CN104708996A - 自充气轮胎和压力调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自充气轮胎和压力调节器。具体地，自充气轮胎组件包括连接到轮胎并限定空气通路的空气管，所述空气管由柔性材料构成，操作以允许与轮胎印迹相对的空气管段变扁平以关闭所述通路，并弹性地去扁平至初始构造。所述空气管在与轮胎旋转方向相反的方向上被所述轮胎印迹顺序地压扁，以沿着所述通路将空气泵送至进口控制阀。所述进口控制阀调节到所述空气管的进口空气流和到所述轮胎腔的出口空气流。

Description

自充气轮胎和压力调节器
技术领域
本发明总体上涉及自充气轮胎，且更具体地涉及一种用于此种轮胎的泵机构和压力调节器。
背景技术
正常的空气扩散随着时间的过去降低轮胎压力。轮胎的自然状态是充气不足的。因此，驾驶员必须重复地行动以维持轮胎压力，或者他们将看到降低的燃料经济性、轮胎寿命和降低的车辆制动与操纵性能。已提出轮胎压力监测系统，以便当轮胎压力明显地低时警告驾驶员。然而，这样的系统仍依赖于驾驶员当被警告以轮胎重新充气至推荐压力时采取补救措施。因此，希望的是，将自充气特征结合在轮胎内从而将为轮胎自动充气以在无需驾驶员干预的情况下补偿轮胎压力随着时间的过去的任何降低。
发明内容
本发明在第一方面提供了自充气轮胎组件，包括：安装到轮辋的轮胎，所述轮胎具有轮胎腔、分别从第一轮胎胎圈区域和第二轮胎胎圈区域延伸到轮胎胎面区域的第一侧壁和第二侧壁；具有进口端和出口端的空气通路，所述空气通路由柔性材料构成，其操作以当所述轮胎旋转时打开和关闭，其中，所述出口端与所述轮胎腔流体连通；具有调节器主体的进口控制阀，所述调节器主体具有内部室；压力膜安装在所述进口控制阀上以围绕所述内部室，其中，所述压力膜具有设置为打开和关闭安装在所述内部室中的出口端口的下表面，其中，所述压力膜与所述轮胎腔压力流体连通；其中，所述进口控制阀的主体具有第一柔性管和第二柔性管，其中，所述第一柔性管和所述第二柔性管均具有内部通路；其中，所述第一柔性管具有连接到进口过滤器组件的第一端，第二端连接到所述进口控制阀的内部室，其中，所述第二柔性管具有连接到所述进口控制阀的出口端口的第一端和与所述空气通路的进口端流体连通的第二端。
本发明还提供如下方案：1、一种自充气轮胎组件，其特征在于，包括：
安装到轮辋的轮胎，所述轮胎具有轮胎腔、分别从第一轮胎胎圈区域和第二轮胎胎圈区域延伸到轮胎胎面区域的第一侧壁和第二侧壁；
具有进口端和出口端的空气通路，所述空气通路由柔性材料构成，操作以在所述轮胎旋转时打开和关闭，其中，所述出口端与所述轮胎腔流体连通；
具有调节器主体的进口控制阀，所述调节器主体具有内部室；压力膜安装在所述进口控制阀上以围封所述内部室，其中，所述压力膜具有被设置为打开和关闭安装在所述内部室中的所述出口端口的下表面，其中，所述压力膜与所述轮胎腔压力流体连通；
其中，所述进口控制阀的主体具有第一柔性管和第二柔性管，其中，所述第一柔性管和所述第二柔性管均具有内部通路；其中，所述第一柔性管具有连接到进口过滤器组件的第一端，第二端连接到所述进口控制阀的内部室，其中，所述第二柔性管具有连接到所述进口控制阀的出口端口的第一端和与所述空气通路的进口端流体连通的第二端。
2、根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通路一体地形成在所述轮胎的侧壁中。
3、根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，弹簧使所述压力膜偏置在打开位置。
4、根据方案3所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述弹簧是叶簧。
5、根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述调节器主体未附接或安装在所述轮胎中。
6、根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述进口装置具有过滤器。
7、根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通路的长度大于10度。
8、根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通路的长度与轮胎印迹的长度大约相同。
9、根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通路的长度在大约10至大约30度的范围内。
