射流噴嘴和振蕩器回路的制作方法
【專利說明】射流噴嘴和振蕩器回路
發(fā)明背景
優(yōu)先權(quán)要求和相關(guān)申請的引用
[0001]本申請要求在2012年12月12日提交的且名稱為“射流噴嘴和振蕩器回路(Fluidic Nozzle and Oscillator Circuit) ”的相關(guān)和共同擁有的美國臨時專利申請?zhí)枮?1/736，306的申請的優(yōu)先權(quán)，其全部公開內(nèi)容通過引用并入本文。本申請還涉及共同擁有的美國專利申請12/314242號和12/467270號的申請以及共同擁有的相關(guān)的美國專利4463904、7014131、7267290和7651036，其全部公開內(nèi)容也通過引用并入本文。
發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及配置有流體回路振蕩器的流體回路和噴嘴組合件，并且更具體地涉及能夠產(chǎn)生用于汽車、工業(yè)和消費應(yīng)用的噴霧的射流噴嘴和回路組合件。
現(xiàn)有技術(shù)討論
[0003]射流噴嘴產(chǎn)生在已知為扇形角的夾角內(nèi)振蕩的流體流，如圖1A至圖1C中所示。在該扇形內(nèi)流體的分布將取決于所使用的流體回路的類型而改變。例如，在申請人的美國專利7267290中所公開的蘑菇形回路中，振蕩流將趨于在其行程的末端處短暫地停留，產(chǎn)生如圖1E中所示被稱為末端厚重的扇形的流體分布或噴霧圖案。一些回路可包括分流器，其可增加最大的扇形角和噴霧速率。在這種情況下，振蕩流將趨于在分流器上停留，引起被稱為中心厚重的扇形的流體分布或噴霧圖案。
[0004]流體分布在用于射流噴嘴的多個應(yīng)用中會是重要的。例如在灌溉噴嘴中，需要將水均勻地分布在給定的區(qū)域或形狀(例如四分之一圓)上。如果在這種情況下使用末端厚重的流體，那么較多的流體將在噴霧的邊緣上沉積，而較少的沉積在中心。此外，由于液滴的軌跡與液滴尺寸和速率相關(guān)，灌溉噴嘴將趨于把水進一步拋到末端上而不是拋到中間。許多灌溉噴嘴組合件具有帶有多個厚重帶狀的噴霧圖案。
[0005]用于射流噴嘴的另一種常見的應(yīng)用是將擋風(fēng)玻璃清洗液分布在擋風(fēng)玻璃上。在這種情況下，擋風(fēng)玻璃的一些部分可由大量的清洗液覆蓋，而其它部分只有薄涂層(lightcoating)。在許多清潔應(yīng)用中，需要盡可能將流體均勾地分布在具體區(qū)域上。
[0006]對于現(xiàn)代汽車應(yīng)用(例如，如在申請人的共同擁有的美國專利7014131、7267290和7651036中通常所討論的)，擋風(fēng)玻璃清洗器噴嘴需要具有改進的動態(tài)性能，這意味著汽車擋風(fēng)玻璃清洗系統(tǒng)設(shè)計者希望具有以更高速率噴出的大液滴的噴霧，以便承受汽車在運動中時的高速度。該特性被稱為動態(tài)性能。此外，噴霧噴嘴需要與冷卻的液體混合物(例如含有甲醇/乙醇水混合物的典型的擋風(fēng)玻璃清洗液)一起工作。該特性被稱為冷性能。
