JPH0248665Y2 - - 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。

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、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、特開昭59−180023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
ケツト内の冷媒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媒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を適正レ
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、液面の傾き具合によつて液面が液面セ
ンサのレベルよりも高くなると、ウオータジヤケ
ツトに冷媒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るようになるため、
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、車両の登坂走行時等には、シリン
ダヘツド付近の冷却が十分に行なえなくなるとい
う心配があつた。

（問題点を解決するための手段） この考案は、第１図に示すように、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Ａ
と内部を気相状に保つたコンデンサＢとを、上部
の冷媒蒸気を流す蒸気通路ＣとコンデンサＢから
の液化冷媒を供給ポンプＤを介して戻す冷媒通路
Ｆ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Ｂに強制冷却風を供給する冷却フアン
Ｆ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Ａの略同一レベルで
車両の前方側および後方側となる位置にウオータ
ジヤケツトＡ内の冷媒温度を検出する温度センサ
ンG₁，G₂を１つずつ設置し、ウオータジヤケツ
トＡの略同一部位で異なる高さにウオータジヤケ
ツトＡ内の冷媒液面を検出する液面センサH₁，
H₂を１つずつ設置すると共に、両温度センサG₁，
G₂の検出値を比較する手段Ｉと、この比較結果
に応じて一方の液面センサH₁またはH₂を選択し
その検出値に応じて前記供給ポンプＤを駆動する
手段Ｊとを設ける。

（作用） ウオータジヤケツトＡ内の冷媒液面が傾いてい
ない場合には、両温度センサG₁，G₂の検出値は
ほぼ同じであり、このときは低位置の液面センサ
H₁が選択され、その検出値に応じて供給ポンプ
Ｄが駆動される。

これに対して、ウオータジヤケツトＡ内の冷媒
液面が傾いた場合には、一方の温度センサG₁ま
たはG₂が液面から露出して両センサG₁，G₂の検
出値に差を生じるようになり、このとき高位置の
液面センサH₂が選択され、その検出値に応じて
供給ポンプＤが駆動される。

したがつて、車両の走行状態によつて冷媒液面
が傾くと、その液面は高位置の液面センサH₂の
レベルまで高められ、これによりシリンダヘツド
の付近の壁面の露出は防止され、常に良好な冷却
状態が確保されるのである。

（実施例） 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、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（後述する）。

９は制御回路であり、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１０ａ，１０ｂ
（後述する）とウオータジヤケツト２内の冷媒温
度を検出する温度センサ１１ａ，１１ｂおよびエ
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。

温度センサ１１ａ，１１ｂはウオータジヤケツ
ト２の冷媒液面下の略同一レベルで、一方が車両
（図示しない）の前方側Ｑとなる位置に、他方が
車両の後方側Ｒとなる位置にそれぞれ設置され
る。

制御回路９はこの温度センサ１１ａ，１１ｂの
検出値とともにエンジン回転、燃料供給量等を周
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、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発は蒸
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、遂
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
金属面との間に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により再びウオータジヤ
ケツト２へ戻されるのであり、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内の冷媒液面を検出する液面
センサ１０ａ，１０ｂが、ウオータジヤケツト２
の略同一部位（略中央部）で異なる高さにそれぞ
れ設置される。

液面センサ１０ａ，１０ｂは、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
するスイツチで、このうち一方はウオータジヤケ
ツト２内の冷媒液面が適正レベルとなる位置に設
置され、他方はこれよりもいくらか高い位置に設
置される。

そして、この液面センサ１０ａ，１０ｂの検出
信号は制御回路９に入力され、制御回路９はこの
検出信号と前記温度センサ１１ａ，１１ｂの検出
値とに基づいて前記供給ポンプ５を駆動制御す
る。

具体的は、制御回路９は、温度センサ１１ａ，
１１ｂの検出値を比較し、両検出値がほぼ同一の
ときには低位置の液面センサ１０ａを選択し、そ
の検出信号に応じてウオータジヤケツト２内の冷
媒液面が液面センサ１０ａのレベルに保たれるよ
うに供給ポンプ５を駆動制御する。

