KR101905948B1 - 차량용 와셔 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 와셔 노즐에 관한 것으로서, 노즐칩의 형상 및 노즐칩 내 유로의 형상을 개선하여 상온뿐만 아니라 저온에서도 와셔액을 넓은 각도로 분사할 수 있는 차량용 와셔 노즐을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 노즐 하우징의 칩 수용부에 설치되고 와셔 호스를 통해 노즐 하우징으로 공급된 와셔액을 통과시켜 분사하는 노즐칩을 포함하는 차량용 와셔 노즐에 있어서, 상기 노즐칩에서 와셔액이 통과하는 유로의 바닥면은, 노즐칩에서의 와셔액 상류측 부분인 유로 입구측 부분으로부터 와셔액 하류측 부분인 유로 출구측 부분으로 가면서 유로 바닥면 깊이가 점차 깊어지는 경사진 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐이 개시된다.

Description

차량용 와셔 노즐{Washer nozzle for vehicle }

본 발명은 차량용 와셔 노즐에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 글라스에 이물질 제거를 위한 와셔액을 분사하는 와셔 노즐에 관한 것이다.

일반적으로 차량 실내의 전방에는 주행 중에 불어오는 바람을 막거나 전방의 시야가 확보되도록 글라스를 설치하여 구성한 윈드실드(windshield)가 구비되어 있다.

이러한 윈드실드의 글라스 면은 먼지와 같은 이물질에 의해 자주 오염되기 때문에 운전자의 전방 시야를 충분히 확보하여 안전 운전이 이루어지도록 하기 위해서는 글라스 면에 묻은 이물질을 제거해야 한다.

이와 같이 윈드실드에 묻은 이물질 등을 제거하기 위하여 차량에는 와이퍼 장치와 함께 와셔액을 분사하는 와셔액 분사장치가 구비되어 있다.

이에 따라 운전자가 운전석에 설치된 스위치를 조작하면 와셔 펌프가 작동하고, 와셔 펌프의 작동에 의해 리저버(reservoir)에 저장된 와셔액이 압송되어 와셔 노즐을 통해 윈드실드에 분사된다.

결국, 와셔액과 와이퍼 작동을 통해 운전에 방해되는 이물질을 윈드쉴드의 글라스 면에서 제거함으로써 운전자가 전방 시야를 확보한 상태로 안전한 운전을 할 수 있게 된다.

보통 차량용으로 적합한 와셔 노즐은 적은 양의 와셔액을 단시간에 넓은 영역에 분사하여 세정할 수 있는 성능을 필요로 한다.

이에 최근에는 스프레이식 와셔 노즐(spray type washer nozzle)을 사용하여 세정 영역의 확대를 도모하고 있다.

이러한 스프레이식 와셔 노즐에 대해서는 등록특허공보 제10-0906639(2009.7.1.) 등에 개시되어 있다.

플루이딕 타입(fluidic type)의 스프레이식 와셔 노즐의 경우 단시간에 적은 양의 와셔액으로 넓은 영역을 세정할 수 있도록 와셔액을 스프레이 형태로 변화시켜 분사하는 노즐칩(nozzle chip)(또는 노즐팁(nozzle tip)이라고도 함)을 이용하며, 상기 노즐칩은 와셔액의 흐름을 제어하기 위한 유로를 가진다.

이때, 노즐칩을 노즐 하우징 내에 설치하고, 와셔 호스를 통해 공급되는 와셔액을 노즐칩의 유로에 통과시켜 자기 진동(self-oscillating)시킴으로써 와셔액의 흐름을 스프레이 형태로 변화시킨 뒤 분사구를 통해 넓은 영역으로 분무하게 된다.

한편, 종래의 싱글 스프레이식 와셔 노즐은 상온에서의 분사각 자체가 협소할 뿐만 아니라, 저온 조건에서의 작동시에는 와셔액이 스프레이식으로 넓게 분사되지 않고 일자형으로 좁게 분사되는 문제점이 있다(와셔액의 한 줄 분사).

특히, 지역별 법규에 따라 점도가 높은 에탄올이나 이소프로필 알코올(IPA)을 포함하는 와셔액을 사용할 경우 저온에서 동점도의 급격한 상승으로 인해 와셔액의 분무가 원활하지 않다.

