JPH0346175Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、液相冷媒の沸騰気化に基づいてエ
ンジンを冷却する沸騰冷却装置と自動変速機（オ
ートマチツクトランスミツシヨン）とを備えた車
両のオイルクーラに関する。

（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
エンジン運転状態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、特公昭57−57608号や米国特許4367699号
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。これらは、ウオータジヤケ
ツトに貯溜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、いずれも冷却水蒸気が流通す
る径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、冷却水が消耗しやすい等のメン
テナンス上の問題のほか、エンジン温度が大気圧
下での冷却水の沸点に固定化されるので要求放熱
量の変動幅が大きい自動車用エンジン等には適用
し難いという問題点があつた。

これに対して本出願人は、特願昭58−145467号
などにより、閉ループ状の冷却回路内に液相冷媒
を封入し、その圧力を変化させることにより沸点
を制御してエンジン運転状態に応じた効率の良い
冷却を行なえるようにした沸騰冷却装置を提案し
ている。

これを第４図により説明すると、図において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、後述する制御系統からの指令に基づいてロワ
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。なお、冷却フアン６と供給ポン
プ５は、共に電動式である。

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、シリンダヘツド１ｂ
に設けられた液面センサ１１と温度センサ１２と
同じく差圧センサ９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１１は、その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
種のスイツチである。制御回路１０はこの出力の
変化に基づいて、冷媒液面が液面センサ１１の位
置に応じた所定値よりも低下した場合には供給ポ
ンプ５を駆動して再び所定液面レベルに達するま
でロワタンク４の貯溜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液が確保される。な
お、この冷却系内に封入される液相冷媒の量（標
準量）は、ウオータジヤケツト２に前述のように
して所定液面レベルにまで冷媒が確保された状態
でコンデンサ３の内部が気相状態になる程度に設
定されている。

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、スロツトル開
度、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集液化し、逐
次ロワタンク４に貯溜される。

この場合、既述したようにコンデンサ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。因みに、このことからコンデンサ
３並びに冷却フアン６は著しく小型のものを使用
できる。

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。

ところで、このような閉回路状の沸騰冷却装置
では、エンジン停止時には系内が必ず負圧化す
る。そこでこの負圧化対策として、外部に設けた
補助タンク１３の液相冷媒で系内の気相空間を置
き換えるようにしてある。

補助タンク１３には少なくとも気相空間と同程
度の容量の液相冷媒が貯溜され、その内部は通気
機能を有するキヤツプ１３ａを介して大気圧が導
入される。

この補助タンク１３は、途中に電磁弁１４を介
装した補助通路１５を介してロワタンク４に連通
する。

エンジン停止後に前記差圧センサ９の検出に基
づいて電磁弁１４を開くと、温度低下に伴う圧力
の減少に応じて補助タンク１３の貯溜冷媒が系内
へと導入され、やがて系内の空間部分は大部分が
液相冷媒で置換されることになる。

これにより、エンジン停止時に冷却系内に有害
な空気が侵入するのを確実に防止できる。

そして、上記状態からエンジンを始動すると、
燃焼熱をうけて沸騰気化した冷媒蒸気の圧力で系
内の液相冷媒は補助通路１５及び補助タンク１３
へと押し戻される。ウオータジヤケツト２の冷媒
液量は供給ポンプ５の補給作動により所定値に維
持されるので、ほぼコンデンサ３の液量のみが減
少してその液面レベルが低下していく。やがてコ
ンデンサ３の内部が気相になると、ロワタンク４
の液面レベルからこれを検知した液面センサ１６
からの信号に基づいて電磁弁１４が閉じ、以後は
既述した沸騰冷却を行なう。

また、この装置では、もし系内に空気が侵入し
た場合にはこれを排除するために、補助タンク１
３と冷媒通路８とを第２の補助通路１７を介して
連通可能とし、エンジン始動直後等に三方電磁弁
１８を介して補助通路１７へと切り換えるととも
に供給ポンプ５を逆転駆動して補助タンク１３の
冷媒をウオータジヤケツト２へと圧送する。この
とき、冷却系回路の最頂部を補助タンク１３の内
部（大気圧）に連通する通路１９の電磁弁２０を
開いて、侵入空気を排出する。

一方、冷却運転中、走行風による冷却効果が大
きく冷却フアン６が停止しているにもかかわらず
エンジン温度が設定温度に達しない場合、補助通
路１５の電磁弁１４を開いて補助タンク１３の貯
溜冷媒をコンデンサ３に導入し、コンデンサ３の
放熱面積を減少する。

