JPS6047816A - 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） 本発明はエンジンを冷媒の沸騰気化潜熱を用いて冷却す
る装置に関し、とくに冷却系内の圧力を適正に制御する
ものである。

（技術的背景） エンジンの冷却概念として、冷媒（例えば冷却水）が沸
騰時に熱源から奪う大きな気化潜熱を利用してエンジン
を冷却する、いわゆる沸騰（蒸発）冷却システムが知ら
れており、これによれば通常の液冷却に比べて要求冷媒
量が減少し、冷却ジャケットやコンデンサの小型化がは
かれるという利点がある。

第１図は特開昭５１−１３７０４−４号公報に開示され
た従来の沸騰冷却装置である。

エンジン本体１のウォータジャケット２と、ラジェータ
（コンデンサ）３とは、上部空間４から蒸気を導く蒸気
通路５と、下部の凝縮冷却水を戻す冷却水通路６とによ
シ結ばれた閉回路を構成する。

エンジン本体１の発生熱を奪って蒸発した冷却水は、蒸
気となってラジェータ３に回かい、ラジェータ３によυ
冷やされ凝縮して再びウォータジャケット２へと戻され
る。

冷却水が上部空間４で沸騰蒸発するときに大きな気化潜
熱を必要とするため、冷却水容量が小さくてもエンシン
本体１の冷却性能は劣らないのである。

ところで冷却系の内部に空気が混入していると、温度上
昇により系内の圧力が高まυ沸点が上昇し、気化潜熱に
よる冷却特性を活用しにくくなるし、また系内の空気を
すつかり除去すると、エンジンの停止によυ温度が低下
したときに系内が真空になり、上記通路５，６を構成す
るホース類がつぶれたυする。

そこで、蒸気通路５の上部に大気と連通ずるブリーザ管
７を設け、ここに水滴は通さないが空気だけを通すフィ
ルタ８を設けることにより、エンジン停止にもとづき系
内が負圧化したときに外気を吸入し、エンジン作動時に
発生蒸気で系内圧力が上昇したときは空気を逃がして系
内金はぼ大気圧に保つようにしている。

しかしこのように冷却系内に外気を吸排している構成で
は、系内の圧力は常に大気圧に維持されるため、例えば
、エンジン負荷の小さい領域などオーバヒートの心配の
ないときに冷却系の温度全相対的に高めてエンジンの冷
却損失を減らし、燃費の改善をはかろうとしても冷却水
の沸点が１００°Ｃとなってそれ以上の温度（例えば１
１０〜１２０’Ｃ）に高めることができないし、またフ
ィルタ８は水滴は通さなくても空気よシ分子量の小さい
水蒸気は通してしまい、徐々に冷却水が洩れ、したがっ
て定期的に冷却水を補光する必要があった。。

（発明の目的） 本発明は冷却系内に外気を出入りさせることなく、系内
の圧力を自由に制御し、冷却温度を運転条件に応じて適
正にコントロールして燃費や運転性を同上させるととも
に、冷却水の洩出全確実に防市することを目的とする。

（発明の構成並びに作用） 上部に所定の空間をもつように冷却液が満たされるエン
ジンのウォータジャケットと、電動ファンによって冷さ
れるコンデンサとは、蒸気を流す通路及び凝縮液を流す
戻し通路とで互に連通されて閉回路を構成する。

戻し通路の途中には逆止手段を介して冷却液のりザーバ
タンクからの通路が接続され、かつ開閉手段が介装さｎ
る。また戻し通路には電動ポンプが介装してあって、ウ
ォータジャケットの液位が規定値を保つように冷却液を
送シ込む。

したがって、エンジンの運転中は冷却系内の温度が上が
υ、コンデンサは充満する蒸気を冷やして凝縮液化する
。

ウォータジャケットの液面が下がると、電動ポンプが作
動して凝縮液を補光する。

エンジン低負荷域など電動ファンの回転を減じることに
よシコンデンサの冷却能力を下げると、冷却系内の圧力
が上が９、冷却液の沸点が上昇して冷却温度の設定値が
高くなる。

エンジン停止時に温度が下が９系内が負圧化すると、逆
止手段を介してリザーバタンクから冷却液がコンデンサ
に吸い込まれ、系内金冷却液で充満させて、負圧値を所
定以下に抑制する。

（実施例） 第２図に本発明の実施例を示す。

シリンダブロック１０とシリンダヘッド１１には燃焼室
１２を取ジ囲むようにして、ウォータジャケット１３が
形成される。ウォータジャケット１３の上部には蒸気通
路１４が接続され、この蒸気通路１４はコンデンサ１５
の上部のアッパータンク１６に連通ずる。

コンデンサ１５は車両の走行風によって冷やされるが、
同時に電動ファン１７による冷却も受ける。

コンデンサ１５の下部のロアタンク１８から、凝縮液を
ウオークジャケット１３に循環させる戻し通路１９が設
けられる。ただし、戻し通路１９には電動ポンプ２０が
介装してあり、この電動ポンプ２０を駆動したときだけ
ウォータジャケット１３に冷却液（冷媒）を戻せるよう
になっており、ウォータジャケット１３とコンデンサ１
５の液面レベルは互に独立して制御される。

