JP2508149B2 - 内燃機関冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，冷却水の流れ方向を内燃機関の上部から下
部にすることを可能とした，内燃機関の冷却装置に関す
る。

〔従来技術〕

内燃機関の冷却装置は，内燃機関のシリンダ回りを冷
却するための下部通水路と，内燃機関の燃焼室回りを冷
却するための上部通水路と，上記両通水路を経由してき
た冷却水を冷却するためのラジエータよりなる。そし
て，冷却水は通常ラジエータより下部通水路に入り，次
いで上部通水路に上昇して，その後ラジエータに戻ると
いうルートによって循環，冷却している。

ところで，ガソリンエンジンにおいては，内燃機関の
上部（燃焼室回り）の冷却水温度は低く，内燃機関の下
部（シリンダ回り）の冷却水温度は高くすることによ
り，内燃機関の出力，燃費向上を図ることができる（SA
E841294,特開昭56−148610参照）。

そこで，この方式を採用すべく，冷却系を上部通水路
と下部通水路の２系統に分離独立させることが提案され
ている（上記特開昭公報）。即ち，この提案にかかる冷
却装置は第６図に示すごとく，ラジエータ１と，燃焼室
回りを冷却するための上部通水路21と，シリンダ回りを
冷却するための下部通水路22と，制御用コンピュータ７
と，上記両通水路に２系統で冷却水を送るポンプ74,78
とよりなるものである。そして，内燃機関２の運転中に
おいて，温度センサー71,76により上部通水路21,下部通
水路22から排出される冷却水の温度を検出し，予め設定
した温度に応じてコンピュータ７により，ポンプ74,78,
更にはバルブ75,49を作動，開閉させる。しかして，こ
れにより，上部通水路21と下部通水路22に送入する冷却
水の温度をコントロールするのである。なお，同図にお
いて符号72は，上部通水路21からの冷却水及び下部通水
路22からの冷却水の一部を送出するためのパイプ,77は
下部通水路22からの冷却水の一部を送出するためのパイ
プ,73はバイパスである。

また，単に冷却水を上部通水路に導入して下部通水路
より排出する方法も提案されている。

〔解決すべき問題点〕

しかしながら，上記前者（特開昭56−148610）はその
構造が複雑なこと，及びラジエータの放熱能力の増大化
が必要であり，コストも高い。

一方後者の，上部通水路から下部通水路への循環方式
は，内燃機関上部は非常に高温度のため上部通水路で冷
却水が蒸発し，この発生した蒸気泡が上部通水路中に残
留し，燃焼室壁から冷却水への熱伝達を低下させ，内燃
機関の過熱を招くこととなる。

本発明は，かかる問題に対処すべくなされたもので，
冷却水の流れ方向を上部から下部の通水路へ向かわせる
ことができ，内燃機関の上部を積極的に冷却することが
できる内燃機関冷却装置を提供しようとするものであ
る。

〔問題点の解決手段〕

本発明は，内燃機関の燃焼室回りを冷却するための上
部通水路と，内燃機関のシリンダ回りの冷却するための
下部通水路と，上記両通水路を経由してきた冷却水を冷
却するためのラジエータとよりなると共に，上記上部通
水路と下部通水路との間に上部通水路において蒸発した
冷却水の蒸気を凝縮させるための熱交換器を設けてな
り，冷却水がラジエータより前記上部通水路，熱交換
器，下部通水路を順次経由して再びラジエータに流入す
るように挿入したことを特徴とする内燃機関冷却装置に
ある（これを第１発明という）。

本第１発明において，上記熱交換器は上部通水路より
送入されてくる冷却水中の蒸気を凝縮させるための装置
である。それ故，該熱交換器は少なくとも蒸気泡を凝縮
させる程度の熱交換能力を有すれば良く，比較的小型の
もので良い。しかして，この熱交換器における冷却手段
としては，自動車の車速風（走行風），或いはラジエー
タ冷却に用いられるファンと同様の送風機等がある。ま
た，熱交換器の形式としては自動車に用いられているラ
ジエータ，或いはパイプ式，フィン式，等のものがあ
る。また，該熱交換器は上部通水路で発生した蒸気を凝
縮させるものであるため，上部通水路の出口近くにおい
て，上部通水路の上方に設けることが好ましい。

