JPS6183410A - 内燃機関の沸騰冷却装置における冷媒温度制御装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は冷却ジャケット内に液相冷媒を貯゛留しておき
、その沸騰気化により内＠機関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の冷媒温度制御装
置に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関の温、度は周知のように機関の熱効率や充填効
率或いは耐ノツク性能等に直接に影響する他、油粘性に
よる摩擦損失等に影響し、機関の燃料消費率や最大出力
、或いは騒音の大小等を左右する要因となる。しかし従
来の一般的な水冷式冷却装置にあっては、サーモスタッ
トにて流路を切り換えることにより暖機時の過度の冷却
を防止している程度に過ぎず、温度制御はなされていな
いに等しい。

また、電動ファンのオンオフにより温度制御を行おうと
しても冷却系内に多量の冷却水が循環しており、その全
体の温度変化を待たなければならないので、負荷や回転
速度等、運転条件に応じて可変的に設定した目標温度に
応答性良く追従させることは全く不可能であり、上述し
た熱効率等を考慮した高精度な温度制御は到底実現でき
ないものである。

一方、上記のような冷却水の単純な温度変化を利用した
冷却装置に対し、冷媒（冷却水）の液相−気相の相変化
を利用した冷却装置も種々提案されている（例えば特公
昭５７−５７６０８号公報、特開昭５’ｌ−６２９１２
号公報等）。

これは基本的には冷却ジャケット内で貯留状態にある液
相冷媒を沸騰させ、その発止蒸気を外部のコンデンサ（
ラジェータ）に導いて、放熱液化させた後に再度冷却ジ
ャケット内に循環供給する構成であって、冷却ジャケッ
ト内の各部の温度を冷媒沸点に均一に維持できると共に
、コンデンサにおける熱交換効率を凝縮潜熱を利用して
飛躍的に向上させ得る利点が指摘されている。

そしてこのように相変化を利用する場合には、冷却ジャ
ケット内の圧力を可変制御することにより、液相冷媒の
沸点を任意にかつ速やかに変化させるので、運転条件に
応じた応答性の良い温度制御を実現し得る可能性がある
。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし従来この種の冷却装置においては、上記のように
系内圧力に応じて温度が直ちに変動するということは、
むしろこの種冷却装置の実用化を困難にする大きな欠点
であると考えられていた。

即ち冷却ジャケットやコンデンサ等からなる冷却系内を
密閉した構成では、例えば自動車用機関に適用した場合
に機関発熱量が広範に変化し、しかも効率の良いコンデ
ンサの放熱能力が車両走行風の大小に殆ど支配されてし
まうことから、両者の平衡がくずれ易くなり、これが直
ちに温度変化として現れてしまうので、コンデンサに対
する冷却ファンの送風量を多少変化させた程度では到底
制御することができないのである。

それ故、上記の先行文献にみられるように従来装置では
冷却系内を大気に一部で連通させて実質的に非密閉構造
とし、大気圧下での冷媒沸点に固定的に維持するように
構成しており、結局上述したような運転条件に応じた温
度制御は実現されていない。　′ しかしながら、やはり沸騰冷却装置を密閉構造部゛ち閉
回路で構成し、上記の如（系内圧力を変化させて冷媒沸
点を上下させ、機関運転状態に応じて機関温度を自由に
制御したいものであることはいうまでもない。

そこで本発明者らは通常運転領域で冷媒循環閉回路を構
成することが可能な沸騰冷却装置を提供し、もって冷媒
温度を自由に制御可能にすると共に、種々の実験を重ね
て、制御する冷媒温度範囲を、機関及び沸騰冷却装置の
性能、耐久性上等から最適な値に特定することを目的と
する。

〈問題点を解決するための手段〉 そのために本発明では第１図に示すように、液相冷媒が
貯留される内燃機関の冷却ジャケラＩ−’Ａと、冷却フ
ァンＢを有しかつ気相冷媒が凝縮され該凝縮された液相
冷媒が下部に貯留されるコンデンサＣと、液相冷媒循環
手段りと、を介装し、冷却ジャケットＡで吸熱し蒸発し
た気相冷媒の潜熱をコンデンサＣにおいて放熱する冷媒
循環閉回路を備えると共に、前記コンデンサＣの下部に
連通して前記冷媒循環閉回路外に設けたリザーバタンク
Ｅ左、該リザーバタンクＥに貯留した液相冷媒とコンデ
ンサＣ下部の液相冷媒との授受量を制御してコンデンサ
Ｃ内の冷媒液位を制御する手段Ｆと、機関運転状態検出
手段Ｇと、機関低速低負荷領域で第１の設定温度、低速
高負荷領域で第１の設定温度より低い第２の設定温度及
び高速領域で第１と第２の設定温度間にある第３の設定
温度に予め冷媒設定温度を定める冷媒温度設定手段Ｈと
、前記冷却ファンＢ、液相冷媒循環手段り及びコンデン
サ内冷媒液位制御手段Ｆを作動せしめて前記冷媒設定温
度に近づけるべく冷媒温度を制御する冷媒温度制御手段
Ｉと、を備えて沸騰冷却装置の冷媒温度制御装置を提供
する。

