JPS62291419A - 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】 λ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ＩＣより内ｌｅ機
関各部の冷却を行うとともに、発生し九冷謀蒸気乞コン
デンサにより凝縮し１再度ウォータジャケットへ供給す
る。ｉｎ’ｌにし九内覇（表門の沸ｍ冷却装置に関する
。

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χ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九冷媒蒸気ンコンデン
サに導い工畳縮させ几後。

液面センサの検出に基づく冷、′４供給ポンプの作動に
工つ″′Ｃ再度クォータジャケットへ供給するようにし
た１弗（冷却装輩乞種々提案している（例えば特開昭６
ｏ−３６７ｘｚ−＋＋公公報付特開昭６０−３６７１５
号公報）、このｙ＠騰冷却装置におい１は、流水式の冷
却装置と異なりウォータジャケット内に液相冷媒が滞溜
し念状態で燃焼熱を受けるので、暖機に要する時間！短
縮できることが利点の一つとなっている。

そして本出願人は、更に一層の急速暖機ｙ！−実現する
ために、づ襞間停止中ウォータジャケット内の冷媒液面
を低位に保っておき、そのままの状態で暖機運転を行わ
せるようにし′ｆｉ：、沸騰冷却装置χ先に提案してい
る（ｔ￥ｌ願昭５９−１００１５８号）。

発明が解決しようとする問題点 しかし、上記のよ、うに機関停止中ウォータジャケット
内の冷媒液面を下げて上部に空気を導入した状態にして
おくと、ウォータジャケット内１面等が長期間空気に晒
らされることになり、各部の酸化、腐食を招く虞ｎがあ
る。

この考案は、機関停止中はクォータジャケット内を液相
冷媒で満たした状態とし、始動時に速やかに冷媒液面χ
低下させて、擁速暖機を実現しようとするものであり、
特に、その際の冷媒液面の立１１ン、別ｔｄＫ液面セン
サを設は次すせずに機械的な手段で所定位置に規定しよ
うとてるものである。

問題点を解決する念めの手段 この発明に係る内燃機関の沸騰冷却装置は、機関停止中
ば液相冷媒で満たさｒＬ念状態となり、かつ沸騰後は液
面センナにて規定される所定レベルまで液相冷媒が貯留
されるクォータジャケットと、このウォータジャケット
に蒸気通路を介して接続さｒＬ比コンデンサと、このコ
ンデンサで凝縮しｔ液相冷媒ケ上記クォータジャケット
へ補給する冷媒供給ポンプと、比較的低位に位置し、か
つ沸騰開始に伴い余剰となった液相冷ｌ５ｙｊ！：収容
する大気開放されたリザーバタンクと、上記クォータジ
ャケットの上部に一端が接続さｎ、かつ他端が上記リザ
ーバタンク内に突出して所定の扁さに開口し次空気導入
用通路と、上記ウォータジャケットとリザーバタンクと
を連通する冷媒排出用通路と、上記ウォータジャケット
内の冷媒温度χ検出する温度検出手段と、上記空気導入
用通路および１′？媒掛吊掛出用の少くとも一方に配役
さｎｂかつ所定の冷間始動時に開作動する開閉弁とｔ備
えて溝底されている。

作用 機関停止中は開閉弁が閉じており、かつクォータジャケ
ット内は液相冷媒で満たさｎている。

機関が始動すると、冷媒温度が所定温度以下である場会
には、開閉弁が開作動する。その念め、クォータジャケ
ット内の液相冷媒は水頭差によって強制的にリザーバタ
ンクに排出され、クォータジャケット内の冷媒液面が速
やかに低下するとともに、ウォータジャケット上部に空
気が導入される。そして、リザーバタンク内の冷媒液面
が空気導入用通路の先端開口に達すると、ウォータジャ
ケット内への空気導入が通断されるので、略その位置で
ウォータジャケット内の液相冷媒とリザーバタンク内の
液相冷媒とが圧力的に釣り合い、冷媒排出が停止する０
丁なわち、予め液相冷媒全体の量ン所定量に保っておけ
ば、リザーバタンクの取付位置が多少上下に異なってい
ても、ウォータジャケット内の液面位１ＩＪｔ、は所定
位置に定まる。従って、クォータジャケット内に保有す
る冷媒量χ少なくシ、かつ上部を空気で断熱した状態で
暖機運転がなされる。

