JPS60153416A - 内燃機関の沸騰冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分計 この発明は、コンデンサからウォータジャケット内に循
環供給した液相冷媒ｔウォータジャケット内で沸騰気化
させて内燃機関の冷却を行うとともに、発生蒸気の一部
’ｔ−１１室円暖房に供する工うにした内燃機関の沸騰
冷却装置に関する。

従来技術 自動車用機関に用ｖｃ＞ｎでいる周知の水冷式冷却装置
にあっては、ウォータジャケットの水入口部と水出口部
との間などで相当な温度差を生じ、均一な冷却全実現す
ることが唾しいとともに、ラジェータにおける熱交換効
率に目から限界があることからラジェータや冷却ファン
が大型にならざるｔ得ない・しかも、冷却系内に多量の
冷却水が必要であることから、冷間始動時の暖機弁子ま
でに時間が掛かるとともに、イ幾関−４転状態に応じた
温度制御を応答性良く行うことができない。

また一般に、この種冷却装置には車室内暖房用のヒータ
コアが・付設さ扛、機関から出た高温冷却水の１市流に
工ってプロアで送風ジ扛る空気τ加熱する↓うに構成さ
ｎているが、この温水式ヒータにあってぼ、上述した工
うにｌ？却水が十分に暖まるまで時間−乃Ｅ掛かること
から＠励時の暖房性能の立ち上がりか遅く、かっ侵い下
り坂でぼ暖房性能が低下するなどの欠点が指個ばｎてい
る。

この工うな点から、近年、冷却水の沸騰気化潜熱？利用
した冷＠装置が注目ば扛ており、例えは特開昭５７−ｆ
１２９１２号公報において、冷却水の沸騰気化にＬり機
関の冷却７行うとともに、その発生蒸気會ヒータの熱源
としてオＵ用するＬうにした沸騰冷却・直置が提案上ｎ
ている。こｎは、ウォータジャケット内に貯留した液相
冷媒（冷却水）全沸澹気化させ、その発生蒸気？分離タ
ンクを弁してコンデンサに導いて放熱液化させた後に、
上記分離タンク内に電動ポンプに工り圧送し、該分離タ
ンクとウォータジャケットとの間の自重にＬる自然循環
に工っでウォータジャケット内の液面會所定レベルに保
つＬうに構成さ扛たものであって、観に発生蒸気の一部
ｔコンデンサに至る前にヒータコアにバイパスざセて車
室内暖房に供している。この相変化？伴う冷却装置に工
れば、冷却水の単純な温ｉｆ化全利用した水冷式のもの
に比べて極めて少量の冷却水の循環で要求数ｉ＠ｔｅ満
足で酉、かつコンデンサにおける熱９９効系が水冷式の
ラジェータに比べて大幅に向上し、−には機関各部の温
度分布の均一化という点でも通かに有利となる。またヒ
ータコアにおいても、熱［’に冷媒蒸気とすることに工
って熱ダ換効嘉の向上が図扛ることになる。

しかしながら、このように種々の利点を有すると考えら
ｎている／４Ｍ／ｊ冷却式の冷却装置も実際には実用化
さｎるに至っていない。その最も大きな問題は、冷媒の
循環系内から不凝縮気体である空気全完全に除去するこ
とが難しく２、残留空気によって冷却性能が著しく低下
する惧ｎのあることである□すなわち、上記％開昭５７
−（１２９１２号公報に記載のものに、冷媒循環系か一
部で大気に開放ばｎて′Ｍ９、発生蒸気圧に工っで空気
ｒ系外に押し出すものであるから、蒸気化した冷媒の流
出が伴うとともに、必ずしも児全な除去ケ行うことがで
きず、特にコンデンサコアやヒータコア會効尤の良い倣
細なチューブにて構成したような場合には、その内部に
空気が滞留し易い。

しかも、このＬうに冷媒循環系全大気に開放したもので
は、ウォータジャケット内の冷媒の沸点が固定的に定め
ら扛てしまい、機関運転状態に応じた温度制御が実現で
きない。

また一方、上記従来例の工うにウォータジャケットと分
離タンクとの間で液相耐媒會自然循環させて分離タンク
上部から蒸気葡取り出す構成では、冷間始Ｉｋ１１時に
分離タンク内の液相冷媒ｒも含めて冷媒全体が沸点近く
に高温化しなけｎばヒータコアに十分な蒸気が供給さｎ
ず、従って暖房性能の立ち上がりが必ずしも良好なもの
とはならない。

発明の目的 この発明は、上記の工うな種々の問題に鑑みてなさＣた
もので、その目的とするところは、運転時に密閉した冷
媒循環系内から不凝縮気体である空気全確実に除去でき
る工うにし、冷却性能の信頼性、安定性の同上全図ると
ともに、冷媒蒸気を熱源とした極めて立ち上がりの速い
暖房性能が得らｎる↓うにした沸騰冷却装置ヶ提供する
ことにある。

