JPS6036715A - エンジンの沸騰冷却装置 - 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】 ａ、技術分野 本発明は冷却液の沸騰気化ｍ熱によりエンジンを冷却す
る沸騰冷却装置に関する。

ｂ、技術的背景 エンジン燃焼室等の壁温を材料の耐久性及び耐ノツク性
等に支障を生じない範囲でできるだけ高くした力が熱効
率上好ま１−いととは良く知られているが、従来の水冷
式冷却装置ではエンジンのウォータジャケットとラジェ
ータとの間で冷却水を循環はせ、冷却水の温度に依存し
て開閉するサーモスタットバルブにより冷却水の循環径
路を切り換えるという単純な構成であるため、実質的に
はエンジンの禍熱を防止する程度の効果しか期待できず
、言い準えれば効率の向」二を目指し、て運転状態に応
じた最適なエンジン温度に制御することは困難でおった
。さらに、暖機時間も長いど言う欠点があった１、 これに対して、冷却水の沸騰気化潜熱を利用して小針の
冷却水で要求放熱針を確保し、適正な冷却性能が得られ
るようにした冷却装置として、例えば第１図〜第３図に
示したようなものが知られている。

第１図は特公昭５７−５７６０８号に開示はれている冷
却装置で、エンジン１のウォータジャケット２とラジェ
ータ３のＦ部を通路４で連通して内部に充填した冷却水
の液面レベルを各々ＴＰＩ−になるように図ったうえで
、燃焼熱により沸騰気化した冷却水蒸気をジャケット２
の上部空間５及び蒸気通路６を介してラジェータ３に導
入し、ラジェータ３で冷却された蒸気の凝集液化分だけ
通路４を介してウォータジャケット２へと冷却水が戻る
ようにした自然循環による冷却系を形成している。

このように冷却水の沸騰気化潜熱で冷却を行なうと、冷
却水の液相での熱各音に依存した一般的な循環冷却に比
較して冷却水容量が少なくて済み、またエンジン高温部
から沸騰が始まるためムラのない冷却ができる等の利点
が得られる。

しかしながら、この冷却装置によるとラジェータ３にウ
ォータジャケット２と同レベルで冷却水が満たされてい
て、相互の温度差が小きい液相の冷却水と外気との間で
熱交換することになるため冷却システムとしての放熱効
率は必ずしも向上せず、従って冷却性能を運転状襲に応
じて速やかに可変制御するには不都合であった。ざらに
この装置では、系内の圧力を一定に保って冷却水の沸点
及びエンジン温度を安定化する目的から蒸気通路６と大
気との間で気体の通過のみを許容する選択透過性フィル
タ７を介して圧力のやりとりをするようにしているが、
この結果として冷却水の沸騰気化によって系内圧力が上
昇したときに蒸気の一部が外部へと逃げることになるた
め定期的に冷却水を補充する必要を生じ、またエンジン
停止後の温度低下に伴って系内圧力が下降すると外部か
ら空気を吸い込むことになるため以後冷却性能が悪化す
る惧れかめる等の問題があった。

また、第２図は米国特許第４３６７６９９　号の冷却装
置であり、エンジン１のウォータジャケット２と同程度
のレベルに冷却水全保持したセパレータ８の空間部へと
蒸気通路６ａを介してエンジン１からの冷却水蒸気を導
入し、この蒸気のみを通路６ｂを介してラジェータ３（
コンデンサ）ニ供給して冷却液化したのちポンプ９及び
通路４ａによりセパレータ８へ、さらに通路４ｂを介し
て重力によりエンジン１へと戻すようにしたものである
。

この装置によると、ラジェータ３に高温の冷却水蒸気の
み全導入してこれを冷却液化するようにしているため放
熱効率は向上するが、ラジェータ３で液化した冷却水を
保持しておくタンク１０の空間部をエアベント１１を介
して大気に連通ずることによυ系内の圧力変動を抑える
ようになっているため、第１図と同様のメンテナンス及
び冷却性能面での問題点が生じる。又セパレータ８を介
して蒸気及び面相冷媒の供給を行う為、構造が複雑とな
ると共にレイアウト上の制約が大きくなる。

沁らに、第３図は特開昭５６−３２０２６号において提
案された冷却装置で、先の２例と異なりエンジン１のウ
ォータジャケット２内部を常時気相に保ち、ノズル】２
を介してシリンダ１３０表層部１４に冷却水を噴射して
これを蒸発させ、この蒸気全ラジェータ３で冷却液化し
たのちポンプ９を介して再びノズル１２に供給するとい
うサイクルでエンジン冷却を行なうようにしたものであ
る。

ところがこの装置では、噴射供給した冷却水がシリンダ
１３の表面にムラなく行きわたるように表１部１４を多
孔質の材料で形成しているため、表層部１４での沸騰気
化が活発になると表面からの冷却水の浸透が阻まれて一
時的に放熱不能になｐ、との結果オーバヒート及び焼着
きなどの不具合を起こす惧れがあった。

