JPH0211725B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、沸騰気化潜熱を用いた高性能なエ
ンジン冷却システムの改良に関し、特に、冷却シ
ステム系内の空気混入防止技術に関する。

従来の沸騰冷却システムとしては、例えば第１
図に示すようなものがある。これについて説明す
ると、１はエンジン、２は温度又は圧力センサ、
３は液面センサ、４は液面、５はモジユレータ、
６は電動フアン、７は供給ポンプ、８は放熱部又
はコンデンサ、９はロワタンクである。エンジン
１のウオータジヤケツト１８の大部分は液状の冷
媒で満たされ、燃焼室やシリンダ壁などをその沸
騰熱を用いて冷却する。液面センサ３は液面４が
一定になるようモジユレータ５に信号を出力しそ
の指令で冷媒供給ポンプ７を作動する。一方、液
面４より上方は空間１９となつて、ここに蒸気が
溜まり、ここから出た蒸気はコンデンサ８で液化
し液状冷媒となり、ロワタンク９に溜まるように
なつている。コンデンサ８に送風する電動フアン
６はエンジンの運転状態で決められる設定温度、
例えば市街地では高目、高負荷時には低目となる
ように、温度、又は圧力センサ２で検出された値
を基にモジユレータ５から指令によつて回転す
る。このようにして、ウオータジヤケツト１８、
空間１９、コンデンサ８、ロワタンク９は一個の
冷媒循環系Ｊを構成する。

しかしながら、このような従来のエンジン冷却
システムにあつては、エンジンが冷えている時に
は、ほとんどの蒸気がわずかな蒸気圧力の分圧分
を残して凝縮してしまうため、冷媒循環系Ｊ内は
負圧となるため、外部から徐々に空気を吸いこ
み、これがエンジン運転時には蒸気と共にコンデ
ンサ８の構成部品であるチユーブ内に入り、ここ
で蒸気のみが凝縮し空気はこのチユーブ内に残つ
て、後から蒸気が流入するのを妨害し、コンデン
サの放熱効率を著るしく悪化させるという問題点
があつた。また、組立時にも冷媒循環系内から空
気抜きを行なう作業が必要となり厄介なものであ
つた。

このような問題に対して、系内への空気の出入
を自由にする考えから、コンデンサ即ち放熱器に
撥水性多孔質材料の柱状フイルタを設けたもの
（特公昭57−57608参照）があるが、これは循環系
内の負圧の問題は解消できるものの、空気の導入
があるので、コンデンサチユーブ内の空気残存に
よる蒸気妨害の問題は消消できないものであつ
た。

ところで、水冷式冷却装置のラジエータ装置に
おいて、オーバーフローチユーブにサブタンク又
はリザーブタンクを連通し、温度上昇時オーバー
フローした液（不凍液）をこのタンクに貯え、温
度低下してラジエータのアツパタンクが負圧にな
つた時、その貯溜液を再びサブタンクからアツパ
タンクに戻す冷却システムは従来公知である。
（日本自動車整備振興連合会57.8.20発行三級自動
車ガソリンエンジン上第10頁参照）。しかしなが
ら、これはあくまでも水冷式冷却装置においてラ
ジエータの冷却水量を一定に保つためのものであ
り、沸騰冷却システムに関するものではない。

この発明は、前記の従来の問題点に着目すると
共に、水冷式冷却装置のサブタンクの作用に着目
してなされたもので、ウオータジヤケツトの大部
分を液状冷媒で満たし、その沸騰気化潜熱を用い
てエンジンを冷却するシステムにおいて、冷媒循
環系の上部に蓋を有する開口部を設けると共に、
冷媒循環系とを遮断弁を有する連通管にて連通す
る貯溜タンクを設け、エンジン運転時に冷媒循環
系内の液面レベルが所定の位置に達した時遮断弁
を閉作動させ、少なくともエンジンキースイツチ
が開いているとき遮断弁を開作動するようにした
ので、所定のエンジン運転時には冷媒を貯溜タン
クに貯え、エンジンキースイツチが開いていると
き、例えば冷間時には系内が真空にならないよう
に液状冷媒の自然流動を利用して系内に冷媒を戻
して空気の混入をなくし、もつてコンデンサの冷
却能力を確保し、これにより、上記問題点を解決
することを目的としている。