実施例 ＠１図はこの発明に係る沸ｍ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は気相冷媒ヲ凝縮するｔめのコン
デンサ、４は正逆両方向へ液相冷媒？送給可能な冷媒供
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ｍｔ包囲するようにシリンダブロック
５およびシリンダヘッド６０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に連通し
ているとともに、その上部の適宜な位置に複数の蒸気量
ロアが設けらｎている。この蒸気量ロアは、気液分離機
能？持ツ蒸気マニホルド８によって互いに集合さｒ′Ｌ
友上で、蒸気２ａ路９ン弁してコンデンサ３の上部人口
３ａに連通し工いる。尚、１０は気液分離により捕災し
九夜相冷媒ｔウォータジャケット２に戻丁冷媒回収通路
である。ま几上記蒸気マニホルド８の土壁面には％９気
導入用通路１１の一端が接伐さｎており、その通路中に
、開閉弁とし７て三方型の第１を磁弁１２が介装さｎて
いる。そ（−て、上記ウオータジーヤケット２０所定レ
ベル、具体的にはシリンダヘッド６側の略中開の１沌さ
泣ｌｆに、液相冷媒の有無１ｃよってＯＮ・ＯＦＦ借号
Ｙ発する例えばリードスイッチを用い次フロート式液面
センサ１３が配設さｎており、かつこ几より下方つまり
通常液相冷媒中（Ｃ没する位ＩＬに、サーミスタ等から
なる第１源度センサ１４が配設さｆしている。

ま念１５は上記ウォータジャケット２にヒータ用通路１
６を介して接続さｒｂた車室暖房用のヒータコアであり
、その下流側に、図示せぬヒータスイッチに連動し工作
！ｔｉｌｆるヒータ用ポンプ１７が投げらｎ″′Ｃいろ
。１８は、不凍液成分濃度の均等化を図ろ九めに投げら
ｎ、＋、冷媒混合用通路で）〕って、こｔ１．．は苓熾
がヒータ用通路１６のヒータ用ポンプ１７吐出側から分
岐形成さｎｌかつ先端が上記第１１磁仲１２を弁じて蒸
気マニホルド８内と連通可能となっている。上記第１電
磁弁１２）工、非励磁状態では、９気溝入用通路１１ケ
鵡断して冷媒混合用通路１８が蒸気マニホルド８円と連
通する「流路Ａ」となり、励磁状態では冷媒混合用ル路
３８乞鳩断して空気導入用通路１１が蒸気マニホルド８
１７３と連通する「流路Ｂ」に切換わる構成どなつ℃い
る。尚、１ｇはオリフィスである。

コンデンサ３は、上記人口３ａｘ有するアッパタンク２
０と、上下方向に沿った倣細なチューブＹ主体としたコ
ア部２１と、このコア部２１で凝縮された液相冷媒？一
時貯留するロアタンク２２とから構成さｒｔ几もので２
例えば重両前部など１画定行風を受ゆ得る位［釘ｌｌ′
ｒ設瀘さｎ、更にその前面あるいは背面１ｃ、強制冷却
用の電動式耐却ファン２３が謀設さｒＬ′１：いろ。ま
た上記ロアタンク２２には、その内部の冷媒温度？構出
するサーミスタ等からなる第２＠度センサ２４が配設さ
ｎている。

