JPH0226689B2 - - 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、自動車用内燃機関の冷却装置に
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図及び第２図に示すようなものがある（特
開昭56−32026号及び特開昭51−137044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ある。

しかし、このものは毛細管内に蒸気相が形成さ
れ、伝熱面に液相冷媒が充分供給されず、熱伝達
特性の優れた核沸騰による冷却が困難で、焼付の
恐れがある実用性のないものである。

また、第２図のものは、冷却ジヤケツトに液相
冷媒を満し、その冷媒の蒸発潜熱で内燃機関を冷
却するものである。

しかし、このものは、エア抜きフイルタＦから
エアと共に水蒸気が失なわれ、冷媒水位が低下し
たり、また、蒸気と共に冷却ジヤケツトから排出
された液滴が直接コンデンサＣに導入され、コン
デンサの放熱特性を低下させる欠点がある。

このように、従来の内燃機関の沸騰冷却装置に
あつては、冷却ジヤケツト内に液相冷媒を充分満
していなかつたり、又は冷媒が満されていても、
液面を検出する構造を備えておらず、更に、液面
検出手段の設置を示唆するものでもなかつた。ま
た、冷却ジヤケツトから排出される蒸気と同伴す
る液相冷媒の液滴を効果的に冷却ジヤケツトに戻
す構造を備えていないため、熱負荷の大きい排気
ポート壁や燃焼室壁を液相冷媒で常に満しておく
よう構成できず、沸騰熱伝達特性を悪化させ、焼
付等が起こるという問題や、蒸気と同伴する液相
冷媒を直接コンデンサに導入してしまい、その液
滴のためコンデンサの蒸気凝縮熱伝達を悪化させ
放熱効率を低下させたり、循環量を増大し、供給
手段の小型、簡素化が充分にできないという問題
があつた。

［発明の目的］ この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、液滴が蒸気と同伴してコンデ
ンサに導入することを防止することを目的とし、
もつて、沸騰冷却を有効に達成せんとするもので
ある。

［発明の構成］ この発明は上記目的を達成するために、内燃機
関の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しその
発生蒸気を凝縮液化する放熱手段と、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供給
手段を備えた内燃機関の沸騰冷却装置において、
シリンダヘツドに複数個の蒸気排出ポートを形成
すると共に、この蒸気排出ポートに夫々各ブラン
チを接続し、かつ、これら各ブランチの蒸気を集
合するコレクタ部の出口部を前記放熱手段に接続
した蒸気マニホルドを設け、前記コレクタ部の底
部と冷却ジヤケツトとを前記蒸気排出ポートをバ
イパスする通路で接続したことを特徴とする内燃
機関の沸騰冷却装置を要旨とするものである。

［作用］ 蒸気に混入している液滴は、第１段階において
複数の蒸気排出ポート及び蒸気マニホルドのブラ
ンチの下部から上部にかけての壁に衝突して、そ
の壁をつたわつてシリンダヘツドの冷却ジヤケツ
ト内に流下し、また第２段階において、蒸気マニ
ホルドの前記ブランチの壁を越えてコレクタ部に
流入した液滴は流出する途中でコレクタ部の底部
に溜まり、ここからバイパス通路でシリンダブロ
ツクの冷却ジヤケツトに流下する。これにより液
滴は殆ど冷却ジヤケツトに戻るので、蒸気中の液
滴によりコンデンサの放熱効果を害することがな
くなる。

［実施例］ 第３図は、この発明の第１の実施例を示す図で
ある。まず構成を説明すると、１がシリンダブロ
ツク、２がシリンダヘツド、３はシリンダライナ
周りの冷却ジヤケツト、４は燃焼室周りの冷却ジ
ヤケツトである。この冷却ジヤケツト３と４は中
間の通路５で連通している。

各燃焼室の吸気側点火栓取付座６の上方には冷
却ジヤケツト４から蒸気を排出する複数の蒸気排
出ポート７があり、このポートの開口端である蒸
気取出口８がシンリンダヘツド２の最上面に備え
られている。これは第４図に示すように、第１気
筒と第２気筒（左側半分）上部の蒸気排出ポート
が途中で一体になり蒸気取出口８ａに連結し、第
３気筒と第４気筒（右側半分）上部の蒸気排出ポ
ートが同様に蒸気取出口８ｂに連結しているもの
である。

この蒸気取出口８の上には、第５図に示す蒸気
マニホルド９が設けられている。蒸気マニホルド
９は蒸気取出口８に接続する２個のブランチ２２
と、これらブランチの蒸気と集合するコレクタ部
１０を有し、このコレクタ部１０の出口部１５が
フランジ部となつていて、コンデンサ１６に接続
される。コンデンサ１６はコレクタ１０の蒸気を
凝縮液化する放熱手段である。