[0007]對于可如何采用流體振蕩器或流體回路的示例性實施例，如在申請人的美國專利7651036中所示以及在圖1A至圖1F中所示，噴嘴組合件10配置有限定基本上中空的流體不能滲透結(jié)構(gòu)的殼體，該結(jié)構(gòu)具有內(nèi)腔以及一個或多個端口或槽20，每個端口或槽限定具有光滑的內(nèi)部槽壁表面22的基本上矩形的通路或孔。內(nèi)部側(cè)壁表面22優(yōu)選尺寸定制成用于使用模制方法進行成本有效的制造，并且優(yōu)選包括側(cè)壁溝槽，所述側(cè)壁溝槽定位成且尺寸定制成以形成與在配套的流體回路插入物(例如18)內(nèi)的隆起或突出部的“卡扣配合”。噴嘴組合件10可配置成包括一個或多個流體回路插入物或片，其尺寸定制成被緊密地接納在限定于殼體側(cè)壁內(nèi)的槽20里并由它保持。當(dāng)流體回路插入物18緊密地配合在端口或槽20內(nèi)時，噴嘴組合件提供用于在殼體的內(nèi)腔和殼體外部之間流體連通的通道，以便進入殼體內(nèi)腔的流體可用于產(chǎn)生振蕩的噴霧，所述噴霧被指向遠側(cè)并且通過殼體的定位和配置瞄準，但是需要更好的冷性能和噴霧速率。現(xiàn)有技術(shù)的擋風(fēng)玻璃清洗器系統(tǒng)對于某些應(yīng)用沒有提供足夠的動態(tài)性能(或噴霧速率)和冷性能。
[0008]因此，對于用來拓寬用于在汽車、工業(yè)和消費應(yīng)用中使用的噴嘴組合件的動態(tài)性能和冷性能包絡(luò)線的耐用、可靠和具有成本效益的噴嘴結(jié)構(gòu)以及流體分布或噴霧產(chǎn)生方法存在需求。
發(fā)明目的和內(nèi)容
[0009]因此，本發(fā)明的目的在于通過提供用來拓寬用于在汽車、工業(yè)和消費應(yīng)用中使用的噴嘴組合件的動態(tài)性能和冷性能包絡(luò)線的耐用、可靠和具有成本效益的噴嘴結(jié)構(gòu)以及流體分布或噴霧產(chǎn)生方法來克服上述困難。
[0010]本發(fā)明的另一個目的在于提供具有改進的動態(tài)性能和冷性能的射流嗔嘴和振蕩器回路。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法，流體回路配置成具有流體振蕩器的噴嘴組合件。流體振蕩器或流體回路通常配置成用于在限定通道、端口或槽的殼體內(nèi)使用，所述通道、端口或槽接納在流體回路中所限定的流體路徑并給所述流體路徑提供邊界。對于可如何采用流體振蕩器或流體回路的示例性實施例，如在申請人的美國專利7651036的圖4中所示，噴嘴組合件配置有限定基本上中空的流體不能滲透結(jié)構(gòu)的殼體，該結(jié)構(gòu)具有內(nèi)腔以及限定具有光滑的內(nèi)部槽壁表面的基本上矩形通路或孔的一個或多個端口或槽。
[0012]噴嘴組合件可配置成包括一個或多個流體回路插入物或片，其尺寸定制成以便緊密地接納在限定于殼體側(cè)壁內(nèi)的槽里并由它保持。當(dāng)流體回路插入物緊密地配合在殼體的端口或槽內(nèi)時，噴嘴組合件提供用于在殼體的內(nèi)腔和殼體外部之間流體連通的通道，以便進入殼體內(nèi)腔的流體可用于產(chǎn)生振蕩的噴霧，所述噴射被指向遠側(cè)并且通過殼體的定位和配置瞄準。
[0013]本發(fā)明的流體回路在環(huán)形噴射壁附著-分離機構(gòu)上操作，導(dǎo)致振蕩的噴射流和隨后的噴霧。本發(fā)明回路的當(dāng)前原型產(chǎn)生具有從15°到135°的扇形角的平面噴霧。本發(fā)明流體回路的第一實施方式具有多個區(qū)段，其與彼此配合以便作用于經(jīng)由那里通過的流動流體上，從而產(chǎn)生所需的振蕩噴霧。依次，流體最初流入到穿過可選的過濾區(qū)段的入口，然后流動到動力噴嘴區(qū)段內(nèi)，該處流體隨后進入產(chǎn)生空腔區(qū)段的流體噴射轉(zhuǎn)向渦流?？涨粎^(qū)段的出口是相互作用區(qū)域的入口，所述區(qū)域終止在配置成將振蕩噴霧發(fā)射到周圍環(huán)境中的喉部內(nèi)。
