JPS6183412A - 内燃機関の沸騰冷却装置における冷却ジヤケツト内冷媒液面制御装置 - 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〉 この発明は、冷却ジャケット、コンデンサ等からなる冷
媒循環系内に所定量の冷媒を封入し、冷却ジャケット内
で、貯留した液相冷媒を沸騰気化させて内燃機関の冷却
を行うようにした内燃機関の沸騰冷却装置に関し、詳し
くは冷却ジャケット内の冷媒液面制御装置に関する。

（従来の技術〉 自動車用内燃機関に用いられている周知の水冷式冷却装
置にあっては、冷却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、均一な冷却を実現する
ことが難しいとともに、ラジェータにおける熱交換率に
自ずから限界があることからラジェータや冷却ファンが
大型にならざるを得ない。

このような点から、近年、冷却水の沸騰気化潜熱を利用
した冷却装置が注目されている（例えば特公昭５７−５
７６０８号公報、特開昭５７−６２９１２号公報等参照
）。これは基本的には、冷却ジャケット内で液相冷媒（
冷却水）を沸騰気化させ、その発生蒸気を外部のコンデ
ンサ（ラジェータ）に導いて放熱凝縮させた後に、再度
冷却ジャケット内に循環供給する構成である。この冷媒
の相変化を利用した冷却装置によれば、冷却水の単純な
顕熱を利用した水冷式のものに比べて気化潜熱を利用で
きるため、極めて少量の冷却水の循環で要求放熱量を満
足でき、かつコンデンサを従来のラジェータよりも大巾
に小型化でき、しがも機関各部の温度分布の均一化が図
れる等の利点が指摘されていてる。

しかしながら、このように種々の利点を有すると考えら
れている沸騰冷却式の冷却装置も実際には実用化される
に至っていない。すなわち上記特公昭５７−５７６０８
号公報や特開昭５７−６２９１２号公報等に記載のもの
は、冷媒循環系が一部で大気に開放された非密閉構造と
なっており、蒸気化した冷媒の損失が実用上無視できな
い程度に大きく、しかも系内から不凝縮気体である空気
を完全に除去することが困難であるため、残留空気によ
って冷却性能が著しく低下する等の問題を有していた。

本出願人は上記のような実情に鑑み、密閉した冷媒循環
系内に所定量の冷媒を封入して沸騰・凝縮のサイクルを
行わせるようにした沸騰冷却装置を先に提案している（
特願昭５．８−１４５４７０号等）。これは、例えば始
動時に系内を一旦液相冷媒で満たした後に空気の侵入を
防止しつつ余剰冷媒をリザーバタンクに排出することに
よって密閉系内に所定量の冷媒を封入するようにしたも
のであり、機関運転中は、冷媒供給ポンプにより冷却ジ
ャケットに発生蒸気相当分の液相冷媒を循環供給し、常
に所定レベル以上に液相冷媒の液面を保って燃焼室壁等
の確実な冷却を図っている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところでこのような本出願人の提案した或いは前記従来
公知文献記載の沸騰冷却装置によると、　　　　。

冷却ジャケット内の液相冷媒レベルが重要な問題となっ
てくる。液相冷媒レベルが高過ぎると冷媒沸騰により液
相冷媒が蒸気と共に冷却ジャケットからコンデンサへと
持ち出され相変換を伴う凝縮潜熱放出という本装置独特
の高い放熱効果を悪化させてしまうし、液相冷媒レベル
が低過ぎると燃焼室壁に液相冷媒が膜状にでも存在しな
くなって沸騰冷却が不可能となり、ヒートスポットを生
じてオーバーヒートへとつながるおそれが出てくる。

そこで冷却ジャケット内の冷媒液面管理をするために、
液面検出手段を設け、所定レベル以下に冷媒液面が低下
した場合にコンデンサ下部に溜まった液相冷媒を冷却ジ
ャケット内に補給している。