また，上記熱交換器の他の冷却手段して，第２実施例
に示すごとく，内燃機関冷却用の冷却水とは別の冷却水
系統を設け，これにより熱交換器を冷却することもでき
る。この場合この別の冷却水系統には副熱交換器を設け
て，前記熱交換器と該副熱交換器との間に冷却水を循環
させる。そして，この副熱交換器は車速風によって冷却
できる位置に配設することが好ましい（第２図参照）。

また，第２発明として，上記第１発明における前記熱
交換器に代えて蒸気分離器を設け，該蒸気分離器により
冷却水中の蒸気泡を分離し，蒸気を含まない冷却水を下
部通水路へ送るようにする手段もある。

即ち，第２発明は内燃機関の燃焼室回りを冷却するた
めの上部通水路と，内燃機関のシリンダ回りを冷却する
ための下部通水路と，上記両通水路を経由してきた冷却
水を冷却するためのラジエータとよりなると共に，上記
上部通水路と下部通水路との間に上部通水路において蒸
発した冷却水の蒸気を分離するための蒸気分離器を設け
てなり，冷却水がラジエータより前記上部通水路，蒸気
分離器，下部通水路を順次経由して再びラジエータに流
入するように構成したことを特徴とする内燃機関冷却装
置にある。

本第２発明において，分離した蒸気は，蒸気排出管に
よりラジエータのリザーブタンクへ送出することが好ま
しい。或いは，定置式内燃機関等の場合には，分離した
蒸気は外気へ排出する。また，冷却水中の蒸気は冷却水
との比重差によって容易に分離できるので，蒸気分離器
は一定容積を有する容器であれば良い。その他について
は，前記第１発明と同様である。

〔作 用〕

第１発明においては，冷却水はラジエータより送出さ
れて，上部通水路，熱交換器，下部通水路を順次経由し
てラジエータに戻る。しかして，上記熱交換器におい
て，上部通水路で発生した蒸気が凝縮させられ，蒸気を
含まない冷却水が下部通水路に送入される。

また，第２発明においては，冷却水はラジエータより
送出されて，上部通水路，蒸気分離器，下部通水路を順
次経由してラジエータに戻る。しかして，蒸気分離器に
おいて冷却水の蒸気泡は分離され，蒸気を含まない冷却
水が下部通水路に送入される。

〔効 果〕

第１発明によれば，上部通水路にはラジエータより定
温の冷却水が供給され，また上部通水路において発生し
た蒸気は熱交換器によって凝縮されるので，蒸気を含ま
ない冷却水を下部通水路に送ることができる。そのた
め，内燃機関においてはその上部の燃焼室回りの冷却水
温度は低く，下部のシリンダ回りの冷却水温度は高くす
ることができる。また，下部通水路へは蒸気を含まない
冷却水を供給できるので，下部通水路における冷却効率
も高く，効率的な冷却を行うことができる。

そのため，内燃機関の高圧縮化，点火時期の改善が可
能となる。またシリンダブロックを高温に維持できるの
で，シリンダにおける摩擦損失の低減を図ることができ
る。それ故，出力，燃費に優れた内燃機関を提供するこ
とができる。また，これらを達成するための装置も簡単
で，コストも安い。

また，第２発明によれば，第１発明の熱交換器に代え
て蒸気分離器を設けたので，蒸気泡を効率良く冷却水系
路外へ放出することができる。その他，上記第１発明と
同様の効果を得ることができる。

〔実施例〕

第１実施例 本例にかかる冷却装置を第１図及び第２図を用いて説
明する。

本装置は，ラジエータ１と内燃機関２の上部通水路21
及び下部通水路22と，熱交換器３とよりなる。ラジエー
タ１は冷却ファン15を有すると共に，その上方の冷却水
導管11はポンプ10を介して内燃機関の上部通水路21の入
口ノズル211に接続する。またラジエータの下方の冷却
水導管14はサーモスタット17を介して内燃機関の下部通
水路22の出口ノズル222と接続する。また，該下方の冷
却水導管14におけるサーモスタット17の手前と，前記上
方の冷却水導管11におけるポンプ10の手前との間にはバ
イパス16を設ける。

