JPS6210416A - Freeze preventing device of evaporative cooling type internal-combustion engine - Google Patents

Freeze preventing device of evaporative cooling type internal-combustion engine

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JPS6210416A
JPS6210416A JP14981285A JP14981285A JPS6210416A JP S6210416 A JPS6210416 A JP S6210416A JP 14981285 A JP14981285 A JP 14981285A JP 14981285 A JP14981285 A JP 14981285A JP S6210416 A JPS6210416 A JP S6210416A
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refrigerant
water jacket
condenser
liquid
vapor
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Yoshinori Hirano
芳則 平野
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Nissan Motor Co Ltd
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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

PURPOSE:To restrain antifreeze components from uneven distribution so as to prevent a condenser or the like from breakdown due to freezing, by providing a refrigerant mixing mechanism in order to forcingly mix the specified amount of liquid-phase refrigerant staying in a water jacket into vapor flow running from said jacket toward a condenser. CONSTITUTION:In the case of the device stated in the title, liquid-phase refrigerant stored up to the specified level in a water jacket 2 is heated during the operation of an internal-combustion engine 1, and the internal-combustion engine 1 is cooled by taking heat away when the refrigerant is boiled and vaporized. Then, the produced refrigerant vapor is cooled and condensed in a condenser 8, stored in a lower tank 18, and forced to flow back to the water jacket 2 by the operation of a refrigerant supply tank 16. In this case, a passage 31 for refrigerant mixing is made to diverge from a heater outlet passage 29, being selected out of passages 28 and 29 through which the liquid-phase refrigerant is circulated between the water jacket 2 and a heater core 26 for heating. The other edge of the passage 31 is connected to the upperstream side of a vapor passage 10 so as to enable the specified amount of the liquid-phase refrigerant to be mixed into the refrigerant vapor in the vapor passage 10.

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に貯留した液相冷媒
の沸騰・凝縮サイクルを利用して冷却を行うようにした
沸騰冷却式内燃機関に関し、特に冷媒中の不凍液成分の
偏在による凍結を防止する凍結防止装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application This invention relates to a boiling-cooled internal combustion engine that performs cooling by utilizing the boiling and condensing cycle of a liquid phase refrigerant stored in a water jacket, and particularly relates to The present invention relates to an antifreeze device that prevents freezing due to uneven distribution of antifreeze components.

従来の技術 内燃機関の冷却装置として、従前の水冷式冷却装置に代
えて、冷媒(冷却水)の沸騰・凝縮のサイクルを利用し
た沸騰冷却装置が特公昭57−57608号公報等にお
いて提案されているが、本出願人はこれを更に発展させ
、十分に実用に供し得るものとして既に種々の出願(例
えば特開昭59−180023号公報、特開昭60−3
6715号公報、特願昭59−100156号、特願昭
59−140378号等)を行っている。これは、液相
冷媒が所定レベルまで貯留されるウオータジャケラトと
、このウォータジャケット上部の蒸気出口に蒸気通路を
介して接続されたコンデンサと、液化した冷媒が一時貯
留されるコンデンサ下部から上記ウォータジャケットに
液相冷媒を循環供給する冷媒供給ポンプとを主体として
、密閉した冷媒循環系を形成した構成であって、例えば
始動時に系外のりザーバタンクと冷媒循環系内との間で
液相冷媒を移動させることにより不凝縮気体である空気
の排出を実現する一方、機関運転中はウォータジャケッ
ト内の冷媒液面を液面センサにより監視して上記冷媒供
給ポンプを制御し、上記液面を所定レベルに維持するよ
うにしたものである。
Conventional Technology As a cooling device for an internal combustion engine, a boiling cooling device that utilizes the boiling and condensing cycle of a refrigerant (cooling water) was proposed in Japanese Patent Publication No. 57-57608, etc., in place of the conventional water-cooled cooling device. However, the present applicant has already filed various applications (e.g., JP-A-59-180023, JP-A-60-3) to develop this further and to put it into practical use.
6715, Japanese Patent Application No. 59-100156, Japanese Patent Application No. 59-140378, etc.). This consists of a water jacket in which liquid phase refrigerant is stored up to a predetermined level, a condenser connected via a steam passage to the steam outlet at the top of this water jacket, and a water jacket connected to the water jacket from the bottom of the condenser where liquefied refrigerant is temporarily stored. A closed refrigerant circulation system is formed mainly by a refrigerant supply pump that circulates and supplies liquid refrigerant to the jacket. While the refrigerant liquid level in the water jacket is monitored by a liquid level sensor during engine operation, the refrigerant supply pump is controlled to maintain the liquid level at a predetermined level. It was designed to be maintained at