く作用〉 従ってかかる構成によると、冷媒温度制御は、コンデン
サに対する冷却ファンの風量調節に基づく他に、コンデ
ンサのチューブ内に貯留される液相冷媒の液面制御によ
っても行うことができるようになり、走行風量変化によ
る悪影響を該コンデンサ内冷媒液面制御で充分に補償で
きるようになる。これらの相乗効果を利用して冷媒循環
回路を閉回路に構成し、機関発熱量が広範に変化する自
動車用内燃機関の冷媒温度を所望の値に制御する。

即ち例えばコンデンサ内における液相冷媒の液面レベル
が上下動するとコンデンサの放熱面積が変化して放熱効
率を増減し、もって閉回路の系内圧力を変化させて冷媒
沸点を変え所望の冷媒温度を得るのである。

ここで冷媒設定温度を上記のように（第２図参照）設定
をしたのは、以下の理由による。

Ａ、低速低負荷領域（例えば約２４００〜３６００ｒｐ
ｍ以下で軸トルク７〜１０ｋｇｍ以下）を第１設定温度
（約１００〜１１０”ｃ）に定める。冷媒温度を高く設
定することで機外への放熱量を小さくし熱効率を改善し
て燃費を向上させる。

第３図に示す実験結果をみるとわかるように、低速領域
では燃費改善効果が冷媒温度約１００℃以上で最良とな
りほぼ平衡する。しかし冷媒温度が約１１０℃を超えて
しまうと機関及びその周辺機器の耐久性が一段と劣化す
ることから上限値を約１１０℃に抑える。例えば冷媒温
度が約１１０℃以上になるとエンジンルーム内の雰囲気
温度が上昇して特にコグベルト雰囲気温度において１０
０℃を超えてしまい、ベルト耐久性が急激に低下してし
まう。

また軸トルクが約７〜１０ｋｇｍ特に８ｋｇｍ以上にな
ると、機関連動各部の１２擦損失が低減し、冷媒温度高
温設定による充填効率低下がこれにより相殺されて燃費
に対する影響が小さくなるから、低負荷領域は軸トルク
が例えば約７〜１０ｋｇｍ以下にその境界を設定するの
が好ましい。

Ｂ、低速高負荷領域（例えば約２４００〜３６００ｒｐ
ｍ以上で軸トルクが７〜１０ｋｇｎ＋以上）を第２設定
温度（約８０〜９０℃）に定める。

これは当該領域の出力向上及び対ノッキング対策により
上限値に設定される。燃焼室壁吸気ボート壁、シリンダ
ボア壁の温度を吸入行程時低く・保つことは吸気密度を
増大し充填効率を増大するから出力向上につながり、ま
た燃焼室壁温度が低下し筒内ガスが冷却されるとノッキ
ングの発生が抑制されることとなる。

第４図は低速トルク及び燃費特性を示し破線で表した曲
線は低速低負荷時と同様に冷媒温度１００℃で制御した
場合、実線で表した曲線は低速領域で８０’Ｃ，高速領
域で１００″Ｃの冷媒温度で制御した場合であり、低温
１１ｊｌＪ御の方の出力特性が向上することが明らかに
されている。

第５図における低速トルク特性図をみても明らかに低温
の方が軸トルクが向上して（る。

しかし冷媒にエチレングリコールの水溶液を用いると第
６図に示すように飽和温度と圧力の関係が純水とは異な
り系内がかなりの負圧になる。約８０℃以下に沸点を下
げると−６３０ｍｍＨｇ以下に減圧することになり、電
磁弁等の開閉手段の耐負圧性をかなり向上しなければな
らず大型になったり、高コストになり自動車用としては
不適である。またガスケントによるシールも困難になり
、系内に空気を吸引し、放熱効率を悪化させる。また外
気温とコンデンサ入口蒸気温との差を小さくしなければ
ならないことから、コンデンサが大型化する。

