CN105937434A

CN105937434A - 沸腾冷却装置

Info

Publication number: CN105937434A
Application number: CN201610124556.0A
Authority: CN
Inventors: 仓田真秀
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: CN105937434B; US20160258344A1; JP5973019B1; US9885275B2; JP2016160907A

Abstract

本发明提供一种沸腾冷却装置，能够促进沸腾冷却装置的小型化。通过冷却液配管(5)和蒸汽配管(6)连接水套(4)与散热器(7)而构成发动机的冷却系统，以贮存于散热器中的冷却液的液面(Wa)的高度比水套的上端高的方式构成冷却系统。使贮存于散热器中的冷却液(W)通过自然循环而经由冷却液配管返回水套，使水套内的冷却液沸腾而使燃烧室(3a)周围的温度恒定，使通过沸腾产生的蒸汽(S)经由蒸汽配管返回散热器，使其冷凝而液化。不设置水泵就能够使冷却液在散热器和水套中自然循环，通过削减部件件数而能够促进沸腾冷却装置的小型化。

Description

沸腾冷却装置

技术领域

本发明涉及沸腾冷却装置，尤其涉及应用于内燃机的沸腾冷却装置。

背景技术

当前，关于在作为汽车等的发动机的内燃机中使用的冷却装置，公知有空冷系统和水冷系统。空冷系统因为部件件数少而能够降低发动机成本。与此相对，关于水冷系统，因为利用水泵使冷却液在发动机的水套中流动，且利用散热器来冷却温度上升的冷却液，并且利用恒温器进行冷却液的温度控制，所以部件件数较多，因此比空冷系统昂贵，但能够进行稳定的冷却。

另一方面，公知有在内燃机中使用了受控自动点火(CAI)燃烧方法的CAI燃烧发动机。在CAI燃烧发动机中，需要在起动时使冷却液尽量快地上升到适当的温度，并且抑制温度变得过高。因此，考虑在CAI发动机中使用能够调整冷却温度的水冷系统，但在CAI燃烧发动机中使用了水冷系统的情况下，当低温起动时到冷却液的温度达到稳定为止需要时间，因此在到预热完成为止的期间的燃烧中，有可能发生燃烧不稳定的不良情况。

作为这样的CAI燃烧发动机的冷却装置，考虑使用部件件数比较少、且能够在短时间达到稳定的冷却状态的沸腾冷却装置。通过在CAI燃烧发动机中应用沸腾冷却装置，由于基于沸腾冷却的制冷剂的沸点为冷却液的温度，因此冷却液温度的变动比基于恒温器等的水温控制小，能够获得稳定的燃烧。由此，虽然考虑使用CAI燃烧发动机作为要求小型化的通用发动机，但为了响应对通用发动机的小型化，要求与CAI燃烧发动机组合的沸腾冷却装置更加小型化。

作为沸腾冷却装置，公知有这样的结构：在发动机和散热器的冷却系统中配置气液分离器，分离液相制冷剂和气相制冷剂，仅将气相制冷剂引导到散热器，将液相制冷剂输送到水套。对此，存在这样的结构：使散热器倾斜，成为使芯管的冷却风流出侧(散热器的背面侧)位于冷却风流入侧(散热器的正面侧)的下方的位置的状态，在芯管(散热器芯)的上部即正面始终存在蒸汽，冷凝能力上升，通过以散热器进行冷却液的气液分离，而不需要另外设置气液分离器，能够使沸腾冷却装置简化(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本实开平5-47352号公报

发明内容

根据上述专利文献1的结构能够省略气液分离器，因此对于水冷系统来说，能够获得由于在沸腾冷却装置中省略恒温器并且省略气液分离器而实现的削减部件件数的效果。但是，由于期望在通用发动机中尽量实现小型化，因此基于专利文献1的结构实现的冷却装置的小型化不够充分，要求更加小型化。

本发明就是鉴于以上的背景而完成的，其课题在于能够促进沸腾冷却装置的小型化。

为了解决上述课题，本发明在包含水套4、散热器7、冷却液配管5以及蒸汽配管6的冷却系统中，使在所述水套中沸腾的冷却液经由所述蒸汽配管返回所述散热器，且在所述散热器中冷凝，使冷凝后的冷却液经由所述冷却液配管返回所述水套，由此使所述冷却液在所述冷却系统内循环，所述水套设置于内燃机1，所述冷却液配管将所述散热器和所述水套的下部彼此连通，所述蒸汽配管将所述水套的上部与所述散热器连通，其特征在于，所述冷却系统被构成为，所述散热器的实质上大部分位于比所述水套的上端靠上方的位置。

