CN112770921A - 具有可调节最小输送压力的先导操作调节器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于建立出口流体压力的调节器。调节器包括阀本体，该阀本体具有与流体压力出口选择性地流体连通的流体压力入口。先导压力入口形成在阀本体内，并与先导压力源流体连通。阀本体内的阀结构建立随着先导压力的变化而变化的出口流体压力。处于阀本体内的第一可调节结构可以在不考虑先导压力的情况下建立最小出口流体压力阈值。处于阀本体内的第二可调节结构可以建立相对于先导压力偏移的出口流体压力。

Description

具有可调节最小输送压力的先导操作调节器

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年9月25日提交的美国临时专利申请第62/736,088号的权益。

技术领域

所公开的主题整体上涉及响应于先导压力输入的流体压力调节器。所公开的主题具体涉及用于重型车辆的轮胎充气系统，其包括流体压力调节器，该流体压力调节器能够响应于先导压力信号来调节车辆轮胎中的流体压力并且具有可调节最小出口压力。

背景技术

用于诸如卡车、牵引拖车、半拖车、拖车和类似物的重型车辆的轮胎充气系统是已知的。每个这种重型车辆通常包括多个轮胎，这些轮胎需要用空气充气到特定目标压力以获得最佳性能。任何给定的重型车辆上相对大量的轮胎使得难以手动检查并维持每个轮胎中的最佳轮胎压力。车队中的大量重型车辆可能会长时间停留在某个位置，在此期间可能无法检查轮胎压力，这使得这一困难更加复杂。这些重型车辆中的任何一辆都可能会很快投入使用，从而可能导致未经检查和充气不足的轮胎的操作。

与目标压力充气范围内的轮胎相比，轮胎充气不足的重型车辆的操作可能增加轮胎故障的机会。轮胎充气不当可能会对轮胎性能和使用寿命产生不利影响。如果检查轮胎气压发现充气不当，则期望并建议将压力恢复到最佳压力或目标压力。

现有技术的轮胎充气系统接近并维持重型车辆轮胎中的目标压力。现有技术的轮胎充气系统通常通过使用各种不同的部件、布置、阀、导管和/或方法将来自车辆空气供应装置的空气提供给轮胎来使轮胎充气。

一些现有技术的轮胎充气系统可以根据重型车辆的负载/重量来改变重型车辆的轮胎中的气压。这些现有技术的轮胎充气系统可以依靠包括电子处理器在内的电子控制装置来执行相对复杂的算法，以执行估计重型车辆的负载/重量的计算。电子控制装置通常需要使用重型车辆电气系统，并且增加了现有技术的轮胎充气系统的成本和复杂性。

其它现有技术的轮胎充气系统通过使用重型车辆的悬架空气弹簧中的气压作为重型车辆的负载/重量的指示来改变重型车辆的轮胎中的气压。轮胎充气系统可以包括先导操作调节器。先导操作调节器设计成用于根据控制压力或先导压力来改变输送到轮胎的输出压力。大多数先导操作调节器在先导压力和输出压力之间具有一对一的关系。即，先导操作调节器的输出压力与控制先导压力相同。除了一对一的关系之外，有些先导操作调节器可以具有输出压力与先导压力之比。

尽管对于它们的预期用途是令人满意的，但是现有技术的轮胎充气系统具有局限性、缺陷和缺点。已知系统的电子控制器、众多部件、布置、阀和导管不合需要地昂贵、复杂、难以安装和配置并且潜在地是不可靠的。通过气动控制在重型车辆的轮胎中建立气压可能使用复杂的导管和多个控制阀。

发明内容

期望提供一种改进的轮胎充气系统，其具有基于重型车辆负载的目标充气压力的自动且连续的调节，而无需使用电子部件。所公开的主题的用于重型车辆的改进的轮胎充气系统满足了这些需求并且克服了现有技术的轮胎充气系统的局限性、缺陷和缺点。具体地，所公开的主题的基于负载的轮胎充气系统连续地监测车辆轮胎中的流体压力，并响应于先导压力，通常根据气动悬架系统压力，利用调节器来调节充气压力。所公开的主题的基于负载的轮胎充气系统具有可调节最小出口压力特征和可调节偏移压力特征。

所公开的主题的先导操作调节器还可具有非轮胎充气系统应用，例如工业或工厂自动化应用。这种非轮胎充气系统的应用可能要求不允许操作压力下降到最小阈值以下。当应用要求的工作压力与先导压力不同时，压力偏移特征也可能是有用的功能。最小阈值和压力偏移特征两者都包含在单个公共阀本体内，并且将控制力施加到所公开主题的相同单个先导操作调节器阀结构。所公开的主题的先导操作调节器具有所有这些期望的特征。

提供概述以介绍所公开主题的概念。该概述并非旨在标识所公开主题的关键因素或必要特征。该概述也不旨在限制所公开主题的范围。

所公开的主题是用于自动地且连续地建立出口流体压力的改进的先导操作调节器。所公开的主题的先导操作调节器包括阀本体，该阀本体具有通过新颖的阀结构与流体压力出口选择性地调节流体连通的流体压力入口。阀本体还具有与先导压力源流体连通的先导压力入口。阀结构建立随着先导压力的变化而变化的出口流体压力。与阀本体相关联的可调节结构有利地建立最小出口流体压力阈值，而与先导压力无关。