この冷媒の相変化に伴う潜熱を利用した沸騰冷却装置に
よれば、熱交換効率の飛躍的な向上が図れ、しかも各部
を冷媒沸点に均一に冷却することができる。
According to a boiling cooling device that utilizes the latent heat accompanying the phase change of the refrigerant, the heat exchange efficiency can be dramatically improved, and each part can be uniformly cooled to the refrigerant boiling point.

発明が解決しようとする問題点 ところで、この種の沸騰冷却装置における冷媒としては
、その取扱いの容易さや気化潜熱の大きさあるいは価格
等の点で、水に不凍液としてエチレングリコールあるい
はプロピレングリコールを混合し、かつ若干の防錆剤を
添加したものを用いることが考えられているのであるが
、例えばエチレングリコールの水溶液は非共沸混合物で
あるため、その水溶液の蒸°気にはエチレングリコール
が殆ど含まれず、水蒸気のみとなる。例えばエチレング
リコールの50%(重量%)水溶液の蒸気にはエチレン
グリコールは2%程度しか含まれない。
Problems to be Solved by the Invention By the way, as a refrigerant for this type of boiling cooling device, ethylene glycol or propylene glycol is mixed with water as an antifreeze liquid in view of ease of handling, large latent heat of vaporization, cost, etc. It has been considered to use an aqueous solution of ethylene glycol with some rust inhibitor added, but for example, since an aqueous solution of ethylene glycol is a non-azeotropic mixture, the vapor of the aqueous solution contains almost no ethylene glycol. There is no water vapor, only water vapor. For example, the vapor of a 50% (weight %) aqueous solution of ethylene glycol contains only about 2% ethylene glycol.

従って、上記の沸騰冷却装置を継続的に運転すると、ウ
ォータジャケット内にエチレングリコールが多く偏在し
、コンデンサ側ではエチレングリコール濃度が非常に小
さくなる。そのため、冬季にコンデンサ内部で凍結して
コンデンサを破損したり、電磁弁や冷媒供給ポンプが凍
結して作動不良を生じたりする虞れがある。
Therefore, when the boiling cooling device described above is continuously operated, a large amount of ethylene glycol is unevenly distributed in the water jacket, and the ethylene glycol concentration becomes extremely low on the condenser side. Therefore, there is a risk that the capacitor may freeze inside the capacitor during the winter, damaging the capacitor, or that the solenoid valve or refrigerant supply pump may freeze and malfunction.

特に、ウォータジャケットで発生した蒸気の流れに同伴
して液滴のまま持ち出される冷媒量が少ない状態、例え
ば低速低負荷のような運転条件での沸騰が長時間続くと
、上記の不凍液成分の偏在が顕著に生じる。
In particular, when boiling continues for a long time under operating conditions such as low speed and low load, where the amount of refrigerant carried out as droplets along with the flow of steam generated in the water jacket is small, the above-mentioned antifreeze components are unevenly distributed. occurs significantly.

