JPH0633760A - エンジンの沸騰冷却システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジンの沸騰冷却システムにおいて、リザ
ーブタンクを確実に密閉して良好な沸騰冷却性能を得る
と共に、高地においてもエンジン冷却水の循環ポンプに
キャビテーションが発生することを抑制する。 【構成】 エンジン１から流出した冷却水または気水混
合体が蒸気冷却器１０及び冷却水用冷却器１２で冷却さ
れ、冷却水となって流路１３により循環ポンプ６を経て
エンジン１へ戻される沸騰冷却システムにおいて、流路
１３に連通するリザーブタンク２０に電磁弁を設置し、
流路１３の冷却水温度センサ２５及び気圧センサ２７を
設け、流路１３の冷却水温度が大気圧での沸点より低い
設定値に達したときにコンピュータ２６により電磁弁を
閉めて、リザーブタンク２０を密閉することにより冷却
水系路を閉回路とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンを冷却液によ
り効果的に冷却することのできる沸騰冷却システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用エンジン等の高性能化に伴って
その発熱量が増大するため、エンジン冷却装置としても
高性能のものが必要とされ、これに好適な装置として沸
騰冷却システムが提案されている。この沸騰冷却システ
ムにおいては、エンジン冷却水温度の高低に従って増減
する冷却水系路内の冷却水量を適宜吸収あるいは補給す
るリザーブタンクが設けられると共に、エンジンのジャ
ケット内で冷却水が沸騰、蒸発して、気水混合体がエン
ジンから冷却器へ流入するようになると、リザーブタン
クに設置された開閉弁を閉じることにより、それまで大
気と連通していたリザーブタンクを密閉して冷却水系路
を閉回路とし、系路内の冷却水が昇温、昇圧できるよう
に構成されている。

【０００３】しかしながら、上記開閉弁としてフロート
バルブが用いられている従来のリザーブタンクでは、リ
ザーブタンク内の水面の上昇に応じて水面に浮かぶフロ
ートが上昇し、一定以上の高さまで上昇すればフロート
バルブが閉じてリザーブタンクを密閉するようになって
いるが、フロートの上下摺動部分における摩擦や、フロ
ートの予期しない傾斜等により、フロートが水面の上昇
に対応して正確に上昇しないことがあり、この場合に
は、冷却水系路内から溢れてリザーブタンクに流入した
冷却水が、閉じ切れないフロートバルブから外方へ流出
し、また、冷却水系路内の圧力が上昇できないため、所
期の沸騰冷却性能が得られない等の不具合があった。

【０００４】また、上記のように、リザーブタンク内に
おける冷却水の水位上昇を検出して、リザーブタンクに
設置された開閉弁を閉じるようにすると、エンジンの稼
動状況や車速に応じた上記冷却器への冷却風量の変動及
び大気温度の高低等によって、エンジンジャケット内で
冷却水が沸騰、蒸発するときの冷却器による冷却水の降
温量（以下サブクール度という）と、リザーブタンク内
の冷却水位との関係が変化するため、サブクール度を適
正値に保持できないことがある。すなわち、サブクール
度が小さくて冷却水ポンプに吸入される冷却水の温度が
比較的高いと、冷却水ポンプの吸入による冷却水の減圧
蒸発を誘発して、キャビテーションの発生による冷却水
ポンプの損傷を招き、また、キャビテーションの発生を
防止するためサブクール度を大きくすれば、冷却器の性
能が低下することになって不具合である。

