CN108215680A - 用于空气维持轮胎的入口控制阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适于与轮胎和泵组件一起使用的入口控制阀，所述入口控制阀控制从所述泵到所述轮胎中的空气流动。所述入口控制阀包括可选的双向结构。响应于轮胎相对于地面的旋转方向，通路交替操作以便将环境中的非加压空气输送至空气泵送管。
Description
技术领域
本发明一般涉及轮胎的阀，并且更具体地涉及一种用于空气维持轮胎的入口控制阀。
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。轮胎的自然状态是充气不足。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、轮胎寿命和降低的交通工具制动和操纵性能。已经提出了轮胎压力监测系统，以便当轮胎压力明显低时警告驾驶员。然而，这些系统仍依赖于驾驶员在被警告时采取补救动作以便将轮胎重新充气至推荐压力。因此，希望的是在轮胎内加入空气维持结构，从而使得在不需要驾驶员介入的情况下轮胎将自动维持轮胎空气压力以便补偿随着时间推移的任何轮胎压力下降。
发明内容
根据本发明的方面，入口控制阀组件安装到轮胎阀杆上并且可操作地控制从外部加压空气源或者安装在车轮或轮胎上的加压空气源通过轮胎阀杆的加压空气流。安装在轮胎上的加压空气源可以是优选地构建在轮胎侧壁中的蠕动泵。安装在车轮上的加压空气源可以包括安装在车轮上的泵。控制阀组件可选地包括双向结构，从而在使用蠕动泵时，轮胎可以在任一方向上旋转并且将空气泵送至阀杆中。
本发明包括以下方案：
方案1.一种用于在泵的操作期间控制轮胎腔体的压力的控制阀，所述泵具有泵入口和泵出口，所述轮胎包括轮胎腔体和具有远端的阀杆，其特征在于，所述控制阀包括：
阀体，所述阀体具有泵入口腔室、泵出口腔室和控制腔室，其中，第一止回阀位于所述泵入口腔室中以使得所述第一止回阀定位在空气入口和泵入口端口之间，所述阀体进一步包括位于所述泵出口腔室中的第二止回阀，所述第二止回阀位于泵出口端口与主压力腔室之间，所述阀体进一步包括位于所述控制腔室中的入口控制阀，所述入口控制阀具有与外部空气流体连通的入口端，与所述泵入口腔室流体连通的出口端，以及与主压力腔室流体连通的致动端；以及
其中，所述主压力腔室与所述泵出口腔室以及所述轮胎阀杆的所述远端流体连通。
方案2. 根据方案1所述的控制阀，其特征在于，所述泵入口端口和泵出口端口分别能够连接至所述泵入口和泵出口。
方案3. 根据方案1所述的控制阀，其特征在于，所述阀体被成形为类似杯体。
方案4. 根据方案1所述的控制阀，其特征在于，帽容纳在所述阀体的第一端上。
方案5. 根据方案1所述的控制阀，其特征在于，所述阀体进一步包括具有爪部的帽，所述爪部与所述阀体的外缘卡锁从而形成卡扣配合。
方案6. 根据方案1所述的控制阀，其特征在于，所述阀体被注塑成型。
方案7. 根据方案1所述的控制阀，其特征在于，所述泵入口腔室具有位于所述泵入口端口和所述主压力腔室之间的第三止回阀。
方案8. 根据方案1所述的控制阀，其特征在于，所述泵出口腔室具有位于所述泵出口端口和入口孔之间的第四止回阀。
方案9. 根据方案1所述的控制阀，其特征在于，所述主压力腔室与设置在所述阀体的外端处的手动填充组件流体连通。
方案10. 根据方案1所述的控制阀，其特征在于，所述控制阀具有与所述主压力腔室流体连通的内部通路，其中，所述内部通路被构造用于安装在所述轮胎阀杆的所述远端上。
方案11. 一种用于在泵的操作期间控制轮胎腔体的压力的控制阀，所述泵具有泵入口和泵出口，所述轮胎包括轮胎腔体和具有远端的阀杆，其特征在于，所述控制阀包括：
阀体，所述阀体具有泵入口腔室、泵出口腔室和控制腔室，其中，第一止回阀模块位于所述泵入口腔室中，所述第一止回阀模块具有第一流动路径和安装在其中的第一止回阀；
所述阀体进一步包括位于所述泵出口腔室中的第二止回阀模块，所述第二止回阀模块具有第二流动路径和安装在其中的第二止回阀；
所述阀体进一步包括位于所述控制腔室中的入口控制阀，所述入口控制阀具有与所述主压力腔室和所述泵入口流体连通的出口端，以及与大气流体连通的入口端；以及
其中，所述主压力腔室与所述泵出口腔室以及所述轮胎阀杆的所述远端流体连通。