問題点を解決するための手段 この発明は、上記のような冷媒中の不凍液成分の偏在に
よる凍結を確実に防止するために、ウォータジャケット
内の液相冷媒をウォータジャケットからコンデンサに向
かう蒸気流に強制的に混入させる冷媒混合機構を設ける
とともに、蒸気流に同伴してコンデンサに流入する冷媒
液量(L)を発生蒸気1l(W)との液体換算容量比(
L/W)が4以上となるように上記冷媒混合機構の液相
冷媒混入量を設定したことを特徴としている。
Means for Solving the Problems This invention aims to reliably prevent freezing due to uneven distribution of antifreeze components in the refrigerant as described above, by converting the liquid phase refrigerant in the water jacket into a vapor flow from the water jacket to the condenser. In addition to providing a refrigerant mixing mechanism that forcibly mixes the refrigerant, the amount of refrigerant (L) that flows into the condenser along with the vapor flow is determined by the liquid conversion capacity ratio (
The present invention is characterized in that the amount of liquid phase refrigerant mixed in the refrigerant mixing mechanism is set so that L/W) is 4 or more.

作用 冷媒中の不凍液成分であるエチレングリコールやプロピ
レングリコールの濃度は、冷媒の沸騰の結果、前述した
ようにウォータジャケット側で濃くなり、かつコンデン
サ側では薄くなる。冷媒混合機構は不凍液濃度の高まっ
たウォータジャケット内の冷媒を蒸気流に強制的に同伴
させ、蒸気とともにコンデンサに流入させることで、不
凍液成分の偏在を防止するのであり、特に蒸気流に同伴
してコンデンサに流入する冷媒液量(L)と発生蒸気量
(W)との液体換算容量比(L/W)を4以上に保つこ
とによって、確実に凍結を防止し得る範囲に不凍液濃度
を保つことができる。
As a result of boiling of the refrigerant, the concentration of ethylene glycol and propylene glycol, which are antifreeze components in the working refrigerant, becomes higher on the water jacket side and lower on the condenser side, as described above. The refrigerant mixing mechanism prevents uneven distribution of antifreeze components by forcibly entraining the refrigerant in the water jacket, which has a high antifreeze concentration, into the vapor flow and flowing it into the condenser together with the vapor. By keeping the liquid equivalent capacity ratio (L/W) between the amount of refrigerant flowing into the condenser (L) and the amount of vapor generated (W) at 4 or more, the concentration of antifreeze can be maintained within a range that can reliably prevent freezing. I can do it.

第2図は、小型自動車用の沸騰冷却式内燃機関において
、エチレングリコール水溶液に若干の防錆剤を添加した
所謂ロングライフクーラント(LLC)を冷媒として用
い、沸騰冷却を行ったときのエチレングリコール濃度の
偏在を調べた実験データを示している。初期濃度は寒冷
地仕様の50%であり、これを用いて数分から十数分程
度運転し、沸騰・凝縮を行わせると、ウォータジャケッ
ト内およびコンデンサ内の濃度が夫々ある程度変化した
ところで平衡状態となる。第2図は、縦軸にその平衡濃
度をとり、かつ横軸に、蒸気流に同伴するエチレングリ
コール水溶液量りと発生蒸気量(凝縮量)Wとの液体換
算容量比L/Wをとって整理したものであって、同図よ
り明らかなように、容量比L/Wが4であれば+4%お
よび一3%程度にエチレングリコールの偏在が抑制され
、これよりL/Wが大きければ偏在は一層小さく、なる
。またL/Wが4以下となると偏在は急激に顕著なもの
となる。
Figure 2 shows the ethylene glycol concentration in a boiling-cooled internal combustion engine for small automobiles when boiling is performed using a so-called long-life coolant (LLC), which is an aqueous ethylene glycol solution with a small amount of rust preventive added, as the refrigerant. This shows experimental data examining the uneven distribution of . The initial concentration is 50% of the cold region specification, and when the operation is performed for a few minutes to more than ten minutes and boiling and condensation occurs, an equilibrium state is reached when the concentrations in the water jacket and condenser change to a certain extent. Become. Figure 2 is organized by taking the equilibrium concentration on the vertical axis and the liquid equivalent volume ratio L/W between the amount of ethylene glycol aqueous solution accompanying the vapor flow and the amount of generated vapor (condensation amount) W on the horizontal axis. As is clear from the figure, if the capacity ratio L/W is 4, the uneven distribution of ethylene glycol is suppressed to about +4% and -3%, and if the L/W is larger than this, the uneven distribution is suppressed. Become even smaller. Moreover, when L/W becomes 4 or less, the uneven distribution suddenly becomes noticeable.

