JPS63150416A - エンジンの冷却装置 - 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） 本発明は、エンジンの燃焼室周囲に設けられるウォータ
ジャケット内に貯留された液相冷媒をエンジンの発生熱
で沸騰させ、その沸騰時における液相冷媒の気化熱を利
用することによりエンジンの冷却を行うようにされたエ
ンジンの冷却装置に関する。

（従来の技術） 車両用エンジンの冷却装置としては、従来、ウォ、−タ
ジャケット（水等の液相冷媒が通る室またはその貯留室
）とラジェータ等から成る冷却手段との間で液相冷媒を
循環させる形式（以下、流水冷却式と呼ぶ）をとるもの
が汎用されているが、斯かる流水冷却式のものに代えて
、近年、ウォータジャケットに貯留された液相冷媒をエ
ンジンの発生熱で沸騰させ、その沸騰時における液相冷
媒の気化熱を利用することにより、エンジンの冷却を行
い、液相冷媒の蒸気（気相冷媒）をコンデンサ等から成
る冷却手段で冷却して液相冷媒に凝縮した後、再び、ウ
ォータジャケット内に戻して循環させる形式（以下、沸
騰冷却式と呼ぶ）をとるものが考えられている。

斯かる沸騰冷却式をとる冷却装置（沸騰冷却装置）にお
いては、流水冷却式をとるものに比して、通常、冷媒を
循環させるためのポンプ手段の容量や冷却手段の放熱面
積等を小さくすることができるとともに、冷媒循環系内
の圧力を変更することで液相冷媒の沸点を変化させるこ
とができるので、エンジンの運転状態に応じてその冷却
度合を多様に制御することができる利点が得られる。

上述の沸騰冷却装置に関連して、従来、例えば、実開昭
６０−７７７２６号公報には、ウォータジャケット内で
発生した液相冷媒の蒸気を、車室暖房用のヒータコアに
導いてそこで凝縮させるとともに、蒸気の放熱を利用し
て車室の暖房を行うようにすることが提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、斯かる提案された沸騰冷却装置において
は、エンジンが充分に暖まるまで、即ち、ウォータジャ
ケットに貯留された液相冷媒が沸騰して充分な量の蒸気
が発生するまでは車室の暖房を行うことができず、特に
、寒冷時においては、エンジンの始動から車室の暖房が
行われるまでにかなりの時間を要するという問題を生じ
る。そこで車室の暖房を寒冷時においても早期に行うこ
とができるようにすべく、ウォータジャケット内の液相
冷媒（温水）をヒータ用ポンプ手段を介して直接車室暖
房用のヒータコアに導き、その放熱を利用して車室の暖
房を行うようにすることが考えられる。ところがウォー
タジャケット内の液相冷媒中には、その沸騰時に気泡（
蒸気）が混入し、斯かる気泡が混入した液相冷媒をヒー
タコアに供給すべくヒータ用ポンプ手段を作動させると
、このポンプ手段内でキャビテーションが発生し、ポン
プ効率が著しく低下するだけでなく、それが損傷してし
まうという虞を生じる。

斯かる点に鑑み、本発明は、ウォータジャケット内に貯
留された液相冷媒を、エンジンの発生熱で沸騰させ、そ
の沸騰時における液相冷媒の気化熱を利用してエンジン
の冷却を行うようになされ、かつ、液相冷媒をヒータ用
ポンプ手段を介して車室暖房用のヒータコアに導き、そ
の放熱により車室の暖房を早期に行うことができるよう
になされ、しかも、ヒータ用ポンプ手段内でキャビテー
ションが発生しないようにされたエンジンの冷却装置を
提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上述の目的を達成すべく、本発明に係るエンジンの冷却
装置は、エンジンの燃焼室周囲に設けられたウォータジ
ャケット内に貯留されて沸騰せしめられる液相冷媒の蒸
気が供給され、その蒸気を冷却して液相冷媒に凝縮させ
る冷却手段と、冷却手段から得られる液相冷媒をウォー
タジャケットに戻す冷媒循環用ポンプ手段とが備えられ
ることに加えて、ウォータジャケットから液相冷媒が供
給され、供給された液相冷媒からその中に含まれる気泡
を分離する気液分離手段と、気液分離手段から得られる
、気泡が分離された液相冷媒を車室暖房用のヒータコア
に導くヒータ用ポンプ手段と、が設けられて構成される
。

