JPS60116518A - 車両用エンジンの沸騰冷却装置 - Google Patents

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】 （技術分野） この発明は、冷却液の気化潜熱を利用した車両用エンジ
ンの沸騰冷却装置に関する。

（先行技術） 冷却液をクォータジャケット内にて沸騰蒸発させ、その
気化潜熱によジエンジンの冷却を効率息く行なうように
した沸騰冷却装置が本出願人より提案されている（特願
昭５８−１４５４６７号＄）。

これを第１図に基づいて説明すると、ｌはエンジン本体
、２はシリンダブロック３およびシリンダヘッド４にか
けて形成されたウォータジャケット、５はウォータジャ
ケット２の上部に所定の空間部を残して充填された冷却
液（冷媒）である。

この冷却液５￥ｉ、エンジンの熱を吸収して所定の温度
に達すると沸騰し始め、気化潜熱を奪いながら蒸発する
。そして、この蒸発冷却液（蒸気）はウォータジャケッ
ト２の上部に接続する蒸気通路６を介して熱交換用のコ
ンデンサ７に導びかれる。

コンデンサ７には冷却風を送る冷却ファン（電動ファン
）８が取付けられ、その風量に応じて蒸発冷却液は外部
に放熱し冷却され、も・との液体に凝縮された後、ロワ
タンク９に貯留される。

ウォータジャケット２には液面センサ１ｏが設置され、
冷却液５の蒸発に伴ない液面がある程度下がると、制御
回路１１にょシウォータジャケット２のもど゛シ通路（
冷媒通路）１２に介装した供給ポンプ１３が駆動さｔＬ
る。このポンプ１３にょシ、ロワタンク９内の冷却液５
をウォータジャケット２へと循環するようにして閉回路
の冷却系を構成する。

１だ、制御回路］１は、冷却液温を検出する温度センサ
１４と、エンジン回転、アクセル開度、燃料供給量等を
検出する図示しない各センサがらの信号に基づいて、前
記冷却ファン８を駆動制御し、エンジンの冷却温度を運
転条件に応じて最適値に設定する。つまり、冷力１系内
は閉回路となっているため、系内の圧力を変化させるこ
とにより、冷却液の沸点を上下させることができる。

例えば、エンジンの発熱量が比較的少ない低負荷時には
、冷却ファン８の風量を減らしてコンデンサ７での放熱
、凝縮をある程度抑制し、冷却系内の圧力を大気圧以上
に高めることにょシ冷却液５の沸点を高める。これによ
シ、エンジンの冷却液温バシ゛を高めに維持して（例え
ば１２０℃）、冷却損失の軽減を図る。

これに対して、エンジンの発熱量が多い高負荷時には、
冷却ファン８の風πｒを増やしてコンデンサ７での放熱
、凝ｆｌｉｌ促進し、すると系内の圧力が大気圧以下と
なシ冷却液５の沸点が下けられ、エンジンの冷却液温度
を低めに保ち（例えば９０℃）、良好な冷却状態を確保
する。

冷却液５の沸騰気化潜熱は極めて大きく、また蒸発冷却
液によるコンデンサ７での放熱作用は十分にｉＭｌいこ
とから、少量の冷却液５でエンジンを効率良く冷却する
ことができると共に、その冷却温度を運転条件に応じて
応答良く制御することが可能であシ、したがって優れた
冷却機能が得られるのである。

他方、このような装置では、エンジンを停止して冷却液
の温度が常温近くまで下がった場合、それまで蒸発して
いた冷却液が液化して系内の圧力がかなシ低下し、強い
負圧を生じかねない。

そのため、補助通路１５．１６および電磁弁１７．１８
を介してウォータジャケット２に接続する補助タンク１
９が設けられ、エンジン停止時に補助通路１５を開き、
低下した系内圧力と大気圧との差圧を利用して補助タン
ク１９に貯えた補填用の冷却液を、液面センサ２０の検
出レベルまで導入させる。

壕／ヒ、系内圧力の低下により外部からウォータジャケ
ット２に空気が入り込んだ場合、これを排除するように
、前記蒸気通路６の上部に空気通路２１と電磁弁２２が
設けられ、例えばエンジン始動初期等に空気通路２１、
補助通路１６を開くと共に供給ポンプ１３７．４７駆動
し、補助タンク１９から冷却液を強制的に送り込んで余
分の空気を排出しつつ゛冷却液面を所定のレベルに合わ
せる。この空気は補助タンク１９の上部空気層に導ひか
れ、フィルタ２３を介して外部に排出される。