[0014]根據(jù)影響和控制在回路里相互作用區(qū)域內(nèi)的流體流的某些流體振蕩器特征和尺寸，對本發(fā)明流體回路的第一原型實施方式進行描述，即:
Pw=動力噴嘴的寬度；
Pd=動力噴嘴的深度；
Tw=喉部的寬度； Td=喉部的深度；
Iw =相互作用區(qū)域的寬度；
相互作用區(qū)域的軸向長度；
Ew =在耳部之間的耳問間隙寬度；
El =耳部的向內(nèi)突出的頂端的軸向位置；
Sw =在內(nèi)縮部入口處的通道寬度；
4=內(nèi)縮部入口的軸向長度；以及
Sa=內(nèi)縮部角長度或相互作用區(qū)域的從內(nèi)縮部入口開始的發(fā)散的側(cè)壁區(qū)段的軸向長度。
[0015]流體流動或通過入口或進料孔進入到具有尺寸PjP P 4的矩形動力噴嘴腔內(nèi)。存在通向動力噴嘴的鐘形進料器，其產(chǎn)生具有希望在相互作用區(qū)域內(nèi)形成渦流的湍流邊界層的流體噴射流。在該第一實施方式中，流體回路動力噴嘴將流體提供到一對相對對稱的流體渦流轉(zhuǎn)向空腔，并且空腔的大小和形狀可選擇成用于改變噴霧。在平面視圖中可以看出，圓形或三角形橫截面的空腔具有在它們內(nèi)部的循環(huán)流動，并通過將振蕩不穩(wěn)定性引發(fā)到流體渦流或噴射流而有助于渦流轉(zhuǎn)向?？蛇x的橫向流體通道或槽可連接在流體底層下面的空腔。槽深度是在回路底層下面約0.1毫米至0.2毫米。一個或多個槽對于流體不是用以工作的必需品，并且根據(jù)應(yīng)用用于使噴霧均勻。在許多汽車應(yīng)用中，槽不會是必須的。相互作用區(qū)域接納振蕩噴射流并在相互作用區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生渦流。
[0016]相互作用區(qū)域的長度從稱為內(nèi)縮部(Setback)的狹窄通道開始，所述內(nèi)縮部部具有內(nèi)縮部寬度sw、內(nèi)縮部位置SjP內(nèi)縮部角長度S Ao內(nèi)縮部角寬度對于流體性能是臨界的。內(nèi)縮部角長度控制噴霧的均勻性，該處較長的長度產(chǎn)生末端厚重的噴霧，而較短的長度產(chǎn)生均勻的噴霧。應(yīng)當(dāng)指出的是，Sa不能無限制地增加，并且對于Sa的大值不希望是單穩(wěn)態(tài)的。對于相互作用區(qū)域，臨界的寬度和長度尺寸Ι0Ρ I j目對于動力噴嘴寬度定制尺寸。這些尺寸可針對包裝限制調(diào)節(jié)。然而，當(dāng)相互作用區(qū)域的大小減小到標稱組(nominal set)的比例以下時，動態(tài)性能及冷性能降低。相互作用區(qū)域還包括被稱為耳部的一對對稱的相對向內(nèi)突出的特征。耳部引起流體噴射流分離并且對于流體的雙穩(wěn)態(tài)操作是臨界的。
[0017]回路在流體噴射壁附著/分離的循環(huán)上操作。通過在中心處的噴射流，大的渦流形成在任一側(cè)或相對側(cè)(ASB)上，且噴射流附著到A壁或相對的B壁上。在A側(cè)和B側(cè)上相對的空腔具有正壓力的變化量值。當(dāng)空腔B瞬間具有高于相對的空腔A的較高壓力時，噴射流遠離空腔B彎曲。來自空腔A的流體補償渦流，這導(dǎo)致噴射流與該壁分離并附著到另一個壁。壓力在空腔A內(nèi)建立，直到它大于空腔B內(nèi)的壓力。壓差引起噴射流與壁A分離并附著到壁B。循環(huán)然后從空腔B繼續(xù)，導(dǎo)致振蕩的雙穩(wěn)態(tài)噴射流，當(dāng)使用典型的擋風(fēng)玻璃清洗液時，該雙穩(wěn)態(tài)噴射流有助于產(chǎn)生具有大的快速液滴的振蕩噴霧。具有這種流體的噴嘴組合件呈現(xiàn)出所需的改進的動態(tài)性能和冷性能。
