FR2915251A1 - Oscillateur fluidique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un oscillateur fluidique comportant une partie d'alimentation (2) en fluide, notamment un fluide du type lave glace, et une partie d'éjection (3) du fluide comportant des moyens de circulation du fluide selon deux conduits latéraux (24, 25) débouchant dans une chambre commune d'éjection (23), de manière à éjecter le fluide de manière oscillante selon un fréquence déterminée, caractérisé en ce que l'oscillateur comporte une partie médiane (4), disposée entre la partie d'alimentation (2) et la partie d'éjection (3), et comprenant deux canaux latéraux (5, 6) d'amenée du fluide convergeant dans une chambre d'interaction (7) du fluide, chaque canal (5, 6) étant au moins délimité par une paroi externe (8, 9) et une paroi interne (10, 11), ces dernières étant agencées de sorte que, dans le sens de l'écoulement du fluide, la paroi externe (8, 9) présente d'abord un premier décrochement (12, 13) orienté vers l'extérieur, puis la paroi interne (10, 11) présente un second décrochement (14, 15) orienté vers l'intérieur, le premier (12, 13) et le second (14, 15) décrochements étant chacun réalisés en forme de marche d'escalier.

Description

L'invention concerne un oscillateur fluidique utilisé notamment pour

pulvériser un fluide de type lave-glace. Les oscillateurs fluidiques sont notamment utilisés dans le domaine automobile et servent à projeter un jet oscillant de liquide sur un pare-brise ou sur un phare, de manière à pouvoir réaliser leur nettoyage. Le jet ainsi projeté balaye une zone angulaire prédéfinie, pendant une période relativement courte fonction de la fréquence de l'oscillation. Des oscillateurs fluidiques connus sont décrits dans les documents US 7 134 609, WO 2006/110154, US 5 971 301 et WO 2004/000616.

Ces oscillateurs fluidiques comportent une partie d'alimentation en fluide, notamment un fluide du type lave glace, et une partie d'éjection du fluide comportant des moyens de circulation du fluide selon deux conduits latéraux débouchant dans une chambre commune d'éjection, de manière à éjecter le fluide de manière oscillante selon un fréquence déterminée.

Ce type d'oscillateur nécessite un débit de fluide élevé et, par conséquent, la consommation de ce type d'oscillateur est importante. En outre, le jet formé par ce type d'oscillateur de fluide forme une nappe dont l'épaisseur est très importante. Enfin, l'énergie formée par les gouttes, dépendante de la vitesse 20 d'éjection et de la masse des gouttes, n'est pas suffisante pour permettre un nettoyage efficace du pare brise ou du phare correspondant. L'invention vise à proposer une solution alternative à l'état de la technique existant, permettant de réduire la consommation en fluide tout en offrant une énergie de projection des gouttelettes suffisante, les gouttelettes 25 projetées formant une nappe de faible épaisseur. A cet effet, l'invention concerne un oscillateur fluidique du type précité, caractérisé en ce que l'oscillateur comporte une partie médiane, disposée entre la partie d'alimentation et la partie d'éjection, et comprenant deux canaux latéraux d'amenée du fluide convergeant dans une chambre 30 d'interaction du fluide, chaque canal étant au moins délimité par une paroi externe et une paroi interne, ces dernières étant agencées de sorte que, dans le sens de l'écoulement du fluide, la paroi externe présente d'abord un premier décrochement orienté vers l'extérieur, puis la paroi interne présente un second décrochement orienté vers l'intérieur, le premier et le' second décrochements 35 étant chacun réalisés en forme de marche d'escalier. Le fonctionnement de cet oscillateur est décrit ci-après.

L'arrivée de fluide est réalisée au niveau de la partie d'alimentation, le fluide étant dirigé vers les canaux latéraux. Le fluide s'écoule dans chaque canal et atteint le premier décrochement. L'écoulement du fluide forme alors un premier vortex au niveau de la paroi externe, en aval du premier décrochement dans le sens de circulation du fluide. II se produit en outre un phénomène dit de lâcher de vortex par lequel une faible partie de vortex est périodiquement entraînée avec le fluide alors que l'autre partie du vortex reste disposée à proximité du premier décrochement, en aval de celui-ci et contre la paroi externe. La période entre deux lâchers de vortex est dépendante des dimensions du premier décrochement. On pourra effectuer une comparaison avec la période ou la fréquence propre d'un oscillateur mécanique ou électronique, dont les valeurs sont imposées par la structure ou les caractéristiques techniques intrinsèques de l'oscillateur. Lorsque le fluide atteint le second décrochement, un second vortex apparaît, celui-ci étant également soumis au phénomène de lâcher de vortex. Ainsi, dans chaque canal, un premier vortex se forme au niveau de la paroi externe du canal considéré, en aval du premier décrochement, un second vortex se formant au niveau de la paroi interne du canal considéré, en aval du second décrochement.

