JPH0248662Y2 - - 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車両用
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。

一方、実開昭57−18714号等により、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
水をエンジン発生熱で沸騰させ、発生蒸気を放熱
器で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ようにしたものであるが、
冷却水蒸気が流通する経路を大気に連通して圧力
変動を避ける構造をとつているため、冷却水の沸
点を変化させることができず、やはりエンジン運
転条件に応じて可変的な温度制御を行なうことは
難しかつた。

そこで、液相冷媒（冷却水）を貯溜したウオー
タジヤケツトと、このウオータジヤケツトにて生
じた冷媒蒸気を冷却変化するコンデンサとを、外
部に対して密閉的に接続して冷却閉回路を構成
し、ウオータジヤケツト内の圧力を可変制御する
ことにより液相冷媒の沸点を任意かつ速やかに変
化させ、運転条件に応じた応答性の良い温度制御
を実現した沸騰冷却装置が考えられている（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、この沸騰冷却装置にあつては、エン
ジンの冷却を行なう通常運転時に、ウオータジヤ
ケツト内の冷却液が蒸発してその液面が液面セン
サの検出レベルより下がると、供給ポンプを駆動
してロワタンク内の冷却液がウオータジヤケツト
に送り込まれ、ウオータジヤケツト内の液面が適
正レベルに保つようになつている。

しかし、このようにしても、車両の登坂走行時
や加速時等のようにエンジンが傾いたり、加速度
が加わつたりすると、これに伴つてウオータジヤ
ケツト内の液面が傾くため、シリンダヘツド付近
の一部壁面が露出しかねない。

例えば、液面の傾き具合や液面センサの設置位
置等によつて、液面がセンサのレベルよりも下が
つた場合には、上述したようにウオータジヤケツ
トに冷却液が送られ、液面が全体的に高くなるの
で問題はないが、他方液面がセンサのレベルより
も上昇した場合には、ウオータジヤケツトに冷却
液が送られることはなく、しかもその液面はセン
サのレベルまで下がり続けるため、シリンダヘツ
ド付近の壁面が露出すると共に、その露出面が広
がつてしまうのである。

したがつて、発熱の大きいシリンダヘツド付近
の冷却が充分に行なえず、この結果シリンダヘツ
ドが局部的に過熱してオーバヒートや焼付き等を
起こしかね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車両用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内の冷媒の
液面レベルを検出する液面センサを、車両の前方
側および後方側となるウオータジヤケツトの位置
にそれぞれ１つずつ設置し、これら２つの検出信
号に応じて前記供給ポンプを駆動制御する手段を
備える。

（作用） ウオータジヤケツト内の冷媒液面が、２つの液
面センサのうちどちらかの検出レベルよりも低下
すると、供給ポンプが駆動され、冷媒液面が対応
するセンサの検出レベルまで上昇される。したが
つて、車両の走行状態等に応じて冷媒液面が傾い
ても、シリンダヘツド等の壁面が露出するような
ことはなく、常に適正な液面レベルに保たれるの
である。

（実施例） 第１図、第２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、後述する制御系統からの指令に基づいてロワ
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。なお、冷却フアン６と供給ポン
プ５は、共に電動式である。

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、シリンダヘツド１ｂ
に設けられた液面センサ１１と蒸気通路７に設け
られた温度センサ１２と同じく差圧センサ９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。

液面センサ１１は、その検出部に対する冷媒液
面の位置に応じてオンオフ的に出力が変化する一
種のスイツチである。制御回路１０はこの出力の
変化に基づいて、冷媒液面が液面センサ１１の位
置に応じた所定値よりも低下した場合には供給ポ
ンプ５を駆動して再び所定液面レベルに達するま
でロワタンク４の貯溜冷媒をウオータジヤケツト
２に補給する。このため、ウオータジヤケツト２
には常に所定量以上の冷媒液が確保される。な
お、この冷却系内に封入される液相冷媒の量（標
準量）は、ウオータジヤケツト２に前述のように
して所定液面レベルにまで冷媒が確保された状態
でコンデンサ３の内部が気相状態になる程度に設
定されている。

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、既述したようにコンデンサ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。因みに、このことからコンデンサ
３並びに冷却フアン６は著しく小型のものを使用
できる。

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、ウオータジヤケツト２での冷媒液面レ
ベルの低下に伴う供給ポンプ５の作動により再び
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。

このようにして、エンジンの運転状態に応じて
速やかに放熱量を制御でき、したがつてエンジン
を常に最適な温度条件で運転できるので、燃費の
向上や出力の増強が図れる。

ところで、このような閉回路状の沸騰冷却装置
では、エンジン停止時には系内が必ず負圧化す
る。そこでこの負圧化対策として、外部に設けた
リザーバタンク１３の液相冷媒で系内の気相空間
を置き換えるようにしてある。

リザーバタンク１３には少なくとも気相空間と
同程度の容量の液相冷媒が貯溜され、その内部は
通気機能を有するキヤツプ１３ａを介して大気圧
が導入される。

このリザーバタンク１３は、途中に電磁弁１４
を介装した補助通路１５を介してロワタンク４に
連通する。

エンジン停止後に前記差圧センサ９の検出に基
づいて電磁弁１４を開くと、温度低下に伴う圧力
の減少に応じてリザーバタンク１３の貯溜冷媒が
系内へと導入され、やがて系内の空間部分は大部
分が液相冷媒で置換されることになる。

