沸騰冷卻裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種沸騰冷卻裝置，能夠促進沸騰冷卻裝置的小型化。通過冷卻液配管(5)和蒸汽配管(6)連接水套(4)與散熱器(7)而構成發動機的冷卻系統，以貯存于散熱器中的冷卻液的液面(Wa)的高度比水套的上端高的方式構成冷卻系統。使貯存于散熱器中的冷卻液(W)通過自然循環而經由冷卻液配管返回水套，使水套內的冷卻液沸騰而使燃燒室(3a)周圍的溫度恒定，使通過沸騰產生的蒸汽(S)經由蒸汽配管返回散熱器，使其冷凝而液化。不設置水泵就能夠使冷卻液在散熱器和水套中自然循環，通過削減部件件數而能夠促進沸騰冷卻裝置的小型化。
【專利說明】
沸騰冷卻裝置
技術領域
[0001]本發明涉及沸騰冷卻裝置，尤其涉及應用于內燃機的沸騰冷卻裝置。
【背景技術】
[0002]當前，關于在作為汽車等的發動機的內燃機中使用的冷卻裝置，公知有空冷系統和水冷系統。空冷系統因為部件件數少而能夠降低發動機成本。與此相對，關于水冷系統，因為利用水栗使冷卻液在發動機的水套中流動，且利用散熱器來冷卻溫度上升的冷卻液，并且利用恒溫器進行冷卻液的溫度控制，所以部件件數較多，因此比空冷系統昂貴，但能夠進行穩定的冷卻。
[0003 ]另一方面，公知有在內燃機中使用了受控自動點火(CAI)燃燒方法的CAI燃燒發動機。在CAI燃燒發動機中，需要在起動時使冷卻液盡量快地上升到適當的溫度，并且抑制溫度變得過高。因此，考慮在CAI發動機中使用能夠調整冷卻溫度的水冷系統，但在CAI燃燒發動機中使用了水冷系統的情況下，當低溫起動時到冷卻液的溫度達到穩定為止需要時間，因此在到預熱完成為止的期間的燃燒中，有可能發生燃燒不穩定的不良情況。
[0004]作為這樣的CAI燃燒發動機的冷卻裝置，考慮使用部件件數比較少、且能夠在短時間達到穩定的冷卻狀態的沸騰冷卻裝置。通過在CAI燃燒發動機中應用沸騰冷卻裝置，由于基于沸騰冷卻的制冷劑的沸點為冷卻液的溫度，因此冷卻液溫度的變動比基于恒溫器等的水溫控制小，能夠獲得穩定的燃燒。由此，雖然考慮使用CAI燃燒發動機作為要求小型化的通用發動機，但為了響應對通用發動機的小型化，要求與CAI燃燒發動機組合的沸騰冷卻裝置更加小型化。
[0005]作為沸騰冷卻裝置，公知有這樣的結構:在發動機和散熱器的冷卻系統中配置氣液分離器，分離液相制冷劑和氣相制冷劑，僅將氣相制冷劑引導到散熱器，將液相制冷劑輸送到水套。對此，存在這樣的結構:使散熱器傾斜，成為使芯管的冷卻風流出側(散熱器的背面側)位于冷卻風流入側(散熱器的正面側)的下方的位置的狀態，在芯管(散熱器芯)的上部即正面始終存在蒸汽，冷凝能力上升，通過以散熱器進行冷卻液的氣液分離，而不需要另外設置氣液分離器，能夠使沸騰冷卻裝置簡化(例如參照專利文獻I)。
[0006]專利文獻I:日本實開平5-47352號公報
【發明內容】
[0007]根據上述專利文獻I的結構能夠省略氣液分離器，因此對于水冷系統來說，能夠獲得由于在沸騰冷卻裝置中省略恒溫器并且省略氣液分離器而實現的削減部件件數的效果。但是，由于期望在通用發動機中盡量實現小型化，因此基于專利文獻I的結構實現的冷卻裝置的小型化不夠充分，要求更加小型化。
