JPH0452430Y2 - - 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、要求放射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留した冷却
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）を貯留したウオー
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号等）。

（考案が解決しようとする問題点） ところで、冷却装置のほかにエンジンの機能を
充分に発揮させるものとして潤滑装置等が知られ
ており、この場合潤滑油等のエンジンオイルの温
度上昇を防ぐために、冷却装置の冷媒を利用して
冷却を行なうことが考えられる。

ところが、前述したような沸騰冷却装置では、
少量の冷媒でエンジンが効率良く冷却されるた
め、冷媒の循環量が少ないものとなつており、こ
のためエンジンオイルを冷却しようとして、冷却
装置にオイルクーラ等を取付けても、オイルクー
ラを流れる冷媒が少なく、エンジンオイルが充分
に冷却され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貯留するロワタン
クとロワタンク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、前記ロワタンク内にエンジンオイルを冷
却するオイルクーラを配設し、前記供給ポンプ下
流の冷媒通路部分とロワタンクとを連通する冷媒
戻し通路を形成すると共に、供給ポンプの吐出口
をエンジンウオータジヤケツトに至る冷媒通路ま
たは前記冷媒戻し通路へと選択的に連通する弁手
段と、ロワタンク内の冷媒温度を検出する手段
と、この検出値が所定値を超えたときに供給ポン
プの吐出口を冷媒戻し通路に連通すべく前記弁手
段を切り換えると共に供給ポンプを駆動する手段
とを設ける。

（作用） エンジンオイルはオイルクーラを通る際、ロワ
タンク内の冷媒によつて冷却されるが、その冷媒
温度が高くなると、冷媒戻し通路が開かれると共
に、供給ポンプが駆動される。従つて、ロワタン
ク側からウオータジヤケツトに循環される冷媒量
が少なくても、ロワタンク内の冷媒が流動される
ので、オイルクーラによる放熱が充分に促進さ
れ、良好な冷却状態が得られる。

（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
貯留するロワタンク、５はロワタンク４の貯留冷
媒をウオータジヤケツト２への戻す供給ポンプ、
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の貯留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、冷媒の温度等からエンジン
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て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に貯留される。

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に貯留され
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。

このようにして、エンジンの運転状態に応じて
速やかに放熱量を制御でき、したがつてエンジン
を常に最適な温度条件で運転できるので、燃費の
向上や出力の増強が図れる。

ところで、このような装置では、エンジンを運
転した後停止した場合、停止直後ではエンジン温
度がすぐには下がらないため、ウオータジヤケツ
ト２内の冷媒がしばらく沸騰、蒸発を続け系内の
圧力が一時的に高くなることがある。また、ある
程度時間がたつて冷媒の温度が常温近くまで下げ
ると蒸気が液化して圧力が低下していき、系内が
負圧化しかねない。

そのため、液相冷媒を貯留したリザーバタンク
１３が装置の上部に設けられると共に、蒸気通路
７の最頂部に電磁弁１４を介して接続する蒸気の
排出通路１５と、リザーバタンク１３の下部を電
磁弁１６、三方電磁弁１７を介して冷媒通路８に
接続する冷媒の導入通路１８とが形成される。

エンジンを停止すると、電磁弁１４、１６と三
方電磁弁１７により排出通路１５と導入通路１８
が所定時間開かれ（この時ロワタンク４側の冷媒
通路８に設けた電磁弁１９も開かれる）、系内の
蒸気が外部に（この場合リザーバタンク１３の液
相冷媒中に）排出されると共にリザーバタンク１
３の貯留冷媒が系内に流入される。

これにより、エンジン停止時に系内はほぼ液相
冷媒で満たされ、系内の圧力上昇と負圧化が防止
される。

なお、この状態からエンジンを始動すると、導
入通路１８が開かれ、エンジン燃焼熱を受けてウ
オータジヤケツト２内の冷媒が沸騰し始めると、
その蒸気の圧力で系内の液相冷媒が導入通路１８
からリザーバタンク１３に押し戻される。この
後、ウオータジヤケツト２およびロワタンク４内
の冷媒液面がそれぞれ液面センサ１０，１１，２
０，２１の位置に応じた適正レベルにまで下がる
と、導入通路１８等が閉じられ、以後は既述した
沸騰冷却を行なう。

