JPS6287606A - 内燃機関の沸騰冷却装置 - 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】 産業上の利用分野 この発明は、ウォータジャケッ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、特に大
気開放したリザーバタンクを介して系内圧力を略大気圧
に保つようにした形式の沸騰冷却装置の改良に関する。

従来の技術 本出願人は、ウォータジャケッ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、ウォータジャケッ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って再度ウォータジャケットへ
補給するようにした沸騰冷却装置を稽々提案している（
例えば特開昭６０−３６７１２号公報、特開昭６０−３
６７１５号公報等）。このものでは、冷媒循環系が密閉
状態とされており、例えば温度センサに基づいた冷却フ
ァンの制御によって系内温度を所望の温度に保つように
している。

これに対し、本出頭人は複雑な温度制御を行わずに非常
に簡素化したものとして、大気開放型の沸騰冷却装置も
提案している（特願昭６０−１４７８１４号等）。これ
は、大気開放されたリザーバタンクとコンデンサロアタ
ンクとを常時連通状態トシ、コンデンサやウォータジャ
ケット等からなる系内を略大気圧に保つようにしたもの
であり、リザーバタンクとコンデンサの間で液相冷媒が
自由に移動できるので、コンデンサの放熱量と機関発熱
量とが平衡するようにコンデンサ内の液面位置が自然に
上下動し゛つつ系内温度を略一定に保つことができるの
である。

発明が解決しようとする問題点 ところで、この種の沸騰冷却装置における冷媒としては
、水に不凍液として二手レンゲリコールやプロピレング
リコール等を混合し、かつ若干の防錆剤を添加したもの
を用いることが考えられているのであるが、例えばエチ
レングリコールの水溶液は非共沸混合物であるため、そ
の水溶液の蒸気にはエチレングリコールが殆ど含まれず
、大部分が水蒸気となる。例えば二手レンゲリコールの
５０４水溶液の蒸気には二手レンゲリコールは２係程度
しか含まれない。

従って、上記の沸騰冷却装置を備えた機関を継続的Ｅこ
運転すると、ウォータジャケット内にエチレングリコー
ルが多く偏在し、コンデンサ側では二手レンゲリコール
濃度が非常に小さくなる。そのため、上述した大気開放
型の沸騰冷却装置にあっては、ウォータジャケット内の
エチレングリコール濃度の増大によって冷媒沸点の上昇
を来し、機関温度が過度に高くなってしまう虞れがあり
、また冬季にコンデンサ内部や冷媒供給ポンプで凍結を
生じる可能性もある。

問題点を解決するための手段 この発明は上記のような問題点を解決するために、ウォ
ータジャケット内の液相冷媒をコンデンサ側に混合させ
る冷媒混合手段を設けるとともに、上記ウォータジャケ
ット内に温度検出器を配設し、ウォータジャケット内の
冷媒温度が所定の沸点よりも高温となったときに上記冷
媒混合手段が作動するように構成したことを特徴として
いる。

作用 冷媒中の不凍液成分であるエチレングリ：７−／ｌ／等
の濃度は、冷媒の沸騰の結果、前述したようにウォータ
ジャケット側で濃くなり、かつコンデンサ側では薄くな
る。ウォータジャケット等の内部の圧力はリザーバタン
クを介して略大気圧に保たれているので、ウォータジャ
ケット内での濃度の増大に応じて冷媒沸点は上昇する。

従って、長時間の運転により大幅な濃度変動が生じると
、ウォータジャケット内の冷媒温度が所定の作動温度を
超え、冷媒混合手段が作動する。これによってウォータ
ジャケット内の液相冷媒の一部がコンデンサ側に混合し
、両者の冷媒の均質化が図られるのである。

実施例 第１図はこの発明に係る沸騰冷却装置の一実施例を示す
もので、同図において、１はウォータジャケット２を備
えてなる内燃機関、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
。

上記ウォータジャケット２は、内・撚機ＩＳ＆ｌ　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
ダブロック５およびシリンダヘッド６の両者に亘って形
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複
数の蒸気量ロアが設けられている。この蒸気量ロアは、
気液分離機能を持ツ蒸気マニホルド８によって互いに集
合された上で、蒸気通路９を介してコンデンサ３の上部
人口３ａに連通している。１０は、気液分離により捕捉
した液相冷媒をウォータジャケット２に戻す冷媒回収通
路％１１は常閉型の電磁弁１２を備えた空気導入通路で
あり、上記電磁弁１２は、例えば５０℃以下のときにＯ
Ｎ作動する第１温変スイツチ１３を介して電源に接続さ
れている。そして、上記ウォータジャケット２の所定レ
ベル、具体的にはシリンダヘッド６側の略中間の高さ位
置に、液相冷媒の有無によって開閉作動する液面スイッ
チ１４が配設されており、冷媒供給ポンプ４はこの液面
スイッチ１４を介して電源に接続されている。