Ｃ９発明の目的 本発明はこのような技術的背景の下になされたもので、
エンジンを運転状態の変化に即応した最適冷却状態に制
御して熱効率を向上するとともに、冷却系としての効率
をも高めて軽量小型化の要求に旧え、さらにメンテナン
スを不安とした加護冷却装置を提供することを目的とす
る。

ｄ１発明の開示（Ｉ） 上記目的を述成するために本発明（第１の発明）では、
大部分が６Ａ目作媒で充たされるエンジンのウォータジ
ャケット内で発生した冷媒蒸気を冷却液化するコンデン
サと、コンデンサで液化した冷媒を一時貯留するタンク
と、タンクの散状冷媒を再びウォータジャケットに戻す
供給ボ；／プと、コンデンサに強制冷却風を供給する冷
却ファンとからなる冷却系を設け、ウォータジャケット
に封入した冷媒のＫｆ面しノベルが所定値になるように
供給ポンプを制御し７て、コンデンサでは霊度差の大き
い冷媒蒸気と外（ｔとのｎ１１で熱交換を行なわせるこ
とによυ放熱効率會窩めるとともに、エンジン温度を検
知し７、この検知信号により作動する冷却ファンを介し
てコンデンサでの冷媒凝縮」つまり系内の圧力及び冷媒
の沸点を変化させることによりエンジン運転状態ないし
運転域に応じた最適１朋（所定値）に制御しうるように
すると共に暖機後の通常運転時、冷媒通路を閉ループに
した。

次に上記発明の実施例を図面に基づいて説明する。

ｅ、実施例（１） 第４図において、２１１−１：エンジン（本体）、２２
はそのウォータジャケット、２３はコンデンサ、２４は
コンデンサ２３の下部に連通ずるタンク（ロワタンク）
、２５は供給ポンプとしての電動ポンプ、２６は冷却フ
ァンとしての電動ファンである。

ウォータジャケット２２はエンジン２１のシリンダ及び
燃焼室の外周部を包囲するようにシリンダブロック２１
ａ及びシリンダヘッド２１ｂにかけて形成され、その内
部には上方に適当な空間（気相空間）２２ａが残る程度
に液相冷媒が封入はれている。なお、多気筒エンジンで
は前記気相空間２２ａは各気筒部間で相互に連通してい
る。

ウォータジャケット２２は、その気相空間に而して接続
した冷媒注入管２２ｂ及び蒸気通路（冷媒通路）２７を
介してコンデンサ入口部２３ａに連通している。前記冷
媒注入管２２ｂは冷媒が循環する径路の最上部に（ｉ７
ｆｆｉｌ、上方に立ち上った注入口部２２　Ｃはキャン
プ２２ｄで密閉される。

ロワタンク２４は、途中に電動ポンプ２５を介装した冷
媒通路２８を介してウォータジャケント２２丁部の冷媒
人口部２２ｅに接続される。

コンデンサ２３は車両走行時に走行風が流通する位置に
設けられ、電動ファン２６はその前面または背面側に位
置してコンデンサ２３に強制冷却風を供給する。

３０は上記璽、動ポンプ２５並ひに電１動ファン２６の
作動金司る制御回路でらｐ１シリンダヘッド２１ｂに設
けられた液面センサ３１と、同じく温度センサ３２及び
エンジン運転状態を検出するその他の検出手段（図示せ
ず）と共に制御系統を形成している。

α面センサ３１は、その検出部が冷媒液に浸るか気相空
間２２ａに露出するかに応じてオンオフ的に出力が変化
し、制御回路３０はこの出力の変化に基づいて、冷媒液
面が液面センサ３１の位置に心じた所定値よりも回正し
た場合には電動ポンプ２５を駆動して再び所定液面レベ
ルに達するまでロワタンク２４の貯留冷媒をウォータジ
ャケット２２に補給する。このため、ウォータジャケッ
ト２２内には常時所定１の冷媒が確保される。なお、こ
の冷却系内に注入される液相冷媒の全容驚け、ウォータ
ジャケット２２に前述のようにして所定液面レベルにま
で冷媒が確保された状態でコンデンサ２３の内部がほぼ
気相状態になる程度に設定されている。

一力温度センサ３２は、冷媒の温度からエンジン温度を
検出し、エンジン温度に応じた出力を実温度信号として
制御回路３０に付与するもので、制御回路３０はこの温
度センサ３２からの実温度の検出値と共に、エンジン回
転、スロットル開度、燃料供給奮等を周知のセンサ類を
介して検出してエンジンの運転状態を判別し、前記実温
度との比較に基づいて運転状態に応じた適正なエンジン
温度になるように電動ファン２６の作動または停止を制
御する。

