JPS60240820A - エンジンの沸騰冷却装置 - 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】 （技術分野） この発明は、冷却液の気化潜熱全利用したエンジンの沸
騰冷却装置に関する。

（先行技術） 冷却液をウォータジャケット内にて沸騰蒸発させ、その
気化潜熱によりエンジンの冷却を効率良く行なうように
した沸騰冷却装置が本出願人より提案されている（特願
昭５８−１４５４６７号等）。

これを第５図に基づいて説明すると、１はエンジン本体
、２はシリンダブロック３およびシリンダヘッド４にか
けて形成されたウォータジャケット、５はウォータジャ
ケット２の上部に所定の空間部を残して充填された冷却
液（冷媒）である。

この冷却液５は、エンジンの熱を吸収して所定の温度に
達すると沸騰し始め、気化潜熱を奪いながら蒸発する。

そして、この蒸発冷却液（蒸気）はウォータジャケット
２の上部に接続する蒸気通路６を介して熱交換用のコン
デンサ７に導ひかれる。

コンデンサ７には冷却風を送る冷却ファン（電動ファン
）８が取付けられ、その風量に応じて蒸発冷却液は外部
に放熱し冷却され、もとの液体に凝縮された後、ロワタ
ンク９に貯留される。

ウォータジャケット２には液面センサ１ｏが設置され、
冷却液５の蒸発に伴ない液面がある程度下がると、制御
回路１１によりウォータジャケット２のもどシ通路（冷
媒通路）１２に介装した供給ホン７”１３が駆動される
。このポンプ１３により、ロワタンク９内の冷却液５′
ｔ″電磁弁２５Ｘ！ｉ−介してウォータジャケット２へ
と循環するようにして閉回路の冷却系を構成する。

また、制御回路１１は、冷却液温を検出する温度センサ
１４と、エンジン回転、アクセル開度、燃料供給量等を
検出する図示しない各センサからの信号に基づいて、前
記冷却ファン８を駆動制御し、エンジンの冷却温度を運
転条件に応じて最適値に設定する。つまり、冷却系内は
閉回路左なっているため、系内の圧力を変化させること
により、冷却液の沸点を上下させることができる。

例えば、エンジンの発熱量が比較的少ない低負荷時には
、冷却ファン８の風量全滅らしてコンデンサ７での放熱
、凝縮をある程度抑制し、冷却系内の圧力を大気圧以上
に高めることによシ、冷却液５の沸点を高める。これに
よシ、エンジンの冷却液温ｆ’を高めに維持して（例え
ば１２０℃）、冷却損失の軽減を図る。

これに対して、エンジンの発熱量が多い高負荷時には、
冷却ファン８の風量を増やしてコンデンサ７での放熱、
凝縮を促進し、すると系内の圧力が大気圧以下となシ冷
却液５の沸点が下げられ、エンジンの冷却液温度を低め
に保ち（例えば９０℃）、良好な冷却状態を確保する。

冷却液５の沸騰気化潜熱は極めて大きく、また蒸発冷却
液によるコンデンサ７での放熱作用は十分に高いことか
ら、少量の冷却液５でエンジン全効率良く冷却すること
ができると共に、その冷却液ｆｔ運転条件に応じて応答
良く制御することが可能であり、したがって優れた冷却
機能が得られるのである。

他方、このような装置では、エンジンを停止して冷却液
の温度が常温近くまで下がった場合、それまで蒸発して
いた冷却液が液化して系内の圧力がかなり低下し、強い
負圧を生じかねない。

そのため、補助通路１５．１６および電磁弁１７゜１８
を介してウォータジャケット２に接続する補助タンク１
９が設けられ、エンジン停止時に補助通路１５を開き、
低下した系内圧力と大気圧との差圧を利用して補助タン
ク１９に貯えた補填用の冷却液を、液面センサ２０の検
出レベルまで導入させる。