そして、この状態において、エンジンの始動によシ冷却
液の温度が上昇し所定の温度に述すると、冷却液は沸騰
、蒸発を開始するが、このとき液面センサ１０，２４の
検出レベルに応じて補助通路１５を開き、冷却液を大気
圧下で沸騰、蒸発させ、その蒸発圧力によって補填され
た分の冷却液を補助タンク１９へと押し戻す。

この場合、供給ポンプ１３は液面センサ１０に応じて駆
動され、ジャケット２内の液面を適正レベルに保つよう
にロワタンク９から冷却液を送や、ロワタンク９内の液
面が所定レベルになると停止される。

これにより、蒸発圧力を大気圧に保ちながら、系内の冷
却液を適正量に復帰ならびに設定するのである。したが
って系内に空気が入り込むようなことは防止され、コン
デンサ７での熱交換効率が良好に維持される。

このようにして、常に？）１１騰冷却の的確な冷却作用
が得られ、その高い冷却性能が維持されると共に、前記
冷却ファン８の風（ρ゛に応じて冷却液の沸点圧力を大
気圧以下に任意に下げることができ、前述したようにエ
ンジンの高負荷時等に冷却温度を１００℃以下（°水を
用いた場合）に設定することが可能と々っている。

なお、上記装置ｒ１゛では、少量の冷却液でエンジンの
冷却を行なえるから、ウォータジャケット２はもちろん
、コンデン′ｖ７、供給ポンプ１３等も小さくてすみ、
冷却系の小型化、４イ量化を図れる。

また、エンジンの暖機時間を短縮することが可能になる
と共に、コンデンサ７での放熱効率が良好なことから、
冷却ファン８の駆動動力を低減でき、騒音ならひの燃費
の改善が図わ７るという利点がある。

ところで、このような沸騰冷却装置にあっては、コンデ
ンサ７での高い放熱効率が得られることから、特に車両
の走行速ｊＷが太きいときには、その走行風によって十
分な放熱か行ガわれ、冷却ファン８の駆動動力を大幅に
低減することが可能となっている。

しかし、走行風がコンデンサ７に良く当たる場合はよい
が、コンデンサ７の設置位置が悪くて走行風が当たりに
くい場合だと、冷却ファン８が頻繁に駆動されることに
なり、その駆動による動力損失が相当増加しかねない。

例えば、エンジンが運転席の下側に配置されるようなキ
ャブオーバ型の車両に、前述した沸騰冷却装置を搭載し
ようとすると、第２図に示すように数句位置等の関係か
ら、車両２５の運転席２６の下（ｔｉｌｌに置かれるエ
ンジン２７の前方部分にコンデン→）７を設置するのが
普通である。ただし、２８けプロペラシャフトを示す。

このようなキャブオーバ型では、エンジンスペースが狭
い半面、乗員の足元付近に十分な空間を確保することが
必要で、コンデンサ７の大部分が運転Ｊｒ’６２６の床
２９によって覆われておシ、そのため風の通シが悪く、
コンデンサ７に送られる走行風は矢印で示すように不自
然な流れとなってしまう。

したがって、キャブオーバ車のエンジンに沸騰冷却装置
を適用する場合、コンデンサ７に走行風合十分に送るこ
とは離しく、この結果冷却ファン８の負荷が増え駆動動
力が増大すると共に、コンデンサ７の高い放熱機能を維
持することができず、冷却性能の低下を招くという問題
があった。

（発明の目的） この発明は、コンデン′リーへの通風を良好にして上記
問題点の解決を図ることを目的としている。

（発明の構成および作用） この発明は、前述した沸騰冷却装置をキャブオーバ型等
の車両のエンジンに搭載する場合には、冷媒放熱用のコ
ンデンサを車両の屋根に設置する。

そして、この場合コンデンサを車両の走行方向に対して
所定の傾斜角で設置する。

したがって、車両の形状にかかわらず、コンデンサへの
最良の通風状態が得られ、コンデンサに走行風を十分に
送ることができる。これによシ、冷却ファンの駆動が減
ぜられると共に、コンデンサでの高い放熱機能が維持さ
れるのである。

（実施例） 第３図、第４図は本発明の実施例を示す構成配誼図とそ
の制御系を含めた構成断面図で、２５はエンジン２７が
運転席２６の下側に配置されるキャブオーバ型の車両で
ある。

このエンジン２７のシリンダ回シには、冷却液（冷媒）
５が充填されるウォータジャケット２が　−形成ちれて
おシ、そのウォータジャケット２の上部に沸騰蒸気を導
く蒸気通路３０が接続する。

