CN104709004A - 带有入口控制阀的自充气轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带有入口控制阀的自充气轮胎。自充气轮胎组件包括连接至轮胎并限定空气通道的空气管，所述空气管由柔性材料构成，其操作以允许与轮胎印迹相对的空气管段被压扁，以关闭通道，并且弹性地恢复至原始构造。空气管随后在与轮胎的旋转方向相反的方向上由轮胎印迹压扁，以沿着通道泵送空气至调节器装置。调节器装置调节至空气管的入口空气流和至轮胎腔的出口空气流。

Description

带有入口控制阀的自充气轮胎

技术领域

本发明总体涉及自充气轮胎，更具体地，涉及用于此类轮胎的泵机构和压力调节器。

背景技术

随着时间的推移，正常的空气扩散使轮胎压力降低。轮胎的自然状态是处于充气状态。因此，驾驶员必须重复地动作以维持轮胎压力，否则他们将看到降低的燃料经济性，轮胎寿命和降低的运输工具制动和操纵性能。已经提出了轮胎压力监测系统，以便在轮胎压力明显低时警告驾驶者。然而，这种系统仍依赖于驾驶员在被警告时采取补救动作，以将轮胎重新充气至推荐压力。因此，希望的是在轮胎内并入自充气特征，其将使轮胎自充气，从而补偿随着时间推移的任何轮胎压力下降，而不需要驾驶员的介入。还希望的是提供阀系统以便于调节轮胎压力。

发明内容

在第一方面，本发明提供了包括安装至轮辋的轮胎的自充气轮胎组件，该轮胎具有轮胎腔、分别从第一和第二轮胎胎圈区域延伸至轮胎胎面区域的第一和第二侧壁；具有入口端和出口端的空气通道，该空气通道由柔性材料构成，其操作以当轮胎旋转时打开和关闭；调节器装置，该调节器装置包括调节器本体，其中该调节器本体具有内部室，压力膜安装在内部室中并且放置为打开和关闭安装在室中的出口端口，其中该压力膜与轮胎腔压力流体连通；其中调节器装置的出口端口与空气通道的入口端流体连通；所述内部室与外部空气源流体连通；其中空气通道出口端与轮胎腔流体连通。

定义

轮胎的“高宽比”是指其断面高度（SH）与其断面宽度（SW）的比值，该比值乘以100%，以作为百分比来表达。

“不对称胎面”是指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”和“轴向地”是指与轮胎旋转轴线平行的线或方向。

“胎圈包布”是放置在轮胎胎圈外侧周围的窄带形材料，用于保护帘布层免受磨损和切割到轮辋并且分散轮辋上方的挠曲。

“周向的”是指垂直于轴向方向沿表面的周边延伸的线或方向。

“赤道中心平面（CP）”是指垂直于轮胎的旋转轴线并且穿过胎面中心的平面。

“印迹”是指在零速度及标准负载和压力下，轮胎胎面与平坦表面的接地面积或接触面积。

“内侧面”是指当轮胎安装在车轮上并且车轮安装在车辆上时最靠近车辆的轮胎侧面。

“横向”是指轴向方向。

“横向边缘”是指在标准负载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，这些线平行于赤道中心平面。

“净接触面积”是指在围绕胎面整个圆周的横向边缘之间的接地胎面元件的总面积除以横向边缘之间整个胎面的总面积。

“非定向胎面”是指如下胎面：没有优选的前进行进方向也不要求设置在车辆上特定的一个或多个车轮位置来确保胎面花纹与优选的行进方向对准。相反地，定向胎面花纹具有优选的需要特定车轮定位的行进方向。

“外侧面”是指当轮胎安装在车轮上并且车轮安装在车辆上时最远离车辆的轮胎侧面。

“蠕动的”是指通过沿管状通道推动例如空气的内含物的波状收缩进行的操作。

“径向的”和“径向地”是指在径向方向上朝着或远离轮胎的旋转轴线的方向。

“肋”是指在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横向边缘中任一个限定，该条在横向方向上未被全深度沟槽分开。

