JP2551982Y2 - Boiling cooling system for internal combustion engine - Google Patents
Boiling cooling system for internal combustion engineInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本考案は、冷媒の沸騰熱伝達によ
り内燃機関の冷却を効率良く行うと共に安全性の高い沸
騰冷却装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a highly safe boiling cooling apparatus which efficiently cools an internal combustion engine by transferring boiling heat of a refrigerant.
【０００２】[0002]
【従来の技術】冷却を行う必要のある高温箇所に液相の
冷媒を供給し、この冷媒の沸騰により高温箇所から熱を
奪う沸騰熱伝達は、高温箇所と液相の冷媒との間で熱対
流を起こさせ、この高温箇所から熱を奪う強制対流熱伝
達よりも冷媒の相変態を伴うために格段に熱伝達率が良
く、冷媒の流量を大幅に低下させることができる上、温
度が高い部分ほど効率良く熱を奪うことが可能である
他、強制対流熱伝達に対して非常に優れた利点が多々あ
ることが知られている。そこで、この沸騰熱伝達の原理
を利用した沸騰冷却装置が発電機等の定置設備に組み込
まれた内燃機関等の冷却装置として従来より採用されて
いる。2. Description of the Related Art Boiling heat transfer, in which a liquid-phase refrigerant is supplied to a high-temperature portion that needs to be cooled and heat is removed from the high-temperature portion by the boiling of the refrigerant, is transferred between the high-temperature portion and the liquid-phase refrigerant. It causes convection and involves a phase transformation of the refrigerant rather than forced convection heat transfer that takes away heat from this high temperature part, so the heat transfer coefficient is significantly better, the flow rate of the refrigerant can be greatly reduced, and the temperature is high It is known that the heat can be efficiently removed from the part, and that there are many very good advantages for forced convection heat transfer. Therefore, a boiling cooling device utilizing the principle of boiling heat transfer has been conventionally employed as a cooling device for an internal combustion engine or the like incorporated in stationary equipment such as a generator.
【０００３】近年、これを自動車に搭載された内燃機関
（以下、機関と略称する）の冷却装置として利用するこ
とが、特開昭６０−２４３３２１号公報等で既に提案さ
れており、その概念を表す図５に示すように、機関Ｅに
は冷却ジャケットであるウォータジャケットＪが形成さ
れている。このウォータジャケットＪは、シリンダブロ
ックＢ内の図示しないシリンダライナを囲むライナジャ
ケットＪLと、このライナジャケットＪLに連通するシリ
ンダヘッドＨ内のヘッドジャケットＪHとで主要部が構
成されている。In recent years, the use of this as a cooling device for an internal combustion engine (hereinafter, simply referred to as an engine) mounted on an automobile has already been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-243321, etc. As shown in FIG. 5, a water jacket J as a cooling jacket is formed in the engine E. The main part of the water jacket J is composed of a liner jacket J L surrounding a cylinder liner (not shown) in the cylinder block B and a head jacket J H in a cylinder head H communicating with the liner jacket J L.
【０００４】この機関Ｅを冷却する沸騰冷却装置101
は、冷媒である冷却水をウォータジャケットＪを通じて
循環させるための循環通路102を具えており、この循環
通路102の一端がウォータジャケットＪの入口、即ちラ
イナジャケットＪLの入口に連通する一方、この循環通
路102の他端がヘッドジャケットＪHに連通している。A boiling cooling device 101 for cooling the engine E
Is equipped with a circulation passage 102 for circulating cooling water is a refrigerant through the water jacket J, while one end of the circulation passage 102 is communicated with the inlet, i.e. to the inlet of the liner jacket J L of the water jacket J, the The other end of the circulation passage 102 communicates with the head jacket JH .
【０００５】この循環通路102のウォータジャケットＪL
側には、循環ポンプ103が介装され、又、循環通路102の
ウォータジャケットＪH側には、サーモスタット弁104が
介装されている。サーモスタット弁104は、機関Ｅを基
準として循環通路102の上流側に接続する第一ポート104
a、及び循環通路102の下流側に接続する第二ポート104
b、及び循環ポンプ103の入口にバイパス通路105を介し
て直接に接続する第三ポート104cを有する３ポート２位
置の方向制御弁と、この方向制御弁の切換位置を循環通
路102内を流れる冷却水の温度に基づいて切り換えるた
めのサーモスタット型駆動部とで主要部が構成されてい
る。The water jacket J L of the circulation passage 102
A circulation pump 103 is interposed on the side, and a thermostat valve 104 is interposed on the water jacket JH side of the circulation passage 102. The thermostat valve 104 has a first port 104 connected to the upstream side of the circulation passage 102 with respect to the engine E.
a, and a second port 104 connected to the downstream side of the circulation passage 102
b, a 3-port 2-position directional control valve having a third port 104c directly connected to the inlet of the circulation pump 103 via a bypass passage 105, and cooling flowing through the circulation passage 102 through the switching position of the directional control valve. The main part is constituted by a thermostat-type drive unit for switching based on the temperature of water.
【０００６】ここで、機関Ｅからの冷却水が設定温度以
下の場合、サーモスタット弁104は第一ポート104aと第
三ポート104cとを接続する一方、第一ポート104aと第二
ポート104bとの間を遮断する第一切換位置にあるが、冷
却水が設定温度以上の場合には、サーモスタット弁104
は第一ポート104aと第二ポート104bとを接続する一方、
第一ポート104aと第三ポート104cとを遮断する第二切換
位置に切換作動するようになっている。Here, when the cooling water from the engine E is at or below the set temperature, the thermostat valve 104 connects the first port 104a and the third port 104c, while connecting the first port 104a and the second port 104b. When the cooling water is at or above the set temperature, the thermostat valve 104
Connects the first port 104a and the second port 104b,
The switching operation is performed to a second switching position that shuts off the first port 104a and the third port 104c.
【０００７】一方、サーモスタット弁104の第二ポート1
04bと循環ポンプ103とを接続する循環通路102の途中に
は、凝縮冷却手段106が設けられている。この凝縮冷却
手段106は、蒸気用冷却器109を組み込んだ気液分離器10
7と飽和水用冷却器108とで主要部が構成され、気液分離
器107は飽和水用冷却器108とサーモスタット弁104との
間の循環通路102の途中に配置されている。On the other hand, the second port 1 of the thermostat valve 104
Condensing cooling means 106 is provided in the middle of the circulation passage 102 connecting the 04b and the circulation pump 103. The condensing cooling means 106 is a gas-liquid separator 10 incorporating a steam cooler 109.
The main part is composed of 7 and the saturated water cooler 108, and the gas-liquid separator 107 is arranged in the middle of the circulation passage 102 between the saturated water cooler 108 and the thermostat valve 104.
【０００８】従って、気液分離器107に気相及び液相の
冷却水が供給されると、気液分離器107は、液相の冷却
水から気相の冷却水（以下、これを水蒸気と呼称する）
を分離し、この水蒸気のみが蒸気通路110を介して蒸気
用冷却器109に供給される。これに対し、気液分離器107
からは水蒸気を含まない液相の冷却水が飽和水用冷却器
108に供給されるが、この飽和水用冷却器108には蒸気用
冷却器109にて水蒸気を凝縮して得た液相の冷却水も同
時に供給される。Accordingly, when gas-phase and liquid-phase cooling water are supplied to the gas-liquid separator 107, the gas-liquid separator 107 converts the liquid-phase cooling water into gas-phase cooling water (hereinafter referred to as steam). Call it)
And only this steam is supplied to the steam cooler 109 via the steam passage 110. In contrast, the gas-liquid separator 107
From the liquid-phase cooling water that does not contain water vapor
The saturated water cooler 108 is also supplied with liquid-phase cooling water obtained by condensing steam in the steam cooler 109.
【０００９】前記蒸気用冷却器109には、水蒸気の冷却
凝縮を促進させるための電動ファン111が付設されてお
り、同様に飽和水用冷却器108にも電動ファン112が組み
込まれている。これら電動ファン111,112の駆動は、飽
和水用冷却器108から循環ポンプ103に戻される冷却水温
が所定の温度となるように制御される。このため、循環
ポンプ103の入口には、冷却水の温度を検出する温度セ
ンサ113が配置されている。The steam cooler 109 is provided with an electric fan 111 for accelerating the cooling and condensation of water vapor. Similarly, the saturated water cooler 108 has an electric fan 112 incorporated therein. The driving of these electric fans 111 and 112 is controlled so that the temperature of the cooling water returned from the saturated water cooler 108 to the circulation pump 103 becomes a predetermined temperature. For this reason, a temperature sensor 113 for detecting the temperature of the cooling water is disposed at the inlet of the circulation pump 103.
