JPS59180023A

JPS59180023A - 自動車用エンジン蒸気冷却装置

Info

Publication number: JPS59180023A
Application number: JP58053786A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Hayashi; 義正林
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1983-03-31
Filing date: 1983-03-31
Publication date: 1984-10-12
Also published as: EP0121182A1; DE3461729D1; US4554891A; EP0121182B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、高効率、軒量、低騒音、燃費改善及び、暖
機特性改善などをもたらすエンジン蒸気冷却装置に関す
る。

従来のエンジン冷却システムとしては例えば第３図に示
すようなものがある。（社団法人日本自動車整（ｌｖｉ
振興振興会連合会昭和５７尼８ンジンのつＡ−タジャケ
ットＪや、ラジェータＲ内は、冷却液（以下冷媒とも称
す）で充され、冷媒は液状でこれらの中をウォータポン
プＷの作動により循環し、エンジンを冷却していた。

しかしながら、この従来のものは、液体流動による冷却
を本命とするので、もちろん、冷媒が気泡になること、
即ち、沸騰することは温度及び圧力上昇による冷媒の放
出、引いては、冷却能力の低下を来たすことになり、全
くタブー視されていた。従って冷媒として水を使用した
とすると、エンジン出入口の冷媒の温度差を４℃とした
場合、１ｋｏの水が移動して放熱できる熱量は４ｋｃａ
ｌである。１．８１クラスのエンジンが全負荷運転して
いる時、冷却システムが捨てる熱量を４．　Ｏ　Ｏ　０
０　ｋｃａｌ／　ｈとれば、４００００÷６０Ｘ１／４
＝１　６　７　ｋｏ／ｍｉｎすなわち１　６　７　１／
ｍｉｎ　（Ｄ循環口が必要である。またジャケラ１〜も
水で充満され、ウォータポンプで攪拌されるため暖機も
悪かった。

このように、従来のエンジン冷却システムにあつでは、
液状の冷媒がエンジンのつ４−タシャケッ１−とラジェ
ータ間を循環し、何ら相変化を利用づ−ることかなく、
エンジン冷７４１を人間の水流にたよる方式となってい
たため、ラシェーク内にまでも冷媒が充満され、大流ｍ
のつＡ−タポンブが必要となり重く、また、そのポンプ
を回転さけるのにも多大の動力を要した。さらに、冷ム
１１系の熱容最が大きくエンジンの暖機特性が空冷式に
（らへて劣るという問題点があった。

］−記問題点を解決するため、蒸発時の潜熱を利用した
、いわゆる、蒸発冷１１０装置６が考えられるが、ぞの
場合、燃焼室壁面等の伝熱面か液面から露出して蒸気を
過熱り−るドライアラ１〜の問題を解決する必要がある
。

この発明は、このような従来の解決すべき問題点に着目
してなされたもので゛、シリンダウィナ、及び、燃焼室
壁面イＴどの主要熱伝達面が冷却液面下にあるように冷
却液を」ンシン内に充たし、該冷ｆｎ液か前記表面から
の核沸騰による熱を奪−）で生成した蒸気をコンデンサ
に導き液化させ、フィードポンプにより再びエンジンに
戻す冷却システムであって、エンジン内の冷却液の液面
レベルを゛□検出する液面センサを設け、該液面センサ
により前記フィードポンプを制御することにより、エン
ジンのウォータジャケットの大部分を液状冷媒である一
定のレベルに満たして、ドライアウトを防ぎ、過熱を完
全に防止し、しかも、熱の移動を潜熱を用いて行なうよ
うにして上記問題点を解決することを目的としている。

以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す図である。

まず構成を説明すると、１は蒸気の出口、２は気液分離
器、３は温度センサ、４ａ　、４ｂは液面センサ、５は
液面、６は暖機促進用の液面センサ。

７はモジュレータ、８はコンデンサ、９は液体タンク、
１０は電動ファン、１１は電動式のフィードポンプ、１
２は冷媒の循環パイプ、１５はシリンダライナ、１６は
燃焼室壁面、１７は液状冷媒即ち冷却液である。

エンジンのウォータジャケット内は液状の冷媒３− １７で渦たされでいるが、その液面５より−６１一方の
部分は空間となっている。エンジンのシリンダヘラ１〜
′１８の両側に配設された液面廿ン勺４８と４ｂは水位
有無の信号をモジツーレータ７に送る。

