CN104709005A - 带有压力调节器的双向自充气轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带有压力调节器的双向自充气轮胎。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

带有压力调节器的双向自充气轮胎

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。

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；每个均具有入口端和出口端的第一和第二空气通道，每个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；其中每个空气通道出口端与轮胎腔流体连通；调节器装置，其具有调节器本体，该调节器本体具有内部室；压力膜，其被安装在调节器装置上来包围内部室，其中压力膜具有下表面，该下表面放置成打开和关闭安装在内部室中的出口端口，其中压力膜与轮胎腔压力流体连通；其中调节器装置的本体具有第一、第二和第三柔性管道，其中所述第一、第二和第三柔性管道每个均具有内部通道；其中第三柔性管道具有与外部空气流体连通的第一端，和与调节器装置的内部室流体连通的第二端，其中第一柔性管道具有与第一空气通道的入口端流体连通的第一端，和与调节器装置的出口端口流体连通的第二端；其中第二柔性管道具有与第二空气通道的入口端流体连通的第一端，和与调节器装置的出口端口流体连通的第二端。

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关闭，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；

第一和第二空气通道，其每个具有入口端和出口端，每个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，其中每个空气通道出口端与所述轮胎腔流体连通；

调节器装置，其具有带有内部室的调节器本体；压力膜，其被安装在所述调节器装置上以包围所述内部室；

其中所述压力膜具有下表面，所述下表面放置成打开或关闭安装在所述内部室中的出口端口，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本体具有第一、第二和第三柔性管道，其中所述第一、第二和第三柔性管道每个具有内部通道；其中第三柔性管道具有与外部空气流体连通的第一端，以及与所述调节器装置的内部室流体连通的第二端，其中第一柔性管道具有与第一空气通道的入口端流体连通的第一端，以及与所述调节器装置的出口端口流体连通的第二端；其中第二柔性管道具有与第二空气通道的入口端流体连通的第一端，以及与所述调节器装置的出口端口流体连通的第二端。

2. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，弹簧放置在所述内部室中，其中所述弹簧偏置压力膜使其进入打开位置。

3. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述第一空气通道位于所述轮胎的侧壁中。

4. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述第二空气通道位于所述轮胎的侧壁中。

5. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述调节器装置的出口端口连接至第一柔性管道的第二端。

6. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述调节器装置的出口端口连接至第二柔性管道的第二端。

7. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述调节器本体不直接安装在轮胎中。

8. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述入口装置具有过滤器。

9. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通道的横截面基本上是椭圆形的。

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。

11. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，止回阀位于所述第一空气通道的出口与所述轮胎腔之间。

12. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，止回阀位于所述第二空气通道的出口与所述轮胎腔之间。

13. 根据方案1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述调节器装置通过第一和第二对接接头安装至所述轮胎的内部，所述第一和第二对接接头被固定至所述轮胎的内表面。

14. 根据方案12所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述止回阀具有柔性套筒，其放置成用于覆盖所述止回阀的出口端口。

15. 根据方案11所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述止回阀具有柔性套筒，其放置成用于覆盖所述止回阀的出口端口。

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，其显示泵和调节器组件。

图2A是双联泵和调节器组件的示意图。

图2B是图1的轮胎的前视图，其显示操作中的系统。

图3是从图1的轮胎内侧所示的调节器组件的前视图。

图4是调节器组件的分解图。

图5是图4的调节器组件的顶视图。

图6A是图5沿着方向6A-6A的截面图，其显示调节器在操作期间处于关闭位置。

图6B是图5沿着方向6A-6A的截面图，其显示调节器在操作期间处于打开位置。

图7A是图5沿着方向7A-7A的截面图，其显示当轮胎以第一方向旋转时调节器在操作期间处于打开位置。

图7B是图5沿着方向7A-7A的截面图，其显示当轮胎以第一方向旋转并且流动从泵空气通道离开出口阀时，调节器在操作期间处于打开位置。

图8A是图5沿着方向7A-7A的截面图，其显示当轮胎以与第一方向相反的第二方向旋转时调节器在操作期间处于打开位置。

图8B是图5沿着方向7A-7A的截面图，其显示当轮胎以与第一方向相反的第二方向旋转并且流动从泵空气通道的出口阀离开时，调节器在操作期间处于打开位置。

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和3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。

第一和第二泵组件14包括第一和第二空气通道43、44，其可在硫化或成型后固化期间被模制至轮胎的侧壁中。每个通道43、44充当泵的作用。如图2B所示，当第一和第二空气通道43、44被模制至轮胎侧壁中时，以及每个空气通道43、44具有弧长L，该弧长由相应的角Ψ1、Ψ2所测量，角Ψ1、Ψ2从轮胎的旋转中心测量。在第一实施例中，角Ψ1、Ψ2可以在一定范围，并且优选在至少150度的范围内，并且更优选在约150-190度的范围内，以及如所示的约160度。泵空气通道43、44由管本体构成，该管本体由弹性的、柔性材料形成，该材料例如塑料、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扁平状态时，并且在此力移除时恢复至大致圆形横截面的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。管可以是在轮胎制造期间被插入轮胎中的分立管，或者管可以通过可移除条的存在而被模制成形，当可移除条被移除时形成通道。

