JPH0410331Y2 - - 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
ータの能率や水の熱容量等の関係上、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
駆動損失になつていた。

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うものである（特開昭
56−32027、公表特許公報昭60−500140号等参
照）。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、このような冷却装置では、ウオ
ータジヤケツトの冷媒液面上方やコンデンサ内が
気相空間であつて、気相空間に空気が存在してい
るため、ウオータジヤケツトで発生した冷媒蒸気
がコンデンサに流入しても、その空気の介在によ
りコンデンサでの蒸気のそれほど良好な放熱、凝
縮作用は得られないという問題がある。

また、コンデンサで凝縮液化した冷媒をポンプ
により循環させるものにあつては、ウオータジヤ
ケツトの適正レベルに液面センサ等を設置し、こ
の検出信号に応じてポンプを駆動制御するが、こ
れだと構造が複雑で、故障や誤動作を起こしやす
くなる。

さらには、運転中に系内の温度が異常に高くな
ると、蒸気の発生量が増大してコンデンサの能力
では追いつかず、このため系内の圧力が相当高く
なつてしまうという心配がある。

この考案は、このような問題点を解決し、優れ
た性能を有する沸騰冷却装置を提供することを目
的としている。

（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、冷媒蒸気を流す蒸気通路と液化
冷媒を戻す冷媒通路とで連通して冷媒が循環する
閉回路を形成した内燃機関の沸騰冷却装置におい
て、前記コンデンサをウオータジヤケツトの上方
に配置し、前記冷媒通路の途中に逆止弁を介装す
ると共に、所定量の液相冷媒を貯溜した補助タン
クを設け、この補助タンクの液中に開口して前記
コンデンサ下部に接続する第１の通路に電磁弁
を、補助タンク内の気相部分に開口して前記蒸気
通路に接続する第２の通路に負圧が所定値以上と
なつたときに開く負圧応動弁をそれぞれ介装し、
前記電磁弁をウオータジヤケツト内の圧力と温度
に応じて暖機運転時と異常高温高圧時に開く制御
手段を備える。

（作用） したがつて、エンジン始動後の暖機運転時にウ
オータジヤケツト内の冷媒が沸騰して蒸気が発生
し始めると、この蒸気は蒸気通路を介して上方の
コンデンサに流入するが、この蒸気によつて系内
の空気はコンデンサ側に押しやられると共に、こ
のとき制御手段により第１の通路の電磁弁が開か
れるため、系内の空気は第１の通路を介して補助
タンクへと排出される。

このため、暖機後の通常運転時は系内の気相空
間は蒸気のみとなり、コンデンサでの高い放熱、
凝縮作用が得られる。

また、何らかの原因により系内の温度が異常に
高くなつた場合、発生する蒸気量が増大するが、
このときも制御手段により第１の通路の電磁弁が
開かれる。

このため、系内の圧力が異常に高くなることは
なく、またこの蒸気は補助タンクの貯溜液中に放
出され、回収される。

一方、コンデンサで凝縮液化された冷媒は冷媒
通路を介して重力によりウオータジヤケツトへと
戻るため、ポンプ等が不要となり、構造が簡略化
すると共に、ポンプ動力等も不要となる。

さらには、系内の気相空間が蒸気のみとなる
と、エンジン停止時等に温度の低下に伴つて系内
が負圧化するが、この場合負圧応動弁が第２の通
路を開く。従つて、第２の通路から系内に空気が
吸入され、負圧化は防止される。

（実施例） 第１図は本考案の実施例を示すもので、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に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か
らシリンダヘツドにかけて形成され、コンデンサ
３はウオータジヤケツト２よりも上方に配置され
る。

ウオータジヤケツト２はコンデンサ３と閉回路
を形成するように、ウオータジヤケツト２の上部
の気相空間に開口する蒸気通路５を介してコンデ
ンサ３の入口部（上部）６と連通され、コンデン
サ３の出口部（下部）７が冷媒通路８を介してウ
オータジヤケツト２の液相中に連通される。