根据该结构，使在水套中沸腾的冷却液返回散热器内而冷凝，冷凝后的冷却液被贮存于散热器，使该冷却液返回水套，并且散热器的实质上大部分位于比水套的上端靠上方的位置，由此，不设置水泵就能够使贮存于散热器中的冷却液在散热器和水套中自然循环，通过削减部件件数，而能够促进沸腾冷却装置的小型化。

另外，在上述的发明中，可以是：贮存于所述散热器中的冷却液的液面位于比所述水套的上端靠上方的位置。

根据该结构，能够以冷却液充满水套的方式使冷却液从散热器返回。

另外，可以是：所述散热器具有下部罐7c，该下部罐为了贮存利用散热器芯冷凝后的冷却液而设置于该散热器芯7b的下端，所述下部罐的上端位于比所述水套的上端靠上方的位置。

根据该结构，能够使贮存于下部罐中的冷却液返回水套，且能够使用散热器芯的大致全部使蒸汽冷凝。

另外，可以是：所述下部罐形成为朝向下方变窄的形状，在所述下部罐的下端连接有所述冷却液配管。

另外，可以是：贮存于所述下部罐中的冷却液的液面位于比所述水套的上端靠上方的位置。

根据该结构，能够使散热器芯的全部用于蒸汽的冷凝。

根据该结构，在散热器中被冷凝的冷却液容易朝向下部罐的下端集中，由于在该下端连接有冷却液配管，因此从散热器向水套输送的冷却液不会产生冷却液存留。

另外，可以是：所述散热器被设置成使上侧相对于所述下部罐倾倒，所述蒸汽配管与所述下部罐的朝上的部分连接。

根据该结构，从水套进入下部罐的沸腾状态的冷却液在贮存于下部罐的冷却液中通过而上升，由此蒸汽被分离，被分离的蒸汽沿倾斜的散热器的上侧上升，在散热器中蒸汽被冷凝而形成的冷却液沿倾斜的散热器的下侧流下，因此在整个散热器中不存在冷却液，因此散热器对蒸汽的冷却效率提高，能够促进蒸汽的冷凝。由此，能够抑制散热器内的压力上升，且提高冷却性，因此能够促进散热器的小型化。

这样，根据本发明，不设置水泵就能够使冷却液在散热器和水套中自然循环，通过削减部件件数而能够促进沸腾冷却装置的小型化。

附图说明

图1是示出应用了本发明的沸腾冷却装置的示意图。

图2是沿图1的II线的箭头方向观察的散热器的主视图。

图3是示出第2实施例的散热器的侧视图。

标号说明

1：发动机(内燃机)；4：水套；5：冷却液配管；6：蒸汽配管；7：散热器；7b：散热器芯；7c：下部罐。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。图1是示出应用了本发明的沸腾冷却装置的示意图。本实施方式中的沸腾冷却装置应用于例如作为2冲程单气缸的小型通用内燃机的发动机1中。此外，不限于2冲程单气缸的发动机1，只要是水冷式的内燃机，包含多个气缸也成为本发明的应用对象。另外，图示例的发动机1以使气缸轴线朝向上下方向的状态示出，也可以是以朝向水平方向的状态运转的发动机。

发动机1具有气缸体2和气缸盖3。在气缸体2中设置有气缸2a，在气缸盖3中设置有与气缸2a相对的燃烧室3a。气缸体2与气缸盖3隔着省略图示的密封垫而被气缸盖螺栓结合。在气缸体2上形成有以包围气缸2a的方式设置的气缸侧水套4a，在气缸盖3上形成有以包围燃烧室3a的方式设置的燃烧室侧水套4b。气缸侧水套4a与燃烧室侧水套4b连通以使得冷却液W流通。此外，通过气缸侧水套4a和燃烧室侧水套4b而形成了发动机1中的水套4，在以下的说明中只要不特别说明都使用水套4进行说明。

水套4经由冷却液配管5和蒸汽配管6与散热器7连接。冷却液W只要是能够应用于沸腾冷却装置的冷却液即可，也可以是所谓的LLC(长寿命冷却液)，该冷却液W经由两配管5、6而在水套4和散热器7中循环。此外，各配管5、6中的发动机1与散热器7之间分别通过软管连接。

散热器7在图示例中被设置成立起状态，该散热器7是从上侧一体地具有上部罐7a、散热器芯7b、以及下部罐7c，且上部罐7a与下部罐7c经由散热器芯7b而彼此连通的公知的结构。另外，在散热器7的背面侧(图中的右侧)，与省略图示的护罩成一体地设置有主要用来冷却散热器芯7b的例如电动的冷却风扇8。

