JPH0410326Y2 - - 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
ータの能率や水の熱容量等の関係上、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
駆動損失になつていた。

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うものである（特開昭
56−32027、公表特許公報昭60−500140号等参
照）。

（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では、ウオ
ータジヤケツトの冷媒液面上方やコンデンサ内が
気相空間であつて、気相空間に空気が存在してい
るため、ウオータジヤケツトで発生した冷媒蒸気
がコンデンサに流入しても、その空気の介在によ
りコンデンサでの蒸気のそれほど良好な放熱、凝
縮作用は得られないという問題がある。

また、コンデンサで凝縮液化した冷媒をポンプ
により循環させるものにあつては、ウオータジヤ
ケツトの適正レベルに液面センサ等を設置し、こ
の検出信号に応じてポンプを駆動制御するが、こ
れだと構造が複雑で、故障や誤動作を起こしやす
くなる。

この考案は、このような問題点を解決し、優れ
た性能を有する沸騰冷却装置を提供することを目
的としている。

また、この考案では整備性を高めること、具体
的には機関組立時等における冷却系への冷媒の注
入作業を容易にすることも目的としている。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するためにこの考案では、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、
冷媒蒸気を流す蒸気通路と液化冷媒を戻す冷媒通
路とで連通して冷媒が循環する閉回路を形成した
内燃機関の沸騰冷却装置において、前記コンデン
サをウオータジヤケツトの上方に配置し、前記冷
媒通路の途中に逆止弁を介装すると共に、所定量
の液相冷媒を貯溜した補助タンクを設け、この補
助タンクの液中に開口して前記コンデンサ下部に
接続する第１の通路に蒸気圧が所定値以上となつ
たときに閉じる開放弁を、補助タンク内の気相部
分に開口して前記蒸気通路に接続する第２の通路
に負圧が所定値以上となつたときに開く負圧応動
弁をそれぞれ介装し、さらに補助タンク下部とウ
オータジヤケツトとを連通する冷媒注入通路と、
この冷媒注入通路を開閉する注入切換弁と、ウオ
ータジヤケツト内の液面の上限を検出する液面セ
ンサを有する上限検出手段とを設ける。

（作用） したがつて、ウオータジヤケツト内の冷媒が沸
騰して蒸気が発生し始めると、この蒸気は蒸気通
路を介して上方のコンデンサに流入するが、この
蒸気によつて系内の空気はコンデンサ側に押しや
られると共に、このとき第１の通路の開放弁が開
いているため、系内の空気は第１の通路を介して
補助タンクへと排出される。

そして、蒸気の発生量が増えて蒸気の圧力が高
まると、開放弁が閉じて系内の気相空間は蒸気の
みとなり、このためコンデンサでの高い放熱、凝
縮作用が確保される。

また、コンデンサで凝縮液化された冷媒は冷媒
通路を介して重力によりウオータジヤケツトへと
戻るため、ポンプ等が不要となり、構造が簡略化
すると共に、ポンプ動力等も不要となる。

一方、系内の気相空間が蒸気のみとなると、エ
ンジン停止時等に温度の低下に伴つて系内が負圧
化するが、この場合負圧応動弁が第２の通路を開
く。したがつて、第２の通路から系内に空気が吸
入され、負圧化は防止される。

ところで、この沸騰冷却系において上述したよ
うな機能を支障なく発揮させるためには、ウオー
タジヤケツト内の冷媒量に過不足があつてはなら
ないことは言うまでもない。このため、エンジン
の組立時、または整備上の都合から一旦冷媒を抜
き取つたのち再び冷媒を注入するとき、あるいは
長期間の使用の結果として不足した分の冷媒を補
給するときには、必ずエンジンウオータジヤケツ
トが所定の液面レベルとなるように冷媒の注入量
を管理する必要がある。その点この考案では、補
助タンクとウオータジヤケツトとを冷媒注入通路
を介して連通してあるので、この冷媒注入通路の
途中に位置することになる注入切換弁を開くこと
により補助タンク側からウオータジヤケツトへと
冷媒を注入することができ、しかもウオータジヤ
ケツト内の冷媒量が所定の上限値に達するとこれ
を液面センサで検出した上限検出手段が作動して
冷媒液面レベルが所定値になつたことを知らしめ
るので、その時点で冷媒の注入を終了すればウオ
ータジヤケツトに関する冷媒の注入作業は完了す
る。そして、このようにして注入作業を終えたの
ち再び注入切換弁を閉ざすことにより本来の冷却
系回路が形成されるので、以後所定の冷却機能が
発揮される。

