JPH039287B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は冷媒の気化潜熱を利用してシリンダ及
び燃焼室外壁を冷却するいわゆる沸騰冷却式多気
筒内燃機関において、ウオータジヤケツト上位の
気相部から冷媒の沸騰蒸気を外部に導く蒸気マニ
ホルドに関する。

＜背景技術＞ 沸騰冷却式内燃機関は例えば特公昭57−57608
号公報に開示されており、これを第１図によつて
説明する。

即ち、機関１のウオータジヤケツト２内にはそ
の大部分の容積を占める液相冷媒Ｌが満たされて
おり、該液相冷媒Ｌを気筒との間に熱交換させ、
沸騰気化させて蒸気（気相冷媒Ｖ）を発生させ
る。

発生した蒸気をウオータジヤケツト２のシリン
ダヘツド内上位空間に捕集した後、蒸気通路３を
介してコンデンサ４に導き、ここで放熱させ、凝
縮することにより再び液冷媒に戻す。

液化した冷媒は、冷媒通路５を介してフイード
ポンプ６により再びウオータジヤケツト２内へと
還流される。

かかる沸騰冷却システムは、冷媒の気化潜熱を
利用して機関を冷却するため、その冷却効率が高
く、またコンデンサにあつては高温蒸気と外気と
の大きな温度差において熱交換するため放熱効果
に優れている。また前記冷媒の沸騰は燃焼室壁等
高温になり易い部分から開始されるから均一冷却
が図れる。

これらのことから沸騰冷却によると、燃焼室壁
等の壁温を材料の耐久性及び耐ノツク性等に支障
を生じない範囲でできるだけ高くして前記冷却を
行うことができ、熱効率上極めて好ましい結果を
得ることができる。

ところでこのような特徴的な効果を有する沸騰
冷却システムの冷媒サイクルにおいては、図示の
ように前記蒸気通路３がパイプ状であつて単にシ
リンダヘツドの気筒列方向端部に連結されてお
り、気相冷媒Ｖ層の最外端から蒸気を外部に誘引
する構成となつているのが一般である。またウオ
ータジヤケツト２の大部分を占めて液相冷媒Ｌが
シリンダ壁及び燃焼室壁を覆うように構成してい
るため、気相冷媒Ｖの占める容積が比較的小さく
なつているのが実情である。

従つて蒸気取出口に近い気筒周囲のウオータジ
ヤケツト部から発生した蒸気は円滑にコンデンサ
４に誘引されるが、逆に蒸気取出口から遠く離れ
た反対端のウオータジヤケツト部に発生した蒸気
は気相冷媒Ｖ層内に淀み易くなり、その淀んだ蒸
気の放熱が円滑になされなくなるため局所的に高
熱化する気筒が生じたり、特に蒸気通路３のパイ
プ径が小さい場合には通路抵抗の相乗的効果によ
り局所的にウオータジヤケツト２の排気ポート壁
や燃焼室壁等の部位が過熱するおそれが生じるも
のであつた。

＜発明の目的＞ 本発明は上記に鑑み全ての気筒に関してウオー
タジヤケツト部から蒸気を円滑に導き出せるよう
にすることを目的とする。

＜発明の構成＞ 上記目的の達成のために本発明では専用の蒸気
マニホルドを設け、各気筒のウオータジヤケツト
上位に夫々独立して連通すべく形成した入口ポー
トを通じてウオータジヤケツト上位の蒸気を滞流
させることなく、容量の大きな、従つて通路抵抗
の小さい蒸気コレクタ内に円滑に導いて集合さ
せ、該蒸気コレクタの上部に設けた出口ポートか
ら円滑に蒸気を外部に導き出すように前記蒸気マ
ニホルドを構成した。