以下、この発明を図面に基づいて説明する。第
２図及び第３図はこの発明の一実施例を示す図で
前者が冷間時、後者が運転時のものである。

まず構成を説明すると、第１図で説明した構成
要素１〜９は同一であるので説明を省略し、その
他について行なう。即ち、１０はフイラキヤツ
プ、１１は遮断弁、１２は外部貯溜タンク、１３
はその液面、１４は外部連通部、１５はロワタン
ク９の液面センサ、１６はその液面、１７はコツ
クである。

貯溜タンク１２は冷媒循環系Ｊの外部に設けら
れ、好ましくはウオータジヤケツト１８のなるべ
く下端から小径のパイプ２１で液状冷媒が出入り
できるよう遮断弁１１、コツク１７を経て連通さ
れる。この貯溜タンク１２の容積はエンジン１の
ウオータジヤケツト上部の空間１９（第３図参
照）と同程度とし、外部連通部１４により外気と
連通可能とする。外部連通部１４はフイルタ又は
ラビリンス孔等を備えた通常の息抜き形式のキヤ
ツプを用いる。

遮断弁１１はその励磁コイルに通電した時、通
路即ちパイプ２１を閉じるもので、ロワタンク９
の液面センサ１５の出力を受け、モジユレータ５
よりの指令により作動する。従つて、エンジンキ
ースイツチ２０を切つて回路を開いているとき
は、通電されないので勿論、パイプ２１を開いて
いる。

フイラーキヤツプ１０は、液状冷媒の補充用キ
ヤツプで、冷媒循環系の好ましくは最も高い位置
に配設される開口部即ち冷媒補充口２３を密閉す
る蓋であり、この蓋は圧力上昇時の危険即ち冷却
系の破損を防止するため安全弁付きのものが適し
ている。

液面センサ１５はコンデンサ８のロワタンク９
に設けられ、その液面１６の位置を検出し、その
出力信号をモジユレータ５に伝えるもので、冷却
システムが沸騰蒸発システムに移行したことを検
出するものである。

次に作用を説明する。

まず、組立時から説明する（第２図参照）。エ
ンジンや冷却系を車輌に搭載した後、コツク１７
を閉じ、フイラキヤツプ１０を外して開口部２３
から、液状冷媒（水又は不凍液が好ましい）を冷
媒循環系Ｊ内に一杯に充満するように入れ、系内
の空気を完全に追い出す。同時に、外部貯溜タン
ク１２にも液面１３に示すように若干量の冷媒を
入れる。そしてキヤツプ１０を閉じると循環系内
は液体の冷媒で全部充たされた状態になる。つづ
いて先に閉じたコツク１７を開く。

次に運転時を説明する。（第３図参照） エンジンが始動し運転状態に入ると、冷媒循環
系Ｊ内は液体冷媒で充満されているので、冷媒が
膨脹し出し、貯溜タンク１２に流出する。このと
きエンジンキースイツチ２０が閉じているが、コ
ンデンサ８内は液体でタンク９の液面センサ１５
が働かないため遮断弁１１は通電されておらずパ
イプ２１を開いている。ついに、ウオータジヤケ
ツト１８の冷媒が沸騰し出すと、空間１９に蒸気
が溜まり出し、矢印のように蒸気圧が液面４に作
用するので、貯溜タンク１２にいきおいよく液状
冷媒が流入し、冷媒を貯溜する。こうしてコンデ
ンサ８の水位が下がり、ロワタンク９に設けた液
面センサ１５の位置に達したところで、モジユレ
ータ５は、液面センサ１５の出力信号を受け、遮
断弁１１に通電しこれを閉じてしまう。従つて蒸
気空間１９の体積相当の液状冷媒が貯溜タンク１
２に貯溜され、液面１３を呈することになる。

その後は、冷媒循環系Ｊは貯溜タンク１２とは
分離した循環系を構成し、ウオータジヤケツト１
８内の液面４が下ると、液面センサ３の出力信号
によりモジユレータ５は供給ポンプ７に指令しこ
れを作動するので、ロワタンク９より液状冷媒を
エンジン１側のウオータジヤケツト１８に送りそ
の液面を一定にする。このように、エンジン運転
中は冷媒循環系は貯溜タンクと独立し、一個の循
環系として沸騰蒸発による冷却システムを構成す
る。

エンジン停止後は、エンジンが冷え始めるので
空間１９、コンデンサ８の蒸気の部分は凝縮し負
圧となる。従来装置ではこのとき、接続部等より
空気を吸いこむ欠点があつたが、本発明では、エ
ンジンキースイツチ２０が開いているため、遮断
弁１１の通電が断たれ、パイプ２１を開き、貯溜
タンク１２内の冷媒をコツク１７、遮断弁１１、
及びパイプ２１を介してウオータジヤケツト１８
へと吸い戻すことになり、循環系Ｊ内は液体冷媒
ですべて充たされる。この結果冷媒循環系はなん
ら空気を吸い込むことなく、次の運転時に備える
ことになる。かくして、貯溜タンク１２は第２図
のように液面１３が下り、初めの状態、即ち、エ
ンジン冷間状態に戻ることになる。

