CN102963222A - 自充气轮胎 - Google Patents

Abstract

一种自充气轮胎组件，所述自充气轮胎组件包括：与轮胎相连并且限定出空气通路的空气管，所述空气管由起到允许与轮胎印迹相对的空气管部段被压平、关闭所述通路并且弹性地去压平（unflatten）为原始构型的作用的柔性材料构成。所述空气管在与轮胎旋转方向相反的方向上被轮胎印记顺序地压平，从而沿着通向入口装置的通路泵送空气用以从所述通路中排气或者排气至出口装置以便引导进入轮胎胎腔中。入口装置被定位在环形通路内相对于出口装置达180度，从而使得空气管在轮胎印记的作用下的顺序地被压平实现了随着轮胎在向前或反向任一旋转方向下的旋转，沿着所述空气通路泵送空气。本发明还包括用于对空气管泵的入口流量进行调节的入口装置。

Description

自充气轮胎

技术领域

本发明总体上涉及自充气轮胎，且更具体而言，本发明涉及构造用于这些轮胎的泵机构。

背景技术

正常的空气扩散随时间流逝降低轮胎压力。轮胎的自然状态是在处于充气状态下。因此，驾驶员必须重复地动作以维持轮胎压力，否则将出现燃料经济性降低、轮胎寿命降低以及车辆制动和操纵性能降低等情况。已提出了轮胎压力监测系统用于当轮胎压力明显低时向驾驶员报警。然而，这样的系统依然依赖于当向驾驶员报警以将轮胎再充气到推荐的压力时由驾驶员采取补救措施。因此，所希望的是将自充气特征结合到轮胎内，这将使轮胎自充气以便补偿轮胎压力随时间流逝的任何降低而无需驾驶员干预。

发明内容

在第一方面中，本发明提供了一种自充气轮胎组件，所述自充气轮胎组件包括：被安装在轮辋上面的轮胎，所述轮胎具有轮胎胎腔、分别自第一轮胎胎圈区和第二轮胎胎圈区延伸至轮胎胎面区的第一侧壁和第二侧壁。空气管与所述轮胎相连并且限定出空气通路。所述空气管由起到允许靠近轮胎印迹的一部分空气管部段大体上关闭环形通路的作用的柔性材料构成。入口调节器装置与所述空气管的入口端相连，并且包括被安装在轮胎中的插件，其中所述插件具有从其中穿过的钻孔，所述钻孔具有位于轮胎胎腔中的第一端和延伸穿过所述轮胎的第二端。压力膜片被接收在所述插件的第一端内，并且调节器本体被接收在所述插件的第二端内，其中所述调节器本体具有从第一端延伸至远端的内部通路，其中所述远端延伸进入所述插件的胎腔中并且所述压力膜片响应于胎腔压力和外部空气压力。所述压力膜片被定位用于当轮胎压力达到设定值时接合所述调节器本体的远端，用于打开和关闭调节器从而允许或防止气流进入所述调节器装置。

在第二方面中，本发明提供了一种自充气轮胎组件，所述自充气轮胎组件包括：被安装在轮辋上面的轮胎，所述轮胎具有轮胎胎腔、分别自第一轮胎胎圈区和第二轮胎胎圈区延伸至轮胎胎面区的第一侧壁和第二侧壁。第一空气管和第二空气管与所述轮胎相连，其中每个空气管限定出空气通路。每个空气管由起到允许靠近轮胎印迹的一部分空气管部段大体上打开和关闭环形通路的作用的柔性材料构成。入口调节器装置与每个所述空气管的入口端相连，并且包括被安装在轮胎侧壁中的调节器本体。所述调节器本体包括具有位于轮胎胎腔内的远端的外管道，其中所述外管道具有与轮胎胎腔流体连通的内部钻孔和所述调节器本体的内部室。所述内部室与所述调节器本体中的两条相对的通路相连，所述两条相对的通路进一步连接至第一空气管和第二空气管的入口端。压力膜片被安装在所述调节器本体的内部室内。插件被安装在所述调节器本体的内部室内并且具有环绕内部腔的带凸缘的端部。所述带凸缘的端部可与所述压力膜片相接合并且能够密封所述带凸缘的端部从而防止气流流动。所述插件具有上表面，所述上表面具有一个或多个空气孔，所述空气孔自所述上表面延伸出并且与内部腔流体连通，所述插件进一步包括两条与内部腔流体连通的横向导管。

