JPS62271923A - 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】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 この発明は、９オータジヤケント内（二貯留された液相
冷媒の郭騰気化（二よって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ａ縮して再度
ウォータジャケットへ供給するよう（ニした内燃機関の
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電動式
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
を形成するとともに、上記ウォータジャケットの所定レ
ベルに液面センサを配設し、ウォータジャケットで発生
した冷媒蒸気をコンデンサｆ二導いて凝縮させた後、上
記液面センサの検ベルに保つようにしだ沸騰冷却装置を
種々提案している（例えば特開昭６０−３６７１２号公
報、特開昭６０−３６７１５号公報等）。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、このよう（二液面上ンサの検出に基づい
て電動式冷媒供給ポンプをＯＮ・ＯＦＦ制御する構成で
は、冷媒供給ポンプ自体が高価であるとともに、自動車
用機関などの場合（二車載パンテリに対し消費電力が太
きいという問題がある。まだ液面センサやその制御系統
−高い（ｇ頼性が求められることから装置の簡素化、低
コスト化が困難であシ、水冷式冷却装置Ｃ比べて非富に
複雑かつ高価なものとなってしまう。

点 問題を解決するための手段 この発明は上記の問題点を解決するために、機関出力に
よって駆動されるポンプを用い、かつ格別な液面制御を
行わないよう（二したものである。

すなわち、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、かつ内部に液相冷媒が貯留され
るウォータジャケットと、上記蒸気出口（二接続され、
かつ下部に凝縮した液相冷媒が集められるコンデンサと
、このコンデンサの下部と上記ウォータジャケットとを
接続した冷媒循環用通路と、この冷媒循環用通路に配設
され、かつ機関出力によって常時駆動される冷媒供給ポ
ンプと、上記冷媒循環用通路に配設され、かつウォータ
ジャケット内の冷媒温度が沸点近傍の所定温度以上のと
きｆ二該冷媒循壇用通路を開路する開閉弁とを備えて構
成されている。

作用 ウォータジャケット内Ｃ：貯留されている液相冷媒は、
機関の燃焼熱を受けて沸騰し、機関各部を冷却する。そ
して発生した冷媒蒸気はコンデンサ内に案内されて凝縮
する。尚、沸騰開始もしくはその直前までは開閉弁が閉
じておシ、冷媒の供給は行われない。沸騰開始後は、開
閉弁が適宜に開き、冷媒供給ポンプによってウォータジ
ャケット内ｆ二冷媒が供給される。従って、ウォータジ
ャケット内の冷媒液面は蒸気発生量とポンプ循環流量と
の関係で常に変動することζ：なり、循環流量が過剰と
なる低負荷特電：は、純粋なＳ緩冷却ではなく気液二相
流で冷却される形になる。これ゛に対し、高負荷時には
、ある程度冷媒液面が低下した状態で純粋な沸騰・凝縮
サイクルによる効率の良い冷却が行われ、比較的小型の
コンデンサおよび比較的少量な冷媒の循環でもって確実
１：冷却される。

また、低負荷時等（−過度（ユ冷媒温度が低下すれば開
閉弁が閉じ、機関の過冷却が防止される。つま）、各回
転数ｇ−おけるポンプ循環流量が高負荷時の必要流蓋を
下廻らないように設定しておけば、冷媒液面の変動に拘
らず安定した冷却が行われるのである。

実施例 第１図はこの発明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を備えた内燃機関、３は上
記ウォータジャケット２で発生した冷ｇ蒸気を凝縮する
ためのコンデンサを示している。

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
およびシリンダヘッドの両者（二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（二連通し
ているとともに、その上部の適宜な位置ｆニ一つあるい
は複数の蒸気出口４が設けられており、かつその適宜な
位置に、サーミスタ等からなる第１温度センサ５が装着
されている。また、内燃機関１の前端邪には、機関出力
によって常時駆動されるインペラポンプ等からなる冷媒
供給ポンプ６が設けられておシ、その吐出側が上記ウォ
ータジャケット２に連通している。

尚、７はこの冷媒供給ポンプ６を利用して高温液相冷媒
が循環供給される単室暖房用のヒータコア、８はヒータ
不使用時に冷媒の通流を遮断するバタフライ弁である。

また９は、冷媒中の不凍液成分の偏在を防止すべく少量
の液相冷媒をウォータジャケット２からコンデンサ３側
へ送シ込むための冷媒混合用通路であって、基端が冷媒
供給ポンプ６吐出側から導出され、かつ先端が三方型の
第１電磁弁１０を介してコンデンサ３上流に接続されて
いる。