発明の概要 この発明に係る内燃機関の沸騰冷却装置は、上部に蒸気
出口會膏し、かつ適宜な當の液相冷媒が貯留さｎるウォ
ータジャケットと、上記蒸気出口にｓｉｇｎだコンデン
サと、このコンデンサの下部Ｖ？−設けらｎ、かつ液化
冷媒を一時貯留する冷媒タンクと、上記蒸気出口と上記
冷媒タンクとの間に、上記コンデンサと並列に接続さｒ
たヒータコアと、上記冷媒タンクと上記ウォータジャケ
ットとの間に設けられた冷媒供給ポンプと、上記ウォー
タジャケット、コンデンサ、冷媒タンク、ヒータコア、
冷媒供給ポンプからなる密閉循環系の系外に設けらｎ、
かつ予端液相冷＆紫貯留するリザーバタンクと、上記リ
ザーバタンクから上記循環系内に空気排出用の液相冷媒
全導入する冷媒導入手段と、この冷媒力よ導入さｎた循
環系内かち所定量の冷媒會残して余剰冷媒を上記リザー
ノ（タンクに排出する冷媒排出手段と、上記循環系の最
上部に接続さｎ、かつ上記冷媒の導入の際に開路され、
排出の際に閉路さｎる空気排出通路と全備えて構成さｎ
たものであって、通常運転状態でに、空気を除去した密
閉循環系内に所定量の冷媒が封入５ｎでおり、この冷媒
が上記ウォータジャケット内で／４騰蒸発し、燃焼熱ｔ
＃つた後に蒸気となってコンデンサに流入し、ここで外
気にＬり冷却されて凝縮し、下部の冷媒タンクに一時貯
留さｎる。

また蒸気の一部はヒータコアに流入し、ここで放熱して
凝縮し、同様に冷媒タンクに回収ばｎる。

そして、この冷媒タンクから上記冷媒供給ポンプに工っ
て再度ウォータジャケット内へ循環供給さｎるのである
。

一方、上記の工うに密閉循環系内に所定量の冷媒が封入
さｎた状態ケ得るためにリザーバタンクと循環系内との
間で液相冷媒の移動が行ねｎ、具体的には上記空気排出
通路の開路状態で系内ｒ　一旦満水とし、かつ空気排出
１ａ路の閉路状態で系内から余剰冷媒會排出する動作が
行わ扛る。こｎに工り、循環系内と９わけコンデンサや
ヒータコアのチューブ円からも完全に空気が押し出され
、冷媒の損失ケ伴うことなく空気の除去ケ４成できるこ
とになる。そして１横開始動時にぼ、ウォータジャケッ
ト内の液相冷媒が暖まって沸騰開始した０ 時点で直ちにヒータコアに蒸気が供給さｎ、ヒータコア
における放熱効尤の向上と相俟って立ち上がりの速い急
速暖房全実現できるのである。

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にウォータジャケット２會備
えてなる内燃機関、８は気相冷媒全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全包囲する工うにシリンダブロック
５おＬびシリンダヘッド６０両者に亘って形成さｎ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量ロアが
設けらｎてい１す る。この蒸気量ロアば、接続管８お工び蒸気通路９を介
してコンデンサ８の上部入口８ａ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ｎているとと
もに、その上端開口？キャップ１０が密閉している。

上記コンデンサ８ば、上記人口８ａｉ［するアッパタン
ク１１と、上下方向の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ｎた液化冷媒を一時
貯留するロアタンク１８（必ずしもコンデンサ８と一体
であること？要しない。）とから構成さ扛たもので、例
えば車両前部など車両走行風全党は得る位置に設置さｎ
、虹にその前面あるいは背面に、強制冷却用の心動式冷
却ファン１４ｉ備えている。また、上記ロアタ２ ンク１８は、その比較的下部に冷媒取出口１８ａを有す
るとともに、この冷媒取出口１８ａに連結した冷媒循環
通路１６を介して上記ウォータジャケット２下部の冷媒
人口２ａに接続さ扛ている。

そして、上記冷媒循環通路１５には、比較的下流つまり
ウォータジャケット２寄ジに冷媒供給ポンプ４が、比較
的上流つまりロアタンク１８寄りに常開型の第１電磁弁
１６が夫々介装さｎている。

以上のウォータジャケット２→コンデンサ８→ロアタン
ク１８→第１電磁弁１６→冷媒供給ポンプ４→ウオータ
ジヤケツト２の経路によって冷媒の循環系が構成さｎ、
通常運転時にはこの循環系内で５例えば水に若干の添加
物音訓えた冷媒力！沸騰・凝縮を繰り返しながら循環す
ることになる。

また、上記循環系には更にヒータコア１７が付設置８ さｆｌ、上記コンデンサ８と並列に冷媒経路の一部を構
成している。すなわち、上記ヒータコア１７は、コンデ
ンサ８と同様に上下方向に沿った複数の倣細なチューブ
を主体とし、その上部の蒸気入口１７ａがヒータ用蒸気
通路１８を弁して接続管８の排出管取付部８ａに接続さ
ｎｌかつ下部の冷媒出口１７ｂがヒータ用冷媒通路１９
會介してコンデンサ８のロアタンク１Ｂに接続さ１てい
る。