２５は、上記液面センサ１３の設定レベルよりも低位と
なる位置に配設さオを几リザーバタンクであって、こγ
しは通気機能ゲ有するキャップ２６乞弁して上部空間が
大気に開放さｎているととも足、第１冷媒循遣通路２７
をＲＩ、てロアタンク２２に接続さｎｌかつ冷媒供給ポ
ンプ４が（ｒ装さｎ元第２冷媒循環通路２８を升してウ
ォータジャケット下部に接、続さｎている。尚、２９は
ウォータジャケット２からリザーバタンク２５へ・の水
ｉ３！差による逆流を阻止する逆上弁である。【へこの
リザーバタンク２！５１′ｊ：、急速暖機のための冷媒
排出？司る冷′＆排出用通路３０暑弁し１ウオ一タジヤ
ケツト２下部に接続さｎており、その通路中には、開閉
弁として常開型の第２を磁弁３１が介装さｎている。ま
た上述し九々気導入用〕恵路１１０他端が上記リザーバ
タンク２５の上面から該リザーバタンク２５内に突出し
て配役さしており、先端開口１１ａがリザーバタンクｚ
５の所定高さ［立崖している。詳しくＩ″Ｌ１この開口
１１ａより下方の容積が、ウォータジャケット２の液面
センサ１３の設定レベルより上方の空１」容積と略浄し
ぐなるよ”５ｖＣ，、七の開口２５　ａ　Ｉｆ）高さが
設定さしている。

３２（工、冷媒供給ポンプ４−や谷電磁弁１２．ＩＬ等
の制蜀χ司る１ｌｌｌＪ頒装崖であって、こｎ（工所Ｊ
内マイクロコンピュータからなり、後述でるような所定
のプログラムに従って一連の制御火付っている。

ま几３３は、冷媒の不足を運転者に報知する定めの警報
ランプ％　３４は運転者に冷媒の注入を促″［とともに
注入可能な状態であること欠示す生水ランプである。

次に％第３図、第４図は上記制御製雪３２によつ′″Ｃ
Ｃ実行れろ別個の内容Ｚ示すフローチャートであって、
以下、このフローチャートン３照して上記のように構成
されたｌ弗女今月」装［直の作仰７説明する。

先ず機関の停止状５爬においては、第１図に示−［工う
に、ウォータジャケット２やコンデンサ３の内’ｆｉｂ
が液相冷媒（例えばエチレングリコール水溶液）で満た
さＲＣおり、かつリザーバタンク２５に、は嘱〈僅かの
液（Ｄ冷媒が残存し℃いろ。１尚、４源がＯＦＦ状、盃
にあるので、第１屯（ｌｆｌ−１Ｐ１２は「流路Ａ」と
なり、第２電磁升３１は開いている。

この状、椹テイグニッションスイッチがＯＮとなり機関
が始動すると、暖機再始動の場合つまりウォータジャケ
ット２円冷媒温度Ｔ［が４ｓ℃以上（ステップ３）の場
合の除き、急速暖機のために第１電磁弁１２（フローチ
ャートでは「電磁弁■」と記す）が「流路Ｂ」に切換え
らｎｌかつ第２を磁弁３１（同じく「電磁弁■」と紀丁
）が開かｎる（ステップ４）、従ってウォータジャケッ
ト２内の液相冷媒が水頭差によって余々にリザーバタン
ク２５に排出され、かつクォータジャケット２上邪には
空気が導入される。そして、リザーバタンク２５内の冷
媒液面が徐々に上昇して空気導入用通路１１の先端開口
１１ａに達すると、クォータジャケット２内部への９気
導入が遮断される。

従って、以後はウォータジャケット２内の冷媒液面の低
下に伴ってウォータジャケット２上部空間の圧力が低下
しようとする之め、ウォータジャケット２円冷媒液面が
、それから僅かに低下し念状態において、リザーバタン
ク２５Ｖ３の液相冷媒とウォータジャケット２内の液相
冷媒とが圧力的に釣り合い、冷媒の移動は停止する。こ
のとき、装置全体に注入されている冷媒量が規定量であ
れば、ウォータジャケット２内の冷媒液面は第２図に示
すように液面センサ１３の設定レベル−よりも僅かに上
方に位置することになる（ステップ５）。