调节器还包括另一可调节结构，以建立相对于先导压力偏移的出口流体压力。可调节结构可以同轴地布置在阀本体内。可调节偏移结构也可以与阀结构的运动方向同轴地布置，以可调节地设定相对于先导压力更高或更低的出口压力。可调节偏移结构包括由弹性结构分开的活塞和先导膜片，以限定与先导压力源流体连通的先导腔室。由弹性结构施加的力建立了相对于先导压力偏移的出口流体压力。

弹性机构作用在活塞上以定位先导膜片，从而在不考虑先导压力的情况下建立最小出口流体压力阈值。与先导膜片间隔开并与先导膜片互连的调节器膜片将调节器膜片定位成影响调节器阀结构的状态或状况。用于设定最小阈值压力的可调节结构可以与调节器阀结构的运动方向同轴地布置。

所公开的主题的先导操作调节器特别适合用于重型车辆的基于负载的轮胎充气系统。重型车辆具有空气弹簧悬架系统，其中空气弹簧悬架系统中的流体压力随着重型车辆的重量而变化。流体压力源是空气弹簧悬架系统中的流体压力，因此，传递到轮胎充气系统的压力随着重型车辆的负载的变化而变化。改进的先导操作调节器也可用于期望将操作压力保持在最小阈值或以上的工业机械、工厂设备或自动化应用中。单个改进的先导操作调节器可以在轮胎充气系统中以及可能在其它应用中替换多个部件，例如阀和导管。所公开的主题的先导操作调节器仅是机械的，而没有电气部件。

附图说明

以下描述和附图阐述了所公开的主题的某些说明性方面和实施方式。这些附图仅表示可以采用一个或多个方面或实施方式的各种方式中的一些。通过阅读以下参考附图的描述，所公开主题的其它特征将变得显而易见，其中：

图1是根据所公开的主题的一个方面的基于负载的轮胎充气系统的局部示意性正视图，其中部分剖开和截取，该基于负载的轮胎充气系统包括先导操作调节器；

图2是图1所示的基于负载的轮胎充气系统中的先导操作调节器的示例性实施方式的示意图；

图3是先导操作调节器的放大横截面侧视图，示出了功能部件；以及

图4-10是在各种示例性操作条件下的类似于图3的先导操作调节器的横截面正视图。

在整个附图和说明书中，相似的附图标记指代相似的部分。

具体实施方式

为了示例性目的，阐述了细节以便提供对所公开主题的理解。然而，应当理解的是，在没有这些具体细节的情况下，也可以实践和实现所公开的主题。

图1中示出了根据所公开的主题的一个方面构造的基于负载的轮胎充气系统20，该系统结合了改进的先导操作调节器22。改进的先导操作调节器22可以在最小阈值压力下提供出口流体流。基于负载的轮胎充气系统20可以在重型车辆(未示出)上使用。改进的先导操作调节器22也可以用于期望将输送压力维持在最小阈值压力或以上的工业机械、工厂设备或自动化应用中。改进的先导操作调节器22可以替换先前执行与公开的主题的单个改进的先导操作调节器相同的功能所需的若干部件，例如阀和导管。

改进的先导操作调节器22与诸如压力空气之类的流体压力源24流体连通。流体压力源还与空气悬架系统的空气弹簧26选择性地流体连通。空气弹簧26中的流体压力与其中使用轮胎充气系统20的重型车辆的负载或重量成比例并直接表示该负载或重量。为了方便起见，应参考一个悬架结构或空气弹簧26、轮胎和车轮组件40以及轮轴60，但要理解的是，这种参考可以包括并且等同地适用于不止一个空气弹簧、不止一个轮胎和车轮组件以及不止一个轮轴。还应当理解，术语“空气弹簧”的使用可以包括相关的悬架系统结构、导管、传感器和其它设备。

公开的主题的改进的先导操作调节器22建立了随着先导压力PP的变化而变化的出口流体压力PO(图2-3)。改进的先导操作调节器22包括可调节结构，以便与先导压力PP无关地在最小压力阈值下建立出口流体压力PO。改进的先导操作调节器22还包括可调节结构，以建立相对于先导压力PP偏移的出口流体压力PO。

基于负载的轮胎充气系统20被设计为连续地监测重型车辆的负载，并且以空气弹簧26中的流体压力为特征、根据重型车辆的负载或总重量自动地且连续地调节重型车辆的轮胎和车轮组件40中的流体压力。轮胎和车轮组件40中空气的这种连续和自动的压力调节针对重型车辆的给定负载条件优化了压力。这种类型的连续调节可提高重型车辆的燃油经济性和性能、轮胎的使用寿命，并减少设备的停机时间和维护量。结果，可以期望地降低重型车辆的运行成本。