蒸気通路５の途中には気液分離用のウオータト
ラツプ９が設定され、ウオータトラツプ９とウオ
ータジヤケツト２の間に逆止弁１０を介装した戻
り通路１１が形成される。

冷媒通路８の途中にはウオータジヤケツト２内
の冷媒液面が冷媒蒸気の圧力により低下すること
のないように逆止弁１２が介装される。

一方、所定量の液相冷媒を貯溜した補助タンク
１３が設けられ、この補助タンク１３の液中に開
口して前記コンデンサ３の下部７に接続する第１
の通路１４と、補助タンク１３内の気相部分（こ
の場合液面付近）に開口して前記ウオータトラツ
プ９上方の蒸気通路５に接続する第２の通路１５
とが形成される。

第１の通路１４には逆止弁１６と電磁弁１７と
が介装され、電磁弁１７は第１の通路１４を後述
するように開閉する。

第２の通路１５には蒸気通路５内の圧力が負圧
のときに負圧に応じて第２の通路１５を開く負圧
応動弁１８が介装される。尚、補助タンク１３は
上部の空気抜き口１９を介して外気と連通され
る。

そして、ウオータジヤケツト２近傍の蒸気通路
５にウオータジヤケツト２内の圧力及び温度を検
出する圧力センサ２０及び温度センサ２１が設置
され、これらの検出信号は制御手段としての制御
回路２２に送られる。

制御回路２２は、これらの検出信号に基づい
て、ウオータジヤケツト２内の圧力や温度が設定
値よりも高くなると前記冷却フアン４を駆動し、
設定値よりも下がると停止する。

また、制御回路２２は、これらの検出信号に基
づいて、第２図に示すようにウオータジヤケツト
２内の圧力と温度が低い暖機運転時と、極めて高
い異常高温高圧時に第１の通路１４の電磁弁１７
を開くように制御する。

ウオータジヤケツト２内の圧力及び温度を検出
する手段としては圧力スイツチ及び温度スイツチ
でもよく、これらのスイツチによりリレースイツ
チを介して前記冷却フアン４及び第１の通路１４
の電磁弁１７を制御するようにしてもよい。

尚、２３はウオータジヤケツト２内の冷媒液面
の下限レベルを検出するレベルセンサで、冷媒液
面がレベルセンサ２３の位置まで下がると警報ブ
ザー２４等を作動するようになつている。

また、リリーフ・バルブ２５は異常に蒸発量が
増加した場合、圧力上昇によつて蒸気系内が損傷
するのを防止するため、蒸気を外部に逃がし、圧
力上昇を防止している。

次に作用を説明する。

エンジンの停止時には、冷却系内は所定量の冷
媒と空気とで満たされており、まずエンジンを始
動すると暖機運転時では、制御回路２２により第
１の通路１４の電磁弁１７が開かれる。

そして、暖機が進むと、エンジン発生熱を受け
てウオータジヤケツト２内の冷媒の温度が上昇
し、やがて冷媒が沸騰し始めると、気化潜熱を奪
いながら蒸気を発生する。

この蒸気はウオータジヤケツト２から蒸気通路
５を介して上方のコンデンサ３へと流入するが、
この蒸気に伴つてウオータジヤケツト２及び蒸気
通路５内の空気はコンデンサ３へと押しやられ、
さらにコンデンサ３の下部７から第１の通路１４
を介して補助タンク１３へと排出される。

このとき、空気と共に若干の蒸気も排出される
が、第１の通路１４が補助タンク１３の貯溜液中
に開口しているため、蒸気は貯溜液により凝縮し
タンク１３内にとどまる。そして、この後蒸気の
発生量が増えてウオータジヤケツト２内の圧力が
ある程度高まり、温度も高まつて暖機が終了する
と、第１の通路１４の電磁弁１７が閉じられる。

そして、この状態で通常の冷却運転に入るが、
この場合、ウオータジヤケツト２内の圧力や温度
がそれほど高くないときには、走行風のみによつ
てコンデンサ３での蒸気の放熱、凝縮が行なわれ
る一方、蒸気量が増加し圧力や温度が設定値より
も高くなると、制御回路２２により冷却フアン４
が駆動され、強制冷却風によつて蒸気の放熱、凝
縮が促進される。