[0018]當(dāng)考慮本發(fā)明【具體實施方式】的以下詳細描述、特別是當(dāng)結(jié)合所附附圖時，本發(fā)明的上述和進一步的特征和優(yōu)點變得顯而易見，其中在不同附圖中相同的附圖標記用于標示相同的組件。
【附圖說明】
[0019]圖1A至圖1F概括地示出流體振蕩回路特性，以及如在共同擁有的美國專利7651036中所述和所示的申請人的現(xiàn)有技術(shù)噴嘴組合件的一個實施例；
[0020]圖2A以正視圖示出當(dāng)使用典型的擋風(fēng)玻璃清洗液并提供改進的動態(tài)性能和冷性能時根據(jù)本發(fā)明的流體振蕩器，其具有用于產(chǎn)生具有大的快速液滴的振蕩噴霧的結(jié)構(gòu)特征；
[0021]圖2B以正視圖和隱藏的橫截面示出根據(jù)本發(fā)明的側(cè)視圖，流體振蕩器具有圖2A所示的結(jié)構(gòu)特征，沿著橫向平面截取，所述橫向平面沿著限定為從進料入口的中心向喉部中心延伸的線的中心軸線對準；
[0022]圖3以正視圖示出根據(jù)本發(fā)明的具有三角形空腔的流體振蕩器的可替代性的實施方式，所述三角形空腔配置成促進在每個空腔內(nèi)的循環(huán)流動，并有助于引發(fā)在流體噴射流中的振蕩不穩(wěn)定性；
[0023]圖4以正視圖示出根據(jù)本發(fā)明的圖2的具有三角形空腔的流體振蕩器，示出在每個空腔內(nèi)的循環(huán)流動如何產(chǎn)生引發(fā)在流體噴射流中的振蕩不穩(wěn)定性的渦流；
[0024]圖5以正視圖示出根據(jù)本發(fā)明的具有島狀物(Island)特征的流體振蕩器回路(“貓頭鷹形”回路)的另一個實施方式，所述島狀物特征具有選定的寬度以促進在每個空腔內(nèi)的循環(huán)流動，并有助于引發(fā)在流體噴射流中的振蕩不穩(wěn)定性；
[0025]圖6A以正視圖示出根據(jù)本發(fā)明的具有圖4的島狀物特征的流體振蕩器，示出用于流體噴射流的交替夾帶方向如何產(chǎn)生引起噴射流的中央流朝向腔室的第一側(cè)(例如右側(cè))振蕩的流動；
[0026]圖6B以正視圖示出根據(jù)本發(fā)明的具有圖4和圖5A的島狀物特征的流體振蕩器，示出用于流體噴射流的交替夾帶方向如何產(chǎn)生引起噴射流的中央流朝向腔室的第二側(cè)(例如左側(cè))振蕩的流動；
[0027]圖7A、7B和7C示出當(dāng)使用典型的擋風(fēng)玻璃清洗液并提供改進的動態(tài)性能和冷性能時，根據(jù)本發(fā)明的具有用于產(chǎn)生第一和第二振蕩噴霧的第一流體振蕩器(例如“蘑菇形”)回路和第二流體振蕩器(例如“貓頭鷹形”)回路的射流噴嘴，該處第二振蕩噴霧具有大的快速液滴；
[0028]圖8以正視圖示出根據(jù)本發(fā)明的具有島狀物特征的流體振蕩器回路(例如“貓頭鷹形”回路)的另一個實施方式，所述島狀物特征具有選定的寬度以促進在每個空腔內(nèi)的循環(huán)流動，并有助于引發(fā)在流體噴射流中的振蕩不穩(wěn)定性和具有在喉部處分流器特征。
【具體實施方式】
[0029]現(xiàn)在參照圖1A至圖8，新的噴嘴組合件配置有新的流體振蕩器回路。流體振蕩器或流體回路通常配置成用于在限定通道、端口或槽的殼體內(nèi)使用(例如如圖1F中所示)，所述通道、端口或槽接納在流體回路中所限定的流體路徑并給所述流