JPH0410327Y2 - - 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） ところで、このような冷却装置において、良好
な冷却性能を得るために、ウオータジヤケツトで
発生した蒸気により冷却回路内の空気を外部へと
排出するようにしたものがある。この場合、冷却
装置に所定の液相冷媒を貯溜した補助タンクが備
えられ、回路外に排出された蒸気を補助タンクの
液相中に回収するようになつている。

しかし、こうすると例えば冷媒に水と不凍液
（エチレングリコール等）との混合液を用いた場
合、ウオータジヤケツトから水分だけが沸騰蒸発
するため、補助タンクに回収される液体は水分だ
けとなつてしまう。このため、補助タンクの液相
中の不凍液濃度が次第に薄くなり、凍結しやすく
なるという問題があつた。

（問題点を解決するための手段） この考案は、このような問題点を解消するため
に、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、所定量
の液相冷媒を貯溜した補助タンクと、前記ウオー
タジヤケツト内の冷媒液面よりも上方の部分にて
前記閉回路に接続する排出通路とを設け、この排
出通路を開放弁を介して補助タンクの液中に開口
する一方、前記ウオータジヤケツト内の液相冷媒
を補助タンクに送るポンプと、補助タンク内の液
相冷媒を遮断弁を介してウオータジヤケツトに戻
す戻り通路とを設け、機関停止時に一時的にポン
プを駆動すると共に遮断弁を開く制御手段を備え
る。

（作用） したがつて、閉回路内の空気はウオータジヤケ
ツトで発生した蒸気により排出通路を介して押出
され、これに伴つて流出した蒸気は液相冷媒とな
つて補助タンクに回収されるが、この補助タンク
内の液相冷媒はエンジン停止時にポンプによりウ
オータジヤケツト内の液相冷媒と混合、置換され
る。これにより、冷媒に不凍液を用いた場合に補
助タンクの冷媒中の不凍液濃度が低下することは
防止される。

（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が設置され、ウオータトラツプ９と、ウ
オータジヤケツト２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
通路１４（排出通路）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の近傍の蒸気通
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。

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の冷媒液面の
下限レベルを検出するレベルセンサで、冷媒液面
がレベルセンサ２４の位置まで下がつたときに警
報ブザー２５等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。

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。

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
によつて蒸気の放熱、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を介して下方のウオータジ
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。

そして、このような沸騰冷却装置において、ウ
オータジヤケツト２内の液相冷媒を補助タンク１
３に送るポンプ（電動ポンプ）２７と、補助タン
ク１３内の液相冷媒を遮断弁（電磁弁）２８を介
してウオータジヤケツト２に戻す戻り通路２９と
が設けられる。

このポンプ２７は、例えば車室暖房用のヒータ
コア３０にヒータ通路３１を介してウオータジヤ
ケツト２内の液相冷媒を送るポンプが兼用され、
ポンプ２７の上流側のヒータ通路３１を分岐した
供給通路３２が補助タンク１３に接続されると共
に、その分岐部３３にヒータコア３０側の通路３
１と供給通路３２とを選択的に開く切換弁（三方
電磁弁）３４が介装される。

他方、戻り通路２９はウオータジヤケツト２の
下部に接続されると共に、ほぼ前記第２の通路１
５と同様に補助タンク１３の所定の液面位置に開
口、接続される。

そして、ポンプ２７と切換弁３４と遮断弁２８
を駆動する制御回路（制御手段）３５が設けら
れ、制御回路３５はエンジンが停止すると、例え
ば停止直後に一定時間ポンプ２７を駆動するよう
に制御すると共に、同じく一定時間供給通路３２
と戻り通路２９を開くように切換弁３４と遮断弁
２８を駆動制御する。

このような構成により、エンジンを始動する
と、ウオータジヤケツト２で発生した蒸気の一部
が空気の排出に伴つて補助タンク１３に流出し、
このため冷媒に不凍液を用いると、補助タンク１
３内の冷媒中の不凍液濃度が次第に低下するが、
運転も終えエンジンを停止すると、停止直後等に
一定時間ポンプ２７が駆動され、切換弁３４と遮
断弁２８により供給通路３２と戻り通路２９が開
かれる。

すると、ウオータジヤケツト２内の液相冷媒が
ポンプ２７によりヒータ通路３１と供給通路３２
を介して補助タンク１３に圧送され、これに伴つ
て補助タンク１３内の液相冷媒が戻り通路２９を
介してウオータジヤケツト２へと流入するのであ
る。

これにより、エンジン停止時に補助タンク１３
内の液相冷媒はウオータジヤケツト２内の液相冷
媒と混合、置換され、したがつて冷媒に不凍液を
用いても補助タンク１３の冷媒中の不凍液濃度が
低下することを回避でき、凍結を確実に防止でき
る。

また、ウオータジヤケツト２内の不凍液濃度を
適正値に保つことができ、このため沸騰冷却によ
る良好な冷却性能が維持される。

なお、戻り通路２９は補助タンク１３の所定液
面位置に開口しているため、上記のように冷媒を
流動させても、ウオータジヤケツト２と補助タン
ク１３内の冷媒液面は適正レベルを保つ。

ところで、本実施例ではポンプ２７としてヒー
タ用に設けられたポンプを兼用したが、もちろん
専用に新設しても良い。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、発生蒸気により
閉回路内の空気を排出するため、閉回路内の気相
空間が蒸気のみとなつて優れた冷却性能が得られ
ると共に、空気に伴つて流出した蒸気を回収する
補助タンク内の液相冷媒をエンジン停止時にウオ
ータジヤケツト内の液相冷媒と混合置換させるの
で、冷媒に不凍液を用いた場合に補助タンクの冷
媒中の不凍液濃度が低下することはなく、凍結を
確実に防止できるという効果がある。

【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、５……蒸気通路、８……冷媒通路、１３……
補助タンク、１４……排出通路、１７……開放
弁、２７……ポンプ、２８……遮断弁、２９……
戻り通路、３２……供給通路、３５……制御回
路。

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、所定量の
   液相冷媒を貯溜した補助タンクと、前記ウオータ
   ジヤケツト内の冷媒液面よりも上方の部分にて前
   記閉回路に接続する排出通路とを設け、この排出
   通路を開放弁を介して補助タンクの液中に開口す
   る一方、前記ウオータジヤケツト内の液相冷媒を
   補助タンクに送るポンプと、補助タンク内の液相
   冷媒を遮断弁を介してウオータジヤケツトに戻す
   戻り通路とを設け、機関停止時に一時的にポンプ
   を駆動すると共に遮断弁を開く制御手段を備えた
   ことを特徴とする内燃機関の沸騰冷却装置。