在第三方面中，本发明提供了一种自充气轮胎组件，所述自充气轮胎组件包括：被安装在轮辋上面的轮胎，所述轮胎具有轮胎胎腔、分别自第一轮胎胎圈区和第二轮胎胎圈区延伸至轮胎胎面区的第一侧壁和第二侧壁。第一空气管和第二空气管与所述轮胎相连，其中每个空气管限定出空气通路，每个空气管由起到允许靠近轮胎印迹的一部分空气管部段大体上打开和关闭环形通路的作用的柔性材料构成。入口调节器装置被安装在轮胎中，所述入口调节器装置包括具有位于轮胎胎腔内的远端的外管道，其中所述外管道具有与轮胎胎腔流体连通的内部钻孔和所述入口调节器装置的内部室；所述内部室与所述调节器本体中的两条相对的通路相连，所述两条相对的通路连接至第一空气管和第二空气管的入口端。压力膜片被安装在所述入口调节器装置的内部室内。所述内部室的壁具有带凸缘的端部。所述带凸缘的端部可与所述压力膜片相接合，其中所述带凸缘的端部环绕内部腔。所述入口调节器装置具有上表面，所述上表面具有一个或多个空气孔，所述空气孔自所述上表面延伸出，其中所述空气孔与内部腔流体连通，所述插件进一步包括两条与内部腔流体连通的横向导管。所述环形空气管可被定位在轮胎胎圈区与自所述轮胎胎圈区沿径向向内的轮辋轮胎安装表面之间。

在第四方面中，本发明提供了一种供轮胎中的蠕动泵使用的压力调节器。所述压力调节器包括入口调节器装置，所述入口调节器装置包括具有位于轮胎胎腔内的远端的外管道，其中所述外管道具有与轮胎胎腔流体连通的内部钻孔和所述入口调节器装置的内部室；所述内部室与所述调节器本体中的两条相对的通路相连，所述两条相对的通路连接至第一空气管和第二空气管的入口端。压力膜片被安装在所述入口调节器装置的内部室内。所述内部室的壁具有带凸缘的端部，所述带凸缘的端部可与所述压力膜片相接合，其中所述带凸缘的端部环绕内部腔。所述入口调节器装置具有上表面，所述上表面具有一个或多个空气孔，所述空气孔自所述上表面延伸出，其中所述空气孔与内部腔流体连通，所述插件进一步包括两条与内部腔流体连通的横向导管。

