射流喷嘴和振荡器回路的制作方法
【专利说明】射流喷嘴和振荡器回路
发明背景
优先权要求和相关申请的引用
[0001]本申请要求在2012年12月12日提交的且名称为“射流喷嘴和振荡器回路(Fluidic Nozzle and Oscillator Circuit) ”的相关和共同拥有的美国临时专利申请号为61/736，306的申请的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。本申请还涉及共同拥有的美国专利申请12/314242号和12/467270号的申请以及共同拥有的相关的美国专利4463904、7014131、7267290和7651036，其全部公开内容也通过引用并入本文。
发明领域
[0002]本发明涉及配置有流体回路振荡器的流体回路和喷嘴组合件，并且更具体地涉及能够产生用于汽车、工业和消费应用的喷雾的射流喷嘴和回路组合件。
现有技术讨论
[0003]射流喷嘴产生在已知为扇形角的夹角内振荡的流体流，如图1A至图1C中所示。在该扇形内流体的分布将取决于所使用的流体回路的类型而改变。例如，在申请人的美国专利7267290中所公开的蘑菇形回路中，振荡流将趋于在其行程的末端处短暂地停留，产生如图1E中所示被称为末端厚重的扇形的流体分布或喷雾图案。一些回路可包括分流器，其可增加最大的扇形角和喷雾速率。在这种情况下，振荡流将趋于在分流器上停留，引起被称为中心厚重的扇形的流体分布或喷雾图案。
[0004]流体分布在用于射流喷嘴的多个应用中会是重要的。例如在灌溉喷嘴中，需要将水均匀地分布在给定的区域或形状(例如四分之一圆)上。如果在这种情况下使用末端厚重的流体，那么较多的流体将在喷雾的边缘上沉积，而较少的沉积在中心。此外，由于液滴的轨迹与液滴尺寸和速率相关，灌溉喷嘴将趋于把水进一步抛到末端上而不是抛到中间。许多灌溉喷嘴组合件具有带有多个厚重带状的喷雾图案。
[0005]用于射流喷嘴的另一种常见的应用是将挡风玻璃清洗液分布在挡风玻璃上。在这种情况下，挡风玻璃的一些部分可由大量的清洗液覆盖，而其它部分只有薄涂层(lightcoating)。在许多清洁应用中，需要尽可能将流体均勾地分布在具体区域上。
[0006]对于现代汽车应用(例如，如在申请人的共同拥有的美国专利7014131、7267290和7651036中通常所讨论的)，挡风玻璃清洗器喷嘴需要具有改进的动态性能，这意味着汽车挡风玻璃清洗系统设计者希望具有以更高速率喷出的大液滴的喷雾，以便承受汽车在运动中时的高速度。该特性被称为动态性能。此外，喷雾喷嘴需要与冷却的液体混合物(例如含有甲醇/乙醇水混合物的典型的挡风玻璃清洗液)一起工作。该特性被称为冷性能。
[0007]对于可如何采用流体振荡器或流体回路的示例性实施例，如在申请人的美国专利7651036中所示以及在图1A至图1F中所示，喷嘴组合件10配置有限定基本上中空的流体不能渗透结构的壳体，该结构具有内腔以及一个或多个端口或槽20，每个端口或槽限定具有光滑的内部槽壁表面22的基本上矩形的通路或孔。内部侧壁表面22优选尺寸定制成用于使用模制方法进行成本有效的制造，并且优选包括侧壁沟槽，所述侧壁沟槽定位成且尺寸定制成以形成与在配套的流体回路插入物(例如18)内的隆起或突出部的“卡扣配合”。喷嘴组合件10可配置成包括一个或多个流体回路插入物或片，其尺寸定制成被紧密地接纳在限定于壳体侧壁内的槽20里并由它保持。当流体回路插入物18紧密地配合在端口或槽20内时，喷嘴组合件提供用于在壳体的内腔和壳体外部之间流体连通的通道，以便进入壳体内腔的流体可用于产生振荡的喷雾，所述喷雾被指向远侧并且通过壳体的定位和配置瞄准，但是需要更好的冷性能和喷雾速率。现有技术的挡风玻璃清洗器系统对于某些应用没有提供足够的动态性能(或喷雾速率)和冷性能。