如图2A所示，入口过滤器组件600连接至调节器组件300以用于提供入口过滤后的空气至调节器组件300。调节器组件通过入口对接接头（banjo fitting）100连接至第一泵通道43的入口端42。第一泵通道具有连接至出口止回阀400的出口端46。调节器组件通过对接接头200连接至第二泵通道44的入口端48。第二泵通道44具有连接至出口止回阀500的出口端52。

调节器装置。

调节器装置300在图3-8中示出。调节器装置300用于调节至空气通道43、44的空气流。调节器装置300具有中心调节器壳体310，其容纳内部室320。内部室320具有中心开口312。与中心开口312相对的是出口端口330。出口端口从底表面313上升并且延伸至室320的内部。出口端口放置成接合压力膜550。

压力膜具有大致平面的上表面551。压力膜具有下表面553，其中塞555从下表面延伸。压力膜进一步具有环形侧壁556，其从上表面向下延伸形成唇部557。唇部557优选为环形的，并且卡入在外部调节器壳体310上形成的环形切口559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。刚性盖700被接收在压力膜之上。盖700在上表面702上具有多个孔703，以允许压力膜的外表面551与轮胎室40的压力流体连通。压力膜的外表面551与轮胎室40的压力流体连通并且与刚性盖600接触。压力膜的下表面553与内部室320流体连通。如图6A所示，塞555放置成关闭出口端口330。弹簧580放置在内部室320中来偏置压力膜550使其处于打开位置。弹簧具有的第一端582围绕塞555被接收。弹簧具有的第二端584围绕出口端口330的外表面被缠绕。可选的第一垫圈586可被接收在弹簧第一端582与压力膜550之间。可选的第二垫圈588可被接收在弹簧第二端和室313的底部之间。盖700由刚性材料制成，并且抵抗弹簧力，由此用于通过压力膜550使弹簧预加载。因而在压力膜的每侧上的压力平衡致动压力膜塞555来打开和关闭出口端口330。

从中心调节器壳体310延伸的是第一、第二和第三柔性管道350、360、370，其放置在中心调节器壳体310的任一侧上。如所示的，每个柔性管道350、360、370可与调节器壳体整体成型，或者是连接至中心调节器壳体310的分立部件。每个柔性管道350、360、370具有用于传送流体的内部通道352、362、372。

如图7A中所示，第一柔性管道350的内部通道352具有连接至出口端口330的第一端354。第一柔性管道350具有圆形法兰连接远端360，其具有用于接收入口对接接头100的本体的孔362。内部通道352具有的出口孔356与入口对接接头100的入口孔104流体连通。圆周沟槽105围绕入口孔104以引导流体从内部通道352通向内部通道102。内部通道102连接至泵通道44的入口48。对接接头100可以由带有内部通道的内解除螺栓或中空螺钉所替代。对接接头100具有被接收在轮胎侧壁中的外螺纹表面106。

如图7A中所示，第二柔性管道360的内部通道362被示出连接至内部室320的出口端口330和第一柔性管道350的内部通道352。内部通道362具有与对接接头200流体连通的出口364。第二柔性管道具有成型在圆形法兰中的远端368。该圆形法兰具有用于接收对接接头200的本体的孔369。对接接头200具有带有入口孔204的内部通道202，该入口孔204接收来自第二柔性管道360的内部通道362的出口孔364的流。内部通道202传送流体至第一泵通道43的入口端42。对接接头200可包括带有内部通道的螺钉，并且具有被接收在轮胎侧壁中的外螺纹表面206。

如在图5和图6A中所示，第三柔性管道370的内部通道372具有第一开口374，该第一开口374连接至入口过滤器组件600的出口端口642。第一柔性管道370的内部通道372具有对调节器300的入口室320开放的第二端376。第三柔性管道具有圆形法兰连接远端378，其具有用于接收入口过滤器组件600的内部孔379。

入口过滤器组件。

入口过滤器组件600在图6A、6B中示出。入口过滤器组件600包括插入套筒612，该套筒是中空的并且具有内部螺纹孔614。插入套筒612的第一端被插入轮胎中，典型地在侧壁15的外表面中。插入套筒612可被插入轮胎后固化或者可被模制至轮胎中。空气通道螺钉620具有被拧入插入套筒的第二端624的外部螺纹本体622。空气通道螺钉620可以是对接螺钉或内解除螺栓。空气通道螺钉620具有与插入套筒612的孔614流体连通的内部通道630。过滤器640被接收在插入套筒612的孔614内，并且也可以位于内部通道630中。内部通道630具有出口端口642，其将过滤后的空气从内部通道630传送至第三柔性管道370的内部通道372的入口374。内部通道372传送过滤后的空气至入口室320。