【００１０】更に、飽和水用冷却器108と循環ポンプ103
との間の循環通路102の途中から分岐する通路114は、冷
却水を補給する補給タンク115の底壁の部分に接続して
いる。この補給タンク115は、循環通路102内を流れる冷
却水の水位よりも高い位置に配置されており、その内部
には冷却水が蓄えられている。又、補給タンク115の上
壁には調圧弁116が取り付けられており、この調圧弁116
は補給タンク115内の圧力である循環通路102内の圧力が
正の所定圧力以上になった時や、逆に負の所定圧力以下
となった時にそれぞれ開弁し、補給タンク115内を一定
圧力の範囲に保持するようになっている。Further, a saturated water cooler 108 and a circulation pump 103
A passage 114 branched from the middle of the circulation passage 102 is connected to a bottom wall portion of a supply tank 115 for supplying cooling water. The replenishment tank 115 is arranged at a position higher than the level of the cooling water flowing in the circulation passage 102, and the inside thereof stores the cooling water. A pressure regulating valve 116 is mounted on the upper wall of the replenishing tank 115.
Opens when the pressure in the circulation passage 102, which is the pressure in the supply tank 115, becomes equal to or higher than a predetermined positive pressure, or conversely, when the pressure in the circulation passage 102 becomes equal to or lower than the predetermined negative pressure, and maintains a constant pressure in the supply tank 115. Is kept within the range.
【００１１】従って、この沸騰冷却装置101における冷
却水温度とその蒸気圧（ゲージ圧）との関係を表す図６
に示すにように、機関Ｅが始動前で冷えた状態にある
時、一点鎖線で示す循環ポンプ入口ＩP及び実線で示す
ライナジャケット入口ＩL及び破線で示すヘッドジャケ
ットＩH及び二点鎖線で示す蒸気用冷却器出口ＯRでの冷
却水のそれぞれ圧力及び温度は、の点にあると仮定す
る。このの点での圧力は、調圧弁106により大気圧よ
りもＰLだけ低い負圧の設定値となっている。FIG. 6 shows the relationship between the temperature of the cooling water and the vapor pressure (gauge pressure) in the boiling cooling device 101.
As in shown in, when in the state in which the engine E cools the previous startup, the head jacket I H and two-dot chain line indicated by the liner jacket inlet I L and the broken showing a circulating pump inlet I P and a solid line indicated by the dashed line assume each pressure and temperature of the cooling water in the steam cooler outlet O R shown is that of. The pressure at this point is a negative pressure set value lower than the atmospheric pressure by P L by the pressure regulating valve 106.
【００１２】このような状態で機関Ｅを始動すると、循
環ポンプ103も同時に駆動され、これに伴って循環ポン
プ103から送り出される冷却水は、図５中、破線の矢印
で示すように循環する。即ち、循環ポンプ103からの冷
却水は、ライナジャケットＪLに供給されてヘッドジャ
ケットＪHに到り、このヘッドジャケットＪHからサーモ
スタット弁104及びバイパス通路105を通って循環ポンプ
入口ＩPに戻るようになっており、この時のサーモスタ
ット弁104は第一切換位置にある。When the engine E is started in such a state, the circulating pump 103 is simultaneously driven, and the cooling water sent from the circulating pump 103 is circulated as shown by a broken arrow in FIG. That is, the cooling water from the circulation pump 103 is supplied to the liner jacket J L and led to the head jacket J H, returns to the circulation pump inlet I P through the thermostat valve 104 and the bypass passage 105 from the head jacket J H At this time, the thermostat valve 104 is in the first switching position.
【００１３】上述した状態における循環ポンプ103の出
口側の圧力であるライナジャケット入口ＩLでの冷却水
の圧力は、図６中、実線で示すように徐々に上昇し、そ
の温度も機関Ｅからの加熱により徐々に上昇する。同様
に、循環ポンプ入口ＩP及びヘッドジャケットＩHでの冷
却水の圧力も、図６中、一点鎖線及び破線でそれぞれ示
すように、それらの温度と共に上昇することになる。[0013] The pressure of the cooling water in the liner jacket inlet I L is the pressure at the outlet side of the circulation pump 103 in the state described above, in FIG. 6, rises gradually as shown by the solid line, from the temperature engine E It gradually rises due to the heating of. Similarly, the pressure of the cooling water in the circulation pump inlet I P and the head jacket I H also in FIG. 6, as shown respectively by the chain line and the broken line, so that increases with their temperature.
【００１４】ここで、圧力ＰL1は循環ポンプ103での入
口と出口との間の圧力差を示しており、圧力ＰL2は機関
Ｅの内部での流れ抵抗に起因した圧力損失を示す。そし
て、ヘッドジャケットＩH内での冷却水は、図６中、Ｔa
で示すようにライナジャケットＩLを冷却水が通過する
際の流れ抵抗に起因し、の点からの圧力上昇に遅れが
生じ、又、その温度も流れ抵抗に起因して上昇する。Here, the pressure P L1 indicates a pressure difference between the inlet and the outlet of the circulation pump 103, and the pressure P L2 indicates a pressure loss caused by a flow resistance inside the engine E. Then, cooling water in the head jacket I H is, in FIG. 6, T a
The liner jacket I L caused by the flow resistance when the cooling water is passed as shown by a delay occurs in the pressure increase from the point of addition, the temperature rises due to the flow resistance.
【００１５】更に、循環ポンプ入口ＩPでの冷却水の圧
力が上昇しての点に達すると、これ以後の循環ポンプ
入口ＩPでの圧力は、調圧弁116により設定された正圧の
設定値ＰHに保持され、この設定値ＰHよりも上昇するこ
とがない。即ち、循環ポンプ入口ＩPでの圧力がＰH以上
に上昇しようとしても、調圧弁116が開弁することで補
給タンク115内の空気が大気開放され、これによって循
環通路102内の圧力がＰH以上には加圧されない。Furthermore, when the pressure of the cooling water in the circulation pump inlet I P reaches the point of rising, this pressure at the subsequent circulation pump inlet I P, setting of the set positive pressure by the pressure regulating valve 116 is held at the value P H, it never rises above the set value P H. That is, even the pressure of the circulating pump inlet I P tries to rise above P H, the pressure regulating valve 116 is air atmosphere opening in makeup tank 115 by opening, whereby the pressure in the circulation passage 102 P It is not pressurized above H.
【００１６】このように、循環ポンプ入口ＩPでの冷却
水の圧力上昇が停止すると、ライナジャケット入口ＩL
での冷却水の圧力上昇も図６中のの点で停止するが、
この時のライナジャケット入口ＩLでの冷却水の圧力
は、設定値ＰHよりも所定の圧力差を有して高くなって
おり、又、ヘッドジャケットＩHでの冷却水の圧力上昇
が停止するの点では、循環ポンプ入口ＩP及びライナ
ジャケットＩLでの冷却水の温度よりも、ライナジャケ
ットＩL内の通過で加熱される分だけ高温となってい
る。[0016] Thus, the pressure increase in the coolant water in the circulating pump inlet I P is stopped, the liner jacket inlet I L
The pressure rise of the cooling water at the point also stops at the point in FIG.
The pressure of the cooling water in the liner jacket inlet I L at this time is higher with a predetermined pressure differential than the set value P H, The pressure rise of the cooling water in the head jacket I H is stopped the point to, than the temperature of the cooling water in the circulation pump inlet I P and liner jacket I L, and has a high temperature by the amount that is heated by the passage of the liner jacket I L.
【００１７】その後、ライナジャケット入口ＩL及び循
環ポンプ入口ＩP及びヘッドジャケットＩHでのそれぞれ
の冷却水は、それらの圧力を一定に保持した状態での
点からの点に向かい、その温度のみが上昇することと
なる。[0017] Thereafter, each of the cooling water in the liner jacket inlet I L and the circulation pump inlet I P and the head jacket I H is directed their pressure to a point in terms of being maintained at a constant, the temperature only Will rise.