他方、温度センサ１１ａ，１１ｂの検出値に所
定以上の差を生じると、制御回路９は高位置の液
面センサ１０ｂを選択し、その検出信号に応じて
ウオータジヤケツト２内の冷媒液面を液面センサ
１０ｂのレベルに上昇するように供給ポンプ５を
駆動制御する。

なお、この場合冷媒液面が液面センサ１０ｂの
レベルに上昇した後、所定時間経過すると、制御
回路９は低位置の液面センサ１０ａの検出信号に
応じて供給ポンプ５を駆動制御するようになつて
いる。

次に作用を第３図のフローチヤートに基づいて
説明する。

まず、Ｓ１，Ｓ２にて温度センサ１１ａ，１１
ｂの検出値T₁，T₂が読込まれ、これらがＳ３に
て比較される。

このとき、T₁，T₂との差が△Ｔ（例えば３℃）
よりも小さければ、Ｓ４〜Ｓ７のフローを通らず
Ｓ８に進み、即ち低位置の液面センサ１０ａが選
択され、そ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、第２図のようにウオータジヤケツト
２内の冷媒液面は液面センサ１０ａにより適正レ
ベルに制御され、したがつて通常の冷却状態が得
られる。

他方、Ｓ３にてT₁とT₂との差が△Ｔよりも大
きければ、Ｓ４〜Ｓ６に進み、即ち高位置の液面
センサ１０ｂが選択され、ウオータジヤケツト２
内の冷媒液面がその液面センサ１０ｂのレベルま
で上昇するように供給ポンプ５が駆動される。

ここで、第４図、第５図に示すように、ウオー
タジヤケツト２内の冷媒液面イ，ロが傾いた場合
には、車両の前方側Ｑあるいは後方側Ｒのどちら
かの温度センサ１１ａまたは１１ｂが液面面から
露出するので、両温度センサ１１ａ，１１ｂの検
出値に差を生じるようになる。

これにより、両温度センサ１１ａ，１１ｂの検
出値の差からウオータジヤケツト２内の冷媒液面
が傾いたことが判別されると共に、このときその
冷媒液面は第４図、第５図の点線の位置ハ，ニま
で高められるのである。

したがつて、車両の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、シリン
ダヘツド１ｂ付近の壁画が露出するようなことは
なく、この結果常に良好な冷却状態を確保するこ
とができる。

なお、冷媒液面が液面センサ１０ｂのレベルに
達すると、供給ポンプ５の駆動が停止されるが、
この後所定時間（例えば２分間）経過するとＳ７
からＳ８に進み、低位置の液面センサ１０ａの検
出信号による制御に戻る。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、車両の前方側と
後方側の温度センサの検出値から、ウオータジヤ
ケツト内の冷媒液面の傾きが検出されると共に、
冷媒液面が傾いたときに供給ポンプを駆動して冷
媒液面が高位置の液面センサのレベルまで上昇さ
れるので、車両の登坂走行時等にシリンダヘツド
等の壁画が露出するようなことを防止でき、常に
良好な冷却状態が確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の構成図、第２図、第３図は本
考案の実施例を示す構成図とその制御フローチヤ
ート、第４図、第５図は作動説明図である。 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、９……制御回路、
１０ａ，１０ｂ……液面センサ、１１ａ，１１ｂ
……温度センサ。

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の略同一レベルで車両の
   前方側および後方側となる位置にウオータジヤケ
   ツト内の冷媒温度を検出する温度センサを１つず
   つ設置し、ウオータジヤケツトの略同一部位で異
   なる高さにウオータジヤケツト内の冷媒液面を検
   出する液面センサを１つずつ設置すると共に、両
   温度センサの検出値を比較する手段と、この比較
   結果に応じて一方の液面センサを選択しその検出
   値に応じて前記供給ポンプを駆動する手段とを設
   けたことを特徴とする車両用内燃機関の沸騰冷却
   装置。