JPH037012B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明はエンジンを冷媒の沸騰気化潜熱を用い
て冷却する装置に関し、とくに冷却系内の圧力を
適正に制御するものである。

（技術的背景） エンジンの冷却概念として、冷媒（冷却水）が
沸騰時に熱源から奪う大きな気化潜熱を利用して
エンジンを冷却する、いわゆる沸騰（蒸発）冷却
システムが知られており、これによれば通常の液
冷却に比べて要求冷媒量が減少し、冷却ジヤケツ
トやコンデンサの小型化がはかれるという利点が
ある。

第１図は特開昭51−137044号公報に開示された
従来の沸騰冷却装置である。

エンジン本体１のウオータジヤケツト２と、ラ
ジエータ（コンデンサ）３３とは、上部空間４か
ら蒸気を導く蒸気通路５と、下部の凝縮冷却水を
戻す冷却水通路６とにより結ばれた閉回路を構成
する。

エンジン本体１の発生熱を奪つて蒸発した冷却
水は、蒸気となつてラジエータ３に向かい、ラジ
エータ３により冷やされ凝縮して再びウオータジ
ヤケツト２へと戻される。

冷却水が上部空間４で沸騰蒸発するときに大き
な気化潜熱を必要とするため、冷却水容量が小さ
くてもエンジン本体１の冷却性能は劣らないので
ある。

ところで冷却系の内部に空気が混入している
と、温度上昇により系内の圧力が高まり沸点が上
昇し、気化潜熱による冷却特性を活用しにくくな
るし、また系内の空気をすつかり除去すると、エ
ンジンの停止により温度が低下したときに系内が
真空になり、上記通路５，６を構成するホース類
がつぶれたりする。

そこで、蒸気通路５の上部に大気と連通するブ
リーザ管７を設け、ここに水滴は通さないが空気
だけを通すフイルタ８を設けることにより、エン
ジン停止にもとづき系内が負圧化したときに外気
を吸入し、エンジン作動時に発生蒸気で系内圧力
が上昇したときは空気を逃がして系内をほぼ大気
圧に保つようにしている。

しかしこのように冷却系内に外気を吸排してい
る構成では、系内の圧力は常に大気圧に維持され
るため、例えば、エンジン負荷の小さい領域など
オーバヒートの心配のないときに冷却系の温度を
相対的に高めてエンジンの冷却損失を減らし、燃
費の改善をはかろうとしても冷却水の沸点が100
℃となつてそれ以上の温度（例えば110〜120℃）
に高めることができないし、またフイルタ８は水
滴は通さなくても空気より分子量の小さい水蒸気
は通してしまい、除々に冷却水が洩れ、したがつ
て定期的に冷却水を補充する必要が生じ、メンテ
ナンスが煩雑となる。

したがつて、基本的には冷却系内を完全に外気
と遮断することが好しいのであるが、エンジン冷
却時の系内負圧化の問題が解消されない限り、そ
の実用化は困難である。

（発明の目的） 本発明はこのような問題に着目してなされたも
のであつて、エンジンの冷却時には外部から冷媒
を冷却系内に吸入させ、またエンジン運転中は内
圧により過剰冷媒を押し出すことにより、冷却系
内の負圧化を回避するとともに、冷却系内を完全
に外気と遮断し、冷却効率の向上と蒸発冷媒の漏
洩防止をはかるものである。

また本発明はコンデンサの過冷却に伴う系内の
圧力低下時にも外部から冷媒を吸入して、エンジ
ンの冷え過ぎを防止するものである。

さらに本発明はコンデンサを熱交換率のすぐれ
た気相冷却とすることにより、コンデンサの小型
化をはかることも目的とする。

（発明の構成並びに作用） エンジンのウオータジヤケツトと、冷却フアン
で冷却されるコンデンサとは上部の冷媒蒸気を導
く通路及び下部の凝縮冷媒を戻す通路で連通して
閉回路を構成する。戻し通路の途中には冷媒のリ
ザーバタンクからの通路を電磁弁を介して連通
し、かつこの下流に位置してウオータジヤケツト
の冷却液面レベルをコンデンサとは独立して規定
値に保つように冷媒をウオータジヤケツトに送り
込むフイードポンプを介装する。

上記閉回路の蒸気圧力を検出する圧力センサを
設け、系内が負圧化したときなど電磁弁を開いて
リザーバタンク２５からの冷媒を吸入させるよう
に制御する制御手段を設ける。

したがつて、冷媒はウオータジヤケツト内で沸
騰蒸発してエンジン発生熱を奪い、その蒸発がコ
ンデンサにより冷却凝縮され、再びウオータジヤ
ケツトに戻されるのであり、コンデンサを冷却す
る冷却フアンに駆動を制御して系内の圧力を調整
した沸騰温度を制御し、負圧時にはリザーバタン
クから冷媒を吸入してコンデンサの熱交換率を調
整するとともに、エンジン停止時の負圧化にもと
づくホース類のつぶれなどを防止する。

