JPS62223409A - 内燃機関の沸騰冷却装置 - 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】 産業上の利用分野 この発明は、ウォータジャケット内の所定レベルまで液
相冷媒を貯留しておき、その沸騰気化により内燃機関各
部の冷却を行う内燃機関の沸騰冷却装置に関し、特ｌ二
大気開放したリザーバタンクを介して系内圧力を略大気
圧に保つよう番ニジた形式の沸騰冷却装置の改良ζ；関
する。

従来の技術 本出願人は、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閉ループ状の冷媒循環系を形成
し、ウォータジャケットで発生した冷媒蒸気をコンデン
４）−ｌ二導いて凝縮させた後、液面センチの検出Ｃ二
基づく冷媒供給ポンプの作動シ；よって８反ウォータジ
ャケットへ補給するようｃ　ｌ、た沸騰冷却装置を種々
提案している（例えば特開昭６０−３６７１２号公報、
特開昭６０−３６７１５号公報等）。このものでは、コ
ンデンサを強制冷却する冷却ファンとして電動式ファン
を用い、クォータジャケン）−二設けた温度センチに基
づいて強制冷却風を調節することで系内温度を制御して
いる。

また本出願人は、複雑な温度制御等を行わずに非常Ｃ二
部素化したものとして、大気開放型の沸騰ンデンサロア
タンクとを常時連通状態とし、コンデンサやウォータジ
ャケット等からなる系内を略大気圧に保つようにしたも
のであシ、リザーバタンクとコンデンサの間で液相冷媒
が自山口移動できるので、コンデンサの放熱量と機関発
熱型とが平衡するようにコンデンサ内の液面位置が自然
に上下動しつつ系内温度を略一定に保つことができるの
である。そして、車両走行風が少ない渋滞走行時や高負
荷時の凝縮性能を確保するために、やはシミ動式冷却フ
ァンを設けてあシ、コンデンサ（−おける冷媒の過冷却
度が小さくなったとき、具体的（−はコンデンサロアタ
ンクに配設した温度センチの検出温度が所定の温度を越
えたときに冷却ファンを作動させて、コンデンサに強制
冷却風を与える構成となっている。

発明が解決しようとする問題点 しかし、上記のような大気開放型の沸騰冷却装置では、
ウォータジャケント内部の冷媒沸点が大気圧によって左
右されるので、単にロアタンク内の冷媒ｉｉ度のみでは
、コンデンサにおける冷媒の過冷却度を正確ζ二検出す
ることができない。従って、低気圧時や高地での走行を
考慮すると、冷却ファンの作動温度を比較的低温（例え
ば常圧下での沸点が１０５℃程度のエチレングリコール
水溶液で８５℃〜８０℃程度）に設定せざるを得す、こ
の結果、通常の状態では必要以上に冷却ファンの稼動率
が大となシ、消費電力やファン騒音が大きいという不具
合がある。

問題点を解決するための手段 この発明は、上記の問題点を解決するために、リザーバ
タンクを介して系内圧力な略大気圧に保つようにした沸
騰冷却装置において、ウォータジャケット内の冷媒温度
を検出する第１温度センチと、コンデンサロアタンク内
の冷媒温度を検出する第２７１１ｉｌｉ１度センチと、
コンデンサに臨設され、かつ両温度センチの検出温度の
温度差が所定値以下のときに作動する冷却ファンとを備
えて構成されている。

作　　用 上記の沸騰冷却装置では、コンデンサやウォータジャケ
ット等の内部の圧力が略大気圧（；保たれ、格別な温度
制御を要さず（＝機関温度が安定的に維持される。ここ
で、コンデンサの最大放熱面積には相当な余裕を与えで
あるので、通常はコンデンサ内の冷媒液面が比較的高く
位置し、凝縮した液相冷媒が更を１過冷却した状態で貯
えられる。そのため、両過度センサの温度差は十分に大
きく、冷却ファンは作動しない。一方、渋滞走行時や高
負荷時などコンデンサの放熱量が機関発熱量：二対し相
対的に小さくなると、コンデンサ内の冷媒液面は低下し
、過冷却度が小さくなる。そして、両温度センサの温度
差が所定値よシも小さくなると冷却ファンが作動し、コ
ンデンサを強制冷却するのである。

実施例 第１図はこの発明に係る部将冷却装置の一実施例を示す
もので、同図において、１はウォータジャケット２を備
えてなる内燃機関、３は気相冷媒を凝縮するためのコン
デンサ、４Ｆｉ電動式の冷媒供給ポンプを夫々示してい
る。