（作　用） 上述の如（の構成とされるエンジンの冷却装置において
は、ウォータジャケットに貯留された液相冷媒がエンジ
ンの発生熱により沸騰せしめられ、その沸騰時における
液相冷媒の気化熱が利用されてエンジンの冷却が行われ
る。そして、斯かる冷却時に発生する液相冷媒の蒸気が
冷却手段により冷却されて液相冷媒に凝縮され、その液
相冷媒が冷媒循環用ポンプ手段によりウォータジャケッ
ト内に戻される。

一方、ウォータジャケット内に貯留された液相冷媒は、
気液分離手段にも供給され、気液分離手段により、その
中に含まれる気泡が分離され、気泡が分離された液相冷
媒がヒータ用ポンプ手段により車室暖房用のヒータコア
に導かれ、ヒータコア内における液相冷媒の放熱により
車室の暖房が行われる。

このようにされることにより、ウォータジャケット内の
液相冷媒が沸騰せしめられて、充分な量の蒸気が発生す
るのを待つことなく、エンジン始動俊速やかに車室の暖
房が行われ、かつ、ヒータ用ポンプ手段に供給される液
相冷媒には気泡が混入していないので、ヒータ用ポンプ
手段内でキャビテーシシンが発生することが回避される
。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明に係るエンジンの冷却装置の一例を示
す概略構成図である。

第１図において、ピストン１３が嵌挿される気筒部１１
が形成されたシリンダブロック１２とこのシリンダブロ
ック１２の上方に配されるシリンダへラド１４とで構成
されるエンジン本体１０には、このピストン１３の側周
及びその上方に形成される燃焼室１８を包囲するように
ウォータジャケット１５が設けられている。このウォー
タジャケット１５の最上方部分を除く部位には、水等か
ら成る液相冷媒が貯留される。ウォータジャケット１５
の最上方部分は空間部１６とされ、この空間部１６に蒸
気通路２０の一端が接続され、蒸気通路２０の他端は、
コンデンサ２２の蒸気導入部２３に接続されている。

コンデンサ２２内体は、機知の構成を有するものとされ
、その本体部２５には蒸気を凝縮させるための放熱管と
放熱フィンとが内蔵されており、本体部２５の下側には
液相冷媒を一時的に貯留するための貯留部２４が設けら
れている。コンデンサ２２の近傍には、コンデンサ２２
内を通過する蒸気の冷却を促進するための冷却ファン２
７が配設されている。なお、冷却ファン２７は図示され
ない制御手段によりその送風量が制御される。また、貯
留部２４とウォータジャケット１５の最下方部分とは、
冷却循環用のポンプ２９が介装された冷媒戻し通路２６
により接続されている。

上述の構成に加えて、本例では、気液分離用容器３０．
　ウォータジャケット１５に貯留された液相冷媒を気液
分離用容器３０に導く冷媒導入通路３２、及び、気液分
離用容器３０の最上方部位に形成される空間部３３とウ
ォータジャケット１５の最上方部分に形成される空間部
１６とを接続する蒸気戻し通路３５から成る気液分離手
段が備えられる。気液分離用容器３０の底部には、温水
供給用のポンプ４０が介装された温水供給通路４２の一
端が開口せしめられ、温水供給通路４２の他端は車室暖
房用のヒータコア４５の温水導入端が接続される。ヒー
タコア４５の温水導出端には、温水戻し通路４６の一端
が接続され、温水戻し通路４６の他端は、ウォータジャ
ケット１５の最下方部分に接続されている。また、ヒー
タコア４５の近傍には、車室に温風を送るための送風フ
ァン４７が配設されている。なお、本例では、上述の冷
却ファン２７及び送風ファン４７とポンプ２９及びポン
プ４０とは、何れも電動とされている。

