JPH0248661Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、冷媒の気化潜熱を利用した内燃機
関の沸騰冷却装置に関する。

（従来の技術） エンジンウオータジヤケツトとラジエータとの
間で冷却水を循環させる水冷冷却装置は、ラジエ
ータの能率及び寸法上の制限並びに水の熱容量の
関係上、要求放熱量を満足させるためには大量の
冷却水を循環させる必要があり、このためにウオ
ータポンプが大きな駆動損失になつており、また
エンジン運転条件に応じて冷却水を適温に可変制
御するのは困難である。

そこで、冷却水の気化潜熱を利用して少量の冷
却水循環量でエンジン冷却を行なえるようにした
冷却装置が提案されている。これは、ウオータジ
ヤケツトに貯溜した冷却水（液相冷媒）をエンジ
ン発生熱で沸騰させ、この発生蒸気を放熱器（コ
ンデンサ）で凝縮液化してウオータジヤケツトに
戻すというサイクルで冷却を行なうものである
（実開昭57−18714号、特願昭58−145467号等）。

（考案が解決しようとする問題点） ところで、このような冷却装置にあつては、ウ
オータジヤケツト内の冷媒液面を適正レベルに保
つように液面センサを取付けているが、ウオータ
ジヤケツト内の冷媒が沸騰している状態では、そ
の沸騰により液面が激しく波打つようになるた
め、正確な検出値が得にくく、その検出値に基づ
く液面制御に狂いを生じやすいということがあつ
た。このため、ウオータジヤケツト内の液面を適
正レベルに保つことが難しく、良好な冷却状態が
得られなくなつてしまうという問題があつた。

また、このよな冷却装置では、ウオータジヤケ
ツトで沸騰した蒸気が凝縮により生じる圧力差に
よつてコンデンサへと流れ込むのであるが、コン
デンサ内での蒸気の流速は極めて遅く、このため
蒸気とコンデンサのコア内壁との接触が不十分
で、期待した程には良好な放熱、凝縮作用が得ら
れないということがあつた。したがつて、コンデ
ンサの能力が充分に発揮されておらず、その分容
量の大きいコンデンサを用いなければならないと
いう問題があつた。

（問題点を解決するための手段） この考案は、大部分を液相冷媒で満たしたエン
ジンウオータジヤケツトと内部を気相状に保つた
コンデンサとを、上部の冷媒蒸気を流す蒸気通路
とコンデンサからの液化冷媒を供給ポンプを介し
て戻す冷媒通路とで連通して冷媒が循環する閉回
路を形成し、コンデンサに強制冷却風を供給する
冷却フアンを設けた内燃機関の沸騰冷却装置にお
いて、前記ウオータジヤケツトの所定液面レベル
にオーバーフロー通路を開口し、このオーバーフ
ロー通路の途中に気液分離装置を設置、この気液
分離装置の下部を前記供給ポンプの上流側に接続
する一方、前記蒸気通路の途中にエゼクタを設置
し、このエゼクタのノズルの周室に前記気液分離
装置の上部を接続する。

（作用） したがつて、冷却運転時にはウオータジヤケツ
ト内の液相冷媒がオーバーフロー状態となるた
め、沸騰により波打つていてもその冷媒液面は常
に適正レベルに保たれる。

また、エゼクタによりコンデンサ内での蒸気の
流速が高められるため、コンデンサによる十分な
放熱、凝縮作用が得られる。

さらには、ウオータジヤケツト内の蒸気が液相
冷媒とともにオーバーフロー通路に流入しても、
この蒸気は気液分離装置を介してエゼクタにより
吸引され、コンデンサへと送られるため、供給ポ
ンプ側に入り込むようなことはない。

（実施例） 図はこの考案に係る沸騰冷却装置の一実施例を
示すもので、まず基本的構造を説明すると、１は
エンジン（本体）、２は大部分が水等の液相冷媒
で満たされるウオータジヤケツト、３はウオータ
ジヤケツト２からの冷媒蒸気を冷却液化するコン
デンサ、４はコンデンサ３からの液化冷媒を貯溜
するロワタンク、５はロワタンク４の貯溜冷媒を
ウオータジヤケツト２へと戻す供給ポンプ、６は
コンデンサ３に強制冷却風を供給する冷却フアン
である。

ウオータジヤケツト２はエンジン１のシリンダ
及び燃焼室を包囲するようにシリンダブロツク１
ａ及びシリンダヘツド１ｂにかけて形成され、そ
の内部には所定量の液相冷媒が封入されている。
ウオータジヤケツト２の上方部分は冷媒蒸気が充
満する気相空間になつており、多気筒エンジンで
は前記気相空間は各気筒部間で相互に連通され
る。