定义

轮胎的“高宽比（aspect ratio）”表示其截面高度(SH)与其截面宽度(SW)的比率乘以100%，从而以百分比表示。

“非对称胎面（asymmetric tread）”表示具有关于轮胎中心面或赤道面EP的不对称胎面花纹的胎面。

“轴向”和“轴向地”表示与轮胎旋转轴线平行的线或方向。

“胎圈包布（chafer）”是围绕轮胎胎圈的外部设置的窄材料带，用来防止帘布层磨损和防止轮辋切割并将挠曲分布在轮辋上方。

“周向”表示沿环形胎面表面的圆周延伸垂直于轴向的线或方向。

“赤道中心面(CP)”表示垂直于轮胎的旋转轴线并且经过胎面中心的平面。

“印迹（footprint）”表示在零速度以及正常负荷和压力下轮胎胎面与平坦表面的接地面积（contact patch）或接触面积。

“内侧（inboard side）”表示把轮胎安装在车轮上并且把车轮安装在车辆上时最靠近车辆的轮胎一侧。

“侧向（lateral）”表示轴向方向。

“侧向边缘（lateral edge）”表示在正常负荷和轮胎充气下测量的、与轴向上最外的胎面接地面积或印迹相切的线，所述线平行于赤道中心面。

“净接触面积（net contact area）”表示在胎面整个圆周上在侧向边缘之间的接触地面的胎面单元的总面积除以侧向边缘之间的整个胎面的总面积。

“非定向胎面（non-directional tread）”表示没有优选的向前行驶方向、并且无需定位于车辆的特定车轮位置以确保胎面花纹与优选行驶方向对齐的胎面。相反，定向胎面花纹具有需特定车轮定位的优选行驶方向。

“外侧（outboard side）”表示把轮胎安装在车轮上并且把车轮安装在车辆上时距离车辆最远的轮胎一侧。

“蠕动的（peristaltic）”表示借助于推动所容纳物质(如空气)沿管状通路前进的波浪式收缩进行的操作。

“径向”和“径向地”表示径向地朝向或远离轮胎旋转轴线的方向。

“肋（rib）”表示在胎面上周向延伸的橡胶条，其被至少一个周向花纹沟和第二个这种花纹沟或侧向边缘所限定，该条不被全深度花纹沟侧向分割。

“细缝（sipe）”表示成型入轮胎胎面单元的小缝隙，这些小缝隙对胎面表面进行细分并提高牵引力，通常细缝宽度较窄并且在轮胎印迹中是封闭的，这与在轮胎印迹中保持开放的花纹沟正相反。

“胎面单元（tread element）”或“牵引单元（traction element）”表示通过具有形状相邻花纹沟而限定的肋或块状单元。

“胎面弧宽（tread arc width）”表示在胎面的侧向边缘之间测量的胎面的弧长度。

附图说明

下面，参考附图并且通过实例对本发明进行描述，其中：

图1是轮胎和轮辋组件的立体图，图中示出了两个蠕动泵组件；

图2是图1所示轮胎的侧视图；

图3A是泵出口机构的放大透视图；

图3B是图3A所示泵出口机构的剖面图；

图4A和4B是轮胎、轮辋、管道系统和阀门的侧视图，图中示出了当轮胎旋转时的所述泵对轮胎胎腔的作用；

图5A是穿过所述轮胎的局部剖视图；

图5B是接近轮辋的泵管部位的放大视图；

图6A是在路面承载条件下穿过所述轮胎的局部剖视图；

图6B是图6A的放大视图，图中示出了被压缩在轮胎胎圈区域中的管；

图7是轮胎和轮辋组件的放大剖面图，其中压力调节器被安装在轮胎中；

图8是压力调节器的透视图；

图9是图8所示压力调节器的顶视图；

图10是图8所示压力调节器的分解透视图；

图11是沿线11-11截取的图8所示压力调节器的分解剖面视图；

图12是沿线12-12截取的图8所示压力调节器的分解剖面视图；

图13A是沿线12-12截取的处于关闭位置的图8所示压力调节器的剖面视图；

图13B是沿线12-12截取的处于打开位置的图8所示压力调节器的剖面视图；

图14是沿线11-11截取的图8所示压力调节器的剖面视图；和

图15是沿线15-15截取的图9所示压力调节器的剖面视图。

具体实施方式

参见图1和图5，轮胎组件10包括轮胎12、蠕动泵组件14和轮胎轮辋16。轮胎以常规方式安装到邻近外轮辋凸缘22，24的一对轮辋安装表面18，20上。外轮辋凸缘22，24具有外轮辋表面26。如图中所示，轮辋本体28支承轮胎组件。该轮胎具有常规构造，具有一对从相对的胎圈区域34，36延伸至胎冠或者轮胎胎圈区38的侧壁30，32。所述轮胎和轮辋封闭轮胎胎腔40。

