JPH0324826Y2 - - 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、このような冷却装置では、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ようになつてい
るため、コンデンサへの冷却風が弱いときには、
凝縮がなかなか進まなくなり、蒸気がコンデンサ
に流れ込みにくい。このため、コンデンサの能力
が充分には発揮されず、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
ロー通路を所定のオリフイスを介して前記供給ポ
ンプの上流側に接続すると共に、前記供給ポンプ
を冷却運転中常時駆動する手段を設ける。

また、上記オリフイスはウオータジヤケツト内
の液面レベルがオーバーフロー通路の入口部より
も所定の高さだけ上方に位置したとき前記供給ポ
ンプの吐出量とオーバーフロー通路の冷媒流量と
が一致するように設定する。

（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、供給ポンプが常時駆動されると共に、オ
ーバーフロー通路にオリフイスを設けて、ウオー
タジヤケツト内での冷媒の蒸発に拘わらず常に液
面レベルを一定位置にまで押し上げた状態に維持
するため、供給ポンプの上流側の圧力つまりコン
デンサ側の圧力が相対的に低下する。このため、
ウオータジヤケツト側との圧力差が大きくなり、
ウオータジヤケツトからの冷媒蒸気がコンデンサ
に流れやすくなるのである。

（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、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、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
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、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、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。

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１３が形成さ
れる。

このオーバーフロー通路１３は、入口部に所定
口径のオリフイス１４が介装されると共に、その
下流側が供給ポンプ５の上流側のロワタンク４に
接続される。

また、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。

なお、１５は気液分離器で、蒸気通路７を通る
冷媒蒸気から液滴等を分離し、リターン通路１６
からウオータジヤケツト２へと戻すようになつて
いる。

即ち、エンジンを始動すると、供給ポンプ５に
よりコンデンサ３側の液相冷媒がウオータジヤケ
ツト２に送られ、ウオータジヤケツト２内の液面
が上昇するが、ウオータジヤケツト２内の冷媒が
まだ沸騰、蒸発していないときには、その液面は
供給ポンプ５の水頭とオーバーフロー通路１３の
オリフイス１４によつて例えば図示Ａ位置に保た
れる。

換言すれば、オーバーフロー通路１３の入口部
から液面Ａまでの水頭で、ポンプ吐出量とオリフ
イス１４を通るオーバーフロー流量とが一致する
ように、オリフイス１４の口径が定められる。

そして、この状態からウオータジヤケツト２内
の冷媒が沸騰、蒸発すると、蒸発により系内の液
相冷媒が減少し、これに応じてウオータジヤケツ
ト２内の液面が低下するが、供給ポンプ５が常時
駆動されるため、ウオータジヤケツト２内の液面
がオーバーフロー通路１３の入口部よりも低下す
ることはなく、ほぼ入口部付近で平衡するように
なる。なお、このときコンデンサ３側の液面も図
示Ｂ位置からある程度低下する。

このようにして、ウオータジヤケツト２内の冷
媒液面が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、安定で高い冷却性能を得ることができる。

また、この冷却運転中、供給ポンプ５が常時駆
動されると共に、オーバーフロー通路１３のオリ
フイス１４の流路抵抗により、供給ポンプ５の上
流側つまりコンデンサ３側では圧力が相対的に低
下するようになる。

コンデンサ３側の圧力はウオータジヤケツト２
側の圧力よりも低いが、これによりウオータジヤ
ケツト２側との圧力差が大きくなるため、ウオー
タジヤケツト２から冷媒蒸気がコンデンサ３に流
れやすくなるのである。

したがつて、コンデンサ３の能力が充分に発揮
されるようになり、冷媒蒸気の放熱、凝縮が促進
される結果、冷却性能を一層向上することができ
る。

なお、冷媒の循環量が少ないため、供給ポンプ
５を常時駆動しても損失は少ない。

（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設け、供給ポンプを
常時駆動させることでウオータジヤケツト内の冷
媒を適正レベルに保つことができると共に、オー
バーフロー通路にオリフイス介装したので、供給
ポンプの駆動を利用してコンデンサでの放熱、凝
縮作用を促進することができ、優れた冷却性能を
得ることができる。

【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、１４……オリ
フイス。

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をオ
   リフイスを介して前記供給ポンプの上流側に接続
   すると共に、前記供給ポンプを冷却運転中常時駆
   動する手段を設け、かつ前記オリフイスはウオー
   タジヤケツト内の液面レベルが該オーバーフロー
   通路の入口部よりも所定の高さだけ上方に位置し
   たとき前記供給ポンプの吐出量とオーバーフロー
   通路の冷媒流量とが一致するように設定したこと
   を特徴とする内燃機関の沸騰冷却装置。