于華舟

摘要：為縮減汽車(chē)前洗滌噴嘴的產(chǎn)品種類(lèi)，提高產(chǎn)品互換性。本文對(duì)前洗滌噴嘴的通用化進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)噴嘴的噴射角度、噴射位置等關(guān)鍵影響因素進(jìn)行分析，得出可行性結(jié)論，并選型出噴嘴的通用化產(chǎn)品，以降低整車(chē)開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期。

關(guān)鍵詞：前洗滌噴嘴;通用化;噴射角度;流體;雷諾數(shù);通用化選型

0 ?引言

前洗滌噴嘴是汽車(chē)風(fēng)窗玻璃的表面清洗設(shè)備，通過(guò)導(dǎo)管連接到洗滌罐中，利用水泵將洗滌罐中的洗滌液壓入噴嘴后，通過(guò)噴嘴口徑的縮小，形成強(qiáng)大的沖擊力，對(duì)汽車(chē)風(fēng)窗玻璃進(jìn)行清洗。近年來(lái)，平臺(tái)化、通用化開(kāi)發(fā)已經(jīng)是各大整車(chē)企業(yè)降低研發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期的重要手段之一[1]。

1 ?現(xiàn)狀調(diào)查

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有前洗滌噴嘴進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)所有車(chē)型的洗滌噴嘴均為直接噴射式噴嘴，通過(guò)銅球頭進(jìn)出口的截面變化，提高流體流速，實(shí)現(xiàn)噴射;噴射球頭均為四向可調(diào)，能實(shí)現(xiàn)噴射方向在一定角度范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)。噴嘴本體采用掛鉤簡(jiǎn)易安裝式結(jié)構(gòu)，直接按壓即可完成安裝。有些噴嘴的安裝底座還配備了橡膠墊片，提高了噴嘴的安裝穩(wěn)定性。但不同車(chē)型所使用的洗滌噴嘴在產(chǎn)品尺寸、噴頭結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)流量等方面均不盡相同，通用化需求較為強(qiáng)烈。前洗滌噴嘴按噴頭結(jié)構(gòu)分為柱狀噴嘴和扇形噴嘴兩類(lèi);扇形噴嘴通道大而流暢，減少了阻塞現(xiàn)象，且流體覆蓋性、均勻性較好，應(yīng)用越來(lái)越普及。按噴嘴安裝位置分為機(jī)艙蓋噴嘴和風(fēng)窗蓋板噴嘴，風(fēng)窗蓋板噴嘴屬于隱藏式噴嘴，整車(chē)美觀性較好，多應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋造型面連續(xù)設(shè)計(jì)的車(chē)輛。

2 ?可行性分析

要實(shí)現(xiàn)前洗滌噴嘴通用的可行性，應(yīng)保證選型的目標(biāo)噴嘴在安裝到其他車(chē)輛后，仍能將洗滌液準(zhǔn)確、有力地噴射到玻璃上的目標(biāo)區(qū)域內(nèi);噴嘴的噴射點(diǎn)應(yīng)在雨刮的刮刷區(qū)域之內(nèi)，避免雨刮在刮刷時(shí)因沒(méi)有足夠的洗滌液而發(fā)生干刮的現(xiàn)象。同時(shí)，還應(yīng)與前部視野點(diǎn)位置保持一定的距離。如果出水軌跡與雨刮等零件無(wú)干涉現(xiàn)象，噴射點(diǎn)可設(shè)計(jì)在B區(qū)的2/5偏下處，同時(shí)也在A區(qū)的偏下區(qū)域內(nèi)。如圖1所示。

另外，還應(yīng)保證噴嘴噴射出來(lái)的水柱與前風(fēng)擋玻璃處在一個(gè)相對(duì)適宜的夾度范圍之內(nèi)，角度過(guò)小會(huì)導(dǎo)致噴嘴出水柱與玻璃近乎相切，使水柱容易打滑噴射到車(chē)輛頂棚上去。若噴射角度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致洗滌液在噴射到玻璃上時(shí)發(fā)生比較嚴(yán)重的飛濺現(xiàn)象，夾角一般建議在8～16°之間。