【００１８】ヘッドジャケットＩHでの冷却水温度Ｔが
前述したサーモスタット弁104での設定温度Ｔ1に達する
と、この時点で、サーモスタット弁104は第一切換位置
から第二切換位置に切換作動する。このサーモスタット
弁104の切換作動により、サーモスタット弁104からバイ
パス通路105を介して循環ポンプ103に戻る冷却水の流れ
が阻止され、代わりにヘッドジャケットＪHから排出さ
れた冷却水は、サーモスタット弁104を介して気液分離
器107に流れ、この気液分離器107から飽和水冷却器108
を通じて循環ポンプ103の入口に戻る。[0018] When the cooling water temperature T of the head jacket I H reaches the set temperature T 1 of the thermostat valve 104 described above, at this point, the thermostat valve 104 switching operation to the second switching position the first switch position . Due to the switching operation of the thermostat valve 104, the flow of the cooling water returning from the thermostat valve 104 to the circulation pump 103 via the bypass passage 105 is prevented, and the cooling water discharged from the head jacket JH is replaced by the thermostat valve 104. Through the gas-liquid separator 107, and from the gas-liquid separator 107 to the saturated water cooler 108.
To the inlet of the circulation pump 103.
【００１９】この時、ヘッドジャケットＪH内の冷却水
の温度は、飽和蒸気圧線Ｓで規定される温度に達してお
らず、気液分離器107に供給される冷却水は全て液相と
なる。このため、気液分離器107から蒸気通路110を介し
て蒸気用冷却器109に供給される水蒸気はない。At this time, the temperature of the cooling water in the head jacket J H has not reached the temperature defined by the saturated vapor pressure line S, and all the cooling water supplied to the gas-liquid separator 107 is in the liquid phase. Become. Therefore, no steam is supplied from the gas-liquid separator 107 to the steam cooler 109 via the steam passage 110.
【００２０】ヘッドジャケットＪH内での冷却水の温度
が機関Ｅからの熱を受け、更に上昇して飽和蒸気圧線Ｓ
で規定される温度、即ち、の点に達すると、この時点
から、ヘッドジャケットＪH内の冷却水は沸騰し始め、
この沸騰による気化熱により、機関Ｅを効果的に冷却す
ることができる。上述した冷却水の沸騰により、ヘッド
ジャケットＪHからサーモスタット弁104を通って気液分
離器107に到る冷却水には、水蒸気が含まれているが、
この水蒸気は気液分離器107において液相の冷却水から
分離され、蒸気通路110を通じて蒸気用冷却器109に供給
される。この蒸気用冷却器109内において、水蒸気は電
動ファン111により冷却されて凝縮し、気液分離器107か
らの冷却水と合流して飽和水用冷却器108に供給され
る。The temperature of the cooling water in the head jacket J H receives the heat from the engine E, and further rises to the saturated vapor pressure line S.
When the temperature reaches the point specified by, that is, from the point, the cooling water in the head jacket JH starts to boil,
The engine E can be effectively cooled by the heat of vaporization caused by the boiling. Due to the above-described boiling of the cooling water, the cooling water from the head jacket JH to the gas-liquid separator 107 through the thermostat valve 104 contains steam,
This water vapor is separated from liquid-phase cooling water in the gas-liquid separator 107 and supplied to the vapor cooler 109 through the vapor passage 110. In the steam cooler 109, the steam is cooled and condensed by the electric fan 111, merges with the cooling water from the gas-liquid separator 107, and is supplied to the saturated water cooler.
【００２１】ここで、蒸気用冷却器出口ＯRでの冷却水
は、図６中、二点鎖線で示すようにの点から設定値Ｐ
Hで示すの点に到り、そして、このの点からの点
に移行する。このの点は飽和蒸気圧線Ｓ上にあり、蒸
気用冷却器109から飽和水用冷却器108に供給される冷却
水は、飽和水となっている。[0021] Here, the cooling water in the steam cooler outlet O R, in FIG. 6, the set value P in terms of the as shown by the two-dot chain line
The point indicated by H is reached, and then a transition is made from this point. This point is on the saturated vapor pressure line S, and the cooling water supplied from the steam cooler 109 to the saturated water cooler 108 is saturated water.
【００２２】上述したように、ヘッドジャケットＪH及
び蒸気用冷却器出口ＯRでの冷却水の状態がの点に達
すると、機関Ｅは定常運転となり、この時、ライナジャ
ケット入口ＪL及び循環ポンプ入口ＩPにおける冷却水も
それぞれの点に到る。[0022] As described above, the state of the coolant in the head jacket J H and steam cooler outlet O R reaches a point, the engine E becomes steady operation, this time, the liner jacket inlet J L and circulation cooling water in the pump inlet I P also reaches the respective points.
【００２３】ここで、機関Ｅが定常運転となった時、ラ
イナジャケット入口ＪHでの冷却水の温度をＴ2、ヘッド
ジャケットＪHでの冷却水の沸騰温度をＴ3とすると、こ
の沸騰温度Ｔ3と温度Ｔ2との間には、ΔＴの温度差が設
定されている。つまり、循環ポンプ入口ＩPに戻る冷却
水の温度がＴ2となるように、電動ファン111,112 の駆
動制御される。When the temperature of the cooling water at the inlet JH of the liner jacket is T 2 and the boiling temperature of the cooling water at the head jacket J H is T 3 when the engine E is in a steady operation, this boiling A temperature difference ΔT is set between the temperature T 3 and the temperature T 2 . That is, the temperature of the cooling water returning to the circulation pump inlet I P is such that the T 2, is the control of the operation of the electric fan 111.
【００２４】この後、機関Ｅの駆動が停止すると、ヘッ
ドジャケットＪH内及び蒸気用冷却器出口ＯRでの冷却水
の圧力及び温度は、の点から飽和蒸気圧線Ｓに沿って
それぞれ低下し、又、ライナジャケット入口ＩL及び循
環ポンプ入口ＩPでの冷却水の圧力及び温度も、それぞ
れの点から徐々に低下する。[0024] Thereafter, when the driving of the engine E is stopped, decreases respectively along the pressure and temperature of the coolant in the head jacket J H in and steam cooler outlet O R is in terms of the saturated vapor pressure curve S and, also, the pressure and temperature of the cooling water in the liner jacket inlet I L and the circulation pump inlet I P also gradually decreases from each point.
【００２５】なお、ヘッドジャケットＪHでの冷却水の
温度がＴ1以下になると、サーモスタット弁104は第二切
換位置から第一切換位置に戻され、又、循環通路102内
の圧力が設定値ＰH以下になった時、調圧弁116は閉じら
れる。[0025] When the temperature of the cooling water in the head jacket J H is T 1 or less, the thermostat valve 104 is returned to the first switching position from the second switching position, and the pressure in the circulation passage 102 is set value when equal to or less than P H, pressure regulating valve 116 is closed.
【００２６】そして、ヘッドジャケットＪH及び蒸気用
冷却器ＯR及びライナジャケットＩL及び循環ポンプ入口
ＩPでの冷却水の状態がぞれぞれの点に達し、この
の点での圧力が前述した負の設定値ＰLに達すると、調
圧弁116が再び開弁状態となる。この場合、補給タンク1
15内に空気が吸い込まれ、ヘッドジャケットＪH及び蒸
気用冷却器ＯR及びライナジャケットＩL及び循環ポンプ
入口ＩPの冷却水は、それぞれの点の状態に復帰す
る。[0026] The head jacket J H and reach a point of, respectively, respectively the status of the cooling water in the steam cooler O R and the liner jacket I L and the circulation pump inlet I P, the pressure at the the point When the above-described negative set value P L is reached, the pressure regulating valve 116 is opened again. In this case, supply tank 1
Air is drawn into the 15, head jacket J H and steam condenser O R and the liner jacket I L and the cooling water circulating pump inlet I P returns to the state of each point.