コンデンサ３は、ウォータジャケット２の蒸気出口４に
蒸気通路１１を介して連通したアンパタンク１２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１３
と、凝縮した冷媒を一時貯留するロアタンク１４とから
なシ、車両前部などを備えている。上記冷却ファン１５
は、ロアタンク１４に配設した第２温度センサ１６の検
出温度に基づいてＯＮ＠ＯＦＦ制御されるもので、ロア
タンク１４内の液相冷媒が所定温度以上つまり過冷却度
が小さくなったときｌ二作動してコンデンサ３を強制冷
却する構成となっている。

１７は、上記ウォータジャケット２と略等しい高さ位置
に配設されたリザーバタンクであって、第１冷媒循環用
通路１８を介してロアタンク１４（二接続されていると
ともに、開閉弁として第２電磁弁１９を備えた第２冷媒
循環用通路２０を介して冷媒供給ポンプ６の吸入側（ユ
接続されている。

尚、上部空間に接続された大気連通路２１に調圧弁２２
が配設され、高地等■二おいても内圧を７５０ｍｍＨｇ
程度に保っているとともに、冷媒注入口キャンプ２３に
タンク内部が負圧のときに開く一方向弁２３ａが内蔵さ
れている。

また２４は、急速ｖｉ機のための冷媒排出を司る冷媒排
出用通路であって、一端がウォータジャケット２の所定
レベルに開口し、かつ他端がリザーバタンク１７底部Ｃ
ｆｆ１絖されているとともに、その通路中に第３電磁弁
２５が介装されている。そして、２６は、この冷媒排出
の際１ニウオータジヤケツト２内へ空気を導入するため
の空気導入用通路であり、一端が第１電磁弁１０を介し
てコンデンサ３辷連通可能（−なっているととも■二、
他端がリザーバタンク１７上部に接続されている。

また２７は、各電磁弁１０，１９．２５等の制御を司る
制御表置を示している。

次に第２図は、上記冷媒供給ポンプ６の流量特性を示し
ている。同図の想像線（イ）はポンプ単体の場合の流量
特性であって、機関回転数１；略比例した流量となるの
であるが、上述した冷却装置に組み込まれた状態におい
ては、配管抵抗によってキャビテーションを生じるため
、実際の（Ｍｍ’は、実線（ロ）に示すような特性とな
る。これ■二対し、図中の棒グラフは、各回転数【二お
ける必要冷媒量の最大値を示す。これは、発生蒸気量を
′液相に換算した量と、蒸気流番；同伴して液相のまま
ウォータジャケット２から持ち出される冷媒量と、不凍
液偏在防止のために冷媒混合用通路９を通してコンデン
サ３に送られる冷媒量との三者の和として実験的に求め
られるものである。すなわち、冷媒供給ポンプ６の実際
の流量特性（ロ）は、これらの最大必要冷媒量の包絡線
を僅かに上部るように設定されている。尚、この流量は
、従前の流水式冷却装置（−おけるウォータポンプ１；
比較して著しく小さいものとなる。

次に上記のようＣ：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（二おいては、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（例えば工ｆＬ／ン
グリコール水浴液）で満たされておシ、かつリザーバタ
ンク１ア（二は多少の液相冷媒が残存している。また第
１電磁弁１０は「流路Ｂ」の状態にある。この状態で機
関が始動すると、暖機再始動（冷媒温度が例えば４０℃
以上の場合）の場合を除き、第１電磁弁１０が「流路Ａ
」、第３電磁弁２５が「開」となり、９オータジヤケン
ト２内の液相冷媒が水頭差によって所定レベルに低下す
るまでリザーバタンク１７に排出されるとともに、上部
に空気が導入される。この結果、機関の暖機は急速（二
進行する。尚、始動と同時（二冷媒供給ポンプ６が作動
するが、第２電磁弁１９は第１温度センサ５の検出温度
が所定温１度（例えば９５〜１００℃程度（二設定され
る）に連すまでは「閉」状態を保つので冷媒の供給は行
われない。

暖機が進行して第１温度セン＋５の検出温度が８０℃程
度（−上昇した時点で第１電磁弁１０が「流路Ｂ」、第
３′＆！磁弁が「閉」となり、ウォータジャケット２等
からなる冷媒循環系が閉ループ状に密閉される。