10、根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通路为基本上椭圆形剖面。
11、根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通路设置在胎圈包布上。
12、根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通路设置在轮胎胎圈区域和所述轮胎胎面区域的径向向里的轮辋轮胎安装表面之间。
13、根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，第一止回阀设置在所述空气通路的出口和所述轮胎腔之间。
14、根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，第二止回阀设置在所述空气通路的进口和所述调节器的出口之间。
15、根据方案14所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述第二止回阀安装到所述轮胎。
16、根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述过滤器组件具有附接到轮胎侧壁的插入套管，其中，所述插入套管具有完全贯穿其延伸的内螺纹孔，其中，所述内部孔具有在所述轮胎腔中的第一端和敞开到所述轮胎外部的环境空气的第二端，具有内部通路的空气通路螺钉被接纳在所述插入套管的第一端中，过滤器被接纳在所述空气通路螺钉的内部通路内。
17、根据方案15所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述第一止回阀具有附接到轮胎侧壁的插入套管，其中，所述插入套管具有完全贯穿其延伸的内螺纹孔，其中，所述内部孔具有敞开到所述轮胎腔的第一端和连接到所述空气通路出口端的第二端，其中，柔性阻塞件被接纳在所述内部孔中。
18、根据方案18所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述柔性阻塞件具有设置为打开和关闭所述空气通路出口端的盘形下端。
定义
轮胎的“高宽比”表示其断面高度（SH）与其断面宽度（SW）之比，乘以100%以表达为百分比。
“不对称胎面”表示具有关于轮胎的中心面或赤道面EP不对称的胎面花纹的胎面。
“轴向的”和“轴向地”表示平行于轮胎旋转轴线的线或方向。
“胎圈包布”是置于轮胎胎圈外侧的狭窄的材料带，以保护帘布层免于磨损和被轮辋切割并且分散轮辋上方的挠曲。
“周向”表示垂直于轴向方向、沿表面的周长延伸的线或方向。
“赤道中心平面（CP）”表示垂直于轮胎的旋转轴线并经过胎面中心的平面。
“印迹”表示在零速度及标准载荷和压力下，轮胎胎面与平坦表面的接地面积或接触面积。
“内侧面”表示当轮胎安装在车轮上且车轮安装于车辆上时最靠近车辆的轮胎侧面。
“侧向”表示轴向方向。
“侧向边缘”表示在标准载荷和轮胎充气情况下测量的、与轴向最外侧的胎面接地面积或印迹相切的线，所述线平行于赤道中心平面。
“净接触面积”表示围绕胎面整个圆周的侧向边缘之间的接地胎面元件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”表示如下胎面，其没有优选的前进行进方向也不要求定位在车辆上特定的车轮位置或多个车轮位置来保证胎面花纹与优选的行进方向对齐。相反地，定向胎面花纹具有需要具体车轮定位的优选的行进方向。
“外侧面”表示当轮胎安装在车轮上且车轮安装在车辆上时离车辆最远的轮胎侧面。
“蠕动的”表示通过波状收缩沿着管状通道推进内含物（例如空气）的方式进行操作。
“径向的”和“径向地”表示径向地朝着或远离轮胎的旋转轴线的方向。
“肋”表示胎面上圆周延伸的橡胶条，其由至少一个周向沟槽以及第二个这样的沟槽或侧向边缘中任一个限定，该条在侧向方向上未被全深度沟槽分开。
“花纹细缝”表示模制到轮胎胎面元件中、细分胎面表面并改进牵引的小狭槽，细缝通常在宽度方向上窄并且在轮胎印迹内闭合，这与轮胎印迹中保持敞开的花纹沟相反。
“胎面元件”或“牵引元件”表示由具有邻近沟槽的形状限定的肋或块状元件。
“胎面弧宽”表示在胎面侧向边缘之间测量的胎面弧长度。
附图说明
将通过示例并参照附图来描述本发明，附图中：
图1是示出泵和调节器组件的轮胎和轮辋组件的等轴视图。
图2是如从图1的轮胎内部示出的泵和调节器组件的前视图。
图3是调节器组件的分解图。
图4是图2的沿方向4-4的剖视图，示出在操作过程中处于打开位置的调节器。
图5是图2的沿方向4-4的剖视图，示出在操作过程中处于关闭位置的调节器。
图6是如从图1的轮胎内部示出的调节器组件的第二实施例的前视图。
图7是调节器组件的第二实施例的分解图。