（実施例） 第２図、第３図は本発明の実施例を示す断面図
である。

シリンダブロツク１０とシリンダヘツド１１に
は燃焼室１２を取り囲むようにして、ウオータジ
ヤケツト１３が形成される。ウオータジヤケツト
１３の上部には蒸気通路１４が接続され、この蒸
気通路１４はコンデンサ１５の上部のアツパータ
ンク１６に連通する。

コンデンサ１５は車両の走行風によつて冷却を
受けるが、同時に冷却フアン（例えば電動フア
ン）１７によつても強制冷却される。

コンデンサ１５の下部のロアタンク１８から凝
縮冷媒をウオータジヤケツト１３に循環させるた
めの戻し通路１９が設けられる。

戻し通路１９にはフイードポンプ（例えば電動
ポンプ）２０が介装してあり、このフイードポン
プ２０を駆動したときだけウオータジヤケツト１
３は冷却液が送り込まれ、ウオータジヤケツト１
３とコンデンサ１５の液面レベルは互に独立して
制御される。

２１はウオータジヤケツト１３の規準液面H₁
を検出する液面センサ、２２はロアタンク１８の
規準液面H₂を検出する液面センサであり、これ
らの検出信号は、ウオータジヤケツト１３の内部
の冷媒温度を検出する液温センサ２３の検出信号
とともに制御回路２４に入力される。

前記戻し通路１９の途中には、オリフイス２７
の下流に冷媒を貯えたリザーバタンク２５からの
補給通路２６が接続し、この通路２６の途中には
電磁弁２８が介装される。

蒸気通路１４の蒸気圧力を検出する手段とし
て、通路内圧力が大気圧以下（負下）になつたと
きに作動する負圧スイツチ２９が設けられ、この
検出負圧信号も上記制御回路２４に入力される。

コンデンサ１５を冷やす冷却フアン１７、戻し
通路１９のフイードポンプ２０及び補給通路２６
の電磁弁２８は、後述するように制御回路２４か
らの信号で作動が制御される。

なお、リザーバタンク２５の上部には、外気導
通孔付キヤツプ３０が嵌められ、タンク内を大気
圧を保つようになつている。

前記蒸気通路１４の最上部に位置して空気抜取
口３２が設けられ、この空気抜取口３２は通路３
３を介してリザーバタンク２５の気相部に接続
し、その途中に電磁弁３４が介装される。

３５は空気抜取時の最上液面レベルを検出して
制御回路２４に出力する液面センサを示す。

制御回路２４には図示はしないが、エンジンの
運転状態を検出する手段、例えば吸入負圧センサ
や回転数センサからの信号を入力させ、運転状態
に応じて上記各部材をコントロールする。

次にその動作を含めて全体的な作用を説明す
る。

エンジンの通常運転状態では、後述するが第２
図のように冷媒（冷却液）の液面が保たれ、すな
わちウオータジヤケツト１３の上部には適当な蒸
気空間が形成されるとともに、コンデンサ１５の
内部は気相冷却が行われるようにロアタンク１８
まで液位が下がり、ウオータジヤケツト１３の冷
媒はエンジンの発生熱を奪つて沸騰冷却し、その
蒸気はコンデンサ１５により冷やされ凝縮してロ
アタンク１８に滴下する。

冷媒の沸騰によりウオータジヤケツト１３の液
面が規準値H₁よりも下がつたことを液面センサ
２１が検出すると、制御回路２４がフイードポン
プ２０を回転させ、戻し通路１９から凝縮冷媒を
液面がH₁に回復するまで送り込む。

エンジンの要求冷却温度はエンジン負荷によつ
て異り、エンジン高速高負荷域など熱負荷の大き
い領域では低く（例えば冷媒温度で100℃）、これ
に対して、熱負荷の小さいエンジン低負荷域では
高く（例えば同じく120℃）なる。

したがつて高負荷域など液温センサ２３の検出
温度が設定値に達すると、制御回路２４は冷却フ
アン１７を回転してコンデンサ１５の熱交換を促
して蒸気冷媒の液化を増大させる。

コンデンサ１５は気相冷却のため、従来の液相
冷却に比べて30〜50％も放熱効率が良く、蒸気の
冷却により系内圧力を略大気圧に保ち、冷媒の沸
点を100℃前後に維持し、これによりエンジンの
焼付やノツキングを防止する。

これに対してエンジンの焼付きなどの心配の少
ない低負荷域では、設定温度の上昇させて冷却損
失を減らし燃費を向上させる。

コンデンサ１５での熱交換を抑制するように冷
却フアン１７の回転を止めると、冷却系内は発生
蒸気により圧力が上昇して沸点が高まる。

このため、冷媒の温度は沸点に応じて高まり、
例えば120℃に達した時点で、この温度を維持す
るように冷却フアン１７の回転がフイードバツク
制御されるのである。

これらの温度制御は冷媒の沸騰気化潜熱が大き
いために、きわめて応答よく行われるのであり、
運転状態の変化にすばやく対応できる。

一方、下り坂を高速走行するときなど、冷却フ
アン１７を回わさなくても走行風で蒸気の凝縮が
進み系内が負圧化する。

この負圧が所定値以下になると負圧スイツチ２
９がオフになり、同時に制御回路２４により電磁
弁２８が開かれる。これによりリザーバタンク２
５から冷媒が吸い込まれ、第３図のように、コン
デンサ１５の液面が上昇する。