【００２７】[0027]
【考案が解決しようとする課題】図５及び図６に示す機
関の沸騰冷却装置において、電動ファン111,112 の故障
や機関Ｅの異常発熱等による蒸気用冷却器106の冷却能
力に不足が発生した場合、沸騰冷却装置101内の水蒸気
の体積が正常な範囲を越えてしまい、補給タンク115の
調圧弁116を介して冷却水の一部が外部に流出する結
果、機関ＥのウォータジャケットＪ内の水位が低下し、
機関Ｅが焼き付く等の不具合を発生する虞がある。Problems to be Solved by the Invention In the case of the engine cooling system shown in FIGS. 5 and 6, when the cooling capacity of the steam cooler 106 is insufficient due to the failure of the electric fans 111 and 112 or the abnormal heat generation of the engine E. As a result, the volume of water vapor in the boiling cooling device 101 exceeds the normal range, and a part of the cooling water flows out through the pressure regulating valve 116 of the replenishing tank 115, so that the water level in the water jacket J of the engine E is increased. Decreases,
There is a possibility that a trouble such as burning of the engine E may occur.
【００２８】又、上述した原因等で蒸気用冷却器106の
冷却能力に不足が発生した場合、循環ポンプ入口ＩPで
の冷却水温が飽和蒸気圧線Ｓに接近し、循環ポンプ103
にキャビテーションが発生して送水能力が低下する結
果、機関ＥのウォータジャケットＪ内の水位が低下し、
機関Ｅが焼き付く等の不具合を発生する虞がある。[0028] Also, if the shortage has occurred in the cooling capacity of the steam cooler 106 because such described above, the cooling water temperature of the circulating pump inlet I P approaches the saturated vapor pressure curve S, the circulation pump 103
As a result, the water level in the water jacket J of the engine E drops,
There is a possibility that a trouble such as burning of the engine E may occur.
【００２９】何れにしても、蒸気用冷却器106の冷却能
力が低下した場合には機関Ｅが損傷する可能性があり、
蒸気用冷却器106の冷却能力の低下に伴う安全性が不充
分であった。In any case, if the cooling capacity of the steam cooler 106 is reduced, the engine E may be damaged,
The safety associated with the decrease in the cooling capacity of the steam cooler 106 was insufficient.
【００３０】更に、先に説明した機関の沸騰冷却装置で
は、実際に沸騰冷却の効果が発生するのは図６における
蒸気圧の高いの領域であり、これよりも温度の低い大
気圧近傍での沸騰冷却が不可能である。Further, in the above-described boiling cooling system for an engine, the effect of the boiling cooling actually occurs in the region where the vapor pressure is high in FIG. Boiling cooling is not possible.
【００３１】[0031]
【考案の目的】本考案は、何らかの原因で蒸気用冷却器
の冷却能力に不足が発生した場合でも、機関の損傷を未
然に防止し得ると共に大気圧近傍での沸騰冷却が可能な
効率の良い内燃機関の沸騰冷却装置を提供することを目
的とする。The purpose of the present invention is to provide an efficient cooling system capable of preventing damage to the engine and performing boiling cooling near the atmospheric pressure even if the cooling capacity of the steam cooler is insufficient for some reason. An object of the present invention is to provide a boiling cooling device for an internal combustion engine.
【００３２】本考案による内燃機関の沸騰冷却装置は、
一端が内燃機関の冷却ジャケットの入口に接続すると共
に他端がこの冷却ジャケットの出口に接続する冷却液の
循環通路と、この循環通路の前記冷却ジャケットの入口
側に設けられて当該循環通路内の沸騰可能な冷却液を循
環させる循環ポンプと、この循環ポンプと前記冷却ジャ
ケットの出口との間の前記循環通路の途中に設けられて
前記冷却ジャケットからの沸騰した前記冷却液を気相と
液相とに分離する気液分離器と、この気液分離器と前記
循環ポンプとの間の前記循環通路の途中に設けられて前
記冷却液を冷却する飽和水用冷却器と、この飽和水用冷
却器と前記循環ポンプとの間の前記循環通路と前記気液
分離器とを接続するバイパス通路と、このバイパス通路
と前記循環通路との接続部分に設けられ且つ前記冷却液
の温度に基づいて当該バイパス通路の開閉を切り換える
切換弁と、一端が前記気液分離器に蒸気通路を介して連
通され且つ他端が前記気液分離器と前記飽和水用冷却器
との間の前記循環路に連通されると共に前記気液分離器
により分離された気相を冷却することによって液相に凝
縮して前記飽和水用冷却器に供給する蒸気用冷却器と、
前記切換弁と前記循環ポンプとの間の前記循環路内に連
通し且つ前記冷却液が蓄えられた補給タンクと、この補
給タンクの上端部に設けられて前記冷却液の圧力がその
飽和蒸気圧とほぼ等しくなった時点で当該補給タンク内
を密封し得る開閉弁と、前記蒸気通路若しくは前記蒸気
用冷却器に付設されて前記冷却液の蒸気のみを外部に排
出し得るリリーフ弁とを具えたものである。The boiling cooling device for an internal combustion engine according to the present invention comprises:
One end is connected to the inlet of the cooling jacket of the internal combustion engine, and the other end is connected to the outlet of the cooling jacket . A circulating pump for circulating a boilable cooling liquid, and a cooling pump provided in the middle of the circulating passage between the circulating pump and the outlet of the cooling jacket to boil the cooling liquid from the cooling jacket into a gas phase and a liquid phase gas-liquid separation unit, wherein the saturated water cooler for cooling the cooling liquid provided in the middle of the circulation passage, the saturated water for cooling between the circulation pump and the gas-liquid separator for separating the bets
A bypass passage connecting said circulation passage and said gas-liquid separator between the circulation pump and 却器, provided in the connection portion between the circulation passage and the bypass passage and on the basis of the temperature of the cooling liquid A switching valve for switching the opening and closing of the bypass passage, and one end connected to the gas-liquid separator via a steam passage.
The other end is passed through the gas-liquid separator and the saturated water cooler.
And the gas-liquid separator
Is cooled to a liquid phase by cooling
A steam cooler for compressing and supplying to the saturated water cooler,
A supply tank communicating with the circulation path between the switching valve and the circulation pump and storing the cooling liquid, and a pressure of the cooling liquid provided at an upper end of the supply tank and having a saturated vapor pressure. An on-off valve capable of sealing the inside of the replenishment tank at a point in time when the steam passage or the steam
And a relief valve attached to the cooling device for discharging only the vapor of the cooling liquid to the outside.
【００３３】[0033]
【作用】機関の始動により循環ポンプが作動して冷却水
温が上昇し、これに伴って補給タンク内の冷却水の水位
も上昇するが、この場合には冷却水が気液分離器からバ
イパス通路を経由して切換弁を通り、循環ポンプに戻る
こととなる。When the engine starts, the circulating pump operates to increase the temperature of the cooling water, and the level of the cooling water in the replenishment tank also increases. In this case, the cooling water flows from the gas-liquid separator to the bypass passage. And returns to the circulation pump through the switching valve.
【００３４】そして、循環通路内を流れる冷却水がその
沸点に達した時点で沸騰冷却が始まり、これとほぼ同時
に補給タンク内が開閉弁により密閉され、循環通路内の
圧力が上昇して機関の正常な冷却が行われる。この時点
では、切換弁がバイパス通路を塞いだ状態となり、冷却
液は気液分離器から凝縮冷却手段を経由して切換弁を通
り、循環ポンプに戻ることとなる。つまり、機関により
加熱された冷却液は気液分離器により気相と液相とに分
離され、これらが凝縮冷却手段によって冷却され、循環
ポンプ側へは液相の冷却水のみ供給される。そして、こ
の凝縮冷却手段によって凝縮した冷却液が再び循環ポン
プにより機関の冷却ジャケットに供給される。When the cooling water flowing in the circulation passage reaches its boiling point, boiling cooling starts, and at about the same time, the inside of the replenishment tank is closed by an on-off valve, and the pressure in the circulation passage rises, and Normal cooling takes place. At this point, the switching valve closes the bypass passage, and the coolant returns from the gas-liquid separator to the circulation pump through the switching valve via the condensation cooling means. That is, the cooling liquid heated by the engine is separated into a gas phase and a liquid phase by the gas-liquid separator, these are cooled by the condensing cooling means, and only the liquid phase cooling water is supplied to the circulation pump side. The cooling liquid condensed by the condensing cooling means is supplied again to the cooling jacket of the engine by the circulation pump.