方案12. 一种用于在泵的操作期间控制轮胎腔体的压力的控制阀，所述轮胎包括轮胎腔体和具有远端的阀杆，其特征在于，所述控制阀包括：
阀体，所述阀体具有泵入口端口、泵出口端口和主压力腔室；
其中，第一止回阀位于空气入口孔和所述泵入口端口之间；
其中，第二止回阀位于泵出口端口和主压力腔室之间，所述阀体进一步包括具有第一出口端的入口控制阀，其中，隔膜位于所述第一出口端中并且与主压力腔室流体连通；所述阀体进一步包括与所述泵入口流体连通的第二出口，以及与大气流体连通的入口端；以及
其中，所述主压力腔室与所述泵出口端口和所述轮胎阀杆流体连通。
方案13. 根据方案12所述的控制阀，其特征在于，来自所述泵出口的压缩空气被传递至所述阀装置的所述主压力腔室，并且如果所述压缩空气的压力超出所述轮胎阀杆的开启压力，则所述轮胎腔体被充气直到所述主压力腔室的压力超出所述入口控制阀的设定压力。
方案14. 根据方案12所述的控制阀，其特征在于，所述阀体具有入口孔，所述入口孔用于安装到所述轮胎阀杆的所述远端以使得来自所述主压力腔室的流体能够被传递至所述轮胎阀杆。
方案15.一种空气维持轮胎组件，其特征在于，所述空气维持轮胎组件包括：
轮胎，所述轮胎具有轮胎腔体，所述轮胎具有从所述轮胎腔体向外突出的阀杆，所述阀杆具有与所述轮胎腔体连通的内部阀杆空气通路，从而可操作以便将加压空气从所述阀杆空气通路引导至所述腔体中；
泵管，所述泵管具有入口端和出口端并且被构造用于将加压空气泵送至所述轮胎腔体中；
控制阀，所述控制阀包括阀体，所述阀体具有泵入口端口、泵出口端口和主压力腔室；
其中，第一止回阀位于空气入口孔和所述泵入口端口之间，以及第二止回阀位于泵出口端口和所述主压力腔室之间，所述阀体进一步包括位于所述控制腔室中的入口控制阀，所述入口控制阀具有与外部空气流体连通的入口端，与所述泵入口腔室流体连通的出口端，以及与主压力腔室流体连通的致动端；
其中，所述主压力腔室与所述泵入口端口、所述泵出口端口以及所述轮胎阀杆流体连通；以及
其中，来自所述泵出口的压缩空气被传递至所述阀装置的所述主压力腔室，并且如果所述压缩空气的压力超出所述轮胎阀杆的开启压力，则所述轮胎腔体被充气直到所述主压力腔室的压力超出所述入口控制阀的设定压力。
方案16. 根据方案14所述的空气维持轮胎组件，其特征在于，所述泵入口腔室具有位于所述泵入口端口和所述主压力腔室之间的第三止回阀。
方案17. 根据方案14所述的空气维持轮胎组件，其特征在于，所述泵出口腔室具有位于所述泵出口端口和入口孔之间的第四止回阀。
方案18. 根据方案14所述的空气维持轮胎组件，其特征在于，所述组件是双向的。
定义
轮胎的“高宽比”是指其截面高度（SH）与其截面宽度（SW）的比值，该比值乘以100%以用于作为百分比表示。
“不对称胎面”是指具有关于轮胎的中心面或者赤道面EP不对称的胎面花纹的胎面。
“轴向的”和“轴向地”是指平行于轮胎旋转轴线的线或者方向。
“胎圈包布”是围绕轮胎胎圈的外侧放置的窄材料带，用以防止帘线层相对于轮辋磨损和切割，并且在轮辋上分布挠曲。
“周向的”是指垂直于轴向方向沿环形胎面表面的周长延伸的线或者方向。
“鸭阀”是由橡胶或者合成弹性体制成的止回阀，并且被成形为类似鸭嘴。阀的一端在供应管线的出口上拉伸，以使其本身与管线的形状一致。另一端（鸭嘴）保持其自然的扁平形状。当通过鸭嘴从供应管线泵送加压空气时，扁平端打开，以允许加压空气通过。当压力被去除时，鸭嘴端恢复其扁平形状，以防止回流。
“赤道中心面（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”是指在零速度下以及在标准载荷和压力下轮胎胎面与平坦表面的接地面积或者接触区域。
“内侧”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。
“向内的”在方向上表示朝向轮胎腔体。
“侧向的”是指轴向方向。
“侧向边缘”是指在标准载荷和轮胎充气情况下测量的与轴向最外层的胎面接地面积或者印迹相切的线，这些线平行于赤道中心面。
“外侧”是指当轮胎安装在车轮上并且车轮安装在车辆上时离车辆最远的轮胎侧。
“向外的”在方向上表示远离轮胎腔体的方向。
“蠕动”是指通过沿管状通路推动内含物（诸如，空气）的波状收缩所进行的操作。
“径向的”和“径向地”是指沿径向朝向或者远离轮胎的旋转轴线的方向。
附图说明
将通过示例的方式并且参照附图描述本发明，在附图中：
