JPS614817A - 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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JPS614817A
JPS614817A JP59124777A JP12477784A JPS614817A JP S614817 A JPS614817 A JP S614817A JP 59124777 A JP59124777 A JP 59124777A JP 12477784 A JP12477784 A JP 12477784A JP S614817 A JPS614817 A JP S614817A
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JP
Japan
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refrigerant
coolant
water jacket
liquid phase
condenser
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JP59124777A
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English (en)
Inventor
Yoshimasa Hayashi
義正 林
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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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
    • 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
    • F01P3/2285Closed cycles with condenser and feed pump
    • 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01P11/00Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/02Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (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、コンデンサからウォータジャケット内に循
環供給した液相冷媒をウォータジャケット内で沸騰気化
させて内燃機関の冷却を行うようにした内燃機関のsM
k冷却装置に関する。
従来の技術 自動車用機関等に用いられている周知の水冷式冷却装置
にあっては、機関運転状態に応じた高精度な温度制御を
実現することは困難であり、ま之ラジェータにおける熱
交換効率に自から限界があるため装置の小型@量化も難
しい。
このような点から、近年、冷却水の沸騰気化潜熱を利用
した冷却装置が注目されている(例えば特公昭57−5
7608号公報、特開昭57−62912号公報等参照
)。これは基本的には、ウォータジャケット内で液相冷
媒(冷却水)を沸騰気化させ、その発生蒸気を外部のコ
ンデンサ(ラジェータ)に導いて放熱液化させた後に、
再度ウォータジャケット内に循環供給するものであって
、冷却水の単純な温度変化と異なジ相変化を伴う気化潜
#1を利用することによって、極めて少量の冷却水の循
環で要求放熱量を満足できるとともに、上記コンデンサ
における熱交換効率が従来の方式のラジェータに比較し
て大@に向上することから、装置全体と12での飛躍的
な小型軽量化が可能となる等の利点がある。
翫 また、本出願人は上記公報等に記載の冷却装置を更に発
展させたものとして、ウォータジャケット、コンデンサ
、冷媒供給ポンプを主体として密閉された冷媒循環系を
形成し、不凝縮気体である空気を除去した上記循環系内
に所定量の冷媒(冷却水)を封入して、その系内で沸騰
、凝縮のサイクルを効率良く行わせるようにした沸騰冷
却装置を先に提案している(例えば特願昭58−145
470号)。
発明が解決しようとする問題点 この発明は、上記の先に提案した沸騰冷却装置において
、冷媒循環系内への初期の冷媒注入を、空気の付着、残
留を生じさせることなく極く短時間で行い得るようにし
ようとするものである。すなわち、機関の組立完成時や
点検整備後に、ウォータジャケット等からなる冷媒循環
系内に液相冷媒を注入する作業が行われるのであるが、
従来の水冷式冷却装置と異なり、コンデンサチューブ内
等に不凝縮気体である空気が残留していると運転時に著
しい支障を生じることになるので、注入時に系内がら空
気泡の完全な排出を期す必要があシ、極めて少量づつ注
入を行うなどの厄介な作業が要求されていた。
問題点を解決するための手段 この発明は上記のような冷媒注入時の問題を解決するた
めに、冷媒供給ポンプの吐出側の冷媒循環通路をウォー
タジャケットの下部に接続するとともに、上記ポンプ吐
出側に切換弁を介して連通した注入用補助通路をコンデ
ンサ下91C接続し、つまり上記冷媒供給ポンプによっ
てウォータジャケット下部およびコンデンサ下部の双方
へ選択的に液相冷媒な圧送できるように構成し、更に上