蒸汽配管6以连通燃烧室侧水套4b与上部罐7a的方式连接，冷却液配管5以连通下部罐7c与气缸侧水套4a的方式连接。在图示例中，冷却液配管5在作为气缸侧水套4a的下部的底部分4c开口，蒸汽配管6在作为燃烧室侧水套4b的上部的水套4的上端4d开口。此外，冷却液配管5向底部分4c开口的位置不需要与气缸侧水套4a的最低的底面是相同水平，也可以是大致相同水平的程度。另外，蒸汽配管6向上端4d开口的位置也可以是与水套4的最高的位置处于大致相同水平的程度。

水套4内的冷却液W由于燃烧室3a成为高温而在燃烧室3a侧的壁面处沸腾，利用该沸腾的潜热，能够比不进行沸腾的水冷系统更多地从燃烧室3a的周围的壁吸收热量。这样，能够进行较高的热效率的冷却。而且，通过该沸腾产生的蒸汽S能够通过蒸汽配管6而流入散热器7的上部罐7a。

流入上部罐7a的蒸汽S进入散热器芯7b，通过被散热器芯7b冷却而冷凝。在散热器芯7b中冷凝后的冷却液W的水滴如图的箭头Wd所示那样，沿散热器芯7b内落下，且作为冷却液W贮存在下部罐7c中。

贮存于散热器7中的冷却液W的液面Wa在图示的例子中是下部罐7c的上端(与散热器芯7b之间的边界)的如图的h所示那样比水套4的上端4d的水平(图的线L)高的位置，但也可以是与下部罐7c的上端(与散热器芯7b之间的边界)一致的位置。不管哪种情况，只要以贮存于散热器7的下部的冷却液W的液面Wa位于比水套4的上端4d高的位置的方式构成考虑了与沸腾冷却能力对应的冷却液W的量、水套4、散热器7、冷却液配管5以及蒸汽配管6的配置关系的冷却系统即可。

由此，能够利用成为散热器的实质上大部分的散热器芯7b使蒸汽S冷凝，能够提高使蒸汽S冷凝的效率。另外，因为贮存于散热器7的下部的冷却液W的液面Wa被设定在比水套4的上端4d高的位置，因此散热器7内的冷却液W朝向水套4流动，能够防止水套4中的冷却液W的不足，并且能够使冷却液W在散热器7和水套4中自然循环。

图2是沿图1的II线的箭头方向观察的散热器7的主视图。如图所示，散热器7的下部罐7c形成为图中的左右方向的宽度随着朝向下方而变窄的锥状。此外，在图示例中，在主视图中成为以左右的两条边为斜边的三角形的顶点处于下侧的形状，但也可以是在图1的侧视图中形成为正面和背面(图1的左右方向的面)随着朝向下方而彼此接近的锥状的形状，也可以是它们的组合。

这样，通过形成为下部罐7c朝向下方而变窄的形状，贮存于下部罐7c中的冷却液W朝向下部罐7c的下端7d而如图的箭头(标号W)所示那样集合。在该下端7d连接有冷却液配管5。由此，能够从最狭窄的下端向冷却液配管5送出贮存于下部罐7c中的冷却液W，不会发生冷却液存留，能够确保冷却液W向水套4的稳定的供给。

根据上述的沸腾冷却装置，不设置水泵也能够使冷却液W在散热器7和水套4中自然循环，另外也不需要设置气液分离器。这样，由于不需要设置水泵和气液分离器，因此对于具有当前的这些部件的沸腾冷却装置，通过削减部件件数，而能够实现沸腾冷却装置的小型化，适于小型通用发动机。

尤其在应用于使用了受控自动点火(CAI)燃烧方法的CAI燃烧发动机的情况下，在CAI燃烧发动机中需要在起动时使冷却液尽量快地上升到适当的温度，通过应用沸腾冷却装置而能够进行该应对。由此，当低温起动时冷却液W的温度达到稳定为止的时间较短，在预热完成为止的期间的燃烧中，能够抑制发生燃烧不稳定的不良情况。另外，因为沸腾冷却中的制冷剂(冷却液W)的沸点成为冷却液W的温度，因此冷却液温度的变动比基于恒温器等的水温控制小，能够获得稳定的燃烧。