“花纹细缝”是指模制到轮胎的胎面元件中、细分胎面表面并改进牵引的小狭槽，花纹细缝通常在宽度上是狭窄的并且在轮胎印迹中闭合，这与轮胎印迹中保持开放的沟槽相反。

“胎面元件”或“牵引元件”是指由具有接近沟槽的形状限定的肋或块状元件。

“胎面弧宽”是指在胎面横向边缘之间所测量的胎面弧长。

本发明还提供了以下方案：

1. 一种自充气轮胎组件，其特征在于，其包括：

轮胎，其被安装至轮辋，所述轮胎具有轮胎腔、分别从第一和第二轮胎胎圈区域延伸至轮胎胎面区域的第一和第二侧壁；

空气通道，其具有入口端和出口端，所述空气通道由柔性材料构成，其操作以当轮胎旋转时打开或关闭；

调节器装置，所述调节器装置包括调节器本体，其中所述调节器本体具有内部室；压力膜，其被安装在内部室中并且放置成打开和关闭安装在室内的出口端口，其中所述压力膜与轮胎腔压力流体连通；其中所述调节器装置的出口端口与所述空气通道的入口端流体连通；

所述内部室与外部空气源流体连通；

其中空气通道出口端与轮胎腔流体连通。

2. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述调节器本体具有远端，并且具有与外部空气流体连通的内部通道。

3. 根据方案2所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述内部通道与所述内部室流体连通。

4. 根据方案3所述的自充气轮胎组件，其特征在于，过滤器被接收在所述内部通道中。

5. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，柔性管道具有内部通道，并且具有与所述入口调节器的出口端口流体连通的第一端，以及与所述泵空气通道的入口端流体连通的第二端。

6. 根据方案3所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述柔性管道的第二端连接至入口止回阀。

7. 根据方案5所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述调节器装置具有过滤器。

8. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通道的长度大约与所述轮胎印迹的长度相同。

9. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通道的角在约10英寸至约15度的范围中。

10. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通道在横截面上基本上是椭圆形的。

11. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通道放置在所述侧壁中。

12. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通道放置在轮胎胎圈区域和在轮胎胎面区域径向向内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，出口止回阀位于所述空气通道的出口和所述轮胎腔之间。

附图说明

将通过示例并参照附图来描述本发明，其中：

图1是轮胎和轮辋组件的等距视图，其显示泵和入口调节器阀组件。

图2是从图1的轮胎内部所示的泵和入口调节器阀组件的前视图。

图3是图2的入口调节器阀组件的分解图。

图4是从下面所观察的图3的入口调节器阀组件的分解图。

图5是图2沿着方向5-5的截面图，其显示在泵送期间操作中的入口调节器阀组件。

图6显示当入口调节器阀关闭时所示的图5的系统。

图7显示当入口止回阀关闭时所示的图5的系统。

图8是显示在泵送期间操作中的入口调节器阀组件的替代实施例的截面图。

图9显示当入口调节器阀关闭时所示的图8的系统。

图10显示当入口止回阀关闭时所示的图8的系统。

图11显示在轮胎旋转期间的系统。

图12是出口阀的分解图。

图13A、B、C分别显示闭合、打开期间和开启的出口阀。

具体实施方式

参照图1和2，轮胎组件10包括轮胎12、泵组件14和轮胎轮辋16。轮胎和轮辋包围轮胎腔40。如在图1-2中所示，泵组件14优选安装在轮胎的侧壁区15中，优选接近胎圈区域。

泵组件14。

泵组件14包括空气通道43，其可在硫化或模制或成型后固化期间被模制在轮胎的侧壁中。空气通道具有弧长L，其中该弧长由角Ψ所测量，角Ψ从轮胎的旋转中心测量。在第一实施例中，角Ψ可以在一定范围，并且优选在约15-50度的范围内，或可选地足以延伸轮胎印迹Z的长度的角长度，如在图11中所示。泵空气通道43由插入的管体或在轮胎壁中形成的通道组成。例如，该管可以通过可移除条的存在而在轮胎中被模制成希望的形状，当可移除条被移除时形成通道。如果通道43是插入的管体，其应该由弹性的、柔性的材料形成，例如塑料、弹性体或橡胶化合物，并且能够在管受到外力作用时形变成局部扁平状态或完全扁平状态时，并且在此力移除时恢复至原始状态时经受反复的形变循环。该管具有的直径足以操作地使用于本文所述目的的足够体积的空气通过，并且允许管放置在轮胎组件内的可操作位置，如将描述的。优选地，管或空气通道具有圆形横截面形状，但是例如椭圆形的其它形状也可被使用。优选地，空气通道位于轮胎侧壁内侧。