상기한 싱글(single) 스프레이 노즐이 가지는 문제점, 즉 상온 분사각 협소 및 저온 분사 성능 저하의 문제점을 해결하기 위하여 중, 대형 차종에는 더블(double) 스프레이 기능을 갖는 노즐을 사용하기도 하나, 이는 와셔액을 이중으로 분사하기 위한 구성을 구비하여야 하므로 원가 상승을 초래하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 상온 및 저온에서 넓은 분사각을 가지는 차량용 와셔 노즐을 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 저온 분사 성능이 향상된 차량용 와셔 노즐을 제공하고자 하는 것으로, 노즐칩의 형상 및 노즐칩 내 유로의 형상을 개선하여 상온뿐만 아니라 저온에서도 와셔액을 넓은 각도로 분사할 수 있는 차량용 와셔 노즐을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 노즐 하우징의 칩 수용부에 설치되고 와셔 호스를 통해 노즐 하우징으로 공급된 와셔액을 통과시켜 분사하는 노즐칩을 포함하는 차량용 와셔 노즐에 있어서, 상기 노즐칩에서 와셔액이 통과하는 유로의 바닥면은, 노즐칩에서의 와셔액 상류측 부분인 유로 입구측 부분으로부터 와셔액 하류측 부분인 유로 출구측 부분으로 가면서 유로 바닥면 깊이가 점차 깊어지는 경사진 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐을 제공한다.

또한, 상기 노즐칩에서 와셔액이 통과하는 유로는, 노즐 하우징으로 공급된 와셔액이 유입되는 입구유로부; 입구유로부에 축소유로부를 통해 연결되고 넓은 면적으로 확장된 유로 형상을 가지는 발진유로부; 발진유로부에 좌우 양측으로 연통되도록 형성된 피드백공간부; 피드백공간부와 축소유로부 사이를 연결하도록 형성된 한 쌍의 피드백유로부; 및 발진유로부에 연통되도록 형성되어 발진유로부를 통과한 와셔액이 최종 분사되는 확산분사구를 포함하고, 상기 입구유로부와 축소유로부, 발진유로부에 걸쳐 상기 유로 입구측 부분으로부터 상기 유로 출구측 부분으로 가면서 유로 바닥면 깊이가 점차 깊어지는 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 입구유로부와 축소유로부 사이의 연결부위이면서 유로 폭이 축소된 형상을 가지는 입구부의 폭 a와, 축소유로부와 발진유로부 사이의 연결부위이면서 유로 폭이 축소된 형상을 가지는 발진유로 입구부의 폭 b와, 발진유로부와 확산분사구의 연결부위이면서 유로 폭이 축소된 형상을 가지는 협소부의 폭 c에 있어서, a < c < b가 되도록 폭이 설정된 것을 특징으로 한다.

이로써, 본 발명에 따른 차량용 와셔 노즐에서는 노즐칩의 형상 및 노즐칩 내 유로의 형상을 개선하여 상온뿐만 아니라 저온에서도 와셔액을 넓은 각도로 분사할 수 있으며, 와셔 노즐의 저온 분사 성능이 향상될 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 와셔 노즐을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 와셔 노즐에서 칩 수용부에 노즐칩이 장착된 상태의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 와셔 노즐의 노즐칩을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 와셔 노즐의 노즐칩을 도시한 저면도이다.
도 5는 도 4에서 선 'A-A'를 따라 취한 노즐칩의 단면도이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 와셔 노즐의 노즐칩에 형성된 유로에 대해 좀더 상세히 설명하기 위해 유로의 각 부분을 설명하기 위한 저면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 와셔 노즐의 노즐칩에서 유로를 통한 와셔액의 유동 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9a 내지 9d는 종래기술에 따른 와셔 노즐의 노즐칩에서 와셔액 압력 및 속도 상태를 나타내는 도면이다.
도 9e 내지 9h는 본 발명의 실시예에 따른 와셔 노즐의 노즐칩에서 와셔액 압력 및 속도 상태를 나타내는 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 와셔 노즐을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 와셔 노즐에서 칩 수용부에 노즐칩이 장착된 상태의 단면도이다.

도시한 바와 같이, 노즐 하우징(110)의 상부에는 칩 수용부(111)가 형성되어 있고, 칩 수용부(111)에는 와셔액을 스프레이 형태로 넓게 확산시켜 분사하는 노즐칩(120)이 삽입되어 설치된다.

또한, 상기 노즐칩(120)은 와셔액의 흐름을 제어하기 위한 유로를 가진다.

이에 와셔 호스를 통해 공급되는 와셔액이 노즐칩(120)의 유로를 통과하는 동안 자기 진동(self-oscillating)할 수 있고, 이를 통해 와셔액의 흐름이 스프레이 형태로 변화된 뒤 분사구(127)를 통해 넓은 영역으로 분사될 수 있게 된다.

도 1에 예시된 와셔 노즐(100)은 미도시된 후드 아우터 패널의 장착홀에 노즐 하우징(110)이 관통 삽입되어 고정됨으로써 장착될 수 있는 것으로, 고정을 위해 노즐 하우징(110)에는 장착홀에 관통 삽입된 상태일 때 후드 아우터 패널에 걸려 있게 되는 걸림부(112)가 형성될 수 있다.