記冷媒供給ポンプの吸入側に切換弁を介して接続される
冷媒注入用タンクと、冷媒注入時に開放される空気排出
口とを設けたものである。
作用 上記の構成により、冷媒の注入は冷媒供給ポンプを利用
してウォータジャケットおよびコンデンサの夫々の下部
から強制的に行われる。このとき、冷媒循環系内部の空
気は冷媒液面の上昇に伴って上方へ無理なく押し出され
て行き、空気排出口から排出される。従って、極めて短
時間で冷媒注入が完了するとともに、コンデンサチュー
ブ内等に付着して系内に残存する空気量が極めて少ない
ものとなる。
実施例 図はこの発明に係る沸騰冷却装置の一夾施例を示すもの
で、IF′iウォータジャケット2を備えてなる内燃機
関、3け気相冷媒を凝縮するためのコンデンサ、4け電
動式の冷媒供給ポンプを夫々示している。
上記クォータジャケット2け、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蒸気量ロア
が設けられている。この蒸気量ロアに、し杭管8および
蒸気通路9を介してコンデンサ3の上針入口に連通して
おり、かつ上記接続管8には、キャップ1.0にて開閉
される空気排出口11が設けられている。
上記コンデンサ3は、上記の入口を有するアッパタンク
12と、上下刃向の微細なチューブを主体としたコア部
13と、このコア部13で凝縮された液化冷媒を一時貯
留するロアタンク14とから隔成されたもので、例えば
車両前8(!など車両走行風を受は得る位置に′rv置
され、更にその前面あるいは背面に強制冷却用の篭側式
冷却ファン15を備えている。また、上記ロアタンク1
4は、その比奴的下部に冷媒砲出口14ak有す゛ると
ともに、この冷媒皓出口14 aに連結した冷媒循環通
路16を介して上記ウォータジャケット2下部の冷媒入
口2aに接続されている。そして、上記冷媒循環通路1
6には、冷媒供給ポンプ4が介装されているとともに、
該ポンプ4の吐出側において手動切換弁17ヲ介して注
入用補助通路18が分岐されており、その先端は上記ロ
アタンク14の下部に接続されている。上記手動切換弁
17は冷媒供給ポンプ4吐出側の姫路を、ウォータジャ
ケット2側へ(流路A)、あるいはロアタンク14側へ
(流路B)、選択的に切換えることができるものである
21は、冷媒循環系の系外に設けられた冷媒注入用タン
クを兼ねる大気開放のリザーバタンクであって、その底
部から導出された第1補助冷媒通路22先端が三方型の
第1電磁弁23を介して冷媒循環通路16の冷媒供給ポ
ンプ4吸入側に接続されている。上記第1電磁弁23は
、非通電時にはロアタンク14を冷媒供給ポンプ4に連
通しく流路C)、かつ通電時にけリザーバタンク21を
冷媒供給ポンプ4に連通(流路D)させるものである。
また同じくリザーバタンク21の底部から導出された第
2補助通路24は、常開型の第2電磁弁25ヲ介してウ
ォータジャケット2下部に接続されている。
一方、冷媒循環系最上部の接続管8には常閉型の第3電
磁弁26′!il−備えt空気排出通路27が接続され
、その先端は上記リザーバタンク21内に開口している
またセンサ類として、クォータジャケット2の所定レベ
ルおよrドロアタンク14の所定レベルに夫々第1液面
センサ28.第2液面センサ29が配設されているとと
もに、温度センサ30がウォータジャケット2内の第1
液而センサ28より若干下刃位置に設けられている。そ
して、各電磁弁23 、25 、26や冷媒供給ポンプ
4.冷却ファン15は、これらのセンサ類の検出信号に
基づき所定のプログラムに従って制御回路31により制
御されるのであり、更に、これとは別個に冷媒注入時に
冷媒供給ポンプ4等を駆動するための注入用作動スイッ
チ32が設けられている。
次に上記のように隔成された冷却装置の作用を説明する
初めに、既に冷媒が注入された状態での作用について説
明する。尚、機関停止時には、上述したウォータジャケ
ット2やコンデンサ3等からなる冷媒循環系内が殆ど液
相冷媒で満たされている。
これは、不凝縮気体である空気がコンデンサ3内等に付
着するのを防止するためである。
先ず機関が始動されると、経時的な空気の侵入に対処す
るために、空気排出制御が行われる。これは、系内金一
旦液相冷媒で完全に満たして、侵入してい友空気の完全
な除去を図るもので、リザーバタンク21から冷媒供給
ポンプ4によりウォータジャケット2内に一定時間液相
冷媒が強制導入され、同時に空気排出用の第3電磁弁2
6が開かれる。
空気排出制御により系内が完全に液相冷媒で満たされた
後は、系内で発生する蒸気圧を利用して余剰冷媒排出制
御が行われる。これは、第2電磁弁25を開弁じておく
ことによって、系内から余剰の液相冷媒をリザーバタン
ク21へ排出する制御であり、ウォータジャケット2内
の冷媒液面およびロアタンク14内の冷媒液面が夫々第
1.第2液面センサ28 、29による設定レベルに低
下するまで継続される。尚、このとき第1液面センサ詔
の検出に基づいて冷媒供給ポンプ4が駆動され、ウォー
タジャケット2内の冷媒液面は常に所定レベル以上に保
たれる。
上記の余剰冷媒排出の結果、冷媒循環系内に所定量の冷
媒が封入された状態となり、以後は密閉した系内で沸騰
、凝縮のサイクルを繰り返しつつ冷媒が循環して、機関
の冷却を行う。このjtl+常運転制御においては、冷
媒供給ポンプ4に、ウォータジャケット2内の冷媒液面
を第1液面センサ28の設定レベル以上に、ロアタンク