ウオータジヤケツト２は、その気相空間に面し
て接続した蒸気通路７を介してコンデンサ入口部
に連通している。

コンデンサ３のロワタンク４は、冷媒通路８を
介してウオータジヤケツト２に連通し、ウオータ
ジヤケツト２とコンデンサ３との間で冷媒が循環
する閉回路を形成する。

コンデンサ３は自動車の場合走行風が流通する
位置に設けられ、冷却フアン６はその前面または
背面側に位置してコンデンサ３に強制冷却風を供
給する。供給ポンプ５は冷媒通路８の途中に位置
し、ロワタンク４に溜つた液相冷媒をウオータジ
ヤケツト２へと圧送する。

１０は上記供給ポンプ５並びに冷却フアン６の
作動を司る制御回路であり、蒸気通路７に設けら
れた温度センサ１２及びエンジン運転状態を検出
するその他の手段（図示せず）とともに制御系統
を形成している。

供給ポンプ５は制御回路１０からの信号によ
り、冷却運転中は常時駆動される（後述する）。

温度センサ１２は、冷媒の温度または圧力から
エンジン温度を検出し、エンジン温度に応じた出
力を実温度信号として制御回路１０に付与する。

制御回路１０はこの温度センサ１２からの実温
度の検出値とともにエンジン回転、燃料供給量等
の周知のセンサ類を介して検出してエンジンの運
転状態を判別し、前記実温度との比較に基づいて
そのときの運転状態に応じた所定のエンジン温度
になるように冷却フアン６の作動または停止を制
御する。

エンジン運転状態と制御温度値との関係は、こ
れをエンジンの仕様や目的、用途に応じて自由に
設定できることは言うまでもないが、一般に自動
車用エンジンでは市街地走行時のように負荷また
は回転速度が低い運転域では比較的高温に保ち、
高速高負荷域では温度が低下するように図る。

上記構成に基づく冷却系統としての基本的な作
用について説明すると、ウオータジヤケツト２内
の液相冷媒は、エンジン燃焼熱をうけて加熱され
ると、そのときの系内の圧力に応じた沸点に達し
たところで沸騰を開始し、気化潜熱を奪つて蒸発
気化する。

このとき、冷媒はエンジン１の高温部ほど盛ん
に沸騰して気化潜熱相当分の冷却を行なうことに
なるので、燃焼室やシリンダ壁はほぼ均一の温度
に保たれる。このことから、異常燃焼等の不都合
を生じない限界温度の近くにまで燃焼室全体の温
度を高めることが可能になる。

上記沸騰冷却作用の結果発生した冷媒蒸気は蒸
気通路７を介してウオータジヤケツト２の気相空
間からコンデンサ３へと流れ、コンデンサ３での
外気との熱交換により冷却されて凝縮液化し、逐
次ロワタンク４に貯溜される。

この場合、コンデンサ３の内部は気相になつて
おり、高温の冷媒蒸気がコンデンサ３を構成する
金属面との間の良好な熱伝達状態の下に温度差の
大きい外気で冷されることになるため、液相で放
熱する場合よりも大幅に放熱効率が高められる。

コンデンサ３で液化しロワタンク４に貯溜され
た冷媒は、供給ポンプ５より再びウオータジヤケ
ツト２へと戻されるのであり、以上の繰り返しに
より沸騰冷却が続けられる。

冷媒の気化潜熱は極めて大きく、またコンデン
サ３での高い放熱、凝縮作用が得られることか
ら、少量の冷媒でエンジンを効率良く冷却するこ
とができ、その冷却温度を運転条件に応じて応答
良く制御することが可能となる。

そして、このような沸騰冷却装置において、ウ
オータジヤケツト２内の冷媒の液面（図中Ａ）が
適正レベルとなる位置に、ウオータジヤケツト２
の側面を貫通して開口するオーバーフロー通路１
３が形成される。

このオーバーフロー通路１３は、開口部に所定
口径のオリフイス１４が介装されると共に、その
途中に開口部と同レベルで気液分離装置１５が設
置される。

この気液分離装置１５は、所定の容器１６の入
口部にバツフル板１７を備えたもので、気体と液
体とを分離する。

そして、この気液分離装置１５の下部が供給ポ
ンプ５の上流側のロワタンク４に接続される。

一方、蒸気通路７の途中にポンプの一種である
エゼクタ１８が設置される。

このエゼクタ１８は、ノズル１９と、ノズル１
９の回りの周室２０と、ノズル１９の後流側のデ
イフユーザ２１とからなり、圧力差によつて上流
側の流体（蒸気）をノズル１９からデイフユーザ
２１に向けて噴出すると共に、周室２０側からの
流体（蒸気）をデイフユーザ２１側に吸出するよ
うになつている。