２１はウォータジャケット１３の標準液面Ｈ＋　’に検
出する液面センサ、２２はロアタンク１８の標準液面Ｈ
２を検出する液面センサであり、これらの検出信号は、
ウォータジャケット１３の内部の冷却液温度を検出する
液温センサ２３の検出信号とともにコントロール回路２
４に入力させる。

前記戻し通路１９の途中には、冷却液のリザーバタンク
２５からの補給通路２６が、互に並列な逆止手段として
の逆止弁２８及び開閉手段としての電磁弁２９を介して
接続する。

逆止弁２８は戻し通路１９の圧力が負圧化したときに開
いて、リザーバタンク２５から冷却液を補給する。また
電磁弁２９は後述するように、電動ファン１７や電動ポ
ンプ２０とともにコントロール回路２４からの信号で駆
動される。

リザーバタンク２５の上部には外気導通孔付キ。

ヤツプ３０が嵌められ、タンク内を大気圧に保っている
。前記蒸気通路１４の上部には、系内のエアを抜き取る
ためのフィラーキャップ３１が取付けられる。第３図に
も示すようにフィラーキャップ３１はスプリング３２で
閉弁方回に付勢された弁部３３が、通常にエア抜き通路
３４を閉じているが、頭部３５をスプリング３２に抗し
て押すことにより開いて、系内のエアを外部に逃がす。

以上のように構成され、矢に作用を含めてさらに詳しく
説明する。

エンジンの運転中は第２図のように冷却液のレベルが保
たれ、ウォータジャケット１３の冷却液はエンジンの発
生熱を奪って沸騰蒸発する。

蒸気ハコンデンザ１５によって冷やされ、凝縮してロア
タンク１８に滴下する。

冷却液の蒸発によシラオークジャケット１３の液面がＨ
ｌよシも下がると、液面センサ２１の検出信号にもとづ
いてコントロール回路２４が電動ポンプ２０を回転させ
、戻し通路１９から冷却液を液面がＨｌに回復する甘で
送υ込む。

液温センサ２３で検出しだ液温か、例えば高負荷域での
設定温度（例えば１００°Ｃ）よりも高くなると、コン
トロール回路２４により電動ファン１７が回転され、コ
ンデンサ１５の熱父換を促進して温度を下げ、エンジン
の焼付やノッキングを防止する。

低負荷域では設定温度を例えば１２０°Ｃに高め、冷却
損失を減らして燃費を同上させるように、電動ファン１
７が止められる。すると、冷却系内は発生蒸気によυ圧
力が上昇し、このため沸点が上昇して液温か設定値まで
上がる。勿論設定値を越えれば、再び電動ファン１７が
回ゎって蒸気の凝縮を促がし、系内の圧力を下げるので
あハこのようにしてエンジンの負荷に応じて最適な冷却
温度を維持する。

一方、下り坂を高速で走行しているときなど、エンジン
の熱負荷に比べて走行風が十分に取シ入れられると、コ
ンデンサ１５の熱又換が進み、電動ファン１７を回わさ
なくても凝縮が過剰に行ゎｔて冷却系内が負圧化しよう
とするが、このときには逆上弁２８が開いて（第４図参
照）リザーバタンク２５から冷却液を系内に吸い込み、
コンデンサ１５の液面を上昇させる。これによりコンブ
′ンサ１５の気相部分ｔが減少し、その放熱能力が低下
する。

このため、コンデンサ１５での過冷却を防止し、かつ負
圧によシホース類がつぶれるのを防ぐことができる。

これに対してロアタンク１８の液面が標準液面Ｈ２より
高い状態で、液温センサ２３で検出された温度が設定値
よりも高いときは、コンデンサ１５の放熱能力を増すた
めに、コンデンサ１５の気相部分ｔを増大させる。

このためには電磁弁２９を開いてやると、内部の圧力に
よって冷却液は第５図のようにリザーバタン・り２５に
回けて押し出されるのであり、液面センサ２２の標準液
面Ｈ２に達した時点で電磁弁２９を閉じる。

なお、標準液面Ｈ２を保っているときに温度が設定値を
上回われば、電動ファン１７全回わして冷却凝縮を促進
させることは、前述の通ジである。

次にエンジンが停止して系内が冷えると、発生蒸気の凝
縮に伴って内圧が低下し、やがて負圧化しようとする。

しかしこのときも逆止弁２８が開いてリザーバタンク２
５から冷却液を吸い込むため、液面は次第に上昇し、や
がて系内の全てに冷却液が充満するのである。

また、逆止手段及び開閉手段として、第６図に示すよう
に、逆止作用盆石する電磁弁２９′とすれば、そのスゲ
リング３７の付勢力を適宜設定することによって、一体
化することもできる。

