JPH0354315A - エンジン用部分沸騰冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エンジンを冷却する冷却装置に関し、特に，
冷却水とは異なるもう一つの冷媒による沸騰冷却作用を
冷却の一部に利用したエンジン用部分沸騰冷却装置に関
する。

［従来の技術］ 一般に、エンジンの冷却装置では、水冷式のものが主流
となっており、この水冷式のエンジン用冷却装置として
は、例えば、第８図（エンジンの縦断面図）及び第９図
（エンジンの側面図）に示すようなものがある。

第８，９図において、１はエンジン、２はエンジン１の
本体を構成するシリンダブロック，３はエンジン１０本
体を構成するシリンダヘッド、４はシリンダブロック２
の下方のスカート部２ａの下端に設けられたオイルパン
であり、シリンダブロック２の内部には、ピストン１２
を摺動自在に内挿されるシリンダライナ１３が形成され
ており、シリンダヘッド３は、ガスケット２０を介して
このシリンダライナ１３の上端を覆うように装備されて
いる，また、５はシリンダヘッド３に接続された吸気管
、６はシリンダヘッド３に接続された排気管であり，７
はシリンダヘッド３及び吸気管５の内部に設けられた吸
気通路、８はシリンダヘッド３及び排気管６の内部に設
けられた排気通路、９は吸気通路７に設けられた吸気バ
ルブ、１０は排気通路８に設けられた排気バルブである
。

このようなエンジン１に、水冷式のエンジン用冷却装置
１１が装備されている。この冷却装置１１は、シリンダ
ブロック２及びシリンダヘッド３に内部のシリンダライ
ナ１３やバルブ９，１０の周りを覆うように設けられた
ウォータジャケット１４と、ウォータジャケット１４内
に蓄えられた冷却水１９を冷却するラジエータ１５と，
冷却水１つがウォータジャケット１４内で強制対流しう
るように（第９図中の矢印参照）冷却水１９を邸動する
ウォータポンプｌ６とから構或される。

なお、ウォータジャケット１４は冷却水供給管１７と冷
却水排出管工８とを通じてラジエータ１５と連通ずるよ
うに接続さており、また，ウォータポンプ１６は、冷却
水供給管１７とウオータジャケット１４との間に設けら
れている。

このように４１ｌ＆された冷却装置１１では、ラジエー
タ１５で冷却処理された冷却水１９は、ウォータポンプ
１６に開動されて、冷却水供給管１７を通じてウォータ
ジャケット１４内に流れ込み、第９図中に矢印で示すよ
うに対流しながら、シリンダライナ１３やバルブ９，１
０の周囲の発熱部分を冷却していき、冷却水排出管１８
を通じてラジエータ１５内へと排出され、再びラジエー
タ１５で冷却処理される。このように循環する冷却水１
９によって、エンジンの冷却が行なわれる。

［発明が解決しようとする課題コ しかしながら、上述の従来のエンジン用冷却装置におけ
るウオータジャケット１４内の冷却水１９の温度分布を
みると、上部のシリンダヘッド３側の部分及びその近傍
では高温であり、下方のシリンダブロック２のスカート
部２ａに近づくに従って低温となっている。そして、シ
リンダライナ１３の温度分布も、冷却水１９の温度分布
に応して不均一になっており，このようなシリンダライ
ナ１３の不均一な温度分布は、シリンダライナ１３の不
均一な変形を招き、潤滑油消費の増大やピストンの片当
たりやピストンスラツプ音の増大の原因となるので、好
ましくない６ また、シリンダライナ１３のスカート部２ａに近い側が
過度に冷却されるのは、ウオータボンプ１６を不必要に
働かせることになり、冷却装置としての効率の悪化を招
く。

そこで、シリンダライナ部分の温度分布を均一にすると
共に、より効率的な冷却を行なえるようにすべく，第１
０．１１図に示すように構威されたエンジン用冷却装置
２工が提案された。

なお、第１０．１１図はそれぞれ第８，９図に対応して
おり、第１０．１１図中、第８，９図と同符号のものは
同様な部分を示している．このため、これらの部分につ
いては説明を省略する。

このエンジン用冷却装Ｗ２１では、ウオータジャケット
２４が、内部の冷却水１９をウオータボンブ１６で踵動
される強制対流部２４ａと、内部の冷却水１９をウォー
タポンプｌ６で翻動されない自然対流部２４ｂとに分割
されている。

つまり、ウォータジャケット２４は、第１０図に示すよ
うに、そのシリンダライナ１３の外側周囲の上部に設け
られた連通孔２２を介して、この連通孔２２よりも上方
に位置する部分（強制対流部）２４ａと、連通孔２２よ
りも下方に位置する部分（自然対流部）２４ｂとに分割
されている。