これらの観点から冷媒温度を低める程出力が上がるとは
いっても約８０℃程度以上に留めておく。

Ｃ１高速回転領域（例えば約２４００〜３６００ｒｐｍ
以上）を第３設定温度（約９０〜１００℃）に定める。

これはコンデンサの放熱量機関及びその周辺機器の耐熱
性を確保するためである。

高速領域は冷却水放熱量が大きいから低速高負荷領域と
同様に低温制御し出力増大を図ることも考えられるが、
そのためには冷媒沸点を減圧して低下させなければなら
ない。このようにすると蒸気の比容積が大きくなること
から、沸騰蒸気が機関からコンデンサに導かれる過程で
蒸気流速が増大し、蒸気と共に機関から持ち出される液
相冷媒量が増加する。実験によると、第７図に示すよう
に機関使用により多少異なるが、高速領域を冷媒温度９
０℃以下にすると蒸気への混入水量が３．０２／ｍｉｎ
以上となりコンデンサの放熱効率を低下させる。

尚低速領域では減圧沸騰により多少３．ＯＡ　／ｍｉｎ
以上の混入水量となり放熱効率が低下しても、放熱量そ
のものが小さいため余裕がある。

また冷媒温度を１００℃以上に設定すると高速走行時の
機関潤滑油温が１３０℃以上（耐熱条件下で外気温度３
５℃以上）になりオイル劣化或いはエンジンの焼付等の
危険が増大する。

従って冷媒温度を上記のように制限するのである。

く実方缶秒１＞ 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第８図は本発明の１実施例の構成を示し、内燃機関ｌは
運転中所定量の液相冷媒で満たされる冷却シャケ・ノド
２を備えて、該冷却ジャケット２と気相冷媒を凝縮する
ためのコンデンサ３と、電動式の冷媒供給ポンプ４とを
接続して冷媒循環閉回路を構成している。ここにおいて
冷媒供給ポンプ４は液相冷媒循環手段を構成すると共に
後述するコンデンサ内冷媒液位制御手段の一部を構成す
る。

冷却ジャケット２は、内燃機関１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５及びシリ
ンダヘッド６の両者にわた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を通じて連通していると共
に、その上部の適宜な位置に蒸気比ロアが設けられてい
る。蒸気比ロアは接続管８及び蒸気通路９を介してコン
デンサ３の上部人口３ａに連通している。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おり、その上端開口をキャッ
プ１０が密閉している。

コンデンサ３は前記人口３ａを有するアッパタンク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で凝縮された液化冷媒を一時貯留する
ロワタンク１３とから構成されたもので、例えば車両前
部等の車両走行風を受は得る位置に設置され、更にその
前面或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、前記ロワタンク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共に、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。前記
冷媒ｖａ環通路１５はその他端が冷却ジャケット２のシ
リンダヘッド６側に設けた冷媒人口２ａに接続されたも
ので、中間部に三方型の第２電磁弁１７を備え、かつ該
第２電磁弁１７とロワタンク１３との間に冷媒供給ポン
プ４が介装されている。以上の冷却ジャケット２．コン
デンサ３゜冷媒供給ポンプ４．冷却ジャケット２の経路
によって構成された冷媒循環閉回路により通常運転時に
は、例えば水に若干の添加物を加えた冷媒が沸賦・凝縮
を繰り返しながら循環することになる。

この循環閉回路の系外に設けられて、予備液相冷媒を貯
留するリザーバタンク２１は吸気機能を有するキャンプ
２２を介して大気に開放されていると共に、前記冷却シ
ャケ・ノド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と、第２補助冷媒通
路２３とが接続されている。そして第１補助冷媒通路１
６の通路中には、常開型の第３電磁弁２４が介装されて
いる。また、前記第２補助冷媒通路２３は第２電磁弁１
７を介して冷媒循環通路１５に接鎖されている。第２電
磁弁１７は励磁されると、冷媒循環通路１５を遮断して
リザーバタンク２１とロワタンク１３との間を連通状態
としく流路Ａ）、非励磁状態では第２補助冷媒通路２３
を遮断して冷媒循環通路１５を連通状態（流路Ｂ）とす
るものである。

前記冷媒供給ポンプ４としては、正逆両方向に液相冷媒
を圧送できるものが用いられており、上記の流路Ａの状
態で冷媒供給ポンプ４を正方向に駆動すれば、ロワタン
ク１３からリザーバタンク２１へ液相冷媒を強制排出で
き、また逆方向に駆動すればリザーバタンク２１からロ
ワタンク１３へ液相冷媒を強制導入できる。従って冷媒
供給ポンプ４及び第２電６Ｂ弁１７はコンデンサ内冷媒
液位制御手段として機能する。また、流路Ｂの状態では
冷媒供給ポンプ４を正方向に駆動すれば、ロワタンク１
３から冷却ジャケット２へ液相冷媒を循環供給すること
ができる。