内燃機関２においては，シリンダヘッド23の燃焼室20
回りに，上部通水路21を，またシリンダブロック24のシ
リンダ25回りに下部通水路22を設ける。上部通水路21の
出口ノズル212は熱交換器３の入口ノズル31と，下部通
水路22の入口ノズル221は熱交換器３の出口ノズル32と
それぞれ連通させる。

上記熱交換器３は，第２図に示すごとく，冷却管33と
その周囲に設けた多数のフィン34とを有すると共にその
下方に入口ノズル31,出口ノズル32を有する，空冷式熱
交換器である。該熱交換器３は上部通水路21より上方に
配設する。なお，ラジエータ１の上部においては，圧力
キャップ18の下方にリザーブタンク６に連通するパイプ
61を設ける。

本例装置は，上記のように構成されているので，冷却
水はラジエータ１からポンプ10によって圧送され，上部
通水路21,熱交換器3,下部通水路22を順次経由して再び
ラジエータ１に戻る系路より循環させられる。

しかして，上部通水路21において，冷却水は燃焼室20
の燃焼熱を吸収して加熱させられる。このとき燃焼室20
の温度は高温のため，冷却水は一部沸騰状態となり，蒸
気泡が発生する。しかし，この蒸気泡は，続いて送入さ
れてくる冷却水によって，高温の冷却水と共に熱交換器
３の冷却パイプ33内に送られる。熱交換器３において
は，車速風（走行風）Ｂによってフィン34より熱を奪っ
ているので，冷却パイプ33内の冷却水及び蒸気泡は冷却
され，蒸気は凝縮して水となる。そして，蒸気泡を含ま
ない冷却水が熱交換器３の出口ノズル32より下部通水路
22に送られる。下部通水路22においては，熱交換器３に
おいてある程度は冷却されたもののラジエータ１の出口
温度よりは高い冷却水が送入され，該冷却水はシリンダ
25より熱を吸収して更に加熱させられる。そして，更に
冷却水はサーモスタット17を通ってラジエータ１に戻さ
れ，車風速A,ファン15によって冷却される。なお，下部
通水路22からの冷却水の温度が低い場合には，サーモス
タット17は閉止し，バイパス16を通じて冷却水が循環さ
せられる。

本例によれば，燃焼室回りの上部通水路21にはラジエ
ータ１より低温の冷却水を，また下部通水路22には比較
的高温の冷却水を供給することができる。また，上部通
水路21で発生した蒸気泡は熱交換器３によって凝縮さ
せ，蒸気を含まない冷却水を下部通水路に供給すること
ができ，下部通水路における冷却効率も上げることがで
きる。

第２実施例 本例は，第３図に示すごとく，第１実施例における熱
交換器３を，別個の冷却水路を用いた熱交換器４により
冷却しようとするものである。

即ち，本例の熱交換器４は，内燃機関冷却系とは別の
副熱交換器42と，ウォーターポンプ44と，熱交換器４と
副熱交換器42との間に冷却水を循環させる循環パイプ43
を具備するものである。該熱交換器４は，内燃機関用冷
却水を通す冷却管，該冷却管の周囲に設けた筒状の冷却
筒とからなる対流式熱交換器（図示せず）である。そし
て，上記冷却管の入口ノズル401は上部通水路21の出口
ノズル212と，冷却管の出口ノズル402は下部通水路の入
口ノズル221と連通させる。しかして，熱交換器４の冷
却筒に前記副熱交換器42から送られる冷却水を導入し
て，熱交換器４の冷却管内の内燃機関用冷却水を冷却す
る。副熱交換器42は，車速風或いはファン15からの風が
充分に得られるラジエータ１の近傍に配設する。その他
は，第１実施例と同様である。