エンジン運転状態と制御温度値との関係は、これをエン
ジンの仕様や目的・用途に応じて自由に設定できること
け首うまでもないが、一般に自動車用エンジンでは比較
的負荷並びにエンジン回転が吐い市街地走行斌と、それ
以外の高速または高負荷域とに分けて、市街地走行埴で
は温度を上げて熱効率を高め、高速・高負荷域では温度
を下げて異常燃焼等を防止するように図る。

上記に基づく冷却系統としての基本的な作用について説
明すると、ウォータジャケット２２内の液相冷媒は、エ
ンジン燃焼熱をうけて加熱されると、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を開始し、気化
潜熱を奪って蒸発気化する。このとき、冷媒はエンジン
２１の高副部はど盛んに沸騰して気化潜熱相当分の冷却
を行なうことになるため、燃焼室やシリンダ壁けほぼ均
一の温度に保たれ、具体的には異常燃焼を促すホットス
ポットが発生しにくくなるため燃焼室等のｒＩＡＩｔを
全体的に高めることが可能になる。

上記沸騰冷却作用の結東発生した冷媒蒸気は蒸気通路２
７″ｆｒ：介してコンデンサ２３内に侵入し、外気との
熱交換により冷却されて液化し７、逐次ロワタンク２４
に貯留される。この場合、既述したようにコンデンサ２
３の内部は気相状に保たれ、高温の冷媒蒸気がコンデン
サ２３を構成する金桐面との間の良好な熱伝達状態の下
に外気で冷やされることになるため、液相で放熱する場
合よシも大幅に放熱効率が高められ、従ってコンデンサ
２３並ひに電動ファンは従来よりも著しく小型のものを
使用することができる。因みに、第５図にあるエンジン
を全負荷運転したときにニンジンｍ度を１００℃に保つ
のに必要なファン風速とエンジン回転速度との関係を示
すが、図示したように従来の水循環冷却よりも冷却効率
が上昇１〜ている。

そして、コンデンサ２３で液化しロワタンク２４に貯留
された冷媒は、ウォータジャケット２２での液面レベル
の圓下に伴う電動ポンプ２５の作動により再ひウォータ
ジャケット２２へと戻されるのであり、以上の繰り返し
により沸騰冷却が続けられる。

ところで、総排気ｔ　１８０９　ｃｃ　のガンリンエン
ジン’ｔ”　４０００　ｒＩ）ｍで全開運転していると
きの要求放熱ｉは、第６図に示したように毎分４００ｋ
ｃａｌ　以上にもなり、これを冷却水の液相循環冷却で
全うするための冷却水の要求循環ｔＱは、ラジェータの
入口温度を８８℃、同出口＠度を８４００ ℃、水の比熱を１とすると、Ｑ”　（８８−８４）Ｘｉ
　十１００Ｋｇ、つまり毎分的１００１に達する。これ
に対して沸騰冷却では、冷媒として水を使用した場合、
その気化潜熱が約５３９　ｋＣａｌ　／　Ｋｐであるか
ら、液相冷媒の似求循環１は毎分数百ｃｃにすぎない。

これにより、電動ポンプ２５は小型のものを小電流で駆
動でき、その制御が容易になるとともに、特に駆動損失
が水循環冷却におけるエンジン駆動のウォータポンプに
較べて大幅に減少するので、第７図に示したように同一
温度（８０℃）下でも著しい燃費の改善になる。

次に、温度制御に伴う冷却系統の作用を説明するにあた
り、まず制御系統の動作概念の一例を説明する。

制御系統は、先に述べたように電動ファン２６の作動を
制御することにより最終的にエンジン温度がそのときの
運転状態に応じた目標値になる工うに動作するのである
が、このためにまず、エンジンの回転連関と負荷の関係
から運転状態を判足し、比較的回転速度及び負荷が小さ
い市街地走行域では制御温度目標値ｒ１ｔｏとして予め
設定された高温側目標値’ｌ’Ｈ（例えば、’ｌ’Ｈ＝
　１１０℃相当）を選択し、それ以外の高速または高負
荷域では同じ＜　’ｌ’ｏ　として低温側目標値ＴＬ（
例えば、ＴＬ−９０℃相当）ｖｉｌ−選択する。

次に、上記最終的な目標値１“０と実際のエンジンｍ度
ｒｌｌ　ａとを比較し、Ｉｌｌ　ａ″２Ｔｏのときは電
動ファン２６を駆動してコンデンサ２３に冷却風を供給
し、これを積極的に冷却する。その反対に、Ｔａ　＜　
Ｔ。

のときは電動ファン２６を停止してコンデンサ２３を自
然冷却状態に置く。制御系統はこのような動作を周期的
または継続的に繰り返し爽行してエンジン温度を制御す
るのであり、これに呼応して冷却系統は次のように作用
する。