上記のように冷媒液面を所定レベルまで低下させること
によって、暖機運転中にウォータジャケラ）２ＦＦ３に
保有する冷媒量が少なくなり、かつ上部を空気で断熱し
念状態となる。従って１機関の温度は急速に上昇し、冷
媒温度Ｔｇが４５℃に達したところで第ｚＨ磁弁３１が
閉じる（ステップ１１）とともに、更に８５℃に達した
ところで第１［磁弁１２が「流路人」となり（ステップ
１３）、その後冷媒の沸騰が始まる。このとき、クォー
タジャケット２内部に残存していた空気は、発生する冷
媒蒸気に押されてコンデンサ３の下方に集めらし１更に
第１冷媒循環通路２７Ｙ通してリザーバタンク２５に押
し出される。また、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サ１３の設定レベル以下に低下す
ると、ステップ２０〜２３０ｉｔ！ＩＩ御によって冷媒
供給ポンプ４が間欠的に作動し、リザーバタンク２５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内の冷媒液面は、以後機関停
止に至るまで略一定に保たｎる。尚、長時間の運転で不
凍液成分の１在が生じ、クォータジャケット２１７３の
温度Ｔｇつまり略大気圧下での沸点が過度に上昇し九場
せにも、その烏在′ｌｋ：緩和丁べく冷媒供給ポンプ４
が作動する（ステップ２１）４ま次コンデンサ３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放熱量とが平
置し九位置にコンデンサ３の液面位置が定まる。つまり
機関の負荷や車両走行風等に応じてコンデンサ３の液面
位置が自然に上下動しつつ機関温度な略一定に保つ。尚
、クォータジャケット２等の内部の圧力はリザーバタン
ク２５’Ｙ弁して略大気圧に保定ｎるので１１機関温度
は概ね大気圧下での冷媒沸点となる。そして、液面位置
が相当に低下して過冷却度が小さくなると、具体的には
ウォータジャケット２内の冷媒＠　１１　Ｔ　Ｅとコン
デンサロアタンク２２内の冷媒温度Ｔ０との温度差（Ｔ
ｇ−Ｔ、’ｌが１０℃以下となると、ステップ１６〜１
８の制御によって冷却ファン２２がＯＮ・０ＦＦ１１制
御さｎ１コンデンサ３を強制冷却する。

このようにして％冷媒の沸騰・凝縮サイクルを利用し北
冷却が行わｎるのであるが、冬季などにヒータ用ポンプ
１）が作動すれば、ｌｖ媒混合用通路１８を通してウォ
ータジャケット２側からコンデンサ３側へ少量の液相冷
媒が送り込まし１不凍液底分の１在が防止される。

一方、前述しｔ冷媒の排出による急速緩機の際に、装置
内の冷媒量が規定量以下であると、ウォータジャケット
２内の冷媒液面が液面センサ１３の設定レベル以下とな
る。この場合、車両の揺動等による一時的な液面低下の
影響を排除するｔめに、その状態が１５秒継続し友か否
か判断さｎ（ステップ？）、１！Ｓ秒以上経続したとき
に警報ランプ３３ならびに注水ランプ３４が点灯する（
ステップ８〜１０）、その後、冷媒供給ポンプ４の作１
１２１（ステップ３１．３ｚ”）によって冷媒液面は液
面センサ１３の設定レベルまで上昇し、警報ランプ３３
を点灯させ念まま暖機運転が継続さねる。そしτ、運転
者が注水ランプ３４に気付いてＩちに冷媒を規定ｔ、ま
で補給−ｆｆ′ｔ、げ、ウォータジャケット２内の冷媒
液面は冷媒供給ポンプ４に依存せずに液面センサ１３の
設定レベル以上に保几ｒ、るから、その状態が１０秒継
続（ステップ３６）したことを条件として警報が解除さ
しくステップ２４）、以後通常の制御に戻る。尚、冷媒
が沸書している状態では正確な冷媒補給が行えないので
、冷媒液面が液面センサ１３の設定レベル以上にある間
および冷媒温度ＴＥが４５℃以上の１曾は、注水ランプ
３４は点灯しない（ステップ３５．ステップ３８）。