そして、車両における上記ヒータコア１７の取付位置と
しては、図示の工うにコンデンサ８の上半部に相当する
程度の高さ位置に設けら扛ており、かつ全体として空気
の滞留か生じないように接続管８の排出管取付部８ａ工
りは各部が低くなる工うに構成さｎている。

尚、上記ヒータコア１７は後述する工うに暖房４ 不要時にも蒸気が導入さｎるので、例えば第２図に示す
工うな空調装置に組み込んで使用される。

すなわち、４１は冷房用のエバポレータ、４２は送風用
プロワ、４８は内気取入口４４と外気取入口４６と會選
択的に切換える内外気切換用ダンパ、４６は加熱空気量
ケ調節するエアミックスダンパ、４７は車外に通じる排
熱口４８會開閉する排熱用ダンパ、４９はデフロスタ吹
出口５０へ至るデフロスタ用空気の流量１７１節するデ
フロスタダンパ、５１は第１吹出口５２と第２吹出口５
８を切換える吹出口切換用ダンパであって、夏季等の暖
房不要時には排熱口４８を開いてヒータコア１７の熱會
車外へ放出する工うに構成さ几ているのである。

次に、２１は上記循環系の系外に設けらｎて予備液相冷
媒を貯留するリザーバタンクを示し、こ　５ のリザーバタンク２１は通気機能勿有するキャップ２２
會介して大気に開放さｎているとともに、上記循環系最
上端つまり接続管８の排出管取付部８ａよりも高位置に
液面全確保し得るように車両の比較的高所にｅｉｔさＡ
、かつその底部から補助冷媒通路２８會介して上記冷媒
循環通路１５の第１電磁弁１６−冷媒供給ポンプ４間に
接続さｎている。そして、上記補助冷媒通路２８にぼ常
開型のｆＪ４２電磁弁２４が介装ζｎている。

一方、上述した循環系の最上部である排出管取付部８ａ
Ｋは、系内の空気會排出するための空気排出通路２５が
接続さ扛てにす、かつ空気排出時に同時に′ｅｉｎ出た
液相冷媒？回収するために、上目上空気排出通路２５の
先端部がリザーバタンク２１内に挿入さ扛、その比較的
上部に開口している。

６ そして、上記空気排出通路２５には、常閉型の第８電出
弁２ｆｌ−７＞１介装さ扛ている。

上記各電磁弁ｉｆｔ　、　２４　、２ｆｌと冷媒供給ポ
ンプ４お↓び冷却ファン１４は、所謂マイクロコンピュ
ータシステム全相いた制御装置１ｉ８１に工って駆動制
御さｎ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液而センサ８２．温度センサ８８、お工びロ
アタンク１８に設けた第２液而センサ８４の各検出信号
に基づいて後述する制御か行わｎる。

ここで上記第１．第２液面センサ８２，８４は例えばリ
ードスイッチを用いたフロート式センサ等が用いらｎ１
ウオータジヤケツト２内等において冷媒液面が所定レベ
ルに達しているか否β）′ｆｔオン・オフ的に検出して
いる。また、温度センサ８８７ ば例えばサーミスタ等からなり、上記第１液面センサ８
２の若干下方位置つまり通常液相冷媒内に没入する位置
に設けら扛て、ウォータジャケット２内の冷媒温度を検
出している。

上記の工うに構成上ｎた冷却装＋ｔの基本的な冷却メカ
ニズムを説明すると、通常ウォータジャケット２Ｆ３に
は所定レベルつまり第１液面センサ８２の設定レベルま
で液相冷媒が貯留＜３でいるのであるｆＩｉ、この液相
冷媒は、機関の燃焼熱にＬって加熱ざｎると、そのとき
の系内の圧力に応じた沸点に達したところで沸騰ケ開始
し、気化潜熱全零って蒸発気化する。このとき、冷媒は
ウォータジャケット２内の高温部で特に活発に沸騰して
多量の熱全零うので、燃焼室近傍など通常高温化し易い
部位も均一な温度に保たｎ、っ筐ジ温度差の少８ ない効果的な冷却を行えることになる。

そして、ウォータジャケット２内で発生した冷媒蒸気は
、蒸気通路９七介してコンデンサＢＫ導かｎ、ここで外
気との熱ダ換にＬり冷却さして凝縮液化する。このコン
デンサ８においては、高温蒸気と外気との間で良好な熱
交換が行われ、通常の水冷式冷却装置のラジェータに比
較して通かに放熱効巡が’ａｎだものとなる。また、液
化した冷媒は、コンデンサ８下部のロアタンクＩＢに一
時貯留されるとともに、ここから冷媒供給ポンプ４によ
って再びウォータジャケット２へ循環供給さｎる。

またウォータジャケット２日での発生蒸気の一部は、ヒ
ータ用蒸気通路１８ｉ弁してコンデンサ８と並列にヒー
タコア１７に導かれ、ここで車室９ Ｐ３暖房用の空気を暖めると同時に、その熱交換に工９
凝縮液化大ｎる。そして、液化した冷媒はコンデンサお
下部のロアタンクＪ８に導かれ、コンデンサ８で液化し
た冷媒と合流メｒて上述した工うに循環供給さｎること
になる。このヒータコア１７においても、内部ｅＡ流す
る蒸気と外気との熱交換効ぷが通常の温水式ヒータコア
に比較して通か＆Ｃｋｌれたものとなる。