【０００５】また、自動車に搭載されたエンジンの沸騰
冷却システムにおいては、その自動車が高地を走行する
ときにエンジン冷却水の沸点が平地の場合より下降する
ため、開閉弁の制御がこれに的確に対応しないと、やは
り冷却水ポンプの吸入による冷却水の減圧蒸発が生じ
て、冷却水ポンプにキャビテーションが発生するおそれ
がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、エンジンの
沸騰冷却システムにおいて、冷却器と循環ポンプとの間
のエンジン冷却液系路に連通するリザーブタンクもしく
はエンジン冷却液系路からリザーブタンクへの連通を必
要に応じて確実に閉じることにより、良好な沸騰冷却性
能を得ると共に、高地においてもエンジン冷却液系路に
適度のサブクール度を得やすくして循環ポンプのキャビ
テーション発生を防止しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明にかか
るエンジンの沸騰冷却システムは、エンジンから順次冷
却器及び循環ポンプを経て上記エンジンに戻るエンジン
冷却液系路、上記冷却器と上記循環ポンプとの間の上記
エンジン冷却液系路に連通するエンジン冷却液リザーブ
タンク、上記冷却器から上記エンジンに至る間の上記エ
ンジン冷却液系路におけるエンジン冷却液の温度セン
サ、気圧センサ、及び上記リザーブタンクと外方との連
通もしくは上記エンジン冷却液系路から上記リザーブタ
ンクへの連通を開閉する電磁弁を有し、上記冷却器から
上記エンジンに至る間の上記エンジン冷却液系路におい
て上記温度センサが検出したエンジン冷却液の温度が上
記気圧センサの検出値にもとづく設定値以上に達したと
き、上記電磁弁が閉じるように構成されている。

【０００８】

【作用】すなわち、エンジンの沸騰冷却システムにおけ
るエンジン冷却液の温度が上昇し、冷却器からエンジン
に至る間のエンジン冷却液系路において温度センサが検
出したエンジン冷却液の温度が気圧センサの検出値にも
とづく設定値以上に達したとき、電磁弁が閉じられてリ
ザーブタンクが密閉もしくはエンジン冷却液系路からリ
ザーブタンクへの連通が閉じられ、エンジン冷却液系路
を閉回路とすることができるので、系路におけるエンジ
ン冷却液の昇温、昇圧を確実に実現させることができ、
しかも、気圧センサの検出値にもとづくエンジン冷却液
温度の設定値を温度センサが検出することにより電磁弁
を開閉制御するため、大気圧に応じて常に電磁弁の高い
開閉精度を保持し、エンジン冷却液のサブクール度を状
況に即したものに精確に保持して、循環ポンプの吸い込
みによりエンジン冷却液が一時的に減圧しても、エンジ
ン冷却液が循環ポンプ内で沸騰蒸発することを確実に防
止することができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面に示す本発明の実施例について具
体的に説明する。図１において、自動車に搭載されたエ
ンジン１のシリンダブロック２及びシリンダヘッド３に
それぞれ冷却ジャケット４、５が設けられ、循環ポンプ
６により冷却ジャケット４、５に送給された冷却水は冷
却ジャケット４、５を通過するときシリンダブロック２
及びシリンダヘッド３を冷却して正常運転時には沸騰
し、冷却水の一部が水蒸気となることにより気水混合体
となってエンジン１から流出し、流路７を通って気水分
離器８へ導かれる。

【００１０】気水分離器８において冷却水から分離され
た水蒸気は、電動ファン９により冷却風が供給される蒸
気冷却器１０で冷却されて凝縮し、気水分離器８におい
て分離された冷却水と共に、電動ファン１１により冷却
風が供給される冷却水用冷却器１２へ送られて冷却さ
れ、あるいは、図示していないが蒸気冷却器１０で冷却
されて凝縮した冷却水が冷却水用冷却器１２の出口側に
送られ、降温した冷却水が流路１３によりサーモスタッ
トバルブ１４を経て循環ポンプ６に吸い込まれ、再びエ
ンジン１を冷却する。

【００１１】サーモスタットバルブ１４は、エンジン１
から流路７に流出した冷却水が後記の所定温度以下のと
き、その冷却水を、側路１５により気水分離器８、蒸気
冷却器１０及び冷却水用冷却器１２をバイパスして循環
ポンプ６へ導くものであり、また、気水分離器８及び蒸
気冷却器１０の頂部には、その内圧が危険圧力にまで達
すると開いて大気に連通させる安全弁１６が設けられて
いる。

