JPS61275522A - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、冷媒の沸騰気化に基づいてエンジンを冷却
する沸騰冷却装置に関する。

冷媒（冷却液）の沸騰気化潜熱を利用してエンジンの冷
却を効率良く行うようにした冷却装置がある（特公昭４
７−５０１９号公報参照）。

これは、例えば第３図に示すように、エンジンのつオー
タツャケット１に貯留した冷却液２をエンジン発生熱で
沸騰させ、発生蒸気をつオータクヤケット１上部に設け
た放熱器（コンデンサ）３で液化した後、つオータジャ
ケット１に戻すというサイクルで冷却を行うものである
が、この場合コンデンサ３内に空気が侵入すると、コン
デンサ３での放熱作用が低下するため、置換層の冷却液
を貯留したリザーバタンク４が備えられ、コンデンサ３
の上部と連通されている。

したがって、エンジン冷間時にはコンデンサ３内も冷却
液で満たされているが、エンジンを始動しａｍが進んで
冷却液が沸騰し始めると、発生蒸気によりコンデンサ３
内の冷却液が次第にリザーバタンク４に押しやられ、や
がてコンデンサ３内は蒸気のみの空間となる。これによ
り、冷却運転時にコンデンサ３での商い放熱作用を確保
している。

また、エンジンを停止して冷却液の温度が下がると、そ
れまで蒸発していた蒸気が液化してコンデンサ３内の圧
力が低下するが、このと軽リザーバタンク４内の冷却液
面にかかる大気圧との差圧により、リザーバタンク４内
の冷却液がコンデンサ３内に吸入される。これにより、
系の負圧化を防止している。

尚、５は冷却７アン、６は補助タンクである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような冷却装置にあっては、リザー
バタンク４が大気に開放されているため、冷却液の沸点
が大気圧により固定されてしまう。

したがって、冷却液温度をエンジンの運転条件に応じて
可変的に制御することは困難であり、エンジンを最適な
温度条件で運転してエンジン性能を十分に発揮させるこ
とは不可能であった。

例えば、エンノンの発熱量が比較的少ない低負荷時に冷
却液温度を高めにできれば冷却損失の軽減が図れるが、
この場合冷却液温度が１００℃（水の場合）を越えるこ
とはない、また、高負荷時に冷却液温度を下げ−られれ
ばより良好な冷却状態を保って高いエンジン性能が得ら
れるが、コンデンサ３での放熱をい（ら促進しても、冷
却液温度を１００℃以下に下げることはできない。

この発明は、このような問題点を解決し、優れた性能を
有する沸騰冷却装置を提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手Ｐｉ） この発明は、大部分を液相冷媒で満たした工ンノンウす
一タノヤケットと、ウォータジャケットからの冷媒蒸気
を冷却液化するコンデンサと、コンデンサからの液化冷
媒を一時貯留するロワタンクとを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
冷却ファンを備えたエンジンの沸騰冷却装置において、
置換用の液相冷媒を貯留したりザーバタンクを設け、こ
のリザーバタンクを前記ロワタンクに連通すると共に、
このリザーバタンクを大気に連通ずる通路に電磁弁を設
置する。

（作用） したがって、コンデンサが冷媒蒸気で満たされた状態で
、電磁弁によりリザーバタンクと大気との連通路を閏じ
ると、ウォータジャケットでの冷媒の沸点は系内の圧力
のみにより定まるようになる。即ち、系内の圧力はウォ
ータジャケットでの冷媒の蒸発量とコンデンサでの冷媒
の凝縮量とに応じて定まり、このためコンデンサでの放
熱状態に応じてウォータジャケットでの冷媒の沸点を変
えることができ、冷媒の温度を可変にできる。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示す構成断面図で、７はエン
ノン（本体）、８は大部分が液相冷媒（？ｆ？却［）９
で満たされるウォータジャケット、１０はつオータジャ
°ケット８からの冷媒蒸気を冷却液化するコンデンサ、
１１はコンデンサ１０からの液化冷媒を一時貯留するロ
ワタンク、１２はロワタンク１０の貯留冷媒をウォータ
ジャケット８へと戻すポンプ（電動ポンプ）、１３はコ
ンデンサトン）である。

つオータジャケット８はエンジン７のシリンダブロック
７ａおよびシリングヘッド７ｂにかけて形成され、その
上部に接続する蒸気通路１４を介してコンデンサ１０の
入口部と連通される。

ロワタンク１１は途中にポンプ１２を介装した冷媒通路
１５を介してつす一タジャケット８の下部に接続され、
つす−タジャケット８とコンデンサ１０との闇で冷媒が
循環する閉回路が形成される。１６は空気抜き口で、キ
ャップ１７により密ｒＲされる。