このように、基本的には空気？除去した密閉循環系内で
所定音の冷媒がＳ騰・凝縮のサイクルを繰）返しつつ循
環して、動感の良い沸騰冷却ならびに動量の良い暖房が
行わｎる。

また一方、循環系外に設けらｎたリザーバタンク２１に
は、循環系同全体を十分に満水にし得る童の予備液相冷
媒が貯留さｎるＬうになっており、　０ この予備液相冷媒音循環系内に導入することによって、
循環系内からの空気の排出や循環系内への冷媒の補給等
が目動的に行わｎるのである。

次に上記制御装置８１において実行さｎる具体的な制御
ｔ、第８〜９図のフローチャートに基づいて説明する。

第８図は制御の概要を示すフローチャートであって、機
関始動後（イグニッションキーＯＮ′Ｏｋ）に、先ずそ
の始動が初期始動であるか再始動であるか、具体的には
温度センサ８８による検出温度が設定温度（例えば４５
℃）Ｌり高いか否かを判断する（ステップ１）。設定温
度以下つまり未暖磯状・態の初期始動であればステップ
２の空気排出制御會経てから余剰冷媒排出制御（ステッ
プ８）へ進む。そして、余剰冷媒排出制御の終了ｆ＆、
通１ 常運転制御（ステップ４）へ移行し、キー０ＦＩｉ’時
までその制御を継続する。キーＯＦＢ’後はステップ５
のエンジン停止後の制御に移行する。一方、ステップ１
で設定温度以上の場合、つまり再始動時には経時的な空
気の侵入が考えら１ないので空気排出は行わずにステッ
プ８の余剰冷媒排出制御へ進む。

第４図はステップ２の空気排出制御のフローチャート’
２示すもので、先ずステップ１１で第１ｆｉ出弁１６ｔ
「閉」、第２電磁弁２４を「開」、第８電磁弁２６會「
開」と夫々した後に、冷媒供給ポンプ４ｉＯＮとする（
ステップ１２）。こｒＬにエリ、リザーバタンク２１内
の予備液相冷媒が補助冷媒通路２８合弁して循環系内に
導入される。

こｎは、ステップ１８において所定時間、具体的２ には系内？満水にするに十分なように予め設定さした数
秒ないし故十秒程度の間、継続さｎる。従って、系内に
残存していた空気は、系上部に集めら１″Ｌ、た後、空
気排出通路２５ｉ弁して系外のりサーバタンク２１側に
強制的に排出さｎる。また、系内から空気が無くなると
、上記空気排出通路２５から液相冷媒が湿ｎ出るが、こ
ｎは痣てリザーバタンク２１に回収さｒる。そして、所
定時間経過した時点で、ステップ１４へ進み、ここで第
１′［イ市弁１６′（ｌ？「開」、第２１を磁弁２４會
「開」、第８′！を磁弁２６を「閉」とした後に冷媒供
給ポンプ４　（ｌ？ＯＦＦ”とする（ステップ１５）。

すなわち、この時点でヒータコア１７を含めて循環系内
からは空気が児全に排出さｎたことになる。

尚、ステップ１８の判別に代えて、循環系最上８ 部ｖｃ四に液面センサ？設け、その液面の有無の検出に
基づき系内が実際に満水となるまで冷媒供給ポンプ４を
駆動するように構成しても匿い。

第５図は、空気掛出後の満水状態あるいは再始動時の系
内の一部が気相冷媒領域となっている状態で実行さｎる
ステップ８０余剰冷媒排出制御のフローチャーｈ２示す
。先ず、系内がある程度の温度（例えば９５℃）ＶＣ上
昇するまて゛、そのまｆの状態で待機（ステップ２１）
し、その後ロアタック１８同の液面とウォータジャケッ
ト２内の液面と全監視する（ステップ２２．ステツプ２
８）１１つまり機関の運転開始にエリウォータジャケッ
ト２内で沸騰か始まると、その蒸気圧によって系内圧力
が尚ま９、補助冷媒４路２ａ２弁じて系内からリザーバ
タンク２１側へ液相冷媒が押し出貞ｎ４ るのであるが、このとき種々の条件に工９０アタンク１
８内液面が先に設定レベルにまで低下する場合と、ウォ
ータジャケット２内液面が先に設定レベルにまで低下す
る１合とがあるので、夫々に応じた制御子１１１１ｉ１
　ｆ　ｉ四択するのである。