Les canaux latéraux débouchant dans la chambre d'interaction de fluide, les vortex ainsi que les différents lâchers successifs formés dans chacun des canaux latéraux, interagissent les uns par rapport aux autres de manière à dévier le fluide alternativement vers la droite ou vers la gauche, dans le sens de l'écoulement, à une fréquence correspondant à la fréquence propre, à savoir la fréquence des lâchers de vortex. Le fluide est ainsi dirigé alternativement dans le conduit latéral droit et dans le conduit latéral gauche, de sorte que, après le passage dans la chambre d'éjection, un jet oscillant de fluide est ejecté de la partie d'éjection, en balayant une plage angulaire définie à une fréquence correspondant à la fréquence propre. Avantageusement, chaque décrochement forme sensiblement un angle droit. La forme en angle droit permet notamment de pouvoir définir simplement, par le calcul, la fréquence propre de l'oscillateur. Cette forme favorise en outre la formation d'un vortex stable, avec des lâchers de vortex de fréquence et d'amplitude prévisibles.

Préférentiellement, le second décrochement est disposé en aval du premier décrochement, à une distance comprise entre une et deux fois la largeur du premier décrochement, préférentiellement de l'ordre de 1,5 fois cette largeur.

La dimension du vortex formé par le premier décrochement est de l'ordre de 1 à 1,5 fois la largeur du premier décrochement, la taille du vortex variant dans le temps en fonction des lâchers successifs de vortex. De cette manière, dans chaque canal, le premier vortex n'est pas disposé directement en regard du second vortex. Le décalage permet alors de pouvoir dévier le flux de fluide. En effet, les efforts exercés par les vortex, et en particulier par les lâchers de vortex correspondants, exercent sur le flux des efforts de directions opposées, écartés l'un de l'autre, de manière à former des couple de force capables de dévier le flux de fluide. Selon une caractéristique de l'invention, la partie médiane comporte un bloc central comprenant deux pans inclinés convergeant vers l'aval et constituant les parois internes des canaux latéraux, les pans se terminant sensiblement en angle droit au niveau de leur extrémité aval, de manière à constituer les deux seconds décrochements. Selon une possibilité de l'invention, les extrémités amont et aval 20 des pans sont respectivement reliées par une première et une seconde parois de forme concave. Avantageusement, la partie d'alimentation comporte une première cloison en forme générale d'arc de cercle dont les extrémités libres sont tournées vers l'amont, la première cloison délimitant, avec le bloc central, un 25 canal d'équilibrage des pressions reliant les canaux latéraux. Le canal d'équilibrage des pressions ainsi formé permet d'assurer un équilibrage des flux de fluide entre les deux canaux latéraux. Cet équilibrage permet d'éviter qu'un de ces deux flux soit prédominant par rapport à l'autre et, par conséquent, d'assurer une homogénéité du jet éjecté. 30 Selon une caractéristique de l'invention, la première cloison délimite, avec la première paroi de forme concave, le canal d'équilibrage des pressions. Préférentiellement, la partie d'éjection comporte une seconde cloison en forme générale d'arc de cercle dont les extrémités libres sont 35 tournées vers l'aval.

Selon une forme de réalisation de l'invention, la seconde cloison en forme générale d'arc de cercle est écartée de la seconde paroi de forme concave, d'une distance supérieure ou égale à deux fois la largeur du premier décrochement.