상기 노즐 하우징(110)은 와셔 펌프(도시하지 않음)에 의해 압송되는 와셔액을 와셔 호스(도시하지 않음)를 통해 공급받게 되며, 이를 위해 노즐 하우징(110)에는 와셔액을 노즐칩(120)으로 공급하는 와셔액 공급통로(113)가 형성되고, 상기 와셔액 공급통로(113)에는 와셔 호스가 연결되는 니플(nipple)(114)이 설치된다.

이때, 와셔 호스가 연결되는 니플(114)의 내부 통로는 와셔액 공급통로(113)와 연통되어 있으므로 와셔 호스에 의해 니플(114)로 공급된 와셔액이 와셔액 공급통로(113)를 통해 노즐칩(120)으로 전달될 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 노즐칩(120)은 그 유로 입구부가 노즐 하우징(110)의 와셔액 공급통로(113)에 연통되도록 설치되며, 이에 와셔액 공급통로(113)를 통해 공급되는 와셔액이 노즐칩(120)의 유로 입구부를 통해 노즐칩(120)의 내부 유로로 공급될 수 있게 된다.

또한, 노즐 하우징(110)의 와셔액 공급통로(113)에는 와셔액이 노즐칩(120) 방향으로만 흐를 수 있도록 해주는 체크밸브(115)가 내장될 수 있다.

한편, 본 발명은 노즐칩의 형상 및 노즐칩 내 유로의 형상에 특징이 있는 것으로, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 와셔 노즐에 설치되는 노즐칩을 도시한 사시도이다.

또한, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 와셔 노즐에 설치되는 노즐칩을 도시한 저면도이고, 도 5는 도 4에서 선 'A-A'를 따라 취한 노즐칩의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 노즐칩(120)은 차량용 와셔 노즐에서 와셔액 공급통로를 통해 공급된 와셔액을 진동시킴과 더불어 진동하는 와셔액을 스프레이 형태로 전방으로 분사시키기 위한 특정 형상의 유로를 구비한다.

상기 유로는 노즐칩(120)이 노즐 하우징(도 1 및 도 2에서 도면부호 110)의 칩 수용부(도 1 및 도 2에서 도면부호 111임)에 삽입된 상태일 때의 하측면이 되는 노즐칩 하면에 형성된다.

상기 유로는 노즐 하우징(110)의 와셔액 공급통로(도 1 및 도 2에서 도면부호 113)와 연통될 수 있도록 형성된 입구유로부(121), 상기 입구유로부(121)와는 축소유로부(122)를 통해 연결되고 넓은 면적으로 확장되는 유로 형상을 갖는 발진유로부(123), 상기 발진유로부(123)의 좌우 양측에 연통되도록 형성된 피드백공간부(124), 상기 피드백공간부와 축소유로부(122) 사이를 연결하도록 형성된 한 쌍의 피드백유로부(125), 상기 발진유로부(123)에 연통되도록 형성된 확산분사구(127)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 입구유로부(121)는 노즐칩(120)이 노즐 하우징(110)의 칩 수용부(111)에 삽입되었을 때 노즐 하우징(110)의 와셔액 공급통로(113)와 연통되는 유로 입구 부분이다.

따라서, 와셔 펌프에 의해 압송된 와셔액이 와셔 호스를 통해 노즐 내부, 보다 상세히는 노즐 하우징(110)의 와셔액 공급통로(113)로 공급되면, 와셔액 공급통로(113)로 공급된 와셔액이 상기 노즐칩(120)의 입구유로부(121)로 공급될 수 있게 되어 있다.

상기 발진유로부(123)는 유로 폭이 축소된 형상의 축소유로부(122)를 통해서 입구유로부(121)와 연결되는데, 와셔액 하류측이 되는 발진유로부(123)의 전단부에는 그 출구부로서 유로 폭이 축소된 형상의 협소부(narrowed portion)(126)를 가진다.

이때, 확산분사구(127)는 상기한 발진유로부(123)의 협소부(126)에서 유로 폭이 점차 증가하는 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 발진유로부(123)의 좌우 양측에는 대략 반원의 형상을 갖는 공간인 피드백공간부(124)가 형성되고, 각 피드백공간부(124)로부터 축소유로부(122) 사이에는 이들을 연결하는 한 쌍의 피드백유로부(125)가 형성된다.

상기 발진유로부(123)는 입구유로부(121)를 통과하여 유입된 와셔액이 자기 진동(self-oscillation)할 수 있게 난류를 형성하는 유로 부분으로서, 입구유로부(121)를 통해 들어온 와셔액이 노즐칩(120) 내부에서 상기 축소유로부(122)를 통과한 뒤 발진유로부(123)를 통과하는 동안 진동하게 된다.