已知的是，轮胎和车轮组件40可操作地安装到重型车辆的轮轴60的车轮端组件(未示出)，并且相对于轮轴是可旋转的。已知的是，轮胎和车轮组件40包括安装在轮辋或车轮上的轮胎。轮胎和车轮组件40在可延伸穿过轮轴60的供应管线或气动导管42上与流体压力源24选择性地流体连通。在某些情况下，轮轴60本身可以用作气动导管42的至少一部分。流体压力源24和与空气弹簧26连通的流体压力源可以是相同的或不同的。

先导操作调节器22选择性地控制流体压力流向轮胎和车轮组件40。尽管在图1中仅示出了在横向延伸的轮轴60的一侧上的宽基单轮胎系统的一个空气弹簧26以及一个轮胎和车轮组件40，但是所公开的主题等同地应用于在轮轴的任一侧上的双轮胎系统以及具有多轮轴的重型车辆。如果在轮轴60的一端采用双轮胎和车轮组件40，则两个轮胎可以通过在轮胎和车轮组件之间延伸的管线或软管彼此流体连通，或者分别与流体压力源24流体连通。

为了方便起见，在图1中仅示出了单个轮胎和车轮组件40，但是应当理解，基于负载的轮胎充气系统20通常与安装在轮轴60的相对端上的单轮胎或双轮胎一起使用。重型车辆可具有连接到基于负载的轮胎充气系统20的不止一个的轮轴60。

如果重型车辆不运载任何货物或基本上是空的，则空气弹簧26可以具有在最小操作压力处或在最小操作压力附近的相对较低的流体压力。轮胎和车轮组件40的压力将接近最小阈值压力。先导操作调节器22优选地将轮胎和车轮组件40中的压力保持在最小阈值压力或接近最小阈值压力，直到重型车辆中的负载改变为止。当重型车辆被装载时，空气弹簧26通常具有高于最小操作压力的不同的且相对较高的压力。先导操作调节器22响应于空气弹簧26的压力的变化而成比例地、自动地并且连续地改变轮胎和车轮组件40中的压力。轮胎和车轮组件40的压力将接近于装载的重型车辆的最佳压力。

采用公开的主题的先导操作调节器22的基于负载的轮胎充气系统20可以具有多个合适的构造。图2中示意性地示出了先导操作调节器22的一种这样变型，该变型被结合到用于重型车辆的基于负载的轮胎充气系统20中。

基于负载的轮胎充气系统20(图1-2)包括流体压力源24，例如压缩空气或氮气，其可以存储在压力容器或贮存器中或者由压缩机供应。流体压力源24能够通过任何合适的导管系统，例如气动导管部分42A、42B和42C，选择性地与轮胎和车轮组件40流体连通。气动导管部分42A将先导操作调节器22与流体压力源24流体地连接。气动导管部分42A可以包括止回阀43(图2)，以防止进入流体压力源24的任何流动。气动导管部分42B、42C将与轮胎和车轮组件40中的流体压力成比例的气动信号传递到压力操作调节器22。流体压力源24具有足够的体积大小，并且可以保持在比空气弹簧26中的压力高的压力下。流体压力源24的尺寸也可以足够大，并保持在比轮胎和车轮组件40中的压力高的压力下，以向轮胎充气系统20提供足够的压力和体积，以快速填充轮胎和车轮组件。流体压力源24的尺寸优选地确定为也可操作重型车辆的其它部件和系统，例如气动制动器(未示出)和空气弹簧26。

空气悬架的每个悬架结构或空气弹簧26通过导管44与流体压力源24流体连通。导管44中的阀46可控制流体流入和流出空气弹簧26。空气弹簧26位于重型车辆的轮轴60和框架构件62(图1)之间。框架构件62可以是用于重型车辆的任何合适的框架部件，例如主框架、副框架或者可移动或不可移动的滑块，而不会影响所公开主题的整体概念。空气弹簧26根据空气弹簧中的流体压力相对于框架构件62来悬挂和/或定位轮轴60。空气弹簧26中的流体压力随着重型车辆的负载或总重量而变化。尽管为了方便和简单起见在图1-2中仅示出了一个空气弹簧26，但是很明显，可以将多于一个的空气弹簧并入重型车辆的空气悬架中，并且可以由基于负载的轮胎充气系统20监测和控制每个空气弹簧。

空气弹簧26可以在使用和操作期间吸收作用在重型车辆上的力。通常期望空气弹簧26是相对刚性的，以便抵抗侧倾力并为重型车辆提供侧倾稳定性。还期望空气弹簧26是相对柔性的，以帮助缓冲重型车辆免受冲击并有助于对路面的顺应性。因此，每个空气弹簧26中的流体压力可以变化以便为重型车辆提供期望的行驶、操纵和其它性能特征。

流体导管或先导压力信号路径部分80A、80B(图2，在图1中统称为80)可用于将空气弹簧26的流体压力作为先导压力PP直接传递到先导操作调节器22通过先导压力信号路径80传递的流体先导压力PP是气动的，表示空气弹簧26中的流体压力。

