JPH0580565B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、ウオータジヤケツト内の所定レベ
ルまで液相冷媒を貯留しておき、その沸騰気化に
より内燃機関各部の冷却を行う内燃機関の沸騰冷
却装置に関し、特に暖機運転時に冷媒循環系内か
ら不凝縮気体である空気が自然に排出されるよう
にした沸騰冷却装置に関する。

従来の技術 自動車用機関等の冷却装置として、冷媒の沸
騰・凝縮のサイクルを利用した沸騰冷却装置が
種々提案されている。この種の冷却装置において
最も大きな課題は、不凝縮気体である空気を如何
にして系内から除去し、かつその侵入を阻止する
かということにある。

本出願人は、ウオータジヤケツトとコンデンサ
と冷媒供給ポンプとを主体として閉ループ状の冷
媒循環系を形成し、ウオータジヤケツトで発生し
た冷媒蒸気をコンデンサに導いて凝縮させた後、
液面センサの検出に基づく冷媒供給ポンプの作動
によつて再度ウオータジヤケツトへ補給するよう
にした沸騰冷却装置を種々提案している。この装
置では、系最上部に電磁弁を備えた空気排出通路
を接続してあり、始動直後等に系外のリザーバタ
ンクから冷媒供給ポンプを用いて系内に液相冷媒
を強制的に導入し、かつ同時に上記電磁弁を開い
て、系内に残存していた空気の排出を行うように
している（例えば特開昭60−36712号公報、特開
昭60−36715号公報等）。

発明が解決しようとする問題点 しかし、上記のような冷媒供給ポンプを用いた
冷媒の強制導入により空気を押し出す方式では、
冷媒供給ポンプの前後に流路切換機構となる複数
の電磁弁が必要であるとともに、空気排出通路の
電磁弁をも含めて複雑な制御を行わねばならず、
装置の簡素化、低コスト化が困難であつた。

問題点を解決するための手段 この発明は上記の問題点を解決するために、コ
ンデンサと冷媒供給ポンプとの間にリザーバタン
クを介装し、ウオータジヤケツト、コンデンサを
主体とした冷媒循環系の上部蒸気空間を満たし得
る量の液相冷媒を上記リザーバタンクに貯留して
おく一方、該タンク内部の圧力が所定の上限圧力
以上のとき、および所定の下限圧力以下のときに
リザーバタンク内外を連通する開閉弁を、上記リ
ザーバタンク上部に配設したことを特徴としてい
る。

作 用 運転状態ではウオータジヤケツトの上部ならび
にコンデンサの大部分が蒸気空間となつており、
この状態で冷媒が沸騰・凝縮のサイクルを繰り返
しつつ循環することによつて機関の冷却が行われ
る。

機関が停止すると、系内蒸気の凝縮に伴つてリ
ザーバタンク内の液相冷媒がウオータジヤケツト
やコンデンサ内に移動し、これらが液相冷媒で満
たされた状態を保つ。また、このときリザーバタ
ンク内が負圧化しようとするので、開閉弁を通し
てリザーバタンク上部に必要量の空気が導入され
る。

次に機関が始動すると、発生蒸気圧によつてウ
オータジヤケツトやコンデンサから余剰の液相冷
媒がリザーバタンク内に押し出され、所要の蒸気
空間が形成される。このとき、リザーバタンク上
部の空気は、リザーバタンク内部の圧力が高まる
ので開閉弁を通して自然に押し出される。更に、
何らかの原因でウオータジヤケツトやコンデンサ
に空気が侵入した場合には、蒸気圧力によつてコ
ンデンサ下部に集められ、自然にリザーバタンク
に押し出されるので、やはりリザーバタンク内部
の圧力が高くなつたときに開閉弁を通して排出さ
れる。

実施例 第１図はこの発明の第１実施例を示す構成説明
図であつて、同図において、１はウオータジヤケ
ツト２を備えてなるる内燃機関、３は気相冷媒を
凝縮するためのコンデンサ、４は電動式の冷媒供
給ポンプを夫々示している。