第3図は、このような濃度の片寄りに影響を与える要因
で整理したシミュレーション結果を示している。これは
、エチレングリコール水溶液が沸騰する際に純水のみか
蒸気になると仮定(実際にはエチレングリコール50%
水溶液では約2%エチレングリコールも蒸気となるが、
影響が小さいので無視する。)し、この水蒸気にエチレ
ングリコール水溶液を同伴させるものとして、50%の
初期濃度がどのように片寄り、何%の平衡濃度に達する
かを連立微分方程式 (但し、Ccニコンデンサ側濃度(x 100%)、C
E:エンジン側1度、vc:コンデンザ側水溶液量、v
E:エンジン側水溶液量、I、二同伴水溶液量、W:発
生蒸気量(凝縮量)) を解き整理したものである。すなわち、同伴エチレング
リコール水溶液量りと発生水蒸気量Wとの比L/Wおよ
びエンジン側水溶液i!vEとコンデンザ側水溶液量v
cとの比VE/l/Cを用いて平衡濃度を整理でき、第
3図の縦軸が平衡濃度、横軸が比VE/Vc、図中のパ
ラメータが比L/Wである。この図から、同伴液量が少
ない(L/Wが小)はど濃度の片寄りは大きく、かっV
E/Vcが大きいほどコンデンサ側では大幅に希薄にな
り、エンジン側では変化が小さくなることが明らかであ
る。
FIG. 3 shows simulation results organized by factors that affect such concentration imbalance. This is based on the assumption that when an aqueous ethylene glycol solution boils, it becomes only pure water or steam (in reality, 50% ethylene glycol
Approximately 2% ethylene glycol becomes vapor in an aqueous solution, but
The effect is small, so ignore it. ), and assuming that this water vapor is accompanied by an ethylene glycol aqueous solution, how the initial concentration of 50% is biased and what percentage equilibrium concentration is reached can be calculated using a simultaneous differential equation (however, the concentration on the Cc dicondenser side (x 100 %), C
E: engine side 1 degree, vc: condenser side aqueous solution amount, v
E: Amount of aqueous solution on the engine side, I: Amount of entrained aqueous solution, W: Amount of generated steam (amount of condensation)). That is, the ratio L/W of the amount of entrained ethylene glycol aqueous solution to the amount of water vapor generated W and the engine side aqueous solution i! vE and the amount of aqueous solution on the condenser side v
Equilibrium concentration can be arranged using the ratio VE/l/C to c, and the vertical axis in FIG. 3 is the equilibrium concentration, the horizontal axis is the ratio VE/Vc, and the parameter in the figure is the ratio L/W. From this figure, it can be seen that when the amount of entrained liquid is small (L/W is small), the concentration is biased greatly.
It is clear that the larger E/Vc, the greater the leanness on the capacitor side and the smaller the change on the engine side.

しかし、このVE’/ Vcについて更にコンデンサの
凍結危険状態を考慮すると、エンジン側水溶液量MEは
ウォータジャケットの設定レベル以下の容量   ゛と
等しく、かつコンデンサ側、水溶液IVcは、コンデン
サ内の水位制御により放熱能力を変化させる構成では、
外気温の低温時には放熱能力制御のためにコンデンサ内
の大部分が液相冷媒領域で占められていると考えられる
から、小型自動車用内燃機関では実用上0.9< VE
/ VC< 1.3程度の範囲内にある。従って、第3
図に示すように、その範囲内ではL/Wを4以上に保て
ば、濃度の片寄りを約50±6%以内に抑えることがで
き、凍結温度−30°Cを確保できることになる。
However, when considering this VE'/Vc and the danger of freezing of the condenser, the amount of aqueous solution ME on the engine side is equal to the capacity ゛ below the set level of the water jacket, and the aqueous solution IVc on the condenser side is In a configuration that changes the heat dissipation capacity,
When the outside temperature is low, most of the inside of the capacitor is considered to be occupied by the liquid phase refrigerant region in order to control the heat dissipation capacity, so in practical use 0.9< VE for internal combustion engines for small automobiles.
/VC<1.3. Therefore, the third
As shown in the figure, within this range, if L/W is maintained at 4 or more, concentration deviation can be suppressed to within about 50±6%, and a freezing temperature of -30°C can be ensured.