图1A是具有安装在轮胎阀杆上的本发明的控制阀的轮胎的透视图；
图1B是图1A的控制阀的特写视图；
图2是示出有连接至安装在轮胎中的泵的控制阀的轮胎的局部视图（在局部剖视图中示出）；
图3是本发明的控制阀的透视后视图；
图4是示出有组成部分的本发明的控制阀的透视后视图；
图5是本发明的控制阀的分解图；
图6是具有安装在其中的止回阀模块的控制阀的壳体的正视透视图；
图7是在方向7-7上截取的图6的视横截面视图；
图8A是在方向8-8上截取的入口控制阀的横截面视图，其中，所述入口控制阀处于关闭位置，并且图8B图示了打开位置；
图9A是安装在轮胎阀上的控制阀的透视正视图（为了清楚起见省略了轮胎）；
图9B是安装在轮胎阀上的控制阀的透视后视图（为了清楚起见省略了轮胎）；
图9C是安装到轮胎阀上的控制阀的侧横截面视图（为了清楚起见省略了轮胎）；
图9D是示出了手动填充组件和主压力腔室的控制阀的横截面视图；
图10A是示出了从入口到泵入口的空气通路的控制阀的侧横截面视图；
图10B和图10C是示出了从泵出口通过控制阀并且进入轮胎中的空气通路的控制阀的侧横截面视图。
具体实施方式
参照图1，其示出了安装到轮胎10的阀杆80上的本发明的控制阀组件100。轮胎10安装在轮胎轮辋主体12上。如图2所示，轮胎可以包括内部蠕动泵15，该内部蠕动泵15可以安装在轮胎侧壁中。内部蠕动泵15可以优选地是环形的或者是360度泵，从而使泵的入口端与泵组件的出口端相距数英寸。轮胎和轮辋主体围绕轮胎腔体28。轮胎包括用于将空气泵送至轮胎腔体28中的常规阀杆80。如图9C所示，常规阀杆80具有远端84，该远端84具有作用为防止从轮胎腔体28损失空气的止回阀的内部阀芯82（诸如，法式阀芯或者美式阀芯）。轮胎阀杆80具有第二端86，该第二端86位于轮胎腔体中，从而使得可以通过轮胎阀芯84将流体从阀杆的远端84传递到腔体中。
蠕动泵15可以包括模制的环形通路或者插入优选地位于侧壁中的环形通路中的环形空气管。管由弹性的柔性材料形成（诸如，能够承受重复变形循环的塑料或者橡胶化合物）。如此构造使得管可以在轮胎内变形成经受外力的扁平状况，并且在去除这种力时，恢复原始的截面构造。在所示实施例中，在无应力状态下的管的横截面是大体上圆形的，但是必要时可以采用其它替代的管几何结构。该管的直径足以使必要体积的空气可操作地经过，从而足以达到将空气泵送至轮胎腔体28以便将轮胎10维持在优选的充气压力下的目的。
在美国专利第8,113,254号（其全部内容通过引用的方式并入本文）中示出并描述了在轮胎内加入可变形空气管的蠕动原理。在该专利系统中，管被加入在环形轮胎通路内，该环形轮胎通路形成在轮胎内靠近胎圈区域。当轮胎旋转时，轮胎外的空气被允许进入管中并且随着轮胎旋转通过轮胎内的管的逐步挤压而沿空气管被泵送。因此，空气被迫进入出口阀并且从出口阀进入轮胎腔体以便将轮胎腔体内的空气压力维持在期望的压力水平。
如图2中部分地示出，泵15优选地是环形的并且优选地位于靠近胎圈区域22的轮胎侧壁18区域中。然而，在不脱离本发明的情况下，可以想到空气管的其它构造。泵的相对端15a、15b连接至直列式连接器块34。导管40、42分别具有联接至连接器块34的第一端40a、42a，其中，每个第一端连接至泵送管的相应端15a、15b。每个导管40、42的第二端40b、42b连接至控制阀端口44、46。导管40和42表示进入泵15以及离开泵15的空气通道。在泵送模式下，轮胎向前旋转，一个导管将空气输送至泵送管并且另一个导管将由泵送管加压的空气引导至控制阀100。在轮胎的反向旋转方向上，导管40、42在功能上反转。
在图3至图10中示出了控制阀100的第一实施例。如图3所示，控制阀100具有可移除的帽110，该可移除的帽110在外缘表面上具有爪部112，该爪部112卡扣到阀体120的对齐边缘114上。该帽具有用于容纳轮胎阀杆80的远端84的中心孔116。位于帽110下面的是密封垫片118，从而使得在将帽110安装在阀体120上时，控制阀100是气密的。
阀体120优选地是圆形且紧凑的，并且具有用于容纳主压力模块132的中心孔130。如图9D所示，主压力模块132具有容置内部主压力腔室134的第一端133，以及具有位于其中的可选阀芯138（优选地是美式阀芯）的第二端136。第二端136对于连接至外部压力源是有效的以使得用户手动填充系统。图9c图示了位于主压力腔室134中的阀杆80的远端84。主压力模块132具有密封垫片135、137以维持流体密封。来自外部泵源的辅助加压空气可以连接至远端136以通过阀杆80将轮胎腔体28手动充气至期望的压力。