ロアタンク１８内液面が先に設定レベルにまで低下した
場合ぼ、ステップ２４へ進んで系外に蒸気力ぶ排出さｎ
ない工うに第２’Ｉｔ＋ｆｌ弁２４を閉じる。

その後ロアタンク１８内の液面を監視（ステップ２５）
しながら、ステップ２７〜ステツプ２９において系内が
ある程ＩＷの正圧となる工うな温度（例えば１０５℃）
全目標として冷却ファン１４の制御？行い、ウォータジ
ャケット２内の余ｌｌｌ１ｌ［相冷媒ケ〔ウォータジャ
ケット２内で沸騰→コンデンサ８で凝縮〕の形でロアタ
ンク１８　％’ｄへ移動６ 貞せる。この結果、ロアタンク１８の液面が設定レベル
以上に高まると、ステップ２５の判別によってステップ
８ｏへ確み、第２嵐磁弁２４ケ開いてロアタンク１８か
ら系外のりザーバタンク２１へ余剰液相冷媒を排出し、
かつこｎに工り再びロアタンク１８内液面が低下したら
ステップ２６で第２′ば磁弁２４を閉じる。すなわち、
この第２邂磁升２４の開閉の縁り返しに工り徐々に々剰
孜相冷媒飛糸外に排出さｎることになり、こｎはステッ
プ８１でウォータジャケット２内液面が設定レベルに達
するまで継続さ扛る。そして、ウォータジャケット２日
液面が設定レベルにまで低下した時点でステップ８２へ
進み、第２電磁升２４に閉じる。こｎにＬつで冷媒循環
系が児全に蕾閉さ扛た状態となり、このとき系内でに、
ウオータジャ６ ケラト２内お工びロアタンク１８内の夫々第１液１１ｆ
ｌセンサ８”　＋　ｍ　２　液＋ｌセンサ３４の設定レ
ベル以下ケ液相冷媒が占め、残部？気相冷媒が―たした
状態となっている。

一部、ウォータジャケット２内液圓が先に設定レベルに
まで低下した場合ＶＣハ、ステップ８８へ孕み、その液
面の判定結果に基づき冷媒供給ポンプ＋２ｏＮ（ステッ
プ８４　）　、　ＯＦＦ　（ステップ８５）制御してウ
ォータジャケット２内液１１１］を設定レベルに維持し
つつ、ステップ８６でロアタンク１８内液面？監視する
。つまりロアタンク１８内の液相冷媒の一部がウォータ
ジャケット２内へ循凍供給さ几るとともに、余剰液、＋
１８Ｉ冷媒が補助冷媒通路２８ｉ介して系外に徐々に一
排出さｎｕける。そしてロアタンク１８液面が設定レベ
ルにまで低下す７ ると、前述した揚曾と同様にス゛テップ８２２経て余剰
冷媒排出制御が終ｒする。

ここで初助始動時における七ｄじ余剰冷媒排出制御中の
過程ケ考えると、空気排出剃御終了時点から沸騰の−Ｉ
Ｉｆ９までぼコンデンサＳ内も完全な満水状態であるか
らその放熱量は比較的低く抑制さｎ、かつコンデンサ８
側からウォータジャケット２１１１Ｏへ低温液相冷媒が
循儂さｎ／）ことがないので、・機関の谷部、例えばシ
リンダ内壁等は速やかに高温化し、つまり暖機が極めて
短時間で兇了する。この暖機の進行とともに、ウォータ
ジャケット２内の液相冷媒の温度ぼ急速に上昇し、始動
債権めて短１埒間で沸１賭が開始することになる。そし
て、この沸騰にエタ発生する蒸気の圧力によって、ヒー
タコア１７円の液相冷媒が押し下げら几、ヒータ　８ コア１７内に気相領域が生じた時点で、蒸気會媒弁とし
た動量の良い放熱がヒータコア１７において直ちに開始
ざｎ、屯里内全急速に暖房できるのである。尚、姶動後
、沸騰が開始してヒータコア１７内が気相領域となるま
でに要する時間は、上述のように沸騰が速やかに開始す
ることＫ　７ＪＯえて、ヒータコア１７作系の比較的上
方に位置することから早期に気相領域となり、全体とし
て極めて短時間で済む。しかも、ウォータジャケット２
内の容ｔ′ｆ：従来の水冷式冷却方式のものに比べて小
ざくで＾ることも、沸騰開始までの時間を短縮化するこ
とに寄４する。また、前述のＬうに、ヒータコア１７に
蒸気が導入開始−Ｋｆｉるときには、ヒータコア１７円
力）ら放熱會妨げる空気が完全に除去式ｎておｐｌこの
点からも暖房の立ち上が９が一部９ 層良好なものとなる。