图8是图6的沿方向8-8的剖视图，示出在操作过程中处于打开位置的调节器。
图8a与图8相同，除了盘簧已被替换为叶簧之外。
图9是图6的沿方向8-8的剖视图，示出在操作过程中处于关闭位置的调节器。
图10是在操作过程中来自轮胎的内部的图。
图11是泵出口阀的分解图。
图12a是处于关闭位置的泵出口阀的剖视图。
图12b是在裂开位置过程中泵出口阀的剖视图。
图12c是处于打开位置的泵出口阀的剖视图。
图13是下轮胎侧壁的剖视图。
图14是调节器和泵组件的前视图，示出大约170度的泵长度。
图15是调节器和泵组件的前视图，示出大约350度的泵长度。
具体实施方式
参照图1和图2，轮胎组件10包括轮胎12、泵组件14和轮胎轮辋16。轮胎和轮辋围封轮胎腔40。如图1-2所示，泵组件14优选地安装到轮胎的侧壁区域15中，优选地靠近胎圈区域。
泵组件14
泵组件14包括可在硫化或成形后固化期间模制到轮胎的侧壁中的空气通路43。当空气通路被模制到轮胎侧壁中时，如图2所示，空气通路具有如由角度Ψ测量的弧长度L，其中，从轮胎的旋转中心测量角度Ψ。在第一实施例中，角度Ψ可以在范围内变动，并优选地在大约15-50度的范围内，或者可选地，角度Ψ是足以延伸轮胎印迹Z的长度的角长，如图10所示。空气通路具有可在圆周方向或任何方向上延伸的弧长度L。弧长度L可以在范围内变动，并优选地大约为轮胎印迹Z的长度，如图10所示。当使用较短的长度时，长度通常为大约20-40度。可选地，泵管长度可以为任何期望的长度，通常为20度或更大。泵空气通路43包括由弹性柔性材料例如塑料、弹性体或橡胶化合物形成的管体，并且当管受到外力而变形为扁平状况且在这种力去除后而恢复为剖面为大体圆形的初始状况时能够承受重复的变形循环。管的直径足以操作性地传输对于本文描述的目的而言足够的空气体积，并允许管设置在轮胎组件内的可操作位置中，如将描述的。优选地，管具有圆形剖面形状，但是可以利用诸如椭圆形的其它形状。管可以是在轮胎制造期间插入到轮胎中的独立管，或者管可以通过可去除带的存在而模制成形，该可去除带当被去除时形成通路。
如图2所示，泵通路43具有连接到进口适配件100的进口端42和连接到出口阀200的出口端44。进口适配件100与进口控制阀300流体连通。进口控制阀300与进口过滤器组件450流体连通。
进口控制阀
在图2-5中示出了进口控制阀300的第一实施例。进口控制阀300用于调节到泵14的空气的流量。进口控制阀300具有容纳内部室320的中央壳体310。内部室320具有中央开口312。与中央开口312相对的是出口端口330。出口端口从底表面313升高，并延伸到室320的内部中。出口端口设置为与压力膜550接合。
压力膜具有基本上为平坦的上表面551。压力膜具有下表面553，其中，插塞555从下表面延伸。压力膜还具有从上表面向下延伸以形成唇缘557的环形侧壁556。唇缘557优选地为环形，并搭接（snap）在形成在外壳体310上的环形切口559中。压力膜是由柔性材料例如但不限于橡胶、弹性体、塑料或硅树脂制成的盘形构件。压力膜的外表面551与轮胎室40的压力流体连通。压力膜的下表面553与内部室320流体连通。插塞555设置为关闭出口端口330。弹簧580设置在内部室320中，以将压力膜550偏置在打开位置。弹簧具有围绕插塞555被接纳的第一端582。弹簧具有围绕出口端口330的外表面缠绕的第二端584。第一垫圈586可以被接纳在弹簧第一端582和压力膜550之间。第二垫圈588可以被接纳在弹簧第二端584和室313的底部之间。因此，施加在压力膜的每侧上的压力的平衡促使压力膜插塞555打开和关闭出口端口330。膜支撑构件590被接纳在压力膜550上方。膜支撑构件590在盖子的外表面591中具有多个孔592，以允许压力膜与轮胎腔40流体连通。膜支撑构件590由刚性材料形成，支撑构件允许经由压力膜对弹簧进行预负荷。
设置在中央壳体310的两侧上的第一柔性管400和第二柔性管500从中央壳体310延伸。每个柔性管400、500可以与中央壳体整体地形成，如所示，或者可以是连接到中央壳体310的独立部件。每个柔性管400、500具有用于传送流体的内部通路404、504。
第一柔性管400的内部通路404具有位于内部室320内的第一开口402。第一柔性管400的内部通路404具有与进口过滤器组件450流体连通的第二端406。进口装置450经由第一柔性管400将外部过滤空气供给到调节器，并且下面更详细地进行描述。