또한, 상기 발진유로부(123)로 통과한 와셔액 중 일부는 자기 진동하여 확산분사구(127)를 통해 전방으로 분사되는 한편, 나머지는 피드백공간부(124) 및 피드백유로부(125)를 통해 분기되어 다시 축소유로부(122)로 피드백된다.

상기와 같이 피드백공간부(124) 및 피드백유로부(125)를 통과하는 와셔액 또한 진동하면서 축소유로부(122)로 피드백되는데, 피드백공간부(124)는 발진유로부(123) 내 와셔액 중 일부가 진동 중에 분기되어 피드백될 수 있도록 마련되는 확장 유로 형상의 공간이다.

또한, 피드백유로부(125)는 피드백공간부(124)로 분기된 와셔액을 축소유로부(122)로 안내 및 피드백하는 유로 부분이 된다.

이와 같이 피드백공간부(124) 및 피드백유로부(125)를 통과하여 축소유로부(122)로 안내 및 피드백되는 와셔액은, 발진유로부(123)에서 흐르는 와셔액이 자기 진동하도록 해주는 제어 흐름(control flow)을 형성한다.

또한, 발진유로부(123)에서 자기 진동하는 와셔액은 협소부(126)를 통과한 뒤 확산분사구(127)를 통해 전방으로 확산되어 분사되며, 이에 와셔액이 넓은 영역에 걸쳐 분무될 수 있게 된다.

도 6과 도 7은 노즐칩에 형성된 유로에 대해 좀더 상세히 설명하기 위해 유로의 각 부분을 설명하기 위한 저면도이고, 도 8은 노즐칩 내 유로를 통한 와셔액의 유동 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

먼저, 도면부호 120은 노즐 하우징의 와셔액 공급통로를 통과한 뒤 들어오는 와셔액을 진동시키기 위해 하면에 특정 형상의 유로를 가진 노즐칩을 나타낸다.

또한, 'a'는 입구유로부(121)와 축소유로부(122) 사이의 연결부위가 되면서 유로 폭이 축소된 형상의 유로 부위인 입구부의 폭을 나타내며, 이하 소정의 폭으로 설정된 상기 입구부의 폭을 '입구폭'이라 정의한다.

또한, 'b'는 축소유로부(122)와 확장유로부인 발진유로부(123) 사이의 연결부위가 되면서 유로 폭이 축소된 유로 부위인 발진유로 입구부의 폭을 나타내며, 이하 소정의 폭으로 설정된 상기 발진유로 입구부의 폭을 '확장유로폭'이라 정의한다.

또한, 'c'는 발진유로부(123)의 출구부가 되는 협소부(126)의 폭을 나타내며, 이하 소정의 폭으로 설정된 협소부(126)의 폭을 '출구폭'이라 정의한다.

또한, 와셔액이 노즐칩(120) 내부에서 진동하면서 피드백공간부(124)로부터 축소유로부(122)로 다시 피드백되는 피드백유로부(125)는, 피드백공간부(124)로부터 후방으로 연장되도록 형성된 전후방향(X 방향) 통로(125a)와, 상기 전후방향 통로(125a)에서 축소유로부(122)에 좌우방향(Y 방향)으로 연장되도록 형성된 좌우방향 통로(125b)로 구성되며, 'd'는 좌우방향 통로(125b)의 폭을 나타내고, 'e'는 전후방향 통로(125a)의 폭을 나타낸다.

이하 노즐칩(120)에 와셔액 상류측 부분으로부터 하류측 부분으로 가면서 입구유로부(121), 축소유로부(122), 발진유로부(123), 확산분사구(127)의 순으로 배치되어 있다고 할 때, 입구유로부(121)가 위치한 방향을 후방, 확산분사구(127)가 위치한 방향을 전방으로 하여 노즐칩(120)에서의 전후방향을 구분하기로 한다.

또한, 소정의 폭으로 설정된 좌우방향 통로(125b)의 폭 'd'를 '제1피드백유로폭'이라 칭하기로 하고, 소정의 폭으로 설정된 전후방향 통로(125a)의 폭 'e'를 '제2피드백유로폭'이라 칭하기로 한다..

다음으로, 노즐칩(120)에서 피드백공간부(124)와 피드백유로부(125)는 입구유로부(121)와 축소유로부(122), 발진유로부(123), 및 확산분사구(127)의 중심선을 기준으로 좌우 대칭된 형상을 가진다.

이때, 'T'는 와셔액의 일부가 진동 중에 피드백될 수 있도록 만들어진 피드백공간부(124)의 중심점을 나타내고, 'R1'은 피드백공간부(124)에서 반원 형상을 가진 유로 측면이 이루고 있는 곡률반경을 나타낸다.

또한, 'R2'는 발진유로부(123)에서 피드백공간부(124)와 협소부(126) 사이의 유로 면이 이루는 곡률반경을 나타낸다.