このうち、強制対流部２４ａの内部の冷却水１９は、第
１１図に示すように、ウォータポンプ１６に趣動されて
強制対流するが、自然対流部２４ｂはウォータポンプ１
６との間を仕切られており、この自然対流部２４ｂの内
部の冷却水１９は、ウォータポンプ１６に邸動されない
で自然対流するようになっている。

このような構成により、ラジエータ１５で冷却処理され
た冷却水１９は、ウォータポンプ１６に酩動されて、冷
却水供給管１７を通じてウォータジャケット２４の強制
対流部２４ａの内部に流れ込んで，第１１図中に矢印で
示すように対流しながら、シリンダライナ１３の上部や
バルブ９，土Ｏの周囲の発熱部分を冷却していき、冷却
水排出管１８を通じてラジエータ１５内へと排出されて
、再びラジエータ１５で冷却処理される。

これに対して，ウォータジャケット２４の自然対流部２
４ｂでは、シリンダライナ１３からの熱を吸収して高温
になった冷却水１９は，自然対流により上方の連通孔２
２の近傍に上昇して強制対流部２４ａ側の冷却水工９に
より冷却されて下降して、再びシリンダライナエ３の冷
却を行なう。

この結果、冷却水１９の開動は、ウォータジャケット２
４の一部（つまり、強制対流部２４ａ）について行なえ
ばよく、冷却水工９の循環水路のトータル断面積が減少
することになり、同一出力のウォータポンプ１６を用い
ても冷却水１９の循環速度が高まり、循環系の強制対流
熱伝達率が向上し、強制対流部２４ａでの冷却能力を高
めることができる． 一方，自然対流部２４ｂは、強制対流部２４ａよりも熱
伝達率が低く、その内部の冷却水１９も高温になり易い
特徴がある。

したがって、ウォータジャケット２４内の冷却水１９の
温度は，上部のシリンダｌ＼ツド３の近傍では従来に比
べて低下し、下方のシリンダブロック２のスカート部２
ａに近い部分では従来に比べて上昇するようになり、冷
却水１９の温度分布が均一に近くなる。このため、シリ
ンダライナ１３の温度分布も均一になり，シリンダライ
ナ１３の変形も均一となって、潤滑油消費の増大やビス
トンの片当たりやピストンスランプ音の増大等の防止を
期待できる． ところが、上述のように単にウォータジャケット２４を
強制対流部２４ａと自然対流部２４ｂとに分割しただけ
では，自然対流部２４ｂにおける熱伝達率の低下が大き
く、却ってシリンダライナ部１３を所望の温度まで冷却
できない虞がある。

本発明は、このような課題に鑑みて案出されたもので、
シリンダライナ部を所望の温度までしかも均一な温度分
布になるように効率良くしかも確実に冷却できるように
した，エンジン用部分沸騰冷却装置を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段コ このため、本発明の請求項（１）記載のエンジン用部分
沸騰冷却装置は、エンジンのシリンダヘッド及びシリン
ダブロックに設けられたウォータジャケットが、主とし
て該シリンダヘットに形成され内部の第１の冷却液体を
ウォータポンプによって強制対流される強制対流部と、
主として該シリンダブロックのシリンダライナの外側周
囲に形成され内部の第２の冷却液体を該ウォータポンプ
によって強制対流されず自然対流される自然対流部とを
そなえ，該第２の冷却液体が、該シリンダライナを冷却
すべき温度帯域近傍の沸点を有し該第１の冷却液体より
も比重が大きく且つこの第１の冷却液体と相分離する性
質をもった冷媒をそなえていることを特徴としている． また、本発明の請求項（２）記載のエンジン用部分沸騰
冷却装置は、エンジンのシリンダヘッド及びシリンダブ
ロックに設けられたウォータジャケットが、該シリンダ
ヘッドと該シリンダブロックの上方部分とに形成され内
部の第１の冷却液体をウォータポンプによって強制対流
される強制対流部と、該シリンダブロックのシリンダラ
イナ外側周囲に形成され該強制対流部と連通孔を介して
連通されて内部の第２の冷却水を該ウォータポンプによ
って強制対流されず自然対流される自然対流部とをそな
え、該第２の冷却液体が，該シリンダライナを冷却すべ
き温度帯域近傍の沸点を有し該第１の冷却液体よりも比
重が大きく且つこの第１の冷却液体と相分離する性質を
もった冷媒をそなえていることを特徴としている。

