JPH0479853B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、冷却液の気化潜熱を利用した車両
用エンジンの沸騰冷却装置に関する。

（先行技術） 冷却液をウオータジヤケツト内にて沸騰蒸発さ
せ、その気化潜熱によりエンジンの冷却を効率良
く行なうようにした沸騰冷却装置が本出願人より
提案されている（特願昭58−145467号等）。

これを第１図に基づいて説明すると、１はエン
ジン本体、２はシリンダブロツク３およびシリン
ダヘツド４にかけて形成されたウオータジヤケツ
ト、５はウオータジヤケツト２の上部に所定の空
間部を残して充填された冷却液（冷媒）である。

この冷却液５は、エンジンの熱を吸収して所定
の温度に達すると沸騰し始め、気化潜熱を奪いな
がら蒸発する。そして、この蒸発冷却液（蒸気）
はウオータジヤケツト２の上部に接続する蒸気通
路６を介して熱交換用のコンデンサ７に導びかれ
る。

コンデンサ７には冷却風を送る冷却フアン（電
動フアン）８が取付けられ、その風量に応じて蒸
発冷却液は外部に放熱し冷却され、もとの液体に
凝縮された後、ロワタンク９に貯留される。

ウオータジヤケツト２には液面センサ１０が設
置され、冷却液５の蒸発に伴ない液面がある程度
下がると、制御回路１１によりウオータジヤケツ
ト２のもどり通路（冷媒通路）１２に介装した供
給ポンプ１３が駆動される。このポンプ１３によ
り、ロワタンク９内の冷却液５をウオータジヤケ
ツト２へと循環するようにして閉回路の冷却系を
構成する。

また、制御回路１１は、冷却液温を検出する温
度センサ１４と、エンジン回転、アクセル開度、
燃料供給量等を検出する図示しない各センサから
の信号に基づいて、前記冷却フアン８を駆動制御
し、エンジンの冷却温度を運転条件に応じて最適
値に設定する。つまり、冷却系内は閉回路となつ
ているため、系内の圧力を変化させることによ
り、冷却液の沸点を上下させることができる。

例えば、エンジンの発熱量が比較的少ない低負
荷時には、冷却フアン８の風量を減らしてコンデ
ンサ７での放熱、凝縮をある程度抑制し、冷却系
内の圧力を大気圧以上に高めることにより冷却液
５の沸点を高める。これにより、エンジンの冷却
液温度を高めに維持して（例えば120℃）、冷却損
失の軽減を図る。

これに対して、エンジンの発熱量が多い高負荷
時には、冷却フアン８の風量を増やしてコンデン
サ７での放熱、凝縮を促進し、すると系内の圧力
が大気圧以下となり冷却液５の沸点が下げられ、
エンジンの冷却液温度を低めに保ち（例えば90
℃）、良好な冷却状態を確保する。

冷却液５の沸騰気化潜熱は極めて大きく、また
蒸発冷却液によるコンデンサ７での放熱作用は十
分に高いことから、少量の冷却液５でエンジンを
効率良く冷却することができると共に、その冷却
温度を運転条件に応じて応答良く制御することが
可能であり、したがつて優れた冷却機能が得られ
るのである。

他方、このような装置では、エンジンを停止し
て冷却液の温度が常温近くまで下がつた場合、そ
れまで蒸発していた冷却液が液化して系内の圧力
がかなり低下し、強い負圧を生じかねない。

そのため、補助通路１５，１６および電磁弁１
７，１８を介してウオータジヤケツト２に接続す
る補助タンク１９が設けられ、エンジン停止時に
補助通路１５を開き、低下した系内圧力と大気圧
との差圧を利用して補助タンク１９に貯えた補填
用の冷却液を、液面センサ２０の検出レベルまで
導入させる。

