JPH0324827Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、冷媒の気化潜熱を利用した内燃機
関の沸騰冷却装置に関する。

（従来の技術） エンジンウオータジヤケツトとラジエータとの
間で冷却水を循環させる水冷冷却装置は、ラジエ
ータの能率及び寸法上の制限並びに水の熱容量の
関係上、要求放熱量を満足させるためには大量の
冷却水を循環させる必要があり、このためにウオ
ータポンプが大きな駆動損失になつており、また
エンジン運転条件に応じて冷却水を適温に可変制
御するのは困難である。

そこで、冷却水の気化潜熱を利用して少量の冷
却水循環量でエンジン冷却を行なえるようにした
冷却装置が提案されている。これは、ウオータジ
ヤケツトに貯溜した冷却水（液相冷媒）をエンジ
ン発生熱で沸騰させ、この発生蒸気を放熱器（コ
ンデンサ）で凝縮液化してウオータジヤケツトに
戻すというサイクルで冷却を行なうものである。
（実開昭57−18714号、特願昭58−145467号等）。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、このような冷却装置にあつて
は、コンデンサが一つであり、その容量が固定と
なつているため、エンジンとのマツチングが難し
く、運転条件によつてはコンデンサによる蒸気の
放熱、凝縮能力が過剰となつたり、あるいは不足
したりすることがある。

例えば、コンデンサの容量設定が大きいと、エ
ンジン低負荷時や走行風が良く当るときには、エ
ンジンの発熱量に対してコンデンサからの放熱が
過多となり、冷媒の温度が低下してエンジンが必
要以上に冷却されかねない。

他方、これに合わせるように容量を設定する
と、高負荷時にはコンデンサの能力が不足し、放
熱を充分に行なうことが難しい。特に登坂走行時
のようにエンジンの発熱量が多いにもかかわらず
コンデンサへの冷却風が弱いときには、放熱が進
まず、このため冷媒の温度が相当高くなり、冷却
状態が悪化してしまうのである。また、これだと
冷媒の温度が何らかの原因により異常に上昇した
ときにも対処することは難しい。

この考案は、このような問題点を解決すること
を目的としている。

（問題点を解決するための手段） この考案は、大部分を液相冷媒で満たしたエン
ジンウオータジヤケツトと内部を気相状に保つた
コンデンサとを、上部の冷媒蒸気を流す蒸気通路
とコンデンサからの液化冷媒を供給ポンプを介し
て戻す冷媒通路とで連通して冷媒が循環する閉回
路を形成し、コンデンサに強制冷却風を供給する
冷却フアンを設けた内燃機関の沸騰冷却装置にお
いて、前記ウオータジヤケツトと供給ポンプの上
流側とを接続する冷媒の逃がし通路を形成すると
共に、この逃がし通路の途中をバイパスして前記
コンデンサとは別に冷媒の放熱器を配設し、前記
逃がし通路の途中に、ウオータジヤケツトからの
冷媒を放熱器または放熱器よりも下流の閉回路内
の何れかへと選択的に導入する弁手段を介装し、
ウオータジヤケツト内の冷媒温度が所定値以上の
ときにウオータジヤケツトからの冷媒を放熱器に
導入するように前記弁手段を制御する制御手段を
設けた。

（作 用） ウオータジヤケツト内で沸騰、蒸発した冷媒の
蒸気はコンデンサに流入するが、ウオータジヤケ
ツト内の冷媒の温度が適正値を越えると、その冷
媒の一部が逃がし通路から弁手段を介してコンデ
ンサとは別の放熱器に導かれ、ここで放熱、冷却
される。

したがつて、コンデンサの能力に過不足を生じ
ることはなく、その容量設定が容易になると共
に、常に冷媒の良好な放熱状態が得られ、最適な
冷却状態が確保されるのである。

（実施例） 図はこの考案に係る沸騰冷却装置の一実施例を
示すもので、まず基本的構造を説明すると、１は
エンジン（本体）、２は大部分が水等の液相冷媒
で満たされるウオータジヤケツト、３はウオータ
ジヤケツト２からの冷媒蒸気を冷却液化するコン
デンサ、４はコンデンサ３からの液化冷媒を貯溜
するロワタンク、５はロワタンク４の貯溜冷媒を
ウオータジヤケツト２へと戻す供給ポンプ、６は
コンデンサ３に強制冷却風を供給する冷却フアン
である。

ウオータジヤケツト２はエンジン１のシリンダ
及び燃焼室を包囲するようにシリンダブロツク１
ａ及びシリンダヘツド１ｂにかけて形成され、そ
の内部には所定量の液相冷媒が封入されている。
ウオータジヤケツト２の上方部分は冷媒蒸気が充
満する気相空間になつており、多気筒エンジンで
は前記気相空間は各気筒部間で相互に連通され
る。