仄に８６図は、上記の↓うに系内に所定量の冷媒が封入
された段階で実行七扛るステラ１４０通常運転制御のフ
ローチャート會示す。この通常運転制御は、機関の冷却
性能ならびにコンデンサ８の放熱効惠ｋｍ大限に確保す
る↓うにウォータジャケット２とロアタンク１８の液相
冷媒ｉ會調櫂する液面制御と、系内の温度（Ｉｌ−目標
一度に合致させるように冷却ファン１４ｉ制御する温度
制御と、箪両走行＋４が強過ぎるような場合の過冷却現
象ケ防止する負圧防止制御と、空気併出ガ完全に達成さ
ｎなかった場合等に発生する系内の異常高圧を回避する
４４常尚圧回避制御とからなる。４体的には、ステップ
４１で温度センサ８８による検出温度と下限設定温度（
例えば９７°Ｃ）との比較ｔ、０ ステップ４２で上記横出温腿と上限設定温度（例えば１
１６℃）との比較？夫々行い、下限設定温度↓り低い過
冷却時には後述する負圧防止制御（ステップ４８）に移
行し、かつ上限設定温ＫＬり高い高温高圧時には後述す
る異常高圧回趨制御（ステップ４４）に移行する。一方
、検出温度が固設定温度の間にある場合には、ステップ
４５〜ステツプ４９の液面制御卸お工びステップ５０〜
ステツプ６８の温度制御會行う。すなわちｔＬ面制御と
しては、ステップ４５でウォータジャケット２内の液面
の高低會第１液（２）センサ８２の出力から判断し、か
つステップ４７でロアタンク１８内の液面の高低音第２
液面七ンサ８４の出力から判断し、夫々の判断結果に基
づき冷媒供給ポンプ４ｔＯＮ・ＯＦ］’ｉ”制御するも
ので、この結果、夫々の液１ 面が常に所定レベルつまり第１液面センサ８２の設定レ
ベルお工び第２液而センサ８４の設定レベルに惟持さＣ
るのである。また温度側御としては、ステップ５０で機
関運転状態に応じた目標温度の設定ｒ行うとともに、ス
テップ５１で／Ｍ匿センサ８８による検出温度と設定し
た目標温度との比較を行い、目標温暖以上の場合は冷却
ファン１４ｔＯＮ（ステップ５２）とし、目＃ｉ＠度以
下の場合は冷却ファン１４２　ｏＦＦ（ステップ５Ｂ）
として、コンデンサｊにおける凝縮の促進あるいは押割
τ行う。こｎｖｃエリ系内の圧力が［６答性艮く変化し
、ウォータジャケット２における沸騰が１ばちに促進あ
るいは抑′副さｎるので、ウォータジャケット２内の温
度つま９機関部度が高梼度に目標温度に軸持さｎる。尚
、ステップ５０における目標温度の２ 設定は、図示せぬ検出手段からのスロットル開度信号９
磯関回転故信号、吸入負圧信号あるいはこれらに関連し
た燃料噴射弁の駆動パルス信号等に基づいて、連続的も
しくは段階的に変化するように行わｎるもので、例えば
熱効耶向上會重視した比較的低速・低負荷の市街地足行
瞳では１１０’Ｃ程匿に、ノッキング等の異常燃焼が発
生し易い高負荷域あるいは高速域ではｉｏｏ’ｃ程度に
設定さｎる。

上記負圧防止制御（ステップ４８）は第７図に示すフロ
ーチャートに従って行わｎる。先ずステップ６１におい
て第２電磁升２４が開弁さｎ、そｔ′Ｌ￥１！で密閉状
態にあった冷媒循環系が系外のりサーバタンク２１１Ｃ
接続される。Ｃのとき、適冷状態にある循環系同ば負圧
化しており、ウオータジ８ ヤケシト２内で減圧＃Ｂ騰が生じているが、上記のよう
に第２１１Ｈｉ弁２４を開くと、系内圧力とリザーバタ
ンク２１ｇ１１大気圧との圧力差ならびに両者の液面の
高低差に起因してリザーバタンク２１からコンデンサ８
内に液相冷媒が導入され、コンデンサＢ内の液ｌが高く
なる。この工うに液相冷媒が導入さ扛る結果、系内の圧
力かある程度回復し、ウォータジャケット２内の液相冷
媒の沸点が上昇する。、ｌまた、コンデンサＨのコア部
１２の一部が液相冷媒で占有されるために、その放熱瀘
が低下し、つま９気相冷媒の凝縮が抑制さｎることにな
って、系内圧力ケ高める工うに作用する。従って、ウォ
ータジャケット２内の（Ｍｌｆｆｉは速やかに上杵し、
４！ｅ関に１局冷却状悪から脱却することができる。

またステップ６２〜ステツプ６４に示すＬうに、４ コンデンサｓ内への液相冷媒導入ｒ行っている間も、ウ
ォータジャケット２内の液面制御に継続ざ扛、つまりウ
ォータジャケット２内の液面は常に第１液而センサ８２
の設定レベルに維持さ扛る。

−万、上述したＬうに過冷却状態全脱却した後、車両走
行風の低下あるいは狛荷の増大などに工って機関発熱瞳
がコンデンサ８の放熱量を上端る状態になると、蒸気圧
の上昇に工って系内からリザーバタンク２１へ液相冷媒
が徐々に排出さ扛、コンデンサ８お工びロアタンク１８
の液面が低下する。ウォータジャケット２円の温度が十
分（例えば１００℃）ｖｃ回復したことに確！（ステッ
プ６６）した上で、ロアタンク１８内液而が所定レベル
つ筐り第２液而センサ８４の設定レベルにまで低下（ス
テップｆ１６）した時点で、ステップ６７へ進５ み、第２電磁升２４’に閉弁する。こｎにエリ、一連の
負圧防止制御が終了し、冷媒循環系ぼ再び所定量の冷媒
ケ封入した状態で密閉メｎることになる。