＜実施例＞ 以下に本発明の実施例を第２図〜第４図に基づ
いて説明する。

第２図Ａ〜Ｄは本発明を多気筒デイーゼル機関
に適用したもので、シリンダヘツド１１にはグロ
ープラグ及び噴射弁を臨ませた副燃焼室１２が形
成され、該副燃焼室１２に噴射供給された燃料は
ピストン１３の圧縮作用により着火されて噴口１
４より主燃焼室１５内に火炎及び未燃成分として
噴出される。該副燃焼室１２及び主燃焼室１５の
外壁１６が臨むシリンダヘツド１１内のウオータ
ジヤケツト１７は連通路１８を介してシリンダブ
ロツク１９の各シリンダ壁２０を囲繞するウオー
タジヤケツト２１に連通している。そして液相冷
媒はシリンダブロツク１９のウオータジヤケツト
２１を満たし更にはシリンダヘツド１１の下部を
満たしてシリンダ壁２０及び各燃焼室１５，１２
の外壁１６を覆い、これより熱を奪つて沸騰気化
する。沸騰蒸気はウオータジヤケツト１７の上位
の気相冷媒空間に集合する。尚図中２６は噴射ノ
ズル取付孔、２７はグロープラグ取付孔、２８は
吸気マニホルド、２９は排気マニホルドである。

一方、シリンダヘツド１１の側端面にはアルミ
鋳造された本発明に係る蒸気マニホルド３０が取
付フランジ３１を介してボルト締め等の固定手段
により取付される。そして蒸気マニホルド３０に
１気筒１本の割合で設けた入口ポート３２は、シ
リンダヘツド１１のウオータジヤケツト１７上位
の気相冷媒空間であつてかつ前記主燃焼室１５の
外壁１６上方位置の連通ポート部１７Ａに夫々独
立して連通する。該連通ポート部１７Ａはウオー
タジヤケツト１７の気相冷媒空間の蒸気を直上方
に導いた後、滑らかに蒸気マニホルド３０の入口
ポート３２に導く内面形状を有しており、また入
口ポート３２は夫々等しい通路面積を有していて
かつ滑らかな曲壁で入口ポート３２より高位の蒸
気コレクタ３３に連通している。

従つてウオータジヤケツト１７内の蒸気を各気
筒毎に独立して、略均等量だけ、高位の蒸気コレ
クタ３３内に円滑に導くことができるから、ウオ
ータジヤケツト１７上位の気相冷媒空間の通気性
を良くし蒸気の滞流を生じさせることがない。

ここにおいて蒸気コレクタ３３は入口ポート３
２より高位に設けてあるから、蒸気コレクタ３３
内に凝縮した液滴を入口ポート３２を介してウオ
ータジヤケツト１７内に自重流させるドレン作用
をもたらす。

蒸気コレクタ３３はシリンダ列に平行に延びる
略円筒状体からなつていて、その両端がウエル
チ・プラグ３４により閉鎖されている。このため
その形状はコンパクト化され製作性は極めて容易
となり、更には吸気マニホルド２８付近へのレイ
アウト性が良い。そして該蒸気コレクタ３３の長
手方向略中央上端付近等の上部に出口ポート３５
を連通接続する。該出口ポート３５及び前記蒸気
コレクタ３３の通路面積は充分大きく設定されて
おり、各入口ポート３２から流入する蒸気流が相
互に干渉し合つて局所的に蒸気がウオータジヤケ
ツト１７内に淀むようなことのないようになつて
いる。かくして円滑に導かれた蒸気は出口ポート
３５を経由して図示しない（第１図参照）コンデ
ンサへと送られる。

尚蒸気コレクタ３３の上端一部には注水口３６
が設けられる。このため、蒸気マニホルド３０が
冷却系の最高位となりその上端の注水口３６から
容易に系のエア抜きを行うことができる。

入口ポート３２のフランジ３１及び出口ポート
３５のフランジ３７端面には“Ｏ”リングによる
シール構造を装着するためのリング溝３８が設け
てあり、従つてフランジ面の製作精度を落として
もシール性を確保でき、またウオータジヤケツト
１７並びに蒸気マニホルド３０内が負圧になつた
際のエア混入を防止できる。