なお、この実施例はシリンダヘツド部からの発
熱を利用して、シリンダ部分の暖機を促進するの
で、冷間時ピストンリングを通り抜けて潤滑油が
上るのを防ぐこともできる。

即ち、エンジンの内、最も速く発熱するのは燃
焼室壁と排気ポート周囲である。従つて、第２図
のように、液体で充満されたシリンダヘツド内が
まず温度上昇し、シリンダの下方へと熱の移動が
行なわれるので、エンジン全体の暖機を促進し、
シリンダとピストンの隙間を早期に減少しオイル
上りを防止する。

以上説明してきたように、この発明によれば、
その構成をウオータジヤケツトの大部分を液状冷
媒で満たし、その沸騰気化潜熱を用いてエンジン
を冷却するシステムにおいて、冷媒循環系の上部
に蓋を有する開口部を設けると共に、冷媒循環系
とを遮断弁を有する連通管にて連通する貯溜タン
クを設け、エンジン運転時に冷媒循環系内の液面
レベルが所定の位置に達した時遮断弁を閉作動さ
せ、少なくともエンジンキースイツチが開いてい
るとき遮断弁を開作動するようにしたので、所定
のエンジン運転時には冷却系が定常的に沸騰蒸発
冷却システムとして作動するようその空間の体積
に相当する量の冷媒を外部の貯溜タンクに貯え、
エンジンキースイツチが開いているときには液状
冷媒の自然流動を利用して系内に冷媒を戻すこと
ができるため、循環系内部が真空になることがな
く、従つて、空気が冷却系に混入して沸騰冷却シ
ステムの性能を低下させる心配が全くなくなり、
更に、組立時の空気パージの必要も皆無にできる
という効果が得られる。

更に、エンジンの暖機時間が著しく短縮され、
また、ヒータの利きも改善される効果がある。

以下に本発明の実施の態様を列記する。

(1) ウオータジヤケツトの大部分を液状冷媒で満
たしその沸騰気化潜熱を用いてエンジンを冷却
するシステムにおいて、冷媒循環系の最上部に
冷媒補充口を設け、かつ、気体空間に相当する
容量を有する外部貯溜タンクを有すること。

(2) 冷却系内の液面レベルが所定の位置に達した
時、ウオータジヤケツトと該外部貯溜タンクと
の間の遮断弁を閉じるようにしたこと。

(3) 該液面レベルをシリンダヘツドとコンデンサ
ロワタンクに配設した液面センサで検出するこ
と。

(4) 該冷媒補充口キヤツプに安全弁を装着したこ
と。

(5) 該外部貯溜タンクに外気との息抜き穴を設け
かつフイルタを配設したこと。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の沸騰冷却システムの代表例を示
す断面図、第２図は本発明のシステムの運転前の
冷間状態を示す断面図、第３図は本発明システム
のエンジンが暖機し冷却系が定常的に作動してい
る状態を示す断面図である。 図面に表われた符号の説明、１……エンジン、
２……温度又は圧力センサ、３，５……液面セン
サ、４，１３及び１６……液面、５……モジユレ
ータ、６……電動フアン、７……供給ポンプ、８
……放熱部（コンデンサ）、９……ロワタンク、
１０……フイラキヤツプ（蓋）、１１……遮断弁、
１２……外部貯溜タンク、１４……外気連通部、
１７……コツク、１８……ウオータジヤケツト、
１９……空間、２３……開口部（冷媒補充口）、
Ｊ……冷媒循環系。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ウオータジヤケツトの大部分を液状冷媒で満
   たし、その沸騰気化潜熱を用いてエンジンを冷却
   するシステムにおいて、冷媒循環系の上部に蓋を
   有する開口部を設けると共に、前記冷媒循環系と
   を遮断弁を有する連通管にて連通する貯溜タンク
   を設け、エンジン運転時に前記冷媒循環系内の液
   面レベルが所定の位置に達した時前記遮断弁を閉
   作動させ、少なくともエンジンキースイツチが開
   いているとき前記遮断弁を開作動するようにした
   ことを特徴とする自動車用エンジンの沸騰冷却装
   置。