喷嘴装置和风挡清洗系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种喷嘴装置和包括该喷嘴装置的风挡清洗系统，以便实现根据飞行器飞行状态和速度，来调节与清洗液喷洒距离和速度相关的清洗模式。

本发明还涉及一种风挡清洗系统的控制方法。

背景技术

目前民用飞行器上使用的风挡清洗系统的结构原理图在图1中示出。如图1所示，该系统一般包括控制面板、雨刷和清洗系统控制器、清洗液泵、清洗液罐、马达和雨刷等。在需要飞行器风挡清洗系统工作时，飞行员可以首先按压控制面板的按钮以顺序启动清洗液泵和雨刷致动器，清洗液泵将清洗液泵送到风挡清洁系统的喷嘴，将清洗液经喷嘴喷洒到风挡表面上，然后雨刷相应地在风挡表面上刮刷移动以清洗风挡表面，从而使得风挡表面上的飞行员可视范围始终保持清晰。然而，目前的民用飞行器的清洗系统还无法根据飞行器的飞行高度和速度等飞行状况来改变喷嘴出口处的清洗液速度和喷洒范围。如果飞行器在滑行、起飞、降落或着陆阶段的飞行速度较大，则通过喷嘴喷出的清洗液容易受到气流影响而使喷洒出的清洗液无法覆盖雨刷的刮刷范围，从而致使雨刷刃在风挡表面上干刷，进而影响风挡表面的清洁效果。这一方面可能影响飞行员操纵飞行器期间的安全性，并且另一方面可能对风挡表面产生损伤或者缩短雨刷刃使用寿命，进而增加了飞行器的维护保养成本。

因此，迫切需要一种能够克服现有技术中存在的缺点的喷嘴装置和风挡清洗系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种可伸缩的喷嘴装置，本发明的另一目的是提出一种包括该喷嘴装置的风挡清洗系统及其控制方法。

根据本发明的一个方面，提出了一种喷嘴装置，该喷嘴装置包括：缸体，缸体具有闭合的第一端、第二端和开通到缸体的内部腔体的侧开口，并且具有固定到缸体的第一止挡部和第二止挡部，其中，第一止挡部靠近第一端并部分地阻挡侧开口，并且第二止挡部靠近第二端固定在侧开口和第二端之间；活塞，活塞能够在靠近第一止挡部的缩回状态和靠近第二止挡部的伸出状态之间沿着缸体的轴向方向往复移动，其中，活塞在缩回状态中部分地闭合侧开口；活塞杆，活塞杆穿过第二止挡部，并且活塞杆和活塞的中间具有沿着轴向方向的贯通开口；以及喷嘴，喷嘴附连到活塞杆的远离活塞的一端，并与贯通开口流体连通，其中，活塞杆的长度设置成使得喷嘴在活塞的缩回状态中能够从缸体的第二端伸出。

这样，通过使活塞可以轴向移动，进而调节侧开口的大小，使得可以调节进入缸体的清洗液的流量和喷嘴伸出的长度，从而能够根据需要，调节清洗液的喷出范围和喷射速度或喷射流量。使得能够根据飞行器飞行状态和/或飞行速度来调节清洗液喷洒距离和流量，从而消除了在喷洒的清洗液无法覆盖待刮刷的风挡表面时，雨刷刃在风挡表面上干刷的情况。

根据本发明的较佳实施例，喷嘴装置还可以包括泵罐组件，该泵罐组件包括用于容纳清洗液的清洗液罐和用于泵送清洗液的清洗液泵，并且清洗液泵将清洗液经由所述缸体的侧开口泵送到内部腔体中，从而能够借助泵罐组件来控制活塞朝向伸出状态移动。

根据本发明的较佳实施例，喷嘴装置还可以包括复位元件，该复位元件可以设置在活塞与第二止挡部之间，并且在伸出状态中朝向活塞施加轴向力。这样，能够在喷嘴装置不工作时，借助诸如弹簧之类的复位元件的回复力恢复到初始状态，即，活塞的缩回状态。

根据本发明的另一较佳实施例，侧开口可以形成为阶梯状的开口，其中，大直径部分的开口靠近内部腔体设置，并且其中，在活塞的缩回状态中，大直径部分的开口的上边缘不超出活塞的远离缸体的第一端的端面。通过阶梯状的开口设置，使得能够在增大清洗液进入内部腔体的流量的同时，而不会使清洁液泄露。

根据本发明的该方面，较佳地，可以将第一止挡部和/或第二止挡部形成为卡合到缸体的内表面的环形圈的形式。通过将环形圈卡合到缸体的内部，使得止挡结构简单可靠，并且易于加工和安装。