尚、上述した工うな負圧防止制御（ステップ４８）にお
いて、コンデンサ８内へ液相冷媒全導入した状態にあっ
ても、ヒータコア】７ぼコンデンサｇに対し比較的上方
に配直さｎているため、極端な場合を除いてにヒータコ
ア１７内作常に気相領域に保たｎる。従って、高温蒸気
ケ媒介とした放熱が何ら変わらず継げできることになり
、例えば渋い下り坂ケ走行するような場合でも、車室内
暖房性能が極めて安定して得らｎる。

次に上記異虐昼圧回避制御（ステップ４４）は第８図に
示すフローチャートに従って行わｎる。

６ 先ず系内が密閉さｎた状態のままステップ７１で冷媒供
給ポンプ４お工び冷却ファン１４（ｌ？ＯＮとし、ステ
ップ７２お工びステップ７８の判別にエリウォータジャ
ケット２内の液面が設定レベルに達した時点から所定時
間（例えば８秒）そのままの状態で待機する。こ７’Ｌ
ＩＣｊ　ｐウォータジャケット２内の液面は通常の設定
レベルより高めらｎ、つまり多量の液相冷媒全保持した
状態となる。所定時間経過後、ステップ７４で冷媒供給
ポンプ４がＯＦＦとなり、同時に第２電磁弁２４が開弁
さ−ｎ。

そｎまで密閉状態にあった冷媒循環系が系外のりザーバ
タンク２１に＃縛される。そのため、異常高圧状態にあ
る系円か大気圧下に開放さｎ、具体的には高圧の冷媒蒸
気が若干の液相冷媒とともにロアタンク１８からリザー
バタンク２１に排出さ７ ｎで、系内の圧力が低下し、かつ七扛に伴って温度か低
下する。ここで、この異常高圧の発生は、主に系内に残
存した僅かな空気がコンデンサ８の倣細なチューブ内に
付着することに起因するか、上述の蒸気等の排出に工っ
でコンデンサ８内の残存空気も効果的に押し出さｔ′１
−５つｆり異常高圧の発生原因自体金除去できる。尚、
排出さｎた冷媒蒸気は、リザーバタンク２１の低温液相
冷媒中に放出されるので、大部分はリザーバタンク２１
内で凝縮さｎて回収ざｎ、大気中に失わｎる童は極めて
少ない。

このように、系内圧力の解放にエリウォータジャケット
２内の温度が設定温度（例えば１００°Ｃ）にまで低下
（ステップ７５）した時点で、ステップ７６に進み、こ
こで循環経路中にある第１′ｔＩＬ磁８ 弁１６全閉弁する。すなわち、ロアタンク１８とリザー
バタンク２１との間がａ断さｎて、リザーバタンク２１
は冷媒供給ポンプ４を弁してウォータジャケット２側に
のみ接続さｎた形となる。この状態に８いて、ステップ
７７〜ステツプ７９に示す液面匍ｊ御が行わｎ、ウォー
タジャケット２内の液面が設定レベルより低下するとリ
ザーバタンク２１から液相冷媒會梱充して、該液面全設
定レベルに保つのである。尚、ウォータジャケット２内
での沸騰は、ステップ７５での圧力解放中も当然に継続
しているのであるが、予めウォータジャケット２内の液
面全設定レベル以上に高めているので、上目ビステップ
７７０時点で液面が危険レベルにまで低下している惧ｎ
は無い。換言す扛ば、こｎに十分な工うにステップ７８
の継続時間が設９ 定ざ扛でいる。一方、上目ピの液面制御とともに、ステ
ップ８０〜ステツプ８２において冷却ファン１４のＯＮ
・ＯＦＦ　Ｋ　Ｌる温度制御？行い、ウォータジャケッ
ト２内の温度全設定温度（例えば１００℃）に保つ工う
にコンデンサ８の凝縮？促進もしくぼ抑制する。この状
態でステップ８８においてロアタンク１８内の液面？監
視するのであるが、このとき第１ｖＬ磁弁１６が閉弁し
ているので、コンデンサ８で凝縮した冷媒の流入に工っ
てロアタンク１８内液面は徐々に上杵し、所定レベルつ
まＩ■液液上センサ８４設定レベルｖｃまで回復した時
点でステップ８４へ進み、第１電磁弁１６會「開」に、
第２電磁升２４（］ｌ−ｒ閉」に夫々制御する。これに
エリ、一連の異常高圧回避制御が終了し、冷媒循環系は
再び所定量の冷媒ケ封入した状０ 態で密閉ジｎる。