すなわち、本発明ではコンデンサ２３の内部を気相に保
って放熱効率を高めたことから、電動ファン２６により
強制冷却風が供給されたときにこれに速やかに反に、し
てコンデンサ２３内の冷媒蒸気の液化が促きれ、このた
め系内の圧力が数丁して液相冷媒の節点も下降し、従っ
てエンジン温度も相応に低下していく。その反面、電動
ファン２６が停止すると、ことに市街地走行時のように
車速か低くて走行風が不足する条件下ではコンデンサ２
３での放熱量が減少してその内部での冷媒の液化廊より
もウォータジャケット２２での沸騰気化１の方が上まわ
ることになるため、系内の圧力が上昇してエンジン温度
が高められていく。

このようにして、エンジン２１はその温度を低速・低負
荷域では高く、高速または高負荷域では圓くという具合
に応答よく変化させる。高速、高負荷域でエンジン温度
を抑えることによりノッキングやデトネーションなどの
異常燃焼を回避できることは勿論、常用される市街地走
行域で工ンジンを適邸な高温に保つことによυ冷却損失
を滅らしてヤリ料消砦率を篩められる（第７図参照）等
の効ｒＡ−ｔが得られることはｎうまでもない。なお、
特にディ・−ゼルエンジンでけアイドリング時などの圓
速回転時に燃焼本を高温に保つことにより、噴射燃料の
着火遅れ期間が減少し、ｔｆい換えれば予混合燃焼の１
列合が少なくなるため、第８図に示したようにシリンダ
内田力の立上りが緩やかになって騒音、振動が■少する
とともに、平均有効圧が高められて舶曽のｍ−の改善に
つながる。

第９図は上記導１１４′制御動作を実行する制御系統の
具体的な１ｒｊｌ路例である。

この回路は、電子制御燃料噴射装置を備えたガンリンエ
ンジンに適りするもので、エンジン吸気通路（図示せず
）に面して設けられる電磁燃料噴射弁４０の駆動信号パ
ルスからエンジン運転状態を検出する。

電子制御燃料噴射装置では、燃料噴射弁４０にｒａｔ　
Ｌ、てエンジン吸入負圧との間の相対比が常に一定と斤
Ｚ〕ように燃料全加圧供給し、噴射弁４０の開弁貼間つ
甘す噴射弁駆動信号のパルス中を変化させるととによっ
て燃料唄躬量を制御するようにしている。

そこで、噴射弁４０への駆動信号をトランジスタＴｒの
ベースに印加［７、このベース電圧が印加されて（八る
間（噴射弁４０が開いてｂる間）だけ所定特性のリップ
ルカウンタ４１へとクロックジェネレータ４２の出力を
与えるようにすると、第９図（Ａ）に示［７たように前
記所斌特性で決まるある巾Ｊ：１　ｂのパルスが入力し
たときだけカウンタ４１からキャリが出るようになる。

なおこの場合、噴射弁駆動信号をカウンタ４１のリセン
ト端子に入力して噴射時期が到来する毎にパルス中を検
出するようにし、である。

１だ、噴射弁駆動パルスはエンジン回転ど同期して発せ
られ、従って、エンジン回転速度が」二昇するほど単位
時間あたりの上記キャリの数が増加する。

要するに、カウンタ４１からおる時間内に出力されるキ
ャリの長さまたけ数６、燃料噴射針（つ捷り負荷）また
は回転速度が高まるほど増加するのであり、従ってこれ
を平滑回路４３に入力して平滑化すると第９図υ）に示
したように負荷または回転速度に比例した出力電圧が得
られる。

この平ｄ？回路４３の出力電圧は、第１のコン／くレー
タ４４に入力し、定電圧電源４５の出力を抵抗島と鳥で
分圧し７たＰ点の商、圧と比較する。Ｐ点に現われる電
Ｔｈ′Ｌけエンジン運転域を判別するための基準値に相
当する。

第１のコンパレータ４４は、平滑回路４３の出力電圧が
Ｐ点電位よりも高くなると、つまりエンジンがおる程度
の高速または高負荷域に達すると出力する（第９図σ勺
）。この出力電圧は抵抗ＩもとＲ４で分圧され（Ｑ点）
、第２のコンノくレータ４６に入力されるが、ここで抵
抗−１Ｒ４により設定される電位は低温側温度目標値（
ＴＬ）に相当する。

第２のコンパレータ４６け、定電圧電源からの出力を抵
抗ル、と温度センサ（３２）としてのサーミスタ４７と
で分圧したｉｔ点の電位と上記Ｑ点電位とを比較し、Ｑ
点電位がＲ点よＶも高くなるとリレースイッチ４８を駆
動して継動ンアン２６に通電する。サーミスタ４７は＠
度が上昇するほど抵抗値を減じる特性を持っているので
、エンジン温度が上昇するとＲ点の電位は降下する。こ
のため、高速、高負荷域におけるＱ点の電位で代表され
る温度目標値（ＴＬ）よりもエンジン＠度が上昇すると
電動ファン２６が作動して積極的な冷却を開始する（第
９図（（う参照）。

