JPH06102975B2 - 内燃機関の沸騰冷却装置 - Google Patents

内燃機関の沸騰冷却装置

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JPH06102975B2
JPH06102975B2 JP61003011A JP301186A JPH06102975B2 JP H06102975 B2 JPH06102975 B2 JP H06102975B2 JP 61003011 A JP61003011 A JP 61003011A JP 301186 A JP301186 A JP 301186A JP H06102975 B2 JPH06102975 B2 JP H06102975B2
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00Liquid cooling
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01P11/00Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
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  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、ウオータジヤケツト内に液相冷媒を貯留し
ておき、その沸騰気化により内燃機関各部の冷却を行う
とともに、発生した冷媒蒸気をコンデンサにより凝縮し
て再度ウオータジヤケツトへ供給するようにした内燃機
関の沸騰冷却装置に関する。
従来の技術 本出願人は、ウオータジヤケツトとコンデンサと冷媒供
給ポンプとを主体として閉ループ状の冷媒循環系を形成
し、ウオータジヤケツトで発生した冷媒蒸気をコンデン
サに導いて凝縮させた後、液面センサの検出に基づく冷
媒供給ポンプの作動によつて再度ウオータジヤケツトへ
供給するようにした沸騰冷却装置を種々提案している
(例えば特開昭60-36712号公報、特開昭60-36715号公報
等)。このものでは、電動ポンプからなる冷媒供給ポン
プが、コンデンサロアタンクとウオータジヤケツトとを
接続した冷媒循環通路に介装されており、この冷媒供給
ポンプを例えばON・OFF的に制御することによつて、ウ
オータジヤケツト内の冷媒液面を所定レベルに維持する
構成となつている。従つて負荷条件等が変化しても冷媒
液面を確実に所定レベルに保つて燃焼室壁等高温部位の
露出を防止し、安定した冷却性能を発揮できるのであ
る。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のように冷媒供給ポンプが冷媒循環
系の一部として組み込まれた構成においては、冷媒供給
ポンプ内を飽和温度近い冷媒が通流することになるの
で、冷媒供給ポンプに高い耐熱性が要求され、部品コス
トが嵩む要因となる。しかも、機関温度を相当に高い温
度領域に保つて運転しようとする場合には、冷媒供給ポ
ンプの耐熱性の確保が困難であり、高温化の大きな障害
となつていた。
また、このように発生蒸気量の総てを冷媒供給ポンプに
よつて補給する構成では、冷媒供給パンプの稼働率が高
く、耐久性の点で不利であるとともに、バツテリの消費
電力も大きい。
問題点を解決するための手段 この発明に係る内燃機関の沸騰冷却装置は、上部に蒸気
出口を有し、かつ所定レベルまで液相冷媒が貯留される
ウォータジャケットと、上記ウォータジャケットの上記
所定レベルより上方位置に設置されたコンデンサと、上
記蒸気出口と上記コンデンサの上部とを接続した蒸気通
路と、上記コンデンサの下部と上記ウォータジャケット
とを、コンデンサで凝縮した液相冷媒がウォータジャケ
ットへ水頭差で自然循環するように接続した冷媒循環通
路と、から構成される冷媒循環系と、 この冷媒循環系の系外に位置するとともに、予備液相冷
媒が貯留されるリザーバタンクと、 このリザーバタンクと上記ウォータジャケットを接続し
た補助冷媒通路と、 上記補助冷媒通路に介装され、かつ上記ウォータジャケ
ットの所定レベルに配設した液面検出手段の検出信号に
基づいて作動する冷媒供給ポンプと、 を備えて構成されている。
作用 上記の構成においては、ウオータジヤケツトと蒸気通路
とコンデンサと冷媒循環通路とによつて閉ループ状の冷
媒循環系が構成され、冷媒はこの系内を沸騰・凝縮を繰
り返しつつ自然循環する。すなわち、ウオータジヤケツ
トで発生した冷媒蒸気は蒸気通路を介してコンデンサに
流入し、かつここで凝縮する。そして凝縮した液相冷媒
はコンデンサの下部から水頭差によつてウオータジヤケ