基于负载的轮胎充气系统20可以包括阻气门82(图2)，该阻气门流体地连接到一个或多个空气弹簧26，并且位于先导压力信号路径80A中。阻气门82提供与空气弹簧26的流体连接，使得空气弹簧中的气压可以被传递到先导操作调节器22，而不会从空气弹簧中排出大量的空气压力。诸如控制容积84之类的容积结构可以流体地连接在空气弹簧26的下游，该容积结构可以是辅助或补充贮存器、压力容器或导管。控制容积84可以提供消除压力尖峰和下降的容积，并且因此调整空气弹簧26提供给先导操作调节器22的先导压力信号。先导压力信号路径部分80A将空气弹簧26与控制容积84流体地连接。先导压力信号路径部分80B将控制容积84流体地连接到先导操作调节器22。

先导操作调节器22根据由先导压力PP表示的空气弹簧26中的流体压力来连续地调节轮胎和车轮组件40中的流体压力。连续监测的空气弹簧26中的流体压力与重型车辆的重量或重型车辆所承载的负载成正比，并表示重型车辆的重量或重型车辆所承载的负载，使得先导操作调节器22不必计算或估计重量或负载。可以想到，先导操作调节器22可替代地用于检测悬架结构(例如提升轮轴/悬架系统中的提升气囊)中的基于负载的流体压力或者来自行驶高度控制阀的基于负载的输入或类似物，作为先导压力PP输入。

先导操作调节器22包括内部结构，以设定和维持最小阈值出口压力。该最小阈值出口压力可调节至期望的压力水平，从而维持用于轮胎和车轮组件40的最小阈值压力。该最小阈值压力通常可以在约62psi至约85psi的范围内。因此，先导操作调节器22使基于负载的轮胎充气系统20能够维持用于轮胎和车轮组件40的期望的最小操作压力。

监测重型车辆的负载可以通过与一个或多个空气弹簧26、行驶高度控制阀或者指示重型车辆的总负载或重量的任何气动系统进行流体连通来实现。为了示例性目的，与至少一个空气弹簧26的流体连接将先导压力PP信号提供给先导操作调节器22。术语“负载”旨在表示在各种操作状况或条件下重型车辆的总重量。例如，负载是指空载或不运载货物时重型车辆的总重量、满载货物时重型车辆的总重量、或任何状况或条件下的在空载和满载货物之间的重型车辆的总重量。期望响应于重型车辆的负载的变化来调节重型车辆的轮胎和车轮组件40中的气压，以便优化轮胎的性能和使用寿命。

气动导管部分42B可以流体地连接到先导操作调节器22和轮胎隔离系统102并且在先导操作调节器22和轮胎隔离系统102之间延伸，如果这样设置的话，该轮胎隔离系统包括轮胎隔离先导阀104。当轮胎隔离系统102处于打开位置时，空气可以流过隔离先导阀104并通过气动导管部分42C流到车轮阀106，最后流到轮胎和车轮组件40。轮胎隔离先导阀104可偏置到阻碍或阻塞来自气动导管42B的流体流的位置，以防止在车辆驻车时轮胎和车轮组件40中的压力损失。当轮胎隔离先导阀104移动到关闭位置时，轮胎隔离先导阀104将来自第三气动导管部段42C的空气流排放或排出到大气中。

基于负载的轮胎充气系统20包括用于每个轮胎和车轮组件40的车轮阀106。每个车轮阀106能够在例如另一轮胎或轮胎充气系统中的某处存在泄漏的情况下将相应的轮胎和车轮组件40与基于负载的轮胎充气系统20的其余部分隔离。车轮阀106在低于任何可能的最小目标充气压力的选定压力设定或压力水平下致动或打开，从而使空气能够从先导操作调节器22流向轮胎和车轮组件40，以使轮胎和车轮组件充气到至少最小目标压力。

驻车制动器导管120可以在轮胎隔离先导阀104和重型车辆的驻车制动器122之间延伸并与轮胎隔离先导阀104和驻车制动器122流体连接。当驻车制动器122被致动时，气动信号通过导管120传递到轮胎隔离先导阀104。轮胎隔离先导阀104与驻车制动器122的连接使轮胎隔离先导阀和车轮阀106能够在车辆驻车时隔离轮胎和车轮组件40。

轮胎隔离系统102是在基于负载的轮胎充气系统20中特别有用的特征，以最小化车辆驻车时轮胎和车轮组件40中的压力损失，从而最大程度地减少了对轮胎重新充气来用于操作的需要。使提供轮胎和车轮组件40的显著重新充气的需求最小化反过来显著减少了在重型车辆投入使用时为轮胎和车轮组件充气所需的时间和资源，例如流体压力源24的尺寸。

基于负载的轮胎充气系统20可以是不将空气排放到大气中的恒压系统，除非已经降低了重型车辆的负载并且轮胎充气系统通过降低轮胎和车轮组件40中的压力做出了响应并且轮胎隔离系统102被致动。应当理解，这种恒压系统在至少气动导管部分42C中保持至少一定量的压力。