[0008]因此，对于用来拓宽用于在汽车、工业和消费应用中使用的喷嘴组合件的动态性能和冷性能包络线的耐用、可靠和具有成本效益的喷嘴结构以及流体分布或喷雾产生方法存在需求。
发明目的和内容
[0009]因此，本发明的目的在于通过提供用来拓宽用于在汽车、工业和消费应用中使用的喷嘴组合件的动态性能和冷性能包络线的耐用、可靠和具有成本效益的喷嘴结构以及流体分布或喷雾产生方法来克服上述困难。
[0010]本发明的另一个目的在于提供具有改进的动态性能和冷性能的射流嗔嘴和振荡器回路。
[0011]根据本发明的结构和方法，流体回路配置成具有流体振荡器的喷嘴组合件。流体振荡器或流体回路通常配置成用于在限定通道、端口或槽的壳体内使用，所述通道、端口或槽接纳在流体回路中所限定的流体路径并给所述流体路径提供边界。对于可如何采用流体振荡器或流体回路的示例性实施例，如在申请人的美国专利7651036的图4中所示，喷嘴组合件配置有限定基本上中空的流体不能渗透结构的壳体，该结构具有内腔以及限定具有光滑的内部槽壁表面的基本上矩形通路或孔的一个或多个端口或槽。
[0012]喷嘴组合件可配置成包括一个或多个流体回路插入物或片，其尺寸定制成以便紧密地接纳在限定于壳体侧壁内的槽里并由它保持。当流体回路插入物紧密地配合在壳体的端口或槽内时，喷嘴组合件提供用于在壳体的内腔和壳体外部之间流体连通的通道，以便进入壳体内腔的流体可用于产生振荡的喷雾，所述喷射被指向远侧并且通过壳体的定位和配置瞄准。
[0013]本发明的流体回路在环形喷射壁附着-分离机构上操作，导致振荡的喷射流和随后的喷雾。本发明回路的当前原型产生具有从15°到135°的扇形角的平面喷雾。本发明流体回路的第一实施方式具有多个区段，其与彼此配合以便作用于经由那里通过的流动流体上，从而产生所需的振荡喷雾。依次，流体最初流入到穿过可选的过滤区段的入口，然后流动到动力喷嘴区段内，该处流体随后进入产生空腔区段的流体喷射转向涡流。空腔区段的出口是相互作用区域的入口，所述区域终止在配置成将振荡喷雾发射到周围环境中的喉部内。
[0014]根据影响和控制在回路里相互作用区域内的流体流的某些流体振荡器特征和尺寸，对本发明流体回路的第一原型实施方式进行描述，即:
Pw=动力喷嘴的宽度；
Pd=动力喷嘴的深度；
Tw=喉部的宽度； Td=喉部的深度；
Iw =相互作用区域的宽度；
相互作用区域的轴向长度；
Ew =在耳部之间的耳问间隙宽度；
El =耳部的向内突出的顶端的轴向位置；
Sw =在内缩部入口处的通道宽度；
4=内缩部入口的轴向长度；以及
Sa=内缩部角长度或相互作用区域的从内缩部入口开始的发散的侧壁区段的轴向长度。
[0015]流体流动或通过入口或进料孔进入到具有尺寸PjP P 4的矩形动力喷嘴腔内。存在通向动力喷嘴的钟形进料器，其产生具有希望在相互作用区域内形成涡流的湍流边界层的流体喷射流。在该第一实施方式中，流体回路动力喷嘴将流体提供到一对相对对称的流体涡流转向空腔，并且空腔的大小和形状可选择成用于改变喷雾。在平面视图中可以看出，圆形或三角形横截面的空腔具有在它们内部的循环流动，并通过将振荡不稳定性引发到流体涡流或喷射流而有助于涡流转向。可选的横向流体通道或槽可连接在流体底层下面的空腔。槽深度是在回路底层下面约0.1毫米至0.2毫米。一个或多个槽对于流体不是用以工作的必需品，并且根据应用用于使喷雾均匀。在许多汽车应用中，槽不会是必须的。相互作用区域接纳振荡喷射流并在相互作用区域内产生涡流。
[0016]相互作用区域的长度从称为内缩部(Setback)的狭窄通道开始，所述内缩部部具有内缩部宽度sw、内缩部位置SjP内缩部角长度S Ao内缩部角宽度对于流体性能是临界的。内缩部角长度控制喷雾的均匀性，该处较长的长度产生末端厚重的喷雾，而较短的长度产生均匀的喷雾。应当指出的是，Sa不能无限制地增加，并且对于Sa的大值不希望是单稳态的。对于相互作用区域，临界的宽度和长度尺寸Ι0Ρ I j目对于动力喷嘴宽度定制尺寸。这些尺寸可针对包装限制调节。然而，当相互作用区域的大小减小到标称组(nominal set)的比例以下时，动态性能及冷性能降低。相互作用区域还包括被称为耳部的一对对称的相对向内突出的特征。耳部引起流体喷射流分离并且对于流体的双稳态操作是临界的。