一方、上記した冷媒循環閉回路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
２５が接続されており、空気排出時に該空気排出通路２
５から同時に溢れ出た液相冷媒を回収するために、該空
気排出通路２５の先端部をリザーバタンク２１内に開口
している。この空気排出通路２５には、常閉型の第１電
磁弁２６が介装される。

前記各電磁弁２６．１７．２４と冷媒供給ポンプ４及び
冷却ファン１４は、いわゆるマイクロコンピュータシス
テムを用いた制御装置３１（冷媒温度設定手段及び冷媒
温度制御手段を含む）によって駆動制御されるもので、
具体的には冷却ジャケット２に設けた第１液面センサ３
２．温度センサ３３、ロワタンク１３に設けた第２液面
センサ３４及び循環回路最上部に設けた負圧スイッチ３
５の各検出信号に基づいて後述する制御が行われる。

ここで、前記第１．第２液面センサ３２．３４は例えば
り−ドスイノチを利用したフロート式センサ、あるいは
電導率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
口よりもわず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、例えばサーミスタからなり、前
記第１液面センサ３２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れて、冷却ジャケット２
内の冷媒温度を検出している。また負圧スイッチ３５は
、大気系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、低地等に係わらず、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−３（ｈｍＨｇ〜−５０龍Ｈｇ程度
に作動圧を設定しである。尚その他の機関運転状態検出
手段としての各種センサ、例えば機関回転センサ、機関
吸入負圧センサ等については図示していない。

第９図〜第１８図は上記制御装置３１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これを説明する。尚
図中第１〜第３電磁弁２６．１７．２４を夫々「電磁弁
■」、「電磁弁■」・・・のように略記してあり、また
冷却ジャケット２内液面を「ＣＺＨ内液面」と略記しで
ある。

第９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オン）により制御が開始
すると、Ｓｌのイニシャライズ処理を行った後に、まず
その始動が初期始動であるか再始動であるかを判断する
。具体的にはＳ２において温度センサ３３による検出温
度が所定温度（例えば４５℃）より高いか否かを判断す
る。ここで所定温度以下、つまり冷機状態の初期始動で
あればＳ３の空気排出制御を経てからＳ４の暖機制御へ
進み、暖機が完了した段階で８５の温度制御に入る。こ
の場合８６において冷却ジャケット２内で冷媒液面レベ
ルが設定値以上にあるか否かを判断し、Ｓ７で第２．第
３電磁弁１７．２４の切換制御を行って８８の冷却ジャ
ケット２内冷媒液面レベル制御を行う。Ｓ９においては
冷媒温度を判断し、Ｓ５で行う冷却ファン制御による温
度制御と共にＳＩＯ，Ｓｌｌ、　　５１２においてコン
デンサ内の液面レベルを増減制御する。

次に３１３において冷媒温度が異常高温にあり、かつ冷
却系内が正圧であることを判断した場合に、Ｓ１４にお
いて高温回避制御を行う。これら３５〜５１４の制御ル
ープをイグニッションキーオフ時まで繰り返し行う。

一方、Ｓ２で冷媒温度が所定温度以上の場合には再始動
時であると判断し、この場合には冷却系内に経時的な空
気の侵入が考えられないので、Ｓ３の空気排出制御は省
略する。

またこの制御中にキーオフの信号が入力されると、第１
０図に示す割り込み制御ルーチンが実行される。該割り
込み制御ルーチンについては後述する。

第１１図はＳ３の空気排出制御のフローチャートを示す
ものである。面この機関始動の際に、通常系内は液相冷
媒（例えば水と不凍液の混合液）でほとんど満たされた
状態にあり、またリザーバタンク２１には系内を完全に
満たし得る以上の液相冷媒が貯留されている。空気排出
制御はこの状態から更に系内を完全に満水状態とするこ
とによって空気を排出するものであり、まず５．３１で
第１電磁弁２６を開、第２電磁弁１７を流路Ａ、第３電
磁弁２４を閉と夫々制御し、Ｓ３２で冷媒供給ポンプ４
を逆方向へ駆動開始する。

これによりリザーバタンク２１内の液相冷媒が第２補助
冷媒通路２３を介して系内に導入される。これはＳ３３
で所定時間、具体的には系内を満水にするに十分なよう
に予めソフトウェアタイマ■に設定された数秒ないし数
十秒程度の間、ｍ続される。

従って、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２５を介して系外のりザーバタンク２
１に強制的に排出される。そして所定時間経過した時点
で５３４において冷媒供給ポンプ４をオフにすると共に
、タイマ■を３３５でクリアし、第１２図に示す暖機制
御（Ｓ５）へ進む。尚本発明では上記空気排出制御機能
を必ずしも要件とするものではない。