基于负载的轮胎充气系统20仅采用机械地和/或气动地致动的机械和气动部件。因此，基于负载的轮胎充气系统20相对可靠、经济并且易于安装和使用。还应理解，先导操作调节器22可替代地用于测量悬架结构中的基于负载的流体压力，例如来自行驶高度控制阀的基于负载的输入或类似物。因此，基于负载的轮胎充气系统20提供了简单的集成且经济的模块化设计，该设计包括单向止回阀43、先导操作调节器22和轮胎隔离阀104的功能。

不管先导压力PP恰好是多少，单个先导操作调节器22均可用于为轮胎和车轮组件40建立最小压力阈值。然后可以将轮胎和车轮组件40中的流体压力维持在最小压力阈值或以上。轮胎和车轮组件40中的流体压力可在先导操作调节器22中进行调节，以维持最佳压力水平，从而减少轮胎磨损并延长轮胎使用寿命。

单个先导操作调节器22也可用于偏移与先导压力PP不同的输送出口压力PO。可以将不同的流体偏移出口压力PO输送到轮胎和车轮组件40。当特定应用需要与先导压力PP不同的操作压力时，可以使用这种不同的偏移流体出口压力PO来补偿出口压力。

结合有所公开主题的先导操作调节器22的用于重型车辆的基于负载的轮胎充气系统20(图1-2)的使用方法包括提供至少一个流体压力源24的步骤。流体压力源24将诸如压缩空气或氮气之类的流体供应到空气弹簧26以及轮胎和车轮组件40。所供应的流体压力和流体流可以来自单个流体压力源24，或者可以由诸如贮存罐和/或压缩机之类的单独且独立的流体压力源来供应。

空气弹簧26中的流体压力随重型车辆的负载或重量而变化，并与该负载或重量成比例。空气弹簧26中的流体压力被检测和监测，以作为重型车辆的重量或负载的指示。可以使空气弹簧26与流体压力源24选择性地流体连通。先导操作调节器22设置成与流体压力源24流体连通。可以提供先导压力信号路径80，该先导压力信号路径将空气弹簧26中的流体压力作为先导压力PP直接传递到先导操作调节器22。空气弹簧26产生指示该空气弹簧中的作为先导压力PP的气压的气动信号。由先导压力信号路径80传递到先导操作调节器22的信号或流体压力指示空气弹簧26中的流体压力，并且随着重型车辆的负载的变化而变化。先导操作调节器22将接收到的先导压力PP与出口压力PO进行比较，并将出口压力调节为与先导压力相同或随着先导压力的变化而变化。也可以将先导操作调节器22设定为将出口压力PO维持在可调节的最小阈值压力或以上。可以手动调节先导操作调节器22以使出口压力PO相对于先导压力PP改变一定的偏移量。

根据所公开的主题的一方面，先导操作调节器22的示例性结构在图3中示出。先导操作调节器22包括阀本体200，该阀本体可以结合到需要流体压力控制的系统中，例如轮胎充气系统20。阀本体200包括调节器部段202，该调节器部段具有封闭端部和开口端部。帽部段204通过诸如螺纹连接的适当方式附接到调节器部段202的开口端部。先导部段206通过诸如螺纹连接的适当方式附接到帽部段204。调节器部段202、帽部段204和先导部段206优选地具有圆柱形内表面部分，所述圆柱形内表面部分限定了同轴地布置的各个腔。可以想到的是，帽部段204和引导部段206可以形成为单个部件。

调节器部段202包括流体入口端口220，流体压力源将入口压力PI引入到该流体入口端口中。调节器部段202还包括流体出口端口222，出口压力PO可以从该流体出口端口流出。提升阀装置224支撑在调节器部段202中，并选择性地允许或阻止流体入口端口220和流体出口端口222之间的流体连通。提升阀装置224从座部226的运动允许在流体入口端口220和流体出口端口222之间进行流体连通。弹簧228将提升阀装置224偏置到关闭状态，以阻止流体入口端口220与流体出口端口222之间的流体连通。弹簧228施加的力相对较小，并且足以在先导操作调节器22处于关闭状态时将供应或提升阀保持抵靠座部226。

帽部段204容纳位于调节器膜片242与上膜片或先导膜片244之间的间隔件240。调节器膜片242控制提升阀装置224的位置和状态。调节器弹簧248位于调节器部段202和调节器膜片242之间。调节器弹簧248在一个方向上偏置调节器膜片242，以便将施加力以使提升阀装置224沿着朝向关闭位置的方向运动。调节器弹簧248施加到调节器膜片242上的力相对大于弹簧228施加的力。调节器弹簧248的力必须通过作用在调节器膜片242上的相反的力来克服，以使提升阀装置224运动离开座部226，并允许流体入口端口220和流体出口端口222之间进行流体连通。

帽部段204具有与大气连通的排气端口260。排气端口260也部分地由帽部段204和先导部段206之间的空间限定。提升阀装置224具有供应部分262，该供应部分选择性地允许或阻止流体入口端口220和流体出口端口222之间的流体连通。提升阀装置224还具有排气部分264，该排气部分选择性地允许或阻止流体出口端口222与排气端口260之间的流体连通。排气部分264包括提升阀装置224的中空芯轴或杆部分266，流体可以流过该中空芯轴或杆部分。

