JPH0214964B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、冷媒の沸騰気化潜熱を利用した内
燃機関、例えば、自動車用ガソリンエンジンの冷
却装置に関する。

［従来技術］ 従来の内燃機関の沸騰冷却装置としては、例え
ば、第１図〜第２図に示すようなものがある。
（特開昭56−32026号及び特開昭51−13704号公報
参照） 第１図のものは燃焼室やシリンダライナ外壁に
毛細管構造体Ｍを巻き、これに液相冷媒をノズル
Ｎから散布し、この蒸発によつて内燃機関を冷却
しようとするもので、このとき、液相冷媒は通路
Ｐから流し出して冷却ジヤケツトを液相冷媒で満
たさないようにしたものである。

しかし、このものは毛細管内に蒸気相が形成さ
れ、このため伝熱面に液相冷媒が充分供給されず
熱伝達特性を悪化し、冷却が不充分となる欠点が
ある。

また、第２図のものは、冷却ジヤケツトに液相
冷媒を満たし、冷媒中のエアのみをフイルタＦか
ら外部に排出し、このフイルタで冷却され凝縮し
た水蒸気を水滴として矢印Ｘの如く落下させて内
燃機関の冷却を行なうものである。

しかし、このものは、エア抜きフイルタＦから
空気と共に水蒸気も多少失われ、このため、冷媒
水位が低下し、排気ポート壁や燃焼室壁が露出す
る可能性があり、焼付を起こす危険がある。また
液面を検出しこれを制御する手段をも備えていな
い。

このように、前記従来のものは、冷却ジヤケツ
トに液相冷媒を充分満たしていなかつたり、冷媒
が満たされていても冷媒の水位が設定されていな
く、もちろん液面検出手段もなく、該液面検出手
段を設定する構造にもなつていないため、冷却す
べき熱負荷の大きい排気ポート壁や燃焼室を露出
する恐れがあり、熱伝達特性の優れた核沸騰状態
を保つことができず、焼付、溶損等を起こす問題
点があつた。

［発明の目的］ この発明は、冷却ジヤケツトの液相冷媒液面を
検出する手段を設け、排気ポート壁が液相冷媒の
液面下に位置させるようにしたもので、核沸騰状
態を確実に行なうことができる装置を提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成］ この発明は、冷却ジヤケツトの大部分に液相冷
媒を満たし、その沸騰による気化潜熱で内燃機関
を冷却するように構成する一方、冷却ジヤケツト
に連通する蒸気排出通路から導出される発生蒸気
を凝縮液化する放熱手段と、この凝縮した液相冷
媒を再び冷却ジヤケツトに循環供給する手段とを
備えた内燃機関において、冷却ジヤケツトの液相
冷媒の液面を検出する液面検出手段を機関のクラ
ンク軸中心線に対して蒸気排出通路と反対側のシ
リンダヘツドの冷却ジヤケツト内に配置し、通常
の沸騰冷却運転時に冷却ジヤケツト内の液相冷媒
の液面下に冷却ジヤケツトの排気ポート壁を位置
させるようにしたことを要旨とするものである。

［作用］ シリンダヘツドの冷却ジヤケツト内の液面検出
手段により排気ポート壁が満たされる程度に液面
が制御されるので、最も熱的に苛酷な排気ポート
壁や燃焼室壁が液相冷媒の液面下において伝熱面
として作用し、これによりすぐれた核沸騰冷却を
行なうことができるものである。

［実施例］ 第３図〜第７図はこの発明の一実施例を示す図
である。

まず、構成を説明する。第３図は直列４シリン
ダ機関を自動車に若干傾斜して取付けた場合の鉛
直断面図で第５図のＡ−Ａ線による断面、第４図
はＢ−Ｂ線による断面（ヘツド部のみ）を示す。

これらの図において、１はシリンダブロツク、
２はシリンダヘツド、３は冷却ジヤケツト、４は
蒸気排気ポート、５は排気ポート、６は排気ポー
ト壁、７は点火栓取付穴、８は液面検出装置、９
は液面検出装置の取付部で円筒状通路、１０ａ及
び１０ｂは平面上の前記取付部、１１はコンデン
サ、１２は冷却フアン、１３は給水ポンプ、１４
は三方電磁弁、１５及び１６は夫々電磁弁、１７
は燃焼室壁である。

