JPS6183433A - 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〉 本発明は、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、冷却ジャケント内で
、貯留した液相冷媒を温蔵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、極めて少皿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、しか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５８−１４５４７０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
って寥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Ｖａ環供給し、常
に所定レベル異常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あっては、冷却ジャケ
ット内の冷媒液面レベルを検出する液面検出手段を設け
、通常運転時、冷却ジャケットに液相冷媒を供給するポ
ンプをオンオフ制御することによって、冷媒液面レベル
を設定値近傍に維持しつつ高精度に温度管理する制御を
行っている。

しかしながら、このように１個の液面検出手段のみで冷
却ジャケット内の液面制御を行うものにあっては、万一
液面検出手段が故障した場合゛には、正常な沸騰冷却制
御を行えなくなるという問題がある。

ここで−各問題となるのは、冷却シャケ・７ト側の液面
検出手段に故障を来して、冷却ジャケット内の冷媒液面
レベルが所定レベルより低いにも拘わらず、所定レベル
以上あると判定した場合で、この場合、液面レベルが低
下し続けて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
て最終的にはオーバーヒートへとつながるため、かかる
事態だけは絶対に回避する必要がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、２つの
液面検出手段を用いてフェールセーフ制御を行うことに
より液面レベルが異常低下することを防止し、もってオ
ーバーヒートの発生を防止することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 このため本発明は、第１図に示したように、内燃機関の
冷却ジャケットとコンデンサと液相冷媒循環手段とを介
装した冷媒循環回路を備えると共に、冷却ジャケント内
の冷媒液面レベルを検出する手段と液面レベルを設定値
近傍に保つように制１１１１する手段とを備えた沸騰冷
却装置において、冷却ジャケット内の冷媒液面レベルを
設定値と比較して検出する液面検出手段を水平に並べて
２個配設すると共に、これら２つの液面検出手段が所定
時間以上互いに異なる検出結果を示した時に、冷却ジャ
ケット内に強制的に液相冷媒を供給して冷媒液面レベル
を上昇させるフェールセーフ手段を設けたｉｊｌ；成と
する。

く作用〉 かかる構成とすることにより、一方の液面検出手段が故
障して誤判定をした場合には、強制的に冷却ジャケット
に液相冷媒を供給して液面レベルを上昇させるフェール
セーフ制御が行われるため、液面レベルが異常低下する
ことを確実に回避でき、オーバーヒートの発生を防止で
きる。

〈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
運転中所定量〇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
続して冷媒循環閉回路を構成している。

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の上部入口に連通している。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が
密閉している。

コンデンサ３は前記入口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ア
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、前記ロアタンク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とロアタンク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は通気機能を有するキャップ２
２を介して大気に開放されていると共に、前記冷却シャ
ケ、ト２と略等しい裔さ位置に設置され、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２
３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とロアタンク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、ロアタン
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
アタンク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、
ロアタンク１３から冷却ジャケット２へ液相冷媒をＶａ
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、具体的には冷却ジャケット２に設けた第１及び第２
の液面検出手段としての第１液面センサ３２Ａ、及び第
２液面センサ３２Ｂ、温度センサ３３．ロアタンク１３
に設けた第３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、第３図に拡大して示すように、前記第１、第２
液面センサ３２Ａ、３２Ｂは、水平方向に並べて配設さ
れ、冷媒液面レベルが同一の設定値に達しているか否か
をオンオフ的に検出するものである。

また、制御装置３１には、警報器３６が接続され、後に
詳述するように前記第１．第２の液面センサ３２Ａ、３
２Ｂの検出結果が相違した時には警報器３６を作動させ
て、液面センサの異常を警報する一方、冷媒供給ポンプ
１７を作動させて冷却ジャケット２へ液相冷媒を強制的
に圧送供給して冷却ジャケット２内の液面レベルを上昇
させる制御を行うようになっている。

第３液面センサ３４はその検出レベルが第１１ｆｆ助冷
媒通路１Ｇ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、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いる。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４図〜第１３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ｒｃｌＨ内液面」と略記し
である。

第４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Ｓ’２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３５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Ｓ８の冷却ジ
ャケット２内冷媒液面レヘル制御を行う。

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５１０．　　Ｓｉｔ。

Ｓ１２においてコンデンサ内の液面レベルを増減制御す
る。これら３５〜ＳＬ２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１
３図に示す割り込み制ｊｌｌｌルーチンが実行される。

