JPH0324828Y2 - - 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。

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液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（特開
昭59−180023号）。

（考案が解決しようとする問題点） ところで、このように冷媒の気化潜熱を利用し
た冷却装置にあつては、エンジンを運転した後停
止した場合、停止してもエンジン温度がすぐには
下がらないため、しばらくウオータジヤケツト内
の液相冷媒が沸騰、蒸発を続けてしまう。

このため、エンジンを停止してコンデンサへの
冷却風の供給が停止されると、ウオータジヤケツ
ト内の冷媒温度が上昇すると共に、冷媒蒸気の圧
力が高くなりかねず、したがつてエンジンの停止
後エンジン温度がある程度下がるまで冷却フアン
を駆動し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、液相冷媒を貯留したリザーバタンクを設
け、このリザーバタンクの貯留冷媒をエンジンウ
オータジヤケツトに導入する導入通路として前記
冷媒通路に対して前記供給ポンプの上流側に接続
する第１通路と同じく下流側に接続する第２通路
とを設ける。

また、閉回路内の冷媒蒸気を外部に排出する通
路を形成し、上記導入通路と、第１通路との接続
部よりも上流側の冷媒通路と、上記排出通路の
各々に開閉弁を、また上記第２通路と冷媒通路と
の接続部にはウオータジヤケツトを第２通路側−
供給ポンプ側−遮断側の何れかに連通する切換弁
を、それぞれ設ける。

上記開閉弁及び切換弁は、エンジンの停止直後
において少なくとも導入通路と排出通路とを開く
と共に第２通路がウオータジヤケツトに連通する
ように制御回路により開閉または切換位置を制御
するものとする。

（作 用） したがつて、エンジンを停止すると、リザーバ
タンクから閉回路内に低温の冷媒が導入されると
共に、閉回路内の冷媒蒸気が外部に排出されるた
め、エンジンの停止と同時に冷却フアンの駆動を
停止しても、ウオータジヤケツト内の冷媒温度が
上昇したり、冷媒蒸気の圧力が高くなつたりする
ことは回避される。

（実施例） 第１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。

９は制御回路であり、シリンダヘツド１ｂに設
けられた液面センサ１０，１１と温度センサ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。

液面センサ１０，１１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
一種のスイツチで、制御回路９はこれらの出力に
基づいて、冷媒液面が液面センサ１０の位置より
も低下した場合には供給ポンプ５を駆動して冷媒
液面が液面センサ１０と１１の間に保たれるよう
に、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が確保される。

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９に付与する。

制御回路９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、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、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。

冷媒の気化潜熱は大きく、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、液
相冷媒を貯溜したリザーバタンク１３が設けられ
ると共に、このリザーバタンク１３の貯溜冷媒を
前記閉回路内に導入するための通路１４が形成さ
れる。

リザーバタンク１３は閉回路よりも高位置に配
設され、閉回路内の気相空間よりも大きい容量の
液相冷媒が貯溜される。

導入通路１４はリザーバタンク１３の下部を供
給ポンプ５の上流側の冷媒通路８に接続する第１
通路１５と、この第１通路１５をさらに供給ポン
プ５をバイパスしてその下流側の冷媒通路８に接
続する第２通路１６とからなり、第１通路１５に
開閉弁１７が、第２通路１６と冷媒通路８との接
続部に三方切換弁１８がそれぞれ介装される。な
お、冷媒通路８のロワタンク４側にも開閉弁１９
が介装される。

一方、蒸気通路７の最頂部には閉回路内の冷媒
蒸気を排出するための通路２０が形成され、この
排出通路２０はリザーバタンク１３内の液相冷媒
中に開口される。

そして、この排出通路２０に開閉弁２１が介装
され、この開閉弁２１と前記各弁１７，１８，１
９はそれぞれ制御回路９により開閉ならびに切換
駆動される。

制御回路９は、前述した通常の冷却運転時には
冷媒通路８を開くように開閉弁１９を駆動し、第
１通路１５と排出通路２０を閉じるように開閉弁
１７と２１を駆動し、第２通路１６を閉じるよう
に三方切換弁１８を駆動する。

また、この場合ウオータジヤケツト２内の冷媒
液面とロワタンク４内の冷媒液面がそれぞれの液
面センサ１０，１１と２２，２３の位置よりも低
下したり、上昇したときには、リザーバタンク１
３の液相冷媒を供給したりあるいは回収してそれ
ぞれ冷媒液面を適正レベルに保つように、開閉弁
１７，１９と三方切換弁１８を開閉および切換駆
動する。