また、系内圧力の低下により外部からウオータ
ジヤケツト２に空気が入り込んだ場合、これを排
除するように、前記蒸気通路６の上部に空気通路
２１と電磁弁２２が設けられ、例えばエンジン始
動初期等に空気通路２１、補助通路１６を開くと
共に供給ポンプ１３を駆動し、補助タンク１９か
ら冷却液を強制的に送り込んで余分の空気を排出
しつつ冷却液面を所定のレベルに合わせる。この
空気は補助タンク１９の上部空気層に導びかれ、
フイルタ２３を介して外部に排出される。

そして、この状態において、エンジンの始動に
より冷却液の温度が上昇し所定の温度に達する
と、冷却液は沸騰、蒸発を開始するが、このとき
液面センサ１０，２４の検出レベルに応じて補助
通路１５を開き、冷却液を大気圧下で沸騰、蒸発
させ、その蒸発圧力によつて補填された分の冷却
液を補助タンク１９へ押し戻す。

この場合、供給ポンプ１３は液面センサ１０に
応じて駆動され、ジヤケツト２内の液面を適正レ
ベルに保つようにロワタンク９から冷却液を送
り、ロワタンク９内の液面が所定レベルになると
停止される。

これにより、蒸発圧力を大気圧に保ちながら、
系内の冷却液を適正量に復帰ならびに設定するの
である。したがつて系内に空気が入り込むような
ことは防止され、コンデンサ７での熱交換効率が
良好に維持される。

このようにして、常に沸騰冷却の的確な冷却作
用が得られ、その高い冷却性能が維持されると共
に、前記冷却フアン８の風量に応じて冷却液の沸
点圧力を大気圧以下に任意に下げることがどき、
前述したようにエンジンの高負荷時等に冷却温度
を100℃以下（水を用いた場合）に設定すること
が可能となつている。

なお、上記装置では、少量の冷却液でエンジン
の冷却を行なえるから、ウオータジヤケツト２は
もちろん、コンデンサ７、供給ポンプ１３等も小
さくてすみ、冷却系の小型化、軽量化を図れる。
また、エンジンの暖機時間を短縮することが可能
になると共に、コンデンサ７での放熱効率が良好
なことから、冷却フアン８の駆動動力を低減で
き、騒音ならびの燃費の改善が図れるという利点
がある。

ところで、このような沸騰冷却装置にあつて
は、コンデンサ７での高い放熱効率が得られるこ
とから、特に車両の走行速度が大きいときは、そ
の走行風によつて十分な放熱が行なわれ、冷却フ
アン８の駆動動力を大幅に低減することが可能と
なつている。

しかし、走行風がコンデンサ７に良く当たる場
合はよいが、コンデンサ７の設置位置が悪くて走
行風が当たりにくい場合だと、冷却フアン８が頻
繁に駆動されることになり、その駆動による動力
損失が相当増加しかねない。

例えば、エンジンが運転席の下側に配置される
ようなキヤブオーバ型の車両に、前述した沸騰冷
却装置を搭載しようとすると、第２図に示すよう
に取付位置等の関係から、車両２５の運転席２６
の下側に置かれるエンジン２７の前方部分にコン
デンサ７を設置するのが普通である。ただし、２
８はプロペラシヤフトを示す。

このようなキヤブオーバ車では、エンジンスペ
ースが狭い半面、乗員の足元付近に十分な空間を
確保することが必要で、コンデンサ７の大部分が
運転席２６の床２９によつて覆われており、その
ため風の通りが悪く、コンデンサ７に送られる走
行風は矢印で示すように不自然な流れとなつてし
まう。

したがつて、キヤブオーバ車のエンジンに沸騰
冷却装置を適用する場合、コンデンサ７に走行風
を十分に送ることは難しく、この結果冷却フアン
８の負荷が増え駆動動力が増大すると共に、コン
デンサ７の高い放熱機能を維持することができ
ず、冷却性能の低下招くという問題があつた。