そして、このような沸騰冷却装置において、ロ
ワタンク４内にエンジンオイルを冷却するための
オイルクーラ２２が配設される。

このオイルクーラ２２は例えば多板式のもの
で、第２図に示すようにプレート状に形成された
冷却チユーブ２３が所定の間隔をあけて数層に積
層され、この冷却チユーブ２３の両端にロワタン
ク４の底面を貫通して入口ポート２４と出口ポー
ト２５が形成される。冷却チユーブ２３には入口
ポート２４を介してシリンダブロツク１ａ下部の
オイルパン２６内に設置されたオイルポンプ２７
からエンジンオイルが導入され、ここで冷却され
た後出口ポート２５からエンジンの各摺動部へと
送られるようになつている。

一方、ロワタンク４内の冷媒温度を検出する手
段として温度センサ２８が設置されると共に、供
給ポンプ５下流側の冷媒通路８が冷媒戻し通路２
９を介してロワタンク４の上部に接続され、循環
通路２９の途中に開閉弁（電磁弁）３０が介装さ
れる。

冷媒戻し通路２９はこの場合前記導入通路１８
に合流され、弁手段としての三方電磁弁１７を介
して供給ポンプ５下流側の冷媒通路８に接続され
る。

開閉弁３０は導入通路１８との合流部とロワタ
ンク４との間に介装され、制御回路９により開閉
される。

そして、制御回路９は前記温度センサ２８の検
出値に応じて開閉弁３０を開閉し、さらに導入通
路１８の電磁弁１６と三方電磁弁１７を開閉およ
び切換駆動すると共に、開閉弁３０の開時に供給
ポンプ５を駆動するように制御する。

具体的には、制御回路９はロワタンク４内の冷
媒温度が設定値よりも高くなると、開閉弁３０を
開き、三方電磁弁１７により冷媒戻し通路２９側
を開く（このときウオータジヤケツト２側の冷媒
通路８は閉じる）と共に、供給ポンプ５を駆動す
る。

また、さらにロワタンク４内の冷媒温度が高温
になると、制御回路９は上記状態から導入通路１
８の電磁弁１６を開き、この後冷媒温度が下がる
と、開閉弁３０を閉じ供給ポンプ５を停止した後
導入通路１８の電磁弁１６を閉じるように制御す
る。

なお、３１，３２は車室暖房用のヒータコアと
ヒータスイツチを、３３をエンジンキースイツチ
を示す。

このような構成において、オイルポンプ２７か
らのエンジンオイルはロワタンク４内に配設され
たオイルクーラ２２に送られる一方、ロワタンク
４にはコンデンサ３にて冷却液化された冷媒が貯
留されており、その一部がウオータジヤケツト２
での冷媒液面の低下に応じて駆動される供給ポン
プ５によりウオータジヤケツト２へと循環され
る。

このため、エンジンオイルはオイルクーラ２２
にてロワタンク４内の冷媒と熱交換し冷却される
が、ロワタンク４内では冷媒の流動が少ないため
冷媒の温度Ｔが次第に上昇するようになる。

そして、この冷媒温度Ｔが設定値T₁よりも高
くなると、第３図のフローチヤートに示すように
S1からS2，S3に進み、循環通路２９の開閉弁３
０が開かれ、三方電磁弁１７により冷媒戻し通路
２９側が開かれる（ロワタンク４側の冷媒通路８
の電磁弁１９は開かれる）と共に、供給ポンプ５
が所定時間（例えば10秒間）駆動される。

すると、ロワタンク４内の冷媒は、供給ポンプ
５により冷媒通路８から冷媒戻し通路２９に送ら
れ、さらにロワタンク４に還流される。

これにより、ロワタンク４内の冷媒が流動、攪
拌され、このため冷媒温度Ｔが下げられると共
に、オイルクーラ２２による熱交換が促進され、
エンジンオイルが的確に冷却されるのである。