【００１２】さらに、流路１３の循環ポンプ６吸い込み
側に設けられた温度センサ１７は、流路１３内の冷却水
温度を検出して電動ファン９、１１の作動を調整し、図
２に詳細が示されているようにリザーブタンク２０は、
底部が通路２１により流路１３の循環ポンプ６吸い込み
側に連通されて、内部に冷却水が貯留されていると共
に、頂部にキャップ２２が取り付けられていて、キャッ
プ２２に形成された通気孔２３には電磁弁２４が設置さ
れている一方、流路１３の循環ポンプ６吸い込み側に冷
却水の温度センサ２５が設けられ、自動車に装備されて
いるエンジンコントロール用コンピュータ２６に温度セ
ンサ２５と気圧センサ２７の各検出値が入力され、後記
のように、コンピュータ２６の出力により電磁弁２４の
開閉が制御されるようになっている。

【００１３】上記エンジン沸騰冷却システムにおいて、
エンジン１が停止している冷態時には、上記冷却水系路
内の冷却水温度がエンジン１の稼動時よりも低くてその
冷却水量が減少し、また、電磁弁２４が開いているの
で、リザーブタンク２０から通路２１を通って流路１３
へ冷却水が補給される結果、リザーブタンク２０内の水
位が図２の２点鎖線の高さにまで低下している。

【００１４】図３はこのエンジン沸騰冷却システムにお
ける冷却水系路各部の冷却水または水蒸気の温度とゲー
ジ圧力との関係を表し、それぞれ一点鎖線Ａは循環ポン
プ６の冷却水吸入口、実線Ｂは循環ポンプ６の冷却水出
口、破線Ｃは冷却ジャケット５内、波線Ｄは流路７内、
２点鎖線Ｅは蒸気冷却器１０の出口での変動状況を示し
ている。なお、曲線Ｓは冷却水の飽和蒸気圧線である。

【００１５】すなわち、高地においては、エンジン１が
停止した冷態時の冷却水系路各部は大気温度Ｔ１にほぼ
等しい温度で圧力が大気圧Ｐ０の負圧であり、かつ、サ
ーモスタットバルブ１４が側路１５により気水分離器
８、蒸気冷却器１０及び冷却水用冷却器１２をバイパス
して流路７を流路１３へ短絡させている。

【００１６】この状態からエンジン１が始動すると、循
環ポンプ６の駆動により昇圧してエンジン１に送り込ま
れた冷却水は、エンジン１の冷却ジャケット４、５を流
通して流路７へ流出し、側路１５を経て流路１３の循環
ポンプ６へ吸い込まれるが、エンジン１の温度上昇に伴
って冷却水系路各部の冷却水温度も上昇し、その冷却水
量が増加するので、冷却水系路内から溢れた冷却水は流
路１３から通路２１を通ってリザーブタンク２０へ流入
することにより吸収される。

【００１７】冷却水系路各部の冷却水温度が上昇して、
サーモスタットバルブ１４での冷却水温度が所定温度Ｔ
２に達すると、サーモスタットバルブ１４は側路１５を
閉じて冷却水用冷却器１２と流路１３とを連通させるの
で、エンジン１から流路７に流出した冷却水は冷却水用
冷却器１２により冷却されてエンジン１に戻される。

【００１８】冷却水系路各部の冷却水温度がさらに上昇
し、循環ポンプ６の出入口における冷却水温度がＴ３に
達する一方、冷却ジャケット５内の冷却水温度が大気圧
Ｐ０での沸点Ｔ４に達して沸騰し、冷却水の一部が水蒸
気となることにより気水混合体となってエンジン１から
気水分離器８へ導かれる状態に至ったとき、気圧センサ
２７が検出して入力された大気圧Ｐ０の値に応じてコン
ピュータ２６が上記沸点Ｔ４を算出し、かつ、それにも
とづいてコンピュータ２６が設定した循環ポンプ６の入
口側冷却水温度Ｔ３を温度センサ２５が検出することに
より、コンピュータ２６が出力して電磁弁２４が閉じら
れ、リザーブタンク２０の内部が大気と遮断されて冷却
水系路が密閉されることになる。

【００１９】従って、エンジン１の温度がさらに上昇す
ると、冷却ジャケット５内での冷却水蒸発量も増加して
冷却水系路各部の温度及び圧力が図３のように飽和蒸気
圧線Ｓに沿って上昇し、エンジン１の正常運転状態にお
いて、それぞれ循環ポンプ６の出入口における冷却水温
度がＴ５、冷却ジャケット５内の気水混合体温度が飽和
温度Ｔ６に達して、エンジン１は効果的に沸騰冷却さ
れ、リザーブタンク２０内の水位は図２の高さにまで上
昇している。

