蒸気出口7は、気液分離機
能を持つ蒸気マニホルド8によつて互いに集合された上
で、蒸気通路9を介してコンデンサ3の上部入口3aに連
通している。尚、10は、気液分離により捕捉した液相冷
媒をウオータジヤケツト2に戻す冷媒回収通路である。
また上記ウオータジヤケツト2の所定レベル、具体的に
はシリンダヘツド6側の略中間の高さ位置に、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11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12が配設さ
れている。
コンデンサ3は、上記入口3aを有するアツパタンク13
と、上下方向に沿つた微細なチューブを主体としたコア
部14と、このコア部14で凝縮された液相冷媒を一時貯留
するロアタンク15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
16が臨設されている。また上記ロアタンク15には、その
内部の冷却温度を検出するサーミスタ等からなる第2温
度センサ17が配設されている。
21は、上記液面センサ11の設定レベルと略等しい高さ位
置に配設されたリザーバタンクであつて、これはキヤツ
プ22の大気連通孔22a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23を介してロアタ
ンク15に接続され、かつ冷媒気ポンプ4が介装された第
2冷媒循環通路24を介してウオータジヤケツト2に接続
されている。尚、25はウオータジヤケツト2からリザー
バタンク21への冷媒の逆流を阻止する逆止弁である。
26は、冷媒供給ポンプ4および冷却フアン16の制御を司
る制御装置であつて、これは所謂マイクロコンピユータ
からなり、後述するような所定のプログラムに従つて一
連の制御を行つている。
次に、第2図は上記制御装置26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。
先ず機関の停止状態においては、ウオータジヤケツト2
やコンデンサ3の内部が液相冷媒(例えばエチレングリ
コール水溶液等)で満たされており、かつリザーバタン
ク21には多少の液相冷媒が残存している。この状態で機
関が始動すると、ウオータジヤケツト2内の冷媒は滞留
状態にあるので、速やかに温度上昇し、やがて沸騰が始
まる。ここで、始動直後は当然のことながら第1温度セ
ンサ12の検出温度TEと第2温度センサ17の検出温度TC
の温度差(TE-TC)は小さいが、ウオータジヤケツト2
内冷媒温度TEが80℃以上となるまでは、温度差の大小に
拘らず冷却フアン16はOFF状態に保たれる(ステツプ2,
5)。
沸騰が始まると、発生蒸気圧によつて系内の圧力が高ま
り、コンデンサ3のロアタンク15からリザーバタンク21
に余剰冷媒が徐々に押し出されて、ウオータジヤケツト
2の上部ならびにコンデンサ3の上部に気相冷媒領域が
拡大して行く。そして沸騰によりウオータジヤケツト2
内の冷媒液面が液面センサ11の設定レベル以下に低下す
ると、ステツプ7〜9の制御によつて冷媒供給ポンプ4
が間欠的に作動し、リザーバタンク21からウオータジヤ
ケツト2へ液相冷媒を補給する。この結果、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略
一定に保たれる。
尚、この実施例ではコンデンサ3で凝縮した液相冷媒が
リザーバタンク21を経由してウオータジヤケツト2に戻
される形となつているが、コンデンサ3のロアタンク15
から直接ウオータジヤケツト2に供給する構成としても
良い。
またコンデンサ3の上部に気相冷媒領域が拡大するに従
つてコンデンサ3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3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3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。尚、ウオータジヤケツト2等の
内部の圧力はリザーバタンク21を介して略大気圧に保た
れるので、機関温度は概ね大気圧下での冷媒沸点とな
る。
ここでコンデンサ3の最大放熱面積は十分な余裕を見込
んで設定してあるので、ある程度の車両走行風が与えら
れる状況であれば、コンデンサ3の液面位置は比較的高
く保たれ、コンデンサ3での過冷却度が十分に大きい。
従つて、冷却フアン16に特に依存せずに冷媒の沸騰・凝
縮サイクルを利用した冷却が行われる(ステツプ6)。
これに対し、高負荷時や渋滞走行時のようにコンデンサ
3の放熱量が機関発熱量を下廻ると、コンデンサ3内の
液面位置が自然に低下し、過冷却度が小さくなる。そし
て、温度差(TE-TC)が8度以下となつたら、冷却フア
ン16が作動開始し、コンデンサ3を強制冷却する(ステ
ツプ3,4)。この冷却フアン16の作動は、温度差(TE-
TC)が10℃にまで拡大したら停止する(ステツプ3,
6)。沸騰状態では、ウオータジヤケツト2内の第1温
度センサ12は冷媒沸点を示すので、上記のように温度差
(TE-TC)に基づいて冷却フアン16を制御すれば、大気
圧の変動やエチレングリコール濃度の変動などで冷媒沸
点が変化しても、極めて適切に強制冷却風を与えること
ができる。従つて、コンデンサ3内の冷媒液面が過度に
低下して冷媒蒸気がリザーバタンク21に噴出したり、逆
に不必要に冷却フアン16の稼動率が高まることがない。
また機関停止後は一定時間(例えば30秒間)上述した制
御が継続され、機関停止後の過熱を防止している(ステ
ツプ10〜12)。そして、一定時間後に電源がOFFとな
り、一連の制御が終了する。また温度低下に伴い、ウオ
ータジヤケツト2やコンデンサ3の内部は最終的に液相
冷媒で満たされた状態となる。
発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機関
の沸騰冷却装置によれば、リザーバタンクを介して系内
圧力を略大気圧に保つようにしたものにおいて、冷却フ
アンによつてコンデンサを極めて適切に強制冷却するこ
とができ、例えば高地などで冷媒沸点が低下してもリザ
ーバタンクへの冷媒蒸気の噴出を確実に回避できるとと
もに、冷却フアンの稼動率を必要最少限のものとするこ
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
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、11……液面センサ、
12……第1温度センサ、15……ロアタンク、16……冷却
フアン、17……第2温度センサ、21……リザーバタン
ク、22a……大気連通孔、26……制御装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所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、かつロアタンクに凝縮した液相冷
    媒が貯留されるコンデンサと、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
    給ポンプと、上記ロアタンクに常時連通し、かつ大気に
    開放されたリザーバタンクと、上記ウオータジヤケツト
    内の冷媒温度を検出する第1温度センサと、上記ロアタ
    ンク内の冷媒温度を検出する第2温度センサと、上記コ
    ンデンサに臨設され、かつ両温度センサの検出温度の温
    度差が所定値以下のときに作動する冷却フアンとを備え
    てなる内燃機関の沸騰冷却装置。
JP6679086A 1985-10-15 1986-03-25 内燃機関の沸騰冷却装置 Expired - Lifetime JPH0713459B2 (ja)

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US06/918,052 US4721071A (en) 1985-10-15 1986-10-14 Cooling system for automotive engine or the like
DE8686114221T DE3681395D1 (de) 1985-10-15 1986-10-14 Kuehlsystem fuer eine brennkraftmaschine.
EP86114221A EP0219099B1 (en) 1985-10-15 1986-10-14 Cooling system for an internal combustion engine

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