[0008]本發明就是鑒于以上的背景而完成的，其課題在于能夠促進沸騰冷卻裝置的小型化。
[0009]為了解決上述課題，本發明在包含水套4、散熱器7、冷卻液配管5以及蒸汽配管6的冷卻系統中，使在所述水套中沸騰的冷卻液經由所述蒸汽配管返回所述散熱器，且在所述散熱器中冷凝，使冷凝后的冷卻液經由所述冷卻液配管返回所述水套，由此使所述冷卻液在所述冷卻系統內循環，所述水套設置于內燃機1，所述冷卻液配管將所述散熱器和所述水套的下部彼此連通，所述蒸汽配管將所述水套的上部與所述散熱器連通，其特征在于，所述冷卻系統被構成為，所述散熱器的實質上大部分位于比所述水套的上端靠上方的位置。
[0010]根據該結構，使在水套中沸騰的冷卻液返回散熱器內而冷凝，冷凝后的冷卻液被貯存于散熱器，使該冷卻液返回水套，并且散熱器的實質上大部分位于比水套的上端靠上方的位置，由此，不設置水栗就能夠使貯存于散熱器中的冷卻液在散熱器和水套中自然循環，通過削減部件件數，而能夠促進沸騰冷卻裝置的小型化。
[0011]另外，在上述的發明中，可以是:貯存于所述散熱器中的冷卻液的液面位于比所述水套的上端靠上方的位置。
[0012]根據該結構，能夠以冷卻液充滿水套的方式使冷卻液從散熱器返回。
[0013]另外，可以是:所述散熱器具有下部罐7c，該下部罐為了貯存利用散熱器芯冷凝后的冷卻液而設置于該散熱器芯7b的下端，所述下部罐的上端位于比所述水套的上端靠上方的位置。
[0014]根據該結構，能夠使貯存于下部罐中的冷卻液返回水套，且能夠使用散熱器芯的大致全部使蒸汽冷凝。
[0015]另外，可以是:所述下部罐形成為朝向下方變窄的形狀，在所述下部罐的下端連接有所述冷卻液配管。
[0016]另外，可以是:貯存于所述下部罐中的冷卻液的液面位于比所述水套的上端靠上方的位置。
[0017]根據該結構，能夠使散熱器芯的全部用于蒸汽的冷凝。
[0018]另外，可以是:所述下部罐形成為朝向下方變窄的形狀，在所述下部罐的下端連接有所述冷卻液配管。
[0019]根據該結構，在散熱器中被冷凝的冷卻液容易朝向下部罐的下端集中，由于在該下端連接有冷卻液配管，因此從散熱器向水套輸送的冷卻液不會產生冷卻液存留。
[0020]另外，可以是:所述散熱器被設置成使上側相對于所述下部罐傾倒，所述蒸汽配管與所述下部罐的朝上的部分連接。
[0021 ]根據該結構，從水套進入下部罐的沸騰狀態的冷卻液在貯存于下部罐的冷卻液中通過而上升，由此蒸汽被分離，被分離的蒸汽沿傾斜的散熱器的上側上升，在散熱器中蒸汽被冷凝而形成的冷卻液沿傾斜的散熱器的下側流下，因此在整個散熱器中不存在冷卻液，因此散熱器對蒸汽的冷卻效率提高，能夠促進蒸汽的冷凝。由此，能夠抑制散熱器內的壓力上升，且提高冷卻性，因此能夠促進散熱器的小型化。
[0022]這樣，根據本發明，不設置水栗就能夠使冷卻液在散熱器和水套中自然循環，通過削減部件件數而能夠促進沸騰冷卻裝置的小型化。
【附圖說明】
[0023]圖1是示出應用了本發明的沸騰冷卻裝置的示意圖。
[0024]圖2是沿圖1的II線的箭頭方向觀察的散熱器的主視圖。
[0025]圖3是示出第2實施例的散熱器的側視圖。
[0026]標號說明
[0027]I:發動機(內燃機)；4:水套;5:冷卻液配管;6:蒸汽配管;7:散熱器;7b:散熱器芯；7c:下部罐。
