JPS6181219A

JPS6181219A - 沸騰冷却式内燃機関の車室暖房装置

Info

Publication number: JPS6181219A
Application number: JP59204584A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Hayashi; 義正林; Naoki Ogawa; 直樹小川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-09-29
Filing date: 1984-09-29
Publication date: 1986-04-24
Also published as: US4605164A; DE3571785D1; EP0176985A3; JPH0545446B2; EP0176985B1; EP0176985A2

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】産業上の利用分野この発明は、自動車の車室暖房装置に関し、詳しくは沸
騰気化潜熱を利用して冷却を行う沸騰冷却式内燃機関に
おける単室暖房装置に関する。

従来の技術従前の水冷式内燃機関においては、機関のウォータジャ
ケットとラジェータとの間でウオータボンプによシ冷却
水を循環させて冷却を行う一方、上記ウォータジャケッ
トからヒータコアに高温冷却水を導き、ヒータコア通過
後、上記ウォータポンプ上流側に戻すようにして車室暖
房装置を構成している。

しかし、この水冷式冷却装置の温水を利用した車室暖房
装置にあっては、冷間始動時に、冷却水全体が暖まるま
で長時間を要することから、暖房効果の立ち上が９が悪
い。

一方、本出願人は内燃機関の冷却装置として、冷媒の沸
騰・凝縮のサイクルを利用した沸騰冷却装置を種々提案
している（例えば特願昭５８−１４５４７０号、特願昭
５８−２２８１４８号等）。

これはウォータジャケットとコンデンサと冷媒供給ポン
プとを主体として密閉した冷媒循環系を構成し、上記ウ
ォータジャケット内に液面センサによって規定された設
定レベルまで液相冷媒を貯留して、その沸騰気化により
各部を冷却するとともに、発生蒸気をコンデンサで凝縮
した後、上記液面センサの検出信号に連動した冷媒供給
ポンプによってウォータジャケットに再度循環供給し、
冷媒液面を上記設定レベルに常時維持するようにしたも
のである。この沸騰冷却装置においては、冷媒（例えば
水と不凍液の混合液）の気化潜熱を利用するため、ウォ
ータジャケット内に保有される冷媒１が少なくなるとと
もに、沸騰開始までウォータジャケット内に液相冷媒が
滞留状態にあるので、始動後の暖機時間が大幅に短縮化
される。従って、ウォータジャケット内から冷媒を導い
て車室暖房装置の熱源として用いる場合には、比較的早
期に暖房効果を得ることができる。

発明が解決しようとする問題点この発明は、上記の沸騰冷却装置と組み合せた単室暖房
装置を更に発展させ、機開始動後速やかに一層急速かつ
強力な暖房を行い得るようにすることを目的とする。

問題点を解決するだめの手段上記の目的のために、この発明に係る沸騰冷却式内燃機
関の車室暖房装置は、設定レベルの下方でかつ燃焼室近
傍に位置する第１ヒータ用冷媒ポートと設定レベルの上
方に位置する第２ヒータ用冷媒ポートとをウォータジャ
ケットに設けるとともに、両ポートの間に冷媒通路を介
してヒータコアを接続し、かつ上記冷媒通路に正逆両方
向に駆動可能なヒータ用ポンプを介装し、冷媒低温時に
は第１ヒータ用冷媒ポートから第２ヒータ用冷媒ポート
へ向けて、また冷媒高温時には逆方向に、上記ヒータ用
ポンプにより冷媒を送給する構成とじた。

作用沸騰冷却装置においては、沸騰開始後は各部の温度が沸
点に略均−に保たれるのであるが、冷間始動後、沸騰が
開始するまでは各部で温度差が生じる。そして冷媒は基
本的に滞留状態にあるから、とりわけ燃焼室近傍の液相
冷媒が急激に温度上昇する。第１ヒータ用冷媒ポートか
ら第２ヒータ用冷媒ポートへ向けてヒータ用ポンプを駆
動すれば、この高温液相冷媒がヒータコアに供給される
。ヒータコア通過後の液相冷媒は第２ヒータ用冷媒ポー
トからウォータジャケット内に戻るが、これは第１ヒー
タ用冷媒ポートから離れているので、燃焼室近傍での集
中的な温度上昇を阻害しない。

一方、暖機終了後は第２ヒータ用冷媒ポートから第１ヒ
ータ用冷媒ポートへ向けてヒータ用ポンプが駆動される
結果、冷媒蒸気がヒータコアに導かれ、これを熱源とし
た強力な暖房が行われる。

実施例第１図はこの発明の一実施例を示す構成説明図であって
、１はウォータジャケット２を備えた内燃機関、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、５は車室６内に設けられたヒータコアを夫
々示している。