このため、コンデンサ１５は気相部分が減少し
てその放熱能力が低下し、エンジンの過冷却を防
ぐとともにホース類がつぶれるのを防止したり、
系内に大気が吸引されるのを回避する。

なお、このように冷媒を吸入してロアタンク１
８の液面レベルH₂が規準値よりも高くなつてい
る状態では、電磁弁２８は開弁状態に保たれ、し
たがつて運転状態の変化により負圧が回復して系
内の圧力が上昇すると、コンデンサ１５の冷媒が
内圧で押し出され、リザーバタンク２５へと戻る
のであり、規準レベルH₂に復帰した時点で電磁
弁２８が閉じ、通常状態に移行する。

次にエンジンが停止して系内が冷えると発生蒸
気の凝縮に伴つて内圧が低下し、やがて負圧化し
ようとする。しかしエンジンの停止に伴い電磁弁
２８への通電が遮断されて電磁弁２８が開くた
め、リザーバタンク２５から系内に冷媒が吸入さ
れ、エンジンの冷却が進むにつれ系内の全てに冷
媒が充満する。

このようにしてエンジン停止後も冷却系内の負
圧化が防止できるのである。

ところで、冷却系内の一部に空気が存在してい
ると、空気によつてコンデンサ１５での放熱ある
いはウオータジヤケツト１３での沸騰が阻害さ
れ、熱交換率が低下する。

このようなときに系内の空気抜きを行うのであ
るが、制御回路２４では暖機運転中を含めて、例
えば検出した液温が50℃以下でかつ液面センサ３
５のレベルに冷媒のレベルが到達していないとき
は、系内に空気が残つていると判断する。このよ
うな場合に、制御回路２４は電磁弁３４を開弁す
るとともに電動ポンプ２０を駆動するが、このと
き電磁弁２８も開いているため、リザーバタンク
２５からの冷媒が戻し通路１９に吸入され、ウオ
ータジヤケツト１３に冷媒を送り込む。

このため、最上部の空気抜取口３２から系内の
空気を押し出しながら液面が上昇し、やがて液面
センサ３５が水没する。

この時点で電磁弁３４で閉じるとともにフイー
ドポンプ２０の駆動を停止し、空気抜きを終了す
る。

続いてエンジンの暖機に伴い液温が上昇する
と、系内の蒸気圧により余剰冷媒は補給通路２６
を逆流してリザーバタンク２５に戻され、コンデ
ンサ１５の液面が規準値に達したときに電磁弁２
８を閉じ、通常運転の状態に復帰する。

なお、暖機運転は系内の冷却液が従来の液冷却
に比べて大幅に少ないため、暖機時間が著しく短
縮される。

なお、上記実施例では高負荷域での設定温度を
100℃にしてあるが、冷却フアン１７による強制
冷却で系内圧力を大気圧以下に下げ、沸点を90゜
あるいは80℃と低下させることにより、さらに低
くすることも可能である。

（発明の効果） このように本発明は冷却系内を完全に閉回路と
して大気の出入りを遮断したため、冷却効率が向
上するとともにエンジン負荷に応じての温度設定
が自由に行える。

またコンデンサは熱交換にすぐれた気相冷却を
行えるため、その小型化軽量化がはかれる。

エンジンコーステイング時などコンデンサの過
冷却やエンジン停止にもとづく系内負圧化に対し
ては、外部から冷媒を吸込むことで対処でき、コ
ーステイング時のエンジンの過冷却を回避すると
ともに負圧化によるホース類のつぶれや外気の系
内への吸込みを防止する。

冷媒が外部へと漏洩しないため、冷媒の定期的
な補充が不必要で、メンテナンスが容易になると
いう効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の断面図、第２は本発明の実
施例を示す断面図、第３図は同じくその作動状態
を示す断面図である。 １０……シリンダブロツク、１１……シリンダ
ヘツド、１２……燃焼室、１３……ウオータジヤ
ケツト、１４……蒸気通路、１５……コンデン
サ、１７……冷却フアン、１８……ロアタンク、
１９……戻し通路、２０……フイードポンプ、２
１，２２，３５……液面センサ、２３……液温セ
ンサ、２４……制御回路、２５……リザーバタン
ク、２８……電磁弁、２９……負圧スイツチ、３
２……空気抜取口、３４……電磁弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジンのウオータジヤケツトと、冷却フア
   ンで強制冷却されるコンデンサとを、上部の冷媒
   蒸気を流す通路及び下部の凝縮冷媒を戻す通路で
   連通して閉回路を構成し、上記戻し通路の途中に
   冷媒のリザーバタンクからの通路を電磁弁を介し
   て連通し、かつウオータジヤケツトの液位をコン
   デンサとは独立して規定値に保つように冷媒を送
   り込むフイードポンプを戻し通路に介装する一
   方、上記閉回路の圧力を検出する手段を設け、検
   出圧力に応じて上記電磁弁を開閉する制御手段を
   設けたことを特徴とするエンジンの沸騰冷却装
   置。