JPH0324829Y2 - - 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、要求放射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。

一方、実開昭57−18714号等により、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留した冷却
水をエンジン発生熱で沸騰させ、発生蒸気を放熱
器で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ようにしたものであるが、
冷却水蒸気が流通する経路を大気に連通して圧力
変動を避ける構造をとつているため、冷却水の沸
点を変化させることができず、やはりエンジン運
転条件に応じて可変的な温度制御を行なうことは
難しかつた。

そこで、液相冷媒（冷却水）を貯留したウオー
タジヤケツトと、このウオータジヤケツトにて生
じた冷媒蒸気を冷却液化するコンデンサとを、外
部に対して密閉的に接続して冷却閉回路を構成
し、ウオータジヤケツト内の圧力を可変制御する
ことにより液相冷媒の沸点を任意かつ速やかに変
化させ、運転条件に応じた応答性の良い温度制御
を実現した沸騰冷却装置が考えられている（特開
昭59−180023号等）。

（考案が解決しようとする問題点） ところで、このような沸騰冷却装置にあつて
は、少量の冷媒でエンジンが効率良く冷却される
ため、ウオータジヤケツト等の容量を小さくする
ことができるが、例えばエンジンの温度が低く冷
媒がまだ沸騰していないときには、ウオータジヤ
ケツトやコンデンサおよびこれらを接続する通路
等が液相冷媒で満たされるようになつており、こ
のため暖機運転時ではエンジンの熱が冷媒を伝わ
つてコンデンサ側へと逃げることから、ウオータ
ジヤケツト等の容量を小さくできる割には、暖機
性を充分に向上することはできなかつた。

（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、前記蒸気通路を開閉する開閉弁と、前記ウ
オータジヤケツト内の温度を検出する手段と、こ
の検出値が設定値以下のときに前記開閉弁を閉じ
る制御手段とを設ける。

（作 用） したがつて、ウオータジヤケツト内の温度が低
い暖機時には、エンジンの発生熱がウオータジヤ
ケツト内の冷媒にのみ加えられると共に、その熱
が冷媒の対流等によつてコンデンサ側等に逃げる
ことがなく、このため暖機が充分に促進される。

（実施例） 第１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。

９は制御回路であり、シリンダヘツド１ｂに設
けられた液面センサ１０，１１と温度センサ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。

液面センサ１０，１１は、検出部に対する冷媒
液面の位置に応じてオンオフ的に出力が変化する
一種のスイツチで、制御回路９はこれらの出力に
基づいて、冷媒液面が液面センサ１０の位置より
も低下した場合には供給ポンプ５を駆動して冷媒
液面が液面センサ１０と１１の間に保たれるよう
に、ロワタンク４の貯留冷媒をウオータジヤケツ
ト２に補給する。このため、ウオータジヤケツト
２には常に所定量以上の冷媒が確保される。

温度センサ１２は、冷媒の温度等からエンジン
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９に付与する。

制御回路９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に貯留される。

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、ウオータジヤケツト２での冷媒液面レ
ベルの低下に伴う供給ポンプ５の作動により再び
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。

このようにして、エンジンの運転状態に応じて
速やかに放熱量を制御でき、したがつてエンジン
を常に最適な温度条件で運転できるので、燃費の
向上や出力の増強が図れる。

ところで、このような装置では、エンジンを運
転した後停止した場合、停止直後ではエンジン温
度がすぐには下がらないため、ウオータジヤケツ
ト２内の冷媒がしばらく沸騰、蒸発を続け系内の
圧力が一時的に高くなることがある。また、ある
程度時間がたつて冷媒の温度が常温近くまで下が
ると蒸気が液化して圧力が低下していき、系内が
負圧化しかねない。

そのため、液相冷媒を貯留したリザーバタンク
１３が装置の上部に設けられると共に、蒸気通路
７の最頂部に電磁弁１４を介して接続する蒸気の
排出通路１５と、リザーバタンク１３の下部を電
磁弁１６、三方電磁弁１７を介して冷媒通路８に
接続する冷媒の導入通路とが形成される。

エンジンを停止すると、電磁弁１４，１６と三
方電磁弁１７により排出通路１５と導入通路１８
が開かれ、系内の蒸気が外部に（この場合リザー
バタンク１３の液相冷媒中に）排出されると共に
リザーバタンク１３の貯留冷媒が系内に流入され
る。

これにより、エンジン停止時に系内はほぼ液相
冷媒で満たされ、系内の圧力上昇と負圧化が防止
される。

なお、エンジン停止後所定時間経過すると、電
磁弁１４，１６が通路１５，１８を閉じ、三方電
磁弁１７がウオータジヤケツト２側を閉じるよう
になつている。また、このときロワタンク４側の
冷媒通路８に設けた電磁弁１９も閉じられる。