尚、冷媒をエンジン上部のヘツドカバー等から
直接的にウオータジヤケツトへと注入するように
構成することも可能であるが、そのような構成の
エンジンをキヤブトラツクに搭載した場合、冷媒
を補給するためにはその都度キヤブテイルトを行
わなければならず作業性が悪化する。これに対し
てこの考案ではエンジンから離して設置できる補
助タンクから冷媒を注入する構成であるので、補
助タンクの設置場所次第でこうした煩わしさを解
消することが可能である。また、上記説明は注入
切換弁を手動で操作することを前提としているが
これに限られるものではなく、以下に実施例とし
て説明するように、上限検知手段と協働して自動
的に冷媒注入通路を開閉するように構成すること
も可能である。

（実施例） 図は本考案の実施例を示すもので、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に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か
らシリンダヘツドにかけて形成され、コンデンサ
３はウオータジヤケツト２よりも上方に配置され
る。

ウオータジヤケツト２はコンデンサ３と閉回路
を形成するように、ウオータジヤケツト２上部の
気相空間に開口する蒸気通路５を介してコンデン
サ３の入口部（上部）６と連通され、コンデンサ
３の出口部（下部）７が冷媒通路８を介してウオ
ータジヤケツト２の液相中に連通される。

蒸気通路５の途中には気液分離用のウオータト
ラツプ９が配置され、このウオータトラツプ９と
ウオータジヤケツト２との間に逆止弁１０を介装
した戻り通路１１が形成される。

冷媒通路８の途中にはウオータジヤケツト２内
の冷媒液面が冷媒蒸気の圧力により低下すること
のないように逆止弁１２が介装される。

一方、所定量の液相冷媒を貯溜した補助タンク
１３が、この場合ウオータジヤケツト２よりもや
や高位置に設けられ、この補助タンク１３の液中
に開口して前記コンデンサ３の下部７に接続する
第１の通路１４と、補助タンク１３内の気相部分
（この場合液面付近）に開口して前記ウオータト
ラツプ９上方の蒸気通路５に接続する第２の通路
１５とが形成される。

第１の通路１４には逆止弁１６と電磁弁からな
る開放弁１７とが介装され、開放弁１７は第１の
通路１４を後述するように開閉する。

第２の通路１５には蒸気通路５内の圧力が負圧
のときに負圧に応じて第２の通路１５を開く負圧
応動弁１８が介装される。尚、補助タンク１３は
上部の空気抜きを兼ねた注入口１９を介して外気
と連通される。

そして、ウオータジヤケツト２近傍の蒸気通路
５に冷媒蒸気の圧力に応じて導通する圧力スイツ
チ２０，２１が設置される。

圧力スイツチ２０は、蒸気の圧力が設定値に達
すると、電源と前記冷却フアン４との間に設けた
リレー２２を作動し、冷却フアン４を駆動する。
設定値よりも低くなると冷却フアン４を停止す
る。また、圧力スイツチ２１は、蒸気の圧力が設
定値よりも低いときには前記開放弁１７を開き、
設定値以上のときには、電源と開放弁１７との間
に設けたリレー２３を作動し開放弁１７を閉じる
ようになつている。

尚、２４はウオータジヤケツト２内の冷媒液面
の下限レベルを検出する液面センサで、冷媒液面
が液面センサ２４の位置まで下がつたときにブザ
ー等からなる警報装置２５を作動するようになつ
ている。

また、リリーフバルブ２６は異常に蒸発量が増
加した場合、圧力上昇によつて蒸気系内が損傷す
るのを防止する為、蒸気を外部に逃がし、圧力上
昇を防止している。

次に、この考案の他の特徴である冷媒の注入経
路に関して説明すると、図中３０が補助タンク１
３とウオータジヤケツト２とを連通する冷媒注入
通路であり、その途中に電磁式の注入切換弁３１
が介装される。また、３２はウオータジヤケツト
２に面して取り付けられた第２の液面センサであ
り、ウオータジヤケツト２内の冷媒液面レベルが
所定の上限値に達したか否かを検出する。３３は
前記液面センサ３２の出力に基づいて電磁式注入
切換弁３１を駆動する切換弁駆動回路、３４はこ
の切換弁駆動回路３３を介して注入切換弁３１が
駆動されたことを告知する、例えばモニタランプ
等からなる警報装置である。尚、これらの詳しい
作用については後述する。