また、温水供給用のポンプ４０は、必ずしも温水供給通
路４２に介装される必要はなく、温水戻し通路４６に介
装されてもよい。

上述の如（の構成のもとで、エンジンが始動されると、
燃焼室１８内で混合気が燃焼せしめられ、それによって
エンジン本体１０が加熱される。そして、エンジン本体
１００発生熱に応じてウォータジャケット１５内の液相
冷媒も加熱され、エンジン本体１０がある程度まで加熱
されたとき液相冷媒が沸騰し、その蒸気が空間部１６か
ら蒸気通路２０に導出され、蒸気通路２０を通じてコン
デンサ２２に導かれる。斯かる液相冷媒の沸騰時には、
液相冷媒の気化熱によりエンジン本体１００発熱部が冷
却される。そして、コンデンサ２２に導かれた蒸気は、
外気との熱交換によりそこで冷却されて液相冷媒に凝縮
され、得られた液相冷媒が貯留部２４に貯留される。こ
の場合、エンジンの運転状態等に応じて冷却ファン２７
の風量が調整されて、蒸気通路２０やウォータジャケッ
ト１５の空間部１６内の圧力が変化せしめられ、それに
よって液相冷媒の沸点が変化せしめられる。その結果、
エンジン本体１０がエンジンの運転状態に応じた最適温
度に冷却される。また、ウォータジャケット１５におけ
る液相冷媒の液面がある程度まで下降するとポンプ２９
が作動せしめられて貯留部２４内に貯留された液相冷媒
がウォータジャケット１５内に戻される。

一方、車室の暖房が行われるときには、ポンプ４０及び
送風ファン４７が作動せしめられる。これにより、ウォ
ータジャケット１５から冷媒導入通路３２を介して気液
分離用容器３０内に供給されてそこに貯留される液相冷
媒（温水）が、温水供給通路４２及びポンプ４０を介し
てヒータコア４５に供給され、液相冷媒の放熱によって
暖められた外気が送風ファン４７により車室内に供給さ
れ、車室の暖房が行われる。この際、ウォータジャケッ
ト１５内の液相冷媒が沸騰してその中に多量の気泡（蒸
気）が含まれている場合でも、斯かる液相冷媒が冷媒導
入通路３２を介して気液分離用容器３０に導かれ、液相
冷媒中に含まれる気泡が空間部３３に発散して略完全に
分離され、蒸気戻し通路３５を介して空間部１６に戻さ
れる。このため、温水供給通路４２の一端部が開口する
気液分離用容器３０の底部付近の液相冷媒は、気泡を殆
ど含んでいないものとされる。これにより、ポンプ４０
内でキャビテーションが生じることが防止され、車室の
暖房が効率良く、安定して行われることになる。

また、上述の如くに、ヒータコア４５に液相冷媒を供給
するようになされるので、ヒータコア４５に蒸気を供給
するようにされたものに比してエンジン始動俊速やかに
車室の暖房が行われる。

第２図は、本発明に係るエンジンの冷却装置の他の例を
示す概略構成図である。

第２図に示される例は、気液分離手段が、第１図に示さ
れる例におけるものと異なるだけで他の部分は第１図に
示されるものと実質的に同一構成とされるので、第２図
において、第１図に示される部分に対応する部分には同
一符号が付されてそれらの詳細説明は省略される。

第２図においては、気液分離手段がシリンダブロック１
２に取り付けられた降水管部５０により構成されている
。降水管部５０の上流側部分５０ａは、その先端部がシ
リンダブロック１２の側壁における上方中央部に連結さ
れてウォータジャケット１５に連通せしめられ、下流側
部分５０ｃは第３図に示される如く、４つに分岐されて
シリンダブロック１２におけるスカート部１２ａより若
干上方の部位で４つの気筒部１１に対応する位置に連結
されて、ウォータジャケット１５の最下方部分に連通せ
しめられる。そして、降水管部５０の中間部分５０ｂに
温水供給通路４２゛の始端が連結されるとともに、降水
管部５０における温水供給通路４２゛の始端が連結され
た部分より下方側の部位に温水戻し通路４６゛の終端が
連結される。