これにより、エンジンの過冷却を防止すると共
に、運転中、系内の負圧化による空気の侵入も防
止する。

さらに、この装置では、何らかの原因で系内の
温度が異常高温となつた場合、電磁弁１４を開い
て系内を大気圧下に解放する。

したがつて、高圧の蒸気が若干の液相冷媒とと
もにロワタンク４から補助タンク１３に排出され
ることにより、系内の圧力が低下し、これに伴つ
て温度が低下される。なお、排出された蒸気は補
助タンク１３の液相冷媒中に放出されるので、大
気中に失われる量は極めて少ない。

以上のように、この沸騰冷却装置はエンジンの
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に大きく貢献
し、さらに放熱効率に悪影響を及ぼす冷却系内へ
の空気の侵入については、冷媒の液置換により自
己管理的にこれを防止しているので、極めて実用
性が高いという特徴がある。

（考案が解決しようとする問題点） ところで、車両用のエンジンに前述した沸騰冷
却装置を備えると共に、そのエンジンの出力を車
輪側に伝える動力伝達系に自動変速機を介装した
場合、自動変速機に使用されるオイルの温度上昇
を防止するために、沸騰冷却装置の液相冷媒を利
用してオイルを冷却することが考えられ、例えば
そのオイル用の熱交換器に前記ロワタンク４内の
液相冷媒を導くようにしたものが提案されている
（実開昭58−177757号）。

ところが、これだとロワタンク４内の液相冷媒
が熱交換器内で沸騰し、その気化潜熱によりオイ
ルの高い冷却作用が得られるものの、ロワタンク
４内の液相冷媒の温度は高くなつてしまう。

このため、ロワタンク４内の液相冷媒をウオー
タジヤケツト２に送る供給ポンプ５の吸込側でい
わゆるキヤビテーシヨンが発生しやすくなり、し
たがつて液相冷媒をウオータジヤケツト２に的確
に送れなくなるという問題がある。

（問題点を解決するための手段） この考案は、エンジンの動力伝達系に自動変速
機を介装する一方、エンジンに前述したような沸
騰冷却装置を備える車両において、供給ポンプか
らの冷媒をウオータジヤケツトに導入する冷媒通
路の途中もしくはウオータジヤケツトの側面に、
供給ポンプから送られる液相冷媒により自動変速
機用のオイルを冷却する熱交換器を配設する。

また、上記熱交換器のケース上部とウオータジ
ヤケツト上部の気相空間とを連通する蒸気抜き通
路を設ける。

（作用） したがつて、供給ポンプからの液相冷媒により
自動変速機用のオイルが効率良く冷却されると共
に、供給ポンプの吸込側にはコンデンサにて冷却
液化され、蒸気を含まない低温の液相冷媒がその
まま流入するため、供給ポンプのキヤビテーシヨ
ンを防止して良好な作動が保たれる。

一方、熱交換器で高温化した液相冷媒の一部が
蒸発した場合、この冷媒蒸気は熱交換器のケース
上部から蒸気抜き通路を介してウオータジヤケツ
ト上部の気相空間へと導入される。このため、冷
媒蒸気がウオータジヤケツトの液相部分に混入し
て冷却効率を悪化させるようなことはない。

（実施例） 第１図は本考案の実施例を示す構成断面図で、
２１はエンジン１の沸騰冷却装置、２２はエンジ
ン１の動力伝達系に介装された自動変速機であ
る。

この沸騰冷却装置２１の構成は第４図と同様で
あり、第４図と同一の部分には同符号を付してあ
る。ただし、制御回路は図示してない。

そして、この沸騰冷却装置２１内の冷媒によ
り、自動変速機２２に使用される作動油等のオイ
ルを冷却する熱交換器２３が設けられる。

この熱交換器２３は、多板式と呼ばれるもの
で、ケース２４内に冷却チユーブ２５が１〜３mm
の隙間を開けて３〜４層に積層され、この冷却チ
ユーブ２５に入口配管２６、出口配管２７を介し
て自動変速機２２のオイルが循環されるように形
成される。なお、冷却チユーブ２５の表面には熱
交換を良くするように多数の凹凸を設けている。

そして、この熱交換器２３は、沸騰冷却装置２
１の供給ポンプ５とウオータジヤケツト２との間
の冷媒通路８の途中に配設され、冷却チユーブ２
５を積層したケース２４内を、供給ポンプ５から
ウオータジヤケツト２に送られる液相冷媒が流れ
るように接続される。