根据本发明的上述方面，较佳地，喷嘴装置还可以包括第一内筒体和第二内筒体，第一内筒体抵靠第一止挡部固定在内部腔体中，第二内筒体抵靠第二止挡部固定在内部腔体中，从而使得止挡结构更可靠并已于加工和安装。

根据本发明的又一较佳实施例，第二止挡部可以具有中心开口，中心开口的内直径等于活塞杆的外直径。这样，通过中心开口和活塞杆的形状配合，能够有助于避免清洁液溢出，并防止外界灰尘进入缸体的内部腔体中。

根据本发明的另一个方面，还提出了一种风挡清洗系统，该风挡清洗系统包括：如以上方面中所述的喷嘴装置；雨刷，雨刷能绕枢转点运动，并且雨刷的清洁部件贴合风挡；马达，马达联接到雨刷并驱动雨刷围绕枢转点往复运动；控制器，控制器控制雨刷、马达和喷嘴装置的操作；控制面板，控制面板向控制器发送操作指令；以及传感器，传感器感测大气数据并将感测到的大气数据发送到控制器。

该风挡清洗系统能够基于大气数据调整喷嘴装置的输出功率，使该清洗系统适用各种飞行状况。

较佳地，喷嘴装置、雨刷、马达、控制器、控制面板和传感器分别成对设置，并且在成对控制器之间设置联动模块，使得风挡清洗系统的成对雨刷和喷嘴装置协同工作。使得飞行器的左右风挡都设置有该风挡清洗系统，从而更好地实现可根据飞行状况调节的清洁功能。

根据本发明的又一较佳实施例，为了更好地调节进入到缸体的内部腔体中的清洁液的流量，清洗液泵可以包括可变流量泵或可变转速泵。同样地，可以在清洗液泵和侧开口之间设置电磁阀，电磁阀连接到控制器，控制器基于感测到的大气数据控制电磁阀的打开程度，以便通过电磁阀来调节喷嘴装置的输出功率，进而更方便准确地调节清洁液的喷射范围或喷射量。

根据本发明的另一个方面，还提出了一种控制以上方面所述的风挡清洗系统的控制方法，其中，该风挡清洗系统能基于所感测的大气数据和/或来自飞行器的航电系统的飞行状态数据来调整喷嘴装置的输出功率或喷射范围。

由此，通过本发明的可伸缩的喷嘴装置能够根据飞行器的飞行状态和速度调节清洗液喷洒距离和速度，消除了雨刷的刮刷范围无法被清洗液的喷洒范围覆盖时，雨刷刃在风挡表面上干刷的情况，满足了使用要求，实现了预定的目的。

另外，由于该风挡清洗系统的控制器能够接收来自航电网络的飞行器飞行状态数据，使得可以根据飞行数据判断目前飞行器的飞行速度和高度，并且系统控制器能够发送信号给风挡清洗系统，从而控制喷嘴组件的输出功率及伸出范围，以便根据不同的飞行状态控制清洗液的输出速度/流量以及清洗液的喷洒范围。

并且，由于根据本发明的喷嘴装置的侧开口(清洁液输入口)可随活塞的上移(即，从喷嘴的缩回状态朝向伸出状态移动)的同时增大清洗液流入面积，所以当液体输入速度加快时，活塞的上、下压差不平衡推动活塞上移从而使清洗液喷嘴进入伸出状态，此时，增大了通过喷嘴喷射的清洗液所覆盖的待刮刷的飞行器风挡的喷洒面积，消除了现有技术中存在的清洗液喷洒速度和面积受气流影响的问题，避免了雨刷在风挡表面上干刷而导致的风挡视野模糊以及相应的雨刷损坏等问题，确保了飞行器的飞行安全，并降低了飞行器的维护和保养成本。

附图说明

为了进一步清楚地描述根据本发明的喷嘴装置和包括该喷嘴装置的风挡清洗系统，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，在附图中：

图1是示出了现有技术的包括喷嘴装置的风挡清洗系统的说明性示意图；

图2是根据本发明的非限制性实施例的喷嘴装置的说明性示意图，其中喷嘴处于缩回状态；

图3是根据本发明的非限制性实施例的喷嘴装置的说明性示意图，其中喷嘴处于伸出状态；以及

图4是示出了根据本发明的非限制性实施例的风挡清洗系统的说明性示意图，该风挡清洗系统包括根据本发明的喷嘴装置。

具体实施方式

应当理解，除非明确地指出相反，否则本发明可以采用各种替代的取向和步骤顺序。还应当理解，附图中所示及说明书中所述的具体装置仅是本文公开和限定的发明构思的示例性实施例。因而，除非另有明确的声明，否则所公开的各种实施例涉及的具体流动路径、方向或其它物理特征不应被视为限制。