そして、制御回路９はエンジンキースイツチ２
４からの信号に応じて、エンジンの停止直後には
第１通路１５と第２通路１６と排出通路２０を開
くように開閉弁１７と三方切換弁１８と開閉弁２
１を駆動する（開閉弁１９も開く）。

この場合、制御回路９は開閉弁２１を所定短時
間開き、ウオータジヤケツト２内の冷媒温度が設
定値以下になると閉じるようになつている。

なお、２５，２６は車室暖房用のヒータコアと
ヒータスイツチを示す。

このような構成において、通常の冷却運転時に
は、開閉弁２１により排出通路２０が閉じられて
おり、またウオータジヤケツト２、ロワタンク４
の冷媒量が不足あるいは過剰のとき以外は、開閉
弁１７、三方切換弁１８により第１、第２通路１
５，１６が閉じられる。

このため、ウオータジヤケツト２で発生した冷
媒蒸気はコンデンサ３に流入し、ここで冷却液化
された後供給ポンプ５によりウオータジヤケツト
２へと戻されるのであり、前述したように良好な
冷却作用が確保される。

そして、この状態からエンジンを停止すると、
第２図のフローチヤートに示すように、Ｓ１のキ
ースイツチ２４のOFFに応じてＳ２にて開閉弁
１７，１９が開かれ、三方切換弁１８が第２通路
１６を開くと共に、Ｓ３，Ｓ４にて開閉弁２１が
数秒間開かれる。

このため、エンジンの停止直後にはウオータジ
ヤケツト２内の冷媒は温度が上昇すると共に、あ
る程度沸騰を続けるが、その蒸気は排出通路２０
から排出され、同時に第１、第２通路１５，１６
からリザーバタンク１３の貯溜冷媒が重力により
ウオータジヤケツト２およびロワタンク４へと導
入される。

これにより、閉回路内の圧力が高くなることが
防止され、リザーバタンク１３からの低温の冷媒
によりウオータジヤケツト２内の冷媒温度が下げ
られるのである。

この後、ウオータジヤケツト２内の冷媒温度が
設定値以下となり、ウオータジヤケツト２内の冷
媒液面が液面センサ１１の位置以上になると（こ
のときコンデンサ３は上部まで冷媒で満たされ
る）、開閉弁１７，１９，２１が閉じられ、三方
切換弁１８によりウオータジヤケツト２側の冷媒
通路８が閉じられる。

したがつて、エンジン停止後冷却フアン６を駆
動せずとも、閉回路の安定した状態を保つことが
でき、冷却フアン６の駆動損失を解消することが
できる。また、エンジン停止後に閉回路内の冷媒
蒸気が排出され、リザーバタンク１３の冷媒が導
入されるので、エンジン温度が下がつたときに閉
回路内が負圧化することがなく、閉回路内に空気
が侵入することを防止できる。

なお、排出される冷媒蒸気はリザーバタンク１
３の液相冷媒中に放出されるため、大気中に失わ
れる量は極めて少ないものとなる。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、エンジン停止直
後に閉回路内の冷媒蒸気が外部に排出されると共
に、閉回路内にリザーバタンクの貯溜冷媒が導入
されるので、エンジン停止と同時に冷却フアンを
停止しても、閉回路に悪影響を及ぼすことはな
く、冷却フアンの駆動損失を解消することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す構成断面図、第
２図はエンジン停止直後の制御動作を示すフロー
チヤートである。 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、
１３……リザーバタンク、１４……導入通路、１
７……開閉弁、１８……三方切換弁、１９……開
閉弁、２０……排出通路、２１……開閉弁、２４
……エンジンキースイツチ。

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、液相冷
   媒を貯留したリザーバタンクを設け、このリザー
   バタンクの貯留冷媒をエンジンウオータジヤケツ
   トに導入する導入通路として前記冷媒通路に対し
   て前記供給ポンプの上流側に接続する第１通路と
   同じく下流側に接続する第２通路とを設けると共
   に、閉回路内の冷媒蒸気を外部に排出する通路を
   形成し、前記導入通路と、第１通路との接続部よ
   りも上流側の冷媒通路と、前記排出通路の各々に
   開閉弁を、また前記第２通路と冷媒通路との接続
   部にはウオータジヤケツトを第２通路側−供給ポ
   ンプ側−遮断側の何れかに連通する切換弁を、そ
   れぞれ設け、エンジンの停止直後には少なくとも
   導入通路と排出通路とを開くと共に第２通路がウ
   オータジヤケツトに連通するように前記開閉弁及
   び切換弁を駆動する制御回路を設けたことを特徴
   とする内燃機関の沸騰冷却装置。