Selon une caractéristique de l'invention, les conduits latéraux débouchant dans la chambre d'éjection présentent une forme générale en col de cygne, la section de chaque conduit étant réduite au niveau de son embouchure avec la chambre d'éjection. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme de réalisation de cet oscillateur fluidique. Figures 1 et 2 sont des vues de dessus de l'oscillateur, représentant respectivement un premier et un second état de l'oscillateur fluidique ; Les figures 1 et 2 décrivent un oscillateur fluidique comportant un corps 1 en matière synthétique, de forme générale externe parallélépipédique et réalisé de moulage en une seule pièce. L'oscillateur fluidique comporte une partie d'alimentation 2 en fluide, notamment un fluide du type lave glace et une partie d'éjection 3 du fluide comportant des moyens de circulation du fluide selon deux conduits latéraux 24, 25 débouchant dans une chambre commune d'éjection 23, de manière à éjecter le fluide de manière oscillante selon une fréquence déterminée. L'oscillateur comportant en outre une partie médiane 4, disposée 25 entre la partie d'alimentation 2 et la partie d'éjection 3. On décrira tout d'abord plus précisément la partie médiane 4, puis on s'attachera à la structure de la partie d'alimentation 2 et de la partie d'éjection 3. La partie médiane 4 comprend deux canaux latéraux 5, 6 d'amenée 30 du fluide issu de la partie d'alimentation 2, convergeant dans une chambre d'interaction 7 du fluide, chaque canal 5, 6 étant au moins délimité par une paroi externe 8, 9 et une paroi interne 10, 11. Ces parois sont agencées de sorte que, dans le sens de l'écoulement du fluide et pour chaque canal, la paroi externe 8, 9 présente 35 d'abord un premier décrochement 12, 13 orienté vers l'extérieur, puis la paroi interne 10, 11 présente un second décrochement 14, 15 orienté vers l'intérieur, le premier et le second décrochements étant chacun réalisés en forme de marche d'escalier présentant sensiblement la forme d'un angle droit. Bien évidemment, les décrochements 12 à 15 comportent un léger rayon de courbure nécessaire pour la réalisation du moulage de l'oscillateur.

La largeur du premier décrochement 12, 13 est désignée par la référence h. Le second décrochement 14, 15 est disposé en aval du premier décrochement 12, 13, à une distance d comprise entre une et deux fois la largeur h du premier décrochement, préférentiellement de l'ordre de 1,5 fois cette largeur h.

La partie médiane 4 comporte en outre un bloc central 16 comprenant deux pans inclinés convergeant vers l'aval et constituant les parois internes 10, 11 des canaux latéraux 5, 6, les pans se terminant sensiblement en angle droit au niveau de leur extrémité aval, de manière à constituer les deux seconds décrochements 14, 15.

Les extrémités amont et aval des pans sont respectivement reliées par une première et une seconde parois 16, 17 de forme concave. La partie d'alimentation 2 comporte une chambre d'alimentation 18 dans laquelle débouche un orifice 19 par lequel est amené le fluide. La partie d'alimentation 2 comporte en outre une première cloison 20 en forme générale d'arc de cercle dont les extrémités libres sont tournées vers l'amont, la première cloison 20 délimitant, avec la paroi concave 17 du bloc central 16, un canal d'équilibrage 21 des pressions reliant les canaux latéraux. La partie d'éjection 3 comporte une seconde cloison 22 en forme générale d'arc de cercle dont les extrémités libres sont tournées vers l'aval. La chambre d'interaction 7 est ainsi comprise entre le bloc central 16 et la seconde cloison 22, cette dernière délimitant en partie la chambre d'éjection 23. La dimension de la chambre d'interaction 18 selon l'axe A est au moins supérieure à deux fois la largeur h des premiers décrochements 12, 13.

Le bloc central 16 ainsi que les première et seconde cloisons 20, 22 viennent de moulage en une seule pièce avec le corps 1. Les conduits latéraux 24, 25 débouchant dans la chambre d'éjection 23 présentent une forme générale en col de cygne, la section de chaque conduit étant réduite au niveau de son embouchure avec la chambre d'éjection 23.

La chambre d'éjection 23 comporte un orifice d'éjection 26 de section réduite, disposé selon l'axe longitudinal médian A de l'oscillateur, la partie d'éjection 3 comportant en outre, en aval de l'orifice d'éjection 26, une tête d'éjection 27 de forme générale conique s'évasant vers l'aval.