一般にこの冷媒補給量は蒸気の潜熱が大きいことから、
わずかな値で済み、従って液相冷媒循環手段も小型のポ
ンプ等を用いることが可能となる利点を存する。

しかし蒸気の系外漏洩等号−の理由により、或いは冷却
ジャケット内の冷媒蒸発速度が冷媒循環量を上まわるよ
うな不測の事態が生まれて冷却ジャケット内の液相冷媒
レベルが所定レベルよりも低下するようになる場合、あ
るいは非常に外気温が高くコンデンサの放熱能力の限界
を使用せざるを得ない万一の事態になったときコンデン
サ出口温度が上昇し従って過冷却が小さいためポンプの
吸入負圧によるキャビテーションが発生し冷媒循環量が
低下するようになる場合には、冷却ジャケット内の液相
冷媒レベルが低下して燃焼室壁面に液相冷媒が存在しな
くなると機関オーバーし一トを生じて危険である。また
この状態では過熱蒸気になる可能性があり、冷媒の沸点
温度と差異を生じ、温度制御の精度が劣る。勿論ポンプ
のキャビテーションは耐久性上不都合である。

このようなとき液相冷媒循環手段を作動してコンデンサ
内の液相冷媒を冷却ジャケット内に供給し冷却ジャケッ
ト内液相冷媒しベル低下を防止すると共に所定レベルへ
の復帰が必要となる。

本発明は上記に鑑みなされたもので、通常液面検出手段
と液相冷媒循環手段により冷却ジャケット内の冷媒液面
管理を行っているが、冷媒液面が所定時間必要レベル以
下にある場合には、コンデンサ内の液相冷媒レベルを高
めて後若しくは低下しないようにリザーバタンクから予
備液相冷媒をコンデンサ下部に補助供給しつつ冷媒循環
手段により比較的冷温の液相冷媒を冷却゛ジャケット内
に供給し、冷媒レベルを上昇させると共に冷媒温度を低
下させることを目的とする。

く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図に示すように冷却ジャケッ
ト内冷媒液面制御装置を構成し、液相冷媒が貯留される
内燃機関の冷却ジャケソ）Ａと、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Ｂと
、液相冷媒循環手段Ｃと、を介装し、冷却ジャケソ）Ａ
が吸熱し蒸発した気相冷媒の潜熱をコンデンサＢにおい
て放熱する冷媒循環閉回路りを備えると共に、前記コン
デンサＢの下部に補助冷媒通路Ｅを介して連通しかつ予
備液相冷媒を貯留するリザーバタンクＦと、該リザーバ
タンクＦ内の予備液相冷媒を前記コンデンサＢ下部に供
給する予備液相冷媒供給手段Ｇと、前記冷却ジャケソｌ
−Ａ内の液相冷媒レベルを検出する液面検出手段Ｈと、
該液面検出手段が液相冷媒の所定レベル以下を検出した
信号を受けて前記液相冷媒循環手段Ｃを作動し液相冷媒
を所定レベルに回復する冷却ジャケット内液位制御手段
Ｉと、前記液面検出手段Ｈが液相冷媒の所定レベル以下
の状態を所定時間継続して検出した場合にその間前記予
備液相冷媒供給手段Ｇを作動してリザーバタンクＦ内の
予備液相冷媒をコンデンサＢ下部に供給する冷媒補給制
御手段Ｊと、を設けた。

く作用〉 これにより、冷却ジャケットＡ内の冷媒液面が所定時間
必要レベル以下の危険状態にあることを液面検出手段Ｈ
が検出したときには冷却ジャケットＡ内液値が異常低下
していると判断し、冷媒補給制御手段Ｊを介して予備液
相冷媒供給手段Ｇを作動させリザーバタンクＦ内の比較
的冷温の予備液相冷媒をコンデンサＢ下部に供給し、こ
れと並行して又はこの前後所定時間冷却ジャケット内液
位制御手段Ｉにより液相冷媒循環手段Ｃを作動させて冷
却ジャケフＩ−Ａ内に低温液相冷媒を確保し、冷媒レベ
ルを所定値に復帰させる。従ってコンデンサＢ内の液面
低下を伴わずに冷却ジャケットＡ内の燃焼室壁がオーバ
ーヒートする等の不都合を回避して沸騰冷却システムを
安定して作動させ得ると共に冷媒温度を低めてポンプの
キャビテーションの発生を防止しかつ系内圧力を低下さ
せて所望の冷媒沸点温度を確保し冷媒温度制御の精度を
向上する。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の１実施例の構成を示し、内燃機関１は
運転中所定量の液相冷媒で満たされる冷却ジャケット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
続して冷媒循環閉口路を構成している。