コンデンサ３は、上記人口３ａを有するアッパタンク１
５と、上下方向に沿った微細なチューブを主体としたコ
ア部１６と、このコア部１６で凝縮された液相冷媒を一
時貯留するロアタンク１７とから構成されたもので、例
えは車両前部など車両走行風を受は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
却ファン１８が臨設されている。この冷却ファン１８は
、ロアタック１７に配設した第２温度スイッチ１９を介
しては源に接読され、ロアタンク１７内の液相冷媒の過
冷却度が小さくなったとき、例えば冷媒温度が９５℃以
上となったときに作動する構成となっている。

２１は、上記液面スイッチ１４の設定レベルと略等しい
高さ位置に配設されたリザーバタンクであって、第１冷
媒循環通路２２を介してロアタンク１７に接続され、か
つ冷媒供給ポンプ４が介装された第２冷媒循環通路％を
介してウォータジャケット２に接続されている。尚、上
部空間に接続された大気連通路２４に調圧弁２５が配設
され、高地等においても内圧を７５０１ａ４Ｈｇ橿ｆに
保っているとともに、冷媒注入口キャップ２６にタンク
内部が負圧のときに開く一方向弁が内、欽されている。

また２７は、上記ウォータジャケット２にヒータ用通路
２８を介して接続された車室２９暖房用のヒータコアで
あり、その下流側に、ヒータ用ポンプ３０が介装されて
いるとともに、更にヒータ用通路路のヒータ用ポンプ３
０吐出側から冷媒混合用通路３１が分岐形成されており
、その先端が蒸気通路９上流部に接続されている。すな
わち、この実施例では、上記ヒータ用ポンプ３０と冷媒
混合用通路３１を主体として冷媒混合手段が構成されて
いる。そして、上記ヒータ用ポンプ３０は、イグニッシ
ョンスイッチ３２およびヒータスイッチ３３を介して電
源に接続されているとともに、これと並列に第３温度ス
イッチあを介して電源に接続されている。上記第３＠度
スイッチ３４は、例えば高温時にＯＮ作動するバイメタ
ル式スイッチなどからなり、ウォータジャケット２の比
較的下部ただし第２冷媒循環通洛２３から流入する比軸
的低１な液相冷媒の影響を受けｌこくい位置に配設され
ており、その作動温度は、例えば冷媒として二手レンゲ
リコールの５０幅水溶液を用いるとすると、その常圧下
の沸点（約１１０℃）をある程度上弓る１１５℃前後に
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ｌ劫につ
いて説明する。

先ず機関の停止状態ｌこおいては、ウォータジャケット
２やコンデンサ３の内部が液相冷媒（例えば二手レンゲ
リコールの５０係水溶液）で満たされており、かつリザ
ーバタンク２１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、暖機再始動の場合を除き第
１温度スイッチ１３がＯＮ状態であるので電磁弁１２が
開き、ウォータジャケット２内の冷媒液面がリザーノ（
タンク２１内の冷媒液面と等しくなるように低下する。

具体的には、液面スイッチ１４の設定レベル近傍まで冷
媒液面が低下し、急速暖機が行われる。

暖機が進行すると電磁弁１２は閉じ、その後、冷媒の沸
騰が始まる。このとき、ウォータジャケット２内部に残
存していた空気は、発生する全課蒸気に押されてコンデ
ンサ３の下方ζこ集められ、更に第１冷媒循環通路２２
を通してリザーバタンク２１に押し出される。また、沸
ｓｉこよりウォータジャケット２内の冷媒液面が液面ス
イッチ１４の設定レベル以下１こ低下すると冷媒供給ポ
ンプ４が作動し、リザーバタンク２１からウォータジャ
ケット２へ液相冷媒を補給する。すなわち、冷媒供給ポ
ツプ４は、液面スイッチ１４に連動して間欠的に作動し
、ウォータジャケット２内の冷媒液面を一定ζこ′４侍
する。尚、この実施例でｔまコンデンサ３で凝縮した液
相冷媒がリザーバタンク２１を経由してウォータジャケ
ット２に戻される形となっているが、コンデンサ３のロ
アタンク１７から直播ウォータジャケット２に供給する
構成としても良い。