噴射點(diǎn)位置和水柱與前風(fēng)擋夾角主要取決于噴嘴的布置位置和噴射角度。噴嘴的布置位置在已定型的車(chē)輛上變更成本較高，更改性不強(qiáng)。而前噴嘴的噴射角度指的是噴嘴球頭與安裝臺(tái)面之間的夾角，球頭在上、下、左、右四個(gè)方向上均能實(shí)現(xiàn)一定角度內(nèi)的調(diào)節(jié)。不同車(chē)型受布置位置、安裝臺(tái)面與前風(fēng)擋夾角關(guān)系等影響，各車(chē)型所需的噴射角度均不盡相同，方向可調(diào)的噴嘴球頭，使通用化具備可行性。

除了噴射角度之外，噴射的液柱高度也決定了洗滌液能否順利到達(dá)玻璃上的噴射點(diǎn)。對(duì)于洗滌液這種液態(tài)工質(zhì)來(lái)說(shuō)，其液流的形態(tài)和液柱的高度受到噴射壓力與噴嘴結(jié)構(gòu)的影響。當(dāng)液體壓力升高，噴射速度增大，在液體表面張力、粘性及空氣阻力相互作用下，液體由滴落、平滑流、波狀流向噴物流過(guò)渡。圖2為不同噴射速度下，上述液流狀態(tài)時(shí)液柱長(zhǎng)度的變化狀態(tài)。從遷移流到波狀流過(guò)渡到轉(zhuǎn)折點(diǎn)的雷諾數(shù)Re=1800～2400，與液流的層流和紊流的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是一致的。[2]雷諾數(shù)Re的計(jì)算公式如下：

式中：Re為雷諾數(shù)，是一種用來(lái)表征流體流動(dòng)情況的無(wú)量綱數(shù);d0為噴嘴孔徑，mm;VL為流體流速，m/s;ρL為流體密度，kg/m3;μ為流體粘度，kg/m·s。

為了使液柱具有足夠的高度，洗滌液流體應(yīng)一直處于層流狀態(tài)，不能發(fā)生霧化現(xiàn)象。在更換通用化噴嘴后，應(yīng)使雷諾數(shù)Re不發(fā)生大幅變化，更不能使Re超過(guò)2400而發(fā)生明顯的霧化，導(dǎo)致液柱顯著縮短。洗滌系統(tǒng)的總流量Q由洗滌水泵決定，流量與流速（噴射速度）之間的關(guān)系式如下：

式中：Q為單個(gè)噴頭的流量，m3/s;n為全車(chē)前噴嘴的噴頭個(gè)數(shù)，無(wú)量綱數(shù);VL為流體流速，m/s;A為洗滌噴頭截面積，m2，截面積可通過(guò)噴嘴孔徑d0計(jì)算出來(lái)。

根據(jù)流量與流速關(guān)系式，可將雷諾數(shù)Re的計(jì)算公式表示如下：

式中：Re為雷諾數(shù)，是一種用來(lái)表征流體流動(dòng)情況的無(wú)量綱數(shù);Q為單個(gè)噴頭的流量，m3/s;n為全車(chē)前噴嘴的噴頭個(gè)數(shù)，無(wú)量綱數(shù);d0為噴嘴孔徑，mm;ρL為流體密度，kg/m3;μ為流體粘度，kg/m·s。

在洗滌液流體介質(zhì)不變的條件下，系統(tǒng)的雷諾數(shù)Re由噴頭個(gè)數(shù)n、系統(tǒng)流量Q和噴嘴孔徑d0決定。通過(guò)調(diào)查現(xiàn)有車(chē)型的洗滌系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的流量差別不大;扇形噴嘴只有1個(gè)噴頭，孔徑為1.9mm;柱狀噴嘴有2個(gè)噴頭，孔徑為0.8mm;可以看出，各噴嘴之間的互換不會(huì)導(dǎo)致雷諾數(shù)Re大幅變化。