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出ロアが設けられてい
る。蒸気出ロアは接続管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は前記入口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
冷媒循環通路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騰・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は吸気機能ををするキャップ
２２を介して大気に開放されていると共に、前記冷却ジ
ャケット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１６
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１７
を介して冷媒循環通路１５に接続されている。

第２電磁弁１７は非励磁状態では、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）、励磁されると第２補助冷媒通
路２３を遮断して冷媒循環通路１５を連通状Ｂ（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。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１３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。

従って上記から明らかなように第２電磁弁１７がＢ流路
を採ったときに、正転する冷媒循環ポンプ４は、液相冷
媒循環手段Ｃを構成し、開弁状態の第３電磁弁２４及び
第２電磁弁１７がＡ流路を採ったときの逆転する冷媒供
給ポンプ４　（ポンプ手段）は予備液相冷媒供給手段Ｇ
を構成する。

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によって駆動制御されるもの
で、本発明でいう冷却ジャケット内液位制御手段及び冷
媒補給制御手段の機能を含んでおり、更には冷媒供給ポ
ンプ４及び第２．３電磁弁１７．２４の駆動手段として
の機能を含んでいる。

具体的には冷却ジャケット２に設けた液面検出手段とし
ての第１液面センサ３２．温度センサ３３、口ワタンク
１３に設けた第２液面センサ３４及び循環回路最上部に
設けた圧力検出手段として機能する負圧スイッチ３５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
リードスイッチを利用したフロート式センサ等が用いら
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ンドロ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、？ＭＬａ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３
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
一３０ｓｎＨｇ〜−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を検出するための各種セ
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３図〜第１２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。百
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ｒＣ／Ｈ内液面」と略記しで
ある。

第３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。

この冷媒液面レベル制御に本発明における冷却ジャケッ
ト内液位異常低下回避制御（第９図）が含まれる。

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。

Ｓ１２においてコンデンサ３内の液面レベルを増減制御
する。これら８５〜Ｓ１２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人力されると、第４
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。

！りＪ口旧匪叫 第５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。尚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Ｓ３１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
に予めプログラムタイマ■に設定された数秒ないし数十
秒程度の間、継続される。

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３３４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６図に示す暖機制御
（Ｓ５）へ進む。

璽且■朗 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５４１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℃（＝α、）」となったときにＳ
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。

Ｓ４２における設定温度算出は、機関の回転速度及び負
荷等の運転状態に応じて随時機械的に設定されるもので
、８０℃〜１１０℃程度の範囲内で定められる（以下の
冷媒温度制御についても同様である）。

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°Ｃ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
２１に押し出される結果１、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液面センサ３４の設定レベルを下回
ったとき、即ちＳ４４においてＮ○のときには直ちに３
４５で系内を密閉してこの制御を終了する。

竜炭ｉ皮■工 暖機制御の終了後は、前述したように８５〜Ｓ１２の制
御ループが繰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のオンオフにより微細な温度制御を行
うＳ５の第７図に示すファン制御と液相冷媒の循環供給
により、冷却ジャケット２丙の液面を設定“レベル以上
に保つ第３図８８の液面制御（冷却ジャケット内液面低
下異常チェック制御を含む、第８図）と、検出温度が目
標とする設定温度から比較的太き（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３図３１２のコン
デンサ内液位低下制御（第１０図）及び第３図３１２の
コンデンサ内液位上昇制御（第１１図）°とに大別され
る。　　　　　　　　゛ まず前述したように第６図に示す暖機制御において検出
温度が［設定温度＋２：０　ｃ　＜＝α３）」となった
状ｆＧでこの；Ｉ＋Ｉｉ御ループループできた場合につ
いて説明すると、第７図のｓｓ２．　　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−１２，０’Ｃ（＝α３）」を越えている
ので、直ちに第１０図のコンデン内液位低下制御に入る
。