上記ウォータジャケット２は、シリンダブロック７およ
びシリンダヘッド８０両者に−亘って形成され、その上
部の適宜な位置に蒸気出口９が設けられている。このウ
ォータジャケット２内には、通常第１液面七ンサｌＯに
より規定される設定レベルまで液相冷媒が貯留されるよ
うになっており、かつ上記設定レベルより下方位置に温
度センサ１１が装着されている。また上記ウォータジャ
ケット２には、上記設定レベルの下方でかつ燃焼室１２
近傍の位置に第１ヒータ用冷媒ポート１３が、設定レベ
ルの上方の位置に第２ヒータ用冷媒ボー）　１４が夫々
開口形成されており、両者間にヒータ用冷媒通路１５を
介してヒータコア５が接続されている。

そして、上記ヒータ用冷媒通路１５に、正方向（第１ヒ
ータ用冷媒ポート１３から第２ヒータ用冷媒ポート１４
へ向かう方向）および逆方向（第２ヒータ用冷媒ボー）
　１４から第１ヒータ用冷媒ボー）　１３へ向かう方向
）の双方に駆動可能なヒータ用ポンプ１６が介装されて
いる。尚、上記第１、第２ヒータ用冷媒ポート１３　、
１４は、ウォータジャケット２の異なる側面に夫々形成
され、各ポート１３　、１４を出入りする冷媒の干渉を
回避している。また１７は単室内への送風用ブロワを示
し、ヒータスイッチ１８に連動して作動するように構成
されている。

コンデンサ３は、上記蒸気出口９に接続管２１および蒸
気通路２２を介して連通し九アッパタンク２３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２４と
、このコア部２４で凝縮され友液化冷媒を一時貯留する
ロアタンク２５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は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２
６を備えている。

まえ、上記ロアタンク２５は、所定レベルに第２液面セ
ンサｎを有し、かつ底部に冷媒循環通路部の一端が接続
されているとともに、上記所定レベルより若干下方に第
１補助冷媒通路２９の一端が接続されている。上記冷媒
循環通路２８は、その他端が上記ウォータジャケット２
の下部の冷媒人口２ａに接続されており、かつ中間部に
上記冷媒供給ポンプ４が介装されている。

また上記接続管２１には、系内が負圧であるか否かを検
出するダイヤフラム式負圧スイッチ加が装着されている
。

次に、３１は冷媒循環系の系外に設けられたリザーバタ
ンクを示している。これは、通気機能を有するキャップ
３２を介して大気に開放されているとともに、車両の比
較的高所に設置され、かつその底部に、上述した第１補
助冷媒通路四と第２補助冷媒通路３３とが接続されてい
る。そして、上記第１補助冷媒通路２９の通路中には常
開型の第３［磁弁あが介装されている。また、上記第２
補助冷媒通路羽は三方弁である第２電磁弁羽を介して上
述した冷媒循環通路四の冷媒供給ポンプ４上流側（吸入
側）に接続されている。上記第２電磁弁３５は、非通電
時には冷媒循環通路四を遮断して上記第２補助冷媒通路
３３と冷媒供給ポンプ４とを連通しく流路Ａ）％通電時
には上記第２補助冷媒通路３３を遮断して冷媒循環通路
鵠を連通状態（流路Ｂ）に維持するものである。

一方、冷媒循環系の最上部である接続管２１には、系内
の空気を排出するための空気排出通路３６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３６の先端部がリザーバ
タンク３１内に挿入され、その比較的上部に開口してい
る。そして、上記空気排出通路３６に、常閉型の第１電
磁弁３７が介装されている。

上記の各電磁弁３７　、３５　、３４や冷媒供給デフ１
４等ハ、所謂マイクロコンピュータシステムを用いた制
御装置あによって所定のプログラムに従って制御される
ものであり、またヒータスイッチ１８に基づきヒータ使
用時に駆動されるヒータ用ポンプ１６の駆動方向も、上
記制御装置間によって選択される。

第２図〜第１３図は、上記制御装置間において実行され
る制御の内容を示すフローチャートであって、以下、機
関の始動から停止までの流れに沿って概略を説明する。

尚、図中第１．第２．第３電磁弁３７，３５．３４を夫
々「電解弁■」・・・のように略記し、ウォータジャケ
ット２内の冷媒液面を「ｃＪ／Ｈ液面」と略記する。ｔ
７ｔ「ｘｐ　Ｊは冷媒供給ポンプ４を、「ＨＰ」はヒー
タ用ポンプ１６を夫々示している。

Ａ１第２１図は制御の概要を示すフローチャートであっ
て、機関の始動（イグニッションキーＯＮ）によシ制御
が開始すると、空気排出制御（ステップ３）、液相冷媒
排出制御（ステップ４）により系内に所定量の冷媒を封
入した状態とし九０、ステップ５〜ステツプ７０制御ル
ープに移行する。ま九キー０１ＰＩｒ信号が入力される
と、第３図に示す割込み制御ルーチンが実行され、一定
の処理を経た後に電源がＯ’ＦＦとなる。尚、始動が再
始動である場合（ステップ２）には、空気排出制御は省
略する。