暖機制御においてはコンデンサ３内は当然液相冷媒で満
たされた状態にあるから、コンデンサ３の放熱能力は極
めて低く抑制され、その結果冷却ジャケット２内の冷媒
温度が速やかに上昇してやがて沸騰が始まる。

暖機制御は基本的には冷却ジャケット２内の冷媒温度が
目標温度に上昇するまでロワタンク１３とリザーバタン
ク２１とを連通状態に保ったまま待機するものであり、
従って３４１では第１電磁弁２６を閉とし、第２電磁弁
１７をＢ流路とし、第３電磁弁２４を開とした状態で待
機するものである。

Ｓ４３では温度センサ３３で検出した実際の検出温度と
３４２で設定された設定温度との比較を行い、検出温度
が「設定温度＋２．０℃（＝α３）」となったときに５
４５で第３電磁弁゛２４を閉じて系内を密閉状態とし、
その制御を終了する。

一方、この暖機制御の間、系内は大気圧下に開放されて
いるため、設定温度が略１００℃を越える場合等では、
発生蒸気圧によって系内の液相冷媒がリザーバタンク２
１に押し出される結果、冷媒温度が設定温度に達する前
に冷却ジャケット２内の液面やロワタンク１３内の液面
が過度に低下する。

これに対処するため、いずれか一方の液面が第１液面セ
ンサ３２或いは第２？Ｆ！１．面センサ３４の設定レベ
ルを下回ったとき、即ちＳ４４においてＮＯのときには
直ちにＳ４５で系内を密閉してこの制御を終了する。

暖機制御の終了後は、前述したように８５〜Ｓ１４の制
御ループが操り返されることになるが、この制御ループ
は冷却ファン１４のオンオフにより徽細な温度制御を行
うＳ５の第１３図に示すファン制御と液相冷媒の循環供
給により、冷却シャケ７）２内の液面を設定レベル以上
に保つ第９図３８の液面制御（第１４図）と、検出温度
が目標とする設定温度から比較的大きく離れた場合に実
質的放熱面積の拡大、或いは縮小を行う第９図３１２の
コンデンサ内液位低下制御（第１６図）及び第９図３１
２のコンデンサ内液位上昇制御（第１７図）とに大別さ
れる。

まず前述したように第１２図に示す暖機制御において検
出温度が「設定温度＋２．０℃（−α、〉」となった状
態でこの制御ループに進んできた場合について説明する
と、第１３図の３５２．　　Ｓ５３で冷却ファン１４を
オンとすると共に、既にＳ９における上限温度［設定温
度＋２．０°ｃ　（＝α、）」を越えているので、直ち
に第１６図のコンデン内液位低下制御に入る。

このコンデンサ内液位低下制御はコンデンサ３内の液相
冷媒を冷媒供給ポンプ４によりリザーバタンク２１へ強
制的に排出しくＳ６１．　５６２）　、コンデンサ３内
の液面を低下させてコンデンサ３の放熱面積を拡大し、
放熱能力を高めるものであり、その排出は検出温度が「
設定温度＋１．０℃（・α、）」の温度に低下するまで
継続され（３６８，５６９）、最後に系内を３７０で密
閉して終了する。上記の終了温度は冷却ファン１４のみ
に依存する条件であるＳ９の上限温度「設定温度＋２．
０℃（＝α３）」と下限温度「設定温度−４，０℃（＝
α４）」の範囲内でかつ設定温度より若干高温側に設定
しであるが、これは液面の下降に対する温度変化の応答
性を考慮したものである。

液相冷媒の設定温度（設定値）は機関回転速度と負荷と
の関係において随時機械的に設定されるもので（電子燃
料噴射式内燃機関の場合は負荷は噴射パルス幅等を検出
する）、低速低負荷領域Ａにおいては１００〜１１０℃
、低速高負荷領域Ｂにおいては８０〜９０℃程度、高速
回転領域Ｃにおいては９５〜１００　’Ｃ程度に制御さ
れる。その理由は既述した。

一方、上記コンデンサ３内の冷媒をリザーバタンク２１
内へ排出する間にも冷却ジャケット２内では冷媒が沸腋
し続けるので、徐々にその液面が低下していく。この冷
却ジャケット２側液面が設定レベル以下となった場合に
は、これを第１４図の８５５で判断し、Ｓ５８の冷却ジ
ャケット２内冷媒液面低下異常チェック制御（第１５図
）を行う。

即ち、冷却ジャケット２内液位低下が３７１でコンピュ
ータプログラムタイマ■により所定時間例えば１０秒以
内である場合にはＳ７２に進んで冷媒供給ポンプ４を正
転させて、第２電磁弁１７を流路Ｂ。