또한, 발진유로부(123)는 축소유로부(122)와의 연결부위인 입구부로부터 전방으로 가면서 점차 폭이 확장된 형상을 가지는 확장유로구간부(123a)와, 확장유로구간부(123a)에서 피드백공간부(124) 입구측으로 가면서 일정 폭의 형상을 가지는 연결유로구간부(123b)로 구성되며, 'α'는 와셔액 진동을 위한 구조물의 배면각도, 즉 확장유로구간부(123a)의 유로 측면과 노즐칩(120)의 전후방향 기준선이 형성하는 배면각도를 나타낸다.

상기 연결유로구간부(123b)의 유로 폭이 대략 일정 폭을 가지므로 상기 'α'는 확장유로구간부(123a)의 유로 측면과 연결유로구간부(123b)의 유로 측면이 형성하는 각도가 될 수 있으며, 이하 상기 'α'의 각도를 '구조물배면각도'라 칭하기로 한다.

또한, 'γ'는 와셔액의 피드백을 원활하게 하기 위한 진동 구조물의 전단부 배면각도를 나타내는 것으로, 발진유로부(123)와 피드백공간부(124) 입구측 사이를 연결하는 후측 연결부위의 유로 측면과 노즐칩(120)의 전후방향 기준선이 형성하는 배면각도를 나타낸다.

상기 'γ'는, 예시된 바와 같이, 발진유로부(123)와 피드백공간부(124) 입구측 사이를 연결하는 후측 연결부위의 유로 측면과, 연결유로구간부(123b)의 유로 측면이 형성하는 각도가 될 수 있으며, 이러한 'γ'의 각도를 '구조물전단배면각도'라 칭하기로 한다.

그리고, 도 5에서 'β'는 노즐칩의 유로 입구측이면서 노즐칩(120)에서의 와셔액 상류측인 유로 후단부와, 노즐칩의 유로 출구측이면서 노즐칩에서의 와셔액 하류측인 유로 전단부까지 이어지는 노즐칩 유로의 바닥면 경사각을 나타내는 것으로, 이하 소정의 각도로 설정되는 유로 바닥면의 경사각을 '유로경사각'이라 칭하기로 한다.

도 5는 도 4의 노즐칩(120)에서 전후방향을 따라 취한 단면도로서, 입구유로부(121), 축소유로부(122), 발진유로부(123), 확산분사구(127)에 걸쳐 그 유로 바닥면을 전후방향을 따라 설정된 유로경사각 β를 가지도록 경사지게 형성한다.

이때, 노즐칩(120)에서 유로 출구측 및 와셔액 하류측으로 가면서 유로 바닥면이 아래로 기울어지도록, 즉 유로 바닥면의 깊이가 점차 깊어지도록 유로 바닥면의 경사각(유로경사각 β)을 설정하고, 이러한 유로 바닥면의 경사각은 피드백공간부(124)와 피드백유로부(125)에서도 동일하게 적용 가능하다.

도 5를 참조하면, 유로경사각 β는 동일 깊이로 하였을 때의 가상의 유로 바닥면을 기준으로 하여 기울어진 경사각이다.

한편, 고점도의 유체는 노즐칩(120)의 유로 출구부, 즉 협소부(126) 및 확산분사구(127)에서 압력과 속도가 줄어들어 도 8과 같은 사행(蛇行)식 분사를 하지 못하고 직선 분사를 하게 된다.

이에 고점도 유체(와셔액)의 유로 출구부에서의 압력을 높여주기 위해 유로 바닥면의 경사각인 유로경사각 β를 설정하는 것이며, 이때 유체의 압력을 높여주기 위해서는 전후방향인 X방향의 유체 속도 또한 중요한 요소가 된다.

유로경사각 β를 설정할 경우, 상기한 고점도 유체(와셔액)의 유로 출구부에서의 속도와 압력을 함께 높여줄 수 있으며, 유로경사각 β를 설정해주기 위해 유로 바닥면을 경사진 형상으로 형성한다.

이때, 도 5에 나타낸 바와 같이, 노즐칩(120)의 표면에서 유로 바닥면의 깊이를 유로 출구부 쪽으로 갈수록 깊어지도록 하여 상기와 같은 경사진 형상을 형성한다.

상기한 유로 출구부에서의 유체의 속도와 압력을 높여주기 위한 적정 유로경사각 β는 2도(°) < β < 3도(°)이며, 만약 2도보다 작거나 3도보다 클 경우 유체의 속도를 높이거나 압력을 높이는 효과가 미흡해지므로 바람직하지 않다.

한편, 입구폭 a 또한 와셔액의 속도를 결정해주는 주요 요소이다.