ここで、供給ポンプ５上流側の冷媒通路８と冷
媒戻し通路２９とは導入通路１８を介して相互に
連通しているが、この導入通路１８はその内径が
冷媒の導入に必要な最小限度のものであつて、冷
媒通路８や戻し通路２９よりも管路抵抗が大きい
ので、ロワタンク４と供給ポンプ５との間での冷
媒の循環を大きく損なうようなことはない。この
ため、ロワタンク４内の冷媒は冷媒戻し通路２９
を介して確実に還流される。

そして、ロワタンク４内の冷媒温度Ｔが設定値
T₁よりも下がると、第３図のS4，S5からS6，S7
へ進み、供給ポンプ５が停止され、開閉弁３０が
閉じられる。なお、このとき電磁弁１９も閉じら
れるが、この電磁弁１９と三方電磁弁１７はロワ
タンク４内の冷媒をウオータジヤケツト２に送る
ときは冷媒通路８を開通する。

このようにしてエンジンオイルの冷却が行なわ
れるのであるが、この場合ロワタンク４内の冷媒
温度Ｔが設定値T₁を越えたまま下がらず、さら
に高い設定値T₂以上となつたときには、S4から
S8，S9に進み、導入通路１８の電磁弁１６が開
かれる。

このため、リザーバタンク１３内の冷媒が供給
ポンプ５により冷媒戻し通路２９に導かれ、ロタ
ンク４内に流入される。したがつて、その低温の
冷媒によりロワタンク４内の冷媒温度Ｔが下が
り、オイルクーラ２２による熱交換が促進され、
エンジンオイルの良好な冷却状態が得られる。

この後、冷媒温度Ｔが設定値T₂以下になると、
S10，S11に進み、供給ポンプ５が停止され、開
閉弁３０が閉じられる。このとき、ロワタンク４
内の冷媒液面は上昇しているが、供給ポンプ５を
停止することで、その冷媒は系内の蒸気の圧力に
より徐々にリザーバタンク１３に戻され、やがて
適正レベルになると、S12，S13にて導入通路１
８の電磁弁１６が閉じられるのである。同時に電
磁弁１９も閉じられる。

なお、本実施例では冷媒戻し通路２９を導入通
路１８の三方電磁弁１７を介して供給ポンプ５下
流側の冷媒通路８に接続しているが、直接供給ポ
ンプ５下流側の冷媒通路８に接続しても良い。

（考案の効果） 以上のように本考案は、オイルクーラをロワタ
ンク内に配設し、ロワタンク内の冷媒温度が高く
なるとその冷媒を供給ポンプと冷媒戻し通路によ
り流動させるようにしたので、ロワタンクからウ
オータジヤケツトに循環される冷媒量が少なくて
も、オイルクーラによる良好な熱交換が維持さ
れ、エンジンオイルを的確に冷却することができ
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、第３図はオイルクーラの詳細図とオイル冷
却時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、４……ロワタンク、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、２２……オイルクーラ、２
８……温度センサ、２９……冷媒戻し通路、３０
……開閉弁。

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
   からの液化冷媒を貯留するロワタンクとロワタン
   ク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
   記ロワタンク内にエンジンオイルを冷却するオイ
   ルクーラを配設し、前記供給ポンプ下流の冷媒通
   路部分とロワタンクとを連通する冷媒戻し通路を
   形成すると共に、供給ポンプの吐出口をエンジン
   ウオータジヤケツトに至る冷媒通路または前記冷
   媒戻し通路へと選択的に連通する弁手段と、ロワ
   タンク内の冷媒温度を検出する手段と、この検出
   値が所定値を超えたときに供給ポンプの吐出口を
   冷媒戻し通路に連通すべく前記弁手段を切り換え
   ると共に供給ポンプを駆動する手段とを設けたこ
   とを特徴とする内燃機関の沸騰冷却装置。