空気排出制御は第４図に示すように、系外のりザーバタ
ンク３１から冷媒供給ポンプ４によって系内に強制的に
液相冷媒を導入し、系最上部の空気排出通路３６を通し
て空気を排出するものである。

このとき同時にヒータ用ポンプ１６も駆動され、ヒータ
コア５内の空気の確実な排出を図っている。

空気排出後、第５図、第６図に示す液相冷媒排出制御が
行われ、系内の発生蒸気圧を利用して余剰の冷媒がリザ
ーバタンク３１へ戻される。このとき、種々の条件によ
りロアタンク２５内の冷媒液面が先に設定レベルにまで
低下する場合（冷間始動時には通常この状態になる）と
、ウォータジャケット２内の冷媒液面が先に設定レベル
にまで低下する場合（再始動時に起り易い状態である）
とがある。前者の場合には、主にステップ２１〜ステッ
プ部に示すように、ウォータジャケット２内の液相冷媒
を沸騰→凝縮の形でコンデンサ３側へ徐々に移動させ、
第３電磁弁３４の開閉の繰り返しにより余剰冷媒を排出
し、同時に冷却ファン２６のＯＮ・ＯＦＦ　による温度
側＃（ステップ２７〜２９）を開始する。また後者の場
合には、主に第６図に示すように１冷媒供給ポンプ４の
ＣＩＮ　−ＯＦＦ制御（ステップ４８〜５０）Ｋよりウ
ォータジャケット２内の冷媒液面を設定レベルに維持し
つつロアタンク２５円から余剰の液相冷媒を系外に排出
する。

一方、ヒータスイッチ１８がＯＮ操作されている場合（
ステップ２２）には、ヒータ用ポンプ１６が作動し、ヒ
ータコア５に熱源−となる冷媒プエ送られる（ステップ
３６〜４６）。このとき、冷媒温度の　高（９５℃以上
）、低（９５℃以下）に応じて、ヒータ用ポンプ１６の
駆動方向が切換えられる。すなわち始動直後の低温時に
は、ヒータ用ポンプ１６の正転によシ第１ヒータ用冷媒
ポート１３から燃焼室１２近傍の局部的に高温となった
液相冷媒がヒータコア５に送り込まれる。従って、立ち
上がりの早い暖房効果が得られる。尚、冷媒出口となる
第２ヒータ用冷媒ポート１４は第１ヒータ用冷媒ポート
１３から離間した位置にあるので、第１ヒータ用冷媒ボ
ー　）　１３近傍で局部的に生じる高温冷媒を拡散させ
ることがない。また、暖機が進行してウォータジャケッ
ト２内の液相冷媒が高温となると、ヒータ用ポンプ１６
の逆転により第２ヒータ用冷媒ポート１４からヒータコ
ア５に冷媒が送り込まれる。この場合に、ウォータジャ
ケット２内の冷媒液面が未だ設定レベル以上にあれば高
温液相冷媒が送られるが設定レベルに維持された状態で
は、気相冷媒が導入されることになり、気化潜熱による
強力な暖房が開始される。

以上の液相冷媒排出制御により、ウォータジャケット２
内およびロアタンク２５内の夫々で冷媒液面が設定レベ
ルに調節され、この結果系内に所定量の冷媒が封入され
たことになる。以後は前述のように通常運転制御等の制
御ループへ進む。

この制御ループにおいては、先ず冷却ファン２６のＯＮ
・０ＦＦ（ステップ６３　、６４　）による温度制御が
行われる。尚、目標温度は機関運転条件に応じて設定さ
れる。

またウォータジャケット２内の冷媒液面は、冷媒供給ポ
ンプ４による液相冷媒の循環供給によって設定レベルに
常に維持される（ステップ６６〜６９）。

このとき、冷媒供給ポンプ４のＯＮ継続時間が過か度に長い場合（ステップ６７）には、何らの原因でロア
タンク２５内の液相冷媒が不足している虞れがおるので
、第９図の液相冷媒量過少回避制御により、系外のりザ
ーバタンク３１から液相冷媒を補結する。一方、液相冷
媒中の蒸気泡の割合が沸騰によシ増大してコンデンサ３
側の冷媒液面が高くなり、放熱能力不足を来し九ときに
は、コンデンサ３側からウォータジャケット２側に更に
液相冷媒を送って放熱面積の拡張を行う（ステップ７４
　、７５　）このとき、移動させる冷媒量が過度に多い
とき（ステップ７８）には、やはり何らかの原因で系内
に異常に多量の液相冷媒が封入されている虞れがあるの
で、第８図の液相冷媒量過多回避制御により、再度液相
冷媒排出制御（第５，６図）へ進み、封入冷媒量の調整
を行う。