そして、このような沸騰冷却装置において、冷
間始動時の暖機性を充分に高めるために、蒸気通
路７を開閉する弁２０が設けられる。

この開閉弁（電磁弁）２０は蒸気通路７の入口
に介装され、前記各弁１４，１６，１７，１９と
ともに制御回路（制御手段）９により開閉され
る。

制御回路９は、エンジンキースイツチ２１の信
号に応じ、前述したエンジン停止状態からエンジ
ンが始動されると、前記温度センサ１２の検出値
から暖機状態を判断すると共に、その検出値が設
定値以下であれば、検出値が設定値を越えるまで
開閉弁２０を閉じるように制御する。

この後、開閉弁２０が開かれると、制御回路９
は冷媒通路８の電磁弁１９と導入通路１８の電磁
弁１６を開き、三方電磁弁１７によりウオータジ
ヤケツト２側を開く。

なお、後述するが、この状態からウオータジヤ
ケツト２内の冷媒が沸騰し始めると、その蒸気の
圧力で系内の液相冷媒が導入通路１８からリザー
バタンク１３に押し戻され、ウオータジヤケツト
２等の冷媒液面が適正レベルにまで下がると、導
入通路１８の電磁弁１６等が閉じられて通常運転
に移行する。

また、２２，２３は車室暖房用のヒータコアと
ヒータスイツチを示す。

このような構成において、エンジン停止時には
系内がリザーバタンク１３の液相冷媒でほぼ満た
されると共に、電磁弁１４，１６，１９が通路１
５，１８，８を閉じ、三方電磁弁１７がウオータ
ジヤケツト２側の通路８を閉じた状態になる。

そして、この状態からエンジンが始動される
と、温度センサ１２の検出値から暖機状態が判断
され、このとき検出値が設定値以下であれば、第
２図のフローチヤートに示すように、Ｓ１，Ｓ２
にて検出値が設定値を越えるまで蒸気通路７の開
閉弁２０が閉じられる。

すると、エンジンの発生熱を受けてウオータジ
ヤケツト２内の冷媒温度が上昇していくが、蒸気
通路７とウオータジヤケツト２側の冷媒通路８が
閉じているため、エンジンの発生熱は冷媒の対流
等によつて蒸気通路７側等に逃げることがなく、
ウオータジヤケツト２内の冷媒にのみ加えられ
る。

このため、エンジンを始動すると、ウオータジ
ヤケツト２内の冷媒温度が速やかに上昇され、こ
れにより短時間で暖機が行なわれるのである。

そして、温度センサ１２の検出値が設定値を越
えると、第２図のＳ３にて開閉弁２０が開かれ、
Ｓ４にて電磁弁１９，１６、三方電磁弁１７によ
り冷媒通路８と導入通路１８が開かれる。

暖機が進んでウオータジヤケツト２内の冷媒が
沸騰し始めると、その蒸気の圧力で系内の液相冷
媒は導入通路１８からリザーバタンク１３へと次
第に押し戻されるようになり、このときウオータ
ジヤケツト２内の冷媒液面が液面センサ１１の位
置まで下がると、Ｓ５，Ｓ６にて三方電磁弁１７
によりウオータジヤケツト２側の冷媒通路８が閉
じられる。

この後、コンデンサ３側の冷媒液面がロワタン
ク４に設けた液面センサ２４の位置まで下がる
と、Ｓ７，Ｓ８にて電磁弁１９，１６により冷媒
通路８と導入通路１８が閉じられる。

このようにして、暖機が行なわれるのであり、
暖機を十分に促進しつつ系内の冷媒は適正レベル
に設定され、以後は前述した通常運転に移行され
る。

なお、暖機の必要がないときには開閉弁２０は
開状態に保たれるが、例えば車室暖房を行うとき
に始めの短時間開閉弁２０を閉じても良く、この
ようにすればウオータジヤケツト２内でより高温
化された冷媒がヒータコア２２に導入されるた
め、暖房の効めを早めることができる。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、ウオータジヤケ
ツト内の温度が低い暖機運転時に蒸気通路が閉じ
られるため、エンジンの熱が冷媒を伝わつてコン
デンサ側等に逃げることがなく、暖機性を十分に
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す構成断面図、第
２図は暖機運転時の制御動作を示すフローチヤー
トである。 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、９……制御回路、
１２……温度センサ、１３……リザーバタンク、
１８……導入通路、２０……開閉弁、２１……エ
ンジンキースイツチ。

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、前記蒸
   気通路を開閉する開閉弁と、前記ウオータジヤケ
   ツト内の温度を検出する手段と、この検出値が設
   定値以下のときに前記開閉弁を閉じる制御手段と
   を設けたことを特徴とする内燃機関の沸騰冷却装
   置。