またコンデンサ３の上部に気相冷媒領域が拡大するｆこ
従ってコンデンサ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
液面位置が定まる。つま６つ機間の負荷や車両走行風等
に応じてコンアンｆ３の液面位置が自然に上下動しつつ
機関温度を略一定に保つ。具体的にはエチレングリコー
ル５０優水溶液の沸点つまり１１０℃前後をこ保たれる
ことにｔｆる。尚、液面位置が相届に低下して過冷却妾
が小さくなると、第２温度スイッチ１９に連動して冷却
ファン１８が作動し、コンアン−？３を強制冷却する。

このようにして、冷媒の沸騰・凝縮サイクルを利用した
冷却が行われるのであるが、前述したように長時間運転
を継続するとウォータジャケット２内の液相冷媒中のエ
チレングリコール濃度が高まり、冷媒沸点が徐々に上昇
する。そして、これが１１５℃に達すると、第３温度ス
イッチ詞に連動してヒータ用ポンプ３０が作動し、ウォ
ータジャケット２とヒータコア２７との間で循環する液
相冷媒の一部が、冷媒混合用通路３１および蒸気通路９
を介してコンタン４）−３側に混入する。従って、ウォ
ータジャケット２側とコンテン９−３側とでエチレング
リコール濃度の均等化が図られ、冷媒沸点は再び低下す
る。

尚、この実施例では、冬季などにヒータスイッチ３３が
ＯＮ操作されるとヒータ用ポンプ３０が作動し、常に少
量の液相冷媒をウォータジャケット２からコンテン９−
３側に送るようになっている。

次ζこ、第２図はこの発明の異なる実施例を示している
。この実施例は、冷媒混合手段として冷媒供給ポンプ４
を利用し、ウォータジャケット２内の液相冷媒を蒸気量
ロアから溢れ出させることでコンデンサ３に流入させる
ようにしたものである。

具体的には、冷媒供給ポンプ４が液面スイッチ１４を介
してｖＬ源に接続されているとともに、これと並列に第
３温度スイッチ３４を介して電源に接続された構成とな
っている。

従って、エチレングリコール１１度の増大によってウォ
ータジャケット２内の冷媒沸点が１１５°Ｃに達すると
、冷媒供給ポンプ４が液面スイッチ１４と無関係に作動
するのであり、この結果徐々にウォータジャケット２内
の冷媒液面が高まり、最終的には液相冷媒が蒸気量ロア
から溢れ出てコンデンサ３に流入することになる。

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
の沸騰冷却装置においては、冷媒中の不凍液成分の偏在
を常にある程度の範囲内に抑制することができ、冷媒沸
点の上昇による機関の過熱を確実に防止できるとともζ
こ、冬季におけるコンデンサや冷媒供給ポンプ等の凍結
を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成説明図、第２図
ｉｄこの発明の他の実施例を示す構成説明図である。 １・内燃機関、２・・ウォータジャケット、３・コンデ
ンサ、４・・冷媒供給ポンプ、１４・・液面スイッチ、
１７・・ロアタンク、２１・・リザーバタンク、２７・
・ヒータコア、３０・・ヒータ用ポンプ、３１・・冷媒
混合用通路、３４・第３温度スイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エチレングリコール水溶液等からなる液相冷媒が
   所定レベルまで貯留されるウォータジャケットと、この
   ウォータジャケットで発生した冷媒蒸気が導入され、か
   つ下部のロアタンクに凝縮した液相冷媒が貯留されるコ
   ンデンサと、このコンデンサで凝縮した液相冷媒を上記
   ウォータジャケットに補給する冷媒供給ポンプと、上記
   ロアタンクに常時連通し、かつ内部の圧力が略大気圧に
   保たれたリザーバタンクとを備えてなる内燃機関の沸騰
   冷却装置において、上記ウォータジャケット内の液相冷
   媒をコンデンサ側に混合させる冷媒混合手段を設けると
   ともに、上記ウォータジャケット内に温度検出器を配設
   し、ウォータジャケット内の冷媒温度が所定の沸点より
   も高温となつたときに上記冷媒混合手段が作動するよう
   に構成したことを特徴とする内燃機関の沸騰冷却装置。