さらに、所定時間毎に第１４図に示す本発明に係るフェ
ールセーフ制御ルーチンが実行される。これら割込制御
ルーチンについては後述する。

空気排出制御 第６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、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ハタンク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Ｓ３５でクリアし、第７図に示す暖機制御
（Ｓ５）へ進む。

展皿皿里 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（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アタンク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、
従ワて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℃（＝α、）」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。

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
冷媒温度制御面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℃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内の液面やロアタンク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又は第
２液面センサ３２Ａ、３２Ｂ或いは第３液面センサ３４
の設定レベルを下回ったとき、即ち３４４においてＮＯ
のときには直ちにＳ４５で系内を書間してこの制御を終
了する。

尚、Ｓ４４において、過渡時には第１液面センサ３２Ａ
と第２液面センサ３２Ｂの検出結果が異なる時があるた
め、前記フェールセーフ制御時において−液面センサの
一方に異常があると判定された場合を除き、第１．第２
液面センサ３２Ａ、３２Ｂの検出結果が共に切り換わっ
た段階で初めてこの切り換わった検出結果に基づく制御
に切り換えるようにする。これは第９図に示す液面制御
時においても同様とする。

途Ｋ　’ｔＭμ℃匪皿 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８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内の液面を設定レベル以上に
保つ第４図３８の液面制御（第９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４図３１１のコン
デンサ内液位低下制御（第１１図）及び第４図３１２の
コンデンサ内液位上昇制御（第１２図）とに大別される
。

まず前述したように第７図に示す暖機制御において検出
温度が「設定温度＋２．０℃（＝α３）」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８図の５５２．　　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℃（＝α３）」を越えているので、直ちに第１１
図のコンデン内液位低下制御に入る。

（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３６１．　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℃（・α５）」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℃（・α、）」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内では冷媒が温蔵
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１１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ック制御（第
１０図）を行う。

即ち、冷却ジャケット２内液位低下が５７１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、一時コンデンサ３から冷却シ
ャケ・ノド２へ液相冷媒の補給を行って、第１又は第２
の液面センサ３２Ａ、３２Ｂの設定レベルに冷却ジャケ
ット２内液位を維持する。

若しＳ７１で冷却ジャケット内の冷媒液面低下が１０〜
２０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、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Ｓ７５で第
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のロアタンク
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アタンク１
３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液面センサ３２Ａ又は３２Ｂ
の設定レベルヘ復帰させる。

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、ロアタンク１３内の冷媒液面レベルを上昇する。

次に２０秒以上経過したらＳ７６へ進んでタイマ■“を
クリアし、再びＳ７１に戻ってその後１０秒以内は再び
Ｓ７２に進みコンデンサのロアタンク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
下防止を行いこれ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■
仝冷却が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。

尚、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３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、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４図ＳＩＯでコンデンサ３内の
液面が第３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４図３５
で示すファン制御による冷媒温度制御（第８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
温度制御（第９図）とを繰り返し行う。

（ファン制御） 第８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（＝α、
）」と「設定温度−０，５°Ｃ（＝α２）」との間（Ｓ
５２）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。

（冷却ジャケット内液面制御） 第９図に示すように、冷却ジャケット２内の液面が第１
．第２液面七ンサ３２Ａ、３２Ｂによって検出される設
定レベル以上となった場合には、これを５５５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１０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湯度が３９の下限温
度「設定温度−４，０°ｃ（＝α４）」を下回った場合
には、第１２図に示すコンデンサ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１７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９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゛媒辱人中に
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
バタンク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「設定品度−３，０℃（・α６）」の温度に上界
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（Ｓ　８８．　Ｓ　９１．　Ｓ　９２）。

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８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湯度を常に
「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側冷媒の沸騰の抑制、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。

キーオフ制御 次に第１３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と１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（Ｓ　１０３．　Ｓ　１０４し、系内
が十分低い温度（例えば８０°Ｃ以下）になる（Ｓ１０
ｉ）か、或いは一定時間（例えば６０ｓｅｃ）経過した
こと（Ｓ　１０６）を条件として電源をオフ゛（Ｓ１０
７）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２
４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４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マチわれる。

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５図で
３１６の判断で５１８〜５２１へ進み、予め５１５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．　Ｓ　１０６のソフ
トウェアタイマ■、■を５１８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。