【００３５】ここで、何らかの原因で凝縮冷却手段の冷
却能力に不足が発生すると、循環通路内の冷却水温及び
圧力が上昇し、これが予め設定した圧力を越えるとリリ
ーフ弁が開弁して冷却水の蒸気が外部に排出される。こ
の間、補給タンク内は開閉弁により密閉されたままとな
っている。If the cooling capacity of the condensing cooling means is insufficient for some reason, the temperature and pressure of the cooling water in the circulation passage rises. When the cooling water temperature exceeds a preset pressure, the relief valve opens and the cooling water is opened. Is discharged to the outside. During this time, the inside of the supply tank is kept sealed by the on-off valve.
【００３６】[0036]
【実施例】本考案による内燃機関の沸騰冷却装置の一実
施例の概念を表す図１に示すように、機関Ｅには冷却ジ
ャケットであるウォータジャケットＪが形成されてお
り、このウォータジャケットＪは、シリンダブロックＢ
内の図示しないシリンダライナを囲むライナジャケット
ＪLと、このライナジャケットＪLに連通するシリンダヘ
ッドＨ内のヘッドジャケットＪHとで主要部が構成され
ている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As shown in FIG. 1 showing the concept of an embodiment of a boiling cooling device for an internal combustion engine according to the present invention, a water jacket J as a cooling jacket is formed in an engine E. , Cylinder block B
A main part is constituted by a liner jacket J L surrounding a cylinder liner (not shown) inside the head and a head jacket J H in a cylinder head H communicating with the liner jacket J L.
【００３７】この機関Ｅを冷却する沸騰冷却装置１１
は、冷媒である冷却水１２をウォータジャケットＪを通
じて循環させるための循環通路１３を具えており、この
循環通路１３の一端がウォータジャケットＪの入口、即
ちライナジャケットＪLの入口に連通する一方、この循
環通路１３の他端がヘッドジャケットＪHに連通してい
る。A boiling cooling device 11 for cooling the engine E
Is equipped with a circulation passage 13 for circulating cooling water 12 is a refrigerant through the water jacket J, while one end of the circulation passage 13 is communicated with the inlet of the water jacket J, i.e. to the inlet of the liner jacket J L, The other end of the circulation passage 13 communicates with the head jacket JH .
【００３８】この循環通路１３のウォータジャケットＪ
L側には、循環ポンプ１４が介装され、又、循環通路１
３のウォータジャケットＪH側には、凝縮冷却手段１５
と気液分離器１６とが設けられている。凝縮冷却手段１
５は、蒸気用冷却器１７と飽和水用冷却器１８とで主要
部が構成され、気液分離器１６は機関Ｅと飽和水用冷却
器１８との間の循環通路１３の途中に配置されている。The water jacket J of the circulation passage 13
A circulation pump 14 is interposed on the L side.
Condensing cooling means 15 is provided on the water jacket JH side of No. 3.
And a gas-liquid separator 16. Condensing cooling means 1
5 has a steam cooler 17 and a saturated water cooler 18, and a gas-liquid separator 16 is disposed in the middle of a circulation passage 13 between the engine E and the saturated water cooler 18. ing.
【００３９】従って、気液分離機１６に気相及び液相の
冷却水１２が供給されると、気液分離器１６は、液相の
冷却水１２から気相の冷却水１２（以下、これを水蒸気
と呼称する）を分離し、この水蒸気のみが蒸気通路１９
を介して蒸気用冷却器１７に供給される。そして、気液
分離器１６からの水蒸気を含まない液相の冷却液１２
は、循環通路１３を介して飽和水用冷却器１８に供給さ
れるが、この飽和水用冷却器１８には蒸気用冷却器１７
にて水蒸気を凝縮して得た液相の冷却水１２も同時に供
給される。[0039] Therefore, when the cooling water 12 in the gas phase and the liquid phase to the gas-liquid separator 16 is supplied, the gas-liquid separator 16, the cooling water 12 in the gas phase from the cooling water 12 in the liquid phase (hereinafter, Is referred to as steam), and only this steam is supplied to the steam passage 19.
Is supplied to the steam cooler 17. The liquid-phase cooling liquid 12 containing no water vapor from the gas-liquid separator 16
Is supplied to the saturated water cooler 18 through the circulation passage 13, and the saturated water cooler 18 has a steam cooler 17.
The cooling water 12 in the liquid phase obtained by condensing the water vapor is also supplied at the same time.
【００４０】前記蒸気用冷却器１７には、水蒸気の冷却
凝縮を促進させるための電動ファン２０が付設されてお
り、同様に飽和水用冷却器１８にも電動ファン２１が組
み込まれている。これら電動ファン２０,２１の駆動
は、飽和水用冷却器１８から循環通路１３を介して循環
ポンプ１４に戻される冷却水温が所定の温度となるよう
に制御される。このため、循環ポンプ１４の入口には、
冷却水１２の温度を検出する温度センサ２２が配置され
ている。The steam cooler 17 is provided with an electric fan 20 for accelerating the cooling and condensation of water vapor. Similarly, the saturated water cooler 18 has an electric fan 21 incorporated therein. The driving of the electric fans 20 and 21 is controlled such that the temperature of the cooling water returned from the saturated water cooler 18 to the circulation pump 14 via the circulation passage 13 becomes a predetermined temperature. For this reason, at the inlet of the circulation pump 14,
A temperature sensor 22 for detecting the temperature of the cooling water 12 is provided.
【００４１】又、この沸騰冷却装置１１の最上端に位置
する蒸気用冷却器１７と気液分離器１６とを接続する蒸
気通路１９の途中には、この蒸気通路１９内が予め設定
した危険圧力を越えた場合に、当該蒸気通路１９内を大
気開放して蒸気通路１９内の圧力による沸騰冷却装置１
１自体の破損を防ぐ圧力逃がし弁２３が介装されてい
る。In the middle of the steam passage 19 connecting the steam cooler 17 and the gas-liquid separator 16 located at the uppermost end of the boiling cooling device 11, a predetermined dangerous pressure is set in the steam passage 19. Is exceeded, the inside of the steam passage 19 is opened to the atmosphere, and the evaporative cooling device 1 based on the pressure in the steam passage 19 is opened.
1 is provided with a pressure relief valve 23 for preventing damage to itself.
【００４２】一方、前記気液分離器１６と、飽和水用冷
却器１８と循環ポンプ１４との間の循環通路１３とは、
バイパス通路２４を介して連通しており、飽和水用冷却
器１８と循環ポンプ１４との間の循環通路１３と、この
バイパス通路２４との接続部分にはサーモスタット弁２
５が介装されている。このサーモスタット弁２５は、飽
和水用冷却器１８側の循環通路１３に接続する第一ポー
ト25aと、循環ポンプ１４側の循環通路１３に接続する
第二ポート25bと、バイパス通路２４に接続する第三ポ
ート25cとを有する３ポート２位置の方向制御弁であ
り、循環通路１３内を流れる冷却水温に基づいてこのサ
ーモスタット弁２５の図示しないスプールの位置を切り
換えるサーモスタット型スプール駆動部が組み付けられ
ている。On the other hand, the gas-liquid separator 16 and the circulation passage 13 between the saturated water cooler 18 and the circulation pump 14
The thermostat valve 2 is connected to a circulation passage 13 between the saturated water cooler 18 and the circulation pump 14, and a connection portion with the bypass passage 24.
5 are interposed. The thermostat valve 25 has a first port 25 a connected to the circulation passage 13 on the saturated water cooler 18 side, a second port 25 b connected to the circulation passage 13 on the circulation pump 14 side, and a second port 25 b connected to the bypass passage 24. A three-port two-position directional control valve having a three-port 25c, and a thermostat-type spool drive unit for switching the position of a spool (not shown) of the thermostat valve 25 based on the temperature of the cooling water flowing in the circulation passage 13. .
【００４３】ここで、機関Ｅからの冷却水１２が予め設
定したサーモスタット開弁温度ＴC2以下の場合、サーモ
スタット弁２５は第一ポート25aを遮断して第二ポート2
5bと第三ポート25cとを接続する第一切換位置にある
が、冷却水１２がサーモスタット開弁温度ＴC2以上の場
合には、サーモスタット弁２５は第一ポート25aと第二
ポート25bとを接続して第三ポート25cを遮断する第二切
換位置に切換作動するようになっている。Here, when the cooling water 12 from the engine E is lower than the preset thermostat valve opening temperature T C2 , the thermostat valve 25 shuts off the first port 25a and closes the second port 2a.
