JPS62162716A - 内燃機関の沸騰冷却装置 - Google Patents

内燃機関の沸騰冷却装置

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JPS62162716A
JPS62162716A JP61003011A JP301186A JPS62162716A JP S62162716 A JPS62162716 A JP S62162716A JP 61003011 A JP61003011 A JP 61003011A JP 301186 A JP301186 A JP 301186A JP S62162716 A JPS62162716 A JP S62162716A
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cooling medium
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00Liquid cooling
    • F01P3/22Liquid cooling characterised by evaporation and condensation of coolant in closed cycles; characterised by the coolant reaching higher temperatures than normal atmospheric boiling-point
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/14Indicating devices; Other safety devices
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  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

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に液相冷媒を貯留し
ておき、その沸騰気化により内燃機関各部の冷却を行う
とともに、発生した冷媒蒸気をコンデンサにより凝縮し
て再度ウォータジャケットへ供給するようにした内燃機
関の沸騰冷却装置に関する。
従来の技術 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をコンデン
サに導いて凝縮させた後、液面センサの検出に基づく冷
媒供給ポンプの作動によって再度ウォータジャケットへ
供給するようにした沸騰冷却装置を種々提案している(
例えば特開昭60−36712号公報、特開昭60−3
6715号公報等)。このものでは、電動ポンプからな
る冷媒供給ポンプが、コンデンサロアタンクとウォータ
ジャケットとを接続した冷ホ悌埋通路に介装されており
、この冷媒供給ポンプを例えばON・OFF的に制御す
ることによって、ウオ−タジャケット内の冷媒液面を所
定レベルに維持する構成となっている。従って負荷条件
等が変化しても冷媒液面を確実に所定レベルに保って燃
焼室壁等高温部位の露出を防止し、安定した冷却性能を
発揮できるのである。
発明が解決しようとする間鴇点 しかしながら、上記のように冷媒供給ポンプが冷媒4k
N系の一部として組み込まれた構成においては、冷媒供
給ポンプ内を飽和温度近い冷媒が通流することになるの
で、冷媒供給ポンプに高い耐熱性が要求され、部品コス
トが嵩む要因となる。
しかも、機関温度を相当に高い温度領域に保ってiN 
&しようとする場合には、冷媒供給ポンプの耐熱性の確
保が困難であり、高温化の大きな障害と力ってい念。
また、このように発生蒸気量の総てを冷媒供給ポンプに
よって補給する構成では、冷媒供給ポンプの稼動率が高
く、耐久性の点で不利でおるとともに、バッテリの消費
電力も大きい。
問題点を解決するための手段 この発明に係る内燃機関の沸騰冷却装置は、上部に蒸気
出口を有し、かつ所定レベルまで液相冷媒が貯留される
ウォータジャケットと、上記ウォータジャケットに対し
て上方位置に設置されたコンデンサと、上記蒸気出口と
上記コンデンサの上部とを接続した蒸気通路と、上記コ
ンデンサの下部と上記ウォータジャケットとを、コンデ
ンサで凝縮した液相冷媒が水頭差で自然循環するように
接続した冷媒循環通路と、予備液相冷媒が貯留され、か
つ補助冷媒通路を介してウォータジャケットに接続され
たリザーバタンクと、上記補助冷媒通路に介装され、か
つ上記ウォータジャケットの所定レベルに配設した液面
検出手段の検出信号に基づいて作動する冷媒供給ポンプ
とを備えて構成されている。
作用 上記の構成においては、ウォータジャケットと蒸気通路
とコンデンサと冷媒循環通路とによって閉ループ状の冷