第３電磁弁２４を閉として、一時コンデンサ３から冷却
ジャケット２へ液相冷媒の補給を行って、第１液面セン
サ３２の設定レベルに冷却ジャケット内液位制御を行う
。

若しＳ７１で冷却ジャケット２内の冷媒液面低下が１０
〜２０秒の間継続したことがわかった場合には異常であ
ると判断し、コンデンサ３のロワタンク１３に冷媒を補
給制御しつつ冷却ジャケット２にロワタンク１３内の冷
媒供給を行う。即ちＳ７３で負圧“スイッチ３５により
系内が負圧であるか否か判断する。負圧である場合には
第２電磁弁１７をＢ流路、冷媒供給ポンプ４を正転のま
ま第３電磁弁２４を開とすれば、リザーバタンク２１内
の予備液相冷媒は圧力差によりコンデンサ３のロワタン
ク１３内に導入されるから、コンデンサ３内の液相冷媒
はその液面レベル低下が防止されつつ同時にロワタンク
１３から冷却ジャケット２内へ補給され冷却ジャケット
２内の冷媒液面を上昇させて第１液面センサ３２の設定
レベルへ復帰させる。

Ｓ７３で系内が正圧であることがわかった場合には、Ｓ
７４で第２電磁弁１７をＡ流路に切り換えかつ第３電磁
弁２４を閉じた状態で冷媒供給ポンプ４を逆転させる。

これによりリザーバタンク２１内の予備液相冷媒は冷媒
供給ポンプ４により強制的にコンデンサ３内に圧送補給
され、ロワタンク１３内の冷媒液面レベルを上昇する。

次に冷却ジャケット２内の冷媒液面が所定レベルより低
下してから１０〜２０秒間の上記コンデンサ内冷媒液面
上昇制御が行われた後でも未だ冷却ジャケット２内の液
面レベルが設定値以下の場合には３７６に進んでタイマ
■をクリアし、再びＳ７１に戻ってその後１０秒以内は
再び３７２に進みコンデンサのロワタンク１３から補給
した冷媒を冷却ジャケット２内に供給する。これらの繰
り返し作用により、冷却ジャケット２内の液面レベル異
常低下防止と同時にコンデンサ３内の冷媒液面レベルの
異常低下防止を図る。

このようにして冷却ジャケット２内に比較的冷たい冷媒
が補給される結果、冷媒液面異常低下が防止され、沸謄
冷却が継続されて燃焼室壁のオーバーヒートが防止され
ると共に冷却ジャケット２内の冷媒温度が低下し蒸気圧
が低下するから系内圧力が低下して液相冷媒過少による
冷媒沸点上昇が抑制され、キャビテーションの発生を未
然に防止する。

向上記コンデンサ内液面低下制御を行うにあたり万一コ
ンデンサ３内の液面を最大限に低下させても、放熱能力
不足が回避できずに第２液面センサ３４による設定レベ
ルにまで液面が下降してしまった場合には、系内の蒸気
がリザーバタンク２１内へ流出するのを防止するために
５６７でこれを判断し、Ｓ７０において第２電磁弁１７
をＢ流路とし、上記コンデンサ３内の冷媒液面低下制御
を解除する。

また、同様の理由から第９図ＳＩＯでコンデンサ３内の
液面が第２液面センサ３４の設定レベル以下である場合
にも上記コンデンサ３内水位低下制御を行わない。

一方、上記のようにコンデンサ３内の液面が適宜に制御
されて機関発熱量とコンデンサ３の放熱量とがその沸点
のもとで略平面し、系内が密閉された後は、第９図３５
で示す本制御による冷媒温度制御（第１３図）と、Ｓ８
に示す冷媒供給ポンプ４による液面制御に基づく冷媒温
度制御（第１４図）とを繰り返し行う。

第１３図に示すファン制御においては、系内温度を更に
高精度に、具体的には「設定温度＋０．５℃（＝α１）
」と［設定温度−０，５℃（＝α２）」との間（Ｓ５２
）に維持するように冷却ファン１４のみをオンオフ制御
（Ｓ５３．　５５４）する。また、液面制御においては
第１４図に示すように冷却ジャケット２内の液面が設定
レベル以上となった場合に、これを３５５で判断し、コ
ンデンサ３側から冷却ジャケット２への液相冷媒の供給
を停止する（Ｓ５６゜５５７）。冷却ジャケット２内液
面が設定レベル以下の場合には、５５８で示すように冷
却ジャケット２内液位低下異常チェック制御を行う。こ
れは、既に第１５図について説明した。

