JPS6275015A - 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 □°、　。。８□ゆ、３７，２゜７．１ｔｉ−ｐ−）−
ｖ＋ｙ□　’　　ｌ］Ｋｍよ。、え。４□ｆ　＋７　ｒ
　−ｆｉつ、。２ト内で沸騰気化させて内燃機関のん却
を竹う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 自動車用機関等に用いらｌしている周知の水冷式冷却装
置にあっては、ラジェータでの熱交換効率に自から限界
があり、大型のラジェータが必曹であるとともに、ウォ
ータジャケットにおいても大藍の冷却水全循環させなけ
ればｌ・４部的な過熱を生じ易いことがら装置全体とし
ての小型軽細化が雛しい。しかも相当に多輩な冷却水の
循環によってもウォータジャケット内を均一な温度分布
とする仁とができない。

このような点から、近年、市却水の沸騰気化壱熱を利用
した冷却装置が注目さｔしており、列えば特開昭５７−
６２９１２号公報に記載のものか知らｎでいる。そし−
て、この装置では、ウォータジャケントやコンチン′ｊ
等からなる糸が大気に開放さノｔており、系内）１力全
略大気圧とすることで機関温度つまり耐媒那点を略−足
に維持するようにしているＣ） 発ψｊかｌＩ＃次しようとする問題点 しかし、上記のように冷媒の沸騰・凝縮が行わ几る系會
大気に開２ＩＩｌ！シた従来の構成Ｔ゛は、継続的な冷
媒蒸気の流出を生じる問題があるとともに、高地におい
て気圧低下の影４ｉｉｌを受けて冷媒非点が低下してし
まい、コンデンサと外気との温度差が小さくなって放熱
特性が惑化し、かつ冷媒を車室暖房用ヒータの熱分とし
て利用する場・汗にはヒータ性能も感化するという間亀
がある。

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、上記の問題
点を解決するために、ウォータジャケットとコンデンサ
と冷媒供給ポンプとによって＾ｔｍ循壌系を構成する一
力、凝縮した液相冷媒が貯留されるコンデンサロアタン
クに補助冷媒通ｗｒを弁して常時連通したりサーバタン
クを設け、このりサーバタンクの上部空間の絶対圧感知
弁に保つように大気連通孔を開閉する絶対圧感知弁を設
は之こと全特徴としている〇 作　　用 冷媒はウォータジャケット等からなる密閉した冷媒循環
系内で沸騰・凝縮のサイクルを繰り返しつつ循環し、こ
れによって気化潜熱を利用した冷却が行われる。

一力、コンデンサロアタンクとリザーバタンクとの間で
は、系内圧力とりサーバタンクの上部空間の絶対圧とが
釣り合うように液相冷媒が移動する。リザーバタンクの
上部空間の絶対圧は、絶対圧感知弁が大気連通孔を開閉
することによって一定に保たれるので、系内での冷媒非
点は外気圧に影響されずに常に一定に維持さ几る。

東６１列 第１図はこの発明に係る沸騰冷却装置の一実織Ｆ０を示
すもので、同図において、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は電動式の冷媒供給ポンプｔ％ｅ＃ｙｙし
ている。

上ｉ己つォータジャケット２は、内燃機関ｌ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の両者にぼって形成さ几た
゛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＃ｅ＠出
ロフロアけられている。この蒸気用ロアは、接続管８お
よび蒸気通路９を弁してコンデンサ３の上部人口３ａに
連通しており、かつ上記接続管８には、冷媒楯壌系の最
上部となる冷媒注入部８ｍが上方に立ち上がった形で形
成されているとともに、その上部開口をキャンプ１０が
密閉している。

また上記ウォータジャケット２の所定レベル、具体的に
はシリンダヘッド６１Ｉｌｌの略中間の高さ位置におい
て、一つあるいは同一レベルに並んだ複数個の余剰冷媒
排出口１１が開口形成されている。

尚、１２は、上記ウォータジャケット２にヒータ用通路
１３に弁して接続された車室１４暖房用のヒータコアで
あり、その下流側に、図示せぬヒータスイッチに連動し
て作動するヒータ用ポンプ１５が設けられている。

