JPS62271924A - 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】 ３、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に貯留された液相冷
媒の沸騰気化潜熱を利用して冷却を行う内燃機関の那騰
冷却鯨置Ｃ関する。

従来の技術 自動車用機関等の冷却装置として、従前の水冷式冷却装
置（二代えて冷媒（冷却水）の沸騰・凝縮のサイクルを
伴う沸騰冷却装置が、例えば特公昭５７−５７６０８号
公報や特開昭５７−６２９１２号公報などに記載されて
いるが、これらは冷却水の自重５二よる自然循環的な方
法でウォータジャケット内の液面レベルが調節されるも
のであるため、安定した液面位置を確保することは期待
できず、高温部位の気相中への露出（二よる過熱の虞れ
があるなど、信頼性、安定性に乏しい。

これに対し、本出願人は冷媒供給ボンヲを用いてウォー
タジャケット内の冷媒液面を一定のレベル（二制御する
ようにし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、特開昭６０−２４３３
２１号公報等）。これはク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
を構成するととも（−１上記ウオータジヤケツトの基準
レベルに対応して液面センサを装着したもので、この基
準レベルまで液相冷媒（例えば水と不凍液の混合液）を
貯留しておいて、その沸騰気化により各部の冷却を行っ
ている。そして発生蒸気をコンデンサに導いて凝縮し、
コンデンサ下部に液相冷媒として回収した後、上記液面
センサの検出信号（二基づいてＯＮ・ＯＦＦ作動する冷
媒供給ポンプによって再度ウォータジャケット（二循壌
供給し、その冷媒ｇ面を上記基準レベルに維持する構成
となっている。このように冷媒供給ポンプを用いてウォ
ータジャケット内の冷媒液面を強制的に制御することに
より、負荷条件等が変化しても液面を確実（二基率レベ
ルに維持できることにな９、燃焼室壁等高温部位の露出
を防止し、かつクォータジャケット上部に適宜な蒸気空
間を確保して、安定した冷却性能を発揮できるのである
。

のである。

発明が解決しようとする問題点 上記の基準レベルは、高温部の壁温に余裕を与えるため
に、必要最小限なレベルよシも若干高く設定されている
が、この冷媒液面の高低は、蒸気流【二同伴して液相の
ままウォータジャケットから持ち出される冷媒液滴の持
ち出し量の大小に大きな影響を与える。

従って、例えば車両の傾斜や急旋回などによってウォー
タジャケット内の液相冷媒が片寄ると、冷媒の持ち出し
量が急激（−増加し、冷媒供給ポンプの稼動率が上昇す
る。そして、このポンプの稼動（−よる冷媒供給量の増
大によって、機関°が正常な姿勢（ユ戻ったとしてもウ
ォータジャケット内の冷媒液面が乱れ、その後髪の間、
持ち出し量が多い状態が続いてしまう。この結果、コン
デンサの放熱性能の低下を招いたシ、冷媒供給ポンプの
劣化を早めたシする虞れがあった。

問題点を解決するための手段 この発明に係る内燃機関の沸騰冷却装置は、ウォータジ
ャケット内の冷媒液面が基準レベルに達しているか否か
を検出する液面検出手段と、この液面検出手段の検出に
基づき、冷媒液面が基準レベル１ユ保たれるように、コ
ンデンサで凝縮した液相冷媒を上記９オータジヤケツＨ
二供給する冷媒供給ポンプと、この冷媒供給ポンプ≦二
よるウォータジャケットへの冷媒供給量を検出する流量
検出手段と、この冷媒供７Ｉ＠童が過大であるとき（二
上記基準レベルを低い位置（二設定する基準レベル設定
手段とを備えて構成されている。

作用 車両の傾斜や急旋回などに起因して冷媒持ち出し量が増
大すると、冷媒液面を基準レベル５二保っように冷媒供
給ポンプによる冷媒供給量も急激ｆ：増大する。従って
、この場合には基準レベルが通常よシも低い位［＋二設
定される。

冷媒持ち出し量は、冷媒液面の高低イニ大きく影響され
るので、基準レベルを低下させることによって冷媒持ち
出し量は速やかに低減する。尚、このように冷媒持ち出
し量が多い状況では、ウォータジャケット上部の蒸気空
間内が液相冷媒を多く含む二相流状態となっておシ、ウ
ォータジャケット壁面を十分子二濡らすので、冷媒液面
を低くしても冷却性能は低下しない。