노즐칩(120)의 유로에서 축소유로부(122)를 지난 유체가 확장영역인 발진유로부(123)에 유입될 때의 압력 손실을 최소화하고 유로 출구부측에서 유체의 압력과 속도가 최대한 유지될 수 있도록 해주는 구조가 필요한데, 먼저 이를 위해 확장유로폭 b가 입구폭 a 보다 1.2 ~ 1.3배 크게 설정됨이 바람직하다.

또한, 고점도 유체가 확장유로폭 b를 지나 유로 출구부인 협소부(126)에서 압력을 적정 수준으로 유지하면서 원활하게 빠져나갈 수 있도록 출구폭 c는 입구폭과 같거나 다소 큰 1.0 ~ 1.1 배의 폭으로 설정됨이 바람직하다.

이를 요약하면, a < c(= 1.0a ~ 1.1a) < b(=1.2a ~ 1.3a)의 조건이 되며, 이러한 조건이 되도록 각 부위에서의 유로의 폭이 설정된다.

또한, 입구유로부(121)에서 층류로 진행하던 와셔액은 발진유로부(123)를 지나 난류에 의해 진동하게 된다.

또한, 진동하는 와셔액 중 일부가 발진유로부(123)에서 피드백공간부(124)로 흐른 뒤, 피드백공간부(124)에서 피드백유로부(125)를 따라 축소유로부(122)로 피드백되는 동안 와셔액의 진동은 더 가속화된다.

이때, 원활한 피드백은 축소유로부(122)에서 발진유로부(123)를 지나 협소부(126) 및 확산분사구(127)로 이동하는 와셔액을 크게 진동시켜 분사각(확산분사구를 통해 와셔액이 분사되는 각도)의 확대에 영향을 미친다.

상기와 같이 원활한 피드백을 위해서는 발진유로부(123)에 연결된 피드백공간부(124)가 형성되어 있어야 하고, 원활한 피드백을 위한 피드백공간부(124)의 곡률반경 R1은 입구폭의 1.3 ~ 1.5배가 되도록 설정함이 바람직하다.

또한, 피드백공간부(124)의 중심점 T는 발진유로부(123)에서의 확장구조물의 배면각도, 즉 구조물배면각도 α를 이루는 연장선과 구조물전단배면각도 γ를 이루는 연장선보다 바깥쪽에 위치하며, 이때 구조물전단배면각도 γ의 값은 구조물배면각도 α의 값보다 1.8 ~ 2.0배 크게 설정함이 바람직하다.

여기서, 구조물배면각도 α를 이루는 연장선은 확장유로구간부(123a)의 유로 면의 연장선을 의미하며, 구조물전단배면각도 γ를 이루는 연장선은 발진유로부(123)와 피드백공간부(124) 입구측 사이를 연결하는 후측 연결부위의 유로 측면의 연장선을 의미한다.

그리고, 노즐칩(120)의 피드백공간부(124)로부터 연결되는 피드백유로부(125) 중 좌우방향(Y 방향)으로 연장되어 축소유로부(122)에 연결되는 좌우방향 통로(125b)의 폭인 제1피드백유로폭 d를 입구폭 a와 동일한 폭으로 설정한다.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 와셔 노즐(100)에서 와셔액을 스프레이 형태로 변환하여 넓은 각도로 분사시켜주는 노즐칩(120)의 형상 및 노즐칩(120) 내 유로의 형상에 대해 상세히 설명하였다.

전술한 바와 같이, 유로경사각 β를 설정하되, 2도 < β < 3도의 조건이 되도록 설정함으로써 노즐칩(120) 유로 출구부(협소부 및 확산분사구 등)에서의 와셔액의 압력 증가 및 적정 속도를 유지할 수 있게 된다.

또한, 유로 폭을 설정함에 있어서 a < c(= 1.0a ~ 1.1a) < b(=1.2a ~ 1.3a)의 조건이 되도록 각 부위에서의 유로 폭을 설정하며, 이를 통해 발진유로부(123)에서의 와셔액 확산 유동시 압력 손실의 최소화를 도모할 수 있고, 노즐칩(120) 유로 출구부(협소부 및 확산분사구 등)에서의 와셔액 압력과 속도를 적정한 수준으로 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 피드백공간부(124)의 크기, 즉 피드백공간부(124)의 곡률반경(R1)과 중심점(T)의 위치 설정, 그리고 피드백유로부(125)의 유로 폭(제1피드백유로폭(d))을 상기와 같이 설정함으로써 노즐칩(120) 내 와셔액의 진동을 극대화할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에서는 상기와 같은 노즐칩을 적용함으로써 상온뿐만 아니라 저온에서도 노즐칩의 유로 입구부(입구유로부 및 축소유로부 등), 발진유로부, 유로 출구부(협소부 및 확산분사구 등)에서 와셔액의 진동을 크게 발생시킬 수 있다.