そし、て、この蒸気通路３０が途中から車両２５の上方
へ立上るように形成され、その上方端に放熱用のコンデ
ンサ３１が配設、接続される、このコンデンサ３１は車
両２５の屋根３２の部分に設置され、蒸気通路３０は車
両２５に対するコンデンサ３１の後部端３３に接続され
る。

具体的には、運転席２６上部の天井板３４をへこまぜて
所定のスペース３５を設け、第５図に示すようにコンデ
ンサ３１がスペース３５内に屋根３２の高さと合わせる
ように取付けられる。

天井板３４は、この場合車両２５に対して前部りに形成
され、車両２５の前方から流れ込む走行風をコンデンサ
３１に導くようになっている。

コンデンサ３１も同じく車両２５に対していくらか前部
シに傾くように取付けられ、コンデンサ３１の前部端３
６がその後部端３３より低い位置となるようにしている
。ただし、コンデンサ３１の本体は前記第１図のコンデ
ンサ７と同じもので良い。

そして、このコンデンサ３１の前部端３６よりさらに低
い位置に、液化された冷却液５を一時貯留するロワタン
ク９が配静をれ、前部端３６に配管３７を介して接続き
れる。

このロワタンク９０下１１１５には、垂直に立下る冷媒
通路３８が接続し、冷１：Ｊ　：１１７１路３８の途中
に電磁弁３９（三方向電磁弁を用いている）と供給ポン
プ１３が駆動°され、ポンプ１３下流がウォータジャケ
ット２の下部に接続さＪ′１．る。この供給ポンプ１３
としては容積型のものが良い。

一方、１９は補填用の冷却液５を貯えた補助タンクで、
補助通路１５．１６と電磁弁１７．３９を介してそれぞ
れウォータジャケット２と冷媒通路３８に接続する。

４０は冷却系内の空気を排除するだめの空気通路で、コ
ンデンサ３１の後部端３３の最上部４１に接続すると共
に、その他端が電磁弁２２を介して補助タンク１９内の
上部空間に開口する。空気通路４０は、この場合コンデ
ンサ３１近傍にて分岐され、ロワタンク９の上部空間と
も接続される。

また、コンデンサ３１の前方には冷却ファン（電動ファ
ン）４２が設置され、この冷却ファン４２としては前記
スペース３５に合わせて例えば横長形の還流ファンが用
いられる。

そして、ウォータジャケット２内には液面センサ１０と
温度センサ１４が、ロワタンク９内には液面センサ２４
がそれぞれ設置され、これらの検出信号は前記各アクチ
ュエータ４２．１３．１７゜２２．３９の制御回路１１
に送られる。

この制御回路１１ならびに各アクチュエータ４２．１３
．１７，２２．３９の機能、動作はほぼ前記第１図で述
べた通りであり、例えばエンジン始動時に冷却系内の冷
却液５を適正量に設定した後の通常の運転１１４トにあ
っては、エンジン負荷等に応じて冷却ファン４２を駆動
する一方、冷媒通路３８ｆ：開き、液面センサ１０の検
出値にしたがって供給ポンプ１３ｉ駆匍】シ、ウォータ
ジャケット２内の冷却液面を適正レベルに保ちつつ、コ
ンデンサ３１で液化さノ１．た冷却液５をロワタンク９
からウォータジャケット２へと循環させる。

他方、エンジン停止時は、系内の温度ならびに圧力があ
る程度下った後に補助通路１５全開き、低下した系内の
圧力により系内に補助タンク１９からの冷却液５を導入
させる。

また、系内に空気が入り込んだ場合に１°ｔよ、エンジ
ン始動初期等に空包通路４０と補助通路１６を開くと共
に供給ポンプ１３′ｆ：駆動し、コンデンサ３Ｊの最上
部４１まで補助タンク１９からの冷却液５を節制的に送
り込んで空気全排出する。

このように構成したので、エンジン２７の冷却を行なう
通常運転時には、ウォータジャケット２内の冷却液５が
エンジン２７から気化潜熱を奪いながら沸騰、蒸発し、
蒸気通路３０を介してコンデンサ３１へと導かれるが、
この蒸気通路３０１４はぼ垂直に形成されているため、
その蒸気はスムーズにコンデンサ３１へと流入する。

そして、この蒸気はコンデンサ３１にて放熱され、もと
の液体に凝縮されるが、このコンデンサ３１は車両２５
の屋根３２の部分に設置されておシ、このためコンデン
サ３１回りの良好な通風状態が得られると共に、車両２
５０走行に伴って走行風がコンデンサ３１に十分に吹当
るのである。