媒循環系が構成され、冷媒はこの系内を沸騰・凝縮を繰
り返しつつ自然循環する。
すなわち、ウォータジャケットで発生した冷媒蒸気は蒸
気通路を介してコンデンサに流入し、かつここで凝縮す
る。そして凝縮した液相冷媒はコンデンサの下部から水
頭差によってクォータジャケットに自然に戻る。従って
、ウォータジャケット内の冷媒液面は、この自然循環に
よって概ね所定レベルに保たれる。
一方、ウォータジャケット内とコンデンサ内との圧力の
変動やウォータジャケット内冷媒のボイド率変化などに
よってウォータジャケット内の冷媒液面が所定レベルよ
り低下したよきには、液面検出手段の検出信号に基づい
て冷媒供給ポンプが作動し、リザーバタンクから強制的
に液相冷媒を補給する。これにより、冷媒液面は確実に
所定レベルに維持される。
実施例 図はこの発明に係る沸騰冷却装置の一実施例を示す構成
説明図であって、1はウォータジャケット2を備えてな
る内燃機関、3は気相冷媒を凝縮するためのコンデンサ
、4は予備液相冷媒を貯留するリザーバタンクを示して
いる。
上記ウォータジャケット2は、内燃機関1のシリンダお
よび燃焼室の外周部を包囲するようにシリンダブロック
5およびシリンダヘッド6の両者に亘って形成されたも
ので、通常気相空間となる上部が各気筒で互いに連通し
ているとともに、その上部の適宜な位置に複数の蒸気比
ロアが設けられている。この蒸気比ロアは、気液分離機
能を持つ蒸気マニホルド8によって互いに集合された上
で、蒸気通路9を介してコンデンサ3の上部人口3aに
連通している。w、ioは気液分離により捕捉した液相
冷媒をウォータジャケット2に戻す冷媒回収通路である
。また上記ウォータジャケット2の所定レベルには、例
えばリードスイッチを用いたフロート式の液面スイッチ
11が配設されており、かつこれより若干下方位置に、
例えば500C以下のときにON作動するバイメタル等
を用いた第1温度スイッチ12が配設されている。
コンデンサ3は、上記の入口3aを有するアッパタンク
13およびロアタンク14と、両タンク13゜14を連
通ずる微細なチューブを主体としえコア部15とから構
成されたもので、アッパタンク13がロアタンク14よ
υ高位となるように傾斜しておシ、かつ全体としてウォ
ータジャケット2に対して上方位fitK設置されてい
る。上記ロアタンク14には冷媒循環通路16の一端が
接続され、その他端がウォータジャケット2下部の冷媒
人口2aに接続されている。またコア部15の背面に強
制冷却用の電動式冷却ファン17が配設されているとと
もに、ロアタンク14に、例えば95°C以上のときに
ON作動するバイメタル等を用いた第2温度スイッチ1
8が配設されており、この第2温度スイッチ18を介し
て上記冷却ファン17が電源に接続されている。
一方、ウォータジャケット2やコンデンサ3等からなる
冷媒循環系の系外に設けられるリザーバタンク4は、ウ
ォータジャケット2の液面スイッチ11の設定レベルと
同程度の高さ位骸に配設されており、通気機能を有する
キャップ19を介して大気に開放されているとともに、
底部に第1補助冷媒通路20および第2補助冷媒通路2
1の一端が接続されている。上記$1補助冷媒通路20
の他端は、ウォータジャケット2の側面、詳しくは液面
スイッチ11の設定レベルに開口し、かつ通路中に電動
式冷媒供給ポンプ22が介装されている。この冷媒供給
ポンプ22は、停止時に冷媒の通流が許容される形式の
ものであって、液面スイッチ11を介して電源に接続さ
れている。、また第2補助冷媒通路21の他端はロアタ
ンク14に接続されている。
また冷媒循環系の最上部となるアッパタンク13には、
空気通路23の一端が接続されており、その他端が上記
リザーバタンク4の上部に開口しているとともに、その
通路中に、常閉型M、電磁弁Δが介装されている。この
電磁弁24は、第1温度スイッチ12を介して電源に接
続されている。
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、ウォータジャケット2
やコンデンサ3等からなる冷媒循環系の内部が液相冷媒
(例えばエチレングリコール水溶液)で満たされており
、かつリザーバタンク4には多少の液相冷媒が残存して
いる。この状態で機関が始動すると、暖機再始動の場合
を除き第1温度スイッチ12がON状態であるので、電
源ONと同時に電磁弁24が開き、ウォータジャケット
2やコンデンサ3の液相冷媒が水頭差によってリザーバ
タンク4に移動するとともに、コンデンサ3等に空気が
導入される。ウォータジャケット2内の液相冷媒は第1
補助冷媒通路20を通して排出てれるため、冷媒液面は
液面スイッチ11の設定レベルまで速やかに低下するこ
とになる。このように、ウォータジャケット2内部に保
有する冷媒量を少なくシ、かつ上部を空気で断熱した状
態で暖機運転がなされる結果、急速に暖機が進行する。