一方、ウオータジヤケツト内の冷媒が液相のま
まコンデンサ７に流入するようなことがあると、
コンデンサの放熱面積が減少して冷媒効率が悪化
してしまうのであるが、上述したようなキヤブオ
ーバ車ではエンジン２７の上方に空間的な余裕が
少なく、しかもウオータジヤケツトとほぼ同じ高
さに位置するコンデンサ７に対して冷媒蒸気を供
給するレイアウトとなるので、冷媒蒸気の流れに
よつてウオータジヤケツトの液相冷媒の一部がコ
ンデンサ７へと流れ込みやすく、これを防止する
のが難しいという問題もあつた。

（発明の目的） この発明は、このように沸騰冷却装置をキヤブ
オーバ車に適用するにあたつて生じる不都合を解
消することを目的としている。

（発明の構成および作用） 上記目的を達成するためにこの発明では、大部
分を液相冷媒で満たしたエンジンウオータジヤケ
ツトの上部から蒸気通路を立ち上げ、この蒸気通
路を車両の屋根に設置したコンデンサに連通する
と共に、このコンデンサからの液化冷媒を供給ポ
ンプを介してエンジンウオータジヤケツトに戻す
冷媒通路を設けて上方のコンデンサと下方のエン
ジンウオータジヤケツトとの間で冷媒が循環する
閉回路を形成し、コンデンサに強制冷却風を供給
する冷却フアンを設けると共に、液相冷媒を貯留
した補助タンクを弁手段を介して前記閉回路に接
続した。

上記構成によればコンデンサが車両の屋根上に
位置するので車両の形状にかかわらず最良の通風
状態が得られ、コンデンサに走行風を十分に送る
ことができる。また、ウオータジヤケツトからの
冷媒蒸気は屋根上のコンデンサに向かつて上方に
流れることになるので、比重の大きい液相冷媒は
確実に蒸気流から分離され、したがつてコンデン
サに流れ込むようなことが無い。

（実施例） 第３図、第４図は本発明の実施例を示す構成配
置図とその制御系を含めた構成断面図で、２５は
エンジン２７が運転席２６の下側に配置されるキ
ヤブオーバ型の車両である。

このエンジン２７のシリンダ回りには、冷却液
（冷媒）５が充填されるウオータジヤケツト２が
形成されており、そのウオータジヤケツト２の上
部に沸騰蒸気を導く蒸気通路３０が接続する。

そして、この蒸気通路３０が途中から車両２５
の上方へ立上るように形成され、その上方端に放
熱用のコンデンサ３１が配設、接続される。

このコンデンサ３１は車両２５の屋根３２の部
分に設置され、蒸気通路３０は車両２５に対する
コンデンサ３１の後端部３３に接続される。

具体的には、運転席２６上部の天井板３４をへ
こませて所定のスペース３５を設け、第５図に示
すようにコンデンサ３１がスペース３５内に屋根
３２の高さと合わせるように取付けられる。

天井板３４は、この場合車両２５に対して前下
りに形成され、車両２５の前方から流れ込む走行
風をコンデンサ３１に導くようになつている。

コンデンサ３１も同じく車両２５に対していく
らか前下りに傾くように取付けられ、コンデンサ
３１の前端部３６がその後端部３３より低い位置
となるようにしている。ただし、コンデンサ３１
の本体は前記第１図のコンデンサ７と同じもので
良い。

そして、このコンデンサ３１の前端部３６より
さらに低い位置に、液化された冷却板５を一時貯
留するロワタンク９が配設され、前部端３６に配
管３７を介して接続される。

このロワタンク９の下部には、垂直に立下る冷
媒通路３８が接続し、冷媒通路３８の途中に電磁
弁３９（三方向電磁弁を用いている）と供給ポン
プ１３が設置され、ポンプ１３下流がウオータジ
ヤケツト２の下部に接続される。この供給ポンプ
１３としては容積型のものが良い。