上記ウオータジヤケツト２は、内燃機関１のシ
リンダおよび燃焼室の外周部を包囲するようにシ
リンダブロツク５およびシリンダヘツド６の両者
に亘つて形成されたもので、通常気相空間となる
上部が各気筒で互いに連通しているとともに、そ
の上部の適宜な位置に蒸気出口７が設けられてい
る。この蒸気出口７は、接続管８および蒸気通路
９を介してコンデンサ３の上部入口３ａに連通し
ており、かつ上記接続管８には、冷媒循環系の最
上部となる冷媒注入部８ａが上方に立ち上がつた
形で形成されているとともに、その上部開口をキ
ヤツプ１０が密閉している。

また上記ウオータジヤケツト２の所定レベル、
具体的にはシリンダヘツド６側の略中間の高さ位
置において、一つあるいは同一レベルに並んだ複
数個の余剰冷媒排出口１１が開口形成されてい
る。

上記コンデンサ３は、上記入口３０ａを有する
アツパタンク１２と、上下方向に沿つた微細なチ
ユーブを主体としたコア部１３と、このコア部１
３で凝縮された液化冷媒を一時貯留するロアタン
ク１４とから構成されたもので、例えば車両前部
など車両走行風を受け得る位置に設置され、更に
その前面あるいは背面に、強制冷却用の電動式冷
却フアン１５を備えている。

１６は、ウオータジヤケツト２やコンデンサ３
を主体とした冷媒循環系の上部に形成される蒸気
空間を十分上廻る容積を持つたリザーバタンクで
あつて、その下部とロアタンク１４底部とが第１
冷媒供給通路１７を介して常時連通しているとと
もに、底部から導出された第２冷媒供給通路１８
の先端がウオータジヤケツト２の冷媒入口２ａに
接続されており、この第２冷媒供給通路１８に、
冷媒供給ポンプ４が介装されている。尚、リザー
バタンク１６内で第１、第２冷媒供給通路１７，
１８の開口高さが異なるのは、ロアタンク１４か
ら空気泡が押し出されて来た場合に冷媒供給ポン
プ４へ直接流入しないようにするためである。ま
た、このリザーバタンク１６はオーバフロー通路
１９を介してウオータジヤケツト２の余剰冷媒排
出口１１に連通している。２０は、このリザーバ
タンク１６の上部に配設された開閉弁であつて、
例えば公知のラジエータキヤツプのように内部の
圧力が所定の上限圧力（例えば1.2Kg／cm²程度）
以上のときに開く正圧弁と、内部の圧力が所定の
下限圧力（例えば0.9Kg／cm²程度）以下のときに
開く負圧弁とを一体に組み合せた構造を有してい
る。尚、電磁弁と圧力センサとを組み合せて同様
の作動を行わせるように構成しても良い。

また上記冷媒供給ポンプ４は、ウオータジヤケ
ツト２の適宜位置に配設した第１温度スイツチ２
１を介して電源に接続され、かつ冷却フアン１５
はロアタンク１４に配設した第２温度スイツチ２
２を介して電源に接続されている。上記第１、第
２温度スイツチ２１，２２は何れも所定温度以下
のときにOFF、所定温度以上のときにONとなる
もので、その作動温度は、高地における冷媒沸点
よりも低くかつ暖機が完了したとみなせる温度、
例えば83℃程度に設定されている。

次に上記のように構成された沸騰冷却装置の作
動について説明する。

先ず機関の停止状態においては、ウオータジヤ
ケツト２やコンデンサ３を主体とした冷媒循環系
の全体が液相冷媒（例えばエチレングリコール水
溶液）で満たされており、かつリザーバタンク１
６には多少の液相冷媒が残存している。この状態
で機関が始動すると、ウオータジヤケツト２内の
冷媒がやがて沸騰を開始し、ウオータジヤケツト
２の上部ならびにコンデンサ３上部に徐々に気相
冷媒領域が形成されて行くとともに、沸騰による
内圧の上昇によつて余剰の液相冷媒がリザーバタ
ンク１６に押し出されて来る。また同時に、リザ
ーバタンク１６上部の空気は開閉弁２０を通して
外部に排出される。そして、沸騰開始前に冷媒供
給ポンプ４が作動を開始しているので、ウオータ
ジヤケツト２内の冷媒液面は所定レベル以下に低
下することはない。