이에 저온에서의 와셔액 분사가 원활하게 이루어질 수 있으며, 와셔 노즐의 저온 분사 성능이 향상될 수 있게 된다.

도 9a 내지 도 9h는 종래기술에 따른 와셔 노즐과 본 발명의 실시예에 따른 와셔 노즐에 대하여 상온 및 저온에서의 와셔액 유동을 비교하여 보여주는 도면으로, 해석 프로그램을 통해 와셔액 분사시 와셔액의 압력과 속도 상태를 분석하여 비교한 도면이다.

도 9a 내지 도 9d는 유로경사각 β를 미반영하고 입구폭 a, 확장유로폭 b 및 출구폭 c를 동일하게 하였을 때(a = b = c) 와셔액의 압력과 속도 상태를 나타내고 있다.

또한, 도 9e 내지 도 9h는 본 발명의 실시예와 같이 유로경사각 β(=2.5°)을 반영하고 a < c(= 1.1a) < b(=1.3a)의 조건을 만족하도록 유로 폭을 설정하였을 때 와셔액의 압력과 속도 상태를 나타내고 있다.

도 9a와 9b, 도 9e와 도 9f는 도 8의 ①, ②에서의 압력 상태를 나타낸 것으로, 9a는 상온에서, 9b는 저온에서의 압력 상태를 나타낸 것이다.

또한, 도 9c와 도 9d, 도 9g와 도 9h는 도 8의 ①, ②에서의 속도 상태를 나타낸 것으로, 9c는 상온에서, 9d는 저온에서의 압력 상태를 나타낸 것이다.

도면을 참조하여 보면, 도 9e 내지 도 9h에서 알 수 있듯이 본 발명의 실시예에서 도 9a 내지 도 9d의 경우에 비해 노즐칩 내 각 부분(①, ② 위치)에서의 압력 변동과 속도 변동이 크게 발생하였으며, 이는 유체 진동이 크게 발생함으로써 상온 및 저온에서의 우수한 분사 성능을 확보할 수 있음을 보여준다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

100 : 와셔 노즐 110 : 노즐 하우징
111 : 칩 수용부 112 : 걸림부
113 : 와셔액 공급통로 114 : 니플
115 : 체크밸브 120 : 노즐칩
121 : 입구유로부 122 : 축소유로부
123 : 발진유로부 123a : 확장유로구간부
123b : 연결유로구간부 124 : 피드백공간부
125 : 피드백유로부 125a : 전후방향 통로
125b : 좌우방향 통로 126 : 협소부
127 : 확산분사구 a : 입구폭
b : 확장유로폭 c : 출구폭
d : 제1피드백유로폭 e : 제2피드백유로폭
T : 피드백공간부 중심점 R1 : 피드백공간부 곡률반경
R2 : 곡률반경 α : 구조물배면각도
β : 유로경사각 γ : 구조물전단배면각도

Claims (17)

1. 노즐 하우징의 칩 수용부에 설치되고 와셔 호스를 통해 노즐 하우징으로 공급된 와셔액을 통과시켜 분사하는 노즐칩을 포함하는 차량용 와셔 노즐에 있어서,
   상기 노즐칩에서 와셔액이 통과하는 유로의 바닥면은, 노즐칩에서의 와셔액 상류측 부분인 유로 입구측 부분으로부터 와셔액 하류측 부분인 유로 출구측 부분으로 가면서 유로 바닥면 깊이가 점차 깊어지는 경사진 형상을 가지며,
   상기 유로 바닥면의 경사각 β(동일 깊이로 하였을 때의 가상의 유로 바닥면을 기준으로 하여 기울어진 경사각임)가 2°< β < 3°로 설정된 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 노즐칩에서 와셔액이 통과하는 유로는,
   노즐 하우징으로 공급된 와셔액이 유입되는 입구유로부;
   입구유로부에 축소유로부를 통해 연결되고 넓은 면적으로 확장된 유로 형상을 가지는 발진유로부;
   발진유로부에 좌우 양측으로 연통되도록 형성된 피드백공간부;
   피드백공간부와 축소유로부 사이를 연결하도록 형성된 한 쌍의 피드백유로부; 및
   발진유로부에 연통되도록 형성되어 발진유로부를 통과한 와셔액이 최종 분사되는 확산분사구를 포함하고,
   상기 입구유로부와 축소유로부, 발진유로부에 걸쳐 상기 유로 입구측 부분으로부터 상기 유로 출구측 부분으로 가면서 유로 바닥면 깊이가 점차 깊어지는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐.
   