一力Ｑ点には、エンジンの運転状態に拘わらず、定電圧
電源４５の出力を抵抗Ｈ６とＲ４で分圧した電位が常時
現われているので、第１のコンパレータ４４が出力しな
い低速＠吐負荷域ではこの抵抗Ｒ５と＾　どで決まるＱ
点電位よりもＲ点の電位が下ったときに電動ファン２６
が作動することになる。このときのＱ点電位は高温側温
度目標値（ＴＨ）に対応するように高速、高負荷時より
も吐く設定されているので、電動ファン２６はその作動
開始温度が高速、高負荷時よりも高くなる（嬉９図（Ｃ
１）。

以上のようにして、制御系統はエンジンの温度を高速、
高負荷域では低く、市街地走行域では高〈保つという所
期の制御目的を達成する。

ｆ１発明の開示（１１） 次に第２の発明について説明する。

本発明は、上記第１の発明と同一の目的を達成しつつ、
さらに冷却系統内の冷媒１を増減制御することにより、
多様な運転状態に対応し友高度なエンジン温度制御を行
なうとともに、空気の混入防止及びその排出を効率的に
行い冷却装置としての信頼性、整備性を一層高めるよう
にしたものである。

すなわち本発明では、第１の発明の構成に加えて、少な
くとも気相空間と同程度の容１の液相冷媒を貯留する補
助タンクを冷媒通路に連通可能に配し、冷却系の適冷時
及びエンジン停止後、系内の負圧により補助タンクの液
相冷媒を冷媒通路に供給して、コンデンサの放熱効率を
数丁させて過冷却を防止すると共に負圧による空気の混
入を防止し、エンジン始動直後の冷間時、冷媒通路内の
頂部付近に液相冷媒がないことを検知すると前記補助タ
ンクより液相冷媒を冷媒通路内に供給して混入空気？：
液置換し、冷媒通路内の空気を追い出し、エンジン暖機
中は冷媒通路の冷媒液面レベルが所定値になるまで冷媒
通路内の液相冷媒が補助タンクへ戻るようにした。その
後の通常運転時はタンクと供給ボンダとの連通を保ち、
冷媒通路を閉ループとして温度制御を行うようにした。

従ってこのときの冷却装置の働きは第１発明と同一であ
る。

以下本発明を図示実施例に基づいて説明する。

ｇ、実施例（０） 幅１０図〜第１３図において、５０は補助タンク、５１
は第１補助通路、５２は第２補助通路、５３は第１電磁
弁（三方弁）、５４は第２電磁弁、５５は第３電磁弁で
おる。

補助タンク５０は、通気機能を有するフィラーキャンプ
５０ａを介してその内部が大気と連通しておｐ、かつ高
位置に設けられるため、内部に貯留した液相冷媒は重力
に基づいて冷却系内へと導入されることになる。

第１を磁弁５３は、この場合非通電時にはロワ２３− タンク２４と電動ポンプ２５とを連通しているが、通電
されると第１補助通路５１を介して補助タンク５０と電
動ポンプ２５の吸込側を連通する。また、第２電磁弁５
４は常開で通電時に閉弁、第３電磁弁５５は常閉で通電
時に開弁となる設定でおる。なお、第３電磁弁５５は冷
媒注入口部２２Ｃと補助タンク５０の内部上方空間とを
連通ずる空気通路５６の途中に介装される。

上記各電磁弁５３〜５５の開閉または切換を司る制御系
統としては、既述した液面センサ３１と温度センサ３２
に加え、ロワタンク２４の冷媒液面ｒ５７＃を検出する
第２の液面センサ５７と、気相空間２２Ｈの最頂部にあ
たる注入口部２２Ｃにてエンジン停止後の冷媒ｔを検出
する第３の液面センナ５８、及び前記各センサからの信
号に基づいて所定の制御動作を実行する制御回路３０′
などが設けられる。

その他の点については第４図と同様でおるので、同一の
部分に同一の符号を付してその説明を省略する。

２４− 次に、上記構成に基づく作用について制御・系統の動作
と併せて説明する。

第１０図は通常の運転状態における冷却系統の様子を示
しており、ウォータジャケット２２には液面センサ３１
で決められる所定レベルを保持するように電動ポンプ２
５を介して液相冷媒が供給されるとともに、ロワタンク
２４には適１の液相冷媒が残留してコンデンサ２３内は
気相に保たれ、すなわち系内には標準針の冷媒が保持さ
れている。

このとき、制御回路３０′は第２電磁弁５４に通電する
重力、第１、第３電磁弁５３．５５への通電を断って、
ロワタンク２４と電動ボンダ２５の連通状態を帷持する
とともに第１補助通路５１並ひに第２補助通路５２を共
に閉じており、従ってこの状態での冷却装置としての作
用は第４図と全く同一でおって、エンジンｍ度はそのと
きの運転状態に応じた所定値に制御される。