如图1、2和4所示，蠕动泵组件14包括第一泵41和第二泵42，所述第一泵41和所述第二泵42被安装在位于所述轮胎的侧壁区域中优选邻近胎圈区的通路43中。该空气通路优选在硫化过程中被模制成型为轮胎的侧壁并且优选呈环形形状。每一个泵41，42具有通过入口装置44结合在一起的第一端41a，42a和通过出口装置46结合在一起的第二端41b，42b。每一个泵41，42包括由弹性柔性材料例如塑料、硅酮、弹性体或橡胶化合物制成并且当所述管在外力的作用下形变成扁平状态且在移除所述外力时回复到剖面大致呈圆形的原始状态时，能够承受反复的变形周期。所述管具有一定的直径，所述直径足以起到为了实现如本申请中所述的目的使一定体积的空气通过的作用，并且如下文中所述，允许将所述管定位在所述轮胎组件内可操作的部位。虽然也可以使用其它形状例如椭圆形或透镜形状，但是所述管优选具有圆形形状的剖面。

如图中所示，在形成两个180度泵41，42的相应部位处，入口装置44和出口装置46被隔开大约180度。所述入口装置和出口装置可彼此相邻进行设置，由此形成单个360度泵。也可以采取其它变型，例如270度等。出口装置46为具有本体47的连接器，所述出口装置具有连接至泵41出口端41b的第一端口48。第一端口48与出口端口52流体连通。出口端口52延伸进入到轮胎胎腔中，从而使得泵41出口端41b与轮胎胎腔流体连通。出口装置进一步包括连接至泵42出口端42b的第二端口50。第二端口50被连接至位于轮胎胎腔中的出口端口54，从而使得泵42出口端42b与轮胎胎腔流体连通。图3B中进一步示出每一个出口端52，54可进一步包括止回阀56，58，从而防止空气回流到泵内。出口装置46的出口端52，54延伸进入到轮胎胎腔中，从而使得所述出口端与内部轮胎胎腔40流体连通。

入口装置44如图8－15所示。入口装置起到对两台泵41，42的入口流量进行调节的作用。入口装置44包括可被模制成型为胎胚（green tire）并且随后被硫化硬化的外胎（outer cover）45。所述外胎45具有两个用于与泵管41，42的入口流体连通的侧向孔47，如下文中详细描述地那样。所述外胎进一步包括由侧壁51和底壁52形成的内腔50。孔53被设置在底壁中。

调节器本体54被接收在所述外胎的内腔50内。调节器本体54包括具有连接至调节器本体的第一端57和被接收在内腔50的孔53内的远端59的外管道56。该外管道被设置成一定的尺寸从而具有足够长的长度，从而使得该管道的远端59与轮胎胎腔40流体连通。该外管道56的第一端57被连接至内部室58，所述内部室58优选正中地设置在调节器本体54内。内部室58具有通向两条相对的通路62的两个相对的孔60。通路62能够被定位以便与设置在外胎45中的孔47对齐。

压力膜片64被接收在室58的底部内并且受到围绕室壁66的轮辋65的支承。压力膜片优选呈圆盘形状并且由柔性材料例如但不限于橡胶、弹性体、塑料、或硅酮制成。

插件68被定位在室58中位于压力膜片64之上。插件68具有带有凸缘的上表面70，所述带有凸缘的上表面70具有自所述上表面70延伸出来且向下穿过插件本体72的一个或多个空气孔74，从而使得外部空气与压力膜片64流体连通。所述空气孔可以选择性地包括过滤器80。插件68具有内部腔76，所述内部腔与压力膜片64、空气孔74、和横向于或垂直于空气孔74的两条横向导管78流体连通。所述横向导管连接至内部腔76的任一侧。该内部腔被带凸缘的部分77环绕，所述带凸缘的部分77可以呈环形形状并且被定位以与压力膜片相接合。