尚上記実施例において、出口ポート３５の位置
は蒸気コレクタ３３の長手方向略中央位置に設け
てある。この結果従来のように各入口ポート３２
からの距離に長大なものがなくなり、即ち通気抵
抗が平均化し、各気筒から略均一な蒸気量を外部
に取り出すことができる。

その意味において各入口ポート３２から出口ポ
ート３５に至る通路抵抗をより均一化する必要が
あれば、入口ポート３２から出口ポート３５まで
の距離が長い程、入口ポート３２の通路面積を大
にし或いは長さを短く形成すればよい。その実施
例を第３図に示す。この実施例は出口ポート３５
Ａを蒸気コレクタ３３の長手方向端部に設けたも
のであるが、入口ポート３２と出口ポート３５Ａ
との距離が長い程、入口ポート３２の長さを短く
した例を示す。

また、蒸気コレクタ３３にあつては、蒸気流量
に応じて通路断面積を増大するのが通路抵抗を減
ずることとなる。従つて第４図に示すように単一
の入口ポート３２ａのみから導かれた蒸気が流通
する蒸気コレクタ部断面積よりも、上記蒸気流に
加え他の入口ポート３２ｂから導かれた蒸気が合
流する蒸気コレクタ部断面積を大とすべく、出口
ポート３５に向けて蒸気コレクタ３３Ａの天壁を
αだけ傾斜させれば、入口ポート３２ａ，３２ｂ
を流れる蒸気流の等量化を図ることができ、この
場合ひいては蒸気の前記天壁に沿つた円滑な流れ
を促すことができる。

＜発明の効果＞ 以上述べたように本発明によれば、各気筒毎に
夫々独立してウオータジヤケツト上位の気相冷却
空間に夫々連通する複数の入口ポートと、これよ
りも高位に配置されて入口ポートから流入する蒸
気を集合する蒸気コレクタと、該蒸気コレクタの
上部から蒸気を外部に導く出口ポートと、を備え
て構成された蒸気マニホルドを設けたので、ウオ
ータジヤケツト内の蒸気を各気筒毎に均等量だけ
外部に誘引し、局所的な蒸気の淀みを防止するこ
とができる。このため各気筒毎に液相冷媒の蒸気
発生を均一に行わせしめることが可能となり、シ
リンダ壁及び燃焼室壁の局所的な過熱を防止し
て、シリンダヘツドの熱変形、及び破損を未然に
防止できると共に、蒸気の円滑な誘引もあわさつ
て機関の冷却性能を極めて向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰冷却式多気筒内燃機関の従来例を
示す概略系統図、第２図は本発明の一実施例を示
し、Ａは縦断面図、Ｂは同上に用いられた蒸気マ
ニホルド単体側面図、ＣはＢのＣ−Ｃ矢視断面
図、ＤはＢの出口ポート部の断面図、第３図及び
第４図は夫々本発明の他の実施例を示す蒸気マニ
ホルド単体の側面図である。 １１……シリンダヘツド、１７，２１……ウオ
ータジヤケツト、３０……蒸気マニホルド、３
２，３２ａ，３２ｂ……入口ポート、３３，３３
Ａ……蒸気コレクタ、３５，３５Ａ……出口ポー
ト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 沸騰冷却式多気筒内燃機関のシリンダヘツド
   に連結されウオータジヤケツト上位から冷媒の沸
   騰蒸気を外部に誘引する蒸気マニホルドであつ
   て、各気筒のウオータジヤケツト上位に夫々独立
   して連通する気筒数に応じた入口ポートと、該入
   口ポートが連通し該入口ポートよりも高位に配置
   されて蒸気を集合する蒸気コレクタと、該蒸気コ
   レクタの上部から蒸気を外部に導く出口ポート
   と、を有することを特徴とする沸騰冷却式多気筒
   内燃機関の蒸気マニホルド。