【具體實施方式】
[0028]以下參照【附圖說明】本發明的實施方式。圖1是示出應用了本發明的沸騰冷卻裝置的示意圖。本實施方式中的沸騰冷卻裝置應用于例如作為2沖程單氣缸的小型通用內燃機的發動機I中。此外，不限于2沖程單氣缸的發動機I，只要是水冷式的內燃機，包含多個氣缸也成為本發明的應用對象。另外，圖示例的發動機I以使氣缸軸線朝向上下方向的狀態示出，也可以是以朝向水平方向的狀態運轉的發動機。
[0029]發動機I具有氣缸體2和氣缸蓋3。在氣缸體2中設置有氣缸2a，在氣缸蓋3中設置有與氣缸2a相對的燃燒室3a。氣缸體2與氣缸蓋3隔著省略圖示的密封墊而被氣缸蓋螺栓結合。在氣缸體2上形成有以包圍氣缸2a的方式設置的氣缸側水套4a，在氣缸蓋3上形成有以包圍燃燒室3a的方式設置的燃燒室側水套4b。氣缸側水套4a與燃燒室側水套4b連通以使得冷卻液W流通。此外，通過氣缸側水套4a和燃燒室側水套4b而形成了發動機I中的水套4，在以下的說明中只要不特別說明都使用水套4進行說明。
[0030]水套4經由冷卻液配管5和蒸汽配管6與散熱器7連接。冷卻液W只要是能夠應用于沸騰冷卻裝置的冷卻液即可，也可以是所謂的LLC(長壽命冷卻液)，該冷卻液W經由兩配管
5、6而在水套4和散熱器7中循環。此外，各配管5、6中的發動機I與散熱器7之間分別通過軟管連接。
[0031]散熱器7在圖示例中被設置成立起狀態，該散熱器7是從上側一體地具有上部罐7a、散熱器芯7b、以及下部罐7c，且上部罐7a與下部罐7c經由散熱器芯7b而彼此連通的公知的結構。另外，在散熱器7的背面側(圖中的右側)，與省略圖示的護罩成一體地設置有主要用來冷卻散熱器芯7b的例如電動的冷卻風扇8。
[0032]蒸汽配管6以連通燃燒室側水套4b與上部罐7a的方式連接，冷卻液配管5以連通下部罐7c與氣缸側水套4a的方式連接。在圖示例中，冷卻液配管5在作為氣缸側水套4a的下部的底部分4c開口，蒸汽配管6在作為燃燒室側水套4b的上部的水套4的上端4d開口。此外，冷卻液配管5向底部分4c開口的位置不需要與氣缸側水套4a的最低的底面是相同水平，也可以是大致相同水平的程度。另外，蒸汽配管6向上端4d開口的位置也可以是與水套4的最高的位置處于大致相同水平的程度。
[0033]水套4內的冷卻液W由于燃燒室3a成為高溫而在燃燒室3a側的壁面處沸騰，利用該沸騰的潛熱，能夠比不進行沸騰的水冷系統更多地從燃燒室3a的周圍的壁吸收熱量。這樣，能夠進行較高的熱效率的冷卻。而且，通過該沸騰產生的蒸汽S能夠通過蒸汽配管6而流入散熱器7的上部罐7a。
[0034]流入上部罐7a的蒸汽S進入散熱器芯7b，通過被散熱器芯7b冷卻而冷凝。在散熱器芯7b中冷凝后的冷卻液W的水滴如圖的箭頭Wd所示那樣，沿散熱器芯7b內落下，且作為冷卻液WIC存在下部罐7c中。
[0035]貯存于散熱器7中的冷卻液W的液面Wa在圖示的例子中是下部罐7c的上端(與散熱器芯7b之間的邊界)的如圖的h所示那樣比水套4的上端4d的水平(圖的線L)高的位置，但也可以是與下部罐7c的上端(與散熱器芯7b之間的邊界)一致的位置。不管哪種情況，只要以貯存于散熱器7的下部的冷卻液W的液面Wa位于比水套4的上端4d高的位置的方式構成考慮了與沸騰冷卻能力對應的冷卻液W的量、水套4、散熱器7、冷卻液配管5以及蒸汽配管6的配置關系的冷卻系統即可。