14内の冷媒液面を第2液面七ンサ29の設定レベル以
下に、夫々維持するように駆動される。また冷却ファン
15は温度センサ30の検出温度に基づいて駆動制御さ
れ、コンデンサ3における凝縮を調整して系内圧力つま
り飽和温度を制御し、ウォータジャケット2内の温度を
目椋飴(機関運転条件に応じて可変設定することが可能
である)に保つように作用する。
また機関停止時には、系内温度がある程度低下した時点
で市1源がOFFとされ、常開型電磁弁である第2電磁
弁25が開弁する。この結果、系内の温度低下に伴って
リザーバタンク21から液相冷媒が系内に導入され、最
終的には系内が液相冷媒で満たされた状態となる。この
状態で次の始WJJに備えることになる。
一力、機関の組立完成時や点検整備による冷媒交換時な
どには、上述の待機状態と同様に、系内が液相冷媒で略
完全に満たされるように冷媒の注入を行う必要がある。
その作業手順としては、先ずフィラーキャップ21 a
 e外してリザーバタンク21内に液相冷媒を十分に入
れ、かつ空気排出口11のキャップ10を外して系最上
端から空気が排出され得るようにする。そして、手動切
換弁17を流路Bに切換えた後に、注入用作動スイッチ
32を投入する。
上記注入用作動スイッチ32の投入により第1′を磁弁
23は流1ii2SDに、第2電磁弁25は「閉」に夫
々切換えられ、かつ冷媒供給ポンプ4が駆動される。
この結果、リザーバタンク21内の液相冷媒が第1補助
通路22および注入用補助通lit!18を介してロア
タンク14内に強制的に導入され、コンデンサ3内か下
方から徐々に液相冷媒で満たされて行く。従つて、微細
なフンデンサチューブ内等の空気も速やかに上方に押し
出され、内敵に付着残留することがない。
次ニコンデンサ3が液相冷媒で満たされてウォータジャ
ケット2側に溢れ出てきたら、手動切換弁17f:流路
Aに切換える。尚、これは空気排出口11に通して目視
にて確認すれば良いが、多少遅れても何ら問題はない。
手動切換弁17の切換によって、液相冷媒はリザーバタ
ンク21からウォータジャケット2へ強制的に導入され
、やけυ下刃から満たされていくので空気は円滑に押し
出される。
尚、図はこのときの状態を示している。そして、系内が
完全に液相冷媒で満たされたら、注入用作動スイッチ3
2 i 011i” Fとして、キャップ10ならひに
フィラーキャップ21 a f閉めれば良く、これによ
って注入作業が完了する。
尚、空気排出ロllヲ独立して設けずに、第3電磁弁2
6を注入時に開弁じて空気排出通路27がら空気排出を
行うように溝底することもできる。また、手動切換弁1
7に代えて第1電磁弁23と同様の三方電磁弁を用いる
ことも勿論可能である。
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、機関の組立完成時などの液
相冷媒の注入を極〈短時間で行えるとともに、系内から
不凝縮気体である空気を完全に排出することができ、以
後の運転において放熱効率の吐下による異常高圧化など
を招来する虞れがなくなる。しかも、通常運転時の冷媒
循環に用いられる冷媒供給ポンプを利用しているので、
敵品点数の而からも有利である。
【図面の簡単な説明】
図はこの発明に係る沸騰冷却装置の溝底説明図である。 1・・・内燃機関、2・・・ウォータジャケット、3・
・・コンデンサ、4・・冷媒供給ポンプ、5・・・シリ
ンダブロック、6・・シリンダヘッド、8・・・接続管
、10・・・キャップ、11・・・空気排出口、14・
・・ロアタンク、15・・・冷却ファン、16・・・冷
媒循環通路、17・・・手動切換弁、18・・・注入用
補助通路、21・・・リザーバタンク、23・・・第1
電磁弁、25・・・第2電磁弁、26・・・第3@磁弁
、n・・空気排出通路、28・・第1液面センサ、29
・・・第2液面センサ、30・・・温度センサ、31・
・制御回路、32・・・注入用作動スイッチ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)上部に蒸気出口を有するウォータジャケットと、
    上記蒸気出口に接続されるとともに、下部に液化冷媒を
    一時貯留する冷媒タンクを備えたコンデンサと、上記ウ
    ォータジャケットの下部と上記冷媒タンクとを接続した
    冷媒循環通路と、この冷媒循環通路に介装された冷媒供
    給ポンプとによつて冷媒循環系を構成し、上記ウォータ
    ジャケット内に貯留した液相冷媒を該冷媒循環系内で沸
    騰・凝縮させつつ循環させるようにした内燃機関の沸騰
    冷却装置において、上記冷媒供給ポンプの吸入側に切換
    弁を介して接続される冷媒注入用タンクと、冷媒注入時
    に開放される空気排出口と、上記冷媒供給ポンプの吐出
    側と上記コンデンサの下部とを切換弁を介して接続する
    注入用補助通路とを設け、上記冷媒供給ポンプを介して
    上記冷媒注入用タンク内の液相冷媒をコンデンサ下部お
    よびウォータジャケット下部から注入するように構成し
    たことを特徴とする内燃機関の沸騰冷却装置。
JP59124777A 1984-06-18 1984-06-18 内燃機関の沸騰冷却装置 Pending JPS614817A (ja)

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