泵通道43具有连接至可选的入口止回阀100的入口端42，和连接至出口止回阀200的出口端44。入口止回阀100与入口控制阀300流体连通。

入口控制阀300。

入口控制阀300在图3-7中示出。入口控制阀300用于调节至泵14的空气流。如果轮胎由入口控制阀确定为需要额外的空气，则入口控制阀将允许空气进入系统。入口控制阀300具有T形阀壳体310。在T形壳体的上端312处有内部室320。内部室具有中心开口314。与中心开口314相对的是出口端口330。出口端口从底表面313上升并且延伸进入室320的内部。出口端口330放置成接合压力膜550。压力膜550放置在凹陷狭槽340内，该凹陷狭槽形成在内部室320的侧壁315中。压力膜是由柔性材料制成的盘形构件，该材料例如但不限于橡胶、弹性体、塑料或硅胶。压力膜可操作以打开或关闭出口端口330。压力膜的外表面551通过中心开口314以及通过帽孔370与轮胎室40的压力流体连通。压力膜的下表面553与从入口控制阀的远端380供给的入口空气流体连通，如在下面更详细描述的。由此在压力膜的每侧上的压力平衡致动压力膜来打开和关闭出口端口330。帽360被接收在阀壳体310的上端312之上。帽具有内螺纹表面362，其被固定至阀壳体的上端的外螺纹表面311。帽360具有与中心开口312对齐的开口370，使得压力膜与轮胎腔40流体流通。可选的垫圈363被接收在压力膜和帽之间。

入口控制阀壳体的远端380具有接收在插入套筒384中的外螺纹表面382。插入套筒优选在轮胎后固化中被插入轮胎或者如图5所示地可以被模制在轮胎中。优选地插入套筒384永久地固定在轮胎侧壁15中。插入套筒384的第一开口386优选地与轮胎外侧壁15齐平。

入口控制阀壳体的远端380具有用于接收过滤器392的内部腔390。过滤器帽394具有螺纹端395，其被接收在内部腔390的开口391中。如图1所示，过滤器帽394放置在轮胎的外侧表面上，典型地在轮胎侧壁上。过滤器帽被接收在开口391中并且具有用于允许空气流动进入过滤器392的多个孔396。外部空气进入孔396然后行进经过过滤器392。如图5中所示，过滤后的空气离开过滤器392进入从内部腔390延伸至内部室320的内部通道393。

如果轮胎压力低于目标压力，压力膜550将不会阻塞内部室320的中心开口330。来自第一内部通道393的过滤后的空气可流经中心开口330然后进入出口通道397，该出口通道具有与柔性管道的内部通道406流体连通的出口399。

入口控制阀的第二实施例700在图8-10中示出。第二实施例700与第一实施例300之间的主要差异在于由膜塞住的通道。在第一实施例中，由膜塞住的通道与泵流体连通。在第二实施例中，由膜塞住的通道是从过滤器出来的。除了下列的差异，入口控制阀700与上述的入口控制阀300相同。内部通道393和出口通道397已被省去。T形调节器壳体310具有中心通道710，该中心通道具有向内部室720开放的第一端712。放置在内部室720中的压力膜可被放置在开口712之上。过滤器392放置在通道710中并且使用过滤器帽394固定在通道710内。入口控制阀700进一步包括出口通道730，该出口通道具有向内部室720开放的第一端732，和与柔性管道400的第一端420流体连通的第二端734。通道730在形状上可以是环形的。环形槽口736围绕出口通道734的第二端734。

柔性管道400。

柔性管道400具有延伸至两个相对的法兰连接端410、412的内部通道406。内部通道406对于从入口压力调节器至入口止回阀100或在两个或更多个装置之间传送流体是有用的。每个法兰连接端410、412是圆形的，用于分别围绕入口控制阀300的本体和入口止回阀的本体的接收。每个法兰连接端410、412分别具有穿过其中的孔414、416。内部通道406具有终止在第一法兰连接端410中的第一端420，和终止在第二法兰连接端412中的第二端422。第一法兰连接端410围绕入口控制阀300的T形壳体被接收。第二法兰连接端412围绕入口止回阀100的壳体被接收。柔性管道400可与入口控制阀壳体整体成型，或者是连接至中心壳体310的分立部件。