一方、１９は補填用の冷却液５を貯えた補助タ
ンクで、補助通路１５，１６と電磁弁１７，３９
を介してそれぞれウオータジヤケツト２と冷媒通
路３８に接続する。

４０は冷却系内の空気を排除するための空気通
路で、コンデンサ３１の後部端３３の最上部４１
に接続すると共に、その他端が電磁弁２２を介し
て補助タンク１９内の上部空間に開口する。空気
通路４０は、この場合コンデンサ３１近傍にて分
岐され、ロワタンク９の上部空間とも接続され
る。

また、コンデンサ３１の前方には冷却フアン
（電動フアンン）４２が設置され、この冷却フア
ン４２としては前記スペース３５に合わせて例え
ば横長形の還流フアンが用いられる。

そして、ウオータジヤケツト２内には液面セン
サ１０と温度センサ１４が、ロワタンク９内には
液面センサ２４がそれぞれ設置され、これらの検
出信号は前記各アクチユエータ４２，１３，１
７，２２，３９の制御回路１１に送られる。

この制御回路１１ならびに各アクチユエータ４
２，１３，１７，２２，３９の機能、動作はほぼ
前記第１図で述べた通りであり、例えばエンジン
始動時に冷却系内の冷却液５を適正量に設定した
後の通常の運転時にあつては、エンジン負荷等に
応じて冷却フアン４２を駆動する一方、冷媒通路
３８を開き、液面センサ１０の検出値にしたがつ
て供給ポンプ１３を駆動し、ウオータジヤケツト
２内の冷却液面を適正レベルに保ちつつ、コンデ
ンサ３１で液化された冷却液５をロワタンク９か
らウオータジヤケツト２へと循環させる。

他方、エンジン停止時は、系内の温度ならびに
圧力がある程度下つた後に補助通路１５を開き、
低下した系内の圧力により系内に補助タンク１９
からの冷却液５を導入させる。

また、系内に空気が入り込んだ場合には、エン
ジン始動初期等に空気通路４０と補助通路１６を
開くと共に供給ポンプ１３を駆動し、コンデンサ
３１の最上部４１まで補助タンク１９からの冷却
液５を強制的に送り込んで空気を排出する。

このように構成したので、エンジン２７の冷却
を行なう通常運転時には、ウオータジヤケツト２
内の冷却液５がエンジン２７から気化潜熱を奪い
ながら沸騰、蒸発し、蒸気通路３０を介してコン
デンサ３１へと導かれるが、この蒸気通路３０は
ほぼ垂直に形成されているため、その蒸気はスム
ーズにコンデンサ３１へと流入する。

そして、この蒸気はコンデンサ３１にて放熱さ
れ、もとの液体に凝縮されるが、このコンデンサ
３１は車両２５の屋根３２の部分に設置されてお
り、このためコンデンサ３１回りの良好な通風状
態が得られると共に、車両２５の走行に伴つて走
行風がコンデンサ３１に十分に吹当るのである。
また、沸騰が盛んになるとウオータジヤケツト２
の冷却液５の一部が冷媒蒸気の流れに乗つて蒸気
通路３０へと侵入しようとするが、蒸気の流れは
蒸気通路３０に沿つて上方のコンデンサ３１へと
向かつているので、重い冷却液５は重力により落
下してウオータジヤケツト２へと戻され、コンデ
ンサ３１にまで到着することはない。

したがつて、コンデンサ３１の高い放熱機能が
維持され、冷却フアン４２をそれほど回さなくと
も、走行風に応じてコンデンサ３１での放熱を十
分に促進することができる。

これにより、キヤブオーバ車であつても、冷却
フアン４２の負荷を低減することが可能となり、
動力損失を招くことなく沸騰冷却による優れた冷
却性能が確保されるのである。

なお、コンデンサ３１で液化された冷却液５
は、蒸気が流入するコンデンサ３１の後部端３３
より低位置の前部端３６から、配管３７を介して
さらに低位置のロワタンク９に流入し、ここから
ウオータジヤケツト２へと戻される。したがつ
て、液化された冷却液５が逆流することはなく、
コンデンサ３１内は蒸気で保たれ、常に安定した
コンデンサ３１の作用が得られる。