また、ロワタンク１１には補助通路１８が接続し、この
通路１８の他端に所定量の液相冷媒を貯留したリザーバ
タンク１９が配設、接続される。

このリザーバタンク１９は装置の上部に配設される。

そして、このリザーバタンク１９内を大気に連通する通
路２０の途中に、通路２０をＷＩｒ！Ｒする電磁弁２１
が設置される。この電磁弁２１は通電さハス）−涌歇９
０か明１−ス 尚、通路２０の回りには放熱フィン２２が、閏日端には
フィルタ２３が取り付けられる。また、２４は冷媒の注
入口、２５はその気密キャップである。

一方、２６は前記ポンプＪ２、冷却７７ン１３および電
磁弁２１の制御回路で、ウォータジャケット８の上部に
設けた液面センサ２７と温度センサ２８と、蒸気通路１
４に収り付けた差圧センサ２９およびエンノン運転状態
を検出するその他の手段（図示せず）とともにｉｌｌ　
ｌｊ　Ｐ、統を形成している。

液面センサ２７はその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し、温度センサ２８は冷
媒の温度からエンノン温度を検出する。差圧センサ２９
は系内の圧力が大気圧以上のときに導通する。

そして、制御回路２６はこれらの検出信号に基づいて次
のようにポンプ１２、冷却７７ン１３、電磁弁２１を駆
動１１Ｊ御する。

まず、エンノン停止状態では電磁弁２１は開いており、
リザーバタンク１！り内は大気に開放されている。した
がって、リザーバタンク１９の貯蕾冷媒は系内に導入さ
れ、系内は液相冷媒で満たされた状態にある。尚、この
ときリザーバタンク１９に若干冷媒が残る程度に冷媒の
全量が設定される。

この状態からエンジンを始動すると、エンジン発生熱を
受けてウォータジャケット８内の冷媒の温度が上昇し、
やがて冷媒が沸騰し始めると、その発生蒸気の圧力で系
内の液相冷媒が次第にロワタンク１１から補助通路１８
を介してリザーバタンク１９へと押し戻される。

この時、系内の冷媒液面は徐々に低下するが、つオータ
ジャケット８の冷媒液面が液面センサ２７のレベルまで
低下すると、その検出信号に応じて制御回路２６がポン
プ１２を駆動し、常にセンサレベルを維持するようにロ
ワタンク１１＠から液ＭＪ冷媒を供給する。

そして、所定の時間がＡｌｆｉＬ、コンデンサ１０側の
冷媒液面が低下してロワタンク１１のレベル（補助通路
１８の開口位置）にくると、制御回路２６は電磁弁２１
を閏じる。これにより、ウォータジャケット８の冷媒液
面が適正レベルを保ちつつ蒸気通路１４およびコンデン
サ１（）は蒸気のみで満たされ、以後ｉよ冷却運転に入
る。

この冷却運転では、ウォータジャケット８で発生した冷
媒蒸気がコンデンサ１０にて冷却液化され、ロワタンク
１１へ落下した後、つオータノヤケット８での冷媒液面
の低Ｆに伴い駆動されるポンプ１２により、再びつす一
タクヤケット８へと循環される。

また、この冷却運転では、制御回路２６が温度センサ２
８の検出信号およびエンジン回転、燃料供給量等からエ
ンジンの運転状態を判別し、運転状態に応じた所定のエ
ンジン温度となるように冷却ファン１３を駆動制御する
。

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１３の風量を減らしてコンデンサ１０での
放熱、液化をある程度抑制し、系内の圧力（蒸気圧力）
を大気ｊ＋以上に高め、冷媒のとで系内は外部に対して
密…状態となっており、このため冷媒の沸点は大気圧に
よらず系内の圧力のみにより定まり、エンノンの冷却温
度は高めに維持される。

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１；）の風量を増やしてコンデンサ１０での
放熱、液化を促進し、系内の圧力を大気圧以下に下げる
。これにより、冷媒の沸点を下げ、エンジンの冷却温度
を低めに保つ。

他方、冷媒の温度が設定温度に達しない時には冷却ファ
ン１３を停止するが、例えば扱い降板走行時のように走
行風だけで冷媒温度が太き（低下した場合、制御回路２
６が温度センサ２Ｂと差圧センサ２９の検出信号に応じ
て前記電磁弁２１をＦＪＩＩさ、系内の圧力が大きく低
下しないようにリザーバタンク１９の冷媒を系内に吸入
させる。この後、冷媒の温度が上昇すれば、蒸気の圧力
により吸入冷媒をリザーバタンク１９に押し戻し、電磁
弁２１を閉じ、もとの冷却運転に復帰する。

ｊＬｌ／　　蒲齢屯麹二ず一：１〜＝ｊＪ處、し小！し
　マンジン温度が次第に低下し、系内の圧力が下がるが
、制御回路２６が差圧センサ２９の信号にｋり系内の圧
力が大気圧以下に下がった時に電磁弁２１を開く。