上記ウォータジャケット２は、内燃機関１のシリンダお
よび燃焼屋の外周部を包囲するよう１ニジリンダブロツ
ク５およびシリンダヘッド６の両者Ｃ１亘って形成され
たもので、通常気相空間となる上部が谷気筒で互いＣ二
連通しているとともＣ二、その上部の適宜な位置（；複
数の蒸気比ロアが設けられている。この蒸気出口１は、
気液分離機能を持つ蒸気マニホルド８−よって互い（−
集合された上で、蒸気通路９を介してコンデンサ３の上
部入ロ３ｍｌ二連通している。尚、１０は、気液分離に
よシ捕捉した液相冷媒をウォータジャケット２に戻す冷
媒回収通路である。また上記ウォータジャケット２の所
定レベル、具体的にはシリンダヘッドＢ側の略中間の高
さ位置に、液相冷媒の有無によってＯＮ・ＯＦＦ信号を
発する例えばリードスイッチを用いたフロート式液面セ
ンｆ１１が配設されておシ、かつこれよシ下方つまり通
常液相冷媒中に没する位置に、サーミスタ等からなる第
１温度七ンｆ１２が配設されている。

コンデンサ３は、上記入口３ａを有するアッパタンク１
３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１４と、このコア部１４で凝縮された液相冷媒を一
時貯留するロアタンク１５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Ｃ；設置さ
れ、更に七の前面あるいは背面に、強制冷却用の電動式
冷却ファン１６が臨設されている。また上記ロアタンク
１５１−は、その内部の冷却温度を検出するサーミスタ
等からなる第２温度センサ１７が配設されている。

２１は、上記液面センサ１１の設定レベルと略等しい高
さ位置に配設されたリザーバタンクであって、これはキ
ャップ２２の大気連通孔２２ａを介して上部孕間が大気
に開放されているとともに、第１冷媒盾項通路２３を介
してロアタンク１５（−接続され、かつ冷媒供給ポンプ
４が介装された第２冷媒循壊通路２４を介してウォータ
ジャケット２に接幌されている。尚、２５はウォータジ
ャケット２からリザーバタンク２１への冷媒の逆流を阻
止する逆上弁である。

２６は、冷媒供給ポンプ４および冷却ファン１Ｂの制御
を町る「６１ｊ呻装置であって、これは所謂マイクロコ
ンピュータからなシ、後述するような所定のプログラム
に従って一連の制御を行っている。

次に、第２図は上記制御装置２６によって実行される′
制御卸の内容を示すフローチャートであって、以下、こ
のフローチャートを参照して上記のように構成された沸
騰冷却装置の作動を説明する。

先ず機関の停止状態ｆ二おいては、ウォータジャケット
２やコンデンサ３の内部が液相冷媒（例えばエチレング
リコール水溶液等）で満たされてお９、かつリザーバタ
ンク２１には多少の液相冷媒が残存している。この状態
で機関が始動すると、ウォータジャケット２内の冷媒は
滞留状態にあるので、速や７：）１二温度上昇し、やが
て沸騰が始まる。

ここで、始動直後は当然のことながら第１諷度センサ１
２の検出温度ＴＩと第２暦度センサ１７の検出温度Ｔｏ
との温度差（Ｔ’ｉ　−Ｔｏ　）は小さいが、ウォータ
ジャケット２内冷媒温度ＴＥが８０″Ｃ以上となるまで
は、温度差の大小に拘らず冷却ファン１６はＯＦＦ状態
に保たれる（ステップ２，５）。

Ｓ牌が始まると、発生蒸気圧によって系内の圧力が高マ
ク、コンデンサ３のロアタンク１５．からリザーバタン
ク２１に余剰冷媒が徐々に押し出されて、ウォータジャ
ケット２の上部ならび蓄二コンデンサ３の上部に気相冷
媒領域が拡大して行く。そして沸騰によりウォータジャ
ケット２内の冷媒液面が液面センチ１１の設定レベル以
下（−低下すると、ステップ７〜９の制、１１１によっ
て冷媒供給ポンプ４が間欠的を二作動し、リザーバタン
ク２１からウォータジャケット２へ液相冷媒を補給する
。この結果、ウォータジャケット２内の冷媒液面ｔま、
以後機関停止に至るまで略一定幅；保たれる。