[0036]由此，能夠利用成為散熱器的實質上大部分的散熱器芯7b使蒸汽S冷凝，能夠提高使蒸汽S冷凝的效率。另外，因為貯存于散熱器7的下部的冷卻液W的液面Wa被設定在比水套4的上端4d高的位置，因此散熱器7內的冷卻液W朝向水套4流動，能夠防止水套4中的冷卻液W的不足，并且能夠使冷卻液W在散熱器7和水套4中自然循環。
[0037]圖2是沿圖1的II線的箭頭方向觀察的散熱器7的主視圖。如圖所示，散熱器7的下部罐7c形成為圖中的左右方向的寬度隨著朝向下方而變窄的錐狀。此外，在圖示例中，在主視圖中成為以左右的兩條邊為斜邊的三角形的頂點處于下側的形狀，但也可以是在圖1的側視圖中形成為正面和背面(圖1的左右方向的面)隨著朝向下方而彼此接近的錐狀的形狀，也可以是它們的組合。
[0038]這樣，通過形成為下部罐7c朝向下方而變窄的形狀，貯存于下部罐7c中的冷卻液W朝向下部罐7c的下端7d而如圖的箭頭(標號W)所示那樣集合。在該下端7d連接有冷卻液配管5。由此，能夠從最狹窄的下端向冷卻液配管5送出貯存于下部罐7c中的冷卻液W，不會發生冷卻液存留，能夠確保冷卻液W向水套4的穩定的供給。
[0039]根據上述的沸騰冷卻裝置，不設置水栗也能夠使冷卻液W在散熱器7和水套4中自然循環，另外也不需要設置氣液分離器。這樣，由于不需要設置水栗和氣液分離器，因此對于具有當前的這些部件的沸騰冷卻裝置，通過削減部件件數，而能夠實現沸騰冷卻裝置的小型化，適于小型通用發動機。
[0040]尤其在應用于使用了受控自動點火(CAI)燃燒方法的CAI燃燒發動機的情況下，在CAI燃燒發動機中需要在起動時使冷卻液盡量快地上升到適當的溫度，通過應用沸騰冷卻裝置而能夠進行該應對。由此，當低溫起動時冷卻液W的溫度達到穩定為止的時間較短，在預熱完成為止的期間的燃燒中，能夠抑制發生燃燒不穩定的不良情況。另外，因為沸騰冷卻中的制冷劑(冷卻液W)的沸點成為冷卻液W的溫度，因此冷卻液溫度的變動比基于恒溫器等的水溫控制小，能夠獲得穩定的燃燒。
[0041]圖3是示出第2實施例的散熱器7的側視圖。在圖中，對與上述第I實施例同樣的部分標注相同的標號而省略其詳細的說明。
[0042]在該第2實施例中，使散熱器7的作為上部的上部罐7a側后傾。相對于例如第I實施例中的使散熱器7的立起狀態下的軸線CV為直立方向的情況下的該軸線CV，第2實施例中的散熱器7以使其背面側(省略圖示的冷卻風扇8側)朝下的角度Θ傾斜。關于角度Θ，在以直立為O度的情況下，只要是比O度大、且到60度為止的范圍即可，尤其優選是30?60度。
[0043]另外，蒸汽配管6與下部罐7c連接，且其與下部罐7c連接的位置位于通過散熱器7的后傾而朝上的部分。在圖示例中，在下部罐7c的朝向上方的面上連接有蒸汽配管6，通過使散熱器7后傾，蒸汽配管6的與下部罐7c連接的連接口朝向上方。
[0044]在這樣構成的第2實施例中，蒸汽S與高溫的冷卻液W以混合的狀態從蒸汽配管6進入下部罐7c。高溫的冷卻液W與貯存于下部罐7c中的冷卻液W混合。蒸汽S從下部罐7c進入散熱器芯7b。