このように、先の第2図の実験結果は、その要因を解析
したシミュレーション結果とも一致する。
In this way, the experimental results shown in FIG. 2 above agree with the simulation results that analyzed the factors.

すなわち、蒸気流に同伴する冷媒液1i(L)と発生蒸
気量(W)との液体換算容儀比(L/W)を4以上に保
つように、冷媒混合機構により強制的に液相冷媒を同伴
させれば、エチレングリコール濃度の偏在に起因した凍
結を確実に防止できるのである。
That is, the liquid phase refrigerant is forcibly introduced by the refrigerant mixing mechanism so that the liquid conversion ratio (L/W) between the refrigerant liquid 1i (L) accompanying the vapor flow and the amount of generated vapor (W) is maintained at 4 or more. By entraining it, freezing caused by uneven distribution of ethylene glycol concentration can be reliably prevented.

尚、プロピレングリコール水溶液もエチレングリコール
水溶液と同様の非共沸の特性を持つため、第2図および
第3図と略同様の結果が得られる。
Incidentally, since the propylene glycol aqueous solution also has non-azeotropic properties similar to the ethylene glycol aqueous solution, substantially the same results as in FIGS. 2 and 3 are obtained.

第4図および第5図は、夫々エチレングリコール水溶液
およびプロピレングリコール水溶液の状態図を示してい
る。
FIG. 4 and FIG. 5 show phase diagrams of an ethylene glycol aqueous solution and a propylene glycol aqueous solution, respectively.

実施例 第1図はこの発明に係る凍結防止装置を備えた沸騰冷却
式内燃機関を示している。
Embodiment FIG. 1 shows a boiling-cooled internal combustion engine equipped with an antifreeze device according to the present invention.

内燃機関本体1に設けられたウォータジャケット2は、
シリンダブロック3およびシリンダヘッド4の両者に亘
って形成され、その上部に複数の蒸気出口5が設けられ
ている。このウォータジャ   “ケラト2内には、例
えばエチレングリコール水溶液からなる液相冷媒が第1
液面センサ6にて規定される設定レベルまで貯留される
ようになっており、かつ上記設定レベルより下方位置に
温度センサ7が装着されている。
The water jacket 2 provided in the internal combustion engine main body 1 is
It is formed across both the cylinder block 3 and the cylinder head 4, and a plurality of steam outlets 5 are provided in the upper part thereof. In this water jacket "KERAT 2", a liquid phase refrigerant consisting of, for example, an aqueous ethylene glycol solution is in the first state.
The liquid is stored up to a set level determined by a liquid level sensor 6, and a temperature sensor 7 is mounted below the set level.

コンデンサ8は、ウォータジャケット2の蒸気出口5に
蒸気マニホルド9および蒸気通路10を介して連通した
アッパタンク11と、上下方向に沿った微細なチューブ
を主体としたコア部12と、このコア部12で凝縮され
た液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、その背面に強制冷却用の電動式冷却ファン1
4を備えている。上記ロアタンク13は、冷媒循環通路
15を介してウォータジャケット2接続されており、か
つ冷媒循環通路15中に電動式冷媒供給ポンプ16が介
装されている。この冷媒供給ポンプ16は、上記第1液
面センサ6の検出信号に基づいて間欠的に作動し、ウォ
ータジャケット2内の冷媒液面を常に設定レベル近傍に
保つようにコンデンサ8からウオータジヤケット2に液
相冷媒を補給するものである。尚、ロアタンク13には
、液相冷媒の有無を検出するために第2液面センサ17
が設けられている。
The condenser 8 includes an upper tank 11 that communicates with the steam outlet 5 of the water jacket 2 via a steam manifold 9 and a steam passage 10, a core section 12 mainly composed of fine tubes extending in the vertical direction, and It consists of a lower tank 13 that temporarily stores condensed liquefied refrigerant, and an electric cooling fan 1 for forced cooling on the back side.
It is equipped with 4. The lower tank 13 is connected to the water jacket 2 via a refrigerant circulation passage 15, and an electric refrigerant supply pump 16 is interposed in the refrigerant circulation passage 15. The refrigerant supply pump 16 operates intermittently based on the detection signal of the first liquid level sensor 6, and supplies the refrigerant from the condenser 8 to the water jacket 2 so as to keep the refrigerant liquid level in the water jacket 2 near a set level at all times. This replenishes liquid phase refrigerant. Note that a second liquid level sensor 17 is installed in the lower tank 13 to detect the presence or absence of liquid phase refrigerant.
is provided.