また、系内圧力の低下によシ外部からウォータジャケッ
ト２に空気が入り込んだ場合、これを排除するように、
前記蒸気通路６の上部に空気通路２１と電磁弁２２が設
けられ、例えばエンジン始動初期等に空気通路２１、補
助通路１６を開くと共に供給ホンｆ１３５駆動し、補助
タンク１９から冷却液を強制的に送り込んで余分の空気
を排出しつつ冷却液面を所定のレベルに合わせる。この
空気は補助タンク１９の上部空気層に導ひかれ、フィル
タ２３を介して外部に排出でれる。

そして、この状態において、エンジンの始動によシ冷却
液の温度が上昇し所定の温度に達すると、冷却液は沸騰
、蒸発を開始するが、このとき液面センサ１０，２４の
検出レベルに応じて補助通路１５を開き、冷却液を大気
圧下で沸騰、蒸発させ、その蒸発圧力によって補償され
た分の冷却液を補助タンク１９へと押し戻す。

この場合、供給ボン７”１３は液面センサ１ｏに応じて
駆動され、ジャケット２内の液面を適正レベルに保つよ
うにロワタンク９がら冷却液を送り、ロワタンク９内の
液面が所定レベルになると停止される。

これによシ、蒸発圧力を大気圧に保ちながら、系内の冷
却液を適正量に復帰ならびに設定するのである。したが
って、系内に空気が入り込むようなことは防止され、コ
ンデンサ７での熱交換効率が良好に維持される。

このようにして、常に沸騰冷却の的確な冷却作用が得ら
れ、その高い冷却性能が維持されると共に、前記冷却フ
ァン８の風量に応じて冷却液の沸点圧力全大気圧以下に
任意に下けることができ、前述したようにエンジンの高
負荷時等に冷却温度を１００℃以下（水を用いた場合）
に設定することが可能となっている。

なお、上記装置では、少量の冷却液でエンジンの冷却を
行なえるから、ウォータジャケット２はもちろん、コン
デンサ７、供給ポンｆ１３等も小さくてすみ、冷却系の
小型化、軽量化を図れる。

また、エンジンの暖機時間を短縮することが可能になる
と共に、コンデンサ７での放熱効率が良好なことから、
冷却ファン８の駆動動力を低減でき、騒音ならびに燃費
の改善が図れるという利点がある。

しかしながら、このような冷却装置にあっては、ウォー
タジャケット２内で沸騰した蒸気が、そのまま蒸気通路
６を介してコンデンサ７に流れ込む構造となっていたた
め、その蒸気に伴なってまだ蒸発していない冷却液がジ
ャケット２がら流出し７、コンデンサ７に流れ込むこと
がある。

例えば、冷却液の沸点が低くなっている場合には、沸騰
が活発に行なわれることがら、その沸騰）　蒸気と共に
冷却液が流出しゃすく、・ンデンサ７へと流れ込んでし
まうのでおる。

コンデンサ７では、蒸気による放熱を行なうので、熱伝
達率が高く放熱効率が極めて良好であるが、これに液体
の冷却液が入り込むと、液体にょシ熱伝達率が悪化する
と共に、蒸気の放熱面積が減少し、効率が低下すること
に々る。

したがって、良好な冷却性能が得られなくなると共に、
ジャケット２内の液面低下により供給ボンｆ１３の駆動
が増え、動力損失を招くという問題があった。

（発明の目的ン この発明は、蒸発前の冷媒がコンデンサに流れ込まない
ようにして、上記問題点の解決を図ることを目的として
いる。

（発明の開示） この発明は、前述したような沸騰冷却装置において、ク
ォータジャケットとコンデンサを連通する蒸気通路の途
中に堰を設け、ウォータジャケットからの冷媒蒸気は通
すが、液状冷媒のコンデンサへの流れ込みを阻止するよ
うにしている。

（実施例） 第１図、第２図は、本発明の実施例を示すもので、４は
エンジンのシリンダヘッド、２はそのウォータジャケッ
トである。

このシリンダヘッド４の上部には、第５図と同じように
ウォータジャケット２とコンデンサ７全結ぶ蒸気通路６
が水平に接続するが、この蒸気通路６の途中に堰２６が
設けられる。