シリンダブロツク１とシリンダヘツド２はシリ
ンダライナや燃焼室周りに、立体的に、また平面
的に全部連通した冷却ジヤケツト３を備えてい
る。蒸気排出ポート４はシリンダヘツドの吸気側
（排気ポート５と反対の側）の点火栓取付穴７の
上部位置に斜めに設けられ、その下端は冷却ジヤ
ケツト３に開口し、上端はシリンダヘツド上面に
開口しており、第５図に示すように、２シリンダ
に対し１個の割で、冷却ジヤケツト３の冷媒の沸
騰蒸気を適切に集合し、これをコンデンサ側に送
るように配置される。

排気ポート５は排気ポート壁６により囲われ、
第６図に示すように、２個づつ接近してシリンダ
ヘツドの端部に開口する。この排気ポート壁６は
冷却ジヤケツト３の一つの壁を構成し、その高さ
は燃焼室壁１７より高い位置に存在し、液面１８
はこの排気ポート壁（即ち排気ポート壁の最高
部）６より若干高めか、又は同等とする。

シリンダヘツド２には、液面検出装置８が第４
図に示すように、蒸気排出ポート４とは、クラン
ク軸中心線ａに対して反対側の排気側点火栓取付
穴７の上部に冷却ジヤケツト３に連通して設けら
れている細い円筒状通路即ち取付部９に挿入され
るように配置されている。この検出部８ａは、例
えば静電容量式の電極で構成し、液面１８の変化
を電気的に検出し所定のレベルの液面を保持する
ように図示せざるモジユールを介して給水ポンプ
１３に指令してこれを制御する。

また第５図に液面検出装置の取付部のシリンダ
ヘツドの上面から見た開口部１０ａ及び１０ｂを
示すが、これらは前後２箇所の離れた位置に配置
されかつ、蒸気排出ポート４とはその中心軸線ｂ
と液面検出装置の取付部中心線ｃとが長手方向に
ずれて、つまり、オフセツトして配置してある。

なお第７図はシリンダブロツク７の上面図で、
左より＃１，＃２，＃３、及び＃４のシリンダを
示している。

次に上記実施例の作用を第３図及び第４図によ
り説明する。

冷却ジヤケツト３内で発生した蒸気Ｓは蒸気排
出ポート４からコンデンサ１１に導出され、ここ
で走行風や冷却フアン１２等により凝縮液化し、
液面検出装置８の信号に基づきオンオフ制御され
る給水ポンプ１３により再び冷却ジヤケツト３に
循環供給される。かくして、液相冷媒Ｗの水位を
排気ポート壁６が満たされる程度の位置になるよ
うほぼ一定のレベル１８として得られる。

第３図は、当然ながらエア抜き完了後の通常運
転状態の冷媒サイクルを示しているので、三方電
磁弁１４はＤからＥへ開路し、電磁弁１５及び１
６は閉路状態にあり、これにより、シリンダブロ
ツク及びシリンダヘツドの冷却ジヤケツト３→蒸
気排出ポート４→コンデンサ１１→給水ポンプ１
３→冷却ジヤケツト３の閉サイクルを形成してい
る。

ここで、核沸騰について考慮してみる。

核沸騰熱伝達を利用した沸騰冷却装置にあつて
は、伝達面を液相冷媒で満たしておくことが必要
で、特に熱負荷の大きい燃焼室周りと排気ポート
周りは重要である。従つて、最も一般的に用いら
れているシリンダヘツドの構造として、燃焼室よ
り高位にある排気ポート壁が液相冷媒で常に満た
されるように水位を設定し、沸騰冷却を行なうよ
うに構成する必要がある。

また、この水位を設定値に保持するためには、
液面検出装置をシリンダヘツドの冷却ジヤケツト
に設置し、この液面を保持するように例えば、設
定値以下の液面を検知したときは給水ポンプをオ
ン作動する等の制御をするのであるが、最も沸騰
の盛んに起こる冷却ジヤケツト位置としてこの液
面検出装置を蒸気通路となる蒸気排出ポートの燃
焼室壁近く設置すると、蒸気流によつて吹き上げ
られる液滴、液膜の影響や、蒸気流と液相冷媒の
境界液面で蒸気流速が増大したときに起こるスラ
ツギング（波打現象）の影響等を受けて、該液面
検出装置が誤作動することがあり、正確に液面を
保持できない。

