JPS6329149Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は内燃機関の蒸気冷却装置に関する。

従来の内燃機関の冷却装置として水冷式の冷却
装置が広く用いられている。これはウオータジヤ
ケツト内の高温の冷却水をウオータポンプによつ
て機関前部に配置したラジエータに送り込み、こ
のラジエータを自動車走行中に受ける空気流や冷
却フアンの送風によつて冷却し、ラジエータで冷
却した冷却水を再びウオータジヤケツトに循環さ
せるものであつた。

しかしながら、この冷却装置ではラジエータに
供給される冷却水と外気の温度差が十分に大きく
ないため、そのラジエータにおける熱交換効率が
悪く、冷却能率を高めるためには、必然的に大形
のラジエータや冷却フアンが必要となり、結果的
に、これらによる風切音や送風音の増大、重量の
増加を招くという問題が生じていた。

一方、これに対して、機関のウオータジヤケツ
トに液相冷却媒体を貯溜し、これらの蒸発気化に
よつて機関冷却を行う蒸気冷却装置が提案される
に至つている（特願昭56−28849号）。

第１図はこの蒸気冷却装置の従来例を示したも
ので、１は機関であり、この機関１は第２図に示
すようにシリンダブロツク２およびシリンダヘツ
ド３にウオータジヤケツト４を有するほか、この
ウオータジヤケツト４に連続して吸気マニホルド
５上部に蒸気溜め室６が形成されており、これら
ウオータジヤケツト４および蒸気溜め室６には適
当な水位まで液相冷却媒体、例えば水に若干の添
加物を加えた冷却水Ｗが貯溜されている。従つて
この冷却水Ｗは機関１の熱により沸謄状態とな
り、冷却媒体蒸気Ｓを発生するとともに、その気
化熱によつて機関の熱を奪い機関各部を冷却す
る。ここで発生した蒸気Ｓは、上記蒸気溜め室６
から蒸気圧調圧手段としてレギユレータ弁７が介
装された蒸気通路８を通して排出され、圧縮手段
としてのコンプレツサ９に導入される。

このコンプレツサ９ではレギユレータ弁７を出
た蒸気Ｓを断熱圧縮し、機関排出時よりもさらに
高温高圧の状態にして、放熱液化手段たるコンデ
ンサ１０に送出する。コンデンサ１０は従来のラ
ジエータと同様に車両前部に走行風を受け得るよ
うに設置され、さらに必要な場合には、その後部
に冷却フアンが配設されるもので、ここで蒸気Ｓ
は空気流により冷却され、凝縮液化して再び冷却
水Ｗとなり、冷却水通路１１を通つて冷却水タン
ク１２に回収される。そして、さらに減圧弁１３
を経て常圧に減圧された後に、再び機関１のウオ
ータジヤケツト４に供給される。

従つて、この蒸気冷却装置にあつては、従来の
ラジエータに相当するコンデンサ４において、蒸
気Ｓが極めて高温で導入され、外気との温度差が
大きく得られるため、放熱効率が良好となり、同
一熱量を放散する場合に、従来のラジエータに比
して大幅な小形化、軽量化が可能となる。また、
蒸気の気化熱を利用するため、系を循環する冷却
水は少量ですみ、冷却水タンク６などを小形化、
小容量化でき、装置全体の小形化が図れる。

しかしながら、かかる従来の蒸気冷却装置で
は、機関の負荷状態や車速に関係なく、コンプレ
ツサ９が常に作動し続けるとともに、ウオータジ
ヤケツト内の冷却媒体の水位も変動することとな
つていた。このためコンプレツサでの消費馬力が
増加して機関燃費が悪化し、上記水位の低下によ
りシリンダヘツドまわりの冷却水が不足し、機関
のノツキングが発生するなどの問題があつた。

この考案はかかる問題を解決するため、機関運
転中にコンデンサやウオータジヤケツト内の冷却
媒体の温度や圧力および機関回転速度やウオータ
ジヤケツト内の冷却媒体の水位などを検出し、こ
れらの検出データを制御入力とする制御部を設け
て、この制御部でコンプレツサ、電磁弁、減圧
弁、フイードポンプを切換制御することによつ
て、コンプレツサによる断熱圧縮工程を経なくて
もコンデンサにおける冷却媒体の冷却を正規に実
行させ、かつウオータジヤケツトに対し、別設し
たリザーバタンクから十分に冷却媒体を供給でき
るようにした内燃機関の蒸気冷却装置を提供する
ことを目的とする。