除了滿足功能要求之外，還應(yīng)在安裝結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)替代。對(duì)比各車(chē)型噴嘴安裝介質(zhì)的截面結(jié)構(gòu)，各截面幾何形狀相同，尺寸相近。縱向上，安裝介質(zhì)的厚度決定了噴嘴卡爪到安裝臺(tái)面的高度，由于噴嘴的安裝介質(zhì)為鈑金件或塑料件，料厚一般為0.7mm或2.5mm;對(duì)于安裝介質(zhì)相同的噴嘴，縱向上無(wú)差異;對(duì)于安裝介質(zhì)不同的噴嘴，可通過(guò)更改橡膠軟墊來(lái)實(shí)現(xiàn)安裝。

綜上所述，前洗滌噴嘴如能滿足噴射角度和安裝結(jié)構(gòu)的要求，可以實(shí)現(xiàn)通用化。

3 ?通用化選型

在進(jìn)行通用化選型時(shí)，應(yīng)圍繞噴嘴的縱向角度調(diào)節(jié)范圍和安裝結(jié)構(gòu)尺寸兩方面進(jìn)行重點(diǎn)考慮。

3.1 噴射角度

現(xiàn)有車(chē)型前洗滌噴嘴噴射角度統(tǒng)計(jì)如表1所示。通用化選型的噴嘴其縱向角度調(diào)節(jié)范圍應(yīng)較廣，能適用于更多的車(chē)型。噴嘴B、D、F和G的縱向角度調(diào)節(jié)范圍較廣，能滿足現(xiàn)有車(chē)型前噴嘴噴射角度的要求，對(duì)后續(xù)新車(chē)型開(kāi)發(fā)的適配性也更強(qiáng)。作為前噴嘴通用化選型的潛在目標(biāo)最合適。

3.2 安裝結(jié)構(gòu)

洗滌前噴嘴及安裝過(guò)孔的典型結(jié)構(gòu)如圖3所示，噴嘴柱體與過(guò)孔直徑存在尺寸配合關(guān)系，噴嘴柱體直徑應(yīng)小于過(guò)孔直徑;卡爪間距與過(guò)孔卡接處寬度存在尺寸配合關(guān)系，噴嘴卡爪在自由狀態(tài)下的間距應(yīng)大于卡接處寬度，才能使卡爪在卡入安裝孔內(nèi)時(shí)受力變形，卡接緊密而不松動(dòng);而卡接高度與安裝介質(zhì)厚度有關(guān)，通過(guò)增加或更改軟墊的方式進(jìn)行調(diào)整。

各車(chē)型影響噴嘴與過(guò)孔裝配的主要尺寸如表2所示，因噴嘴A、C、E的噴射角度調(diào)節(jié)范圍較小，不考慮將其作為通用化噴嘴進(jìn)行分析。

通過(guò)對(duì)噴嘴與過(guò)孔在各項(xiàng)尺寸配合下進(jìn)行分析，各噴嘴適用于現(xiàn)有各車(chē)情況如表3所示。

在通用化選型時(shí)，考慮將扇形噴嘴和柱狀噴嘴各保留一個(gè)作為通用化產(chǎn)品，將噴嘴B選型為柱狀噴嘴的通用化產(chǎn)品;將噴嘴D選型為扇形噴嘴的通用化產(chǎn)品。

4 ?總結(jié)

本文主要對(duì)汽車(chē)洗滌前噴嘴進(jìn)行了通用化選型分析，確定了噴嘴通用化的可行性。并根據(jù)前噴嘴尺寸結(jié)構(gòu)與安裝界面的關(guān)聯(lián)分析，選型出了2款能適用于大部分車(chē)型的前噴嘴產(chǎn)品。不僅能縮減現(xiàn)有噴嘴產(chǎn)品的種類(lèi)和數(shù)量，降低管理成本;還能在后續(xù)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)節(jié)省洗滌噴嘴的開(kāi)發(fā)成本，節(jié)約開(kāi)發(fā)時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

[1]鞠曉峰.車(chē)身平臺(tái)化開(kāi)發(fā)策略研究[J].汽車(chē)技術(shù)，2012（2）：7-10.

[2]侯凌云，侯曉春.噴嘴技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)石化出版社， 2002.

[3]樊登柱，張輝，房善敏，郝靜.汽車(chē)刮水系統(tǒng)防干刮改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，29（4）：122-124.