上記コンデンサ３は、上記入口３ｍを有するアッパタン
ク１６と、上下刃向に沿った微細なチューブ全主体とし
たコア部１７と、このコア部１７で凝縮さｎた液化冷媒
を一時貯留するロアタンク１８とから構成されたもので
、向えば車両前部など車両走行風を受は得る位置に設置
され、更にそのｉｔＪ面あるいは背面に、強制冷却用の
電動式冷却ファン１９を備見ている。また上記ロアタン
ク１８の底部に冷媒循環通路２０の一端が接続さｎてお
り、かつこの冷媒循環通Ｍ２０の他端が上記ウォータジ
ャケット２のシリンダブロック５ｆｌＩｌに設けた冷媒
人口２１Ｌに接続されている。そして、上記冷媒循環通
路２０の中間部には、上記の冷媒供給ポンプ４が弁装さ
ｎている。

また上記ロアタンク１８は、クォータジャケット２の余
剰冷媒排出口ｔｉの高さ位置に対し相対的に低位置に配
設されておシ、かつオーバフロー通路２１′ｔ−弁して
上記余剰冷媒排出口１１に連通している。

２２は、上記ウォータジャケット２やコンダンｖ３を主
体とした冷媒循環系の外部に設けらｎたリザーバタンク
であって、その底部に接続された補助冷媒通路２３の先
端が上記ロアタンク１８の比較的上部に接続され、該ロ
アタンク１８に常時連通した状態となっている。２４は
、Ｉ：記リザーバタンク２２の上部空間の圧力を■圧す
る絶対圧感知弁であり、第２図に承すように、バルブシ
ート２５を備えた大気連通孔２６か形成されてなるケー
ス２７と、上記バルブシート２５に着座するテーバ状の
弁部２８ｍを先端に竹する金ｌＩ４＄１！ベローズ２８
と、上記大気連通孔２６紫扱うように配設されたエアフ
ィルタ２９とから構成されており、上記ベローズ２８を
収納した圧力ｍ３０がリザーバタンク２２の上部空間に
連通している。上記ベローズ２８は、内部が略真空（列
えげ５０■ＨｇＡｂｍ程度）になっており、圧力ｍａｏ
の絶対圧に応じて伸縮して大気゛連通孔２６を開閉する
ものであって、シャフト部２８ｂがケース２７底部に螺
着し、かつロンクナッ）３１によって固足されており、
その初期位置の―節にょｐ開弁圧’ｔ、、Ｎえば７５０
■Ｈｇ　　Ａｂｓ程度に股足しである。同、３２はシー
ルリングである。

一力、上記冷媒供給ポンプ４は、ウォータジャケット２
の適宜位置に配設し九第１温度スイッチ３３を弁して電
源に接続され、かつ冷却ファン１９はロアタンク１８に
配設した第２温度スインテ３４全弁して′ｗｌＬ源に接
続されている。上記第１．第２温度スイッチ３３．３４
は例几も所定温度以下のと色にＯＦＦ、所定温度以下の
ときにＯＮとなるもので、その作動温度は暖機が完了し
たとみなせる温度、しＵえは８５℃程度に設定されてい
る。

次に一トロ己のように構成された沸騰冷却装置の作動に
ついて読切する。

先ず機関の停止状態においては、〜媒循壌糸の全体が液
相冷媒（向えばエチレングリコール水溶液）で満たさ扛
ておｐｌかクリザーバタンク２２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、ウォータ
ジャケット２内の冷媒がやがて沸騰を開始し、ウォータ
ジャケット２の上部ならびにコンチン’Ｆ　３１郡に徐
々に気相〜媒饋域が形成されて付くとともに、沸騰によ
る内圧の上昇によって系内から液相冷媒がリザーバタン
ク２２に保々に押し出さｎる。そして、リザーバタンク
２２の上部空間の圧力が高まれば、絶対圧感知弁２４か
第３図に丞すように開作動するので、系内圧力は一定に
保たれる。

