前洗滌噴嘴通用化選型方法

于華舟

摘要：為縮減汽車前洗滌噴嘴的產品種類，提高產品互換性。本文對前洗滌噴嘴的通用化進行研究。通過對噴嘴的噴射角度、噴射位置等關鍵影響因素進行分析，得出可行性結論，并選型出噴嘴的通用化產品，以降低整車開發成本，縮短開發周期。

關鍵詞：前洗滌噴嘴;通用化;噴射角度;流體;雷諾數;通用化選型

0 ?引言

前洗滌噴嘴是汽車風窗玻璃的表面清洗設備，通過導管連接到洗滌罐中，利用水泵將洗滌罐中的洗滌液壓入噴嘴后，通過噴嘴口徑的縮小，形成強大的沖擊力，對汽車風窗玻璃進行清洗。近年來，平臺化、通用化開發已經是各大整車企業降低研發成本，縮短開發周期的重要手段之一[1]。

1 ?現狀調查

通過對現有前洗滌噴嘴進行調查，發現所有車型的洗滌噴嘴均為直接噴射式噴嘴，通過銅球頭進出口的截面變化，提高流體流速，實現噴射;噴射球頭均為四向可調，能實現噴射方向在一定角度范圍內的調節。噴嘴本體采用掛鉤簡易安裝式結構，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定性。但不同車型所使用的洗滌噴嘴在產品尺寸、噴頭結構、系統流量等方面均不盡相同，通用化需求較為強烈。前洗滌噴嘴按噴頭結構分為柱狀噴嘴和扇形噴嘴兩類;扇形噴嘴通道大而流暢，減少了阻塞現象，且流體覆蓋性、均勻性較好，應用越來越普及。按噴嘴安裝位置分為機艙蓋噴嘴和風窗蓋板噴嘴，風窗蓋板噴嘴屬于隱藏式噴嘴，整車美觀性較好，多應用于發動機艙蓋造型面連續設計的車輛。

2 ?可行性分析

要實現前洗滌噴嘴通用的可行性，應保證選型的目標噴嘴在安裝到其他車輛后，仍能將洗滌液準確、有力地噴射到玻璃上的目標區域內;噴嘴的噴射點應在雨刮的刮刷區域之內，避免雨刮在刮刷時因沒有足夠的洗滌液而發生干刮的現象。同時，還應與前部視野點位置保持一定的距離。如果出水軌跡與雨刮等零件無干涉現象，噴射點可設計在B區的2/5偏下處，同時也在A區的偏下區域內。如圖1所示。

另外，還應保證噴嘴噴射出來的水柱與前風擋玻璃處在一個相對適宜的夾度范圍之內，角度過小會導致噴嘴出水柱與玻璃近乎相切，使水柱容易打滑噴射到車輛頂棚上去。若噴射角度過大，會導致洗滌液在噴射到玻璃上時發生比較嚴重的飛濺現象，夾角一般建議在8～16°之間。

噴射點位置和水柱與前風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輛上變更成本較高，更改性不強。而前噴嘴的噴射角度指的是噴嘴球頭與安裝臺面之間的夾角，球頭在上、下、左、右四個方向上均能實現一定角度內的調節。不同車型受布置位置、安裝臺面與前風擋夾角關系等影響，各車型所需的噴射角度均不盡相同，方向可調的噴嘴球頭，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玻璃上的噴射點。對于洗滌液這種液態工質來說，其液流的形態和液柱的高度受到噴射壓力與噴嘴結構的影響。當液體壓力升高，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、波狀流向噴物流過渡。圖2為不同噴射速度下，上述液流狀態時液柱長度的變化狀態。從遷移流到波狀流過渡到轉折點的雷諾數Re=1800～2400，與液流的層流和紊流的轉折點是一致的。[2]雷諾數Re的計算公式如下：

式中：Re為雷諾數，是一種用來表征流體流動情況的無量綱數;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，洗滌液流體應一直處于層流狀態，不能發生霧化現象。在更換通用化噴嘴后，應使雷諾數Re不發生大幅變化，更不能使Re超過2400而發生明顯的霧化，導致液柱顯著縮短。洗滌系統的總流量Q由洗滌水泵決定，流量與流速（噴射速度）之間的關系式如下：