下面对入口压力调节器装置44的操作进行描述。该压力膜片经由管道56中的压力感测轮胎胎腔中的压力，所述管道56与轮胎胎腔流体连通。当轮胎压力足够高时，压力膜片响应于所述轮胎压力，并且如果压力足够高的话，压力膜片受力与内部本体的带凸缘的部分接合并且通过如图13A所示的压力膜片密封内部腔76。压力膜片座置靠在内部本体68的带凸缘的部分77上，切断流向内部腔76的气流。随着轮胎压力减小，压力膜片脱开带凸缘的部分77，如图13b所示，并且空气可流入空气孔74和内部腔76中。如图15所示，来自腔的空气进入横向导管78，并且随后通过相对的室通路62，然后通过外胎45的对齐的孔47，且然后进入到相应泵41，42的入口端中。

如图4A所示地，入口装置44和出口装置46与圆形空气管42流体连通并且被隔开大约180度进行定位。随着轮胎沿着旋转方向88进行旋转，相对于地面98上形成印记100。压缩力104从印记100被引入轮胎中并且起到压平如附图标记106所示的泵42的部段110的作用。压平泵42的部段110沿箭头84所示的方向朝向出口装置46推动位于压平部段110与出口装置46之间的一部分空气。

随着轮胎继续沿方向88沿着地面98进行旋转，泵管42将会在与轮胎旋转方向88相反的方向90上顺序地一个部段一个部段地被压平或受到挤压。泵管42一个部段一个部段地被顺序地压平会导致位于压平部段与出口装置46之间的气柱在泵42内沿方向84被泵送至出口装置46。

随着轮胎沿方向88进行旋转，被压平的管部段顺序地被沿方向90沿泵管42流入入口装置44的空气92再充注，如图4A所示。来自入口装置44的空气沿方向90的流入继续进行，直至如图所示随着轮胎的旋转88逆时针旋转的出口装置46经过轮胎印记100。

图4B示出了位于该位置的蠕动泵组件14的取向。在图示位置中，如附图标记106所示，管41在压缩力104的作用下继续相对于轮胎印记一个部段一个部段地被顺序地压平。空气沿顺时针方向94被泵送至入口装置44，在入口装置44处被抽空或被排出。来自入口装置44的排出空气96的通路为通过内部过滤器80，所述内部过滤器起到自清洁多孔介质内的积聚的碎屑或颗粒的过滤器的作用。随着将泵送空气从入口装置44中抽出，出口装置处于关闭位置并且空气不会自那里流至轮胎胎腔。当轮胎进一步沿逆时针方向88旋转直到入口装置44通过轮胎印记100（如图4A所示）时，空气流重新回到出口装置46，导致泵送空气流出（86）至轮胎胎腔40。

图4B示出了当轮胎沿方向88进行旋转时，管42一个部段一个部段地被压平为部段102，102¹，102¹¹。由此，可以看到受挤压或被压平的管部段沿与轮胎旋转方向88相反的顺时针方向进行。当部段102移动远离印记100时，来自印记区的轮胎内的压缩力被消除并且在用来自通路43的空气再充注部段102时，部段102自由地弹性重构成非压平状态。在原始非压平构型中，管42的多个部段的剖面大体上呈圆形。

对于每一轮胎旋转转数而言，随后重复上述周期，每一转的一半导致泵送空气流至轮胎胎腔且每一转的另一半使得泵送空气受引导从入口装置中回流流出从而对过滤器进行自清洁。应该意识到：虽然图4A和4B中示出轮胎12的旋转方向88为逆时针方向，但是本发明的轮胎组件和其蠕动泵组件14将会起到与附图标记88所示的（顺时针）相反旋转方向相类似地作用。由此，蠕动泵为双向的并且与向前或者沿相反旋转方向移动的轮胎组件起到等同的作用。