なお、系内の一部に空気が存在していると、全てが冷却
液で満たされず、またエンジン運転中の冷却能力も落ち
る。

このような空気を除去するには、フィラーキャップ３１
頭部３５を押して開弁させると、リザーバタンク２５の
液面の方がこのフィラーキャップ３１の位置よりも高位
置にあるため、冷却液とともに空気が押し出される。な
お、フィラーキャップ３］は系内の負圧により開弁する
ことのないように設定しておく。

一方、停止させておいたエンジンを始動するときは、系
内は冷却液で満たされているが、暖機に伴って系内圧力
が徐々に上昇するため、電磁弁２９を通して冷却液が押
し出され、コンデンサ１５の液面が下がっていき、標準
液面Ｈ２に達した時点で電磁弁２９を閉じる。

このようにして系内は規準量の冷却液で満たされ、通常
運転は移行する。

なお、暖機中は系内の冷却液が従来の液冷却に比べて大
幅に少ないため、暖機時間が著しく短縮される。

上記説明ではエンジンの運転状態を検出する手段につい
て、とくに記載していないが、例えばエンソン吸入負圧
や回転数を検出する手段を設ければ良いことは、容易に
理解されるであろう。

（発明の効果） このように本発明は冷却系内を完全に閉回路として大気
の出入υ全遮断し、コンデンサの液面を内圧に応じて調
整自在にしたため、運転条件に応じて最適な冷却温度に
応答よく制御することが可能となり、低負荷域での燃費
改善と高負荷、高速域でのエンジンの焼付やノッキング
の防止がはかれる一方、エンジンコーステイング時の過
冷却やエンジン停止に伴う蒸気圧低下時の負圧化を外部
からの冷却液の吸込みにより確実に防止でき、また沸騰
蒸気が外部に漏洩しないので、冷却液のメンテナンスが
楽になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の断面図である。 第２図は本発明の実施例を示す断面図、第３図はフィラ
ーキャップの部分の断面図、第４図、第５図はそれぞれ
作動状態を示す断面図、第６図は本発明の他の実施例を
示す部分断面図である。 １０・・・シリンダブロック、１１・・・シリンダヘッ
ド、１２・・・燃焼室、１３・・・ウォータジャケット
、１４・・・蒸気通路、１５・・・コンデンサ、１７・
・・電動ファン、１８・・・ロアタンク、１９・・・戻
し通路、２０・・・電動ポンプ、２１．２２・・・液面
センサ、２３・・・液温センサ、２４・・・コントロー
ル回路、２５・・・リザーバタンク、２６・・・補給通
路、２８・・・逆止弁（逆止手段）、２９　、２９’・
・・電磁弁（開閉手段）、３１・・・フィラーキャップ
。 特許出願人　日産自動車株式会社 手　続　補　正　書　く自発） 昭和５８年１庁舅１８日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年特許願第１５５２７７号 ２、発明の名称 エンジンの沸騰冷却装置 ３、？ｉｌｉ正をする者 、：１事件との関係　特許出願人 住所　神奈川県横浜市神奈用区宝町二番地氏名　（３９
９）日産自動車株式会社 １、代理人 住所　〒１０４東京都中央区銀座８−１０−８銀座８−
１０ビル３階（５７４）８４６４６、補正の対象 明細書中１特許請求の範囲」及び［発明の詳細な（１）
　明細書の１特許請求の範囲」を別紙のとｔｌ！′３つ
補正する。 （２〉　同じく第４頁の第１８行目に「・・・の途中に
は逆止手段を介して冷却液の」とあるのを［゛・・・の
途中には冷却液の」と補ｉ「づる。 〈３）　同じく第５頁の第１３行目に「逆止手段を介し
てリザーバタンクから」とあるのを１“リザーバタンク
から」と補正する。 （／′ｌ）　同じ（第７頁の第９行目と第１０行１］の
間に次の文を挿入する。 「尚、戻し通路１９の圧力の設定によって、逆止弁２８
は、必ずしも設ける必要はない。」（５）　同じく第９
真の第１１行目に「（第４図参照）」とあるのを「（第
５図参照）」と補正する。 （６）　同じく第９頁の第１５行目と第１６行目の間に
次の文を挿入する。 「また、逆止弁２８を設（）ない場合には、電磁弁２９
が開となった時に、リザーバタンク２５から冷却液を冷
却系内に吸引する。」 ［特許請求の範囲

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンのウォータジャケットと、電動ファンで強制冷
   却されるコンデンサとを、冷媒蒸気の通路及び凝縮冷媒
   の戻し通路で連通して閉回路を構成し、戻し通路の途中
   に冷媒のりザーバタンクからの通路を逆止手段及び開閉
   手段を介して接続し、ウオータジャケットの液位が規定
   値を保つように凝縮冷媒を送シ込む電動ポンプを戻し通
   路に介装したことを特徴とするエンジンの沸騰冷却装置
   。