JPS61291715A - 内燃機関の沸騰冷却装置 - 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、ウォータジャケット内の所定レベルまで液
相冷媒ＬＦＩ留しておき、その沸騰気化に二〇内燃機関
令部の冷却【行う内燃機関の沸騰冷却装置に関し、特に
暖礪運転時に冷媒循環系内から不凝縮気体である空気が
自然に排出されるようにした沸騰冷却装置に関する。

従来の技術 自動車用憬関等の冷却装置として、冷媒の沸騰・ａｍの
サイクルを利用した沸騰冷却装置が種々提案されている
。この壇の冷却装置において妓も大きな課＠は、不凝縮
気体である空気を如何にして系内から除去し、かつその
侵入を阻止するかということにある。

例えば特公昭４７−５０１９号公報に記載の装置は、第
４図に示す工うにウォータジャケット３１の上壁面にコ
ンデンサ３２ｇ立設し、ウォータジヤケツ）３１から立
ち上がった発生蒸気がコンデンサ３２に自然に流入し、
かつ凝縮し九液相冷媒がそのｔｔウォータジャケット３
１に滴下するように構成するとともに、コンデンサアッ
パタンク３３と外部の冷媒容器３４とを冷媒通路３５に
て常時連通させ九構成となっている。すなわち、系内に
残存していた空気は上記冷媒通路３５ｔ−介して自然に
排出され、かつ内部の圧力が上昇して＝ンデンサ３２か
ら冷媒量１Ｉ３４へ液相冷媒が押し出されると、それだ
けコンデンサ３！１の上部に空気ｔ−ｔｔｔい蒸気空間
が形成されることになる。

しがし、このＬうな構成では、コンデンサ３２０下万か
ら上昇して来る蒸気流に１って、コンデンサ３２円で凝
縮した液滴もコンデンサ３２の外部へ押し出してしまう
虞れがある。などウォータジャケット３１で保有する冷
媒量やコンデンサ３２の放熱量などが非常に不安定であ
り、従って高出力でかつ安定した冷却が必要な自動車用
機関などには到！Ｅ適用できない。

これに対・し、本出願人は、ウォータジャケットとコン
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、ウォータジャケットで発生した冷媒
蒸気ｔコンデンサに導いて凝縮させた後、液面センサの
検出Ｋｆ；、づ〈冷媒供給ポンプの作動に二って再度ウ
ォータジャケットへ補給するＬうにしたＳ騰冷却装置ｔ
ａｌ々提某している。この装置では、系最上部に電磁弁
を備えた空気排出通路を接続してあり、始動直後等に系
外のりザーバタンクから冷媒供給ポンプを用いて系円に
液相冷媒を強制的に導入し、かつ同時に上記電磁弁を開
いて、系内に残存していた空気の排出を行う工うにして
いる。（例えば％開昭６０−３６７１２号公報、特開昭
６０−３６７１５号公報等）。

発明が解決しょうとする問題点 しかし、上記のような冷媒供給ポンプを用いた冷媒の強
制導入により空気を押し出す方式では、冷媒供給ポンプ
の前後に流路切換機構となる複数の電磁弁が必要である
とともに、空気排出通路の電磁弁ｔも含めて複雑な制御
を行わねばならず、装置の簡素化、低コスト化が困矯で
あった。

問題点ｔ−解決する丸めの手段 この発明は上記の問題点ｔＩｓ決する丸めに、ウォータ
ジャケット等を主体とし九冷媒循環系の最上部と系外の
リザーバタンクの下部とを空気排出用通路にて連通ずる
とともに、冷媒循環系最上部の温装置が所定温度に遺し
たときに上記空気排出用通路を閉略する１ｇ＠弁を設け
、かつコンデンサの下部とリザーバタンクの下部とを余
剰冷媒排出用通路にて連通したことを−特徴としている
う作用 機関始動時には冷媒循環基円は大部分が液相冷媒で満た
されており、かつ仮に空気が侵入してい九ときにはその
浮力に工り系最上部に集められている。このとき％感温
弁は開状態にあるので、系内の冷媒の温度上昇に伴う体
積Ｐ＃張ならびに発生する蒸気圧によって、系最上部の
空気は空気排出用通路を通して自然に排出される。また
同時ＶＣ溢れ出た冷媒はリザーバタンクに回収される。

系円の冷媒ａ度が十分に上昇すると、気相もしくは液相
の冷媒から熱を受けて感温弁は空気排出通ｗ！ｒ′を閉
略する。そして、系内の余剰の冷媒は、コンデンサ下部
の余剰冷媒排出用通路を介して系内蒸気圧に工りリザー
バタンクに押し出されてくる。この結果、コンデンサに
は気相冷媒領域が拡がり、その放熱量と機関発熱量とが
平衡した状態において、系円で冷媒の５ｌＩ−凝縮のサ
イクルが繰り返される。

また機関が停止して系円か温度低下すると、上記余剰冷
媒排出用通路お工び空気排出用通路を介してリザーバタ
ンクから液相冷媒が自然に導入され、系内に空気を吸い
込むことがない。