泵出口止回阀。

泵通道43的出口端46连接至泵出口阀400。泵出口阀在图7A-B中示出。泵出口阀400包括具有安装在轮胎侧壁内的外螺纹表面412的阀本体410。阀本体410具有带有第一开口418的中心通道415，该第一开口418与第一泵通道43出口端46流体连通。中心通道415具有将流体传送至轮胎腔40的出口端417。出口端417由柔性套筒419所覆盖。如图7b所示的，柔性构件419打开以允许气流离开泵并且进入轮胎腔40。在图7A中所示的柔性构件是关闭的，并且阻止空气流从轮胎腔进入泵通道43。

如在图8A、8B中所示，第二泵通道44的出口端52也连接至泵出口阀500。泵出口阀500包括具有接收在轮胎的侧壁内的外螺纹表面512的阀本体510。阀本体510具有带有第一开口518的中心通道515，该第一开口518与泵通道44出口端52流体连通。中心通道515具有由柔性构件519所覆盖的出口端517。如图8b所示，柔性套筒519打开以允许气流离开泵并且进入轮胎腔40。在图8A中所示的柔性构件是关闭的，并且阻止空气流从轮胎腔回到泵通道44中。

系统操作。

图1-2显示第一和第二泵组件43、44。系统是双向的，使得对于给定的轮胎方向仅一个泵组件将泵送。因此如果如从图2B所观察的轮胎以顺时针方向旋转，泵空气通道44将泵送空气进入轮胎。当轮胎以逆时针方向旋转时，泵空气通道43将泵送空气进入轮胎。如图2A和2B中所示，调节器装置300与每个泵通道43、44的每个入口端42、48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、44扁平。泵通道43、44的扁平化促使压缩的空气朝向各自的泵出口装置400、500。由于在泵出口46、52处的压力增加，该压力从泵出口阀的开口417、517打开套筒419、519，其允许泵送的空气离开进入轮胎腔40。

调节器装置300控制外部空气流入泵。如图6A所示，如果轮胎压力在预设阈值以上，则压力膜的塞555密封中心出口端口330并且没有空气进入泵通道。压力预设阈值能够基于轮胎尺寸和压力膜的材料性质、弹簧预加载而被确定，并且弹簧常数能够被选择来确定预设阈值时的压力。如图6B所示，如果轮胎压力下降至低于预设阈值，则膜550的塞555将从中心出口端口330脱离，打开出口端口330。由于中心出口端口330的打开而随着室压力320下降时，外部空气将被抽吸经过过滤器组件600至内部室320。如果轮胎以如图8A和8B所示的顺时针方向旋转，则过滤后的空气离开内部室经过出口端口330，并且进入第一柔性管道360。如图8A中所示，然后过滤后的空气经过对接接头100进入泵入口48。如图8B中所示，然后该流被压缩通过泵通道44，并且然后离开泵出口阀400进入轮胎腔40。泵将随着每次轮胎旋转泵送空气。当泵系统不在印迹中时，泵通道44填充空气。

如图7A和图7B中所示的，如果轮胎以逆时针方向旋转，则过滤后的空气经过出口端口330离开内部室320，并且进入第二柔性管道360，然后经过对接接头200，并且然后进入泵入口42。然后该流被压缩通过泵通道43，并且然后离开泵出口阀400进入轮胎腔40。泵将随着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。

泵组件在轮胎中的定位将从图1、2A和3中理解到。在一个实施例中，泵组件14被放置在轮胎侧壁中，在轮辋法兰表面径向向外。如此放置，空气通道43、44从轮胎印迹径向向内，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、44的定位明确显示在轮胎的接近胎圈区域的区域中，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、44的横截面形状可以是椭圆形的或圆形的或任何希望的形状。

由每个泵通道的角Ψ所表现的长度显示为约160度，本发明不限于此，并且可以根据需要是更短的或更长的。

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；

第一和第二空气通道，其每个具有入口端和出口端，每个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，其中每个空气通道出口端与所述轮胎腔流体连通；

调节器装置，其具有带有内部室的调节器本体；压力膜，其被安装在所述调节器装置上以包围所述内部室；

其中所述压力膜具有下表面，所述下表面放置成打开或关闭安装在所述内部室中的出口端口，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本体具有第一、第二和第三柔性管道，其中所述第一、第二和第三柔性管道每个具有内部通道；其中第三柔性管道具有与外部空气流体连通的第一端，以及与所述调节器装置的内部室流体连通的第二端，其中第一柔性管道具有与第一空气通道的入口端流体连通的第一端，以及与所述调节器装置的出口端口流体连通的第二端；其中第二柔性管道具有与第二空气通道的入口端流体连通的第一端，以及与所述调节器装置的出口端口流体连通的第二端。

2.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，弹簧放置在所述内部室中，其中所述弹簧偏置压力膜使其进入打开位置。

3.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述第一空气通道位于所述轮胎的侧壁中。

4.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述第二空气通道位于所述轮胎的侧壁中。

5.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述调节器装置的出口端口连接至第一柔性管道的第二端。

6.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述调节器装置的出口端口连接至第二柔性管道的第二端。

7.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述调节器本体不直接安装在轮胎中。

8.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述入口装置具有过滤器。

9.根据权利要求1所述的自充气轮胎组件，其特征在于，所述空气通道的横截面基本上是椭圆形的。

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。