この堰２６は板状の部材からなり、蒸気通路６と直交す
る方向で蒸気通路６の底部２７に固定される。

この堰２６はウォータジャケット２に近い位置に固定さ
れ、蒸気通路６の底部２７から所定の高さく例えば蒸気
通路６の狛の高さ）となるように形成される。

なお、蒸気通路６の断面は第２図のように円形でなくと
も良い。

また、１０は液面センサ、２８は空気排出用の空間で、
その他の構成については第５図と同様である。

このように構成したため、ウォータジャケット２内で沸
騰した冷媒５の蒸気は、蒸気通路６を通ってコンデンサ
７へと流入する一方、この蒸気に伴なってジャケット２
内の液状冷媒５が蒸気通路６へ流出することがあるが、
蒸気通路６の堰２６により液状冷媒の流出は阻止され、
コンデンサ７側に流れ込むことはない。特に、冷媒の沸
点が低く、盛んに沸騰している場合、液状冷媒が流出し
やすく流出量が増加するが、このようなときでも途中で
阻止することができ、コンデンサ７への流れ込み′ｆｃ
確実に防止することができる。

したがって、コンデンサ７には冷媒蒸気のみが導入され
るため、コンデンサ７での放熱作用、放熱効率を良好に
維持することができ、この結果ジャケット２内の液面低
下に伴なう供給ボンｆ１３の駆動が軽減されると共に、
常に安定で高い冷却性能を確保することができる。

第３図、第４図は本発明の他の実施例を示すもので、蒸
気通路６の堰２９にバイメタル３０を用いたものである
。

このバイメタル３０は上側の熱膨張率が大きく下側の熱
膨張率が小さいもので、その可動端がウォータジャケッ
ト２側を向くように固定される。

そして、冷媒蒸気の温度が低いときには、上側に反って
堰２９′！ｉ−形成しく図示状態）、温度が高いときに
は、水平状態に伏して堰２９を開くようにかっている。

なお、３１はバイメタル３００座％　３２仲堰２９の密
閉性を保つ側壁である。

これによれは、冷媒の沸点が低く（冷媒蒸気の温度も低
い）、ウォータジャケット２から蒸気通路６に液状冷媒
が流出しやすいときに、その流出を防止できる一方、冷
媒の沸点が高く（冷媒蒸気の温度も高い）、液状冷媒が
流出しにくいときに、蒸気通路６が拡げられ、蒸気の流
れ抵抗を軽減することができる。

（発明の効果） ウォータジャケット内の液状冷媒が沸騰蒸気に伴なって
コンデンサに流れ込むことはなく、供給ｌ　ｄｅ７ｆ（
Ｄ。□８１□、８１．３７ア、ケアの良好な放熱作用を
保って高い冷却性能を維持することができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施例を示す要部断面図とそ
のＡ−Ａ線断面図、第３図、第４図は本発明の他の実施
例を示す要部断面図とそのＢ−Ｂ線断面図、第５図は先
願の沸騰冷却装置を示す構成断面図である。 ２・・・ウォータジャケット、６・・・蒸気通路、７・
・・コンデンサ、８・・・冷却ファン、１１・・・制御
回路、１２・・・冷媒通路、１３・・供給ポンプ、１７
．１８・・・電磁弁、１９・・・補助タンク、２６．２
９・・・堰。 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人弁理士　後　藤　政　喜　１．。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　大部分を液相冷媒で満たしたエンジンウォータジャ
   ケットと内部を気相状に保ったコンデンサと金、上部の
   冷媒蒸気上流す蒸気通路とコンデンサからの液化冷媒を
   供給ポンプを介して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エンジンの沸騰冷却装置におい
   て。 前記蒸気通路の途中に堰を設けたことを特徴とするエン
   ジンの沸騰冷却装置。 ２　上記堰は、温度に応じて可動し、温度が低いの沸騰
   冷却装置。