実施例 第１図はこの発明の一笑施例を示す構成説明図であって
、１はウォータジャケット２を備−え九内燃機関、３は
気相冷媒を凝縮するためのコンデンサ、４は電動式の冷
媒供給ポンプを夫々示している。

上記ウォータジャケット２は、シリンダブロック５お工
びシリンダヘッド６０両者に亘って形成され、その上部
の適宜な位置に蒸気出ロアが設けられている。このウォ
ータジャケット５！同には。

通常液面センサ８にＬＱ規定される設定レベルまで液相
冷媒（例えば水と不凍液の混合液）が貯留されるように
なっている。

コンデンサ３は、上記蒸気出ロアに接続管９おＬび蒸気
通Ｗ＆ＩＱｔ−介して連通したアッパタンク１１と、上
下方向に沿つ＋＊Ｓなチューブを主体としたコア部ｌ鵞
と、このコア部１２で＃縮され丸線化冷媒を一時貯留す
るロアタンク１３とから構成されており、車体の前部等
に車両走行風を受は得る工うに設置され、更にその背面
に強制冷却用の電動式冷却ファン１４を備えている。ｔ
た上記ロアタンク１３Ｆｉ、比較的上部にａ度センサ１
５が装着されて＾るとともに、底部に冷媒循環系上部１
６の一端が接続され、かつ上記温度センサ１５のレベル
エリ着干下万に余剰冷媒排出用通路１７の一端が接続さ
れている。上記冷媒循環通路１６は、その他端が上記ウ
ォータジャケット２の下部の冷媒入口２ａＫ接続されて
おｔ）、かつ中間部に上記冷媒供給ポンプ４が介装され
ている。

以上のウォータジャケット２．コンデンサ３゜冷媒循環
通路１６および冷媒供給ポンプ４によって、冷媒が沸騰
・凝縮のサイクルを繰Ｏ返しつつ循環する冷媒循環系が
構成されている。

久に２１は冷媒循環系の系外に設けられたリザーバタン
クを示している。これは機関停止時に必要な予備液相冷
媒を貯留しておくもので、通気機ｆＩＦ！’に有するキ
ャップｉｓ２介して大気に開放されているとともに、冷
媒循環系の最上部エフも高所に設置されており、かつそ
の底部に、空気排出用通路２３の一端と上述した余剰冷
媒排出用通路１７の一端が接続されている。上記空気排
出用ｆｉＫ２３は、その先端が冷媒循環系の最上部とな
る接続管９の上壁面に接続されており、かつその接続部
には板状のバイメタル２４ａｉ用いたＷ＆温弁５１番が
配設され、常＠時にｒｉ第２図に示すように空気排出通
路２３７開放し、かつ高温時（例えば８０℃以上）には
第１図の工うにｇ！空気出通路２３を閉絡する構成とな
っている。尚、２５は冷ｔＩｌ＆注入用のキャップであ
る。

また２６は制御回路を示し、液面センサ８の検出信号に
基づく冷媒供給ポンプ４のＯＮ・ＯＦＦ制個ε１＠度セ
ンサ１５の検出信号に基づく冷却ファン１４のＯＮ・０
ＥＦＦ＄ＪＱとを行っている。

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、冷媒循環系の全体が液
相冷媒で満たされており、かつリザーバタンク２１には
多少の液相冷媒が残存している。

またＷ＆温弁２４１ｆ３開いているので、系内に空気が
侵入していた場合でも、その多くは浮力にＬって自然に
リザーバタンク２１ｍＫ排出され、僅かな竜のみが系最
上部に残存した状態となっている。

機関が始動すると滞留状態にあるウォータジャケット２
内の液相冷媒が速やかにｍ度上昇し、やがて沸騰が始ま
る。ここで、この温度上外に伴う液相冷媒の体積膨張な
らびにｓｓによる内圧め上昇に工って、系最上部に残存
していた空気は空気排出用通路２３　ｆ　４して液相冷
媒とともに確実に押し出される。そして感温弁２４の周
辺に冷媒蒸気が到達し、あるいは周辺の液相冷媒＠度が
高温になると、感温弁２４は閉じ、以後は蒸気の流出が
阻止される。

一万、沸騰の開始によって内圧が土性するため、系内の
余剰の液相冷媒は、コンデンサ３の下部から余ｌ１ｉ１
１１冷媒排出用通路１７全通して徐々にリザーバタンク
２１に排出され、それに伴って冷媒循環系上部に電相冷
媒領域が拡大する。冷媒供給ポンプ４は、液面センサ８
の設定レベル以下に冷媒液面が低下するとＯＮ作動し、
コンデンサ３からウォータジャケット２へ液相冷Ｉｓｔ
桶給する。この補給は、液面センサ８の検出１号に基づ
いて間欠的になされ、この結果、ウォータジャケット２
円の冷媒液面は常に液面センサ８の設定レベル近傍に維
持される。