尚、この実施例ではコンデンサ３で凝縮した液相冷媒が
リザーバタンク２１を経由してウォータジャケット２Ｌ
−戻される形となっているが、コンデンサ３のロアタン
ク１５から直接クォータジャケット２１−供給する構成
としても艮い。

またコンデンｆ３の上部に気相冷媒領域が拡大するに従
ってコンデンサ３の放熱能力が増大するので、この放熱
能力と機関発熱量とが平衡した位ｔＲ＋：コンデンサ３
の液面位置が定まる。つまシ機関の負荷や車両走行風な
どｆ１応じてコンデン−９−３の液面位置が自然≦１上
下動しつつ機関畠度を略一定Ｃ；保つ。尚、ウォータジ
ャケット２等の内部の圧力はリザーバタンク２１を介し
て略大気圧に保たれるので、機関温度は概ね大気圧下で
の冷媒沸点となる。

ここでコンデンサ３の最大放熱面積は十分な余裕を見込
んで設定しであるので、ある程度の車両走行風が与えら
れる状況であれば、コンデンサ３の液面位置は比較的高
く保たれ、コンデンサ３での過冷却度が十分に大きい。

従って、冷却ファン１６ｉ−％１：依存せずＣ；冷媒の
沸騰・凝縮サイクルを利用した冷却が行われる（ステッ
プ６）。

これＣ二対し、高負荷時や渋滞走行時のようにコンデン
？３の放熱盆が機関発熱量を下廻ると、コンデンサ３内
の液面位置が自然に低下し、過冷却度が小さくなる。そ
して、温度差（Ｔｇ　　Ｔｏ）が８℃以下となったら、
冷却ファン１６が作動開始し、コンデンサ３を強制冷却
する（ステップ３，４）。

この冷却ファン１６の作動は、温度差（ＴＥ−Ｔｏ）が
１０℃にまで拡大したら停止する（ステップ３，６）。

沸騰状態では、ウォータジャケット２内の第１温度七ン
チ１２は冷媒沸点を示すので、上記のよう（一温度差（
ＴＥＴＯ）ｌ二基づいて冷却ファン１６を制御すれば、
大気圧の変動やエチレングリコール濃度の変動などで冷
媒沸点が変化しても、極めて適切に強制冷却風を与える
ことができる。従って、コンデンサ３内の冷媒液面が過
度≦；低下して冷媒蒸気がリザーバタンク２１に噴出し
たシ、逆；ユ不必要に冷却ファン１６の稼動率が高まる
ことがない。

また機関停止後は一定時間（例えば３０秒間）上述した
ｒｌｌＪ御が継続され、機関停止後の過熱を防止してい
る（ステップ１０〜１２）ｏそして、一定時間後に電妹
がＯＦＦとなシ、一連の制御が終了する。また温度低下
に伴い、ウォータジャケット２やコンデンサ３の内部は
最終的に液相冷媒で満たされた状態となる。

発明の効果 以上の説明で明らかなようＣ二、この発明Ｃ１係る内燃
機関の沸騰冷却装置によれば、リザーバタンクを介して
系内圧力な略大気圧に保つようにしたものにおいて、冷
却ファンＣ二よってコンデンサを極めて適切に強制冷却
することができ、例えば高地などで冷媒沸点が低下して
もリザーバタンクへの冷媒蒸気の噴出を確実Ｃ二回避で
きるとともに、冷却ファンの稼動率を必要最少限のもの
とすることができる。

【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
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・・・クォータジャケット、３・
・・コンデンサ、４・・・冷媒供給ポンプ、１１・・・
液面センサ、１２・・・第１温度センチ、１５・・・ロ
アタンク、１６・・・冷却ファン、１７・・・第２温度
センチ、２１・・・リザーバタンク、２２ａ・・・大気
連通孔、２６・・・制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）所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、このウォータジャケットで発生した冷媒蒸
   気が導入され、かつロアタンクに凝縮した液相冷媒が貯
   留されるコンデンサと、このコンデンサで凝縮した液相
   冷媒を上記ウォータジャケットに補給する冷媒供給ポン
   プと、上記ロアタンクに常時連通し、かつ大気に開放さ
   れたリザーバタンクと、上記ウォータジャケット円の冷
   媒温度を検出する第１温度センサと、上記ロアタンク内
   の冷媒温度を検出する第２温度センサと、上記コンデン
   サに臨設され、かつ両温度センチの検出温度の温度差が
   所定値以下のときに作動する冷却ファンとを備えてなる
   内燃機関の沸騰冷却装置。