そして、本発明の請求項（３）記載のエンジン用部分沸
騰冷却装置は、エンジンのシリンダヘッド及びシリンダ
ブロックに設けられたウオータジャケットが、該シリン
ダヘッドに形成され内部の第１の冷却水をウォータポン
プによって強制対流される強制対流部と、該シリンダブ
ロックのシリンダライナ外側周囲に形成され内部の第２
の冷却水を該ウォータポンプによって強制対流されず自
然対流される自然対流部とをそなえ、該第２の冷却液体
が、該シリンダライナを冷却すべき温度帯域近傍の沸点
を有し該第１の冷却液体よりも比重が大きく且つこの第
１の冷却液体と相分離する性質をもった冷媒をそなえて
、該強制対流部と該自然対流部との間に熱交換器が介装
されていることを特徴としている． ［作　用コ 上述の本発明の請求項（１）記載のエンジン用部分沸騰
冷却装置では，ウォータジャケットのうちの強制対流部
で，内部の第１の冷却水がウオータボンブによって駆動
されて強制対流し主としてシリンダライナの上部及びそ
の上方の部分を冷却する。一方、該ウォータジャケット
の自然対流部では、内部の第２の冷却水が該ウォータポ
ンプによって開動されずに自然対流して主として該シリ
ンダライナの側部全体を冷却する．この時，該自然対流
部内では、該シリンダライナが加熱して冷却されるべき
温度帯域まで高温になると、該第２の冷却水にそなえら
れた冷媒が、このシリンダライナの熱を大幅に吸収しな
がら沸騰し、この沸騰によって、該シリンダライナが所
定の温度帯域以上への温度上昇を防止されてその温度を
所定の温度帯域に保持される．このように該自然対流部
内で沸騰した冷媒は、その浮力によって該自然対流部内
を上昇していき、上方の強制冷却部側の第１の冷却水に
よって直接又は間接的に冷却され液化し、自重によって
該自然対流部内を下降して、再び上述のように該シリン
ダを冷却する。このようにして，該冷媒が該自然対流部
内で対流循環しながら行なう冷却効率の高い沸騰冷却作
用によって、該シリンダライナが効率的に冷却される．
また、上述の本発明の請求項（２）記載のエンジン用部
分沸騰冷却装置では、請求項（１）記載の装置とほぼ同
様に作動するが、この装置では、該自然対流部内の冷媒
の対流循環の際に、該自然対流部内で沸騰した該冷媒は
、その浮力によって該自然対流部内を上昇していき、該
自然対流部の上方の連通孔を通じて進入した第１の冷却
水に接することで，該第１の冷却水により冷却されて再
び液化して、自重により該自然対流部内を下降する６そ
して、上述の本発明の請求項（３）記載のエンジン用部
分沸騰冷却装置では、請求項（１）記載の装置とほぼ同
様に作動するが、この装置では、該自然対流部内の冷媒
の対流循環の際に、該自然対流部内で沸騰した冷媒は、
その浮力によって該自然対流部内を上昇していき、熱交
換器を介して、該自然対流部内の上方の該強制対流部内
の第１の冷却水によって冷却されて再び液化して、自重
により該自然対流部内を下降する。

［実施例コ 以下、図面により本発明の実施例について説明すると、
第１〜３図は本発明の第１実施例としてのエンジン用部
分沸騰冷却装置を示すもので，第１図はその装置を装備
したエンジンの縦断面図、第２図はそのエンジンの側面
図、第３図はこの装置の作用を説明するための要部拡大
断面図であり、第４〜７図は本発明の第２実施例として
のエンジン用部分沸騰冷却装置を示すもので、第４図は
その装置を装備したエンジンの縦断面図、第５図はその
エンジンの側面図、第６図はそのエンジンのシリンダブ
ロックへのガスケットの装着状態を示すシリンダブロッ
クの上面側平面図，第７図はそのエンジンのシリンダブ
ロックへのガスケットの装着状態を示すシリンダブロッ
ク及びシリンダヘッドの側断面図である．なお、第１，
２図及び第４，５図において，第８．９図及び第１０．
１１図と同符号はほぼ同様なものを示している．まず、
本発明の請求項（１）及び（２）記載のエンジン用部分
沸騰冷却装置にかかる第１実施例について説明する。

第１，２図において、符号１はエンジン（ここでは４気
筒エンジン）、２はエンジン１の本体を構成するシリン
ダブロック、３はエンジン１の本体を構成するシリンダ
ヘッド、４はシリンダブロック２の下方のスカート部２
ａの下端に設けられたオイルパンであり、シリンダブロ
ック２の内部には、ピストン１２を摺動自在に内挿され
るシリンダライナ１３が形Ｉ戊されており、シリンダヘ
ッド３は、ガスケット２０を介してこのシリンダライナ
１３の上端を覆うように装備されている。また、符号５
はシリンダヘッド３に接続された吸気管，６はシリンダ
ヘッド３に接続された排気管であり，７はシリンダヘッ
ド３及び吸気管５の内部に設けられた吸気通路、８はシ
リンダヘッド３及び排気管６の内部に設けられた排気通
路、９は吸気通路７に設けられた吸気バルブ、１０は排
気通路８に設けられた排気バルブである。