また、熱交換器２３の上部には蒸気抜き通路２
８が形成され、この蒸気抜き通路２８はケース２
４内の上部をウオータジヤケツト２の上部の気相
空間に開口接続する。

なお、冷媒通路８はシリンダヘツド１ｂ側のウ
オータジヤケツト２に接続しているが、第４図と
同様シリンダブロツク１ａ側に接続しても良い。

このような構成により、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に落下すると共に、この
ロワタンク４内の液相冷媒が供給ポンプ５により
冷媒通路８を介して熱交換器２３へ送られる。

したがつて、供給ポンプ５の吸込側にはロワタ
ンク４内の低温の液相冷媒、即ち供給ポンプ５の
キヤビテーシヨンの原因となる蒸気を含まない冷
媒が流入するので、供給ポンプ５の良好な作動が
保たれる。

一方、熱交換器２３に送られた液相冷媒は、自
動変速機２２から冷却チユーブ２５に循環される
オイルと熱交換され、一部が気化潜熱を奪いなが
ら沸騰、蒸発するようになる。

そして、この蒸気は蒸気抜き通路２８からウオ
ータジヤケツト２上部の気相空間に導かれると共
に、熱交換により高温化された液相冷媒は冷媒通
路８からウオータジヤケツト２の液相冷媒中に戻
される。

このため、自動変速機２２からのオイルは、一
部冷媒の気化潜熱も加わつて効率良く十分に冷却
される。一方、熱交換器２３で発生した冷媒蒸気
はウオータジヤケツト２上部の気相空間に導入さ
れるので、気相冷媒がウオータジヤケツト２の液
相冷媒に混入するようなことがなく、従つてエン
ジン本体側でも良好な冷却効率を確保することが
できる。

このようにして、自動変速機２２のオイルが冷
却されると共に、供給ポンプ５の良好な作動を維
持して冷媒を的確に循環することができ、この結
果エンジン冷却装置および自動変速機用のオイル
クーラとして優れた冷却性能が確保される。

なお、供給ポンプ５はウオータジヤケツト２か
らの冷媒蒸気の発生量が少ないエンジン低負荷時
にはそれほど駆動されないが、このときは自動変
速機２２のオイルの温度がそれほど上がることは
なく、また熱交換器２３内の冷媒が蒸発により減
少すると、ウオータジヤケツト２内の冷媒が流入
してジヤケツト２内の液面が下がり、これに応じ
て供給ポンプ５が駆動されるため、常に熱交換器
２３内は液相冷媒で満たされる。

第２図、第３図は本考案の他の実施例で、熱交
換器２９をウオータジヤケツト２の側面に取付け
たものである。

この場合、熱交換器２９のケース３０の側面
と、ウオータジヤケツト２の側面とに連通口３１
が設けられ、ケース３０がボルト等によりパツキ
ンを介してウオータジヤケツト２の側面に固定さ
れる。

これによれば、熱交換器２９の配置が簡単にな
ると共に空間利用効率が高められる。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、自動変速機用オ
イルの熱交換器を供給ポンプからの冷媒をウオー
タジヤケツトに導入する冷媒通路の途中もしくは
ウオータジヤケツトの側面に配設したので、供給
ポンプの吸込側にキヤビテーシヨンの原因となる
蒸気の発生がなく、冷媒を的確に循環でき、エン
ジン冷却装置及び自動変速機用オイルクーラとし
て優れた冷却性能が得られる。

また、本考案では熱交換器のケース上部を蒸気
通路を介してウオータジヤケツト上部の気相空間
に連通することにより、熱交換器にて発生した冷
媒蒸気がウオータジヤケツトの液相冷媒に混入し
ないようにしたので、冷媒蒸気の混入に原因する
冷却効率の悪化を防止してエンジン本体側におい
ても良好な冷却性能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図は本考案の実施例を示す構成断面図、第
２図、第３図は本考案の他の実施例を示す構成断
面図とそのＡ−Ａ線矢視図、第４図は先願の沸騰
冷却装置の構成断面図である。 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、１３……補助タン
ク、２２……自動変速機、２３……熱交換器、２
８……蒸気抜き通路、２９……熱交換器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 動力伝達系に自動変速機を介装する一方、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
   沸騰冷却装置を備える車両において、前記供給ポ
   ンプからの液化冷媒をウオータジヤケツトに導入
   する冷媒通路の途中もしくはウオータジヤケツト
   の側面に、供給ポンプからの液化冷媒により前記
   自動変速機用のオイルを冷却する熱交換器を配設
   すると共に、この熱交換器のケース上部とウオー
   タジヤケツト上部の気相空間とを連通する蒸気抜
   き通路を設けたことを特徴とする自動変速機付車
   両のオイルクーラ。