ツトに自然に戻る。従つて、ウオータジヤケツト内の冷
媒液面は、この自然循環によつて概ね所定レベルに保た
れる。
一方、ウオータジヤケツト内とコンデンサ内との圧力の
変動やウオータジヤケツト内冷媒のボイド率変化などに
よつてウオータジヤケツト内の冷媒液面が所定レベルよ
り低下したときには、液面検出手段の検出信号に基づい
て冷媒供給ポンプが作動し、リザーバタンクから強制的
に液相冷媒を補給する。これにより、冷媒液面は確実に
所定レベルに維持される。
実施例 図はこの発明に係る沸騰冷却装置の一実施例を示す構成
説明図であつて、1はウオータジヤケツト2を備えてな
る内燃機関、3は気相冷媒を凝縮するためのコンデン
サ、4は予備液相冷媒を貯留するリザーバタンクを示し
ている。
上記ウオータジヤケツト2は、内燃機関1のシリンダお
よび燃焼室の外周部を包囲するようにシリンダブロツク
5およびシリンダヘツド6の両者に亘つて形成されたも
ので、通常気相空間となる上部が各気筒で互いに連通し
ているとともに、その上部の適宜な位置に複数の蒸気出
口7が設けられている。この蒸気出口7は、気液分離機
能を持つ蒸気マニホルド8によつて互いに集合された上
で、蒸気通路9を介してコンデンサ3の上部入口3aに連
通している。尚、10は気液分離により捕捉した液相冷媒
をウオータジヤケツト2に戻す冷媒回収通路である。ま
た上記ウオータジヤケツト2の所定レベルには、例えば
リードスイツチを用いたフロート式の液面スイツチ11が
配設されており、かつこれより若干下方位置に、例えば
50℃以下のときにON作動するバイメタル等を用いた第1
温度スイツチ12が配設されている。
コンデンサ3は、上記の入口3aを有するアツパタンク13
およびロアタンク14と、両タンク13,14を連通する微細
なチユーブを主体としたコア部15から構成されたもの
で、アツパタンク13がロアタンク14より高位となるよう
に傾斜しており、かつ全体としてウオータジヤケツト2
に対して上方位置に設置されている。上記ロアタンク14
には冷媒循環通路16の一端が接続され、その他端がウオ
ータジヤケツト2下部の冷媒入口2aに接続されている。
またコア部15の背面に強制冷却用の電動式冷却フアン17
が配設されているとともに、ロアタンク14に、例えば95
℃以上のときにON作動するバイメタル等を用いた第2温
度スイツチ18が配設されており、この第2温度スイツチ
18を介して上記冷却フアン17が電源に接続されている。
一方、ウオータジヤケツト2やコンデンサ3等からなる
冷媒循環系の系外に設けられるリザーバタンク4は、ウ
オータジヤケツト2の液面スイツチ11の設定レベルと同
程度の高さ位置に配設されており、通気機能を有するキ
ヤツプ19を介して大気に開放されているとともに、底部
に第1補助冷媒通路20および第2補助冷媒通路21の一端
が接続されている。上記第1補助冷媒通路20の他端は、
ウオータジヤケツト2の側面、詳しくは液面スイツチ11
の設定レベルに開口し、かつ通路中に電動式冷媒供給ポ
ンプ22が介装されている。この冷媒供給ポンプ22は、停
止時に冷媒の通流が許容される形式のものであつて、液
面スイツチ11を介して電源に接続されている。また第2
補助冷媒通路21の他端はロアタンク14に接続されてい
る。
また冷媒循環系の最上部となるアツパタンク13には、空
気通路23の一端が接続されており、その他端が上記リザ
ーバタンク4の上部に開口しているとともに、その通路
中に、常閉型電磁弁24が介装されている。この電磁弁24
は、第1温度スイツチ12を介して電源に接続されてい
る。
次に上記のように構成された沸騰冷却装置の作動につい
て説明する。
先ず機関の停止状態においては、ウオータジヤケツト2
やコンデンサ3等からなる冷媒循環系の内部が液相冷媒
(例えばエチレングリコール水溶液)で満たされてお
り、かつリザーバタンク4には多少の液相冷媒が存在し
ている。この状態で機関が始動すると、暖機再始動の場
合を除き第1温度スイツチ12がON状態であるので、電源
ONと同時に電磁弁24が開き、ウオータジヤケツト2やコ
ンデンサ3の液相冷媒が水頭差によつてリザーバタンク
4に移動するとともに、コンデンサ3等に空気が導入さ
れる。ウオータジヤケツト2内の液相冷媒は第1補助冷
媒通路20を通して排出されるため、冷媒液面は液面スイ
ツチ11の設定レベルまで速やかに低下することになる。
このように、ウオータジヤケツト2内部に保有する冷媒
量を少なくし、かつ上部を空気で断熱した状態で暖機運
転がなされる結果、急速に暖機が進行する。
暖機がある程度進行すると電磁弁24は閉じ、その後、冷
媒の沸騰が始まる。このとき、ウオータジヤケツト2や
コンデンサ3内部に存在していた不凝縮気体である空気