入口止回阀100。

与入口控制阀300连通的入口止回阀100在图3-7中示出。入口止回阀100包括插入套筒102，其被插入内表面上的轮胎中，典型地在内部侧壁上，如图5所示。插入套筒102具有内部螺纹孔104。插入套筒102可被模制在轮胎12中或者在插入后固化。插入套筒安装在轮胎区中，使得内部孔104与泵通道43的入口端42流体连通。阀本体110具有被接收在插入件102内的外螺纹表面112。阀本体110具有带有第一开口118的中心通道115，当插入轮胎时，第一开口118与插入套筒孔104和泵通道43的入口端42流体连通。中心通道115在阀本体110的头部122附近具有两个相对孔120。头部122具有六角头孔124（或者任何螺钉起子槽形状）用于接收方孔螺钉头用扳手，其对于将阀本体110紧固在套筒102内是有用的。中心通道115进一步包括保持器槽130以用于接收柔性塞140。柔性塞140优选由弹性材料制成，例如橡胶、硅胶或弹性体。柔性塞140具有盘形下端142和从下端142延伸的两个相对腿部144。每个腿部144具有包头150（shoe），该包头具有弯曲的扩大形状并且由弹性材料制成。如所示的，包头是半圆形，但是其它形状对于本发明也将起作用。虽然柔性塞140被示出为带有两个腿部144，但是塞能够具有在其上带有包头的单个腿部144，并且包头能够是带有孔的环形的，其允许空气通过其中。

柔性塞的盘形下端142位于阀本体远端上并且腿部144延伸进入通道115。每个包头150被接收在环形保持器槽130中。如图7所示，盘形下端142放置成密封中心通道115的开口118。

图7-8显示安装和操作的调节器止回阀100。图8显示流动从入口控制阀300经过止回阀100并且进入泵入口42。当流动方向是朝向泵43时，柔性塞140的盘形下端142不密封中心通道115。图7显示柔性塞140的盘形下端142密封通道150，使得没有流动以相反的方向从泵行进至入口控制阀300。

泵出口止回阀。

如上所述，泵的第一端42与入口控制阀300和止回阀100流体连通。泵的第二端44被连接至泵出口阀200。泵出口阀在图12、图13A-C中示出。泵出口阀200包括插入套筒202，其被插入在内部表面上的轮胎中，典型地在内侧壁上。插入套筒202具有内部螺纹孔204。插入套筒202可被模制在轮胎12中或在插入后固化。插入件被安装在轮胎区中，使得内部孔204与泵出口端44流体连通。阀本体210具有被接收在插入件202内的外螺纹表面212。阀本体210具有带有第一开口218的中心通道215，当插入轮胎中时，该第一开口218与插入套筒孔204和泵通道43的出口端44流体连通。中心通道215具有与轮胎腔流体连通的出口端217。阀本体具有带有六角头孔224（或任何螺钉起子槽形状）的头部222用于接收方孔螺钉头用扳手，其对于将阀本体210紧固在套筒202内是有用的。中心通道115进一步包括保持器槽230以用于接收柔性塞240。柔性塞240优选由弹性材料制成，例如橡胶、硅胶或弹性体。柔性塞240具有盘形下端242和从下端242延伸的两个相对腿部244。每个腿部244具有包头250，其具有弯曲的扩大形状并且由弹性材料制成。如所示的，包头是半圆形的，但是其它形状对于本发明也将起作用。虽然柔性塞240被示出为带有两个腿部244，但是塞能够具有在其上带有包头的单个腿部244，并且包括能够是带有孔的环形的，其允许空气通过其中。

柔性塞被安装在中心通道内部，使得柔性塞的每个包头250被接收在环形保持器槽230中，并且盘形下端242放置成打开和关闭泵端部44。

图13A-C显示安装和操作的泵出口阀200。图13C显示在打开位置中的泵出口阀200。当流动方向是朝向泵出口阀200时，柔性塞240的盘形下端242不密封泵出口44。流动行进经过中心通道215，围绕和通过腿部244并且离开通道出口217至轮胎腔。图13A显示柔性塞140的盘形下端142密封泵端部44，使得流动被阻止流至腔。这发生在泵没有泵送时。图13B显示当泵开始泵送时，柔性塞140的盘形下端142通过压力被打开。