そして、このようなエンジン１に、エンジン用部分沸騰
冷却装置３１が装備されている。この部分沸騰冷却装置
３１は、第１，２図に示すように、シリンダブロック２
及びシリンダヘッド３に内部のシリンダライナ１３や燃
焼室２５やバルブ９，１０の周りを覆うように設けられ
たウオータジャケット２４と、ウオータジャケット２４
内に蓄えられた第１の冷却液体を冷却するラジエータ１
５と、第１の冷却液体がウオータジャケット１４内で強
制対流しつるように（第２図中の矢印参照）第１の冷却
液体を腫動するウオータボンプ■６とから構成されてい
る。なお、第１の冷却液体とは，一般的な冷却水１９の
ことである。また、ウオータジャケット２４は冷却水供
給管１７と冷却水排出管１８とを通じてラジエータ１５
と連通ずるように接続さている．そして、ウオータボン
プ１６は、冷却水供給管工７とウオータジャケット２４
との間に設けられている。

そして、この冷却装置３１のウオータジャケット２４は
、第１図に示すように、シリンダライナ１３の外側周囲
の上部に設けられた連通孔２２を介して，この連通孔２
２よりも上方に位置する部分（強制対流部）２４ａと、
連通孔２２よりも下方に位置する部分（自然対流部）２
４ｂとに分割されている。このうち、上方に位置する強
制対流部２４ａの内部の第１の冷却液体としての冷却水
工９は、第２図に示すように、ウオータポンプ１６に酩
動されて強制対流するように接続されているが、下方に
位置する自然苅流部２４ｂはウオータポンプ１６との間
を仕切られていて、自然対流部２４ｂの内部の第２の冷
却液体はウオータボンプ１６に酩動されないで自然対流
するようになっている． このうち、自然対流部２４ｂ内の第２の冷却液体は、冷
却水１９とは異なる物質であって自然対流部２４ｂ内の
所定のレベルまで充填された冷媒３２と強制対流部２４
ａ内からこの冷媒３２の」二部に進入した冷却水１９と
からなっている。この冷媒３２は、■シリンダライナ１
３を冷却すへき温度帯域近傍の沸点を有し、■冷却水１
９よりも比重が大きく、且つ、■冷却水工９と相分離す
るという各性質をもち合わせた液体である。

ここで、シリンダライナ１３を冷却すべき温度帯域とは
、エンジンｌの作動時に保持したいシリンダライナ１３
の温度範囲であって、例えば、シリンダライナ１３の温
度が１１０℃程度を上限としこれ以下に保持されるよう
に温度設定する場合には、冷媒３２としては、通常運転
時のウォータジャケット２４の内圧（例えば１３００〜
１４０Ｑ　ｎｕ　Ｈ　ｇ程度）で、シリンダライナ１３
を冷却すべき温度帯の上限（１１０℃）よりもやや低い
沸点（例えば１００℃程度の沸点）を有するものを用い
る。

このような沸点を有し、冷却水１９よりも比重が大きく
且つ冷却水１９と相分離する性質をもち合わせた液体と
しては、例えばフロンがある。

このフロンには、種々のものがあり、−１１ｆｆに水に
溶解しないで、水と相分離する性質があり、その比重に
ついても水よりも大きいものが各種ある。

これらの性質をもったフロンの中に、通常運転時のウオ
ータジャケット２４の内圧でほぼ１００℃の沸点を有す
るものが存在し、このようなフロンを冷媒３２として採
用すればよい。

なお、この冷媒（フロン）３２の充填量は、冷却水１９
との液相面がウォータジャケット２４の自然対流部２４
ｂ内で連通孔２２よりも一定レベル下方に位置するよう
に調整されている。このような液相面レベルの設定は、
冷媒３２が常に自然対流部２４ｂ内に保持されるように
するためのもので、自然対流部２４ｂの上端部よりも余
裕をもった位置になっている。

そして、ウォータジャケット２４の強制対流部２４ａの
冷却能力は、自然対流部２４ｂ内の上部の冷却水１９が
冷媒３２の沸点よりも低い温度を保持しうるように設定
されている。例えば、冷媒３２の沸点がほぼ１００℃な
らば、自然対流部２４ａ内の上部の冷却水ｌ９が９０℃
程度に冷却しうるように設定されている． 本発明の第１実施例としてのエンジン用部分沸騰冷却装
置３１は、上述のごとく構成されているので、ラジエー
タ１５内で冷却された冷却水１９は、ウォータポンプ１
６に駒動されてウォータジャケット２４の強制対流部２
４ａ内に進入しウオータボンプ１６の翻動力で、第２図
中に矢印で示すように強制対流しながら、シリンダライ
ナ１３の外側周囲の上部及びその上方の燃焼室２５やバ
ルブ９，１０の周囲の発熱部分等の所要部分を冷却する
。そして、冷却水１９は、この後、再び該ラジエータ１
５内に戻り冷却される． このような対流循環を繰り返しながら、冷却水１９によ
るエンジンの冷却が行なわれる一方で、シリンダライナ
１３の上部を除いた主要な部分は、以下のように冷却さ
れる。