以上のウォータジャケット2.コンデンサ8゜冷媒循環
通路15および冷媒供給ポンプ16によって、通常空気
を除去した密閉状態とされる冷媒循環系が構成されてお
り、冷媒はその系内で沸騰・凝縮のサイクルを繰り返し
つつ循環することになる。
Above water jacket 2. The condenser 8, the refrigerant circulation passage 15, and the refrigerant supply pump 16 constitute a refrigerant circulation system that is normally kept in a sealed state from which air is removed, and the refrigerant circulates within the system while repeating a cycle of boiling and condensation. become.

尚、21は冷媒循環系の系外に設けられたリザーバタン
クであって、常開型電磁弁22ならびに図示するように
「流路A」、「流路B」に切換可能な三方型電磁弁23
を介して、ロアタンク13との間で液相冷媒の導入、排
出を行えるようになっており、これによりコンデンサ8
の放熱能力の可変制御が可能である。また、24は常閉
型電磁弁25を備えた空気排出用通路である。
In addition, 21 is a reservoir tank provided outside the refrigerant circulation system, and includes a normally open type solenoid valve 22 and a three-way type solenoid valve that can be switched between "flow path A" and "flow path B" as shown in the figure. 23
The liquid phase refrigerant can be introduced and discharged between the lower tank 13 and the condenser 8 through the
Variable control of heat dissipation capacity is possible. Moreover, 24 is an air exhaust passage provided with a normally closed electromagnetic valve 25.

一方、26は車室内に設けられた暖房用のヒータコアを
示しており、上部の冷媒入口がヒータコア入口通路28
を介してウォータジャケット2のシリンダブロック3側
に接続され、かつ下部の冷媒出口がヒータ出口通路29
を介してシリンダヘッド4側に接続されている。30は
、液相冷媒をウォータジャケット2とヒータコア26と
の間で循環させるためにヒータ出口通路29に介装され
たヒータ用ポンプであって、これは図示せぬヒータスイ
ッチに連動して作動する構成となっている。そして、こ
のヒータ用ポンプ30の吐出側において、ヒータ出口通
路29から冷媒混合用通路31が分岐形成されており、
かつその先端が蒸気通路10の上流側に接続されている
。すなわち、この実施例では上記ヒータ用ポンプ30と
上記冷媒混合用通路31とによって冷媒混合機構が構成
されている。尚、32は「流路C」、「流路DJに切換
可能な三方型電磁弁であり、例えば空気排出のためにヒ
ータ用ポンプ30を用いてリザーバタンク21から系内
に液相冷媒を導入できるようになっている。
On the other hand, 26 indicates a heater core for heating provided in the vehicle interior, and the upper refrigerant inlet is connected to the heater core inlet passage 26.
The lower refrigerant outlet is connected to the cylinder block 3 side of the water jacket 2 via the heater outlet passage 29.
It is connected to the cylinder head 4 side via. 30 is a heater pump installed in the heater outlet passage 29 to circulate liquid phase refrigerant between the water jacket 2 and the heater core 26, and is operated in conjunction with a heater switch (not shown). The structure is as follows. On the discharge side of the heater pump 30, a refrigerant mixing passage 31 is branched from the heater outlet passage 29.
And its tip is connected to the upstream side of the steam passage 10. That is, in this embodiment, the heater pump 30 and the refrigerant mixing passage 31 constitute a refrigerant mixing mechanism. In addition, 32 is a three-way solenoid valve that can be switched to "flow path C" and "flow path DJ." It is now possible to do so.