如图6所示，阀体120具有优选地围绕主压力模块132同中心定位的多个腔室142、144、145、146、147、148。腔室142、145和148保持空置并且是可选的流体储存器。腔室144、146优选地分别具有插入其中的止回阀模块150、152。每个止回阀模块150、152具有与入口端150a、152a和出口端150b、152b流体连通的中央通路154、156。优选地，每个通路154、156彼此平行并且是直的而没有弯曲。位于每个中心通路154、156内的是至少一个止回阀155、159。为了使得能够在任何一个旋转方向上对轮胎进行充气的双向结构，优选地存在串联安装在相应模块中的两个止回阀155、157以及158、159。四个止回阀全部被定向在相同的方向上，使得流从入口行进至出口而不反向。止回阀155、157、158、159优选地是鸭嘴式止回阀并且被定向为允许从入口端到出口端的流动，并且防止在从出口到入口的方向上的回流。
如图7所示，每个止回阀模块150、152具有第一和第二密封件164、166。止回阀模块中的一个作用为泵入口腔室，而另一个模块作用为泵出口腔室。如果阀连接至蠕动泵，则轮胎的旋转方向确定哪一个止回阀模块作用为泵入口腔室和泵出口腔室。位于第一和第二密封件164、166之间的是与相应通路154、156流体连通的出口端口168、170。每个出口端口168、170优选地位于第一和第二组止回阀之间，如图7所示。出口端口168与端口46流体连通，而出口端口170与端口44流体连通。
每个止回阀模块150、152的每个出口端150b、152b分别与通路160、162流体连通。通路160、162与主压力腔室134流体连通。主压力腔室134还与轮胎阀杆80的入口端流体连通。
入口控制阀180位于控制阀100的腔室147中。入口控制阀使用进口空气进入泵入口的冷设定充气控制（cold set inflation control）。当轮胎腔体压力大于设定压力时，入口控制阀位于如8A所示的关闭位置。当入口控制阀关闭时，没有空气可以进入泵。当腔体压力小于设定压力时，入口控制阀打开并且允许空气进入泵，如图8B所示。入口控制阀180被容纳在安装于腔室147中的柱形壳体182中。柱形壳体182具有入口184和出口186。出口186与位于帽110与阀体120之间的通道190流体连通。通道190经由止回阀控制模块150、152而将空气流从入口控制阀引导至泵入口。入口过滤器185可以位于入口通路184中或者出口过滤器187可以可选地位于阀出口通路186处。阀壳体进一步包括经由通路190与主压力腔室134流体连通的第二出口通路188。第二出口通路188与隔膜192流体连通。阀致动器200容纳在入口控制阀180的内柱形通路202内。阀致动器200具有第一端204，第一端204被定位成用于与柔性隔膜192接合以便响应于主压力腔室134而打开和关闭第二出口通路188。弹簧210将阀致动器偏压在关闭位置，使得阀致动器的第一端220密封阀出口通路186，因此没有流体可以进入泵。优选地，第一端220具有位于其上的弹性体密封件222。阀壳体优选地具有位于腔室的远端处的可调设定螺丝230。可调设定螺丝230调整弹簧210的压缩力。
系统操作
在图10A至图10C中示出了系统的操作。如图10A和图10B所示，当主压力腔室压力降至设定压力以下时，外部环境空气通过入口通路184被吸入系统。环境空气经过过滤器185并且然后经过第一止回阀模块150的止回阀155。空气通过端口170离开止回阀模块150，通过阀体端口44并且然后进入蠕动泵15a的入口。当轮胎旋转时，空气在蠕动泵中被压缩并且离开泵腔室到达泵出口15b。压缩空气通过端口46进入控制阀。如图10B所示，压缩空气通过端口168行进通过第二止回阀模块152。压缩空气通过止回阀159离开第二止回阀模块并且通过出口152b流出并进入阀体162的通路162，以及进入控制阀100的主压力腔室134。如果主压力腔室的压力大于轮胎阀82的开启压力，则加压空气将通过轮胎的阀杆80进入轮胎腔体。如果主压力腔室的压力小于轮胎阀82的开启压力，则轮胎阀82将保持关闭。当主压力腔室超出入口控制阀的设定压力时，入口控制阀将关闭。该设定压力可以通过调整设定螺丝187来调整。