一方、エンジン２７の停止時には、系内の温度
がある程度下つた後に補助通路１５が開かれ、系
内圧力と大気圧との差圧により系内に補助タンク
１９からの冷却液５が吸入される。コンデンサ３
１は高位置にあるが、系内にほとんど空間部が残
ることはなく、これにより系内が負圧となること
を防止できる。

また、系内に空気が入り込んだ場合、エンジン
始動初期等に空気通路４０と補助通路１６が開か
れると共に供給ポンプ１３が駆動され、補助タン
ク１９からの冷却液５が系内に強制的に送り込ま
れる。この冷却液５はウオータジヤケツト２、蒸
気通路３０、コンデンサ３１、ロワタンク９へと
順々に送り込まれ、したがつてコンデンサ３１の
最上部４１ならびにロワタンク９内の空間に空気
が入り込んだとしても、その空気は確実に排出さ
れる。ただし、この排出は短時間で終了すること
から、所定時間の経過後両通路４０，１６を閉じ
るようにすると良い。

なお、本実施例では、第４図の点線で示すよう
に供給ポンプ１３と電磁弁２２，３９をスイツチ
（手動スイツチ）４３を介して直接電源に接続し、
スイツチ４３を入れたときに補助通路１６と空気
通路４０を開き、同時に供給ポンプ１３を駆動す
るようにもなつている。これによれば、例えば補
助タンク１９のフイルタ（キヤツプ）２３をあ
け、スイツチ４３を入れながら補助タンク１９内
に冷却液５を注入すると、その冷却液５は系内に
圧送されることになり、冷却液５の交換が非常に
容易となる。

（発明の効果） エンジンが運転席の下側に配置されるようなキ
ヤブオーバ型の車両であつても、コンデンサに十
分走行風を送ることができると共にコンデンサへ
の液相冷媒の侵入を確実に防止できるので、冷却
フアンの負担を軽減しつつコンデンサでの良好な
放熱機能を保つことができ、沸騰冷却による優れ
た冷却性能を発揮できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の構成断面図、第２図はキヤブ
オーバ型車両の概略図、第３図は本発明の実施例
を示す構成配置図、第４図はその制御系を含めた
構成断面図、第５図は第３図のＡ−Ａ線断面図で
ある。 ２……ウオータジヤケツト、５……冷却液、９
……ロワタンク、１０……液面センサ、１１……
制御回路、１３……供給ポンプ、１７……電磁
弁、１９……補助タンク、２２……電磁弁、２４
……液面センサ、２５……車両、２７……エンジ
ン、３０……蒸気通路、３１……コンデンサ、３
２……屋根、３８……冷媒通路、３９……電磁
弁、４０……空気通路、４１……最上部、４２…
…冷却フアン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 大部分を液相冷媒で満たしたエンジンウオー
   タジヤケツトの上部から蒸気通路を立ち上げ、こ
   の蒸気通路を車両の屋根に設置したコンデンサに
   連通すると共に、このコンデンサからの液化冷媒
   を供給ポンプを介してエンジンウオータジヤケツ
   トに戻す冷媒通路を設けて上方のコンデンサと下
   方のエンジンウオータジヤケツトとの間で冷媒が
   循環する閉回路を形成し、コンデンサに強制冷却
   風を供給する冷却フアンを設けると共に、液相冷
   媒を貯留した補助タンクを弁手段を介して前記閉
   回路に接続したことを特徴とする車両用エンジン
   の沸騰冷却装置。 ２ 上記コンデンサは、車両の走行方向に対して
   所定の傾斜角で設置される特許請求の範囲第１項
   記載の車両用エンジンの沸騰冷却装置。 ３ 上記コンデンサは、その最上部が電磁弁を介
   して上記補助タンクと連通する特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の車両用エンジンの沸騰冷
   却装置。