上記の構成においては、凍結の虞れがある冬季には必ず
暖房が必要であることがらヒータ用ポンプ30が駆動さ
れることになり、その際に、ヒータコア26からウォー
タジャケット2へ戻る液相冷媒の一部が冷媒混合用通路
31を通して蒸気通路10に導かれ、蒸気流に同伴して
コンデンサ8に送られる。ここで、蒸気流中に、混入さ
せる液相冷媒の流量は、前述したように同伴冷媒液量り
と発生蒸気量Wとの液体換算容量比L/Wが常に4以上
となるように設定されている。具体的には、蒸気流に自
然に同伴して持ち出される冷媒量が少ないとき、つまり
機関の熱負荷の小さい運転条件下において、その発生蒸
気量の4倍程度の流量が確保されるように、冷媒混合用
通路31の通路径や通路長あるいはオリフィス径などを
設定し、更に熱負荷が大きいときには、蒸気流によって
自然に持ち出される同伴冷媒量の増大によりL/Wが4
以上の状態を保ち続けるように構成しである。因に、総
排気量2000cc前後の自動車用機関では、冷媒混合
用通路31を通して混入すべき冷媒の流量は、II2/
win以下の比較的少ない量である。尚、強制的に混入
する冷媒のみで最大蒸気発生量の4倍以上の流量を与え
るようにすると、自然に発生する同伴冷媒量の増大によ
って必要以上に循環量が増え、コンデンサ8の性能低下
等を引き起こすので好ましくない。
In the above configuration, since heating is always required in winter when there is a risk of freezing, the heater pump 30 is driven, and at that time, the liquid phase refrigerant returns from the heater core 26 to the water jacket 2. A part of the refrigerant is led to the steam passage 10 through the refrigerant mixing passage 31 and sent to the condenser 8 along with the steam flow. Here, the flow rate of the liquid phase refrigerant to be mixed into the vapor flow is set so that the liquid equivalent capacity ratio L/W between the entrained refrigerant liquid amount and the generated vapor amount W is always 4 or more, as described above. There is. Specifically, when the amount of refrigerant that is naturally carried out with the steam flow is small, that is, under operating conditions where the heat load of the engine is small, a flow rate of about four times the amount of generated steam is secured. The passage diameter, passage length, orifice diameter, etc. of the refrigerant mixing passage 31 are set, and when the heat load is large, the L/W is set to 4 due to the increase in the amount of entrained refrigerant that is naturally carried out by the vapor flow.
The configuration is such that the above state is maintained continuously. Incidentally, in an automobile engine with a total displacement of around 2000 cc, the flow rate of the refrigerant to be mixed through the refrigerant mixing passage 31 is II2/
This is a relatively small amount that is less than a win. If a flow rate of more than four times the maximum steam generation amount is given only with the refrigerant that is forcibly mixed in, the amount of naturally generated entrained refrigerant will increase and the amount of circulation will increase more than necessary, resulting in a decrease in the performance of the condenser 8, etc. This is not desirable because it causes