コンデンサ３の上部に気相冷媒領域が拡大する
に従つてコンデンサ３の放熱能力が増大するの
で、この放熱能力と機関発熱量とが平衡した位置
にコンデンサ３の液面位置が定まり、以後は、機
関の負荷や車両走行風等に応じてコンデンサ３の
液面位置が自然に上下動しつつ系内温度を一定に
保つ。尚、このときの系内温度は開閉弁２０の設
定圧力によつて定められることになり、外気圧に
影響されない。冷却フアン１５は、ロアタンク１
４内の冷媒温度が高まると作動開始し、コンデン
サ３を強制冷却する。また、冷媒供給ポンプ４は
機関運転中常時ロアタンク１４からリザーバタン
ク１６を経てウオータジヤケツト２へ液相冷媒を
供給しており、かつ余剰の液相冷媒はオーバフロ
ー通路１９を介してリザーバタンク１６に戻るの
で、ウオータジヤケツト２内の冷媒液面は常に所
定レベルに確実に維持される。

一方、コンデンサ３やウオータジヤケツト２内
に何らかの原因で空気が侵入していると、コンデ
ンサ３の微細なチユーブに付着して放熱能力を低
下させる虞れがあるが、この場合、空気は冷媒蒸
気に押されてコンデンサ３の下方に滞留する傾向
にあるから、負荷の増大等によりコンデンサ３内
の圧力が上昇したときにリザーバタンク１６に自
然に押し出される。そして、系内圧力が所定の上
限圧力以上となれば開閉弁２０が開くので、これ
を通して外部に排出される。

また機関停止後は、ウオータジヤケツト２やコ
ンデンサ３内の温度低下に伴う圧力低下によつ
て、リザーバタンク１６内の液相冷媒がこれらに
移動し、最終的にはコンデンサ３等の全体が液相
冷媒で満たされた状態となつて停止中の空気の侵
入が防止される。尚、リザーバタンク１６内には
開閉弁２０を通して必要量の空気が流入する。

次に第２図は、この発明の第２実施例を示して
いる。この実施例では、リザーバタンク１６がコ
ンデンサ３の側部に付設されており、下部におい
てロアタンク１４と一体に連続した形で形成され
ている。従つて、コンデンサ３のコア部１５から
押し出された空気は一層速やかにリザーバタンク
１６上部に集められる。また、この実施例ではオ
ーバフロー通路１９を用いずに、沸点近傍に作動
温度を設定した第１温度スイツチ２１に基づく冷
媒供給ポンプ４のON・OFF制御でウオータジヤ
ケツト２内の冷媒液面を略一定に保つようにして
いる。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る
内燃機関の沸騰冷却装置によれば、コンデンサ等
に何らかの原因で侵入した空気を自動的に排出で
き、冷媒供給ポンプにより強制的に空気排出を行
うものに比べて装置の簡素化ならびに制御の単純
化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す構成説明
図、第２図はこの発明の第２実施例を示す構成説
明図である。 １…内燃機関、２…ウオータジヤケツト、３…
コンデンサ、４…冷媒供給ポンプ、１５…冷却フ
アン、１６…リザーバタンク、１９…オーバフロ
ー通路、２０…開閉弁、２１…第１温度スイツ
チ、２２…第２温度スイツチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所定レベルまで液相冷媒が貯留されるウオー
   タジヤケツトと、このウオータジヤケツトで発生
   した冷媒蒸気が導入されるコンデンサと、このコ
   ンデンサと上記ウオータジヤケツトとの間に配設
   され、かつ上記ウオータジヤケツト内の冷媒液面
   を上記所定レベルに維持するようにコンデンサか
   らウオータジヤケツトへ液相冷媒を補給する冷媒
   供給ポンプと、上記コンデンサと冷媒供給ポンプ
   との間に介装され、かつウオータジヤケツト、コ
   ンデンサを主体とした冷媒循環系の上部空間を満
   たし得る量の液相冷媒が貯留されるリザーバタン
   クと、このリザーバタンクの上部に配設され、該
   タンク内部の圧力が所定の上限圧力以上のとき、
   および所定の下限圧力以下のときにリザーバタン
   ク内外を連通する開閉弁とを備えてなる内燃機関
   の沸騰冷却装置。