CN1101761C - 带有挡风板的刮水器 - Google Patents

Abstract

一种汽车刮水器10，其包括挡风板22，所述挡风板设置在气流的前部，并通过一个宽度较窄的支承件支承就位于主叉臂上，其中，所述刮水器包括所述挡风板，所述挡风板具有这样的截面形状，即：它可由板状承压表面部分28、气流溢流部分30和气流分隔部分26构成，所述承压表面部分设置在气流方向上以产生向下的力，所述气流溢流部分从所述承压表面部分的后端延伸，以降低气流速度，所述气流分隔部分从所述承压表面部分的端部向下延伸，以便在承压表面部分下部形成水溢流部分，挡风板22的所述气流分隔部分26的底边与风挡玻璃20之间的距离H大于橡胶刮片18的高度h，而且，所述高度H与挡风板22的所述气流溢流部分30顶端和主叉臂12之间的间隙S之间存在下述关系：1＞(S/H)≥(1/5)。

Description

带有挡风板的刮水器

技术领域

本发明涉及一种用于汽车的刮水器，特别是涉及可有效地抑制汽车高速行驶时由于风压等因素作用而带来刮水器性能降低的装置，以及用于可显著地提高刮水器空气动力特性的装置。

背景技术

为了抑制高速时由于风压作用而带来的汽车刮水器刮拭性能的降低，曾经使用了很多的装置。下面列出了所使用的各种装置：一种带有板状刮片的装置，一种通过在片状外形上形成一部分杆来产生部分向下的风压力的装置，一种包括一个挡风板和一个部件的装置，所示挡风板用于防护冲击橡胶刮片的气流，在所述部件上所的挡风板下表面和玻璃表面之间的距离确定成为：在气流前部处大于在气流后部处，以便在挡风板下表面和玻璃表面之间产生负压。

这些装置显示在图14(DE3139444)、图15(DE3532536)和图16(FR262128)中，这些装置和其类似装置作为典型的现有技术而引用，所有的这些装置可在汽车以150km/h左右的速度也就是普通速度要求下所获得的高速进行行驶时，而较好地进行工作，而在汽车以200km/h左右的速度也就是现在的普通运行速度条件下运行时，现有技术装置就难令人满意地进行工作。

图14中的装置通过挡风板2来使打在橡胶刮片1上的气流偏转，挡风板2设置在其可防护橡胶刮片1的位置上，但由于挡风板2的区域较小，它不能防护住橡胶刮片1。此外，流过杆之间空间的气流会产生扰动，导致有效推力的不足，因此，在高速运行时，所产生的问题不会获得基本满意的解决。

对于图15中的装置，主叉臂侧壁的底边3以具有特定倾角的阻流板的形式进行延伸，但其也带来一个问题，就是由于在阻流板上表面上部的气流冲击主叉臂的侧壁，不能产生足够的推力，流速降低，同时在阻流板下表面上流动的气流与杆等件相互干扰，妨碍了气流的平滑流动。

对于图16中的装置，挡风板4的下表面和玻璃表面5之间的距离，在气流后部处大于在气流前部处，因此，在挡风板4的下表面和玻璃表面5之间形成负压。这种方法所产生的问题是：如果挡风板4不设置在较低的位置上，它就没有效果，如果将挡风板作得较宽以求较好的效果，挡风板4就会与弯曲的玻璃表面或风窗架相互干涉。

发明内容

在上述传统的装置中，采取措施来制成在汽车高速行驶时提高刮水器性能的装置，在气流平行地冲击玻璃表面的假设基础上，无论是挡风板或阻流板的前侧(图中的上表面)还是后侧(图中的下表面)的空气动力特性都得到了考虑。相反，本发明假设气流碰到刮水器时气流就向上偏转，从空气动力特性的观点看，考虑了气流作用于挡风板的两个相对表面上。因此，获得了最有效的空气动力结构。