式中：Q為單個噴頭的流量，m3/s;n為全車前噴嘴的噴頭個數，無量綱數;VL為流體流速，m/s;A為洗滌噴頭截面積，m2，截面積可通過噴嘴孔徑d0計算出來。

根據流量與流速關系式，可將雷諾數Re的計算公式表示如下：

式中：Re為雷諾數，是一種用來表征流體流動情況的無量綱數;Q為單個噴頭的流量，m3/s;n為全車前噴嘴的噴頭個數，無量綱數;d0為噴嘴孔徑，mm;ρL為流體密度，kg/m3;μ為流體粘度，kg/m·s。

在洗滌液流體介質不變的條件下，系統的雷諾數Re由噴頭個數n、系統流量Q和噴嘴孔徑d0決定。通過調查現有車型的洗滌系統，發現各系統之間的流量差別不大;扇形噴嘴只有1個噴頭，孔徑為1.9mm;柱狀噴嘴有2個噴頭，孔徑為0.8mm;可以看出，各噴嘴之間的互換不會導致雷諾數Re大幅變化。

除了滿足功能要求之外，還應在安裝結構上實現替代。對比各車型噴嘴安裝介質的截面結構，各截面幾何形狀相同，尺寸相近。縱向上，安裝介質的厚度決定了噴嘴卡爪到安裝臺面的高度，由于噴嘴的安裝介質為鈑金件或塑料件，料厚一般為0.7mm或2.5mm;對于安裝介質相同的噴嘴，縱向上無差異;對于安裝介質不同的噴嘴，可通過更改橡膠軟墊來實現安裝。

綜上所述，前洗滌噴嘴如能滿足噴射角度和安裝結構的要求，可以實現通用化。

3 ?通用化選型

在進行通用化選型時，應圍繞噴嘴的縱向角度調節范圍和安裝結構尺寸兩方面進行重點考慮。

3.1 噴射角度

現有車型前洗滌噴嘴噴射角度統計如表1所示。通用化選型的噴嘴其縱向角度調節范圍應較廣，能適用于更多的車型。噴嘴B、D、F和G的縱向角度調節范圍較廣，能滿足現有車型前噴嘴噴射角度的要求，對后續新車型開發的適配性也更強。作為前噴嘴通用化選型的潛在目標最合適。

3.2 安裝結構

洗滌前噴嘴及安裝過孔的典型結構如圖3所示，噴嘴柱體與過孔直徑存在尺寸配合關系，噴嘴柱體直徑應小于過孔直徑;卡爪間距與過孔卡接處寬度存在尺寸配合關系，噴嘴卡爪在自由狀態下的間距應大于卡接處寬度，才能使卡爪在卡入安裝孔內時受力變形，卡接緊密而不松動;而卡接高度與安裝介質厚度有關，通過增加或更改軟墊的方式進行調整。

各車型影響噴嘴與過孔裝配的主要尺寸如表2所示，因噴嘴A、C、E的噴射角度調節范圍較小，不考慮將其作為通用化噴嘴進行分析。

通過對噴嘴與過孔在各項尺寸配合下進行分析，各噴嘴適用于現有各車情況如表3所示。

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

4 ?總結

本文主要對汽車洗滌前噴嘴進行了通用化選型分析，確定了噴嘴通用化的可行性。并根據前噴嘴尺寸結構與安裝界面的關聯分析，選型出了2款能適用于大部分車型的前噴嘴產品。不僅能縮減現有噴嘴產品的種類和數量，降低管理成本;還能在后續新產品開發時節省洗滌噴嘴的開發成本，節約開發時間。

參考文獻：

[1]鞠曉峰.車身平臺化開發策略研究[J].汽車技術，2012（2）：7-10.

[2]侯凌云，侯曉春.噴嘴技術手冊[M].北京：中國石化出版社， 2002.

[3]樊登柱，張輝，房善敏，郝靜.汽車刮水系統防干刮改進設計[J].南通職業大學學報，2015，29（4）：122-124.