実施例 第１図はこの発明に係る沸騰冷却装置の一実施例を示す
もので、図Ｃ：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、４は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
よび燃焼室の外周部を包囲するよう（ニジリンダブロッ
ク５およびシリンダヘッド６の両者に亘って形成された
もので、通常気相空間となる上部が各気筒で互いｆ二連
通しているとともに、その上部の適宜な位置に複数の蒸
気比ロアが設けられている。この蒸気比ロアは、気液分
離機能を持ツ蒸気マニホルド８によって互いに集合され
た上で、蒸気通路９を介してコンデンサ３の上部人口３
ａ＋二連通している。尚、１０は気液分離によ）捕捉し
た液相冷媒をウォータジャケット２Ｌ−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［＋
−１液面検出手段として液相冷媒の有無を検出するｆ５
１液面センサ１１が配設されているとともに、これより
１〜２ｔｍ程度低い位置（−同様に液相冷媒の有無を検
出する第２液面センサ１２が配設されている。また１３
はウォータジャケット２内の冷媒温度を検出する第１温
度センサである。

コンデンサ３は、上記人口３ａを有するアッパタンク１
４と、上下刃向（二沿った微細なチューブを主体とした
コア部１５と、このコア部１５で凝縮された液相冷媒を
一時貯留するロアタンク１６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１７が臨設されている。この冷却ファン１７
は、ロアタンク１６（二配設した第２温度セン＋１８ζ
二基づきＯＮ・ＯＦ　Ｆ　ｍｌＪ御されるもので、ロア
タンク１Ｂ内の液相冷媒の過冷却度が小さくなったとき
、例えば９０℃以上となったときに作動する構成となっ
ている。

２１は、上記シリンダヘッド６よシやや低い程度の高さ
位置に配設されたリザーバタンクであって、これは、通
気機能を有するキャップ２２によって上部空間が大気に
開放されているとともに、第１冷媒循環通路２３を介し
てロアタンク１６１−接続され、かつ冷媒供給ポンプ４
が介装された第２冷媒循環通路２４を介してウォータジ
ャケット２下部番−接就されている。上記第２冷媒循環
通路２４には、ウォータジャケット２からリザーバタン
ク２１への逆流を阻止する逆止弁２５が配設されている
とともに、この逆止弁２５と冷媒供給ポンプ４との間（
：、流量検出手段として流量センナ２Ｂが配設されてい
る。この流量センナ２Ｂとしては、例えばオリフィスの
前後差圧をダイ゛ヤフラム式差三センチで検出する構成
のものや、°゛渦式流量計などが用いられる。

尚、２７は急速暖機のための冷媒排出を司る冷媒排出用
通路、２日は低温時（二開弁する電磁弁、２９は同じく
急速暖機のための空気導入を司る空気導入用通路、３０
は単室暖房用ヒータコア、３１はヒータ用ポンプ、３２
は冷媒混合用通路、３３は低温時（二上記空気導入用通
路２９を、高温時に上記冷媒混合用通路３２を夫々蒸気
マニホルド８に連通させる三方型電磁弁である。また３
４は、所謂マイクロコンピュータを用いた制御装置であ
シ、所定のプログラムｆ二従って冷媒供給ポンプ４等の
制御を行っている。

次Ｃ；上記のように構成された沸騰冷却装置の作動につ
いて説明する。

第１図はクォータジャケット２内で既に冷媒の沸騰が生
じている状態を示している。このとき、電磁弁２８は閉
じておシ、また電磁弁３３は「流路Ｂ」の状態となって
いる。そして、通常の運転状態においては、ウォータジ
ャケット２内の冷媒液面が第１液面センチ１１の検出レ
ベル近傍に位置し、これより上部が蒸気空間となってい
る。このような状態で、冷媒の沸騰によって内燃機関１
の各部が冷却されるとともに、発生した冷媒蒸気は、コ
ンデンサ３にで凝縮され、ロアタンク１６更３二はリザ
ーバタンク２１に回収される。そして、沸騰によりウォ
ータジャケット２内の冷媒液面が低下したら、冷媒供給
ポンプ４の間欠的な作動（−よって、リザーバタンク２
１からウォータジャケット２へ液相冷媒が補給されるの
である。