【００２０】これらの場合、大気圧Ｐ０での沸点Ｔ４に
対応した循環ポンプ６の入口側冷却水温度Ｔ３を温度セ
ンサ２５が検出することにより、電磁弁２４が常に確実
に閉じられるので、リザーブタンク２０の通気孔２３か
ら冷却水系路内の圧力が逃げることを防止して、所期の
沸騰冷却性能を確保することができると共に、蒸気冷却
器１０及び冷却水用冷却器１２における冷却作用によっ
て、電磁弁２４が閉じられるときはコンピュータ２６に
より大気圧Ｐ０の値から設定した循環ポンプ６の入口側
冷却水温度Ｔ３がその圧力における飽和温度Ｔ４よりも
サブクール度：〔Ｔ４−Ｔ３〕、好ましくは１０°Ｃ前
後に近い値だけ低く、また、エンジン１の正常運転状態
においてもサブクール度：〔Ｔ６−Ｔ５〕として、循環
ポンプ６の入口側冷却水温度Ｔ５が飽和温度Ｔ６に対し
十分の温度差が保たれているので、循環ポンプ６による
冷却水の吸い込みによって冷却水が減圧されても、冷却
水が循環ポンプ６内で沸騰蒸発することは確実に防止さ
れ、従って、大気圧Ｐ０が負圧である高地においても循
環ポンプ６にキャビテーションが発生することを抑制で
きる。

【００２１】しかも、電磁弁２４が閉じられる冷却水温
度Ｔ３よりも低い冷却水温度Ｔ２でサーモスタットバル
ブ１４が側路１５を閉じて、冷却水用冷却器１２により
冷却水を冷却させるように構成されているので、循環ポ
ンプ６の入口側冷却水温度を確実に低下させて、循環ポ
ンプ６におけるキャビテーションの発生を一層確実に防
止することができる。

【００２２】また、大気圧Ｐ０の沸点Ｔ４に対応してコ
ンピュータ２６が設定した循環ポンプ６の入口側冷却水
温度Ｔ３を温度センサ２５が検出することにより、冷却
ジャケット５内で冷却水が沸騰、蒸発していることを把
握するようにしているので、循環ポンプ６の入口側にお
ける冷却水の上記サブクール度が常に的確な値となるよ
うに容易に制御することができる。

【００２３】エンジン１が上記正常運転状態からさらに
温度上昇しても、上記とほぼ同様の作用効果を奏するこ
とができるが、何らかの原因によりエンジン１の温度が
異常に上昇したため、冷却水系路各部の温度及び圧力が
異常に上昇し、図３において破線Ｃ及び波線Ｄがそれぞ
れ示しているように、冷却ジャケット５内及び流路７内
が危険蒸気圧Ｐ１とそのときの飽和蒸気温度Ｔ７にまで
到達し、従ってまた、他の冷却水系路各部も図３におけ
る各線の上端にまでそれぞれ達すると、気水分離器８及
び蒸気冷却器１０の頂部に設けられた安全弁１６が開く
ため、冷却水系路各部の温度及び圧力がそれ以上に上昇
することがないので、冷却水の蒸気圧による本システム
の破損を確実に防止することができる。

【００２４】前記の各運転状態からエンジン１の稼動が
停止すると、冷却水系路各部の温度及び圧力は上記と全
く逆の方向に徐々に低下し、温度センサ２５が検出する
循環ポンプ６の入口側冷却水温度がＴ３より適度のヒス
テレシス量、好ましくは３〜５°Ｃ低下したときに電磁
弁２４が開かれ、さらに冷却水系路各部が降温して、リ
ザーブタンク２０等を含めて元の冷態時の状況に復帰す
る。