またコンデンサ３の上部に気相冷媒領域が拡大するに従
ってコンデンサ３の放熱能力が増大するので、この放熱
能力と機関発熱量とが平衝した位置にコンデンサ３の液
゛面位置が定筐り、以慢は、機関の負荷や車両走行風等
に応じてコンデンサ３の液面位置が自然に上下動しつつ
系内温度奮略一定に保つ。冷却ファン１４は、高負荷運
転上継続したときや渋滞時など、極〈限られた場合にの
み必要となるもので、コンデンサ３の液面位置が最大限
に低下し、温度センサ１５が高温蒸気中に露出すると、
その温Ｉｆｆ化會検出して作動開始し。

コンデンサ３を１制冷却する。

また機関停止後は、系内の温度低下による圧力低下に伴
って、リザーバタンク２１から余剰冷媒排出用通路１７
を通して系内に液相冷媒が流入し、更に所定温度で感温
弁２４が開くため空気耕出用通Ｗ＆２３’にも通して系
内とリザーバタンク２１とが連通する。最終的には系内
全体が液相冷媒で満たされ九状態となり、停止中の空気
の侵入が防止される。

以上のように上記実施例においては、極めて簡単な構成
で系内からの空気排出が図れ、かつ冷媒供給ポンプ４と
冷却ファン１４の単純なＯＮ　−ＯＦＦ制御のみで沸騰
・凝縮サイクルを利用し九効率良い冷却作用を行わせる
ことができる。

矢に渠３図に示す実施例は、余剰冷媒排出用通路１７に
、ウォータジャケット２に配設した温度センサ２７の検
出信号に基づいて開閉作動する常開型の電磁弁２Ｂ’ｌ
−介装し、刀口圧沸騰を行い得る工うにしたものである
。すなわち、上記゛電磁弁２８は検出＠度が目標温度工
９低いときには閉状態會保ち、目標温度以上となると開
作動する工うになっており、機関の始動後、目標温度に
上昇するまでは系内に′ｌｌｊ閉状、僅に保ち、その後
、徐々に液相冷媒ｋｌｌ出して行くので、大気開放した
状態での沸点エフも高い温度に基円＠Ｉｌ’ｌ維持する
ことができる。そのため、例えば気圧の低い高地尋でも
機関温度が低下することがない。尚、上記の目標温度は
機関運転条件等に応じて可変的に設定することも可能で
ある。筐た、この工うに系内温度を大気開放下での沸点
エフも高く保った場合には、機関停止直後に電磁弁２８
が開くと冷媒蒸気の噴出を生じる虞れがあるので、例え
ばダイヤフラム式負圧スイッチ２９ｋｌｆｉ！ｋｆｆ、
系内が負圧になつ九こと？検出した時点で’、を源がＯ
ＦＦとなるようにすると良い。

尚、上記の各実施例では感温弁２４としてバイメタル式
のものを用いているが、他にサーそワックスや形状配憶
合金−１１’ｉ−用いて感温弁Ｔｉ−構成することもで
きる。

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ＦＦ３ｖ
％機関の沸騰冷却装置においては、機関暖機時の内圧の
上昇τ利用して系内に侵入した空気全自動的に排出でき
、冷媒供給ポンプに工ｔ）強制的に９気排出を行うもの
に比べて装置の簡素化ならびに制御の単純化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成説明図、第２図
はＷ＆温弁が開いている状態を示す説明図、第３因はこ
の発明の異なる実施例を示す構成説明図、第４図は従来
の沸騰冷却装置の一例を示子構成説明因である。 １−−−　ｐ９燃ａ関、ｚ・・・ウォータジャケット、
３・・・コンデンサ、４・・・冷媒供給ポンプ、８・・
・液面センサ、１３・・・ロアタンク、１４・・・冷却
ファン、１５・・・温度センサ、１７・・・余剰冷媒排
出用通路、２１・・・リザーバタンク、２３・・・空気
排出用通路、２４・・・感温弁、２７・・・温度センサ
、２８・・・電磁弁。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部に蒸気出口を有し、かつ所定レベルに液面セ
   ンサが設けられたウォータジャケットと、上記蒸気出口
   に接続されるとともに、下部に凝縮した液相冷媒が集め
   られるコンデンサと、上記コンデンサの下部と上記ウォ
   ータジャケットとの間に配設され、かつ上記液面センサ
   の検出信号に基づいてコンデンサからウォータジャケッ
   トへ液相冷媒を補給する冷媒供給ポンプと、上記のウォ
   ータジャケットとコンデンサと冷媒供給ポンプとを主体
   とした冷媒循環系の系外に設けられ、かつ液相冷媒が貯
   留されたリザーバタンクと、上記冷媒循環系の最上部と
   上記リザーバタンクの下部とを連通した空気排出用通路
   と、上記冷媒循環系最上部の温度が所定温度に達したと
   きに上記空気排出用通路を閉路する感温弁と、上記コン
   デンサの下部と上記リザーバタンクの下部とを連通した
   余剰冷媒排出用通路とを備えてなる内燃機関の沸騰冷却
   装置。