次に、この状態からエンジン２１を停止すると、制御回
路３０′は温度センサ３２からの信号に基づいてエンジ
ン温度が例えば５０℃以下にまで低下したところで第１
１図に示したように第２［磁弁５４への通電を停止して
これを開き、第２補助通路５２を介して補助タンク５０
と冷却系の冷媒通路２８とを連通ずる。

このとき系内ではエンジン停止後のゐ度吐下に伴って冷
媒蒸気が液化し、内部が負圧化しているため、補助タン
ク５０の貯留冷媒は第２補助通路５２を通って系内へと
導入され、これにより図示したように系内は次第に液相
冷媒で満たされ、空気の侵入が防止される。最終的には
気相空間２２ａの頂部に位置する液面センサ５８のレベ
ルまで液相冷媒で満たされることになる。

これに対して、もし万が一系内に外気が侵入した場合は
、その分だけ系内の負圧化が阻害されるため、補助タン
ク５０からの冷媒の導入はその液面が第３の液面センサ
５８に達する以前に終了することになる。

この場合制御回路３０′は、例えば温度センサ３２から
の信号値が変化しなくなったことからエンジン２１が常
温に落ち着すたことを利足した後、あるいは冷機始動直
後に第３の液面センサ５８を介して系内の液面レベルが
規定値つまり外気が侵入していない場合の液面レベルに
達していないことを検知して、第１２図に示したように
第１電磁弁５３に通電して第１補助通路５１を電動ポン
プ２５の吸込側に接続するとともに電動ボンダ２５を駆
動して補助タンク５０の液相冷媒をウォータジャケット
２２に圧送する。同時に、第３電磁弁５５にも通電して
これを開き、気相空間２２Ｈの最頂部にあたる注入口部
２２Ｃを補助タンク５０の空間部つまり大気側に開放す
る。このため系内の冷媒液面レベルが次第に」：昇する
とともに侵入空気は外部へと排出これる。このエア抜き
動作は系内の液面レベルが規定値に達するまで続けられ
、つまり第３の液面センサ５８で検出される液面レベル
に達したところで第１、第３電磁弁５３．５５及び電動
ポンプ２５への通電を停止して終了する。

このようにして、冷却系内にもし外気が侵入していた場
合にはエンジン停止後おるいは冷機始動直後に自動的に
この侵入空気を排出する動作がなされ、従って冷却装置
の性能が特別な維持管理作業を要することなく長期間に
わたって保鉦される。

またキーオフ時、補助タンク５０は面接ウォータジャケ
ット２２と連通せず、まずコンデンサ２３とつながる為
、エンジンに一瞬熱がこもって故の温度が上昇しウォー
タジャケット２２の冷媒が補助タンク５０へ逆流し、エ
ンジンが高温になるのも防いでいる。

次に、冷機始動時の作用について説明すると、制御回路
３０′は＠度センサ３２からの＠開信号及び点火系統へ
の通電状態などから冷機始動条件にめることを検知して
、第２の電磁弁５４のみを開く。

始動前の冷却系内は既述したようにして液相冷媒で満た
されているが、エンジン２１が始動すると冷媒が加熱ば
れて気化するため系内の圧力が上昇し、これに伴って第
１３図に示したようにコンデンサ２３側の液相冷媒は第
２補助通路５２を通って補助タンク５０へと次第に押し
出これていく。

このためコンデンサ２３側の液面レベルが徐々に低下し
ていくが、この間ウォータジャケット２２では冷媒の沸
騰気任がなされるため、ウォータジャケット２２におけ
る液面レベルも低下していく。

ただし、液面センサ３１の位置よりも低下すると電動ポ
ンプ２５が作！ｋ１１シて液相冷媒を補給するため、そ
れ以上に低下することはない。そして、コンデンサ２３
の液面レベルが低下して、やがて第２の液面センサ５７
が気相空間に露出する程度にまで達すると、これ會検矧
して制御回路３０′は第２就磁弁５４への通電を再開し
てこれを閉じる。

この結縦、冷却系統ｅ、ｒ第１０図の状態となり、以後
通常の冷却機能を発揮する。

なお、始動時におっては上述したようにして系内の冷媒
液面レベルが低下していく過程で、コンデンサ２３の内
部がθ相になっていることからその放熱量は気相時に較
べて著しく減少する。このため、エンジン２１０発生熱
が徒らに外部へと逃げることがなく、従って暖機に要す
る時間を短縮できるという利点が生じる。

ところで、冬期や長い′Ｆり坂を走行するときなどには
、電動ファン２６を停止しておいてもコンデンサ２３で
の放熱量がエンジン２１０発熱１を上まわってエンジン
温が下りすぎることがある。