本例によれば，上部通水路21で発生した蒸気泡は，熱
交換器４において冷却され，凝縮する。そして，第１実
施例と同様の効果を得ることができる。また，本例にお
いては，熱交換器４は，副熱交換器42から送られる冷却
水によってより一層積極的に冷却されるので，効率良く
内燃機関用冷却水中の蒸気を凝縮させることができる。
また，本例は第１実施例のごとき空冷の熱交換器３に車
速風を充分に供給できない場合に有効である。

第３実施例 本例は，第４図，第５図に示すごとく，第１実施例の
熱交換器３に代えて蒸気分離器５を設けたものである。

蒸気分離器５は，第５図に示すごとく，上方に蒸気排
出ノズル54を下方にはその両側に冷却水の入口ノズル5
2,出口ノズル53を設けたものである。該入口ノズル52は
上部通水路21の出口ノズル212に，上記出口ノズル53は
下部通水路22の入口ノズル221に連結する。また，前記
蒸気排出ノズル54はリザーブタンク６に連通した排出パ
イプ55に連結する。リザーブタンク６は密閉式で，ラジ
エータ１の上部とパイプ63により連通している。前記蒸
気分離器５は，上部通水路21よりも上方に配設する。符
号62は，圧力キャップである。

しかして，本例においては，冷却水は第１実施例と同
様に循環される。そして，上部通水路21より送出される
蒸気泡を含んだ冷却水は蒸気分離器５内に入り，ここで
蒸気は上方に離脱し，蒸気排出ノズル54より排出パイプ
55を経てリザーブタンク６内に送られる。そして，多く
の蒸気は該排出パイプ55中で凝縮しリザーブタンク６内
に入る。凝縮しなかった蒸気はリザーブタンク６内の冷
却水中に入り，凝縮する。

本例によれば，前記第１実施例と同様の効果が得られ
る外，密閉式リザーブタンクを有効に利用することがで
き，装置も簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は第１実施例を示し，第１図は冷却装
置の全体を示す概念図，第２図は熱交換器の平面断面
図，第３図は第２実施例に係る冷却装置の概念図，第４
図及び第５図は第３実施例を示し第４図は冷却装置の概
念図，第５図は蒸気分離器の正面断面図，第６図は従来
の冷却装置の概念図である。 １……ラジエータ,10……ポンプ， ２……内燃機関,21……上部通水路， 22……下部通水路,20……燃焼室， 25……シリンダ,3,4……熱交換器， 42……副熱交換器,5……蒸気分離器， 54……蒸気排出ノズル， ６……リザーブタンク，

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の燃焼室回りを冷却するための上
   部通水路と，内燃機関のシリンダ回りを冷却するための
   下部通水路と，上記両通水路を経由してきた冷却水を冷
   却するためのラジエータとよりなると共に，上記上部通
   水路と下部通水路との間に上記通水路において蒸発した
   冷却水の蒸気を凝縮させるための熱交換器を設けてな
   り，冷却水がラジエータより前記上部通水路，熱交換
   器，下部通水路を順次経由して再びラジエータに流入す
   るように構成したことを特徴とする内燃機関冷却装置。
2. 【請求項２】熱交換器は，車速風，送風機等による空気
   流により冷却されるものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の内燃機関冷却装置。
3. 【請求項３】熱交換器は，内燃機関冷却用の冷却水とは
   別の冷却水により冷却されるものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関冷却装置。
4. 【請求項４】内燃機関の燃焼室回りを冷却するための上
   部通水路と，内燃機関のシリンダ回りを冷却するための
   下部通水路と，上記両通水路を経由してきた冷却水を冷
   却するためのラジエータとよりなると共に，上記上部通
   水路と下部通水路との間に上部通水路において蒸発した
   冷却水の蒸気を分離するための蒸気分離器を設けてな
   り，冷却水がラジエータより前記上部通水路，蒸気分離
   器，下部通水路を順次経由して再びラジエータに流入す
   るように構成したことを特徴とする内燃機関冷却装置。
5. 【請求項５】蒸気分離器は，分離した蒸気をラジエータ
   のリザーブタンク等へ送出するための蒸気排出管を有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の内燃
   機関冷却装置。