在用于汽车的刮水器中包括在气流前侧的挡风板，它通过窄的支承件支承在主叉臂上，挡风板的截面位置成使其侧表面位于气流的前部，可由气流分隔部分、沿气流的承压表面部分和气流溢流部分构成，所述气流分隔部分可在气流的后侧形成一个水溢流区(water-weir area)，所述承压表面部分可产生向下的力，所述气流溢流部分可产生低速流动的气流，如图3所示。位于气流前部的气流分隔部分的底边与风挡之间的距离H大于橡胶刮片的高度h，此外，H与挡风板的上述气流溢流部分顶边与主叉臂之间所确定的距离S存在下述关系：1＞(S/H)≥(1/5)，或最好是1＞(S/H)≥(1/4)，在挡风板截面中，承压表面部分的长度L1和气流溢流部分的长度L2之间所存在的关系是：L1≥L2，另外，承压表面部分与玻璃表面所形成的夹角θ1的范围是0°≤θ1≤30°，气流溢流部分与承压表面部分所形成的相对夹角θ2的范围是30°≤θ2≤90°。

沿风挡流动的气流通过在挡风板顶端的气流分隔部分作用而分成上下两部分支流。上支流沿承压表面部分流动，并向上升起，同时其流速因溢流部分的作用而降低，而下支流在承压表面部分的下部利用气流分隔部分后面所产生的水溢流区而部分地形成虚拟刮片表面(virtualblade surface)。大部分下支流改变了其向上的流动方向，同时其沿虚拟的刮片表面和溢流部分的后表面流动来增大其流速。然后，从挡风板溢流部分上端和主叉臂的侧壁之间的空间流过。因此，作用于挡风板承压表面部分上表面的压力增大，并在下表面上获得降低的表面压力，从而产生向下的力(也就是，作用于风挡的力)。

附图简介

下面将结合附图对本发明的实施例进行描述。

图1是本发明带有挡风板的刮水器的顶视图；

图2是本发明带有挡风板的刮水器的侧视图；

图3是图1沿3-3的截面简图；

图4所示的是本发明的产品和现有技术的产品之间在风速和升力方面的比较；

图5所示的是本发明的产品和现有技术的产品之间在刮拭限制速度方面的比较；

图6所示的是距离H和升力之间的关系；

图7所示的是在本发明装置中距离S和高度H的比值(S/H)与升力之间的关系；

图8所示的是本发明的另外一个实施例；

图9所示的是另一个实施例，也就是，图8所示实施例的一种改进形式；

图10所示的是又一个实施例，也就是，图8所示实施例的一种进一步的改进形式；

图11所示的是本发明的又一种实施方式；

图12所示的是另一个实施例，也就是，图11所示实施例的一种改进形式；

图13所示的是又一个实施例，也就是，图11所示实施例的一种进一步的改进形式；

图14所示的是已知例；

图15所示的是另一种已知例；

图16所示的是又一种已知例；

最佳实施例

图1和2是本发明典型实施例的带有挡风板的刮水器的顶视图和侧视图。在这些图中，本发明的带挡风板的刮水器10包括主叉臂12、辅助杆14、多个叉架16以及橡胶刮片18，主叉臂12在其中部具有可与刮水器臂连接的连接器，辅助杆14枢转地支承在主叉臂的两个相对端部，每个叉架16枢转地支承在所述辅助杆14的一个端部或两个相对端部处，并有夹爪，所述橡胶刮片18由该夹爪夹紧，橡胶刮片18用来刮拭如挡风玻璃等玻璃表面20(见图3)。另外，刮水器还包括挡风板22，设置在主叉臂12气流的前面。

该挡风板22压制而成，例如，为了与上述主叉臂12形成整体，挡风板22通过窄的支承件24与主叉臂12相联。显然，也可通过模压的方式来形成挡风板22，例如，使用与主叉臂12分离的树脂或铁片，然后用预定的装置将挡风板22与主叉臂12连接在一起。

如沿图1的3-3所剖的图3所示，本发明的挡风板22的截面形状由气流分隔部分26、承压表面部分28和气流溢流部分30构成，气流分隔部分26用来使气流分隔成两个支流部分，承压表面部分28设置在气流分隔部分26上部，气流溢流部分30设置在承压表面部分28上部。由于需要挡风板22在非常高速的状态下承受气流冲击，因此，挡风板必须通过尽可能多的支承件24可靠地固定在主叉臂12上，以避免可能的损坏。同时，需要大量的空气流过挡风板22和主叉臂12之间的间隙，这样，就必须使所制成的支承件24的形状和数量不干扰气流的流动。在图示的实施例中，模压而成的两个支承件24中的每一个都具有大致成圆形的形状，并与挡风板22和主叉臂12成为一体。