尚、３０は車室暖房用のヒータコア、３１はその循環ポ
ンプを示す。

このように、リザーバタンク１９内を大気に連通ずる通
路２０に電磁弁２１を設け、エンジン始動時には通路２
０を開いて県内を大気に開放するので、蒸気の発生に伴
って、つす−タシャヶット８の冷＃＆液面を適正レベル
に保ちながら、冷却運転に入るときに蒸気通路１４とコ
ンデンサｌｏ内を蒸気のみの空間とすることができる。

そして、冷却運転時には通路２ｏを閉じ、系内が密閉状
態となるので、コンデンサ１ｏでの１％状態に応じて系
内の圧力を変えることができ、つす−タジャケット８で
の冷媒の沸点を変えることができる。

したがって、冷却ファン１３の風量に応じてエンジン冷
却温度を可変的に制御することが可能となり、例えば、
エンジン低負荷時には冷却温度をある程度高めにｉａｉ
＊することで冷却損失の軽減が図れ、他方商負荷時には
冷却温度を下げることでより良好な冷却状態が確保され
、これにより燃費の向上と出力の向上が図られる。

また、エンノン停止時には系内の圧力が大気圧以下に下
がったとき、通路２０が開かれ、系内が大気に開放され
る。このため、大気圧と系内の圧力との差によりリザー
バタンク１９内の冷媒が系内に吸入され、系内の負圧化
と負圧による空気の侵入を防止することができる。

ところマ、ｎ−系内に空気が人９込んだ場合、冷却性能
に悪影響を及ぼすが、この空気はつす一タジャケット８
からコンデンサ１０に流れる蒸気によって第２ｔ１１に
示すようにコンデンサ１０の下部に押しやられることが
確認されており、したがって前述したエンジン始動時の
冷媒置換時に侵入空気は補助通路１８からリザーバタン
ク１９を介して外部に排出される。

また、冷却運転暗につオータジャケット８の冷媒温度が
大きく低下した場合、通路２０が開かれリザーバタンク
１９の冷媒が系内に導入されるが、このとき冷媒がコン
デンサ１０＠に流入してその放熱面積を減少させるため
、系内の圧力の低下が防止されると共に、放熱を抑制し
てエンジンの過冷却を防止することができる。

尚、通路２０が開いているときに系内の蒸気が一部リザ
ーバタンク１９がら外部に逃げることがあるが、通路２
０のまわりに放熱フィン２２を形成したので、通路２０
を通る間に蒸気は凝縮し、はとんどリザーバタンク１９
に回収される。

＊たＭ７ｒン１３の駆動はウォータジャケット８内の冷
媒の温度に応じて制御されるが、この場合ロワタンク１
１の所定の位置つまり補助通路１８の開口位置よりもい
くらか下に液面センサ３２を設け、冷媒温度が設定値よ
りも高くかっロワタンク１１の冷媒液面がそのセンサ３
２のレベルにまで下がったときに冷却ファン１３を駆動
するようにしても良い、ウォータジャケット８内の冷＾
ければ、蒸気量はそれほど多くなく、このためロワタン
ク１１内の冷媒液面が下がって蒸気量が増えてから冷却
７Ｔン１３を駆動す゛れば・、消費電力の低減が図れる
。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、リザーバタンクを大気に
連通ずる通路を電磁弁により闇いて、その貯留冷媒を系
内に導入することにより、エンジン停止時の系内の負圧
化と空気の侵入を防止できる一方、冷却運転暗に電磁弁
を閏じて系内を密閉状態とすることで、ウォータジャケ
ットでの冷媒の沸点を可変にすることができ、エンジン
の運転状態に応じた冷却状態を確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成断面図、第２図は侵
入空気の動きを示す説明図、第３図は従来例の概略構成
断面図である。 ８・・・つす−クジャケット、１０・・・コンデンサ、
１１・・・ロワタンク、１２・・・ポンプ、１３・・・
冷却７７ｙ−ＩＲｏ−−ｍＩ＃＋イｆｈ！ＪＪ！ＩＱ−
１−ＩＩぜ−−／４１νｈ９Ｏ・・・通路、２１・・・
電磁弁、２６・・・制御回路、２７・・・液面センサ、
２８・・・温度センサ、２９・・・差圧センサ。 第２図 第３図

Claims (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、ウォータジャケットからの冷媒蒸気を冷却液化す
   るコンデンサと、コンデンサからの液化冷媒を一時貯留
   するロワタンクとを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
   備えたエンジンの沸騰冷却装置において、置換用の液相
   冷媒を貯留したリザーバタンクを設け、このリザーバタ
   ンクを前記ロワタンクに連通すると共に、このリザーバ
   タンクを大気に連通する通路に電磁弁を設置したことを
   特徴とするエンジンの沸騰冷却装置。