下面结合附图来具体说明本发明的喷嘴装置10和包括该喷嘴装置的风挡清洗系统100。

图2和3分别示出了根据本发明的非限制性实施例的喷嘴装置10的说明性示意图，其中图2中的喷嘴4处于缩回状态，而图3中的喷嘴4处于伸出状态。

如图所示，该喷嘴装置10在结构上基本上可以包括：缸体1、活塞2、活塞杆3、喷嘴4和泵罐组件5。

如本领域已知的，缸体1具有闭合的第一端101、第二端102和开通到缸体的内部腔体的侧开口103，活塞2可以配合在缸体的内部腔体中以沿着缸体1的轴向方向(即，从第一端101到第二端102的延伸方向)往复移动。

该喷嘴装置10还可以包括固定到缸体1的内部腔体的第一止挡部6和第二止挡部7，其中，第一止挡部6靠近第一端101并部分地阻挡侧开口103，并且第二止挡部7靠近第二端102固定在侧开口103和第二端102之间，从而在两个止挡部6、7之间限定了活塞2能往复运动的活动空间。

如图所示，第一止挡部6和第二止挡部7可以形成为卡合到缸体1的内表面的环形圈的形式，此时，缸体1的内表面可以相应地形成有相应的凹槽(未示出)。在这种情况下，喷嘴装置10还可以包括第一内筒体601和第二内筒体701，第一内筒体601抵靠第一止挡部6固定在内部腔体中，第二内筒体701抵靠第二止挡部7固定在内部腔体中，从而更有效且可靠地地限定活塞2的运动范围。如本领域已知的，第一止挡部6和第二止挡部7以及第一内筒体601和第二内筒体701可以与缸体1分开制作，然后组装在一起，例如通过粘接或焊接等，并且可以采用相同或者不同的材料，例如各种聚合物材料、各种金属及其合金等。或者可以将它们整体形成，例如通过模制或者机械加工等本领域已知的各种方法。

当然，替代地，也可以将第一止挡部6和第二止挡部7成形为凸台、凸肩部或者止挡销的形式，只要它们能够可靠地限制活塞2在缸体1的内部腔体的运动范围即可。

如图2和3所示，第二止挡部7可以具有设置在中间的中心开口，中心开口的内直径可以等于活塞杆3的外直径。

当活塞2在两个止挡部6、7之间往复运动时，本发明规定，活塞2靠近第一止挡部6的状态为缩回状态，而活塞2靠近第二止挡部7的状态为伸出状态，其中，活塞2在缩回状态中部分地闭合侧开口103。根据本发明的较佳实施例，侧开口103可以形成为阶梯状的开口，其中，大直径部分的开口(即该阶梯状的开口的直径较大的部分)靠近内部腔体设置，并且其中，在活塞2的缩回状态中，大直径部分的开口的上边缘不超出活塞2的远离缸体1的第一端101的端面。

应当理解，根据本发明，在通常情况下，缩回状态是喷嘴装置10的初始状态，此时，如上所述，活塞2部分地闭合侧开口103。

此处所谓的“部分闭合”是指活塞2的与缸体1接触的侧部部分地而非完全地阻挡侧开口103。从结构上而言，第一止挡部6在缸体1中的固定位置是缸体的侧开口103所在的位置。

活塞杆3的一端附连到活塞2，而其另一端穿过第二止挡部7，并且活塞杆3和活塞2的中间具有沿着轴向方向的贯通开口9；

如本文所用，“轴向方向”是活塞2在缸体1内运动的方向，或者是活塞杆3的延伸方向。

喷嘴4附连到活塞杆3的远离活塞2的一端，并与贯通开口9流体连通。以便使得清洁液501能够通过该贯通开口9到达喷嘴4，并通过喷嘴4喷射到风挡表面。

泵罐组件5包括用于容纳清洗液501的清洗液罐和用于泵送清洗液501的清洗液泵，并且清洗液泵将清洗液经由缸体1的侧开口103泵送到内部腔体中。本文所用的清洗液罐和清洗液泵可以是本领域中已知的任何类型的罐和泵，并且它们以本领域已知的连接方式附连在一起，以便将存储在清洗液罐中的清洗液泵送到缸体1的内部腔体中。然而较佳地，为了本发明的目的，该清洗液泵可以是可变流量泵或者是可变速度泵，以便根据需要更加方便有效地调节泵送的清洗液的流量。