このため、冷却フアン４の駆動動力が軽減され
ると共に、エンジンの冷却が応答良く的確に行な
われる。

一方、コンデンサ３で凝縮液化した冷媒は、コ
ンデンサ下部７から冷媒通路８を介して重力によ
り落下し、逆止弁１２を介して下方のウオータジ
ヤケツト２へと戻される。

このため、ポンプ等を用いずとも冷媒を循環す
ることが可能であり、装置の構造が簡略化すると
共に、ポンプ動力や冷媒循環のための制御が不要
となる。

なお、冷却開始の当初に蒸気と共に蒸気通路５
を経てコンデンサ３へと導入された系内の空気
は、蒸気よりも重いためコンデンサ下部７に滞留
し、その大部分は第１の通路１４を介して大気側
（補助タンク１３）へと排出されるが、このとき
排出しきれなかつた空気と冷媒通路８内に残つて
いた空気は、コンデンサ３にて冷却されて液化し
た冷媒と共に冷媒通路８を介してウオータジヤケ
ツト２へと導入され、エンジンにて暖められて蒸
気と共に再び蒸気通路５を介してコンデンサ３へ
と導入され、コンデンサ下部７から第１の通路１
４を介して大気側へと排出される。このサイクル
の繰り返しにより系内の気相空間はほぼ蒸気のみ
で満たされることになるため、コンデンサ３では
蒸気のみによる放熱が行われて、効率のよい放
熱、凝縮作用が確保されるのである。

ところで、運転中に系内の温度が何らかの原因
により異常に高くなつた場合、蒸気量が増大して
系内の圧力も異常に高くなりかねないが、このと
きも制御回路２２により第１の通路１４の電磁弁
１７が開かれる。

従つて、系内の蒸気が第１の通路１４から補助
タンク１３へと排出されるので、圧力の上昇が回
避されると共に、その排出に伴つて系の熱が外部
に放出されるので、コンデンサ３での放熱とによ
つて次第に温度が低下され、異常高温も回避され
る。尚、第３図に電磁弁１７の制御フローを示
す。

また、運転中系内の気相空間が蒸気のみとなる
ため、エンジンを停止して系内の温度が低下する
と、蒸気が凝縮して系内の圧力が大きく低下する
が、このときその圧力の低下に応じて第２の通路
１５の負圧応動弁１８が開かれる。

従つて、第２の通路１５から系内に空気が吸入
され、負圧化は防止される。

この場合、第２の通路１５が補助タンク１３の
貯溜液面付近に開口しているため、エンジンの始
動時の空気排出に伴つて補助タンク１３の液中に
排出された蒸気相当分の冷媒及び異常高温高圧時
に排出された分の冷媒は、その相当分補助タンク
１３の液面を第２の通路１５の開口部位より高め
ることで、空気の吸入に伴つて系内に吸入、回収
される。これにより、系内の冷媒は常に適正量に
保持される。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、閉回路内の気相
空間が蒸気のみとなるため、コンデンサでの高い
放熱、凝縮作用が得られ、またポンプ等を用いず
とも冷媒の循環が可能になると共に、エンジン停
止時に蒸気の凝縮に伴う閉回路の負圧化の防止
と、さらには閉回路が異常状態となつたときの安
全対策が図れるという優れた効果が確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す構成図、第２
図、第３図は電磁弁の開範囲を示すグラフと作動
内容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、４……冷却フアン、５……蒸気通路、８……
冷媒通路、１２……逆止弁、１３……補助タン
ク、１４……第１の通路、１５……第２の通路、
１７……電磁弁、１８……負圧応動弁、２０……
圧力センサ、２１……温度センサ、２２……制御
回路。

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、冷媒蒸気を流す蒸気通路と液化冷媒を戻す冷
   媒通路とで連通して冷媒が循環する閉回路を形成
   した内燃機関の沸騰冷却装置において、前記コン
   デンサをウオータジヤケツトの上方に配置し、前
   記冷媒通路の途中に逆止弁を介装すると共に、所
   定量の液相冷媒を貯溜した補助タンクを設け、こ
   の補助タンクの液中に開口して前記コンデンサ下
   部に接続する第１の通路に電磁弁を、補助タンク
   内の気相部分に開口して前記蒸気通路に接続する
   第２の通路に負圧が所定値以上となつたときに開
   く負圧応動弁をそれぞれ介装し、前記電磁弁をウ
   オータジヤケツト内の圧力と温度に応じて暖機運
   転時と異常高温高圧時に開く制御手段を備えたこ
   とを特徴とする内燃機関の沸騰冷却装置。