以下、上記構成に基づく作用について説明す
る。

まず冷却装置としての作用を説明すると、エン
ジンの停止時には、冷却系内は所定量の冷媒と空
気とで満たされており、第１の通路１４の開放弁
１７は開かれた状態にある。また、このとき注入
切換弁３１は閉ざされており、これにより冷媒注
入通路３０は冷却作用に影響を及ぼさない状態に
置かれる。

そして、エンジンを始動すると、エンジン発生
熱を受けてウオータジヤケツト２内の冷媒の温度
が上昇し、やがて冷媒が沸騰し始めると、気化潜
熱を奪いながら蒸気を発生する。

この蒸気はウオータジヤケツト２から蒸気通路
５を介して上方のコンデンサ３へと流入するが、
この蒸気に伴つてウオータジヤケツト２及び蒸気
通路５内の空気はコンデンサ３へと押しやられ、
さらにコンデンサ３の下部７から第１の通路１４
を介して補助タンク１３へと排出される。

このとき、空気と共に若干の蒸気も排出される
が、第１の通路１４が補助タンク１３の貯溜液中
に開口しているため、蒸気は貯溜液により凝縮し
タンク１３内にとどまる。そして、この後蒸気の
発生量が増えて蒸気の圧力がある程度高まると、
圧力スイツチ２１が導通して第１の通路１４の開
放弁１７が閉じられる。

そして、この状態で通常の冷却運転に入るが、
この場合、蒸気量がそれほど多くないときには、
走行風のみによつてコンデンサ３での蒸気の放
熱、凝縮が行なわれる一方、蒸気量が増加し蒸気
の圧力が所定圧に達すると、圧力スイツチ２０の
導通により冷却フアン４が駆動され、強制冷却風
により蒸気の放熱、凝縮が促進される。

このため、冷却フアン４の駆動動力が軽減され
ると共に、エンジンの冷却が応答良く的確に行な
われる。

また、コンデンサ３で凝縮液化した冷媒は、コ
ンデンサ下部７から冷媒通路８を介して重力によ
り落下し、逆止弁１２を介し下方のウオータジヤ
ケツト２へと戻される。

このため、ポンプ等を用いずとも冷媒を循環す
ることが可能であり、装置の構造が簡略化すると
共に、ポンプ動力や冷媒循環のための制御が不要
となる。

なお、冷却開始の当初に蒸気と共に蒸気通路５
を経てコンデンサ３へと導入された系内の空気
は、蒸気よりも重いためコンデンサ下部７に滞留
し、その大部分は第１の通路１４を介して大気側
（補助タンク１３）へと排出されるが、このとき
排出しきれなかつた空気と冷媒通路８内に残つて
いた空気は、コンデンサ３にて冷却されて液化し
た冷媒と共に冷媒通路８を介してウオータジヤケ
ツト２へと導入され、エンジンにて暖められて蒸
気と共に再び蒸気通路５を介してコンデンサ３へ
と導入され、コンデンサ下部７から第１の通路１
４を介して大気側へと排出される。このサイクル
の繰り返しにより系内の気相空間はほぼ蒸気のみ
で満たされることになるため、コンデンサ３では
蒸気のみによる放熱が行われて、効率のよい放
熱、凝縮作用が確保されるのである。

一方、系内の気相空間が蒸気のみとなるため、
エンジンを停止して系内の温度が低下すると蒸気
が凝縮して系内の圧力が大きく低下するが、この
ときその圧力の低下に応じて第２の通路１５の負
圧応動弁１８が開かれる。

したがつて、第２の通路１５から系内に空気が
吸入され、負圧化は防止される。また、この場合
第２の通路１５が補助タンク１３の貯溜液面付近
に開口しているため、エンジンの始動時の空気排
出に伴つて補助タンク１３の液中に排出された蒸
気相当分の冷媒は、その相当分補助タンク１３の
液面を第２の通路１５の開口部位より高めること
で、空気の吸入に伴つて系内に吸入、回収され
る。これにより、系内の冷媒は常に適正量に保持
される。

次に、冷媒の補給もしくは注入について説明す
ると、例えばエンジン組立直後のようにウオータ
ジヤケツト２内に冷媒を満たす必要がある場合、
作業者はまず駆動回路３３をリセツトする。これ
により駆動回路３３を介して注入切換弁３１が開
弁駆動されると共に警報装置３４が作動して注入
準備状態に入つたことを作業者に告知する。