コレクタ部１０の下端部１１はシリンダブロツ
ク１の冷却ジヤケツト３と通路１２によつて連通
配管され、その途中のシリンダヘツド２の冷却ジ
ヤケツト４の液面とほぼ同一高さの所に液面検出
装置の取付コネクタ１３が設置され、このコネク
タ１３に液面検出装置１４が取付けられている。
液面検出装置の取付コネクタ１３の設置方法とし
ては、第３図のごとき剛性の高い配管部材１２に
より固定設置する方法と、配管の振動を考慮し
て、第６図〜第７図に示すように、取付コネクタ
２３を設け、これに液面検出装置１４をねじこみ
これをボルト穴１４によつて、シリンダ側壁の図
示しないボス部に固定し、上部ａと下部ｂの配管
はフレキシブルなホース等を用いて接続する方法
とがある。

冷却ジヤケツト３と４は液相冷媒Ｗで満され、
その液面２４は排気ポート２５の外壁を浸す程度
とする。発生した蒸気Ｓは蒸気排出ポート７を通
つて、蒸気マニホルド９のブランチ２２そしてコ
レクタ部１０を経て、該蒸気マニホルドの先端に
あるフランジ部即ち出口部１５よりコンデンサ１
６に入り、冷却フアン１７により凝縮し給水ポン
プ１８により再び冷却ジヤケツト３に還流され
る。給水ポンプ１８はコンデンサ１６の凝縮冷媒
を冷却ジヤケツト３，４に供給する供給手段であ
る。

なお、第３図はエア抜き終了後の通常の沸騰冷
却運転の状態を示すから、三方電磁弁１９はＢ−
Ｃ間が開通し、他の電磁弁２０と２１は閉で、シ
ステムは、内燃機関→コンデンサ→給水ポンプ→
内燃機関の閉サイクルを形成している。

次に、上記実施例の作用を説明する。

冷却ジヤケツトから蒸気を排出する複数個の蒸
気排出ポート７がシリンダヘツド２に形成されて
おり、この蒸気排出ポート７の蒸気取出口８に蒸
気マニホルド９が接続されているので、当然、蒸
気マニホルド９はシリンダヘツド内冷却ジヤケツ
ト４より高位になる。従つて、この蒸気マニホル
ド９とシリンダブロツク１内の冷却ジヤケツト３
とを通路１２で連通することにより該蒸気マニホ
ルドとシリンダブロツクの中間位置にあるシリン
ダヘツド内冷却ジヤケツトの液相冷媒の水位が通
路１２内の液相冷媒の水位と等しくなる。よつ
て、この通路の途中に液面検出手段を設置するこ
とによりシリンダヘツド内の液相冷媒の水位を知
ることができる。また、この方法によると、シリ
ンダヘツド内の液相冷媒の水面が、スラツギング
（波打現象）を起しても、通路内の水位は、ほぼ
安定していて、およそ、平均の水位を示し、液面
検出装置の誤作動が少ないという特徴がある。

また、第１段階として、蒸気排出ポート７とブ
ランチ２２の立ち上がり部があるので、蒸気中の
液滴はこれら内壁を伝つて冷却ジヤケツト４に流
下し、次に第２段階として、連通通路１２の上端
を該蒸気マニホルド９のコレクタ部１０の最下端
部１１に設けてあるので、蒸気排出ポートで取り
切れなかつた液滴、液膜として蒸気冷媒に同伴す
る液相冷媒を最下端部１１に溜め、ここから、再
び、冷却ジヤケツト３に戻すことができ、コンデ
ンサへ導入される液相冷媒の量を極度に低減でき
る。従つて、コンデンサの凝縮熱伝達面の液膜厚
さを薄くでき、その放熱効率を向上できる。

なお、先のシリンダヘツド内水位は、排気ポー
ト壁が満される位置に液面検出装置を設けること
により、その検出信号で給水ポンプを制御して熱
負荷大なる伝熱面を常時液面下にあるよう一定に
保持できるのである。

これは、伝熱面の温度の高いところは、その部
分を核として沸騰しはじめ、その蒸発熱によりそ
の部分の温度を下げて、他の温度の低いところは
そのままにしておき、これにより両伝熱壁部分間
の温度差を少くできるという、いわゆる、核沸騰
熱伝達を利用した沸騰冷却装置にあつては、伝熱
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、及び排気ポート周りは特
に注意を要するものである。