このような過冷却時には、制御回路３０′は温度センサ
３２の信号に基づいて、予め設定された下限温度よシも
エンジン温度が低下したことから過冷却状態を判定し、
上記始動時と同様に第２電磁弁５４を開き、補助タンク
５０と冷媒通路２８とを連通ずる。過冷却時には、ウォ
ータジャケット２２での冷媒の気化奮よシもコンデンサ
２３での液化量の方が多いのであるから、系内は負圧に
なっており、従って始動時とは逆に補助タンク５０から
コンデンサ２３へと液相冷媒が導入されることになる。

この結果、コンデンサ２３はその内部の冷媒液面レベル
が上昇し、これに伴って放熱量が減少するためエンジン
発熱量が相対的に増加してエンジン温度が次第に上昇し
、過冷却状態から脱する。なお、過冷却状態から脱して
さらにエンジン温度が上昇すると、このときの系内圧に
基づいてコンデンサ２３内の冷媒は再び補助タンク５０
へと戻され、ロワタンク２４の冷媒液面レベルが液面セ
ンサ５７の位置まで低下したところで第２電磁弁５４を
閉じて通常の状態に復帰する。

このように、第２の発明の沸騰冷却装置によれば、冷却
系内の液相冷媒ｔ’ｔ−エンジンの状態に応じて可変制
御することにより系内への空気の侵入防止、暖機の促進
、過冷却の防止を行なうと共に万が一空気が侵入し友と
しても効率よく排出するようにしたので、冷却装置とし
ての信頼性、安定性、及びメンテナンス性がさらに向上
する。

ｈ０発明の効果 以上を要するに、本発明によればエンジンウォータジャ
ケットの大部分を液相冷媒で充たし、冷媒蒸気を液化す
るコンデンサの内部を基本的には気相状態に維持して放
熱効率を高めるとともに、この高効率のコンデンサへの
冷却風量を電動ファンを介して変化させることにエフ液
相冷媒の沸点を制御するようにしたので、エンジンシス
テムとしての大幅な小型軽量化を達成できるとともに、
運転状態に応じた適正エンジン温度に速やかに制御する
ことができ、従って燃費効率を有効に高めることができ
る。

また本発明では、冷却系を暖機後の通常運転時にはエン
ジンウォータジャケット及びコンデンサ内に冷却媒体を
封入し、外部との圧力のやりと９をすることなく（閉ル
ープとし）、系内の圧力を加減して温度制御するように
したので、冷却媒体が大気中に逸散し一７’（り外部か
ら系内へと空気を吸入したりする惧れが少なく、従って
メンテナンスが容易になり、長期間にわたって安定した
冷却性能を保てるという効果を生じる。