Le fonctionnement de l'oscillateur fluidique selon l'invention va maintenant être décrit plus en détail. Le fluide est amené sous pression dans la chambre d'alimentation 18, par l'intermédiaire de l'orifice 19. Le fluide est alors dirigé dans chacun des deux canaux latéraux 5, 6, la pression p et le débit Q du fluide circulant dans chacun des deux canaux étant identiques, du fait de la présence du canal d'équilibrage 21 des pressions. D'une manière générale, le fluide ne circule pas à l'intérieur de ce canal d'équilibrage 21. Le fluide s'écoulant dans chaque canal 5, 6, atteint le premier décrochement correspondant 12, 13, et forme un premier vortex 28 au niveau de la paroi externe 8, 9. Comme vu précédemment, le premier vortex 28 est soumis au phénomène périodique de lâcher de vortex 29. Le fluide atteint ensuite, dans chaque canal latéral 5, 6, le second décrochement correspondant 14, 15 et forme un second vortex 30. Ainsi, deux vortex 28 se forment au niveau des deux parois externes 8, 9 des deux canaux latéraux 5, 6, en aval des premiers décrochements 12, 13, deux autres vortex 30 se formant à proximité des parois intérieures 10, 11 des deux canaux latéraux 5, 6, en aval des seconds décrochements 14, 15. Malgré les phénomènes dits de lâchers de vortex, la position des vortex 28 et 30 ne change pas ou peu au cours du temps. Leur taille est, au contraire, variable en fonction des lâchers de vortex 29 se produisant de manière périodique, comme cela est exposé ci-après. Les canaux latéraux 5, 6 débouchant dans la chambre d'interaction de fluide 7, les vortex 28, 30 ainsi que les différents lâchers 29 successifs formés dans chacun des canaux latéraux 5, 6, interagissent les uns par rapport aux autres de manière à dévier le fluide alternativement vers la droite ou vers la gauche, dans le sens de l'écoulement, à une fréquence correspondant à la fréquence des lâchers de vortex 29. En effet, du fait de l'interaction entre les vortex, les lâchers de 35 vortex 29 sont réalisés alternativement au niveau de chaque premier décrochement 12, 13.

En outre, les vortex 30 fonctionnent suivant le principe général des vases communicants. Ainsi, comme représenté en figure 1, lorsqu'un lâcher de vortex 29 se produit en aval du premier décrochement 12, le vortex 30 situé en aval du second décrochement 14 est de faible dimension. Le vortex 30 situé en aval du second décrochement 15 est alors, au contraire, de dimension importante. Le cas inverse est représenté en figure 2. Dans l'état représenté en figure 1, un lâcher de vortex 29 se produit au niveau du premier décrochement 12, de sorte que les flux de fluide issus des canaux 5 et 6 sont dirigés majoritairement dans le conduit 25 situé à droite dans le sens de l'écoulement du fluide, le débit circulant à l'intérieur du conduit droit étant alors plus important que celui circulant dans le conduit gauche 24. En effet, le lâcher de vortex 29 a tendance à dévier le flux issu du canal latéral 5 en direction du côté opposé, à savoir en direction du côté droit dans le sens de l'écoulement. Une telle déviation est en outre favorisée par le fait que le vortex 30 situé en aval du second décrochement 14 est de dimension faible à cet instant. Enfin, le vortex 30 situé en aval du second décrochement 15 oblige le flux issus du canal latéral 5 à se diriger vers l'entrée du conduit droit 25. Concernant le flux de fluide issu du canal 6, celui-ci est ceinturé de part et d'autre, à la fois par le vortex 28 situé en aval du premier décrochement 13 et par le vortex 30 situé au niveau du second décrochement 15. Le flux de fluide issu du canal 6 est ainsi également dirigé vers le conduit droit 25. Le fluide débouche alors dans la chambre d'éjection 23 qui, du fait de sa forme hémicirculaire, est dirigée vers l'orifice d'éjection 26 et est ejecté sous la forme d'un jet orienté vers la droite dans le sens de circulation du fluide. Le mouvement de l'air est représenté par la référence 31. Dans un second état représenté en figure 2, un lâcher de vortex se produit au niveau du premier décrochement 13. En outre, au même instant, le vortex 30 situé en aval du second décrochement 15 est de dimension réduite par rapport au vortex 30 en aval du second décrochement 14. Selon le même principe que celui exposé précédemment, le flux de vortex issu du canal 6 est dévié vers le conduit latéral gauche 24 par le lâcher de vortex 29 et par le vortex 30 situé en aval du second décrochement 14. Le fluide entre ensuite dans la chambre d'éjection 23 et est éjecté sous la forme d'un jet orienté vers la gauche dans le sens de circulation du fluide.