ここで冷媒供給ポンプ４は、第２図に示すフローチャー
ト（−従って制御される。すなわち、この実施例を二お
いては、液面制御の基準レベルとして、高位にある第１
ｇ面センナ１１の検出レベルもしくは低位にある第２液
面センサ１２の検出レベルの何れかが選択されるのであ
るが、八本的には、第１液面七ンサ１１の検出レベルを
基準レベルとして制御が開始する（ステップ１）。そし
て、ステップ２で、冷媒液面がこの基準レベルに達して
いるか否か判断され、冷媒供給ポンプ４がＯＮ・ＯＦＦ
制御される（ステップ３．Ｂ）。また、冷媒供給ポンプ
４がＯＮ乍作動ると同時番−１Ｒｆｋセンチ２Ｂによっ
て冷媒の循環流量ｑの測定が開始され、（ステップ４１
）、冷媒供給ポンプ４のＯＮ時間の間、流ｉｑを積分し
て供給量Ｑが求められる（ステップ４２）。

ウォータジャケット２から冷媒液滴が液相のまま多ｆに
持ち出されなければ、冷媒蒸気としてウォータジャケッ
ト２からコンデンサ３へ移動する冷媒量は比較的少ない
ので、供給ｆｉＱがステップ５の設定値を越えない前に
冷媒液面が基準レベル堪二復帰する。従って、この状態
では基準レベルを比較的高位（二保ったまま運転が継続
される。

一方、高速高負荷時（−内燃機関１が＃１＠したシして
液相冷媒の持ち出し量が増大すると、供給量Ｑも増大し
、ステップ５の設定値を越える。この場合ｉ二は、基準
レベルとして低位にある第２液面センｆ１２の検出レベ
ルが選択され（ステップ７）、この基準レベル慝；冷媒
敢面を保つようｔ二冷媒供給ポンプ４が０Ｎ−ＯＦＦ制
御される（ステップ８゜９．１２）。従って、ウォータ
ジャケット２内の冷媒液面は速やか（二低下し、液相冷
媒の持ち出し量が低減する。また、この結果、？？媒供
給ポンプ４による冷媒供給量Ｑがステップ１１の設定値
以下を二低下したら、再び基準レベルが高位の第１液面
センｆ１１の検出レベル（二復帰する。

尚、この実施例では流量センチ２６を用いて供給ｉＱを
求めているが、冷媒供給ポンプ４を一定電圧で駆動すれ
ば概ね一定流量となるので、構成の簡易化を図るため（
二、冷媒供給ポンプ４のＯＮ時間のみで供給ｊｋＱを求
めることもできる。勿論、実際（ユ流量センチ２６で流
量ｑを測定すれば、冷媒温度その他の影響を排除できる
。

また、上記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２
に戻される形となっている−が、コンデンサ３のロアタ
ンク１６から直接ウォータジャケット２に供給する構成
としても良い。

また上記のようＣ；単（二上下２段階に基準レベルを変
化させるものに限られず、例えば基準レベルを冷媒供給
量の大小に応じて°連続的【二変化させることも可能で
ある。

発明の効果 以上の説明で明らかなようτ：、この発明（二よれば、
車両の傾斜や急旋回などに起因した冷媒の持ち出し量の
増大を速やかに抑制することができ、液相冷媒の流入に
伴うコンデンサの放熱性能の低下や冷媒供給ポンプの早
期劣化を防止できる。また、冷媒供給ポンプとして、従
来のものよりも小容量のポンプを使用することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明５二係る沸騰冷却装置の一実施例を示
す構成説明図、第２図（Ａ）　、　ｆＢ）はこの実施例
における制御の要部を示すフローチャートである。 １・・・内ｆＡ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・・
・ｍ１２面センチ、１２・・・第２液面センチ、２１・
・・リザーバタンク、２Ｂ・・・流量センナ、３４・・
・制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部に蒸気出口を有し、かつ内部に液相冷媒が貯
   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、かつ下部に凝縮した
   液相冷媒が集められるコンデンサと、上記ウォータジャ
   ケット内の冷媒液面が基準レベルに達しているか否かを
   検出する液面検出手段と、この液面検出手段の検出に基
   づき、冷媒液面が基準レベルに保たれるように、上記コ
   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
   に供給する冷媒供給ポンプと、この冷媒供給ポンプによ
   るウォータジャケットへの冷媒供給量を検出する流量検
   出手段と、この冷媒供給量が過大であるときに上記基準
   レベルを低い位置に設定する基準レベル設定手段とを備
   えてなる内燃機関の沸騰冷却装置。