このため、この考案はウオータジヤケツトに液
相冷却媒体を貯溜し、このウオータジヤケツトで
液相冷却媒体を蒸発気化させることによつて、機
関の冷却を行うように構成する一方、その液相冷
却媒体の蒸気をコンプレツサにより断熱圧縮して
高温高圧にした後コンデンサにて凝縮液化し、こ
の液化冷却媒体を再びウオータジヤケツトに循環
させるようにした内燃機関の冷却装置において、
上記ウオータジヤケツトの蒸気出口部と上記コン
デンサとを上記コンプレツサを介して結ぶ蒸気通
路に、このコンプレツサをバイパスする第１のバ
イパス通路を設け、この第１のバイパス通路の分
岐部にコンデンサの出口部における冷却媒体温度
に基づいて作動する第１の電磁弁を接続し、上記
コンデンサとウオータジヤケツトを減圧弁を介し
て結ぶ冷却水通路には、この減圧弁をバイパスし
かつフイードポンプを接続した第２のバイパス通
路を設け、この第２のバイパス通路の分岐部に上
記コンデンサの出口部における冷却媒体温度に基
づいて作動する第２の電磁弁を接続し、上記冷却
水通路のウオータジヤケツト側に、液相冷却媒体
を貯溜するリザーバタンクと、ウオータジヤケツ
ト内の冷却媒体の水位に基づいてリザーバタンク
からウオータジヤケツトへ冷却媒体を補充制御す
る第３の電磁弁を接続したものである。

以下に、この考案の実施例を図面について具体
的に説明する。

第３図は蒸気冷却装置の系統図であり、第１図
に示したものと同一の構成部分には同一符号を付
してある。２１はコンプレツサ９をバイパスする
ように蒸気通路８に並列接続した第１のバイパス
通路で、このバイパス通路２１の分岐部には、コ
ンデンサ出口部の冷却媒体温度に基づいて作動制
御される２方向切換型の第１の電磁弁２２が図示
のように接続されている。２３は冷却水通路１１
に減圧弁１３とともに直列接続された逆止弁で、
この逆止弁２３および減圧弁１３をともにバイパ
スするように、上記冷却水通路１１に、フイード
ポンプ２４および逆止弁２５を介装した第２のバ
イパス通路２６が接続されている。また、このバ
イパス通路２６の分岐部には、コンデンサ１０出
口部の冷却媒体温度に基づいて作動制御される２
方向切換型の第２の電磁弁２７が接続されてい
る。なお、上記減圧弁１３はダイヤフラム装置１
３Ａを有し、後述の制御部出力によつて作動する
電磁弁２８によつて作動する。この電磁弁２８は
電気信号の変化を負圧の変化に換えて上記ダイヤ
フラム装置１３Ａに伝える。２９はコンデンサ１
０の後部に配された冷却フアンである。３０は上
記冷却水通路１１のウオータジヤケツト側に直列
接続したリザーバタンクで、上記減圧弁１３また
はフイードポンプ２４から送られた液相冷却媒体
をここに一担貯溜する。３１はこの貯溜した冷却
媒体をウオータジヤケツトに送り、その流量調整
を行う第３の電磁弁である。なお、上記リザーバ
タンク３０には放熱フイン３０Ａが多数突設され
ている。

３２は上記コンデンサ１０出口部の冷却媒体温
度および圧力、機関回転速度、ウオータジヤケツ
ト内の冷却媒体の水位などの検出信号を入力とし
て、上記電磁弁２２，２７、フイードポンプ２
４、冷却フアン１０および電磁弁３３を作動制御
する制御部である。３４はコンデンサ１０のロワ
ータンクに設けられ、これから排出される冷却媒
体の温度を検出する温度センサ、３５はウオータ
ジヤケツト４に設けた水位センサで、上記制御部
３２はこれら両センサ３４，３５の出力を制御入
力とし、所定の信号処理、演算処理を行つてコン
プレツサ９の電磁クラツチ、上記電磁弁２２，２
７，２８、フイードポンプ２４および電磁弁３１
を作動制御する。

次に、上記構成になる蒸気冷却装置の作用につ
いて説明する。

機関の運転中において、ウオータジヤケツト４
で気化した冷却媒体蒸気はこのウオータジヤケツ
ト４の排出部からレギユレータ弁７を通つて調圧
された後、第１の電磁弁２２を通つて上記コンデ
ンサ１０に直接導入される。この場合において、
機関が中高速負荷域で運転されていても、車速に
応じてコンデンサ１０が受ける風が５〜６ｍ／
sec以上得られることにより、コンデンサ１０に
導入された蒸気は、冷却フアン２９が作動しなく
てもその風によつて十分に冷却されて液化凝縮
し、冷却水タンク８を通つて第２の電磁弁２７を
経由して、バイパス通路２６を流れる。この液化
されて流れる冷却媒体は、さらにフイードポンプ
２４によつて逆止弁２５を経てリザーバタンク３
０に強制的に送り込まれる。

一方、機関が高負荷運転域に入り、登坂のよう
に車速が低下して、コンデンサ１０が受ける風が
弱まつた場合や、低負荷運転時で停車していて、
コンデンサ１０が風を全く受けない場合には、冷
却媒体蒸気を十分に液化凝縮することができず、
コンデンサ１０出口部の温度が上昇してくる。こ
の温度上昇が上記温度センサ３４により検出さ
れ、その検出信号が制御部３２へ入力されると、
その検出信号と予め定められた基準信号との比較
出力を制御信号として先ず冷却フアン２９が駆動
される。これによりコンデンサ１０が冷却され、
これの出口部における冷却媒体の温度も低下し、
冷却水タンク１２に回収された後、第２の電磁弁
２７からフイードポンプ２４によつて上記リザー
バタンク３０に送り込まれ、さらにこれから第３
の電磁弁３１を通つてウオータジヤケツト４に戻
される。