液面センサ６も同様である。温度センサ３は空間１９の
温度即ち蒸気温度を検知し、圧力と温度は一義的な関係
があるので、これは圧力センサで置換えてもよく、要す
るに、その出力をモジュレータ７に送るようになってい
る。

そして、液面５以上の空間１９が蒸気で満たされ、気液
分離器２により気体のみを出口１に取出すようになって
いる。この蒸気はコンデンサ８で放熱液化され、液体タ
ンク９に液体として蓄えられる。コンデンサ８は電動フ
ァン１０により冷却される。液状の冷媒はタンク９から
電動式のフィードポンプ１１によりパイプ１２を介して
エンジンに供給される。

次に作用を説明する。

第１図において、液面５が液面センサ４ａ、または４ｂ
のいずれかまで達していない始動時の場４− 合、イグニッションスイッチ２０の閉により、液面セン
サ４ａ又は４１）からの指令がモジュレータ７に送られ
、そして、そこからポンプ１１に送られるので、ポンプ
１１が作動し、液体タンク９の中の冷却液をエンジンの
ウォータジャケットに送る。やがて、液面５が上讐し、
液面センサ４ａ又は４ｂの位置に達すると、指令が出な
くなるので、ポンプは停止にし、液面５は図に示す所定
のレベルとなる。かくして、シリンダライナ１５及び燃
焼室壁面１６は冷却液１７に浸される。

エンジンが運転されると、燃焼室壁面１６等の伝熱面か
らの発熱により、これに接する冷媒１７Ｈ’気泡。粒と
な、いゎｇｈ核沸騰、生６、そ。熱を奪い、蒸気どなり
冷却液中を上昇して、空間１９に溜出する。

空間１９内の蒸気は気液分離器２により分離され、出口
１からコンデンサ８に送られ、ファン１０により冷却さ
れて、タンク９に液体として貯えられる。

冷媒が水の場合には蒸発熱は５３９　ｋｃｃａｌ　／　
ｋ。

であるので、従来の液循■累の場合に比較りるどその移
動量、つまり、循環量は著るしく少い。即ち、４０００
０ｋａｃｌを捨てる場合で−ｂ　／Ｉ　００００　／　
６０／　５３９　＝　１．２３Ｊ＋／ｎ＋ｉ＋）で良い
ことになる。

従って、冷Ｗ１７の蒸発にＪ：る液面５の低］；は極め
て僅かであるので、冷媒、即ら、冷却液のジ１７ケツＩ
〜内移動は殆ど無視できる。数リイクルの後、液面５が
低下すると液面センサ４ａ又は４ｂの指令によりポンプ
１１が作動してタンク９から冷媒は１ンジンジヤケツ１
〜内に送られ、補充される。従つ−Ｃ液面は常時一定レ
ベルを維持する。

このように、本発明方式は、従来の液冷式の場合燃焼全
壁面の温度分布に３０℃の差があったが、本発明燃焼室
壁面の温度分布は６℃以内に納まり局部過熱がないので
、ノック防止の効果があ−）た。

これは、本発明が、従来の液の流動による熱伝達方式を
用いず、核沸騰による蒸発潜熱を利用した方式を採用し
たため、伝熱面が冷却液に浸されにさえいれば熱の授受
が行なわれることになり、液の流動は殆ど関係ないとい
う理由による。

空間１つ内の蒸気温度が設定値より高くなると２ｍ＋度
センサ３が例えば水温で１１９℃または圧力センサの場
合はこれに対応する圧力０．９ｋｏ／ａｍ２を越えた値
を検出し、モジュレータ７からの指令により、ファン１
０が回転を増加して］ンデンザ８中での蒸気の凝縮を促
進する。この場合、従来の冷ｆｉｌｌシステムに比し、
冷媒温度が高いので、コンデンサからの放熱特性は優れ
たものとなる。

また、液面センサ４ａと１！ｌ−ｂがシリンダヘッド１
８のノエ右に、それぞれ設けられているので、車両が傾
いたり、またハｌ′ｌ速度が加わり液面５が傾いて一方
のセンサーが液面から露出しても、他方のセンサが液面
下にあるので、フィードポンプ１１が誤って作動すると
いうことはない。