第９図は、通常運転制御（ステップ４　）ｈ：６いば他
の制御の実行中に、エンジンキーｉ　ＯＦＦとした場合
に移行するエンジン停止後の制御（ステップ６）ｒ示し
てＲｐ、ステップ９１で冷却ファン１４ｉＯＮとした後
に、ステップ９２でキーＯＦＦ後所定時間（例えば６０
秒）経過したか否かの判定に経て、ステップ９８で機関
温度状感奮判定する。こ牡は、循環系内が高圧となって
いる状態でその密閉状態を開放すると蒸気の噴出を生じ
るので、系内が負圧化する温度に下がるまで待機し、例
えば液温か９７℃以下となった時点で電源ｔＯＦＦ　（
ステップ９４）とし、常開型゛成感升である第２電磁弁
２４會開くのである。ここで上記冷却ファン１４は、系
内の温度低下會促進するもので１ あるが、バッテリの過度の消耗？防止するために、上記
ステップ９２とステップ９５の判定によって、温度が十
分に下がらない場合でも一定時間で冷却ファン１４ｉＯ
ＦＦ（ステップ９６）としている。

上記の第２電磁弁２４の開弁にＬって循環系内ににリザ
ーバタンク２１から予備液相冷媒が導入さｎ、系内の温
度低下に従って、系内がいず′ｎ７ｉｉＩｉｉ水状態と
なる。尚、このリザーバタンク２１からの冷媒導入時に
は第１電磁弁１６が「開」、冷媒供給ポンプ４がＯＦＦ
であるために、リザーバタンク２１からの冷媒は、ロア
タンク１８７：ｌ）らコンデンサ８内ｒ経由して系内に
流入する。従って、運転中に何らかの原因で鴎かに空気
ＴｏＸ侵入して、鑵細なコンデンサチューブ内やヒータ
コアチューブ内に付層した場合でも、この予備液相冷媒
の流入２ に工って系上方へ確実な排出が行える。

また、このエンジン停止後の制御に工っで、始動から停
止までの制御が児了し、ステップ９４の電源ＯＦＦの状
態で次の＠動に備えることになる。

尚、゛成源ＯＦＦの状態では、常開型電磁弁である第１
電磁弁１Ｂ、第２電磁升２４は「開」に、常開型電磁弁
である第８電磁弁２６　ｆｊ、ｒ閉」になり、また冷媒
供給ポンプ４お↓び冷却ファン１４ぼ何Ｂ　モＯＦＦ　
トｔｘつで、バッテリの消耗を判うことなく、所定の状
態ケ保持できる。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機関
の沸騰冷却装置においては、ヒータコアを含む冷媒循環
系内會一旦液相冷媒にて満水とし、かつこの状態から余
剰冷媒を系外のりザーバタン８ りに排出することに工って、系内盆所定量の液相冷媒と
気相冷媒とかちなる理想的な状態とすることができ、こ
の密閉循環系内で冷媒の沸騰・凝縮のサイクルｔ第１」
用した極めて効巡の良い冷却全実現できるとともに、ヒ
ータコアにおいて始動時の立ち上がりの早い良好な暖房
性能が確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る／４騰冷却装置の一実施例を示
す構成説明図、第２図はこの実施例のヒータコアが組み
込まれる字訓装置の一例を示す構成説明図、第８図〜第
９図はこの実施例における制御の内容を示すフローチャ
ートである。 １・・・内燃機関、２・・・ウォータジャケット、８・
・・コンデンサ、４・・・冷媒供給ポンプ、７・・・蒸
気出口、８・・・接研蕾、９・・・蒸気通路％　１８・
・・ロアタンク、４ １４・・・冷却ファン、１５・・・冷媒循環通路、１Ｂ
・・・１１ｔａ弁、１７・・・ヒータコア、１８・・・
ヒータ用蒸気通路、２１・・・リザーバタンク、２４・
・・第２１１磁升、２５・・・空気排出通路、２Ｂ・・
・第８電磁弁、８１・・・制御装置、８２・・・第１液
而センサ、８８・・・温度センサ、８４・・・第２液面
七ンサ。 　５ 逓弁閉 滋弁間 傘弁閣 磁弁開 謙弁開 ａ会閉 特開昭ＧＯ−１５３４１Ｇ（１ｇ） 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ロ　上部に蒸気量ロケ有し、かつ適宜な量の液相冷媒
   が貯留さｎるウォータジャケットと、上記蒸気出口に接
   続されたコンデンサと、このコンデンサの下部に設けら
   れ、かつ液化冷媒ｋ　一時貯留する冷媒タンクと、上記
   蒸気出口と上記冷媒タンクとの間に、上記コンデンサと
   並列に接縛されたヒータコアと、上記冷媒タンクと上記
   ウォータジャケットとの間に設けらｎた冷媒供給ポンプ
   と、上記ウォータジャケット、コンデンサ、冷媒タンク
   、ヒータコア、冷媒供給ポンプからなる密閉循環系の系
   外に設けらｎｌかつ予備液相冷媒？貯留するリザーバタ
   ンクと、上記リザーバタンクから上記循環系内に空気排
   出用の夜相冷媒全導入する冷媒導入手段と、この冷媒が
   導入これた循環系内から所定蓋の冷媒を残して余剰冷媒
   を上記リザーバタンクに排出する冷媒排出手段と、上記
   循環系の最上部に接続され、かつ上記冷媒の導入の際に
   開路さｎ。 排出の際に閉路さｎる空気排出通路とを備えてなる内・
   燃機関の沸騰冷却装置。