（冷却ジャゲント内液位異常低下回避制御を含むコンデ
ンサ内液位低下制御） 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°Ｃ（・α、）」の温度に低下するまで′
ｍ続され（Ｓ６８．　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°ｃ　（＝α：ｌ）」と下限温度「設定温度−４
，０°Ｃ（−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。

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内では冷媒が沸騰
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１０図の３６３で判断し、Ｓ６５の
冷却ジャケット２内冷媒液面低下異常チェ・７り制御（
第９図）を行う。

即ち、冷却ジャケット２内液位低下が５７１でプログラ
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２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
秒以上継続したことがわかった場合には異常であると判
断し、破線で示すようにコンデンサ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３
５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３
２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でプログラムタイマ■が１０〜１３秒の範囲で液面
レベルが継続して異常低下していれば、Ｓ７４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。

次に正圧下にある冷却ジャケット２内の冷媒液面が所定
レベルより低下してから１０〜１３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Ｓ７７へ
進んでプログラムタイマ■をクリアし、再びＳ’７１に
戻ってその後１０秒以内は再びＳ７２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内に比較約合たい冷媒
が補給される結果、冷媒液面異常低下が防止され、沸騰
冷却が′ｍ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ン上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３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３６７でこれを判断し、Ｓ７０において第２電磁弁
１７をＢ流路とし、リザーバタンク２１内の負圧を解除
して上記コンデンサ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３図８１０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内液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
のもとで略平衡し、系内が密閉された後は、第３図８５
で示すファン制御による冷媒温度制御（第７図）と、Ｓ
８に示す冷媒供給ポンプ４による液面制御に基づく冷媒
液位制御（第８図）とを繰り返し行う。

（ファン制御） 第７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°Ｃ（＝αｌ）
」と「設定温度−０，５℃（＝α２）」との間（Ｓ　５
２）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８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、３５８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９図について説
明した。

（コンデンサ内液位上昇制御） 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３９の下限温
度「設定温度−４，０℃（＝α４）」を下回った場合に
は、第１１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
利用した冷媒渾人とを併用している。即ち、負圧スイッ
チ３５の信号により系内がＳ８１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℃（＝α６）」の温度に上
昇するまで継続され（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８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
閉とし、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（３８９．　５９０）。この強制導入の場合も検出温
度が「設定温度−３，０°Ｃ（−α６）」の温度に上昇
するまでｍ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Ａ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（３８８，Ｓ９Ｌ　　５９２）。

上記のコンデンサ３内液位上昇制御の結果、系内温度が
３９の上限温度〜下限温度に導かれた後は、やはり前述
した冷却ファン１４のみによる第７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（ように８９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、これによる成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の制御は系内温度を更に「設定温
度±０．５°Ｃ」の範囲内（Ｓ　５２）に導（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４図及び第１２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５１０２で８０°Ｃ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、
５１０３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（５１０３，５１０４、５５３）　
Ｌ、系内が十分低い温度（例えば８０℃）になる（ＳＩ
ＯＬ）か、或いは一定時間（例えば６０ｓｅｃ）経過し
たこと（５１０６）を条件として電源をオフ（３１０７
）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、最終的には系全体が液
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４図に
おけるＳ１６の判断で８１８．　　ＳＦ３へ進み、予め
Ｓ１５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、Ｓ　１０３゜５１０６の
プログラムタイマ■、■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。