Le mouvement de balayage du jet, et donc de création d'une nappe de fluide éjecté est obtenu par la passage continu du premier état au second état, et ceci pendant une durée correspondant à une demi-période. Le mouvement du jet se répète en sens inverse, de manière à obtenir un balayage de type aller et retour pendant une période complète. Le phénomène périodique des lâchers de vortex répéte un tel balayage à une fréquence correspondant à la fréquence propre de l'oscillateur. Comme exliqué précédemment, la fréquence propre dépend de la structure de l'oscillateur et notamment de la largeur h du premier 10 décrochement. Les vitesses d'éjection du fluide sont de l'ordre de 15 m/s, le débit est de lordre de 10 cm3/s, l'angle balayé par le jet étant de l'ordre de 45 . Comme il va de soi l'invention ne se limite pas à la seule forme de réalisation de cet oscillateur fluidique, décrite ci-dessus à titre d'exemple, mais 15 elle embrasse au contraire toutes les variantes.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Oscillateur fluidique comportant une partie d'alimentation (2) en fluide, notamment un fluide du type lave glace, et une partie d'éjection (3) du fluide comportant des moyens de circulation du fluide selon deux conduits latéraux (24, 25) débouchant dans une chambre commune d'éjection (23), de manière à éjecter le fluide de manière oscillante selon un fréquence déterminée, caractérisé en ce que l'oscillateur comporte une partie médiane (4), disposée entre la partie d'alimentation (2) et la partie d'éjection (3), et comprenant deux canaux latéraux (5, 6) d'amenée du fluide convergeant dans une chambre d'interaction (7) du fluide, chaque canal (5, 6) étant au moins délimité par une paroi externe (8, 9) et une paroi interne (10, 11), ces dernières étant agencées de sorte que, dans le sens de l'écoulement du fluide, la paroi externe (8, 9) présente d'abord un premier décrochement (12, 13) orienté vers l'extérieur, puis la paroi interne (10, 11) présente un second décrochement (14, 15) orienté vers l'intérieur, le premier (12, 13) et le second (14, 15) décrochements étant chacun réalisés en forme de marche d'escalier.

2. Oscillateur fluidique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque décrochement (12, 13, 14, 15) forme sensiblement un angle droit.

3. Oscillateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le second décrochement (14, 15) est disposé en aval du premier décrochement (12, 13), à une distance comprise entre une et deux fois la largeur (h) du premier décrochement (12, 13), préférentiellement de l'ordre de 1,5 fois cette largeur (h).

4. Oscillateur fluidique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie médiane (4) comporte un bloc central (16) comprenant deux pans inclinés convergeant vers l'aval et constituant les parois internes (10, 11) des canaux latéraux (5, 6), les pans se terminant sensiblement en angle droit au niveau de leur extrémité aval, de manière à constituer les deux seconds décrochements (14, 15).

5. Oscillateur fluidique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les extrémités amont et aval des pans sont respectivement reliées par une première et une seconde parois (16, 17) de forme concave.

6. Oscillateur fluidique selon l'une des revendications 1 à 5, 35 caractérisé en ce que la partie d'alimentation (2) comporte une première cloison (20) en forme générale d'arc de cercle dont les extrémités libres sonttournées vers l'amont, la première cloison (20) délimitant, avec le bloc central (16), un canal d'équilibrage (21) des pressions reliant les canaux latéraux (5, 6).

7. Oscillateur fluidique selon la revendication 5, caractérisé en ce 5 que la première cloison (20) délimite, avec la première paroi (16) de forme concave, le canal d'équilibrage (21) des pressions.

8. Oscillateur fluidique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la partie d'éjection (3) comporte une seconde cloison (22) en forme générale d'arc de cercle dont les extrémités libres sont tournées 10 vers l'aval.

9. Oscillateur fluidique selon les revendications 5 et 7, caractérisé en ce que la seconde cloison (22) en forme générale d'arc de cercle est écartée de la seconde paroi (16) de forme concave, d'une distance supérieure ou égale à deux fois la largeur (h) du premier décrochement (12, 13). 15

10. Oscillateur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les conduits latéraux (24, 25) débouchant dans la chambre d'éjection (23) présentent une forme générale en col de cygne, la section de chaque conduit (24, 25) étant réduite au niveau de son embouchure avec la chambre d'éjection (23). 20