控制阀能够双向操作，从而在轮胎在相反的方向上旋转时，系统将进行泵送而不用对系统进行任何改变。从泵双向泵送空气是通过双空气流动路径154、156而实现，其中，每个流动路径优选地是直的而没有弯曲。当泵位于轮胎中时，双向结构是有效的，使得在轮胎在任一方向上旋转时，系统将对轮胎腔体进行充气。
然而，双向结构是可选的。系统也可以用于单方向系统，能够取消每个止回阀模块的一个止回阀（即，止回阀157和158）。
本发明的优点在于，控制阀保持使用标准外部泵将空气手动充入轮胎中的功能，同时在系统的操作期间控制阀引导加压空气以便对轮胎腔体进行泵送。控制阀具有紧凑壳体，该紧凑壳体能够安装到轮胎阀杆上以用于通过阀杆将空气从泵泵送至轮胎腔体中。入口控制阀响应于主压力腔室的压力，并且如果主压力腔室压力小于设定压力，则入口控制阀将打开，使得泵能够将空气泵送至轮胎腔体中。如果主压力腔室压力高于设定压力，则入口控制阀将关闭。在不拆卸轮胎的情况下，能够容易地通过对入口控制调节器的螺丝调整来调整设定压力。如果需要的话，过滤器和控制阀整体可以容易地替换。
根据本文中提供的对本发明的描述，本发明的变型例是可能的。虽然为了说明本发明的目的而示出了某些代表性的实施例和细节，但是对于本领域的技术人员来说明显的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以在其中做出各种改变和改进。因此，要理解的是，可以在所描述的特定实施例中做出改变，这些改变将落在如以下所附权利要求书限定出的本发明的完整预期范围内。
Claims (10)
1. 一种用于在泵的操作期间控制轮胎腔体的压力的控制阀，所述泵具有泵入口和泵出口，所述轮胎包括轮胎腔体和具有远端的阀杆，其特征在于，所述控制阀包括：
阀体，所述阀体具有泵入口腔室、泵出口腔室和控制腔室，其中，第一止回阀位于所述泵入口腔室中以使得所述第一止回阀定位在空气入口和泵入口端口之间，所述阀体进一步包括位于所述泵出口腔室中的第二止回阀，所述第二止回阀位于泵出口端口与主压力腔室之间，所述阀体进一步包括位于所述控制腔室中的入口控制阀，所述入口控制阀具有与外部空气流体连通的入口端，与所述泵入口腔室流体连通的出口端，以及与主压力腔室流体连通的致动端；以及
其中，所述主压力腔室与所述泵出口腔室以及所述轮胎阀杆的所述远端流体连通。
2.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述泵入口端口和泵出口端口分别能够连接至所述泵入口和泵出口。
3.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述阀体被成形为类似杯体。
4.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，帽容纳在所述阀体的第一端上。
5.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述阀体进一步包括具有爪部的帽，所述爪部与所述阀体的外缘卡锁从而形成卡扣配合。
6.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述阀体被注塑成型。
7.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述泵入口腔室具有位于所述泵入口端口和所述主压力腔室之间的第三止回阀。
8.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述泵出口腔室具有位于所述泵出口端口和入口孔之间的第四止回阀。
9.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述主压力腔室与设置在所述阀体的外端处的手动填充组件流体连通。
10.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述控制阀具有与所述主压力腔室流体连通的内部通路，其中，所述内部通路被构造用于安装在所述轮胎阀杆的所述远端上。
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