第二柔性管500的内部通路504被示为与内部室320的出口端口330一体地形成。内部通路504具有与进口适配件100流体连通的第二端506。进口适配件100可以是中空的螺钉，例如琶形（banjo）螺钉。进口适配件100具有内部通路102，内部通路102具有将流传送到泵通路43的进口42的进口孔104。进口适配件100可以包括具有内部通路的螺钉，并具有被接纳在套管110中的外螺纹表面106。套管110具有完全地贯穿其延伸的孔。套管安装在轮胎中。
在图6-9中示出了进口控制阀1100的第二实施例。除了下面的差异之外，进口控制阀1100与300相同。膜1102在下表面上不具有插塞555。膜包括具有凹进内部1104的非平坦上表面。凹进内部延伸到内部室的内部中，并设置为打开和关闭出口通路330。盘簧580设置为将压力膜偏置在打开位置。盘簧580可以替换为叶簧583，如图8A所示。
进口过滤器组件
在图4中示出了进口过滤器组件450。进口过滤器组件450包括中空的且具有内螺纹孔454的插入套管452。插入套管452插入到轮胎中，通常在侧壁15中。插入套管452可以后固化插入到轮胎中或可以模制到轮胎中，如图2所示。空气通路螺钉460具有拧进插入套管的内螺纹孔454中的外螺纹主体463。空气通路螺钉460具有内部通路462，后者具有开口464。过滤器470插入通过开口464并被接纳在内部通路462中。过滤器盖480具有被接纳在空气通路螺钉460的开口464中的螺纹端482。过滤器盖设置在轮胎的外表面上，通常在轮胎侧壁上，如图1所示。过滤器盖具有多个孔484以允许空气流进进口过滤器470中。外部空气进入孔484，然后穿过过滤器盖进入并穿过过滤器470。过滤器空气离开过滤器470进入空气通路螺钉460的内部通路462中。空气通过出口孔490离开内部通路462，然后进入第一柔性管400的进口端406。柔性管400的进口端具有围绕空气通路螺钉插入穿过的孔410的圆形凸缘495。出口孔490定位在圆周凹槽491中，从而有助于与第一柔性管400的进口孔406流体连通。如果圆形凸缘495由柔性软材料如橡胶制成，则其像密封衬垫那样工作。
泵出口止回阀
如上所述，泵的第一端42连接到调节器和止回阀。泵的第二端44连接到泵出口阀200。在图11、12A-C中示出了泵出口阀。泵出口阀200包括插入套管202，后者在内表面、通常内侧壁上插入到轮胎中，如图2所示。插入套管202具有内螺纹孔204。插入套管202可以模制到轮胎12中或后固化插入。插入件安装在轮胎区域中，从而内部孔204与泵出口端44流体连通。阀主体210具有被接纳在插入件202内的外螺纹表面212。阀主体210具有中央通路215，后者具有第一开口218，当阀主体210插入到轮胎中时，第一开口218与插入套管孔204和泵通路43出口端44流体连通。中央通路215具有与轮胎腔流体连通的出口端217。阀主体具有成形头部222诸如六角形头部孔223以便接纳诸如艾伦扳手的配合工具，所述配合工具用于将阀主体210紧固在套管202内。中央通路215还包括用于接纳柔性阻塞件240的保持狭槽230。柔性阻塞件240优选地由诸如橡胶、硅树脂或弹性体的弹性材料制成。柔性阻塞件240具有盘形状的下端242和从下端242延伸的两个相对的腿部244。每个腿部244具有垫座250，后者具有弯曲的放大形状，并由弹性材料制成。如所示，垫座为半圆形，但是其它形状对于本发明也将发挥作用。尽管柔性阻塞件240被示为具有两个腿部244，但阻塞件可以具有单个腿部244，其上带有垫座，并且垫座可以为环形，具有允许空气穿过其的孔。
柔性阻塞件安装在中央通路的内部中，从而柔性阻塞件的每个垫座250被接纳在环形保持狭槽230中，并且盘下端242设置为打开和关闭泵端44。
图12A-C示出了所安装的和操作的泵出口阀200。图12C示出了从泵出口44到泵出口阀200的流。当流方向朝向泵出口阀200时，柔性阻塞件240的盘下端242不密封泵出口44。流行进通过中央通路215，围绕并穿过腿部244，并离开出口217到达轮胎腔。图12A示出了：柔性阻塞件140的盘下端142密封泵端44，从而防止流向轮胎腔40流动。图12B示出了：当泵开始泵送时，柔性阻塞件140的盘下端142因阀开启压力而升高。
可以在泵进口通路42和调节器的出口之间可选地使用诸如止回阀200的额外止回阀。
系统操作
如从图2将认识到的，进口控制阀300与泵通路43的进口端流体连通。如图10所示，随着轮胎旋转，相对于地面形成印迹。压缩力F从印迹引导至轮胎并发挥作用以使泵通路43扁平。泵通路43的扁平迫使压缩空气朝向泵出口装置200。由于泵出口44处的压力增大，压力使盘242从泵出口44的开口离开，从而允许泵送的空气通过通道215离开泵出口装置进入轮胎腔40中，如图12C所示。