5b and although the first switching position for connecting the third port 25c, when the cooling water 12 is equal to or higher than the thermostat opening temperature T C2 is a thermostat valve 25 connects the first port 25a and the second port 25b Then, the switching operation is performed to the second switching position in which the third port 25c is shut off.
【００４４】なお、前記サーモスタット弁２５と循環ポ
ンプ１４との間の循環通路１３の途中には、冷却水供給
通路２６を介して循環通路１３内に冷却水１２を補給す
る補給タンク２７の底部が接続しており、この補給タン
ク２７内には冷却水１２が蓄えられている。In the middle of the circulation passage 13 between the thermostat valve 25 and the circulation pump 14, a bottom of a supply tank 27 for supplying the cooling water 12 into the circulation passage 13 via the cooling water supply passage 26 is provided. The cooling water 12 is stored in the supply tank 27.
【００４５】図１及び補給タンク２７の部分の拡大断面
構造を表す図２に示すように、この補給タンク２７の上
壁部には図３に示す如き開閉弁２８が取り付けられてお
り、この開閉弁２８は補給タンク２７にねじ込まれ且つ
補給タンク２７内と外部とを連通する通気孔28aが形成
された本体28bと、この本体28b内に収納されて補給タン
ク２７内の冷却水１２の水位に応じて上下動する弁体
（以下、フロートと呼称する）28cと、このフロート28c
の上昇端にて当該フロート28cに密着して通気孔28aを塞
ぎ得るシールパッキング28dとで主要部が形成されてい
る。As shown in FIG. 1 and FIG. 2 showing an enlarged sectional structure of the supply tank 27, an opening / closing valve 28 as shown in FIG. The valve 28 is screwed into the supply tank 27 and has a main body 28b formed with a vent hole 28a for communicating the inside of the supply tank 27 with the outside, and the valve 28 is housed in the main body 28b and controls the water level of the cooling water 12 in the supply tank 27. A valve element (hereinafter, referred to as a float) 28c which moves up and down in response to this float 28c
A main part is formed by a seal packing 28d which can be in close contact with the float 28c at the rising end to close the air hole 28a.
【００４６】前記補給タンク２７の冷却水容積は、蒸気
用冷却器１７内が全て水蒸気となった場合に、フロート
28cが通気孔28aを塞ぐ水位となるように、機関Ｅの冷態
時における補給タンク２７内の水位とフロート28cが通
気孔28aを塞ぐ状態の水位との差ＷHに対応して設定され
ている。The volume of the cooling water in the replenishing tank 27 is set such that when the inside of the steam cooler 17
The water level in the supply tank 27 when the engine E is cold and the difference W H between the water level when the float 28c closes the vent hole 28a are set so that 28c is the water level that closes the vent hole 28a. I have.
【００４７】従って、この沸騰冷却装置１１における冷
却水温度と冷却水圧力（ゲージ圧）との関係を表す図４
に示すにように、機関Ｅが始動前で冷えた状態にある
時、一点鎖線で示す循環ポンプ入口ＩP及び実線で示す
ライナジャケット入口ＩL及び破線で示すヘッドジャケ
ットＩH及び二点鎖線で示す蒸気用冷却器出口ＯR及び波
線で示す蒸気通路内ＩSでの冷却水のそれぞれ圧力及び
温度は、循環ポンプ入口ＩPとライナジャケット入口ＩL
との差圧や循環通路１３内の圧損によりの点に分布す
る。Therefore, FIG. 4 shows the relationship between the cooling water temperature and the cooling water pressure (gauge pressure) in the boiling cooling device 11.
As in shown in, when in the state in which the engine E cools the previous startup, the head jacket I H and two-dot chain line indicated by the liner jacket inlet I L and the broken showing a circulating pump inlet I P and a solid line indicated by the dashed line each pressure and temperature of the cooling water in the steam passage I S shown in steam cooler outlet O R and the wavy line indicates the circulation pump inlet I P and the liner jacket inlet I L
And the pressure difference in the circulation passage 13 distributes at a point.
【００４８】このような状態で機関Ｅを始動すると、機
関Ｅにおける冷却水受熱により循環ポンプ入口ＩP及び
ライナジャケット入口ＩL及びヘッドジャケットＩHでの
冷却水温が上昇しての点に達する。この間の冷却水温
はサーモスタット開弁温度ＴC2よりも低いので、サーモ
スタット弁２５が第一ポート25aを遮断すると共に第二
ポート25bと第三ポート25cとを接続する第一切換位置に
あり、冷却水１２は図１中、実線の矢印で示す如く循環
通路１３内を循環し、凝縮冷却手段１５の蒸気用冷却器
１７及び飽和水用冷却器１８側へは供給されない。又、
補給タンク２７内の冷却水１２の水位はその熱膨張分し
か上昇しないため、フロート28cは開閉弁２８の通気孔2
8aを塞ぐには至らず、循環通路１３内の冷却水の圧力は
大気圧と等しくなっている。[0048] When starting the engine E in such a state, it reaches a point of the cooling water heat of the engine E is cooling water temperature in the circulation pump inlet I P and liner jacket inlet I L and the head jacket I H rises. Since the cooling water temperature during this time is lower than the thermostat valve opening temperature T C2 , the thermostat valve 25 is in the first switching position where the first port 25a is shut off and the second port 25b and the third port 25c are connected. 1 circulates in the circulation passage 13 as shown by a solid arrow in FIG. 1 and is not supplied to the steam cooler 17 and the saturated water cooler 18 of the condensation cooling means 15. or,
Since the water level of the cooling water 12 in the supply tank 27 rises only by the amount of the thermal expansion, the float 28c is connected to the vent hole 2 of the on-off valve 28.
The pressure of the cooling water in the circulation passage 13 is equal to the atmospheric pressure without closing the 8a.
【００４９】そして、前記の点にまで冷却水温が上昇
すると、サーモスタット弁２５は第一ポート25aと第二
ポート25bとを接続すると共に第三ポート25cを遮断する
第二切換位置に切換作動し、冷却水１２は図１中、破線
の矢印で示す如く循環通路１３内を循環し、バイパス通
路２４を通らずに凝縮冷却手段１５の気液分離器１６か
ら飽和水用冷却器１８側に供給されて蒸気用冷却器出口
ＯR及び蒸気通路内ＩS内の冷却水温もの点に達する。
この場合、ライナジャケット入口ＩLの冷却水温は、そ
の沸点ＴA2に達していないものの、ライナジャケットＪ
LからヘッドジャケットＪHを通過する間に沸点ＴA2に達
し、冷却水１２の一部が気化する。When the temperature of the cooling water rises to the above-mentioned point, the thermostat valve 25 switches to the second switching position for connecting the first port 25a and the second port 25b and shutting off the third port 25c. The cooling water 12 circulates in the circulation passage 13 as shown by the dashed arrow in FIG. 1 and is supplied from the gas-liquid separator 16 of the condensation cooling means 15 to the saturated water cooler 18 without passing through the bypass passage 24. cooling water temperature in the steam cooler outlet O R and the steam passage I S can reach the point of Te.
In this case, the cooling water temperature of the liner jacket inlet I L, although not reached its boiling point T A2, liner jacket J
The boiling point TA2 is reached while passing from L through the head jacket JH, and a part of the cooling water 12 evaporates.
【００５０】これにより、循環通路１３内の蒸気圧が次
第に増大して補給タンク２７内の冷却水１２の水位も上
昇し、蒸気用冷却器１７内が全て水蒸気となる最高水位
となった時点でフロート28cが開閉弁２８の通気孔28aを
塞ぐ閉弁状態となる。このように、ヘッドジャケットＪ
Hから循環通路１３内に送り出される冷却水１２の一部
が気化して水蒸気となるが、気液分離器１６にて蒸気通
路１９から蒸気用冷却器１７側に供給され、液相の冷却
水１２のみが飽和水用冷却器１８側に送り出される。As a result, the steam pressure in the circulation passage 13 gradually increases, and the water level of the cooling water 12 in the replenishment tank 27 also rises, and when the inside of the steam cooler 17 reaches the maximum water level at which all steam becomes steam. The float 28c is closed so as to close the vent hole 28a of the on-off valve 28. Thus, the head jacket J
A part of the cooling water 12 sent out from the H into the circulation passage 13 is vaporized and becomes steam, and is supplied to the steam cooler 17 from the steam passage 19 by the gas-liquid separator 16, and the liquid-phase cooling water Only 12 is sent to the saturated water cooler 18 side.