最後ｉＣ％潰関Ｙ停止すると、一定時間層に割込処理さ
れる第４図の７０−チャートに従って％冷媒液面の制＠
（ステップ４６〜４８）ならびに冷却ファン２３の制御
（ステップ４ｓ、ｓｔ）が実行さし１磯膚停止後の冷媒
蒸気の噴出や局部的な過熱が防止される。そして最終的
なｔ源ＯＦＦ　（ステップ５２）によって第１電磁弁１
２が「流路Ａ」となるので、温度低下に伴ってリザーバ
タンク２５から液相冷媒が移動し、やがてウォータジャ
ケット２やコンデンサ３０内部が液相冷媒で満たさｎ次
状態となる。従って５機関停止中にウォータジャケット
２等の内部に酸化・槁食を生じろ虞ｒ、はない。

次に第５図に示す実施例（・ユ、冷媒御出用通路を別個
に、設げずに、第２質謀循虚通路２８’＆急速暖機のた
めの冷媒排出用通路として兼用し、構成の間累化を図り
几ものである。［覧この実施例では、開閉弁と（−て第
１″ｔａ弁１２のみが投げらｎ℃いる。尚、この場−８
−１冷媒供給ポンプ４は、停止時に冷媒の自然、通流が
可能な形式のものｔ用いる必我がある。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機１
Ａの沸騰冷却装車においては、冷間始動の際にウォータ
ジャケット内の冷媒液面を１頁ちに低下させて急速暖機
を実現することができる。そして％機関停止中はウォー
タジャケット等の内部に空気が導入さｎ（いないので、
酸化、腐食といった不、３合を生じることがないゆま几
、急速暖機時の液面位置がリザーバタンク側で機械的に
規定されるので、別個に液面センサ乞付加する２要がな
いのは勿倫のこと、冷媒排出用通路のクォータジャケッ
トＶｃ刈する接続位置やリザーバタンクの取付位置が制
約さｔ′Ｌ、ろことがない。

【図面の簡単な説明】

４１図はこの発明に係ろ沸騰冷却裂直χ機開始ｗＪ時の
状態でボ丁傳底説明図、第２図はその暖（遍運転中の状
惺χ示す構成説明図、第３図仄ｊ　、　（８１。 ＋ＣＩおよび第４図はこσ）実施例におけろ制御の内容
馨示すフローチャート％第５図はこＱ）発明の異なる実
施例〉示す構成説明図である。 １・・・内燃帳、欄、２・・・ウォータジャケット％　
３川コンデンサ、４・・・冷媒供給ポンプ、１１・・・
空気導入用通路、１２・・・嶌】心磁弁、１３・・・液
面センサ、１４・・・第１温度センサ＆　２２・・・ロ
アタンク、２５・・・リザーバタンク、３０・・・冷媒
排出用通路、３１・−・第２慮磁弁、３２・・・制御装
置。 第３図 （Ｂ） 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関停止中は液相冷媒で満たされた状態となり、
   かつ沸騰後は液面センサにて規定される所定レベルまで
   液相冷媒が貯留されるウォータジャケットと、このウォ
   ータジャケットに蒸気通路を介して接続されたコンデン
   サと、このコンデンサで凝縮した液相冷媒を上記ウォー
   タジヤケットへ補給する冷媒供給ポンプと、比較的低位
   に位置し、かつ沸騰開始に伴い余剰となつた液相冷媒を
   収容する大気開放されたリザーバタンクと、上記ウォー
   タジャケットの上部に一端が接続され、かつ他端が上記
   リザーバタンク内に突出して所定の高さに開口した空気
   導入用通路と、上記ウォータジャケットとリザーバタン
   クとを連通する冷媒排出用通路と、上記ウォータジャケ
   ット内の冷媒温度を検出する温度検出手段と、上記空気
   導入用通路および冷媒排出用通路の少くとも一方に配設
   され、かつ所定の冷間始動時に開作動する開閉弁とを備
   えてなる内燃機関の沸騰冷却装置。