系统操作。

如从图5将意识到的，入口控制阀300与泵通道43的入口端42流体连通。当轮胎旋转时，印迹靠着地面形成。压缩力F从印迹被引导至轮胎中并且作用来使泵通道43扁平。泵通道43的扁平化促使泵送的空气朝向泵出口装置200。如在图10中所示的，被朝向入口控制阀300引导的任何回流通过调节器止回阀100被阻止进入调节器。如图13C中所示的，由于在泵出口44处压力的增加，压力使盘242从泵出口44的开口脱离，其允许泵送的空气离开泵出口装置经过通道215进入轮胎腔40。

入口控制阀300控制外部空气流入泵中。如果轮胎压力较低，则在入口控制阀300中的膜550响应于轮胎腔40中的轮胎压力。如果腔压力下降到低于预设阈值，则膜将从中心出口端口330脱离，允许外部过滤后的空气从通道393进入中心室320。外部空气然后将进入第一柔性管道400。该流然后离开第一柔性管道并且进入入口止回阀100，并且然后进入泵入口42。当轮胎旋转时，在泵中的空气流然后通过泵被压缩并且然后离开泵出口阀200进入轮胎腔。泵将以每次轮胎旋转泵送空气。当泵系统不在印迹中时，泵通道43填充空气。

如果轮胎压力是足够的，调节器装置将阻止流进入泵入口。压力膜响应于腔轮胎压力并且接合中心端口330，形成阻止空气流动流经调节器装置的密封。压力膜材料特性被调节来具有希望的轮胎压力设定。

泵组件在轮胎中的定位将从图1和图2中理解到。在一个实施例中，泵空气通道43定位在轮胎侧壁内侧，从轮胎印迹径向地向内，并且因此放置成通过从轮胎印迹所引导的力而被压扁，如上所述。虽然空气通道43的定位明确显示在轮胎的侧壁区内侧接近胎圈区域处，但是不限于此，并且可被定位在轮胎经历循环压缩的任何区域。空气通道43的横截面形状可以是椭圆形的或圆形的。

如上所述，泵通道的长度L可以大约是轮胎的印迹长度Z的尺寸。然而，本发明并不限于此，并且可根据需要是更短或更长的。例如，泵长度可以是任何希望的长度，例如10度或更大。随着泵的长度增加，泵通道将需要像蠕动泵一样充分地打开或关闭。

泵组件14也可以与常规构造的辅助轮胎压力监控系统（TPMS）（未示出）一起使用，其用作系统故障检测器。TPMS可用于检测轮胎组件的自充气系统中的任何故障并且向使用者警告此类状况。

根据本文中所提供的本发明的描述，本发明中的变型是可能的。虽然某些代表性的实施例和细节已经被示出用于说明本主题发明的目的，但是对于本领域技术人员而言将显而易见的是可以在本发明中进行多种改变和修改而不脱离本主题发明的范围。因此，应理解的是可在所描述的特定实施例中进行改变，其将落入由随之所附的权利要求所限定的本发明的全部预计范围内。

Claims (10)

1.一种自充气轮胎组件，其特征在于，其包括：

轮胎，其被安装至轮辋，所述轮胎具有轮胎腔、分别从第一和第二轮胎胎圈区域延伸至轮胎胎面区域的第一和第二侧壁；

空气通道，其具有入口端和出口端，所述空气通道由柔性材料构成，其操作以当轮胎旋转时打开或关闭；

调节器装置，所述调节器装置包括调节器本体，其中所述调节器本体具有内部室；压力膜，其被安装在内部室中并且放置成打开和关闭安装在室内的出口端口，其中所述压力膜与轮胎腔压力流体连通；其中所述调节器装置的出口端口与所述空气通道的入口端流体连通；

所述内部室与外部空气源流体连通；

其中空气通道出口端与轮胎腔流体连通。

2.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述调节器本体具有远端，并且具有与外部空气流体连通的内部通道。

3.根据权利要求2所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述内部通道与所述内部室流体连通。

4.根据权利要求3所述的自充气轮胎组件，其特征在于，过滤器被接收在所述内部通道中。

5.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，柔性管道具有内部通道，并且具有与所述入口调节器的出口端口流体连通的第一端，以及与所述泵空气通道的入口端流体连通的第二端。

6.根据权利要求3所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述柔性管道的第二端连接至入口止回阀。

7.根据权利要求5所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述调节器装置具有过滤器。

8.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通道的长度大约与所述轮胎印迹的长度相同。

9.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通道的角在约10英寸至约15度的范围中。

10.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通道在横截面上基本上是椭圆形的。