先导部段206包括端口280，先导压力PP通过该端口280进入先导部段。先导部段206还容纳位于由先导部段限定的腔的上部部分中的可移动的密封活塞282。弹簧284位于活塞282与上膜片或先导膜片244之间。活塞282在先导部段206内具有足够的向上行程，使得弹簧284可以进入自由状态，在该状态下没有力施加到先导膜片244或活塞282。弹簧284直接向先导膜片244施加力，以使提升阀装置224运动到打开位置。由于先导压力PP，流入先导部段206的流体流在活塞282上施加力，试图使活塞向上运动。由于先导压力PP，流入先导部段206的流体流也对先导膜片244施加力，这将力传递到间隔件240并最终传递到调节器膜片242。先导部段206还包括用于活塞282的肩部286，以接合并限制活塞的向上运动，如图3所示。显然，可以采用其它类型的活塞行程限制结构。

调节帽300拧到先导部段206的上部部分上。在调节帽300旋转时，弹簧302将力施加到活塞282上，并试图使活塞向下运动。不管先导压力PP如何，由活塞282建立的位置建立了先导操作调节器22所允许的最小阈值压力。对于通常用于重型拖车应用的轮胎，最小阈值压力通常可以设定在大约62psi至大约85psi的范围内，例如，优选地为大约70psi。该最小阈值压力是先导操作调节器22力求始终作为出口压力PO输送的压力而与先导压力PP无关。

偏移调节构件320拧到调节帽300中。偏移调节构件320的旋转接合活塞282的顶部，以设定活塞的位置并建立作为出口压力PO而输送的偏移压力，该偏移压力将从先导压力PP改变。偏移压力通常可以相对于先导压力PP至多+/-约25psi。确切的偏移压力将取决于使用先导操作调节器22的应用和情况。

在图4-10中示出了先导操作调节器22的各种操作条件。图4示出处于平衡状态或平衡条件的先导操作调节器22。即，提升阀装置224的供应部分262和排气部分264均关闭。从流体入口端口220到流体出口端口222或排气端口260没有流体流动。这表示例如在诸如轮胎和车轮组件40之类的下游部件处于或略高于对于给定的先导压力或负载而言适当或期望的最小阈值压力时，不需要来自流体出口端口222的流体流和压力调节的情况。先导压力PP作用在活塞282和先导膜片244上，试图使活塞和先导膜片沿相反方向运动。活塞282在图4中示出为抵靠偏移调节构件320定位。这表明先导压力PP足够高，以抵消来自弹簧302的力，该力会通过活塞282传递到弹簧284。换言之，先导压力PP产生的出口压力PO高于最小阈值。由先导压力PP、出口压力PO、弹簧284和调节器弹簧248产生的力全部在调节器膜片242的位置处平衡，在该位置处提升阀装置224的供应部分262和排气部分264均关闭。在这种状态下，对于给定的先导压力PP，出口压力PO和连接到出口端口222的装置(例如轮胎和车轮组件40)处于最佳或期望的最小阈值压力水平，并且没有输送额外的流体压力。

先导操作调节器22处于平衡状态或条件的示例将是上部弹簧302在活塞282上施加等于70psi的力作为最小阈值压力设定的情况。可以选择下部弹簧284以在活塞282上施加等于70psi的力。活塞282和先导膜片244可具有先导压力PP作用在其上的相等的表面积。如果不存在先导压力PP且出口压力PO为70psi，则调节器膜片242处于提升阀装置224的供应部分262和排气部分264均关闭的位置，因此没有额外的压力或流体流输送到轮胎和车轮组件40。轮胎和车轮组件40将维持最小阈值压力设定，例如70psi。

图5示出了处于填充或供应状态或条件的先导操作调节器22。如果在轮胎充气系统20中使用先导操作调节器22(图1-2)，则流体流将使轮胎40充气。提升阀装置224的供应部分262是打开的，并且排气部分264是关闭的。在这种情况下，需求压力或出口压力PO小于对于给定先导压力PP而言的期望压力。如图5所示，由于先导压力PP的力通过间隔件240作用在先导膜片244上，调节器膜片242向下弯曲。调节器膜片242向提升阀装置施加力以使提升阀装置224的供应部分262离开座部，以允许流体流从流体入口端口220流到流体出口端口222。调节器部段202中的流体流由小箭头表示，这些小箭头指示通过调节器部段202围绕杆部分266的流动方向。提升阀装置224的供应部分262将保持在该相对位置，直到出口压力PO平衡来自弹簧284的力和先导压力PP为止。此时，调节器膜片242返回到其非弯曲或平衡状态位置，例如图4所示，并且提升阀装置224返回到关闭位置，以阻止流体流从流体入口段220流动到流体出口端口222。

先导操作调节器22处于填充或供应状态或条件的示例将是上部弹簧302和下部弹簧284在活塞282上施加相同的力的情况。活塞282和先导膜片244具有先导压力PP作用在其上的相等的表面积。如果先导压力PP大于零，则调节器膜片242处于提升阀装置224的供应部分262打开并且有与先导压力成比例的额外的压力或流体流输送到轮胎和车轮组件40的位置。轮胎和车轮组件40中的压力将保持在最小阈值压力或以上。可以想到的是，可以为上部弹簧302和下部弹簧284选择不同的弹簧刚度，以便改变出口压力PO。