さらに本発明では、系内に負圧が生じると外部タンクよ
り液相冷媒を供給して空気の侵入を防止し、万が一空気
が侵入した場合にも効率工く空気を排出できるようにし
たので、常に良好なる冷却効率を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はそれぞれ異なる従来例の概略構成図で
ある。第４図〜第９図は第１の発明に関し、第４図はそ
の一実施例の概略構成図であり、第５図はエンジン回転
とコンデンサまたはラジェータへの要求風速との関係を
従来との比較において示した特性線図、第６図はエンジ
ン回転と要求放熱量との関係を示した特性線図、第７図
は冷媒温度（エンジン温度）と燃料消費率との関係を示
した特性線図、第８図はディーゼルエンジンのシリンダ
内圧力の変化を従来との比較において示した圧力線図で
ある。また％第９図は制御系統の一例の回路構成図、同
図（４）はその噴射／−ｅルスとリップルカウンタの出
力との関係を示した説明図、同図（ロ）はリップルカウ
ンタの出力と平滑回路の出力特性との関係を示した説明
図、同図０は冷媒温度の制御特性を示した説明図である
。第１Ｏ図〜第１３図は第２の発明に関し、そ抑れその
一実施例の異なる作用状態についての概略構成図である
。 ２１・・・エンジン（本体）、２２・・・ウォータジャ
ケット、２２ａ・・・気相空間、２２ｂ・・・冷媒注入
管。 ２３・・・コンデンサ、２４・・・タンク（ロワタンク
）。 ２５・・・電動（供給）ポンプ、２６・・・電動（冷却
）ファン、２８・・・冷媒通路、３０・・・制御回路、
３１゜５７．５８・・・液面センサ、３２・・・温度セ
ンサ、４０・・・電磁燃料噴射弁、４１・・・リップル
カウンタ、４３・・・平？ｉｉ路、４４　、４６・・・
コンノ七レータ。 ５０・・・補助タンク、５１・・・第１補助通路、５２
・・・第２補助通路、５３・・・第１電磁弁、５４・・
・第２電磁弁％　５５・・・第３電磁弁。 ｌ特許出願人　日産自動車株式会社 ３５− 第１図 ア 第３図 第４図 （Ｓ／困）＊”Ｗ４よ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、大部分が液相冷媒で充たされたエンジンウォータジ
   ャケットと、このエンジンウォータジャケットからの冷
   媒蒸気全冷却液化するコンデンサと、このコンデンサか
   らの液化冷媒を一時貯留するタンクと、このタンクの液
   化冷媒をウォータジャケットに戻す供給ポンプと、コン
   デンサに強制冷却風全供給する冷却ファンと、エンジン
   温度を検出し、この検出信号に、Ｃジ、エンジン内の冷
   媒温度を所定値にすべく電動ファンを駆動する回路並び
   にウォータジャケットの冷媒液面レベルを検出して液面
   レベル低下時に所定レベルに達するまで供給ポンプを駆
   動する回路を有する制御系統とから冷却系を構成し、エ
   ンジン暖機後の冷却系通常作動時、ウォータジャケット
   からコンデンサを経てウォータジャケットに至る冷媒通
   路を閉ループとすると共に液相冷媒は所定液面レベルを
   満たした条件下でこの冷媒通路内でウォータジャケット
   の内部上刃及びコンデンサの内部略全域が気相空間とな
   る程度の駿を封入したことを特徴とするエンジンの沸騰
   冷却装置。 ２　前記エンジン内の冷媒温度の所定値をエンジン運転
   状態により変えたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のエンジンの沸騰冷却装置。 ３、　大部分が液相冷媒で充たされたエンジンウォータ
   ジャケットと、このエンジンウォータジャケットからの
   冷媒蒸気を冷却液化するコンデンサと、このコンデンサ
   からの液化冷媒を一時貯留するタンクと、このタンクの
   液化冷媒をウォータジャケットに戻す供給ポンプと、コ
   ンデンサに強制冷却風を供給する看却ファンと、エンジ
   ン温度を検出し、この検出信号によりエンジン内の冷媒
   温度を所定値にすべく冷却ファンを駆動する回路並びに
   ウォータジャケットの冷媒ｇ面しベルを検出して液面レ
   ベル低下時に所定レベルに達するまで供給ポンプ會駆動
   する［す」路全イｆする制御系統とから冷却系全構成し
   、エンジン暖機後の冷却系通常作動時、ウォータジャケ
   ットからコンデンサを経てウォータジャケットに至る冷
   媒通路を閉ループとすると共に液相冷媒は所定液面レベ
   ル金満たした条件下でこの冷媒通路内でウォータジャケ
   ットの内部上方及びコンデンサの内部略全域が気相空間
   となる程度の量全封入したエンジンの沸騰冷却装置Ｖこ
   おいて、少なくとも気相空間と同程度の容置の液相冷媒
   全貯留する補助タンクを冷媒通路に連通可能に配し、暖
   機後の冷却系の過冷時及びエンジン停止後、系内の負圧
   にエフ補助タンクの液相冷媒を冷媒通路に供給し、エン
   ジン始動直後の冷間時、冷媒通路内の頂部付近に液相冷
   媒がないこと全検知すると、前記補助タンクＬジ液相冷
   媒を冷媒通路内に供給して混入空気全液置換し、エンジ
   ン暖機中は、冷媒通路の冷媒液面レベルが所定値になる
   まで冷媒通路内の液相冷媒が補助タンクへ戻る工うにし
   、暖機後の冷却系通常運転時はタンクと供給ポンプ間の
   連通を保つようにしたことを特徴とするエンジンの沸騰
   冷却装置。 ４　前記補助タンクは供給ポンプとタンク間でポンプの
   吸込側冷奴通路と連通可能な第１補助通路とタンク側部
   ａ１１１通路と連通可能な第２袖助通路とを廟し２供給
   ボングの吸込側の冷媒通路は、第１電磁弁を介してタン
   ク側の冷媒通路才たは第１補助通路の何れかと選択的に
   連通ｉ〜、第２補助通路は第２電磁弁により開閉され、
   冷媒通路の頂部付近は亀３市、磁弁によυ大気に開放ま
   たは閉止され、暖機後の冷却系の過冷時及びエンジン停
   ＋Ｉ−ｆｋは第２’ｌｔ、磁弁を開き、エンジン始動直
   後の冷間時、冷媒）Ｊｌ路内の頂部付近に液相冷媒がな
   いことを検知すると第１電磁弁苓・切り換えて第１補助
   通路と供給ポンプ吸込側冷媒通路と’ｆｆ：’ｉ！を通
   し、かつ第３電磁弁を開き、エンジン暖機中は、冷媒通
   路の冷Ｉ２１．ＩＫＩｉ、面レベルが所定値になるまで
   第２昂′磁弁を開き、暖機後の冷却系通常運転時、第１
   電磁弁を介してタンクと供給ポンプとの連通状？に保ち
   、第２電磁弁と第３電磁弁とを閉弁したことを特徴とす
   る特許請求のい曲筆３項記載、のエンジンの沸騰冷却装
   置。