コンチンｖ３の上部に気相？４＃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
能力と機関発熱蓋とが平衡した位置にコンチンｖ３のｆ
ｅＬ面位置が定まり、以後は、機関の＊ヶやユ、□１工
Ｌ　Ｕ　７　：２　＞ア２ヶ、。□位置が自然に上下動
しつつ系内温度を略一定に保□　　つ。高地においては
、大気圧が低下するが、この□　　場合にも絶対圧感知
弁２４がリザーバタンク２２１　　の上部空間の絶対圧
を一定に保つので、冷媒沸点□　　は低下しない。同、
機関の暖機によシベローズ２８□　　は温度変化するが
、その内部が真空に近いので、’　　ｍｔＫイ６．う□
ヵうイｅｔｌ＃Ｉ’＊ＫｚＪ、８３．１□□ 、　　感知弁２４の設定圧は殆ど１醤を受けない。

−刀、冷却ファン１９は、ロアタンク１８内の□　　冷
媒温度がＩると作動開始し、コンデンサ３１に強制冷却
する。また、冷媒供給ポンプ４は、ウォータジャケット
２内の酊媒龜度が＾まると作動開始し、オーバフロー通
路２１と協働してウォータジャケット２内の冷媒液面を
常に所定レベルに維持する。

尚、系内に何らかの原因で空気が侵入していた場合には
、冷媒蒸気に押さルてコンチンｖ３の下刃に滞留するの
で、コンデンサ３内の冷媒液面が下がったときにリザー
バタンク２２に押し出され、自然に排出さｎる。

ま九機関停止後は、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２２から系内に液相冷媒が移動し
、最終的には系内全体が険相冷媒で満たされた状態とな
る。このと色、リザーバタンク２２には、大気連通孔２
６内外の差圧によシベロー×２８が押し縮められる几め
、エアフィルタ２９を通して空気が導入さｌする。冑、
リザーバタンク２２上部に別に逆止弁金膜け、内部が負
圧になったときに鉋ちに空気を吸い込ませるようにして
も良い。

次に第４図は絶対圧感知弁２４の他の夾−列會示してい
る。こハは、ベローズ２８先端に半板状の弁体３５ｔ−
設けて、ベローズ２８の変位に対し通路面積が、＠、激
に増大するようにし、かつｆ１！気流菫はオリフィス３
６によって［整するように構成したものである。この構
成によｉｔげ、ベローズ２８の変位特性と無関係に絶対
圧感知弁２４の空気流量を規制でき、その変位特性の不
均一による系内温度のオーバシュート尋の特性の変動を
抑制できるＯ 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、実質的に密閉状態とした系
内で冷媒か沸騰・凝縮を繰り返すので、冷媒＃気の流出
による冷媒損失葡生じることがない。そして、系内圧力
が常に一定に保たれるｄで、島地においても冷媒沸点全
所定値に維持でき、放熱特性の態化中ヒータ性能の低下
全米子ことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一夾一列全丞す構成説明図、第２図
は絶対圧感知弁の一東−ＰＩＩを示す断面図、第３図は
その開状態を示す断面図、第４図は絶対圧感知弁の曲の
実施ｆ＋ｌｌ全丞丁断面図である。 １・・・内燃機関、２・・・ウォータジャケット、３８
．。 コンデンサ、４・・・冷媒供給ポンプ、１２・・・ヒー
タコア、１８・・・ロアタンク、１９・・・冷却ファン
、２１１・・・オーバフロー通路、２２・・・リザーバ
タンク、２３・・・補助端線通路、２４・・・絶対圧感
知弁、２６・・・大気連通孔、２８・・・ベローズ、３
３・・・第１温度スイッチ、３４・・・第２崗度スイッ
チ。 第２図 第４Ｅ 第３０

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、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、かつ下部の
   ロアタンクに凝縮した液相冷媒が貯留されるコンデンサ
   と、上記ロアタンクから上記ウォータジャケットに液相
   冷媒を補給する冷媒供給ポンプと、上記ロアタンクに補
   助冷媒通路を弁して常時連通したリザーバタンクと、こ
   のリザーバタンクの上部空間の絶対圧を一定に保つよう
   に大気連通孔を開閉する絶対圧感知弁とを備えてなる内
   燃機関の沸騰冷却装置。