またヒータ用ポンプ１６の正逆制御は、ステップ７９〜
８９において行われ、前述した液相冷媒排出制御の場合
と同様に、冷媒低温時には第１ヒータ用冷媒ポート１３
を入口として、冷媒高温時には第２ヒータ用冷媒ポート
１４を入口として、夫々熱源となる液相もしくは気相の
冷媒がヒータコア５に導入される。

一方、低負荷時や車両走行風が強過ぎるような場合に系
内温度が異常低下すると、第１Ｏ図に示す負圧防止制御
が行われ、過冷却が防止される。これは、系内をリザー
バタンク３１と連通状態に保ってコンデンサ３内に液相
冷媒を導入し、コンデンサ３の放熱能力を抑制するもの
であり、系内が略大気圧下での沸点に維持される。従っ
て、ヒータコア５に導入される冷媒温度が過度に低下す
ることはなく、安定した暖房性能が確保される。

また、コンデンサ３内に空気が残存していたなどの原因
で高負荷時に系内が異常に高温高圧化したとすると第１
１図、第１２図に示す異常高圧回避制御が行われる。こ
れは異常高圧下にある／冷媒循環系を第３電磁弁３４に
より開放しくステップ１１３）、高圧蒸気を排出して温
度・圧力の低下を促すもので、更に必要な場合には第１
電磁弁３７を通して蒸気排出が行われる（ステップ１２
１）。また、この間もウォータジャケット２内の冷媒液
面は設定レベルに維持される（ステップ１１５，１１９
）。そして、温度低下後は再び冷媒封入量の調整を行っ
て系を密閉する（ステップ１２６〜１３０）。

機関運転中は以上のような制御が繰ジ返されるが、キー
ＯＦ’？信号が入力されると、第１３図に示すキーＯＩ
＋’？制御が割込処理される。これにより冷却ファン２
６が一定時間駆動され（ステップ１３６〜１３８）、系
内が低温、負圧状態になった時点で電源がＯＦＦとなる
。尚、電源０ＦＩＪ’によって、常閉型電磁弁である第
１電磁弁３７は「閉」に、常開型電磁弁である第３電磁
弁あは「開」になるため、温度低下に伴って系内にリザ
ーバタンク３１から液相冷媒が導入され、最終的には系
全体が液相冷媒で満たされ良状態となる。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、沸騰冷
却式内燃機関としては必ずしも上記の制御方式のものに
限定されることはなく、種々のものに適用することがで
きる。

発明の効果以上の説明で明らかなように、この発明に係る沸騰冷却
式内燃機関の車室暖房装置においては、冷間始動後、早
期に暖房効果が得られるとともに、暖機後は気化潜熱を
利用し九強力な暖房が可能となる７しかも、下り坂走行
時など機関発熱量が低下し九場合でも、十分な暖房効果
を維持することができる。

【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
、第３図、第４図、第５図、第６図、第７図、第８図、
第９図、第１０図、第１１図、第１２図および第１３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、３・
・・コンデンサ、４・・・冷媒供給ポンプ、５・・・ヒ
ータコア、１０・・・第１液面センサ、１１・・・温度
センサ、１３・・・第１ヒータ用冷媒ポート、１４・・
・第２ヒータ用冷媒ホード、１５・・・ヒータ用冷媒通
路、１６・・・ヒータ用ポンプ、２５・・・ロアタンク
、２６・・・冷却ファン、２７・・・第２液面センサ、
３１・・・リザーバタンク、３４・・・第３電磁弁、３
５・・・第２Ｎ磁弁、３７・・・第１電磁弁、３８・・
・制御回路。外　　２　　名笥２図 □　　　　第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）液面センサにより規定される設定レベルまで液相
冷媒が貯留されるウォータジャケットと、ここで発生し
た冷媒蒸気を外気により凝縮するコンデンサと、冷媒液
面を上記設定レベルに維持するように、上記コンデンサ
で凝縮された液相冷媒をウォータジャケットに循環供給
する冷媒供給ポンプとを備えてなる沸騰冷却式内燃機関
において、上記設定レベルの下方でかつ燃焼室近傍に位
置する第１ヒータ用冷媒ポートと上記設定レベルの上方
に位置する第２ヒータ用冷媒ポートとをウォータジャケ
ットに設けるとともに、両ポートの間に冷媒通路を介し
てヒータコアを接続し、かつ上記冷媒通路に正逆両方向
に駆動可能なヒータ用ポンプを介装し、冷媒低温時には
第１ヒータ用冷媒ポートから第２ヒータ用冷媒ポートへ
向けて、また冷媒高温時には逆方向に、上記ヒータ用ポ
ンプにより冷媒を送給することを特徴とする沸騰冷却式
内燃機関の車室暖房装置。