通过阅读图5－6将会更好地理解蠕动泵组件的部位。在一个实施例中，蠕动泵组件14被定位在轮胎侧壁中，胎圈包布120的轮辋凸缘表面26的径向向外的位置处。如此定位，使得空气管42自轮胎印记100径向向内并且由此定位从而在来自轮胎印记的力的作用下被压平，如上文中所述。与印记100相对的部段110将会在来自印记100的压缩力114的作用下被压平，所述压缩力114将所述管部段压靠在轮辋凸缘表面26上面。尽管图中特别地示出管42被定位在位于胎圈区34处的轮胎的胎圈包布120与轮辋表面26之间，但是本发明并不受如上所述内容的限制，且管42可被设置在轮胎的任何区的位置处，例如在侧壁或胎面中的任何地方。蠕动泵空气管42的直径大小被选定用以跨过轮辋凸缘表面26的外周。

如前文中所述，应该会意识到：本发明提供了一种用于自充气轮胎的双向蠕动泵，其中圆形空气管42一个部段一个部段地被压平并且在轮胎胎印100中被封闭。空气入口T形装置44可包括过滤器80且是自清洁的。蠕动泵组件14在轮胎沿任一方向进行旋转的情况下泵送空气，半转将空气泵送至轮胎胎腔40且另一半转使得泵送空气从入口装置44（过滤器80）中回流排出。蠕动泵组件14可结合起到系统故障探测器作用的具有常规构型的二级轮胎压力监测系统（TPMS）（图中未示出）使用。TPMS可被用以探测轮胎组件的自充气系统中的任何故障并且警示使用者这种状态。

根据本文所提供的描述，在本发明中作出各种变更是可行的。虽然已以说明本发明为目的揭示了某些代表性实施例和细节，但对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明范围的前提下可以在本发明中作出各种变化和修改。因此，应该理解的是，在如所附权利要求书所限定的本发明的完整预期范围内，在所描述的具体实施例中可以作出各种变化。

Claims (10)

1. 一种自充气轮胎组件，其特征在于，所述自充气轮胎组件包括：

被安装在轮辋上面的轮胎，所述轮胎具有轮胎胎腔、分别自第一轮胎胎圈区和第二轮胎胎圈区延伸至轮胎胎面区的第一侧壁和第二侧壁；

与所述轮胎相连的第一空气管和第二空气管，其中每个空气管限定出空气通路，每个空气管由起到允许靠近轮胎印迹的一部分空气管部段大体上打开和关闭环形通路的作用的柔性材料构成；

与每个所述空气管的入口端相连的入口调节器装置，所述入口调节器装置包括被安装在轮胎侧壁中的调节器本体，所述调节器本体包括具有位于轮胎胎腔内的远端的外管道，其中所述管道具有与轮胎胎腔流体连通的内部钻孔和所述调节器本体的内部室；所述内部室与所述调节器本体中的两条相对的通路相连，所述两条相对的通路连接至第一空气管和第二空气管的入口端；

被安装在所述调节器本体的内部室内的压力膜片；

插件，所述插件被安装在所述调节器本体的内部室内并且具有可与所述压力膜片相接合的带凸缘的端部，其中所述带凸缘的端部环绕内部腔，所述插件具有上表面，所述上表面具有一个或多个空气孔，所述空气孔自所述上表面延伸出并且与内部腔流体连通，所述插件进一步包括两条与内部腔流体连通的横向导管。

2. 根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其中所述入口调节器装置形成与所述轮胎的外表面齐平的外端面。

3. 根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其中所述入口调节器装置被安装在所述轮胎的侧壁中。

4. 根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其中所述入口调节器装置被安装在所述轮胎的胎腔中。

5. 根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其中所述入口调节器装置被安装在内衬层上面。

6. 根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其中所述入口调节器装置被安装在所述轮胎的胎面中。

7. 根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其中所述空气管被轮胎印记顺序地压平，从而沿着所述空气通路在向前轮胎旋转方向或反向轮胎旋转方向下泵送空气。

8. 根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其中所述出口装置和所述入口调节器装置被安装在环形空气管上，被隔开大约180度。

9. 根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其中所述出口装置和所述入口调节器装置被安装在环形空气管上，被隔开大约360度。

10. 根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其中所述空气管的剖面形状为椭圆形。

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