斯かる構成のもとでは、ウォータジャケット１５内では
液相冷媒が沸騰してその中に気泡が混在したものとなり
、そのため、ウォータジャケット１５内の平均密度は比
較的小となるが、降水管部５０内では、液相冷媒の沸騰
が生じないので、降水管部５０内の平均密度は比較的大
となる。斯かる平均密度の相違により、ウォータジャケ
ット１５内では上向きの、また、降水管部５０内では下
向きの液相冷媒の流れが発生し、ウォータジャケラ）１
５内の液相冷媒が降水管部５０の上流側部分５０ａに流
れ込み、中間部分５０ｂ及び下流側部分５０ｃを通じて
ウォータジャケット１５の最下方部分に導かれ、シリン
ダブロック１２に形成された気筒１１　（シリンダライ
ナ）に沿って上方に移動せしめられる。この場合、ウォ
ータジャケット１５内の、気泡が多量に混在する液相冷
媒が、多少下方に傾斜した上流側部分５０ａに導入され
て、そこを流れる際、気泡が液相冷媒から浮き上がり、
それによって液相冷媒から気泡が分離され、降水管部５
０の中間部分５０ｂ及び下流側部分５０Ｃを流れる液相
冷媒中には気泡を殆ど含まないものとなる。このため、
温水供給通路４２′を介してポンプ４０に供給される液
相冷媒には気泡が含まれないものとされ、その結果、前
述の例と同様に、ポンプ４０内でキャビテーションが発
生することが防止され、かつ、車室の暖房をエンジン始
動俊速やかに行うことができるものとなる。

また、例えば、エンジンが高負荷運転状態にあるときに
は、液相冷媒の沸騰が激しくなるので、ウォータジャケ
ット１５のうちの、比較的通路面積（横断面積）が小な
るものとされるシリンダブロック１２内の部位では、気
泡が充満し易くなって、ウォータジャケット１５を形成
する壁面（伝熱面）に対する液相冷媒の接触面積が小と
なり、所謂、伝熱面の乾燥現象が生じる。斯かる現象が
生じると壁面温度が急上昇してエンジン本体１０に悪影
響を与えるという問題を生じる戊があるが、本例の如く
に降水管部５０が設けられることにより、ウォータジャ
ケット１５の最下方部分に、気泡が含まれていない液相
冷媒が連続的に供給されてそれが上方に移動するものと
されるので、伝熱面の冷却が極めて効果的に行われるこ
とになり、上述の如くの問題の発生が防止される。

（発明の効果） 以上の説明から明らかな如く、本発明に係るエンジンの
冷却装置においては、ウォータジャケット内に貯留され
た液相冷媒を、エンジンの発生熱で沸騰させ、その沸騰
時における液相冷媒の気化熱を利用してエンジンの冷却
を行うようになされ、しかも、液相冷媒をヒータ用ポン
プ手段を介して、車室暖房用のヒータコアに導き、その
放熱により車室の暖房を行うようにされるので、車室暖
房を蒸気を用いて行うようにされたものに比して早期に
行うことができ、また、気液分離手段により液相冷媒中
に含まれる気泡を分離した後、温水供給用ポンプに導く
ようになされるので、温水供給用ポンプ内でキャビテー
ションが発生することを防止でき、車室暖房を効率良く
安定して行うことができる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエンジンの冷却装置の一例をエン
ジンの主要部とともに示す概略構成図、第２図は本発明
に係るエンジンの冷却装置の他の例をエンジンの主要部
とともに示す概略構成図、第３図は第２図に示される例
の主要部の説明に供される概略斜視図である。 図中、１０はエンジン本体、１５はウォータジャケット
、２０は蒸気通路、２２はコンデンサ、２７は冷却ファ
ン、２９はポンプ、３０は気液分離用容器、４０はポン
プ、４５はヒータコア、５０は降水管部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンの燃焼室周囲に設けられたウォータジャケット
   内に貯留されて沸騰せしめられる液相冷媒の蒸気が供給
   され、該蒸気を冷却して液相冷媒に凝縮させる冷却手段
   と、該冷却手段から得られる液相冷媒を上記ウォータジ
   ャケットに戻す冷媒循環用ポンプ手段と、上記ウォータ
   ジャケットから上記液相冷媒が供給され、供給された液
   相冷媒からその中に含まれる気泡を分離する気液分離手
   段と、該気液分離手段から得られる、気泡が分離された
   液相冷媒を車室暖房用のヒータコアに導くヒータ用ポン
   プ手段と、を具備して構成されるエンジンの冷却装置。