[0045]若與蒸汽S—起返回到散熱器7中的冷卻液W進入散熱器芯7b，則針對蒸汽S的冷卻效率降低，散熱器芯7b的壓力上升。對此，由于能夠使與蒸汽S—起返回到散熱器7中的冷卻液W在下部罐7c中與蒸汽S分離，且僅使蒸汽S進入散熱器芯7b，因此在散熱器芯7b中能夠高效地冷卻蒸汽S。由此，促進了蒸汽S的冷凝，因此抑制了散熱器芯7b的壓力上升，能夠提高沸騰冷卻中的散熱器7的冷卻性。
[0046]另外，如圖的虛線箭頭所示的那樣，沿散熱器芯7b上升的蒸汽S聚集于后傾狀態的散熱器芯7b的上側部分，該散熱器芯7b的上側部分是散熱器7的正面側，因為是冷卻風最先吹到的部分，所以能夠提高針對散熱器芯7b內的蒸汽S的冷卻性。另外，通過使蒸汽S冷卻而冷凝的液滴Wd向后傾狀態的散熱器芯7b的下側部分落下。液滴Wd沿后傾狀態的散熱器芯7b的下側部分而向下流，能夠如圖的實線箭頭所示那樣流下。這樣，在散熱器芯7b的內部，針對蒸汽S的冷卻部分、和使液滴Wd流下的部分被明確地分開，因此能夠抑制在蒸汽S與液滴Wd混合的情況下的針對蒸汽S的冷卻性的降低。
[0047]以上對本發明的優選實施方式的實施例進行了說明，但如本領域技術人員能夠容易理解的那樣，本發明不限于這樣的實施例，能夠在不脫離本發明的主旨的范圍內進行適當變更。另外，上述實施方式所示的構成要素未必全部必須，只要不脫離本發明的主旨，能夠進行適當取舍選擇。例如，在第2實施例中也可以省略上部罐7a，在由公知的管和翅片形成散熱器芯7b的情況下，閉塞管的上端。即使在這種情況下，沿管內上升的蒸汽在散熱器芯7b的上側被冷卻，通過冷卻而液化的冷卻液W能夠沿管內滴下。
【主權項】
1.一種沸騰冷卻裝置，在包含水套、散熱器、冷卻液配管以及蒸汽配管的冷卻系統中，使在所述水套中沸騰的冷卻液經由所述蒸汽配管返回所述散熱器，且在所述散熱器中冷凝，使冷凝后的冷卻液經由所述冷卻液配管返回所述水套，由此使所述冷卻液在所述冷卻系統內循環，所述水套設置于內燃機，所述冷卻液配管將所述散熱器和所述水套的下部彼此連通，所述蒸汽配管將所述水套的上部與所述散熱器連通，其特征在于， 所述冷卻系統被構成為，所述散熱器的實質上大部分位于比所述水套的上端靠上方的位置。2.根據權利要求1所述的沸騰冷卻裝置，其特征在于， 貯存于所述散熱器中的冷卻液的液面位于比所述水套的上端靠上方的位置。3.根據權利要求1或2所述的沸騰冷卻裝置，其特征在于， 所述散熱器具有下部罐，該下部罐為了貯存利用散熱器芯冷凝后的冷卻液而設置于該散熱器芯的下端， 所述下部罐的上端位于比所述水套的上端靠上方的位置。4.根據權利要求3所述的沸騰冷卻裝置，其特征在于， 貯存于所述下部罐中的冷卻液的液面位于比所述水套的上端靠上方的位置。5.根據權利要求3或4所述的沸騰冷卻裝置，其特征在于， 所述下部罐形成為朝向下方變窄的形狀， 在所述下部罐的下端連接有所述冷卻液配管。6.根據權利要求3至5中任一項所述的沸騰冷卻裝置，其特征在于， 所述散熱器被設置成使上側相對于所述下部罐傾倒， 所述蒸汽配管與所述下部罐連接。
【文檔編號】F01P3/22GK105937434SQ201610124556
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月4日
【發明人】倉田真秀
【申請人】本田技研工業株式會社