やがて、ウォータジャケット２内で冷媒の沸騰が始まる
。このとき、ウォータジャケット２内（ユ残存していた
空気は、発生する冷媒蒸気に押されてコンデンサ３の下
方τ二集められ、更に第１冷媒循環用通路１８を通して
リザーバタンク１７（二押し出される。また、このよう
に沸騰が開始した段階では、通常第２電磁弁１９が開い
ておυ、冷媒供給ポンプ６によって液相冷媒が循環供給
される。

第２図の流ｆ特性から明らかなように、低負荷時には冷
媒供！＠量が過剰となるため、ウオータジヤケント２内
の液相冷媒の一部は゛仮相のまま蒸気流ととも（ニコン
デンサ３側に溢れ出ろ。つまシこのとき（−は純粋な沸
騰冷却ではなく、気液二相流（二より冷却が行われる。

しかし、最も大きな放熱能力を要求される高負荷時には
、冷媒供給量と要求冷媒量とが略平衡するため、冷媒液
面が適宜な位置まで低下し、その状態で冷媒の沸Ｉｌｌ
・１疑縮サイクルを利用した効率の良い冷却作用が行わ
れる。

また、このときウォータジャケット２等の内部の圧力は
リザーバタンク１７を介して略大気圧（二保たれるので
、機関温度は概ね大気圧下の冷媒沸点に安定的（二維持
されるこ左（二なるっそして、過剰な冷媒供給ｆ二よっ
て第１温度センサ５の検出温度が低下した場合には、第
２電磁弁１９によって冷媒の供給が停止されるため、ウ
ォータジャケット２内では、常（−沸騰状態もしくはこ
れに近い状態【；保たれるのである。

またコンデンサ３内の冷媒液面は、ウォータジャケット
２等の内部の圧力とリザーバタンク１７の圧力との関係
で、コンデンサ３の放熱量が機関発熱量と平衡するよう
【二自然ｆ二上下動するのであるが、高負荷時等にコン
デンサ３内の冷媒液面が過度（二低下したときには、第
２温度センナ１６の検出１【二基づいて冷却ファン１５
が作動し、凝縮を促進する。従って、冷媒蒸気の噴出を
生じるようなことはない。

尚、機関停止後は、ウォータジャケット２等の温度低下
（−よる圧力低下に伴って、リザーバタンク１７から液
相冷媒が駆動し、最終的にはウォータジャケット２やコ
ンデンサ３の略全体が液相冷媒で満たされた状態となる
。

次に第３図に示す実施例は、開閉弁として上述した第２
電磁弁１９に代えて、サーモスタット弁２８を用いたも
のである。このサーモスタット弁２８は、例工ばサーモ
ワックスやベローズ等０作用で流路の切換を行うもので
、沸点近傍に設定した作動温度以下では冷媒供給ポンプ
６の吸入側をバイパス通路２９に連通させ、作動温度以
上では第２冷媒循墳用通路２０（ユ連通させる構成とな
っている。この実施例によれば、構成の一層の簡略化が
図れる。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機関
の沸騰冷却装置においては、機関出力によって駆動され
るポンプを用い、かつ冷媒温度に基づいてその冷媒供給
を制御するようにしたので、ポンプ自体の低コスト化が
図ねるのは勿論のこと、液面センナが不要であり、かつ
バッテリ消費の点でも有利となる。また機械式ポンプを
用いること（二加えて開閉弁の作動頻度が比較的少ない
ので、高い信頼性、耐久性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１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、第２図はこの実施例における冷媒供給ポン
プの流量特性を示す特性図、第３図はこの発明の異なる
実施例を示す要部のみの構成説明図である。 １・・・内燃機関、２・・・９オータジヤケツト、３・
・・コンデンサ、５・・・第１温度センサ、６・・・冷
媒供給ポンプ、１７・・・リザーバタンク、１８・・・
第１冷媒循環用通路、１９・・・第２電磁弁、２０・・
・第２冷媒循環用通路、２８・・・サーモスタット弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部に蒸気口を有し、かつ内部に液相冷媒が貯留
   されるウォータジャケットと、上記蒸気出口に接続され
   、かつ下部に凝縮した液相冷媒が集められるコンデンサ
   と、このコンデンサの下部と上記ウォータジャケットと
   を接続した冷媒循環用通路と、この冷媒循環用通路に配
   設され、かつ機関出力によつて常時駆動される冷媒供給
   ポンプと、上記冷媒循環用通路に配設され、かつウォー
   タジャケット内の冷媒温度が沸点近傍の所定温度以上の
   ときに該冷媒循環用通路を開路する開閉弁とを備えてな
   る内燃機関の沸騰冷却装置。