如图3所示，挡风板22的顶边距主叉臂12的侧面位置有一定的预定距离S。挡风板22气流分隔部分26的底边到玻璃表面20的距离H大于橡胶刮片18的高度h。此外，为了在挡风板22承压表面部分28的底面侧形成负压的水溢流部分，使挡风板22靠近玻璃表面20一侧，在上述挡风板22的距离S和距离H之间存在下述关系：1＞(S/H)≥(1/5)，最好是1＞(S/H)≥(1/4)。同时，图3中的符号Ho表示从玻璃表面20到主叉臂12的顶边部分的高度尺寸。

所述气流分隔部分26由大致与玻璃表面20成直角的延伸部分构成，该延伸部分的长度为几个毫米。当本发明装有挡风板的刮水器10刮拭玻璃表面20时，气流分隔部分可将沿玻璃表面流动的气流分隔成绕挡风板22的上下支流。气流分隔部分26还可以形成另外方式，它从承压表面部分28的底边形成角弯曲的截面形状。另外，该气流分隔部分26可伸向图8-13所示的刮水器侧，以提高挡风板22的刚性，其顶端在承压表面部分28下面可形成一个负压的水溢流区。承压表面部分28可从气流分隔部分26的上端起相对于与玻璃表面20平行的表面形成夹角θ1，且其延伸长度为L1。夹角θ1最好是0°-30°。气流溢流部分30可从承压表面部分28的上端起相对于承压表面部分28的延长线形成夹角θ2，且其延伸长度为L2。夹角θ2最好是30°-90°。而且最好L1和L2之间存在的关系是L1≥L2。在挡风板22的截面形状中，承压表面部分28和气流溢流部分30通过小半径的曲线相互连接，以避免阻碍高速流动的气流。

在本发明中，挡风板22的长度最好是刮水器长度的至少三分之一或更多，否则，不能使挡风板有效地推靠在刮水器上。在该例中，尽管挡风板沿其长度的中部最好是与刮水器长度的中心相重合，但是即使挡风板长度的中部略微从刮水器长度的中心偏向顶端部分侧也可获得所需要的效果。其原因是在顶端部分侧存在相当大的气流扰动。

在上述实施例中，沿玻璃表面也就是沿风挡玻璃20流动的气流通过挡风板22的气流分隔部分26而被分离成上下两部分支流。上支流沿承压表面部分28流动。然后，该支流的流速经溢流部分30而降低，并向上升到溢流部分30之上，同时向下(向玻璃表面侧)推承压表面部分28而向后流动。另一方面，由于在气流分隔部分26的后部有宽的水溢流区存在，气流的下支流在承压表面部分28的下部形成虚拟的刮片表面。大部分下支流的流速提高了，同时其沿虚拟的刮片表面流动，并且溢流部分30的后表面改变其流动方向。下支流使该溢流区成为负压区，并经挡风板溢流部分30的上端和主叉臂12侧壁之间的间隙S以快速流出。这样，增大的压力作用于挡风板22承压表面部分28的上表面，而下表面则承受减小的压力作用。通过这种方式，挡风板22，因此刮水器10就承受向下(向玻璃表面)的作用力。

图4显示了使用小的风洞装置而获得的本发明实施例和图14所示现有技术装置的测量结果。如图所示，在所有的车速情况下，本发明装置中有效的升力仅仅是现有技术装置升力的25％，这就意味着就向玻璃表面上作用的推力而言，通过本发明获得了显著的改进。

图5显示了在一个实际试验小轿车上使用风洞而获得的由于进行刮拭操作而造成的车速限制值的评估结果，其中，对本发明实施例和图14所示的现有技术的装置之间作了比较。这里所用的刮拭操作的车速限制表示由于汽车行驶时的风压作用而使刮水器离开玻璃表面而不再正常地刮拭玻璃表面的车速，因此，妨碍了司机的正常操作，并使司机产生危险的感觉。现有技术装置的刮拭操作的车速限制为140km/h，对于实际车辆风洞，本发明装置在最大车速限制为180km/h的情况下可保持足够的刮拭特性，显示了很大的不同。