ウオータジヤケツト２は、その気相空間に面し
て接続した蒸気通路７を介してコンデンサ入口部
に連通している。

コンデンサ３のロワタンク４は、冷媒通路８を
介してウオータジヤケツト２に連通し、ウオータ
ジヤケツト２とコンデンサ３との間で冷媒が循環
する閉回路を形成する。

コンデンサ３は自動車の場合走行風が流通する
位置に設けられ、冷却フアン６はその前面または
背面側に位置してコンデンサ３に強制冷却風を供
給する。供給ポンプ５は冷媒通路８の途中に位置
し、ロワタンク４に溜つた液相冷媒をウオータジ
ヤケツト２へと圧送する。

１０は上記供給ポンプ５並びに冷却フアン６の
作動を司る制御回路であり、蒸気通路７に設けら
れた温度センサ１２及びエンジン運転状態を検出
するその他の手段（図示せず）とともに制御系統
を形成している。

供給ポンプ５は制御回路１０からの信号によ
り、冷却運転中は常時駆動される（後述する）。

温度センサ１２は、冷媒の温度または圧力から
エンジン温度を検出し、エンジン温度に応じた出
力を実温度信号として制御回路１０に付与する。

制御回路１０はこの温度センサ１２からの実温
度の検出値とともにエンジン回転、燃料供給量等
を周知のセンサ類を介し検出してエンジンの運転
状態を判別し、前記実温度との比較に基づいてそ
のときの運転状態に応じた所定のエンジン温度に
なるように冷却フアン６の作動または停止を制御
する。

エンジン運転状態と制御温度値との関係は、こ
れをエンジンの仕様や目的、用途に応じて自由に
設定できることは言うまでもないが、一般に自動
車用エンジンでは市街地走行時のように負荷また
は回転速度が低い運転域では比較的高温に保ち、
高速高負荷域では温度が低下するように図る。

上記構成に基づく冷却系統としての基本的な作
用について説明すると、ウオータジヤケツト２内
の液相冷媒は、エンジン燃焼熱をうけて加熱され
ると、そのときの系内の圧力に応じた沸点に達し
たところで沸騰を開始し、気化潜熱を奪つて蒸発
気化する。

このとき、冷媒はエンジン１の高温部ほど盛ん
に沸騰して気化潜熱相当分の冷却を行なうことに
なるので、燃焼室やシリンダ壁はほぼ均一の温度
に保たれる。このことから、異常燃焼等の不都合
を生じない限界温度の近くにまで燃焼室全体の温
度を高めることが可能になる。

上記沸騰冷却作用の結果発生した冷媒蒸気は蒸
気通路７を介してウオータジヤケツト２の気相空
間からコンデンサ３へと流れ、コンデンサ３での
外気との熱交換により冷却されて凝縮液化し、逐
次ロワタンク４に貯溜される。

この場合、コンデンサ３の内部は気相になつて
おり、高温の冷媒蒸気がコンデンサ３を構成する
金属面との間の良好な熱伝達状態の下に温度差の
大きい外気で冷やされることになるため、液相で
放熱する場合よりも大幅に放熱効率が高められ
る。

コンデンサ３で液化しロワタンク４に貯溜され
た冷媒は、供給ポンプ５により再びウオータジヤ
ケツト２へと戻されるのであり、以上の繰り返し
により沸騰冷却が続けられる。

冷媒の気化潜熱は極めて大きく、またコンデン
サ３での高い放熱、凝縮作用が得られることか
ら、少量の冷媒でエンジンを効率良く冷却するこ
とができ、その冷却温度を運転条件に応じて応答
良く制御することが可能となる。

そして、このような沸騰冷却装置において、ウ
オータジヤケツト２と供給ポンプ５の上流側のロ
ワタンク４とを接続する逃がし通路１３が形成さ
れる。

この逃がし通路１３は、冷媒通路８とは別に設
けられ、この場合ウオータジヤケツト２内の液相
冷媒中に開口するように形成するが、特にウオー
タジヤケツト２の冷媒液面が適正レベルとなる位
置に開口するように、つまりオーバーフロー流路
とするようにしても良い。

そして、この逃がし通路１３の途中をバイパス
して前記コンデンサ３とは別に冷媒の放熱器１４
が配設される。

この放熱器１４は通常の水冷式エンジンに用い
られるラジエータとほぼ同様の構造のもので、前
記冷却フアン６からの冷却風が当たるようにコン
デンサ３と並置される。

そして、この放熱器１４は、入口側が弁手段１
５を介して逃がし通路１３に接続され、出口側が
コンデンサ３の下部と連通してロワタンク４に接
続される。

この弁手段１５には、温度に応じて作動するサ
ーモバルブが用いられ、サーモバルブ１５はウオ
ータジヤケツト２内の冷媒温度が設定温度以下の
ときには、ウオータジヤケツト２から逃がし通路
１３に流入した冷媒を直接ロワタンク４に導き、
設定温度に越えたときには同じく逃がし通路１３
に流入した冷媒を放熱器１４に導入するようにな
つている。

なお、放熱器１４の上部はパイプ１６を介して
蒸気通路７と連通され、放熱器１４内の蒸気を蒸
気通路７へ逃がすようにしている。また、供給ポ
ンプ５は、前述したが制御回路１０により冷却運
転中常時駆動されるようになつている。