そして、このようにして切換弁３１が開かれる
と注入通路３０を介してウオータジヤケツト２と
補助タンク１３とが連通するので、リリーフバル
ブ２６を外した状態で補助タンク１３上部の注入
口１９を開けて液状冷媒を注ぐことにより、この
注入冷媒は高位置にある補助タンク１３から通路
３０及びウオータジヤケツト２へと重力に基づい
て流入してゆく。このとき注入冷媒量に相当する
ジヤケツト２内の空気がリリーフバルブ２６の取
付孔から抜けてゆくので冷媒は円滑にジヤケツト
２へと流入してゆく。

上記冷媒注入作業によりウオータジヤケツト２
内の冷媒液量が所定の上限値にまで達すると、こ
れは液面センサ３２を介して駆動回路３３に検出
され、これにより駆動回路３３は切換弁３１を閉
弁駆動して注入通路３０を閉ざすと共に警報装置
３４を介してウオータジヤケツト２への冷媒注入
が終了したことを作業者に告知する。従つて、あ
とは補助タンク１３を必要量の液状冷媒で満た
し、注入口１９を閉めてリリーフバルブ２６を取
り付けるだけで作業は完了であり、これにより上
述の冷却機能をいかんなく発揮させられる状態と
なる。

尚、長時間運転等によりウオータジヤケツト２
内の冷媒量がいくらか不足した程度の場合は、定
期点検等の際に冷機状態でリリーフバルブ２６及
び注入口１９を開き、駆動回路３３にリセツトを
かけるだけで上記と同様にして補助タンク１３か
らウオータジヤケツト２へと自動的に不足分の冷
媒が補充されることになるので、この場合作業者
は前記不足分に相当する量の冷媒を補助タンク１
３に補給するだけでよい。ただし、以上は補助タ
ンク１３をウオータジヤケツト２よりも高位置に
設けた場合、つまり補助タンク１３の規定液面レ
ベルがウオータジヤケツト２よりも高い場合につ
いて説明したものであり、ウオータジヤケツト２
と同一の液面レベルとなるように補助タンク１３
を比較的低い位置に設けるようにした場合は、当
然のことながらウオータジヤケツト２の液面レベ
ルが所定の上限値に達したところで同時に補助タ
ンク１３に対する冷媒の注入が完了することにな
る。

（考案の効果） 以上のようにこの考案によれば、閉回路内の気
相空間が蒸気のみとなるため、コンデンサでの高
い放熱、凝縮作用が得られ、またポンプ等を用い
ずとも冷媒の循環が可能になると共に、エンジン
停止時に蒸気の凝縮に伴う閉回路の負圧化が防止
されるという優れた性能が確保される。

また、この考案ではウオータジヤケツトへの冷
媒の注入を補助タンクから容易に行えるので、冷
媒の注入作業性が大幅に改善される。

【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、４……冷却フアン、５……蒸気通路、８……
冷媒通路、１２……逆止弁、１３……補助タン
ク、１４……第１の通路、１５……第２の通路、
１７……開放弁、１８……負圧応動弁、３０……
冷媒注入通路、３１……注入切換弁、３２……液
面センサ、３３……切換弁駆動回路、３４……警
報装置。

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、冷媒蒸気を流す蒸気通路と液化冷媒を戻す冷
   媒通路とで連通して冷媒が循環する閉回路を形成
   した内燃機関の沸騰冷却装置において、前記コン
   デンサをウオータジヤケツトの上方に配置し、前
   記冷媒通路の途中に逆止弁を介装すると共に、所
   定量の液相冷媒を貯溜した補助タンクを設け、こ
   の補助タンクの液中に開口して前記コンデンサ下
   部に接続する第１の通路に蒸気圧が所定値以上と
   なつたときに閉じる開放弁を、補助タンク内の気
   相部分に開口して前記蒸気通路に接続する第２の
   通路に負圧が所定値以上となつたときに開く負圧
   応動弁をそれぞれ介装し、さらに補助タンク下部
   とウオータジヤケツトとを連通する冷媒注入通路
   と、この冷媒注入通路を開閉する注入切換弁と、
   ウオータジヤケツト内の液面の上限を検出する液
   面センサを有する上限検出手段とを設けたこと特
   徴とする内燃機関の沸騰冷却装置。