しかるに、この実施例は、まず立体的には第４
図に示すように、液面検出装置８の検出部８ａを
液相冷媒Ｗが排気ポート壁６を満たす液面位置つ
まり、排気ポート壁の高さに設置したこと。

次に、平面的には、蒸気排出ポート４以外のと
ころ、即ち、シリンダヘツドのカムシヤフト中心
線（クランク軸中心線）ａに対して反対側に配置
し、かつ、蒸気排出ポート中心軸線ｂと取付部中
心軸線ｃがオフセツトするように設けたこと。

さらに、細い円筒状通路９の中に液面検出部８
ａを設けたことにより、液面検出装置は、蒸気流
の影響を受けず、また液面の波打のない正確なレ
ベルを検出し、誤作動を防止できるのである。

しかも、この正確な液面制御により、通常運転
時は熱負荷の最も大きい燃焼室及び排気ポートは
その伝熱面のあるジヤケツト壁を常時液相冷媒の
液面下に浸してあるので、すぐれた核沸騰により
極めて良好に冷却される。

なお、第４図に示すように、液面１８のうち、
高い方Ｆと低い方Ｇの２液面を第５図の前方取付
部１０ａと後方取付部１０ｂに受持たせ、例えば
高液面Ｆを検出した場合、給水ポンプを停止し、
低液面Ｇを検出した場合、作動させるようにし、
冷媒水位を液面FG間に保持するようにすると、
給水ポンプのオンオフによるハンチングを小さく
することができる。

液面検出装置としては、前述の静電容量式セン
サのほかに、導電率センサ等も設置し易く有利で
あるが、フロート式センサや超音波式センサでも
よい。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明によれば、
その構成を冷却ジヤケツトの液相冷媒の液面を検
出する液面検出手段を機関のクランク軸中心線に
対して蒸気排気通路と反対側のシリンダヘツドの
冷却ジヤケツト内に配置し、通常の沸騰冷却運転
時に冷却ジヤケツト内の液相冷媒の液面下に冷却
ジヤケツトの排気ポート壁を位置させるようにし
たため、液面検出手段は蒸気流の影響を受けずに
正確な液相冷媒の液面を検出することができ、確
実な液面制御が可能となつて熱負荷の大きい排気
ポート壁や燃焼室壁が常時液相冷媒の液面下にお
いて伝熱面として作用し、すぐれた核沸騰冷却を
行うことができるとともに、耐熱性を確保できる
という効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来図、第３図はこの発明
による沸騰冷却装置の一実施例を示し、第５図の
Ａ−Ａ線による断面図を含むもの、第４図は同じ
く第５図のＢ−Ｂ線による断面図でシリンダヘツ
ドのみを示すもの、第５図はシリンダヘツドの上
面図、第６図は同じく側面図、第７図はシリンダ
ブロツクの上面図である。 図面に表わした符号の説明、１……シリンダブ
ロツク、２……シリンダヘツド、３……冷却ジヤ
ケツト、４……蒸気排出ポート、５……排気ポー
ト、６……排気ポート壁、７……点火栓取付穴、
８……液面検出装置、９……液面検出装置取付部
（円筒状通路）、１０ａ，１０ｂ……平面上におけ
る取付部、１１……コンデンサ、１２……冷却フ
アン、１３……給水ポンプ、１７……燃焼室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷却ジヤケツトの大部分に液相冷媒を満し、
   その沸騰による気化潜熱で内燃機関を冷却するよ
   うに構成する一方、冷却ジヤケツトに連通する蒸
   気排出通路から導出される発生蒸気を凝縮液化す
   る放熱手段と、この凝縮した液相冷媒を再び冷却
   ジヤケツトに循環供給する手段とを備えた内燃機
   関において、冷却ジヤケツトの液相冷媒の液面を
   検出する液面検知手段を機関のクランク軸中心線
   に対して蒸気排出通路と反対側のシリンダヘツド
   の冷却ジヤケツト内に配置し、通常の沸騰冷却運
   転時に冷却ジヤケツト内の液相冷媒の液面下に冷
   却ジヤケツトの排気ポート壁を位置させるように
   したことを特徴とする内燃機関の沸騰冷却装置。