次に、上記ように冷却フアン２９の作動にも拘
わらず、コンデンサ１０の出口部の冷却媒体温度
が低下しない場合には、上記制御部は電磁弁２
２，２７に流路切換え信号を出力する。このため
コンプレツサ９には蒸気通路８を通る蒸気が導入
されそのコンプレツサ９の電磁クラツチが継がれ
て回転駆動され、蒸気が断熱圧縮されて上記コン
デンサ１０に導入される。上記コンプレツサ９で
は蒸気がさらに高温高圧化され、冷却空気との温
度差を十分に大きくとり、かつ高圧化により液化
温度も上昇するので、冷却フアン２９の作動によ
つて、コンデンサ１０の放熱効率が著るしく向上
する。こうしてコンデンサ１０出口部の冷却媒体
温度が低下し、この低温化された高圧の冷却媒体
が冷却水タンク１２から電磁弁２７に導入れ、こ
こで圧力を常圧に低下させ逆止弁２３を通してリ
ザーバタンク３０に戻される。

一方、このようにリザーバタンク３０に戻つた
冷却媒体は、ノツキングを抑制するため、上記ウ
オータジヤケツト４内の冷却媒体の水位を水位セ
ンサ３５により検出し常に一定の水位を保持する
ように制御部３２からの信号で第３の電磁弁３１
をコントロールし、冷媒の還流量を調整する。

このように、上記三個の電磁弁２２，２７，３
１は冷却媒体温度やウオータジヤケツト４内の冷
却媒体水位のデータに基づく制御部出力によつて
選択的に駆動制御されるものであり、これにより
コンプレツサの消費馬力の低減あるいは機関のノ
ツキングの発生を抑制することができる。

以上説明してきたように、この考案によれば、
コンデンサ出口部に温度センサを設け、ウオータ
ジヤケツトに水位センサを設け、これらのセンサ
出力を制御部に導入し、この制御部からの制御信
号で冷却フアン、コンデンサ、フイードポンプを
選択的に作動させたり、電磁弁を切換制御して冷
却媒体の流路を切換えたり、ウオータジヤケツト
内の水量を一定に保つたりすることができるので
機関の負荷状態や車速に応じてコンデンサが受け
る風速に基づいて、冷却サイクルを最も効率良く
運転でき、機関燃費の低減に継がり、機関のノツ
キングを未然に防止できる等の効果が得られるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の蒸気冷却装置の系統図、第２図
はエンジン構造を示す縦断斜視図、第３図はこの
考案の蒸気冷却装置の系統図である。 １……機関、４……ウオータジヤケツト、７…
…レギユレータ弁、８……蒸気通路、９……コン
プレツサ、１０……コンデンサ、１１……冷却水
通路、１２……冷却水タンク、１３……減圧弁、
２１……第１のバイパス通路、２２……第１の電
磁弁、２３，２５……逆止弁、２４……フイード
ポンプ、２６……第２のバイパス通路、２７……
第２の電磁弁、２９……冷却フアン、３０……リ
ザーバタンク、３１……第３の電磁弁、３２……
制御部、３４……温度センサ、３５……水位セン
サ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 機関のウオータジヤケツトに液相冷却媒体を貯
   溜し、このウオータジヤケツトでその液相冷却媒
   体を蒸発気化させることによつて、機関の熱を奪
   うように構成する一方、上記液相冷却媒体の蒸気
   をコンプレツサにより断熱圧縮して高温高圧化し
   た後、コンデンサで冷やして凝縮液化し、この液
   化した液相冷却媒体を再びウオータジヤケツトに
   循環させるようにした内燃機関の冷却装置におい
   て、上記ウオータジヤケツトの蒸気出口部および
   上記コンデンサをコンプレツサを介して結ぶ蒸気
   通路に、このコンプレツサをバイパスする第１の
   バイパス通路を設け、この第１のバイパス通路の
   分岐部に、コンデンサの出口部の冷却媒体温度に
   基づいて切換制御される第１の電磁弁を接続し、
   上記ウオータジヤケツトとコンデンサの出口部と
   を減圧弁を介して結ぶ冷却水通路に、この減圧弁
   をバイパスしかつフイードポンプを接続した第２
   のバイパス通路を接続し、この第２のバイパス通
   路の分岐部にコンデンサの出口部における冷却媒
   体温度に基づいて切換制御される第２の電磁弁を
   接続し、上記冷却水通路のウオータジヤケツト側
   に、液相冷却媒体を貯溜するリザーバタンクとウ
   オータジヤケツト内の冷却媒体の水位に基づいて
   切換制御される第３の電磁弁を接続したことを特
   徴とする内燃機関の蒸気冷却装置。