つまり、第３図に示すように、ウオータジャケット２４
の自然対流部２４ｂの内部に充填された冷媒３２は，シ
リンダライナ１３の熱を大きく吸収して，シリンダライ
ナエ３の冷却設定温度帯域で沸騰する．ここでは，シリ
ンダライナ１３の温度が１１０℃よりもやや低い温度ま
で加熱すると自然対流部２４ｂのシリンダライナ１３側
の内壁面が例えば１０５℃程度になり、ほぼ１００’Ｃ
程度の沸点を有する冷媒３２はシリンダライナ１３側の
内壁面に接すると自ら沸騰しながら、シリンダライナｌ
３から大量の熱を吸収する。

この沸騰したガス状の冷媒３２ａは、その浮力により自
然対流部２４ｂ内を上昇していくが、連通孔２２を通じ
て自然対流部２４ｂ内に進入している冷却水１９に接す
ると（符号３２ｂ参照）、冷媒３２は、この冷却水ｌ９
に混ざることなく、冷却水１９に吸熱されて冷却され再
び液化する。

これは、自然対流部２４ｂ内に進入している冷却水１９
の温度が冷媒３２の沸点（ほぼ１００℃）以下の温度（
ほぼ９０℃）を保持されているためである． そして、液化した冷媒３２は、自重により自然対流部２
４ｂ内を下降して、再びジ゛ノンダラ・ｒナ１３の冷却
に供される． 自然対流部２４ｂ内の冷媒３２は、このような対流循環
を繰り返して、自然対流部２４ｂ内から外部へ流出する
ことなく、自ら沸騰しながらこれに接触するシリンダラ
イナｔ３を冷却するといういわゆる沸騰冷却作用によっ
て，高い効率で、シリンダライナ１３を、常に設定した
温度帯［１１０℃以下で１００℃程度（冷媒の沸点）ま
での範囲］に冷却する。

この沸騰冷却作用による熱伝達率は、通常の自然対流の
場合に比べおよそ１００倍程度も高いので、冷却能力の
大幅な向上が期待でき、シリンダライナ１３を確実に所
望の温度まで冷却することができる。

この結果、冷却水の関動は，ウオータジャケット２４の
一部（つまり、強制対流部）２４ａについて行なえばよ
く冷却水の循環水路のトータル断面席が減少することに
なり、同一出力のウオータポンプ１６を用いても冷却水
の循環速度が高まり、循環系の強制対流熱伝達率が向上
し、強制対流部２４ａの冷却能力が高まるので、強制対
流部２４ａ内の冷却水１９の温度を、その沸点以下の適
当な温度（例えば９０℃程度）に、確実に保持できるよ
うになる。

さらに，強制対流すべき冷却水量が少なくなるため，エ
ンジン始動時の暖気を促進できるようになる効果も得ら
れる。

そして、ウォータジャケット２４内の冷却水１９の温度
分布については、上部のシリンダヘッド３の近傍では従
来に比べ低下し、下方のシリンダブロック２のスカート
部２ａに近い部分では冷却水１９及び冷媒３２の温度を
一定レベル以下で過度な冷却とならないような範囲にｖ
Ｒｕできるようになり、冷却水工９及び冷媒３２の温度
分布を均一にすることができる。これにより、シリンダ
ライナ１３の温度分布を均一にでき、シリンダライナ１
３の変形も均一となって、潤滑油消費の増大やピストン
の片当たりやピストンスラップ音の増大等を防止できる
ようになる。

なお、この実施例では、シリンダライナ１３の外側周囲
の上部に連通孔２２を設けて、この連通孔２２よりも上
方のシリンダブロック２の上方部分及びシリンダヘッド
３に強制対流部２４ａが設けられて、連通孔２２よりも
下方のシリンダブロック２の上方部分以下に自然対流部
２４ｂが設けられているが、連通孔２２の位置は、冷却
すべきエンジンの発熱分布等に応じて適宜設定すればよ
く、例えば、シリンダヘッド３とシリンダブロック２と
の接続部分を貫通するように連通孔２２を設けることも
考えられる。何れにしても、強制対流部２４ａは主とし
てシリンダヘッド３に設けられ、自然対流部２４ｂは主
としてシリンダブロック２に設けられることになる。