また、車両走行風の増大等の外乱や運転条件の変化に伴
う設定温度自体の変化によって系内温度が８９の下限温
度「設定温度−４，０℃（＝α４）」を下回った場合に
は、第１７図に示すコンテン３内液位上昇制御を開始す
る。これは、リザーバタンク２１内の液相冷媒をコンデ
ンサ３側に導入して、コンデンサ３内の液面を上昇させ
ることにより放熱能力を抑制する制御である。尚この実
施例においては、液相冷媒の導入に際して冷媒供給ポン
プ４の逆方向駆動による強制導入と、系内外の圧力差を
利用した冷媒導入とを併用している。即ち、負圧スイッ
チ３５の信号により系内が５８１で負圧状態にある場合
には、Ｓ８２で第３電磁弁２４を開とし、第２電磁弁１
７をＢ流路にして第１補助冷媒通路１６を介し、系内外
の圧力差を利用した冷媒導入を行う。この冷媒導入は検
出温度が「設定温度−３，０’ｃ（＝α６）」の温度に
上昇するまで’ｊａｍされ（Ｓ８４、　５８５）　、最
後に系内を３８６において密閉して終了する。

上記の終了温度は、やはり液面の上昇に対する温度変化
の応答性を考慮したものである。またこの冷媒導入中に
冷却ジャケット２内の液相冷媒が不足した場合には、冷
媒供給ポンプ４による冷媒補給を３８３で行う。これは
第１４図において説明した。

系内が正圧下にある場合、或いは上述の冷媒導入中に正
圧となった場合には、Ｓ８７に進んで第３電磁弁２４を
正とし、冷媒供給ポンプ４の逆方向駆動によりリザーバ
ダンク２１からコンデンサ３内へ液相冷媒を強制導入す
る（Ｓ８９．　５９０）。この強制導入の場合も検出温
度が「設定温度−３，０℃（＝α６）」の温度に上昇す
るまで継続される（Ｓ８４゜５８５）。

また、この冷媒導入中に冷却ジャケット２内の液相冷媒
が不足する場合には、第２電磁弁１７を流路Ｂに切換え
て冷媒供給ポンプ４を正方向に駆動し、冷媒の補給を行
う　（Ｓ８８．　　Ｓ９１．　５９２）。

上記のコンデンサ内液位上昇制御の結果、系内温度が８
９の上限温度〜下限温度に恵かれた後は、やはり前述し
た冷却ファン１４のみによる第１３図に示す温度制御が
行われる。

このようにコンデンサ３内の液面制御は系内温度を常に
「設定温度＋２．０℃」と「設定温度−４，０℃」の範
囲内に導くように３９で行われるものであり、例えば運
転条件の急変により設定温度が大きく変化した場合にも
、コンデンサ３の放熱能力を広範囲にかつ速やかに変化
させ得ると共に、これによる凝縮量変化が直ちに冷却ジ
ャケット２側冷媒の沸腋の抑制、促進として影響を及ぼ
すので、極めて良好に設定温度に追従させることができ
る。

そして冷却ファン１４の制？ＩＩ＋は系内湯度を更に「
設定温度±０，５℃」の範囲内（Ｓ　５２）に専くよう
に行われ、これによって一層高精度でかつ応答性の良い
温度制御が達成されるものである。

次に第１０図及び第１８図に基づき、機関のイグニッシ
ョンキーがオフ操作された場合に割り込み処理されるキ
ーオフ制御について説明する。

これはまず設定温度を８１０２で８０℃に設定すること
により前述したコンデンサ３内液位低下制御を行わせ、
コンデンサ３の放熱能力を最大限に利用すると共に、５
１０３で設定された最大１０秒程度に冷却ファン１４を
駆動して強制冷却（Ｓ１０３　、　５１０４、　５５３
）　Ｌ、系内が十分低い温度（例えば８０℃）になる（
ＳＩＯＩ　）か、或いは一定時間（例、えば６０ｓｅｃ
）経過したこと（Ｓ１０６）を条件として電源をオフ（
５１０７）とする。この電源オフにより常閉型電磁弁で
ある第１電磁弁２６は閉に、常開型電磁弁である第３電
磁弁２４は開となるため、系内の温度低下、つまり圧力
低下に伴ってリザーバタンク２１から第１補助冷媒通路
１６を介して液相冷媒が自然に導入され、Ｒ柊的には系
全体が液相冷媒で満たされた状態になって次の始動に備
えることになる。

また上記の液相冷媒の導入の際には、コンデンサ３を経
由して系内に流入するので、運転中に何らかの原因でわ
ずかに空気が侵入し、微細なコンデンサチューブ内に付
着した場合でも、系上方へ確実な排出が行われる。