上記の実施例では、予備液相冷媒供給手段として第１補
助冷媒通路１６に介装した第３電磁弁２４と、第２補助
冷媒通路２３に介装したポンプ手段と、を設け、これら
を冷媒補給制御手段としての駆動手段（制御装置３１）
により作動させるようにし、このうちポンプ手段は通常
液相冷媒循環手段として機能する単一の冷媒供給ポンプ
４を兼用したが、第２補助冷媒通路２３を独立してコン
デンサ３下部に連通させ該第２補助冷媒通路２３に独立
したポンプ手段を設けて前記第３電磁弁２４と共に予備
液相冷媒供給手段としてもよい。また第１補助冷媒通路
１６と第３電磁弁２４とを省いても本発明は成り立つも
のであることは明らかである。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、通常の冷却ジャケッ
ト内冷媒液面低下には、冷却ジャケット内液位制御手段
により液相冷媒循環手段を作動してコンデンサ下部の液
相冷媒を冷却ジャケット内に補給し冷却ジャケット内冷
媒液面を所定レベルになるように制御するが、冷却ジャ
ケット内液面が所定時間ｍ続して所定レベル以下に低下
した場合には、その間冷媒補給手段により予備液相冷媒
供給手段を作動してリザーバタンク内の予備液相冷媒を
コンデンサ内に補給しながら冷却ジャケットにコンデン
サ下部の液相冷媒を導入するようにしたので、コンデン
サ内の冷媒液面レベルの低下を防止しつつ冷却ジャケッ
ト内の冷媒液面異常低下を防止できる。このためコンデ
ンサから気相冷媒がリザーバタンクに放出されることの
ない状態で冷却ジャケット内の液面確保ができ、その結
果オーバーヒート発生を防止できる。またリザーバタン
ク内の比較的低温の冷媒をコンデンサに供給しこれをポ
ンプが冷却ジャケットに送るため、ポンプのキャビテー
ションによる流量低下を防止できる。また冷却ジャケッ
ト内の液相冷媒過少による過熱蒸気化を防ぎこれに基づ
く冷媒温度上昇を未然に防止すると共に、冷媒温度制御
の精度向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本発明の１
実施例を示す構成説明図、第３図〜第１２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．
８・・・コンデンサ　　４・・・冷媒供給ポンプ１５・
・・冷媒循環通路　　１６・・・第１補助冷媒通路１７
・・・第２電磁弁　　２１．Ｆ・・・リザーバタンク２
３・・・第２補助冷媒通路　　２４・・・第３電磁弁３
１・・・制御装置　　３２・・・第１液面センサＣ・・
・液相冷媒循環手段　　Ｄ・・・冷媒循環閉回路Ｅ・・
・補助冷媒通路　　Ｇ・・・予備液相冷媒供給手段Ｈ・
・・液面検出手段　　Ｉ・・・冷却ジャケット内液位制
御手段　　Ｊ・・・冷媒補給制御手段特許出願人　　日
産自ｖＪ軍株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (3)

【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、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補助冷媒通路を介して連
   通しかつ予備液相冷媒を貯留するリザーバタンクと、該
   リザーバタンク内の予備液相冷媒を前記コンデンサ下部
   に供給する予備液相冷媒供給手段と、前記冷却ジャケッ
   ト内の液相冷媒レベルを検出する液面検出手段と、該液
   面検出手段が液相冷媒の所定レベル以下を検出した信号
   を受けて前記液相冷媒循環手段を作動し液相冷媒を所定
   レベルに回復する冷却ジャケット内液位制御手段と、前
   記液面検出手段が液相冷媒の所定レベル以下の状態を所
   定時間継続して検出した場合にその間前記予備液相冷媒
   供給手段を作動してリザーバタンク内の予備液相冷媒を
   コンデンサ下部に供給する冷媒補給制御手段と、を設け
   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
   却ジャケット内冷媒液面制御装置。
2. （２）予備液相冷媒供給手段は、リザーバタンク及びコ
   ンデンサ下部を連通する第１補助冷媒通路に介装した電
   磁弁と、同じくリザーバタンク及びコンデンサ下部を連
   通する第２補助冷媒通路に介装したポンプ手段と、を備
   え、冷媒補給制御手段は、前記冷媒循環閉回路の気相冷
   媒圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段が
   負圧を検出した時に前記電磁弁を開作動し正圧を検出し
   たときに前記ポンプ手段を作動する駆動手段と、を備え
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の内燃
   機関の沸騰冷却装置における冷却ジャケット内冷媒液面
   制御装置。
3. （３）液相冷媒循環手段とポンプ手段とは、正逆転可能
   な単一の冷媒供給ポンプであり、第２補助冷媒通路は三
   方電磁切換弁を介し液相冷媒循環手段と冷却ジャケット
   との間の冷媒循環閉回路に接続されたことを特徴とする
   特許請求の範囲第２項に記載の内燃機関の沸騰冷却装置
   における冷却ジャケット内冷媒液面制御装置。