次に，本発明の請求項（１）及び（３），（４）記載の
エンジン用部分沸騰冷却装置にかかる第２実施例につい
て説明する。

この第２実施例を示す第４〜７図中、第１〜３図と同符
号は何れも同様のものを示しているので、これらの部分
については一部説明を省略する。

この実施例のエンジン１に装備される部分沸騰冷却装置
３３では、第４，５図に示すように、ウォータジャケッ
ト３４が、第１実施例と同様に、シリンダブロック２及
びシリンダヘッド３に内部のシリンダライナ１３や燃焼
室２５やバルブ９，１０の周りを覆うように設けられて
おり，強制対流部３４ａと自然対流部３４ｂとをそなえ
ているが、この例では、強制対流部３４ａはシリンダヘ
ッド３内に設けられ，自然対流部３　４．　ｂはシリン
ダブロック２内に設けられている。

そして、強制対流部３４ａの内部の第１−の冷却液体と
しての冷却水１９は、第５図に示すように、ウォータポ
ンプ１６に岨動されて強制対流するように接続されてい
るが、自然対流部３４ｂはウオータポンプ１６との間を
仕切られていて、自然対流部３４ｂの内部の第２の冷却
液体はウオータボンプ１６に酩動されないで自然対流す
るようになっている． このウォータジャケット３４では、強制対流部３４ａと
自然対流部３４ｂとを連通ずる連通孔２２は介設されて
おらず、両対流部３４ａ，３４ｂは幅を狭めることなく
接続しているが、これらの強制対流部３４ａと自然対流
部３４ｂとの間には、熱交換器としての熱交換フィンユ
ニット３６が介装されている。したがって、この熱交換
フィンユニット３６によって仕切られて、両対流部３４
ａ，３　４．　ｂは互いに連通していない。

このようなウォータジャケット３４のうち、自然対流部
３４ｂの内部の第２の冷却液体は、冷却水１９とは異な
る物質の冷媒３２のみからなる。

つまり、冷媒３２は、ウォータジャケット３４の自然対
流部３４ｂ内の全体に充填されている。

この冷媒３２も第１実施例と同様に例えばフロン等の、
■シリンダライナ１３を冷却すべき温度帯域近傍の沸点
を有し、■冷却水１９よりも比重が大きく，且つ、■冷
却水１９と相分離するという各性質をもち合わせた液体
である． また、本実施例では、熱交換フィンユニット３６が，シ
リンダヘッド３とシリンダブロック２との間に介装され
るガスケット３５に一体に形威されている。

つまり、第６図に示すように，ガスケット３５のうち、
強制対流部３４ａ及び自然対流部３４ｂに露出する部分
に，部分的にフィンビード３６ａが形威されている。

このフィンビード３６は、例えば板厚０．４ｍ程度の板
金のメタルガスケット３５をプレス加工により波板状に
加工したものであり、特に、この実施例では、直線状に
伸びるフィンビード３６ａを各シリンダの両側にのみ形
成するようにして，容易に加工できるように考慮してい
る。なお、ガスケット３５には、ガスケット本来のシー
ル機能を発揮できるように、所要の部分にグロメット等
が装着されている． そして、ガスケット３５は、シリンダブロック２と、第
７図に示すように、一定以上の圧力でこのシリンダブロ
ック２上に装着されるシリンダヘッド３との間に挟持さ
れる． また、第６，７図中に、第４，５図の対応箇所とは異な
る形状の部分があるが、これは、第４，５図において部
分的に簡素化して示した箇所を第６，７図にはより詳細
に示しているためである。

本発明の第２実施例としてのエンジン用部分沸騰冷却装
置３１は、上述のごと＜ａｆｉされているので、ラジエ
ータ１５内で冷却された冷却水１９は、ウォータポンプ
１６に趣動されてウオータジャケット３４の強制対流部
３４ａ内に進入しウォータポンプ１６の郭動力で、第５
図中に矢印で示すように強制対流しながら、シリンダラ
イナ１３の上端部や燃焼室２５及びバルブ９，ｌＯの周
囲の発熱部分等の所要部分を冷却して、この後再び該ラ
ジエータ１５内に戻り冷却される。このような対流循環
を繰り返しながら、冷却水１９によるエンジンの冷却が
行なわれる一方で、シリンダライナ１３の主要な部分は
、ウォータジャケット３４の自然対流部３４ｂによって
，以下のように冷却される。

つまり、自然対流部３４ｂの内部に充填された冷媒３２
は、第↓実施例と同様に（第３図参照）、シリンダライ
ナ１３の熱を大きく吸収して、シリンダライナ１３の冷
却設定温度帯域で沸騰する．例えば、冷却設定温度をほ
ぼ１１０℃，冷媒沸点をほぼ１００℃とした場合，シリ
ンダライナ１３の温度が１１０℃よりもやや低い温度ま
で加熱すると自然対流部３４ｂのシリンダライナ１３側
の内壁面が例えば１０５℃程度になり，冷媒３２はシリ
ンダライナ１３側の内壁面に接すると自ら沸騰しながら
、シリンダライナ１３から大量の熱を吸収する。