一方、上記のキーオフ制御中に再度イグニッションキー
がオン操作される場合もあるが、この場合には第１０図
における３１６の判断で３１８〜Ｓ２１へ進み、予めＳ
１５で退避させた情報に基づいて冷却ファン１４及び設
定温度を復帰させると共に、５１０３゜５１０６のソフ
トウェアタイマ■、■をＳ１８でクリアし、キーオフ前
に進行していた制御状態に戻すのである。

向上記実施例において、冷媒の温度制御を温度センサに
より実際の冷媒温度を検出してこれをフィードバンクす
るようにしたが、本発明では必ずしもフィードバック制
御を讐ることは要件でなく、オープン制御するようにし
てもよいものである。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によると、通常運転領域で冷媒
循環閉回路を構成し、冷媒沸点温度を冷却ファンによる
制御とコンデンサ冷媒液位制御による制御とで行うよう
にしたから、走行風量変化等の外乱による冷媒温度変動
を防止でき、系内温度を設定温度に速やかに追従させる
ことが可能となる。また冷媒沸点温度を機関運転状態に
合わせて、低速低負荷領域で約１００〜１１０℃に設定
したので燃費を向上させることができ、低速高負荷領域
で８０〜９０℃に設定したので機関出力が向上しかつ耐
ノツキング性が良好となると共に機関及びその他の機器
の耐久性が向上し、高速回転領域では９０〜１００　’
Ｃに設定したのでコンデンサの放熱量を確保しかつ機関
及びその周辺機器の耐久性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成をブロックで示す概念図、
第２図は本発明で機関運転状態に応じて　　　′設定す
る冷媒温度を示すグラフ、第３図は本発明の沸騰冷却装
置を備えた内燃機関の冷媒温度と燃料消費率との低速特
性を示すグラフ、第４図は同じく冷媒温度変化に対応し
た燃料消費率と軸トルク特性を示すグラフ、第５図は低
速領域の冷媒温度に対応した軸トルク変化を示すグラフ
、第６図は低速高負荷領域の冷媒低温制御の限界を示す
系内圧力特性のグラフ、第７図はコンデンサにおける混
入液相冷媒量に対する放熱量を示すグラフ、π８図は本
発明の１実施例を示す構成説明図、第９図〜第１８図は
夫々本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．Ａ・・・冷却ジャケット３、
Ｃ・・・コンデンサ　　４・・・冷媒供給ポンプ４、　
　Ｂ・・・冷却ファン　　１５・・・冷媒循環通路７・
・・第２電磁弁　　２１．Ｅ・・・リザーバタンク：３
・・・第２補助冷媒通路　　３１・・・制御装置Ｄ・・
・液相冷媒循環手段　　Ｆ・・・冷媒液位制御手段］・
・・機関運転状態検出手段　　Ｈ・・・冷媒温度設定り
段　　Ｉ・・・冷媒温度制御手段 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二誰 山６茫乙１１−１時 ５Ｈｕｕｕｕ　’　ｃｔｎ’ｃＡ音 第１０図 第１２図 第１３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）液相冷媒が貯留される内燃機関の冷却ジャケット
   と、冷却ファンを有しかつ気相冷媒が凝縮され該凝縮さ
   れた液相冷媒が下部に貯留されるコンデンサと、液相冷
   媒循環手段と、を介装し、冷却ジャケットで吸熱し蒸発
   した気相冷媒の潜熱をコンデンサにおいて放熱する冷媒
   循環閉回路を備えると共に、前記コンデンサの下部に連
   通して前記冷媒循環閉回路外に設けたリザーバタンクと
   、該リザーバタンクに貯留した液相冷媒とコンデンサ下
   部の液相冷媒との授受量を制御してコンデンサ内の冷媒
   液位を制御する手段と、機関運転状態検出手段と、機関
   低速低負荷領域で第１の設定温度、低速高負荷領域で第
   １の設定温度より低い第２の設定温度及び高速領域で第
   １と第２の設定温度間にある第３の設定温度に予め冷媒
   設定温度を定める冷媒温度設定手段と、前記冷却ファン
   、液相冷媒循環手段及びコンデンサ内冷媒液位制御手段
   を作動せしめて前記冷媒設定温度に近づけるべく冷媒温
   度を制御する冷媒温度制御手段と、を備えたことを特徴
   とする内燃機関の沸騰冷却装置における冷媒温度制御装
   置。
2. （２）上記第１の設定温度は約１００〜１１０℃、上記
   第２の設定温度は約８０〜９０℃、上記第３の設定温度
   は約９０〜１００℃としたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の内燃機関の沸騰冷却装置における冷媒
   温度制御装置。