进口控制阀300控制外部空气向泵中的流动。如果轮胎压力低，则进口控制阀300中的膜550对轮胎腔40中的轮胎压力做出响应。如果轮胎腔压力降至预设的门限值以下，则膜的插塞将离开中央出口端口330。外部空气将进入过滤器组件450，通过过滤器离开并进入第一柔性管400，如图4和图8所示。然后，流离开第一柔性管并进入室，然后通过进口适配件100进入第二柔性管，然后进入泵进口。然后，流通过泵被压缩，然后离开泵出口阀进入轮胎腔。泵将随每次轮胎旋转泵送空气。当泵系统不在印迹处时，泵通路43填充有空气。
如果轮胎压力是充足的，则进口控制阀将阻止流离开进口控制阀，如图5和图9所示。压力膜对腔轮胎压力做出响应，并与中央端口330接合，以形成防止空气流穿过进口控制阀的密封。压力膜材料性质调节成具有期望的轮胎压力设置。
从图1和图13将理解泵组件在轮胎中的位置。在一个实施例中，泵组件14设置在轮胎侧壁中，径向地在胎圈包布600中的轮辋凸缘表面之外。如此设置，空气通路43从轮胎印迹径向地向内，因此被设置为因从轮胎印迹引导的力而变扁平，如上所述。尽管空气通路43的设置具体地示出在靠近胎圈区域的轮胎的胎圈包布600中，但并不限于此，并且可以位于轮胎的经历环形压缩的任何区域处。空气通路43的剖面形状可以为椭圆形或圆形。
如上描述的，泵通路的长度L可以大约为轮胎的印迹长度Z的尺寸。然而，本发明不限于此，并且根据需要可以更短或更长。参见示出了大约170度长度的图14、示出了大约340度长度的图15。随着泵的长度增加，泵通路将需要像蠕动泵那样基本上打开和关闭。
泵组件14还可以随用作系统故障检测器的常规构造的副轮胎压力监测系统（TPMS）（未示出）使用。TPMS可以用于检测轮胎组件的自充气系统中的任何故障，并向用户警示此种状况。
根据在此提供的对本发明的描述，本发明的变形是可能的。虽然为了示出本发明的目的已经示出某些典型实施例和细节，但是对于本领域技术人员来说将明显的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以在此进行各种变化和改进。因此，应理解的是，可以在所述的具体实施例中做出改变，具体实施例将在如以下所附权利要求限定的本发明的全部预期范围内。

Claims (10)

1.一种自充气轮胎组件，其特征在于，包括：
安装到轮辋的轮胎，所述轮胎具有轮胎腔、分别从第一轮胎胎圈区域和第二轮胎胎圈区域延伸到轮胎胎面区域的第一侧壁和第二侧壁；
具有进口端和出口端的空气通路，所述空气通路由柔性材料构成，操作以在所述轮胎旋转时打开和关闭，其中，所述出口端与所述轮胎腔流体连通；
具有调节器主体的进口控制阀，所述调节器主体具有内部室；压力膜安装在所述进口控制阀上以围封所述内部室，其中，所述压力膜具有被设置为打开和关闭安装在所述内部室中的所述出口端口的下表面，其中，所述压力膜与所述轮胎腔压力流体连通；
其中，所述进口控制阀的主体具有第一柔性管和第二柔性管，其中，所述第一柔性管和所述第二柔性管均具有内部通路；其中，所述第一柔性管具有连接到进口过滤器组件的第一端，第二端连接到所述进口控制阀的内部室，其中，所述第二柔性管具有连接到所述进口控制阀的出口端口的第一端和与所述空气通路的进口端流体连通的第二端。
2.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通路一体地形成在所述轮胎的侧壁中。
3.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，弹簧使所述压力膜偏置在打开位置。
4.根据权利要求3所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述弹簧是叶簧。
5.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述调节器主体未附接或安装在所述轮胎中。
6.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述进口装置具有过滤器。
7.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通路的长度大于10度。
8.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通路的长度与轮胎印迹的长度大约相同。
9.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通路的长度在大约10至大约30度的范围内。
10.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通路为基本上椭圆形剖面。
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