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る沸騰冷却
式内燃機関の凍結防止装置によれば、不凍液成分の偏在
を極めて小さい範囲に抑制でき、厳寒地においても凍結
によるコンデンサの破損や冷媒供給ポンプ等の作動不良
の発生を確実に防止できる。
Effects of the Invention As is clear from the above explanation, the antifreeze device for boiling-cooled internal combustion engines according to the present invention can suppress the uneven distribution of antifreeze components to an extremely small range, and prevent damage to capacitors due to freezing even in extremely cold regions. It is possible to reliably prevent malfunctions of refrigerant supply pumps, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明に係る凍結防止装置を備えた沸騰冷却
式内燃機関の構成説明図、第2図はエチレングリコール
濃度の平衡濃度と容量比L/Wとの関係について実験し
た結果を示す特性図、第3図は濃度に影響する要因を解
析したシミュレーション結果を示す特性図、第4図およ
び第5図はエチレングリコール水溶液およびプロピレン
水溶液の状態図である。 2・・・ウォータジャケット、8・・・コンデンサ、1
0・・・蒸気通路、16・・・冷媒供給ポンプ、26・
・・ヒータコア、30・・・ヒータ用ポンプ、31・・
・冷媒混合用通路。 第2図 1)イ牛LLC/シ25創存、t/発クり^(るi量(
シを乏イ4ζ棧1E耳引1ト此〕第3図 叫
Fig. 1 is an explanatory diagram of the configuration of a boiling-cooled internal combustion engine equipped with an antifreeze device according to the present invention, and Fig. 2 is a characteristic showing the results of an experiment on the relationship between the equilibrium concentration of ethylene glycol concentration and the capacity ratio L/W. 3 and 3 are characteristic diagrams showing the simulation results of analyzing factors that influence the concentration, and FIGS. 4 and 5 are state diagrams of an ethylene glycol aqueous solution and a propylene aqueous solution. 2...Water jacket, 8...Capacitor, 1
0... Steam passage, 16... Refrigerant supply pump, 26.
... Heater core, 30 ... Heater pump, 31 ...
・Refrigerant mixing passage. Figure 2 1) I cow LLC/shi 25 creation, t/departure ^(ru i amount (
This is the third figure.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)エチレングリコール水溶液あるいはプロピレング
リコール水溶液からなる液相冷媒が所定レベルまで貯留
されるウォータジャケットと、このウォータジャケット
で発生した冷媒蒸気が導入されるコンデンサと、このコ
ンデンサと上記ウォータジャケットとの間に配設され、
かつ上記ウォータジャケット内の冷媒液面を上記所定レ
ベルに維持するように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を備えてなる
沸騰冷却式内燃機関において、上記ウォータジャケット
内の液相冷媒をウォータジャケットからコンデンサに向
かう蒸気流に強制的に混入させる冷媒混合機構を設ける
とともに、蒸気流に同伴してコンデンサに流入する冷媒
液量(L)と発生蒸気量(W)との液体換算容量比(L
/W)が4以上となるように上記冷媒混合機構の液相冷
媒混入量を設定したことを特徴とする沸騰冷却式内燃機
関の凍結防止装置。
(1) A water jacket in which a liquid-phase refrigerant consisting of an aqueous ethylene glycol solution or an aqueous propylene glycol solution is stored up to a predetermined level, a condenser into which the refrigerant vapor generated in this water jacket is introduced, and a space between this condenser and the water jacket. is located in
and a refrigerant supply pump that replenishes liquid phase refrigerant from the condenser to the water jacket so as to maintain the refrigerant liquid level in the water jacket at the predetermined level. A refrigerant mixing mechanism is provided that forcibly mixes the phase refrigerant into the vapor flow from the water jacket to the condenser, and the liquid refrigerant amount (L) flowing into the condenser along with the vapor flow and the amount of generated vapor (W) are mixed. Converted capacity ratio (L
1. A freeze prevention device for a boiling-cooled internal combustion engine, characterized in that the amount of liquid phase refrigerant mixed in the refrigerant mixing mechanism is set so that /W) is 4 or more.
JP14981285A 1985-01-28 1985-07-08 Freeze preventing device of evaporative cooling type internal-combustion engine Granted JPS6210416A (en)

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EP86101037A EP0189881B1 (en) 1985-01-28 1986-01-27 Cooling system for automotive engine or the like
US06/822,882 US4664073A (en) 1985-01-28 1986-01-27 Cooling system for automotive engine or the like
DE8686101037T DE3678456D1 (en) 1985-01-28 1986-01-27 COOLING DEVICE OF A MOTOR VEHICLE.

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