したがって、コンデンサ３１の高い放熱機能が維持され
、冷却ファン４２をそれほど回さなくとも、走行風に応
じてコンデンサ３１での放熱を十分に促進することがで
きる。

これによシ、キャブオーバ車であっても、冷却ファン４
２の負荷を低減することが可能となり、動力＋１１失を
招くことｋ〈沸Ｍ＃冷却による優れた冷却性能が確保さ
れるのである。

なお、コンデンサ３１で液什された冷却液５は、蒸気が
流入するコンデンサ３１の後部端３３よシ低位置の前部
端３６から、配管３７を介してさらに但位置のロワタン
ク９に流入し、ここからウォータジャケット２へと戻さ
′ｉ′Ｌる。したがって、液化された冷却液５が逆流す
ることはなく、コンデンサ３１内は蒸気で保たノ１、常
に安定したコンデンサ３１の作用が得られる。

一方、エンジン２７の停止時には、系内の温度がある程
朋下った後に補助通路１５が開かれ、系内圧力と大気圧
との差圧によυ系内に補助タンク１９からの冷却液５が
１吸入烙れる。コンデンサ３１は高位層にあるが、系内
にほとんど空間部が残ることはなく、これによｐ系内が
負圧となること全防止できる。

また、系内に空気が入り込んだ場合、エンジン始動初期
等に空気通路４０と補助通路１６が開かれると共に供給
ポンプ１３が駆動袋れ、補助タンク１９からの冷却液５
が系内に強制的に送り込まれる。この冷却液５はウォー
タジャケット２、蒸気通路３０　、コンデンサ３１、ロ
ワタンク９へと順々に送シ込まれ、したがってコンデン
サ３１の最上部４１々らびにロワタンク９内の空間に空
気が入り込んだとしても、その空気は確実に排出される
。ただし、この排出は短時間で終了することから、所定
時間の経過後側通路４０．１６を閉じるようにすると良
い。

なお、本実施例では、第４Ｍの点線で示すように供給ポ
ンプ１３と電磁弁２２．３９’ｔ−スイッチ（手動スイ
ッチ）４３を介して直接電源に接続し、スイッチ４３を
入れたときに補助通路１６と空気通路４０を開き、同時
に供給ポンプ１３を駆動するようにもなっている。これ
によれば、例えば補助タンク１９のフィルタ（キャップ
）２３をあけ、スイッチ４３を入れながら補助タンク１
９内に冷却液５を注入すると、その冷却液５は系内に圧
送をれることになり、冷却液５の交換が非常に容易とな
る。

（発明の効果） エンジンが運転席の下側に配置されるようなキャブオー
バ型の車両であっても、コンデンサに十分走行風を送る
ことができ、冷却ファンの負担を軽減しつつコンデンサ
での良好な放熱機能を保つことができ、沸騰冷却による
優れた冷却性能を発揮できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の構成断面図、第２図はキャブオーバ型
車両の概略図、第３図は本発明の実施例を示す構成配置
図、第４図はその制御系を含めた構成断面図、第５図は
第３図のＡ　−’Ａ線断面図である。 ２・・・ウォータジャケット、５・・・冷却液、９・・
・ロワタンク、１０・・・液面センサ、１１・・・制御
回路、１３・・・供給ポンプ、１７・・・１１ｆ５磁弁
、１９・・・補助タンク、２２・・・１１Ｌ磁弁、２４
・・・液面センサ、２５・・・車両、２７・・・エンジ
ン、：ｌＯ・・・蒸気通路、３１・・・コンデンサ、３
２・・・屋根、３８・・・冷媒つ１１１路、３９・・・
電磁弁、４０・・・突気通路、４１・最上部、４２・・
・冷却ファン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　大部分を液相冷媒で満たしたエンジンウォータジ
   ャケットと内部を気相状に保ったコンデンサとを、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
   給する冷却ファンを設けると共に、液相冷媒を貯留した
   補助タンクを弁手段を介して前記閉回路に接続した車両
   用エンジンの沸騰冷却装置において、前記コンデンサを
   車両の屋根に設置したこと、全特徴とする車両用エンジ
   ンの沸騰冷却装置。 ２、上記コンデンサは、車両の走行方向に対して所定の
   傾斜角で設置される特許請求の範囲第１項記載の車両用
   エンジンの沸騰冷却装置。 ３、上記コンデンサは、その最上部が電磁弁を介して上
   記補助タンクと連通ずる特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の車両用エンジンの沸騰冷却装置。