沸騰してガス状になった高温の冷媒３２は、その浮力に
より自然対流部３４ｂ内を上昇していくが，熱交換フィ
ンユニット３６に接すると、高温の冷媒３２ａの熱が、
このフィンユニット３６を介して強制冷却部３４ａ内の
冷却水と熱交換して冷却されて、冷媒３２は再び液化す
る。

そして、液化した冷媒３２は、自重により自然対流部３
４ｂ内を下降して、再びシリンダライナ１３の冷却に供
される。

自然対流部３４ｂ内の冷媒３２は、このような循環を繰
り返して、自ら沸騰しながらこれに接触するシリンダラ
イナ１３を冷却するといういわゆる沸騰冷却作用によっ
て、第１実施例と同様に、高い効率で、シリンダライナ
１３を、常に設定した温度帯に冷却する。

この結果、第２実施例でも、第１実施例と同様に冷却水
の循環水路のトータル断面席が減少することになり、循
環系の強制対流熱伝達率が向上し，強制対流部３４ａの
冷却能力の向上により、強制対流部３４ａ内の冷却水１
９の温度を、その沸点以下の適当な温度（例えば９０℃
程度）に、確実に保持できるようになる利点や、エンジ
ン始動時の暖気を促進できるようになる効果も得られる
。

そして、ウォータジャケット３４内の冷却水１９及び冷
媒３２の温度分布の均一化により，シリンダライナ１３
の変形を均一にして、潤滑油消費の増大やピストンの片
当たりやピストンスランプ音の増大等を防止できるよう
になる効果もある。

また、この第２実施例では、熱交換フィンユニット３６
が、ガスケット３５に一体に形成されているので、エン
ジンの組立上やコスト上で有利である３ ただし、この第２実施例のように、熱交換器としての熱
交換フィンユニット３６をガスケット３５に一体に形成
しないで、熱交換器をガスケット３５と別体の独立した
ものとしてもよい。

また，シリンダライナ１３を冷却すべき温度帯や自然対
流部２４ｂ，３４ｂ内の上部の冷却水１９の設定温度は
、上述の各実施例の値に限るものではなく、適宜設定し
うるものであり、この場合には、冷媒３２の沸点もこれ
に応じたものを採用すれば良い。

例えば，シリンダライナ１３の温度の上限を１３０℃程
度としたら、冷媒３２には、通常運転時のウオータジャ
ケット２４の内圧でこの上限温度１３０℃よりもやや低
い沸点（例えば１２０℃程度の沸点）を有するものを用
いればよい。特に，第２実施例の場合、自然対流部３４
ｂ内には冷媒３２のみが封入されており、自然対流部２
４ｂ内に冷却水１９が進入しない構造なので、自然対流
部３４ｂ内での冷却水１９の沸騰の心配がなく、シリン
ダライナ１３の温度の上限をより高めに設定することが
できる。

さらに、上述の冷却装置３１．３３を装備するエンジン
についても、ここで上げたエンジンｌに限定されるもの
ではなく、これと気箇数の異なるエンジンやその他の形
状のエンジンであってもよい。

［発明の効果コ 以上詳述したように、本発明の請求項（１）記載のエン
ジン用部分沸騰冷却装置によれば、エンジンのシリンダ
ヘッド及びシリンダブロックに設けられたウォータジャ
ケットが、主として該シリンダヘッドに形成され内部の
第１の冷却液体をウォータポンプによって強制対流され
る強制対流部と、主として該シリンダブロックのシリン
ダライナの外側周囲に形成され内部の第２の冷却液体を
該ウォータポンプによって強制対流されず自然対流され
る自然対流部とをそなえ．該第２の冷却液体が、該シリ
ンダライナを冷却すべき温度帯域近傍の沸点を有し該第
１の冷却液体よりも比重が大きく且つこの第１の冷却液
体と相分離する性質をもった冷媒をそなえるという構成
により、エンジン冷却効率・冷却能力を大幅に向上でき
るようになると共に、始動時の暖気促進効果も得られる
．そして、シリンダライナ部を均一に冷却できるような
るため、エンジン作動時の該シリンダライナの変形も均
一となって、潤滑油消費の増大やピストンの片当たりや
ピストンスラップ音の増大等を防止できる利点もある。

また、本発明の請求項（２）記載のエンジン用部分沸騰
冷却装置によれば、上述の請求項（１）記載の装置とほ
ぼ同様な効果が得られるのに加えて、強制対流部と自然
対流部との間に設けられた連通孔を通じて、自然対流部
の放熱が容易となって，より一層エンジンの冷却効率・
冷却能力を向上できるという効果がある。