フェールセーフ制′卸 次に、第１４図に基づき本発明に係るフェールセーフ制
御について説明する。

これは所定時間毎に割込処理され、まず５１１０におい
て、第１液面センサ３２Ａと、第２液面センサ３２Ｂと
の検出結果（オン、オフ状態）が同一であるか否かを判
定する。そして、検出結果が異なっている場合には、Ｓ
　１１１でこの異なった検出結果が所定回数Ｈ＠Ｖｉし
て行われたか否かを判定する。

５１１１の判定がＹＥＳの場合は、かかる状態が液面変
化の過渡状態によるものではなく、一方の液面センサの
異常によるものと判断し、その場合は液面レベルが設定
値以上にあるか否かを判定できないため、安全を見込ん
だフェールセーフ制御を行う。即ち、５１１２で液面セ
ンサに異常があることをメモリに記憶した後、５１１３
で第２電磁弁１７をＢ流路に切り換えると共に、冷媒供
給ポンプ４を駆動してリザーバタンク２１から冷却ジャ
ケット２内に強制的に液相冷媒を圧送供給し、冷却ジャ
ケット２内の冷媒液面レベルを上昇させ、か°つ、冷却
ファン１４を駆動して強制冷却する。さらに、５１１４
で警報器３６を作動させて液面センサの異常を表示等に
より警報する。

これにより、一方の液面センサが故障して冷却ジャケッ
ト２内の冷媒液面レベルが設定値を下回っているにも拘
わらず設定値以上あると誤検出した場合には、この検出
結果を採用することなく、冷却ジャケント２内の液面を
上昇させ、かつ、冷却ファン１４による冷却でオーバー
ヒートを確実に防止できると共に、警報器こより異常を
察知して故障した液面センサを修理ないし交換する等の
処理を施すことができる。

尚、一方の液面センサが故障して冷却ジャケット２内の
冷媒液面レベルが設定値以上あるのに設定値を下回って
いると誤検出した場合も、さらに冷却ジャケット２内の
液面レベルを上昇させる制御が行われることになり、沸
騰冷却制御性能を低下させることになるが、警報が発せ
られるため運転者が自覚して行うフェールセーフ運転時
間も短いので問題はない。

また、２つの液面センサ３２Ａ、３２Ｂが同時または掻
く短時間のうちに共に故障することは皆無に近（、従っ
て前記一方の液面センサの故障時に行うフェールセーフ
制御だけで冷却ジャケット２内の冷媒液面レベルが低位
に維持されることによるオーバーヒートを確実に防止で
きる。

（発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば冷却ジャケットに
水平に並べて２つ設けた液面センサの検出結果が異なっ
た時に冷却ジャケット内に液相冷媒を強制的に圧送供給
するようにしたから、冷却ジャケット内の冷媒液面レベ
ルが異常低下することを確実に防止してオーバーヒート
の発生を防止できるものであり、液面制御を行う高精度
の沸騰冷却装置における安全性を大幅に高めるものであ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の機能ブロック図、第２図は本発明の１
実施例を示す構成説明図、第３図は同上要部の拡大一部
所面図、第４図〜第１４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・・・冷却ジャケット　　３・
・・コンデンサ　　４・・・冷媒供給ポンプ　　１５・
・・冷媒循環通路　　３１・・・制御装置　　３２Ａ・
・・第１液面センサ　　３２Ｂ・・・第２液面センサ　
　３６・・・警報器特許出願人　　日産自動車株式会社 日本ラヂエーター株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 第５図 第６図 １７図 第８図 第１３図 第１４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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回路を備えると共に、前
   記冷却ジャケット内の冷媒液面レベルを検出する液面検
   出手段と、該液面検出手段からの信号に基づいて冷却ジ
   ャケット内の冷媒液面レベルを設定値近傍に保つように
   制御する手段とを備えた内燃機関の沸騰冷却装置におい
   て、前記液面検出手段は、冷媒液面レベルが同一の設定
   値に達しているか否かをオンオフ的に検出する２つの液
   面検出手段を水平に並べて設けられると共に、これら２
   つの液面検出手段が所定時間以上互いに異なる検出結果
   を示した時に冷却ジャケット内に強制的に液相冷媒を供
   給して冷媒液面レベルを上昇させるフェールセーフ手段
   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。