图3是示出第2实施例的散热器7的侧视图。在图中，对与上述第1实施例同样的部分标注相同的标号而省略其详细的说明。

在该第2实施例中，使散热器7的作为上部的上部罐7a侧后倾。相对于例如第1实施例中的使散热器7的立起状态下的轴线CV为直立方向的情况下的该轴线CV，第2实施例中的散热器7以使其背面侧(省略图示的冷却风扇8侧)朝下的角度θ倾斜。关于角度θ，在以直立为0度的情况下，只要是比0度大、且到60度为止的范围即可，尤其优选是30～60度。

另外，蒸汽配管6与下部罐7c连接，且其与下部罐7c连接的位置位于通过散热器7的后倾而朝上的部分。在图示例中，在下部罐7c的朝向上方的面上连接有蒸汽配管6，通过使散热器7后倾，蒸汽配管6的与下部罐7c连接的连接口朝向上方。

在这样构成的第2实施例中，蒸汽S与高温的冷却液W以混合的状态从蒸汽配管6进入下部罐7c。高温的冷却液W与贮存于下部罐7c中的冷却液W混合。蒸汽S从下部罐7c进入散热器芯7b。

若与蒸汽S一起返回到散热器7中的冷却液W进入散热器芯7b，则针对蒸汽S的冷却效率降低，散热器芯7b的压力上升。对此，由于能够使与蒸汽S一起返回到散热器7中的冷却液W在下部罐7c中与蒸汽S分离，且仅使蒸汽S进入散热器芯7b，因此在散热器芯7b中能够高效地冷却蒸汽S。由此，促进了蒸汽S的冷凝，因此抑制了散热器芯7b的压力上升，能够提高沸腾冷却中的散热器7的冷却性。

另外，如图的虚线箭头所示的那样，沿散热器芯7b上升的蒸汽S聚集于后倾状态的散热器芯7b的上侧部分，该散热器芯7b的上侧部分是散热器7的正面侧，因为是冷却风最先吹到的部分，所以能够提高针对散热器芯7b内的蒸汽S的冷却性。另外，通过使蒸汽S冷却而冷凝的液滴Wd向后倾状态的散热器芯7b的下侧部分落下。液滴Wd沿后倾状态的散热器芯7b的下侧部分而向下流，能够如图的实线箭头所示那样流下。这样，在散热器芯7b的内部，针对蒸汽S的冷却部分、和使液滴Wd流下的部分被明确地分开，因此能够抑制在蒸汽S与液滴Wd混合的情况下的针对蒸汽S的冷却性的降低。

以上对本发明的优选实施方式的实施例进行了说明，但如本领域技术人员能够容易理解的那样，本发明不限于这样的实施例，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行适当变更。另外，上述实施方式所示的构成要素未必全部必须，只要不脱离本发明的主旨，能够进行适当取舍选择。例如，在第2实施例中也可以省略上部罐7a，在由公知的管和翅片形成散热器芯7b的情况下，闭塞管的上端。即使在这种情况下，沿管内上升的蒸汽在散热器芯7b的上侧被冷却，通过冷却而液化的冷却液W能够沿管内滴下。

Claims

1.一种沸腾冷却装置，在包含水套、散热器、冷却液配管以及蒸汽配管的冷却系统中，使在所述水套中沸腾的冷却液经由所述蒸汽配管返回所述散热器，且在所述散热器中冷凝，使冷凝后的冷却液经由所述冷却液配管返回所述水套，由此使所述冷却液在所述冷却系统内循环，所述水套设置于内燃机，所述冷却液配管将所述散热器和所述水套的下部彼此连通，所述蒸汽配管将所述水套的上部与所述散热器连通，其特征在于，

所述冷却系统被构成为，所述散热器的实质上大部分位于比所述水套的上端靠上方的位置。

2.根据权利要求1所述的沸腾冷却装置，其特征在于，

贮存于所述散热器中的冷却液的液面位于比所述水套的上端靠上方的位置。

3.根据权利要求1或2所述的沸腾冷却装置，其特征在于，

所述散热器具有下部罐，该下部罐为了贮存利用散热器芯冷凝后的冷却液而设置于该散热器芯的下端，

所述下部罐的上端位于比所述水套的上端靠上方的位置。

4.根据权利要求3所述的沸腾冷却装置，其特征在于，

贮存于所述下部罐中的冷却液的液面位于比所述水套的上端靠上方的位置。

5.根据权利要求3或4所述的沸腾冷却装置，其特征在于，

所述下部罐形成为朝向下方变窄的形状，

在所述下部罐的下端连接有所述冷却液配管。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的沸腾冷却装置，其特征在于，

所述散热器被设置成使上侧相对于所述下部罐倾倒，

所述蒸汽配管与所述下部罐连接。