【００５１】この状態で更に冷却水温が上昇すると、開
閉弁２８が閉弁状態を保っているため、冷却水の圧力は
図４中、実線で示す飽和蒸気圧線Ｓに沿って上昇し、機
関Ｅの正常な運転に対応するの点に達する。このの
点における制御目標温度ＴC3は、冷却水１２の作動沸点
ＴA3に対して適切なサブクール度（ＴA3−ＴC3）が設定
されているため、循環ポンプ１４にキャビテーションが
発生せず、循環ポンプ１４は正常に作動する。又、循環
ポンプ入口ＩPの冷却水温が制御目標温度ＴC3を越える
と、電動ファン２０,２１が作動して冷却水温が制御目
標温度ＴC3を保持するように機能する。If the temperature of the cooling water further rises in this state, the pressure of the cooling water rises along the saturated vapor pressure line S shown by a solid line in FIG. The point corresponding to the normal operation of E is reached. Control target temperature T C3 of this the point, since the proper subcooling against actuation boiling T A3 of the cooling water 12 (T A3 -T C3) is set, cavitation is not generated in the circulation pump 14, The circulation pump 14 operates normally. Further, when the cooling water temperature of the circulating pump inlet I P exceeds the control target temperature T C3, and functions as the cooling water temperature by the electric fan 20, 21 is operated to hold the control target temperature T C3.
【００５２】ここで、電動ファン２０,２１の故障や機
関Ｅの異常発熱による蒸気用冷却器１７の能力不足等の
何らかの原因で、の点から更に温度上昇が起こると、
蒸気用冷却器１７における水蒸気と冷却水との温度差が
拡大してその冷却能力が向上するため、冷却水１２はそ
の温度及び圧力がの点との点との間で安定状態とな
る。Here, if the temperature further rises from some point due to a failure of the electric fans 20, 21 or insufficient capacity of the steam cooler 17 due to abnormal heat generation of the engine E,
Since the temperature difference between the steam and the cooling water in the steam cooler 17 is increased and its cooling capacity is improved, the cooling water 12 is in a stable state between its temperature and pressure.
【００５３】ここで、の点での最高許容沸点ＴA4は、
機関Ｅの正常な運転を継続するに当たって越えてはなら
ない温度であり、蒸気通路内ＩS内の圧力がリリーフ弁
開弁圧ＰE4を越えた場合にはリリーフ弁２３が開弁する
ため、冷却水温及び圧力はの点を越えて上昇すること
はない。Here, the maximum allowable boiling point T A4 at
Beyond order to continue normal operation of the engine E is a temperature not, since the relief valve 23 is opened if the pressure in the steam passage I S exceeds the relief valve opening pressure P E4, cooled The water temperature and pressure do not rise above the point.
【００５４】なお、このの点でも安定状態とならない
場合には、リリーフ弁２３から水蒸気が噴出し、図５に
示す従来のように補給タンク115からの冷却水の流出が
生じないため、機関Ｅが破損してしまうような虞はな
い。If the stable state is not attained at this point as well, steam is blown out from the relief valve 23, and the cooling water does not flow out from the supply tank 115 as in the conventional case shown in FIG. There is no fear that the device will be damaged.
【００５５】この後、機関Ｅの駆動が停止すると、ヘッ
ドジャケットＪH内及び蒸気用冷却器出口ＯRでの冷却水
の圧力及び温度は、の点から飽和蒸気圧線Ｓに沿って
それぞれ低下し、又、ライナジャケット入口ＩL及び循
環ポンプ入口ＩPでの冷却水の圧力及び温度も、それぞ
れの点から徐々に低下する。[0055] Thereafter, when the driving of the engine E is stopped, decreases respectively along the pressure and temperature of the coolant in the head jacket J H in and steam cooler outlet O R is in terms of the saturated vapor pressure curve S and, also, the pressure and temperature of the cooling water in the liner jacket inlet I L and the circulation pump inlet I P also gradually decreases from each point.
【００５６】そして、ヘッドジャケットＪHでの冷却水
の温度がサーモスタット開弁温度ＴC ２以下になると、
サーモスタット弁２５は第二切換位置から第一切換位置
に戻され、これとほぼ並行して補給タンク２７内の冷却
水１２の水位が下降し、これに伴ってフロート28cが下
降し、通気孔28aが大気開放されて開閉弁２８が開弁状
態となる。When the temperature of the cooling water in the head jacket J H becomes equal to or lower than the thermostat valve opening temperature T C 2 ,
The thermostat valve 25 is returned from the second switching position to the first switching position, and almost in parallel with this, the water level of the cooling water 12 in the replenishment tank 27 falls, and the float 28c descends accordingly, and the vent hole 28a Is opened to the atmosphere and the on-off valve 28 is opened.
【００５７】このようにして、最終的に循環ポンプ入口
ＩP及びライナジャケット入口ＩL及びヘッドジャケット
ＩH及び蒸気用冷却器出口ＯR及び蒸気通路内ＩSでの冷
却水は、それぞれの点の状態に復帰する。[0057] In this way, eventually the circulation pump inlet I P and cooling water in the liner jacket inlet I L and the head jacket I H and steam cooler outlet O R and the steam passage I S are each point It returns to the state of.
【００５８】なお、本実施例では蒸気用冷却器１７と飽
和水用冷却器１８とを別々に設けたが、これらを一体化
させることも可能である。この場合、これらの電動ファ
ン２０,２１の代わりに、機関Ｅ自体により駆動される
ファンを使用するようにしても良い。Although the steam cooler 17 and the saturated water cooler 18 are separately provided in the present embodiment, they may be integrated. In this case, a fan driven by the engine E itself may be used instead of the electric fans 20 and 21.
【００５９】[0059]
【考案の効果】本考案の内燃機関の沸騰冷却装置による
と、冷却液が沸騰するまでは補給タンク内を大気開放
し、この冷却液が沸騰し始めた時点で補給タンク内を密
閉するようにしたので、冷却液の沸騰温度が図５及び図
６に示すものよりも低く、早い時期から沸騰冷却を行う
ことができる。しかも、機関の暖機中でも冷却液を気液
分離器からバイパス通路を経由させるようにしたので、
水蒸気が循環ポンプ側に流れて循環ポンプでキャビテー
ションが発生するような虞が全くない。According to the boiling cooling device for an internal combustion engine of the present invention, the inside of the replenishment tank is opened to the atmosphere until the coolant boils, and the inside of the replenishment tank is sealed when the coolant begins to boil. Therefore, the boiling temperature of the cooling liquid is lower than those shown in FIGS. 5 and 6, and the boiling cooling can be performed from an early stage. Moreover, since the coolant is allowed to pass from the gas-liquid separator through the bypass passage even during warm-up of the engine,
There is no danger that steam will flow to the circulation pump side and cavitation will occur in the circulation pump.
【００６０】又、循環通路内の圧力が異常に高圧となっ
ても補給タンク内は密閉状態のままであり、リリーフ弁
から冷却液の蒸気のみが排出されるため、冷却水が補給
タンクから大量に流出するような不具合を未然に防止す
ることができる。Even if the pressure in the circulation passage becomes abnormally high, the inside of the replenishment tank remains sealed, and only the vapor of the coolant is discharged from the relief valve. This can prevent a problem such as flowing out to the user beforehand.
【００６１】このように、循環ポンプにより冷却ジャケ
ットに供給した冷却水を沸騰させて機関を沸騰冷却する
一方、この機関から送り出される冷却液中の蒸気を凝縮
して全て液相の冷却液とした後、この冷却液を所定の温
度にまで冷却して循環ポンプに戻すようにしているた
め、流動沸騰型の冷却装置とすることができる。この流
動沸騰型の冷却装置の場合、機関のシリンダヘッド内に
大容量の冷却ジャケットを形成する必要がないので、機
関の大型化を招くようなことはない。しかも、冷却ジャ
ケット内で沸騰した冷却液は、凝縮されて再び循環ポン
プに戻されるため、冷却液の消失量を従来のプール沸騰
型の冷却装置に比べて非常に少なくすることができる。As described above, the cooling water supplied to the cooling jacket is boiled by the circulating pump to cool the engine by boiling, while the vapor in the cooling liquid sent from the engine is condensed to form a liquid-phase cooling liquid. Thereafter, the cooling liquid is cooled to a predetermined temperature and returned to the circulation pump, so that a fluid boiling type cooling device can be obtained. In the case of the fluid boiling type cooling device, there is no need to form a large-capacity cooling jacket in the cylinder head of the engine, so that the size of the engine is not increased. In addition, since the cooling liquid that has boiled in the cooling jacket is condensed and returned to the circulation pump again, the amount of the cooling liquid that is lost can be made very small as compared with the conventional pool boiling type cooling device.