【００２５】なお、リザーブタンク２０を流路１３に連
通する通路２１に、同通路２１を開閉する電磁弁を上記
電磁弁２４に代えて、もしくは上記電磁弁２４に追加し
て設け、上記温度センサ２５が循環ポンプ６の入口側冷
却水温度Ｔ３を検出することにより、上記電磁弁２４と
同様にこの電磁弁を閉じて、流路１３からリザーブタン
ク２０自身を遮断するようにしても、前記実施例と同等
の作用効果を奏することができ、さらに、リザーブタン
ク２０内の残留空気がエンジンルーム内の温度上昇に応
じて膨張することにより、冷却水系路内に予期しない圧
力増大をもたらして沸点が上昇するおそれは、電磁弁に
よる通路２１の閉止によって容易に解消することがで
き、循環ポンプ６の入口側における冷却水の上記サブク
ール度を一層精確に制御することができて、安定したエ
ンジン沸騰冷却システムを実現することができる。

【００２６】また、上記各実施例では、流路１３と側路
１５との接続点にサーモスタットバルブ１４が設置され
ているが、これを流路７から側路１５への分岐点あるい
は側路１５内に設置することもでき、さらに、蒸気冷却
器１０及び冷却水用冷却器１２を一体化させ、あるい
は、それらをエンジン自身により駆動されるファンによ
り冷却させ、さらには、流路１３内の冷却水温度を検出
する温度センサ２５を循環ポンプ６の出口側に設けるよ
うにすることもできるのはいうまでもない。

【００２７】

【発明の効果】本発明にかかるエンジンの沸騰冷却シス
テムにおいては、エンジン冷却液の温度上昇により冷却
器からエンジンに至る間のエンジン冷却液系路における
エンジン冷却液の温度が高地での大気圧に対応した設定
値以上に達すると、温度センサがこれを検知することに
より電磁弁が閉じられ、リザーブタンクが密閉もしくは
エンジン冷却液系路からリザーブタンクへの連通が遮断
されるため、エンジン冷却液系路を閉回路としてエンジ
ン冷却液による沸騰冷却を効果的に行わせることができ
ると共に、大気圧の変動にも対応して電磁弁の開閉精度
を高めることにより、エンジン冷却液が冷却器によって
常に適度に冷却されて適正なサブクール度が得られやす
く、このため、エンジン冷却液が循環ポンプ内で沸騰蒸
発することを防止して、循環ポンプのキャビテーション
発生を確実に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における概略的な全体配置図。

【図２】上記実施例の要部縦断面拡大図。

【図３】上記実施例の作用説明図。

【符号の説明】

１ エンジン ６ 循環ポンプ ７ 流路 ８ 気水分離器 １０ 蒸気冷却器 １２ 冷却水用冷却器 １３ 流路 １４ サーモスタットバルブ １５ 側路 ２０ リザーブタンク ２１ 通路 ２３ 通気孔 ２４ 電磁弁 ２５ 温度センサ ２６ コンピュータ ２７ 気圧センサ Ａ 循環ポンプ吸入口の温度及び圧力 Ｂ 循環ポンプ出口の温度及び圧力 Ｃ 冷却ジャケット内の温度及び圧力 Ｄ 上流側流路内の温度及び圧力 Ｅ 蒸気冷却器出口の温度及び圧力 Ｐ０ 高地の大気圧 Ｔ１ 大気温度 Ｔ２ サーモスタットバルブ作動温度 Ｔ３ 電磁弁閉止冷却水温度 Ｔ４ 冷却水沸点 Ｔ５ エンジン正常運転状態での循環ポンプ出入口温度 Ｔ６ エンジン正常運転状態での冷却ジャケット内温度 Ｔ７ 危険蒸気圧の飽和温度

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンから順次冷却器及び循環ポンプ
   を経て上記エンジンに戻るエンジン冷却液系路、上記冷
   却器と上記循環ポンプとの間の上記エンジン冷却液系路
   に連通するエンジン冷却液リザーブタンク、上記冷却器
   から上記エンジンに至る間の上記エンジン冷却液系路に
   おけるエンジン冷却液の温度センサ、気圧センサ、及び
   上記リザーブタンクと外方との連通もしくは上記エンジ
   ン冷却液系路から上記リザーブタンクへの連通を開閉す
   る電磁弁を有し、上記冷却器から上記エンジンに至る間
   の上記エンジン冷却液系路において上記温度センサが検
   出したエンジン冷却液の温度が上記気圧センサの検出値
   にもとづく設定値以上に達したとき、上記電磁弁が閉じ
   るように構成されたエンジンの沸騰冷却システム。