3. 삭제
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 입구유로부와 축소유로부 사이의 연결부위이면서 유로 폭이 축소된 형상을 가지는 입구부의 폭 a와,
   축소유로부와 발진유로부 사이의 연결부위이면서 유로 폭이 축소된 형상을 가지는 발진유로 입구부의 폭 b와,
   발진유로부와 확산분사구의 연결부위이면서 유로 폭이 축소된 형상을 가지는 협소부의 폭 c에 있어서,
   a < c < b가 되도록 폭이 설정된 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 발진유로 입구부의 폭 b가 상기 입구부의 폭 a의 1.2배 내지 1.3배의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐.
   
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 협소부의 폭 c가 상기 입구부의 폭 a의 1.0배 내지 1.1 배의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐.
   
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 발진유로 입구부의 폭 b가 상기 입구부의 폭 a의 1.2배 내지 1.3배의 크기를 가지며, 상기 협소부의 폭 c가 상기 입구부의 폭 a의 1.0배 내지 1.1 배의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐.
   
8. 청구항 2에 있어서,
   상기 피드백공간부는 확장된 유로 형상을 가지면서 유로 측면이 이루고 있는 곡률반경 R1은 상기 입구유로부와 축소유로부 사이의 연결부위이면서 유로 폭이 축소된 형상을 가지는 입구부의 폭 a의 1.3배 내지 1.5배의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 피드백공간부는 반원 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐.
   
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 발진유로부는 축소유로부와의 연결부위인 입구부로부터 전방으로 가면서 점차 폭이 확장된 형상을 가지는 확장유로구간부와, 확장유로구간부에서 피드백공간부 입구측으로 가면서 일정 폭의 형상을 가지는 연결유로구간부를 가지며,
    상기 피드백공간부의 중심점 T는, 확장유로구간부의 유로 측면과 노즐칩의 전후방향 기준선이 형성하는 각도 α의 바깥쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐.
    
11. 청구항 8에 있어서,
    상기 피드백공간부의 중심점 T는, 발진유로부와 피드백공간부 입구측 사이를 연결하는 후측 연결부위의 유로 측면과 노즐칩의 전후방향 기준선이 형성하는 각도 γ의 바깥쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐.
    
12. 청구항 2에 있어서,
    상기 발진유로부는 축소유로부와의 연결부위인 입구부로부터 전방으로 가면서 점차 폭이 확장된 형상을 가지는 확장유로구간부와, 확장유로구간부에서 피드백공간부 입구측으로 가면서 일정 폭의 형상을 가지는 연결유로구간부를 가지며,
    상기 발진유로부와 피드백공간부 입구측 사이를 연결하는 후측 연결부위의 유로 측면과 노즐칩의 전후방향 기준선이 형성하는 각도 γ는,
    상기 확장유로구간부의 유로 측면과 노즐칩의 전후방향 기준선이 형성하는 각도 α의 1.8배 내지 2.0배의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 발진유로부는 축소유로부와의 연결부위인 입구부로부터 전방으로 가면서 점차 폭이 확장된 형상을 가지는 확장유로구간부와, 확장유로구간부에서 피드백공간부 입구측으로 가면서 일정 폭의 형상을 가지는 연결유로구간부를 가지며,
    상기 피드백공간부의 중심점 T는, 확장유로구간부의 유로 측면과 노즐칩의 전후방향 기준선이 형성하는 각도 α의 바깥쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐.
    
14. 청구항 12에 있어서,
    상기 피드백공간부의 중심점 T는, 발진유로부와 피드백공간부 입구측 사이를 연결하는 후측 연결부위의 유로 측면과 노즐칩의 전후방향 기준선이 형성하는 각도 γ의 바깥쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐.
    
15. 청구항 2에 있어서,
    상기 발진유로부는 축소유로부와의 연결부위인 입구부로부터 전방으로 가면서 점차 폭이 확장된 형상을 가지는 확장유로구간부와, 확장유로구간부에서 피드백공간부 입구측으로 가면서 일정 폭의 형상을 가지는 연결유로구간부를 가지며,
    상기 피드백공간부의 중심점 T는, 확장유로구간부의 유로 측면과 노즐칩의 전후방향 기준선이 형성하는 각도 α의 바깥쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐.
    
16. 청구항 2에 있어서,
    상기 피드백공간부의 중심점 T는, 발진유로부와 피드백공간부 입구측 사이를 연결하는 후측 연결부위의 유로 측면과 노즐칩의 전후방향 기준선이 형성하는 각도 γ의 바깥쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐.
    
17. 청구항 2에 있어서,
    상기 피드백유로부는 피드백공간부로부터 후방으로 연장되도록 형성된 전후방향 통로와, 상기 전후방향 통로에서 축소유로부에 좌우방향으로 연장되도록 형성된 좌우방향 통로를 가지며,
    상기 좌우방향 통로의 폭 d는, 상기 입구유로부와 축소유로부 사이의 연결부위이면서 유로 폭이 축소된 형상을 가지는 입구부의 폭 a와 동일한 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 와셔 노즐.

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