さらに、本発明の請求項（３）記載のエンジン用部分沸
騰冷却装置によれば、上述の請求項（１）記載の装置と
ほぼ同様な効果が得られるのに加えて、強制対流部と自
然対流部との間に設けられた熱交換器を通じて、自然対
流部の放熱が容易となって、より一層エンジンの冷却効
率・冷却能力を向上できると共に、冷却温度設定の自由
度がより向上するという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の第１実施例としてのエンジン用部
分沸騰冷却装置を示すもので、第１図はその装置を装備
したエンジンの縦断面図、第２図はそのエンジンの側面
図、第３図はこの装置の作用を説明するための要部拡大
断面図であり、第４〜７図はは本発明の第２実施例とし
てのエンジン用部分沸騰冷却装置を示すもので、第４図
はその装置を装備したエンジンの縦断面図、第５図はそ
のエンジンの側面図、第６図はそのエンジンのシリンダ
ブロックへのガスケットの装着状態を示すシリンダブロ
ックの上面側平面図、第７図はそのエンジンのシリンダ
ブロックへのガスケットの装着状態を示すシリンダブロ
ック及びシリンダヘッドの側断面図であり，第８，９図
は従来のエンジン用冷却装置を示すもので、第８図はこ
の装置を装備したエンジンの縦断面図，第９図はそのエ
ンジンの側面図であり、第１０．１１図は本発明の案出
過程で提案されたエンジン用冷却装置を示すもので、第
１０図はこの装置を装備したエンジンの縦断面図、第１
１図はそのエンジンの側面図である。 １−エンジン、２−シリンダブロック、２ａ−シリンダ
ブロック２のスカート部，３−・−シリンダヘッド、４
−オイルパン、５一吸気管、６一排気管、７一吸気通路
、８一排気通路、９・一吸気バルブ、１０一排気バルブ
，１２・・−ピストン、１３−シリンダライナ．１５−
ラジエータ．１６−　ウオータボンプ，１７一冷却水供
給管、１８一冷却水排出管、１９一冷却水，２０・・−
ガスケット、２２一連通管、２４．３４−ウオータジャ
ケット、２４ａ，３４ａ一強制対流部、２４ｂ，３４ｂ
一自然対流部，２５一燃焼室、３１．３３−エンジン用
部分沸騰冷却装置、３２一冷媒、３５−ガスケット、３
６一熱交換器としての熱交換フィンユニット、３６ａ−
　フィンビード。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンのシリンダヘッド及びシリンダブロック
   に設けられたウォータジャケットが、主として該シリン
   ダヘッドに形成され内部の第１の冷却液体をウォータポ
   ンプによって強制対流される強制対流部と、主として該
   シリンダブロックのシリンダライナの外側周囲に形成さ
   れ内部の第２の冷却液体を該ウォータポンプによって強
   制対流されず自然対流される自然対流部とをそなえ、該
   第２の冷却液体が、該シリンダライナを冷却すべき温度
   帯域近傍の沸点を有し該第１の冷却液体よりも比重が大
   きく且つこの第１の冷却液体と相分離する性質をもった
   冷媒をそなえていることを特徴とする、エンジン用部分
   沸騰冷却装置。
2. （２）エンジンのシリンダヘッド及びシリンダブロック
   に設けられたウォータジャケットが、該シリンダヘッド
   と該シリンダブロックの上方部分とに形成され内部の第
   １の冷却液体をウォータポンプによって強制対流される
   強制対流部と、該シリンダブロックのシリンダライナ外
   側周囲に形成され該強制対流部と連通孔を介して連通さ
   れて内部の第２の冷却水を該ウォータポンプによって強
   制対流されず自然対流される自然対流部とをそなえ、該
   第２の冷却液体が、該シリンダライナを冷却すべき温度
   帯域近傍の沸点を有し該第１の冷却液体よりも比重が大
   きく且つこの第１の冷却液体と相分離する性質をもった
   冷媒をそなえていることを特徴とする、エンジン用部分
   沸騰冷却装置。
3. （３）エンジンのシリンダヘッド及びシリンダブロック
   に設けられたウォータジャケットが、該シリンダヘッド
   に形成され内部の第１の冷却水をウォータポンプによっ
   て強制対流される強制対流部と、該シリンダブロックの
   シリンダライナ外側周囲に形成され内部の第２の冷却水
   を該ウォータポンプによって強制対流されず自然対流さ
   れる自然対流部とをそなえ、該第２の冷却液体が、該シ
   リンダライナを冷却すべき温度帯域近傍の沸点を有し該
   第１の冷却液体よりも比重が大きく且つこの第１の冷却
   液体と相分離する性質をもった冷媒をそなえて、該強制
   対流部と該自然対流部との間に熱交換器が介装されてい
   ることを特徴とする、エンジン用部分沸騰冷却装置。
4. （４）該シリンダヘッドと該シリンダブロックとの間に
   、該強制対流部と該自然対流部との間に介在するビード
   状の熱交換器を形成されたメタルガスケットが介装され
   ていることを特徴とする、請求項（３）記載のエンジン
   用部分沸騰冷却装置。