图6所示的是从挡风板底边到玻璃表面的距离H与升力之间的关系。，高度H若不大于橡胶刮片的高度h升力会突然增大，而如果高度H大于高度Ho，升力就会减小。

图7所示的是从挡风板22的顶边到主叉臂12的侧部的距离S与从挡风板的底边到玻璃表面的距离H之间的比值相对于升力之间的关系。升力会增大，除非比值(S/H)小于1，而在比值(S/H)小于1/5时升力会增大。

图8-13示出本发明挡风板另外的实施例。这些实施例示出气流分隔部分26的顶端向刮水器侧伸出。在图8所示的实施例中，图3的气流分隔部分26具有平行于玻璃表面向刮水器延伸的延伸部分。该延伸部分延伸到不会阻碍气流流动的其一位置处。图9是图8实施例的改型，使延伸部分的顶端略微向上弯曲，以保证气流平滑流动。图10与图9类似，只是延伸部分的顶端以钝角形式向上弯曲，这样不会干扰气流流动。在图11中，延伸部分平行于承压表面部分28。再者，延伸部分的顶端位于不会阻碍气流流动位置。图12与图11类似，只是延伸部分的顶端略微向上弯曲，以保证气流平滑流动。图13与图12类似，只是延伸部分的顶端以钝角形式向上弯曲，这样不会干扰气流流动。

在本发明中，溢流区产生于承压表面部分之下，且溢流区可用于形成一个虚拟刮片表面以获得足够的效果。作为一种选择，通过使气流分隔部分的顶端沿相对于气流的后部方向，也就是承压表面部分的向下的方向延伸，并控制溢流区使其具有所需要的形状，从而来获得进一步显著的效果。

同时，在本发明的实施例中，挡风板通过压制操作而制成一个整体的冲制模压件，但挡风板也可由树脂材料制成，窄的支承件可单独制成，然后再连接到主叉臂上。

实用性

根据本发明，通过产生打到刮水器上而偏转的气流，同时使挡风板的上下承压表面之间产生不同的速度，并因此而在这两个表面之间形成基本上不同的压力，这样就在向下的方向上，也就是朝着玻璃表面的方向产生较大的力，减小升力。因此，本发明满足了对高性能刮水器的高水准需求。此外，由均匀厚度的板材制成有其截面构形挡风板，因此而减小了附加成本。

Claims (7)

1.一种用于汽车的刮水器，包括，挡风板(22)，所述挡风板设置在气流的前部，并通过一个宽度较窄的支承件支承就位在主叉臂(12)上，其中，所述刮水器包括所述挡风板，所述挡风板具有这样的截面形状，即：其可由板状的承压表面部分(28)、气流溢流部分(30)和气流分隔部分(26)构成，所述承压表面部分设置在气流方向上以产生向下的力，所述气流溢流部分从所述承压表面部分的后端延伸，以降低气流速度，所述气流分隔部分从所述承压表面部分的端部向下延伸，以便在承压表面部分下部形成一个水溢流部分，挡风板的所述气流分隔部分的底边与风挡玻璃之间的距离H大于橡胶刮片的高度h，其特征在于：所述高度H与挡风板的所述气流溢流部分(30)顶端和主叉臂之间的间隙S之间存在下述关系：1＞(S/H)≥(1/4)，在挡风板截面中，承压表面部分的长度L1和气流溢流部分的长度L2之间所存在的关系是：L1≥L2，另外，承压表面部分与玻璃表面所形成的夹角θ1的范围是0°≤θ1≤30°，气流溢流部分与承压表面部分所形成的相对夹角θ2的范围是30°≤θ2≤90

2.根据权利要求1所述的汽车刮水器，其特征在于：所述气流分隔部分(26)呈直线或弯曲形状。

3.根据权利要求1所述的汽车刮水器，其特征在于：所述承压表面部分(28)和所述气流分隔部分(26)通过在挡风板(22)截面处小曲线相互连接在一起。

4.根据权利要求1所述的汽车刮水器，其特征在于：气流分隔部分(26)具有沿刮水器侧方向延伸的顶端。

5.根据权利要求1、2或3所述的汽车刮水器，其特征在于：挡风板(22)的长度是刮水器(18)的长度的三分之一或更多。

6.根据权利要求4所述的汽车刮水器，其特征在于：挡风板(22)的长度的中部大致与刮水器(18)的长度的中部相一致。

7.根据权利要求4所述的汽车刮水器，其特征在于：挡风板(22)的长度的中部设置成从刮水器(18)长度的中部偏向顶端一侧。

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