图6示出了处于排气状态或条件的先导操作调节器22。如果在轮胎充气系统20中使用先导操作调节器22，则流体流将使轮胎和车轮组件40的轮胎放气。提升阀装置224的供应部分262关闭，排气部分264打开。在这种情况下，需求或出口压力PO超过先导压力PP。如图6所示，调节器膜片242向上弯曲。调节器膜片242允许供应部分262坐置在提升阀装置224上。调节器部段202和帽部段204中的流体流由小箭头表示，这些小箭头指示流过提升阀装置224的中空杆部分266的流动方向。提升阀装置224的排气部分264将保持在该相对位置，直到出口压力PO平衡来自弹簧284的力和先导压力PP为止。此时，调节器膜片242返回到其平衡状态位置，如图4所示，提升阀装置224的排气部分264返回到关闭状态，以阻止流体流从出口端口222流到排气端口260。请注意，在先导操作调节器22的如图4-6所示的位置中，活塞282尚未从其抵靠偏移调节构件320的位置运动。这表明先导压力PP足够高，以抵消来自弹簧302的力，该力会通过活塞282传递到弹簧284。换言之，先导压力PP产生的出口压力PO高于最小阈值。

图7示出了处于先导压力PP对应于为设定的最小阈值压力或以上的出口压力PO的情况下的先导操作调节器22。旋转调节帽300以将先导操作调节器22的最小输出压力PO调节和设定为期望的压力值，例如70psi。调节帽300压缩弹簧302以向活塞282的上表面施加力。先导压力PP作用在活塞282的下表面上并与弹簧302的力相反。如果先导压力PP大于弹簧302施加到活塞282上的力，则活塞282抵靠先导部段206的肩部286或偏移调节构件320。在该位置，先导压力PP足够大，以产生等于或大于设定的最小阈值压力的出口压力PO。

图8示出了处于先导压力PP小于弹簧302施加的力的状态下的先导操作调节器22。活塞282离开先导部段206的肩部286向下运动。活塞282压缩弹簧284，该弹簧284向先导膜片244施加力。先导膜片244将力施加到间隔件240，该力被传递到调节器膜片242。这打开了提升阀装置224的供应部分262，并且允许流体流到流体出口端口222，并且将出口压力PO至少保持为最小阈值压力。通过弹簧284传递的力是由调节帽300的位置设定的力减去由先导压力PP对活塞282产生的力。当先导压力PP高于最小阈值压力时，来自弹簧284的力使活塞282坐靠先导部段206的肩部286或偏移调节构件320，并抵消弹簧302的力。如果应用场合要求最小出口压力PO在先导压力PP的范围内变化，则也可以通过改变活塞282的有效面积来改变弹簧302施加的力。应当注意，活塞282也可以由膜片代替。

当先导压力PP等于或高于对应的最小阈值压力时，先导压力向上驱动活塞282并抵消来自弹簧284的力。如果偏移被调节得更高，则作用在先导膜片244上的力来自于先导压力PP和由偏移调节构件320建立的力。当先导压力PP下降到对应的所建立的最小阈值压力以下时，弹簧302的力大于先导压力所施加的作用在活塞282上的力。因此，并非弹簧302的所有力都被抵消。这导致活塞282向下运动并压缩弹簧284，从而使先导膜片244通过间隔件240向调节器膜片242施加力，并打开提升阀装置224。

在某些情况下，期望将出口压力PO调节为比先导压力PP高或低一个固定量。偏移调节构件320用于调节出口压力PO相对于先导压力PP的偏移。偏移调节构件320使该期望条件成为可能，并且在图9-10中示出。

为了相对于先导压力PP增加出口压力PO，偏移调节构件320旋转以使活塞282向下运动。当调节偏移调节构件320以将活塞282的位置设定成远离肩部286时，由弹簧284施加到先导膜片244的力增加。当转动偏移调节构件320以使活塞282向下运动到图9所示的位置时，弹簧284压缩以增加传递到调节器膜片242的力，并使出口压力PO相对于先导压力PP增加固定量。压缩弹簧284的力是除了先导压力PP产生的力之外的力，并且与先导压力无关。换言之，先导压力PP不会抵消或影响由偏移调节构件320产生的力。

为了将出口压力PO降低到先导压力PP以下，如图10所示，旋转偏移调节构件320以允许活塞282沿着朝向肩部286的方向向上运动。偏移调节构件320处于允许活塞282向上运动但仍与肩部286间隔开以使弹簧284松弛的位置。假设调节帽300也被旋出而使得弹簧302不被压缩，则活塞282的位置减轻了由弹簧284施加的任何力。减小或消除了传递到调节器膜片242上的弹簧284的力，这不提供相对于先导压力PP的任何偏移出口压力PO。当没有先导压力PP时，则弹簧302建立出口压力PO。先导压力PP和出口压力PO之间的关系可以通过使调节器膜片的有效面积与先导膜片的有效面积不同来建立。还可以设想，活塞282的有效面积可以比先导膜片244的有效面积大大约9.6％。