【００６２】従って、冷却水を蓄えておく大容量の補給
タンクが不要であり、冷却液の補給のために冷却ジャケ
ット内での沸騰状態にある冷却水の液面レベルを検出す
る必要もない。又、冷却ジャケット内での沸騰冷却を機
関の姿勢に係わらず、安定して行うことが可能となる。Accordingly, there is no need for a large-capacity supply tank for storing the cooling water, and there is no need to detect the level of the boiling cooling water in the cooling jacket to supply the cooling liquid. In addition, it is possible to stably perform boiling cooling in the cooling jacket regardless of the posture of the engine.
【図１】本考案による内燃機関の沸騰冷却装置の一実施
例のシステムを表す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a system of an embodiment of a boiling cooling device for an internal combustion engine according to the present invention.
【図２】その調圧タンクの部分の概略構造を表す断面図
である。FIG. 2 is a sectional view showing a schematic structure of a part of the pressure regulating tank.
【図３】そのフロート弁の部分の外観を表す斜視図であ
る。FIG. 3 is a perspective view illustrating an appearance of a portion of the float valve.
【図４】その冷却水温度と蒸気圧との関係を表すグラフ
である。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the cooling water temperature and the vapor pressure.
【図５】本考案の対象となった背景となる内燃機関の沸
騰冷却装置の一例のシステムを表す概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram showing a system of an example of a cooling apparatus of the internal combustion engine, which is a background of the present invention.
【図６】その冷却水温度と蒸気圧との関係を表すグラフ
である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the cooling water temperature and the vapor pressure.
１１は沸騰冷却装置、１２は冷却水、１３は循環通路、
１４は循環ポンプ、１５は凝縮冷却手段、１６は気液分
離器、１７は蒸気用冷却器、１８は飽和水用冷却器、１
９は蒸気通路、２０,２１は電動ファン、２２は温度セ
ンサ、２３は圧力逃がし弁、２４はバイパス通路、２５
はサーモスタット弁、25aは第一ポート、25bは第二ポー
ト、25cは第三ポート、２６は冷却水供給通路、２７は
補給タンク、２８は開閉弁、28aは通気孔、28bは本体、
28cはフロート弁、28dはシールパッキング、Ｂはシリン
ダブロック、Ｅは機関、Ｈはシリンダヘッド、ＩHはヘ
ッドジャケット、ＩLはライナジャケット入口、ＩPは循
環ポンプ入口、ＩSは蒸気通路内、Ｊはウォータジャケ
ット、ＪHはヘッドジャケット、ＪLはライナジャケッ
ト、ＯRは蒸気用冷却器出口、Ｓは飽和蒸気圧線、ＴA2
は沸点、ＴA3は作動沸点、ＴA4は最高許容沸点、ＴC2は
サーモスタット開弁温度、ＴC3は制御目標温度、ＰE4は
リリーフ弁開弁圧、ＷHは水位差である。11 is a boiling cooling device, 12 is cooling water, 13 is a circulation passage,
14 is a circulation pump, 15 is a condensation cooling means, 16 is a gas-liquid separator, 17 is a steam cooler, 18 is a saturated water cooler, 1
9 is a steam passage, 20 and 21 are electric fans, 22 is a temperature sensor, 23 is a pressure relief valve, 24 is a bypass passage, 25
Is a thermostat valve, 25a is a first port, 25b is a second port, 25c is a third port, 26 is a cooling water supply passage, 27 is a supply tank, 28 is an on-off valve, 28a is a vent, 28b is a main body,
28c is a float valve, 28d is a seal packing, B is a cylinder block, E is an engine, H is a cylinder head, I H is a head jacket, IL is a liner jacket inlet, IP is a circulation pump inlet, and IS is in a steam passage. , J is the water jacket, J H head jacket, J L is the liner jacket, O R is cooler outlet steam, S is the saturated vapor pressure curve, T A2
Is the boiling point, T A3 is the operating boiling point, T A4 is the maximum allowable boiling point, T C2 is the thermostat valve opening temperature, T C3 is the control target temperature, P E4 is the relief valve opening pressure, and W H is the water level difference.
Claims (1)
に接続すると共に他端がこの冷却ジャケットの出口に接
続する冷却液の循環通路と、この循環通路の前記冷却ジ
ャケットの入口側に設けられて当該循環通路内の沸騰可
能な冷却液を循環させる循環ポンプと、この循環ポンプ
と前記冷却ジャケットの出口との間の前記循環通路の途
中に設けられて前記冷却ジャケットからの沸騰した前記
冷却液を気相と液相とに分離する気液分離器と、この気
液分離器と前記循環ポンプとの間の前記循環通路の途中
に設けられて前記冷却液を冷却する飽和水用冷却器と、
この飽和水用冷却器と前記循環ポンプとの間の前記循環
通路と前記気液分離器とを接続するバイパス通路と、こ
のバイパス通路と前記循環通路との接続部分に設けられ
且つ前記冷却液の温度に基づいて当該バイパス通路の開
閉を切り換える切換弁と、一端が前記気液分離器に蒸気
通路を介して連通され且つ他端が前記気液分離器と前記
飽和水用冷却器との間の前記循環路に連通されると共に
前記気液分離器により分離された気相を冷却することに
よって液相に凝縮して前記飽和水用冷却器に供給する蒸
気用冷却器と、前記切換弁と前記循環ポンプとの間の前
記循環路内に連通し且つ前記冷却液が蓄えられた補給タ
ンクと、この補給タンクの上端部に設けられて前記冷却
液の圧力がその飽和蒸気圧とほぼ等しくなった時点で当
該補給タンク内を密封し得る開閉弁と、前記蒸気通路若
しくは前記蒸気用冷却器に付設されて前記冷却液の蒸気
のみを外部に排出し得るリリーフ弁とを具えた内燃機関
の沸騰冷却装置。1. A circulation path of the cooling liquid and the other end is connected to the outlet of the cooling jacket with one end connected to the inlet of the cooling jacket of the internal combustion engine, the cooling-di this circulation passage
A circulation pump provided on the inlet side of the racket for circulating the boilable coolant in the circulation passage; and the cooling jacket provided in the middle of the circulation passage between the circulation pump and an outlet of the cooling jacket. A gas-liquid separator for separating the boiling coolant from the gas phase into a gas phase and a liquid phase, and cooling the coolant by being provided in the circulation passage between the gas-liquid separator and the circulation pump. A saturated water cooler ,
A bypass passage connecting the circulation passage and the gas-liquid separator between the saturated water cooler and the circulation pump, and a bypass passage provided at a connection portion between the bypass passage and the circulation passage, a switching valve for switching the opening and closing of the bypass passage on the basis of the temperature, one end of the vapor into the gas-liquid separator
The other end is communicated with the gas-liquid separator through a passage.
While communicating with the circulation path between the saturated water cooler and
Cooling the gas phase separated by the gas-liquid separator
Thus, the steam condensed into the liquid phase and supplied to the saturated water cooler
A gas cooler, and the supply tank and the coolant communicates with the circulation path is stored between the circulation pump and the switching valve, the cooling provided in the upper end of the supply tank
Off valve the pressure of the liquid can be sealed the replenishing tank when it becomes substantially equal to its saturation vapor pressure, the vapor passage youth
And a relief valve attached to the steam cooler and capable of discharging only the steam of the cooling liquid to the outside.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9880891U JP2551982Y2 (en) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | Boiling cooling system for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9880891U JP2551982Y2 (en) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | Boiling cooling system for internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0547353U JPH0547353U (en) | 1993-06-22 |
| JP2551982Y2 true JP2551982Y2 (en) | 1997-10-27 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2551982Y2 (en) |
-
1991
- 1991-11-29 JP JP9880891U patent/JP2551982Y2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH0547353U (en) | 1993-06-22 |
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