は、発生する冷媒蒸気に押されて徐々にコンデンサ3下
部のロアタンク14に集められ、更に第2補助冷媒通路21
を通してリザーバタンク4に押し出される。尚、高負荷
運転により急激に沸騰状態に達したとしても、空気は速
やかに排出可能であるため、温度のオーバシユートを生
じることはない。
冷媒の沸騰が開始した後は、ウオータジヤケツト2およ
びコンデンサ3を主体とした冷媒循環系内で沸騰・凝縮
サイクルを繰り返しつつ冷媒が自然循環し、気化潜熱を
利用した冷却が行われる。すなわち、ウオータジヤケツ
ト2内で燃焼熱を受けて発生した冷媒蒸気は、蒸気通路
9を介してコンデンサ3に流入し、ここで放熱して凝縮
する。そして、凝縮の結果生じた冷媒液滴は冷媒循環通
路16内に滴下し、ここから水頭差によつてウオータジヤ
ケツト2内に流入する。冷媒蒸気は外部へは流出しない
ので、ウオータジヤケツト2内の冷媒液面は、この自然
循環によつて概ね所定レベルに保たれることになる。
また運転条件の変化に伴つてウオータジヤケツト2内と
コンデンサ3内の圧力のバランスやウオータジヤケツト
2内の冷媒のボイド率が変動し、あるいは車両が傾斜し
たりすると、ウオータジヤケツト2内の冷媒液面が所定
レベルよりも低下することがあるが、この場合には、液
面スイツチ11の検出信号に基づいて冷媒供給ポンプ22が
作動し、リザーバタンク4から直接液相冷媒を補給す
る。このとき冷媒供給ポンプ22を通流する冷媒は低温の
ものであるから、冷媒供給ポンプ22は熱的影響を受ける
ことがない。尚、その後ウオータジヤケツト2内の液相
冷媒が過剰となつたときには第1補助冷媒通路20を通し
て水頭差によりリザーバタンク4に排出されるため冷媒
液面は常に確実に所定レベルに保たれる。
一方、系内の圧力は、大気開放したリザーバタンク4を
介して略大気圧に保たれるので、ウオータジヤケツト2
内の冷媒沸点は格別な温度制御を要さずに略一定に維持
される。そして、冷却フアン17は、高負荷時などにロア
タンク14内の温度が上昇すると第2温度スイツチ18に連
動し、コンデンサ3を強制冷却するのである。
次に機関停止後は、電源OFFにより電磁弁24が閉状態を
保つので、系内温度低下に伴つてリザーバタンク4内の
液相冷媒が系内に移動し、最終的にはウオータジヤケツ
ト2やコンデンサ3の内部が液相冷媒で満たされた状態
となる。従つて、内部の酸化,腐食を生じる虞れがな
い。
発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機関
の沸騰冷却装置においては、冷媒供給ポンプが冷媒循環
系の外部に設けられているため高い耐熱性が要求され
ず、機関温度の一層の高温化が可能となる。そして、ウ
オータジヤケツト内の冷媒液面の確保は主に水頭差によ
る自然循環に依存しているので、冷媒供給ポンプの稼働
率は非常に低くなり、耐久性の向上が図れるとともに、
バツテリの消費電力も少なくなる。
【図面の簡単な説明】
図はこの発明の一実施例を示す構成説明図である。 1……内燃機関、2……ウオータジヤケツト、3……コ
ンデンサ、4……リザーバタンク、7……蒸気出口、9
……蒸気通路、11……液面スイツチ、12……第1温度ス
イチツ、16……冷媒循環通路、17……冷却フアン、18…
…第2温度スイツチ、20……第1補助冷媒通路、22……
冷媒供給ポンプ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上部に蒸気出口を有し、かつ所定レベルま
    で液相冷媒が貯留されるウォータジャケットと、上記ウ
    ォータジャケットの上記所定レベルより上方位置に設置
    されたコンデンサと、上記蒸気出口と上記コンデンサの
    上部とを接続した蒸気通路と、上記コンデンサの下部と
    上記ウォータジャケットとを、コンデンサで凝縮した液
    相冷媒がウォータジャケットへ水頭差で自然循環するよ
    うに接続した冷媒循環通路と、から構成される冷媒循環
    系と、 この冷媒循環系の系外に位置するとともに、予備液相冷
    媒が貯留されるリザーバタンクと、 このリザーバタンクと上記ウォータジャケットを接続し
    た補助冷媒通路と、 上記補助冷媒通路に介装され、かつ上記ウォータジャケ
    ットの所定レベルに配設した液面検出手段の検出信号に
    基づいて作動する冷媒供給ポンプと、 を備えてなる内燃機関の沸騰冷却装置。
JP61003011A 1986-01-10 1986-01-10 内燃機関の沸騰冷却装置 Expired - Lifetime JPH06102975B2 (ja)

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