次に暖機時の作動を説明する。温度センサ３がエンジン
の冷間状態にあることを検知すると、その信号はモジコ
レ−タフを介してフィードポンプ１１に伝達され、これ
を逆回転させる。づ−ると液面５は低下し、シリンダブ
ロック２１の側面に設りた液面センサ６のレベルまで達
する。液面セン　７− 十Ｊ６が露出すると、その信号により七ジコレータ７を
介してモータ１１が停止する。かくして、エンジンを暖
機すると、シリンダライナ、及び燃焼至壁面は冷却液に
浸されていないので、放熱が少＜＜ｒす、暖機が早めら
れる。

第２図【ま、温度センサ３の信号で冷却系温度訓１３の
表示を行なうものである。この図で、１４は冷媒が少く
なったことや、Ａ−バヒート近くなったことを示す警告
灯である。これにはモータ１１がいくら回転しても、液
面５が液面センサ／Ｉａ又は４ｂのレベルまで回復しな
いとき、点灯さける方法を用いるのが簡便な方法である
。

以上説明してきたように、この弁明にｊ、れば、その構
成を、エンジンをつＡ−タジャケツトの大部分を、浸し
た冷媒の核沸騰による潜熱が冷Ｌ１１シ、その熱気を外
部のコンデンサで凝縮（）、しかもコンデンサへの送風
とエンジンへの凝縮液供給を制御するようなシステムと
したため、冷媒循環量を従来の１／１００以下とし、軽
量で、しかも燃焼室の壁面温度の均一化を計り、更に、
＠機特性の８− 改善、燃費改善などを図ることができるという効果が得
られる。また、簡便に温度（圧力）表示及び警告灯点灯
などを行なうことができる。

本発明の実施の態様を以下に列記する。

（１）　　コンデンサ冷却ファンの制御は冷却系内圧を
検知して行なう、こと。

（２）冷Ｆｌｌ液面レベルの上限は、複数個の液面セン
１Ｊ“を用い検知すること。

（３）電動ファンは冷却系内の液あるいは蒸気の湿度若
しくは圧力が所定温度若しくは圧力部−Ｌになったとき
、その温度差若しくは圧力差に応じて回転速度を変える
ようにしたこと。

（４）電動ファンは前項の温度差若しくは圧力差の微分
値に応じ、すなわち、温度差若しくは圧力差が増大する
方向であればファン回転速度を早く減少する方向であれ
ば遅く制御すること。

（５）　　フィードポンプはエンジン冷間時に逆転しシ
リンダブロックウォータジャケット下端近くまで冷却′
ａ面を低下させ、暖機特性を改善すること。

（６）　　前項の液面下限は、シリンダブロックに装着
した液面センサで行なうこと。

（７）温度（圧力）センサはその信号により車内ｈｌ器
盤の温度計を作動すること。

（８）　　冷ｔｓ山の不足は液面センサの信号により検
出し警告灯などを作動すること。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明冷却システムの全体図、第２図は第１図
のシステムの温度センサの信号を応用した水温計の例、
第３図は従来の水冷エンジンのシステム図である。図面に現われた符号の説明１・・・蒸気センサ　　　　２・・・気液分離器３・・
・温度センサまたは圧力センサ４、ａ、４ｂ及び６・・・液面センサ５・・・冷媒液面　　　　　７・・・モジュレータ８・
・・コンデンサ９・・・液体貯留用タンク１０・・・電動ファン１１・
・・フィードポンプ　１２・・・冷却液循環パイプ１５
・・・シリンダライナ　１６・・・燃焼室壁面１７・・
・冷媒（液体）ＶＩ　　訂　出願人　　日産自動車株式会社第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

シリンダライナ、及び燃焼至壁面などの主要熱伝達面が
冷ｆＪＩＧ面下にあるように冷却液をエンジン内に充た
し、該冷却液が前記表面からの核沸騰による熱を奪って
生成した蒸気をコンデンサに導き液化さゼ、フィードポ
ンプにより再びエンジンに戻す冷却システムであって、
エンジン内の冷却液の液面レベルを検出する液面セン４
↓を設り、該液面センサにより前記フィードポンプを制
御することを特徴とする自動車用エンジン蒸気冷却装置
、。