[0017]回路在流体喷射壁附着/分离的循环上操作。通过在中心处的喷射流，大的涡流形成在任一侧或相对侧(ASB)上，且喷射流附着到A壁或相对的B壁上。在A侧和B侧上相对的空腔具有正压力的变化量值。当空腔B瞬间具有高于相对的空腔A的较高压力时，喷射流远离空腔B弯曲。来自空腔A的流体补偿涡流，这导致喷射流与该壁分离并附着到另一个壁。压力在空腔A内建立，直到它大于空腔B内的压力。压差引起喷射流与壁A分离并附着到壁B。循环然后从空腔B继续，导致振荡的双稳态喷射流，当使用典型的挡风玻璃清洗液时，该双稳态喷射流有助于产生具有大的快速液滴的振荡喷雾。具有这种流体的喷嘴组合件呈现出所需的改进的动态性能和冷性能。
[0018]当考虑本发明【具体实施方式】的以下详细描述、特别是当结合所附附图时，本发明的上述和进一步的特征和优点变得显而易见，其中在不同附图中相同的附图标记用于标示相同的组件。
【附图说明】
[0019]图1A至图1F概括地示出流体振荡回路特性，以及如在共同拥有的美国专利7651036中所述和所示的申请人的现有技术喷嘴组合件的一个实施例；
[0020]图2A以正视图示出当使用典型的挡风玻璃清洗液并提供改进的动态性能和冷性能时根据本发明的流体振荡器，其具有用于产生具有大的快速液滴的振荡喷雾的结构特征；
[0021]图2B以正视图和隐藏的横截面示出根据本发明的侧视图，流体振荡器具有图2A所示的结构特征，沿着横向平面截取，所述横向平面沿着限定为从进料入口的中心向喉部中心延伸的线的中心轴线对准；
[0022]图3以正视图示出根据本发明的具有三角形空腔的流体振荡器的可替代性的实施方式，所述三角形空腔配置成促进在每个空腔内的循环流动，并有助于引发在流体喷射流中的振荡不稳定性；
[0023]图4以正视图示出根据本发明的图2的具有三角形空腔的流体振荡器，示出在每个空腔内的循环流动如何产生引发在流体喷射流中的振荡不稳定性的涡流；
[0024]图5以正视图示出根据本发明的具有岛状物(Island)特征的流体振荡器回路(“猫头鹰形”回路)的另一个实施方式，所述岛状物特征具有选定的宽度以促进在每个空腔内的循环流动，并有助于引发在流体喷射流中的振荡不稳定性；
[0025]图6A以正视图示出根据本发明的具有图4的岛状物特征的流体振荡器，示出用于流体喷射流的交替夹带方向如何产生引起喷射流的中央流朝向腔室的第一侧(例如右侧)振荡的流动；
[0026]图6B以正视图示出根据本发明的具有图4和图5A的岛状物特征的流体振荡器，示出用于流体喷射流的交替夹带方向如何产生引起喷射流的中央流朝向腔室的第二侧(例如左侧)振荡的流动；
[0027]图7A、7B和7C示出当使用典型的挡风玻璃清洗液并提供改进的动态性能和冷性能时，根据本发明的具有用于产生第一和第二振荡喷雾的第一流体振荡器(例如“蘑菇形”)回路和第二流体振荡器(例如“猫头鹰形”)回路的射流喷嘴，该处第二振荡喷雾具有大的快速液滴；
[0028]图8以正视图示出根据本发明的具有岛状物特征的流体振荡器回路(例如“猫头鹰形”回路)的另一个实施方式，所述岛状物特征具有选定的宽度以促进在每个空腔内的循环流动，并有助于引发在流体喷射流中的振荡不稳定性和具有在喉部处分流器特征。
【具体实施方式】
[0029]现在参照图1A至图8，新的喷嘴组合件配置有新的流体振荡器回路。流体振荡器或流体回路通常配置成用于在限定通道、端口或槽的壳体内使用(例如如图1F中所示)，所述通道、端口或槽接纳在流体回路中所限定的流体路径并给所述流