暖機がある程度進行すると電磁弁24は閉じ、その後、
冷媒の沸騰が始まる。このとき、ウォータジャケット2
やコンデンサ3内部に存在していた不凝縮気体である空
気は、発生する冷媒蒸気に押きれて徐々にコンデンサ3
下部のロアタンク14に集められ、更に第2補助冷媒通
路21を通してリザーバタンク4に押し出きれる。冑、
高負荷運転により急激に沸騰状態に達したとしても、空
気は速やかに排出可能であるため、温度のオーバシュー
トを生じることはない。
冷媒の沸騰が開始した後は、ウォータジャケット2およ
びコンデンサ3を主体とした冷媒循環系内で沸騰・凝縮
サイクルを繰シ返しつつ冷媒が自然循環し、気化潜熱を
利用した冷却が行われる。
すなわち、ウォータジャケット2内で燃焼熱を受けて発
生した冷媒蒸気は、蒸気通路9を介してコンデンサ3に
流入し、ここで放熱して凝縮する。
そして、凝縮の結果生じた冷媒液滴は冷媒循環通路16
内に滴下し、ここから水頭差によってウォータジャケッ
ト2内に流入する。冷媒蒸気は外部へは流出しないので
、ウォータジャケット2内の冷媒液面は、この自然循環
によって概ね所定レベルに保たれることになる。
また運転条件の変化に伴ってウォータジャケット2内と
コンデンサ3内の圧力のバランスやウォータジャケット
2内の冷媒のボイド率が変動し、あるいは車両が傾斜し
たりすると、ウオータジャケラト2内の冷媒液面が所定
レベルよりも低下することがあるが、この場合には、液
面スイッチ11の検出信号に基づいて冷媒供給ポンプ2
2が作動し、リザーバタンク4から直接液相冷媒を補給
する。
このとき冷媒供給ポンプ22を通流する冷媒は低温のも
のであるから、冷媒供給ポンプ22は熱的影響を受ける
ことがない。同、その後ウォータジャケット2内の液相
冷媒が過剰となったときには第1補助冷媒通路20を通
して水頭差によシリザーバタンク4に排出されるため冷
媒液面は常に確実に所定レベルに保たれる。
一方、系内の圧力は、大気開放したりザーパタンク4を
介して略大気圧に保たれるので、ウォータジャケット2
内の冷媒沸点は格別な温度制御を要ざずに略一定に維持
でれる。そして、冷却ファン17は、高負荷時などにロ
アタンク14内の温度が上昇すると第2温度スイッチ1
8に連動し、コンデンサ3を強制冷却するのである。
次に機関停止後は、電源OFFにより電磁弁24が閉状
態を保つので、系内温度低下に伴ってリザーバタンク4
内の液相冷媒が系内に移動し、最終的にはウォータジャ
ケット2やコンデンサ3の内部が液相冷媒で満たされた
状態となる。従って、内部の酸化、腐食を生じる虞れが
ない。
発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機関
の沸騰冷却装置においては、冷媒供給ポンプが冷媒循環
系の外部に設けられているため高い耐熱性が要求されず
、機関温度の一層の高温化が可能となる。そして、ウォ
ータジャケット内の冷媒液面の確保は主に水頭差による
自然循環に依存しているので、冷媒供給ポンプの稼動率
は非常に低くなシ、耐久性の向上が図れるとともに、バ
ッテリの消費電力も少なくなる。
【図面の簡単な説明】
図はこの発明の一実施例を示す構成説明図である。 1・・・内燃機関、2・書・ウォータジャケット、3・
0コンデンサ、4ΦΦ@ IJ f −ハタンク、7・
・・・蒸気出口、9・・−蒸気通路、11・―・液面ス
イッチ、12・・・第1温度スイッチ、16#−・冷媒
循環通路、17・・φ冷却ファン、18・・・第2温度
スイッチ、20・・・第1補助冷媒通路、22・・―冷
媒供給ポンプ。 外2名

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)上部に蒸気出口を有し、かつ所定レベルまで液相
    冷媒が貯留されるウォータジャケットと、上記ウォータ
    ジャケットに対して上方位置に設置されたコンデンサと
    、上記蒸気出口と上記コンデンサの上部とを接続した蒸
    気通路と、上記コンデンサの下部と上記ウォータジャケ
    ットとを、コンデンサで凝縮した液相冷媒が水頭差で自
    然循環するように接続した冷媒循環通路と、予備液相冷
    媒が貯留され、かつ補助冷媒通路を介してウォータジャ
    ケットに接続されたリザーバタンクと、上記補助冷媒通
    路に介装され、かつ上記ウォータジャケットの所定レベ
    ルに配設した液面検出手段の検出信号に基づいて作動す
    る冷媒供給ポンプとを備えてなる内燃機関の沸騰冷却装
    置。
JP61003011A 1986-01-10 1986-01-10 内燃機関の沸騰冷却装置 Expired - Lifetime JPH06102975B2 (ja)

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