そして、この周室２０に前記気液分離装置１５
の上部が接続される。

なお、供給ポンプ５は、前述したが制御回路１
０により冷却運転中常時駆動されるようになつて
いる。

このような構成により、ウオータジヤケツト２
内で沸騰蒸発した冷媒蒸気は、蒸気通路７を介し
てコンデンサ３に流入し、ここで冷却液化された
後ロワタンク４へと落下するが、このロワタンク
４側の液化冷媒は、常時駆動される供給ポンプ５
によりウオータジヤケツト２へと戻される。この
ため、冷媒の蒸発によつてウオータジヤケツト２
内の冷媒液面が下がるようなことはない。

この場合、供給ポンプ５が常時駆動されること
で、ウオータジヤケツト２内の冷媒量が増加する
ようになるが、この増加分はウオータジヤケツト
２側面のオーバーフロー通路１３に流出し、気液
分離装置１５を介してロワタンク４へと戻され
る。このため、ウオータジヤケツト２内の冷媒液
面がオーバーフロー通路１３以上に上昇すること
もない。

これにより、ウオータジヤケツト２内の冷媒が
盛んに沸騰し液面が波打つていても、常に冷媒液
面は適正レベルに保たれるのであり、したがつて
液面制御に狂いを生じるようなことはなく、冷媒
の良好な沸騰、蒸発作用を維持することができ
る。

一方、蒸気通路７にエゼクタ１８を設置したた
め、ウオータジヤケツト２からの冷媒蒸気はエゼ
クタ１８を通る際、コンデンサ３側との圧力差に
よつてノズル１９から勢いよく噴出され、そのま
まコンデンサ３に流入するようになる。

このため、コンデンサ３内での蒸気の流速が高
められ、蒸気とコンデンサ３のコア内壁との衝
突、接触が活発し、コンデンサ３による放熱、凝
縮作用が著しく促進される。したがつて、コンデ
ンサ３の能力が充分に高められ、コンデンサ３の
小型化を図ることができる。

また、オーバーフロー通路１３を形成したこと
で、ウオータジヤケツト２内の蒸気が液相冷媒と
ともにオーバーフロー通路１３に入り込むように
なるが、この蒸気は途中の気液分離装置１５によ
つて液相冷媒から分離されると共に、気液分離装
置１５の上部がエゼクタ１８のノズル周室２０に
接続されているため、エゼクタ１８の作用によつ
て吸引され、コンデンサ３へと流入するようにな
る。

このため、蒸気がロワタンク４側の液相冷媒中
に入り込んで供給ポンプ５の作動に不具合を起こ
すことはなく、供給ポンプ５の安定した作動を保
つことができ、冷媒の良好な循環状態を維持する
ことができる。

このようにして、沸騰冷却による各部での優れ
た作用が得られ、この結果冷却性能の大幅な向上
が図れるのである。

なお、オーバーフロー通路１３の開口部にオリ
フイス１４を設けたため、その流路抵抗によつて
気液分離装置１５側の圧力は相対的に低くなり、
したがつてエゼクタ１８および気液分離装置１５
の良好な機能が保たれる。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、ウオータジヤケ
ツトにオーバーフロー通路を形成し、蒸気通路に
エゼクタを設置し、かつオーバーフロー通路に入
つた蒸気は気液分離装置からエゼクタによつて吸
引するようにしたので、蒸気が液相冷媒中に入り
込むことはなく、供給ポンプの安定した作動を維
持しながらウオータジヤケツト内の冷媒液面を適
正レベルに保つて冷媒の良好な沸騰、蒸発作用を
確保できると共に、コンデンサ内での蒸気の流速
を高めてコンデンサによる放熱、凝縮作用を大き
く促進でき、冷却性能の大幅な向上を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

図は本考案の実施例を示す構成図である。 ２……ウオータジヤケツト、３……コンデン
サ、５……供給ポンプ、６……冷却フアン、７…
…蒸気通路、８……冷媒通路、１０……制御回
路、１３……オーバーフロー通路、１５……気液
分離装置、１８……エゼクタ、２０……周室。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 大部分を液相冷媒で満たしたエンジンウオータ
   ジヤケツトと内部を気相状に保つたコンデンサと
   を、上部の冷媒蒸気を流す蒸気通路とコンデンサ
   からの液化冷媒を供給ポンプを介して戻す冷媒通
   路とで連通して冷媒が循環する閉回路を形成し、
   コンデンサに強制冷却風を供給する冷却フアンを
   設けた内燃機関の沸騰冷却装置において、前記ウ
   オータジヤケツトの所定液面レベルにオーバーフ
   ロー通路を開口し、このオーバーフロー通路の途
   中に気液分離装置を設置し、この気液分離装置の
   下部を前記供給ポンプの上流側に接続する一方、
   前記蒸気通路の途中にエゼクタを設置し、このエ
   ゼクタのノズルの周室に前記気液分離装置の上部
   を接続したことを特徴とする内燃機関の沸騰冷却
   装置。