即ち、冷却運転中、ウオータジヤケツト２内で
沸騰、蒸発した冷媒蒸気は、蒸気通路７からコン
デンサ３に流入し、ここで冷却液化された後ロワ
タンク４へと落下する。

そして、このロワタンク４側の液化冷媒は常時
駆動される供給ポンプ５によりウオータジヤケツ
ト２へと戻される一方、ウオータジヤケツト２内
の冷媒の一部は逃がし通路１３に流入するように
なるが、このときウオータジヤケツト２内の冷媒
の温度が設定温度を越えていれば、逃がし通路１
３のサーモバルブ１５により放熱器１４の入口側
が開かれると共に、逃がし通路１３のロワタンク
４側への入口部が閉ざされる。

このため、ウオータジヤケツト２から逃がし通
路１３に流入した冷媒は放熱器１４に導入される
ことになり、ここで放熱、冷却されるのである。

登坂走行等のエンジン高負荷時には、コンデン
サ３による蒸気の放熱、凝縮能力が不足して冷媒
の温度が相当高くなる心配があるが、この不足は
放熱器１４によつて補われ、これにより冷媒温度
の過上昇は防止することができる。

したがつて、コンデンサ３の容量を小さくして
も十分な放熱作用が得られ、コンデンサ３の容量
設定が容易になると共に、何らかの原因によつて
冷媒温度が上昇したときにもこれに対処すること
が可能となり、常に良好な冷却状態を確保するこ
とができる。

なお、放熱器１４よりも下流の閉回路の内圧は
上流側よりも低いが、このときロワタンク４側へ
の通路１３はサーモバルブ１５により閉ざされて
いるので、ウオータジヤケツト２からの冷媒の一
部が通路１３を介してロワタンク４へと流失した
り、これによつてウオータジヤケツト２の液面レ
ベルが過度に低下したりするような不具合は起こ
らない。

これに対して、ウオータジヤケツト２内の冷媒
温度が設定温度以下のときには、サーモバルブ１
５により放熱器１４の入口側が閉じられ、逃がし
通路１３に流入した冷媒は直接ロワタンク４に戻
される。

このため、コンデンサ３のみによつて蒸気の放
熱、凝縮が行なわれ、したがつてエンジン低負荷
時等に冷媒の温度が低下してエンジンを冷却しす
ぎるようなことはない。

一方、供給ポンプ５を常時駆動することで、ウ
オータジヤケツト２内の冷媒の一部は常に逃がし
通路１３からロワタンク４に、直接あるいは放熱
器１４を介して戻されるが、この供給ポンプ５の
吐出量と逃がし通路１３を通る流量とによつてウ
オータジヤケツト２内の冷媒の液面（図示Ａ）は
ほぼ一定となり、ほぼ適正レベルに保たれる。も
ちろん、逃がし通路１３をオーバーフロー流路と
なるようにすれば、その冷媒液面を容易に適正レ
ベルに保つことができる。

このため、ウオータジヤケツト２内の冷媒が盛
んに沸騰し、液面が波打つていても、正確な液面
制御が得られ、常に冷媒の良好な沸騰、蒸発作用
を維持することができる。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、コンデンサとは
別に冷媒の放熱器を設け、ウオータジヤケツト内
の冷媒温度が設定温度を越えたときには、その冷
媒を放熱器で冷却するようにしたので、コンデン
サの容量設定が容易になると共に、常に最適な冷
却状態を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本考案の実施例を示す構成図である。 ２……ウオータジヤケツト、３……コンデン
サ、５……供給ポンプ、６……冷却フアン、７…
…蒸気通路、８……冷媒通路、１０……制御回
路、１３……逃がし通路、１４……放熱器、１５
……弁手段。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 大部分を液相冷媒で満たしたエンジンウオータ
   ジヤケツトと内部を気相状に保つたコンデンサと
   を、上部の冷媒蒸気を流す蒸気通路とコンデンサ
   からの液化冷媒を供給ポンプを介して戻す冷媒通
   路とで連通して冷媒が循環する閉回路を形成し、
   コンデンサに強制冷却風を供給する冷却フアンを
   設けた内燃機関の沸騰冷却装置において、前記ウ
   オータジヤケツトと供給ポンプの上流側とを接続
   する冷媒の逃がし通路を形成すると共に、この逃
   がし通路の途中をバイパスして前記コンデンサと
   は別に冷媒の放熱器を配設し、前記逃がし通路の
   途中に、ウオータジヤケツトからの冷媒を放熱器
   または放熱器よりも下流の閉回路内の何れかへと
   選択的に導入する弁手段を介装し、ウオータジヤ
   ケツト内の冷媒温度が所定値以上のときにウオー
   タジヤケツトからの冷媒を放熱器に導入するよう
   に前記弁手段を制御する制御手段を設けたことを
   特徴とする内燃機関の沸騰冷却装置。