液面検出装置としては安価なフロート式センサ
や、静電容量式センサ、導電率式センサ等が設置
し易く有利である。

第８図及び第９図には、第２の実施例を示す。
この実施例は、シリンダヘツド２にシリンダヘツ
ド下端面から上端面まで連通している通路２６を
該シリンダヘツド２内冷却ジヤケツト４と独立し
て、一体的に設けたものである。この通路２６の
上端開口部２７は、やはり蒸気マニホルド２８の
蒸気通路部即ちブランチ２９と独立して、コレク
タ部３０に開口するように一体的に形成された通
路３１に連接されている。また、該シリンダヘツ
ドの通路２６の下端はシリンダブロツクの冷却ジ
ヤケツト３と下方で連接するシリンダブロツクと
一体的に形成された通路３２に連設している。こ
のように、通路３１，２６及び３２により蒸気マ
ニホルド２８と、シリンダブロツク冷却ジヤケツ
ト３を連通する通路が構成され、該シリンダヘツ
ドの通路２６の途中に液面検出装置１４が設置さ
れ、シリンダヘツド内の冷媒水位を検知するよう
になつている。

この実施例は前実施例と同様に作動するが、前
実施例より配管取付の面倒がないだけ有利であ
る。

以上説明してきたように、この発明の第１の実
施例によれば、その構成をシリンダヘツド内冷媒
ジヤケツトより高位に設けた蒸気マニホルドとシ
リンダブロツク内冷却ジヤケツトとを連通し、か
つ、蒸気マニホルドのコレクタ部の最下端から該
連通路を設ける構造としたため、液相冷媒のコン
デンサへ流入する量を低減でき、放熱効率を良好
に保つことができるという効果が得られる。

また、液面検出装置を連通路の途中に設置する
構成にしたため、シリンダヘツド内の液相冷媒の
水位を検出でき、沸騰伝熱面を常に液相冷媒で満
すようにして熱伝達特性の悪化を防ぎ、焼付等の
問題を解決できる。

また、この発明の第２の実施例によれば、上記
の第１の実施例の効果に加えて、連通路をシリン
ダヘツド、蒸気マニホルド及びシリンダブロツク
と一体鋳造で形成できるため、部品点数の低減や
組立工数の低減が計られるという効果がある。

以下にこの発明の実施の態様を列記する。

(1) 蒸気マニホルドをシリンダヘツド内の冷却ジ
ヤケツトより高位に設けたこと。

(2) 蒸気マニホルドとシリンダブロツク内冷却ジ
ヤケツトとを接続する通路の途中に液面検出手
段を設け、これによりシリンダヘツド内冷却ジ
ヤケツトの液面を検出できるようにし、冷却ジ
ヤケツト内液相冷媒の水位をシリンダヘツド内
冷却ジヤケツトの少なくとも排気ポート壁が液
相冷媒により満される位置に設定するようにし
たこと。

(3) 蒸気マニホルドのコレクタ部の最下端部とシ
リンダブロツク内冷却ジヤケツトとを接続する
通路を設け、蒸気マニホルド内に侵入した液相
冷媒を冷却ジヤケツトに戻すようにしたこと。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明によれば、
沸騰冷却システムにおいて、冷媒蒸気を凝縮液化
する放熱手段の放熱効率を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来装置の断面図、第３図
はこの発明の第１の実施例の構成説明図で一部断
面のシステム図、第４図は第３図のシリンダヘツ
ドの平面図、第５図は第３図の蒸気マニホルドの
一部断面で示す側面図、第６図は液面検出装置の
取付用コネクタの一部断面図、第７図は第６図の
Ａ−Ａ線による断面図、第８図はこの発明の第２
の実施例によるシリンダヘツドの平面図、第９図
は第８図のＤ−Ｄ線による断面図で該実施例の構
成説明図である。 図面に現わした符号の説明、１……シリンダブ
ロツク、２……シリンダヘツド、３，４……冷却
ジヤケツト、５，１２，２６，３１，３２……通
路、６……点火栓取付座、７……蒸気排出ポー
ト、８……蒸気取出口、９，２８……蒸気マニホ
ルド、１０，３０……コレクタ部、１１……最下
端部、１３，２３……液面検出装置取付コネク
タ、１４……液面検出装置、１５……コレクタ部
の出口部（フランジ部）、１６……コンデンサ、
１７……冷却フアン、１８……給水ポンプ、２２
……ブランチ、２４……液面、２５……排気ポー
ト、Ｓ……蒸気、Ｗ……液相冷媒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関の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
   冷却してその発生蒸気を凝縮液化する放熱手段
   と、凝縮した液相冷媒を再び冷却ジヤケツトに循
   環供給する供給手段を備えた内燃機関の沸騰冷却
   装置において、シリンダヘツドに複数個の蒸気排
   出ポートを形成すると共に、この蒸気排出ポート
   に夫々各ブランチを接続し、かつ、これら各ブラ
   ンチの蒸気を集合するコレクタ部の出口部を前記
   放熱手段に接続した蒸気マニホルドを設け、前記
   コレクタ部の底部と冷却ジヤケツトとを前記蒸気
   排出ポートをバイパスする通路で接続したことを
   特徴とする内燃機関の沸騰冷却装置。