活塞杆3的长度设置成使得喷嘴4在活塞2的缩回状态中能够从缸体1的第二端102伸出。这样，即使喷嘴4在活塞2的初始缩回状态中，也确保喷嘴能够正常工作，那么显然，喷嘴4在伸出状态中也会从缸体1的第二端102伸出并且增大喷射范围。

通过以上所述的结构可知，当清洗液501经由泵罐组件5泵送到缸体1的内部腔体中时，由于活塞2的上下端部的压差不同，清洗液501将推动活塞2、活塞杆3以及附连到活塞杆3的喷嘴4从缩回状态朝向伸出状态移动，喷嘴液体入口(即，侧开口103)可随活塞2的移动而增大清洗液流入截面，从而达到增加流量和增大喷嘴出口流速的目的。同时喷嘴4受到液体压力伸出的长度加长，从而增大了清洗液的喷射范围。

根据本发明的较佳实施例，该喷嘴装置10还可以包括诸如弹簧之类的复位元件8，将复位元件8设置在活塞2与第二止挡部7之间，并且在伸出状态中朝向活塞2施加轴向恢复力。该复位元件8用作在不需要增大喷嘴4的喷出范围的情况下，通过诸如弹簧力之类的恢复力的作用，使活塞2返回到缩回状态。虽然本发明的示例中将复位元件8示出为拉伸/压缩弹簧的形式，但是复位元件8可以是扭簧或本领域已知的任何复位元件，只要使得该复位元件能够将活塞2推回到缩回状态即可。

图4是示出了根据本发明的非限制性实施例的风挡清洗系统100的说明性示意图，该风挡清洗系统100可以包括根据本发明的喷嘴装置10。

如图4中示意性示出的，该风挡清洗系统100还可以包括：雨刷20、马达30、控制器40、控制面板50和传感器60。

如本领域已知的，雨刷20能绕枢转点往复运动，并且雨刷20的清洁部件(例如雨刷刃)可以贴合到风挡(例如挡风玻璃等)的外表面以便往复刮擦该外表面。马达30可以联接到雨刷20并驱动雨刷围绕枢转点往复运动(或摆动)。控制器40可以控制雨刷20、马达30和喷嘴装置10的操作。控制面板50可以接收来自飞行员的动作指令，并向控制器40发送操作命令；并且传感器60可以感测大气数据并将感测到的大气数据发送到控制器40。这样，通过传感器60感测到的大气数据来调整喷嘴装置输出功率，使得该清洗系统能够适用于各种飞行状况。

如图4所示，通常情况下喷嘴装置10、雨刷20、马达30、控制器40、控制面板50和传感器60分别设置为2个(成对设置)，并且可以在成对控制器40之间设置联动模块，使得风挡清洗系统的成对雨刷20和喷嘴装置10以最佳的操作模式协同工作。

但是本发明并不限于此，可以将风挡清洗系统100的喷嘴装置10、雨刷20、马达30、控制器40、控制面板50和传感器60数量安装实际需要进行设置，以对应于飞行器的前风挡的数量，例如可以分别设置为1个、3个或者5个的非成对数量等。

根据本发明的较佳地，清洗液泵还可以包括可变流量阀，或者可以在清洗液泵和侧开口103之间设置电磁阀，电磁阀连接到控制器40，控制器40可以基于感测到的大气数据(与飞行器的飞行高度和飞行速度相关联)来控制电磁阀的打开程度，从而进一步更精确和方便地控制喷嘴4的喷射范围及所喷射出的清洁液的流量。

根据本发明的风挡清洗系统100能基于所感测的大气数据和/或来自飞行器的航电系统的飞行状态数据来调整喷嘴装置10的输出功率或喷射范围。使得该系统能够根据飞行器飞行状态和速度来调节清洗液喷洒的距离、喷射速度和/或喷射流量，解决了雨刷无法被喷洒的清洗液覆盖时，雨刷刃在风挡表面上干刷的情况。

综上所述，根据本发明的实施例的喷嘴装置10和包括该喷嘴装置10的风挡清洗系统100克服了现有技术中的缺点，实现了预期的发明目的。

虽然以上结合了较佳实施例对本发明的喷嘴装置和包括该喷嘴装置的风挡清洗系统进行了说明，但是本技术领域的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本发明的限制。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本发明进行各种修改和变型，这些修改和变型都将落在本发明的权利要求书所要求的范围之内。