これにより、エンジン停止時に冷却系内に有害
な空気が侵入するのを確実に防止できる。

そして、上記状態からエンジンを始動すると、
燃焼熱をうけて沸騰気化した冷媒蒸気の圧力で系
内の液相冷媒は補助通路１５及びリザーバタンク
１３へと押し戻される。ウオータジヤケツト２の
冷媒液量は供給ポンプ５の補給作動により所定値
に維持されるので、ほぼコンデンサ３の液量のみ
が減少してその液面レベルが低下していく。やが
てコンデンサ３の内部が気相になると、ロワタン
ク４の液面レベルからこれを検知した液面センサ
１６からの信号に基づいて電磁弁１４が閉じ、以
後は既述した沸騰冷却を行なう。

また、この装置では、もし系内に空気が侵入し
た場合にはこれを排除するために、リザーバタン
ク１３と冷媒通路８とを第２の補助通路１７を介
して連通可能とし、エンジン始動直後等に三方電
磁弁１８を介して供給ポンプ５の吸込側をロワタ
ンク４側から補助通路１７へと切り換えるととも
に供給ポンプ５を駆動してリザーバタンク１３の
冷媒をウオータジヤケツト２へと圧送する。この
とき、冷却系回路の最頂部をリザーバタンク１３
の内部（大気圧）に連通する通路１９の電磁弁２
０を開いて、侵入空間を排出する。

一方、冷却運転中、走行風による冷却効果が大
きく冷却フアン６が停止しているにもかかわらず
エンジン温度が設定温度に達しない場合、補助通
路１５の電磁弁１４を開いてリザーバタンク１３
の貯溜冷媒をコンデンサ３に導入し、コンデンサ
３の放熱面積を減少する。

これにより、エンジンの過冷却を防止すると共
に、運転中、系内の負圧化による空気の侵入も防
止する。

さらに、この装置では、何らかの原因で系内の
温度が異常高温となつた場合、電磁弁１４を開い
て系内を大気圧下に開放する。

したがつて、高圧の蒸気が若干の液相冷媒とと
もにロワタンク４からリザーバタンク１３に排出
されることにより、系内の圧力が低下し、これに
伴つて温度が低下される。なお、排出された蒸気
はリザーバタンク１３の液相冷媒中に放出される
ので、大気中に失われる量は極めて少ない。

そして、このような沸騰冷却装置において、第
２図のようにウオータジヤケツト２内の冷媒液面
を検出する液面センサが２つ設けられ、一方の液
面センサ11aが車両（図示しない）の前方側Ｆに
位置する部分ののウオータジヤケツト２に、他方
の液面センサ１１ｂが車両の後方側Ｒに位置する
部分のウオータジヤケツト２にそれぞれ設置され
る。

これらの液面センサ１１ａ，１１ｂは、例えば
ON−OFF式のスイツチが用いられ、それぞれウ
オータジヤケツト２の側面を貫通してその検出部
が冷媒液面の同一適正レベルに位置するように設
置される。

そして、これらの検出信号は、制御手段（制御
回路）１０に入力され、制御手段１０はこれらの
検出信号に基づき、ウオータジヤケツト２内の冷
媒液面が２つの液面センサ１１ａ，１１ｂのうち
どちらか一方でもその検出レベルより低下する
と、冷媒通路８の供給ポンプ５を駆動する。この
後、冷媒液面が両液面センサ１１ａ，１１ｂの検
出レベルにまで上昇すると、供給ポンプ５を停止
するようになつている。

このように構成したので、例えば車両の登坂走
行時等には、ウオータジヤケツト２内の冷媒液面
が後方側に傾くが、このとき冷媒液面が前方側の
液面センサ１１ａの検出レベルよりも低下するた
め、このセンサ１１ａの検出信号に応じて供給ポ
ンプ５が駆動される。

このため、ロワタンク４からウオータジヤケツ
ト２に冷媒が送り込まれると共に、供給ポンプ５
はジヤケツト２内の冷媒液面が液面センサ１１ａ
の検出レベルに達するまで駆動され、これにより
ジヤケツト２内の冷媒液面は第３図に示すレベル
にまで上昇するのである。

したがつて、登坂走行等によつてウオータジヤ
ケツト２内の冷媒液面が傾いても、発熱の大きい
シリンダヘツド１ｂ付近の壁面が露出するような
ことはなく、特に登坂走行時等にはエンジンの熱
負荷が増大するが、エンジン各部を充分に冷却す
ることができ、オーバヒートや焼付き等を確実に
防止することができる。

また、降坂走行時や減速時等には、冷媒液面が
上記とは逆に車両の前方側に傾くが、この場合冷
媒液面が後方側の液面センサ１１ｂの検出レベル
よりも低下する。このため、液面センサ１１ｂの
検出信号に応じて供給ポンプ５が駆動され、ウオ
ータジヤケツト２内の冷媒液面が第４図のように
上昇し、前述と同様エンジン各部の冷却を充分に
行なうことができる。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、液面センサを車
両の前方側および後方側となるウオータジヤケツ
トの位置にそれぞれ取付けて液面を制御するよう
にしたので、車両の運転状態によつてウオータジ
ヤケツト内の冷媒液面が傾いても、シリンダヘツ
ド等の壁面が露出するようなことは防止され、常
に良好な冷却状態が確保されるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本考案の実施例を示す構成断
面図と部分構成断面図、第３図、第４図はその作
用説明図である。 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……制御手
段、１１ａ，１１ｂ……液面センサ。

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
   設けた車両用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内の冷媒の液面レベルを
   検出する液面センサを、車両の前方側および後方
   側となるウオータジヤケツトの位置にそれぞれ１
   つずつ設置し、これら２つの検出信号に応じて前
   記供給ポンプを駆動制御する手段を備えたことを
   特徴とする車両用内燃機関の沸騰冷却装置。