应该注意的是，对于出口压力PO必须低于先导压力PP的应用，先导膜片244可以构造成使其有效面积小于调节器膜片242的有效面积。在先导操作调节器22的所示方面，先导膜片244的直径小于调节器膜片242的直径。可以想到，先导膜片244和调节器膜片242的有效面积是相同的。另外，可在调节器部段202中增加调节器弹簧248，以抵抗先导压力PP的力。

所公开的主题相对于现有技术具有多个优点。例如，为了提供先导操作调节器功能、可调节的最小阈值压力以及相对于先导压力的偏移压力，现有技术的系统将采用第二调节器和阀来将流动从一个调节器引导至另一个调节器。另一种可能的方法是使用具有各种传感器和控制算法的电子控制调节器。这些系统很昂贵，并且需要可靠的电源，这在重型车辆上并不总是可用，例如从拖拉机上卸下的拖车。所公开的主题在单个先导操作调节器22中提供相同的功能，并且不需要电力。即，所公开的主题的先导操作调节器22在单个集成包装中提供控制功能和附加特征。这减小了调节器阀本体的尺寸和系统的复杂性，从而提高了可靠性并降低了成本。先导操作调节器22可用于任何类型的轮胎充气系统中。除了用在轮胎充气系统中，先导操作调节器22还可以用在工业过程或机械控制中。

所公开的主题成功地将先导操作调节器结合到基于负载的轮胎充气系统中，其能够响应于从空气弹簧传递的先导压力而自动地且连续地调节车辆轮胎中的流体压力，具有可调节的最小出口压力，并且相对于先导压力具有可调节的偏移压力。具有所公开的主题的先导操作调节器的轮胎充气系统可以改善轮胎和车轮组件的性能特征和特性，提高燃料经济性，减少重型车辆的停机时间和操作成本，并改善轮胎寿命和运输行业所需的耐久性。应当理解，所公开的主题可应用于所有类型的轮胎充气系统、空气弹簧和悬架系统，而不会影响所公开的主题的概念或实施方式。因此，改进的基于负载的轮胎充气系统相对简单，提供了克服现有技术的局限性、缺陷和缺点的有效且高效的结构。

应当理解，在不影响整体构思或操作的情况下，可以改变或重新布置所公开的主题的改进的先导操作调节器22的结构和操作，或者可以省略或增加某些部件。例如，不是具有调节偏移压力和最小阈值压力的特征，而是可以将弹簧放置在提供固定偏移和最小阈值而没有调节能力的位置。这在不需要更改偏移和最小阈值压力的应用中可能是有用的。改进的先导操作调节器也可以用于期望将操作压力维持在最小阈值压力或以上的工业机械、工厂设备或自动化应用中。改进的先导操作调节器22可以替换先前执行与公开的主题的单个改进的先导操作调节器相同的功能所需的若干部件，例如阀和导管。

尽管为了方便起见总体上参考重型车辆，但是应当理解，这样的参考包括卡车、牵引车-拖车或半拖车及其拖车。参考至少一个特定方面描述了先导操作调节器22的概念。应当理解，该描述和说明仅是示例性的，而非限制性的。

在前面的描述中，为了简洁、清楚和理解，使用了某些术语，但是除了现有技术的要求之外，没有暗示任何不必要的限制，因为这些术语用于描述性目的并且旨在被广泛地解释。在阅读和理解了所公开的主题之后，其它人可能会想到可能的修改和改变，并且应当理解，所公开的主题包括所有这样的修改、改变和等同形式。

现在已经描述了：所公开的主题的特征、发现和原理；基于负载的轮胎充气系统的使用和安装方式；构造、布置和方法步骤的特征；以及获得的有利的、新的有用的结果；阐述了新的有用的结构、装置、元件、布置、过程、部件和组合。

Claims (23)

1.一种用于建立出口流体压力的调节器，所述调节器包括：

阀本体，所述阀本体具有与流体压力出口选择性地流体连通的流体压力入口；

先导压力入口，所述先导压力入口形成在所述阀本体中并且与先导压力源流体连通；

阀结构，所述阀结构处于所述阀本体内，用于建立随着先导压力的变化而变化的出口流体压力；以及

第一可调节结构，所述第一可调节结构处于所述阀本体内，用以在不考虑先导压力的情况下建立最小出口流体压力阈值。

2.根据权利要求1所述的调节器，其还包括第二可调节结构，所述第二可调节结构处于所述阀本体内，用以建立相对于先导压力偏移的出口流体压力。

3.根据权利要求2所述的调节器，其中所述第一可调节结构与可调节的所述第二可调节结构同轴地布置。

4.根据权利要求2所述的调节器，其中所述第二可调节结构与所述阀结构的结构的运动方向同轴地布置。

5.根据权利要求2所述的调节器，其中所述第二可调节结构还包括活塞和第一膜片，所述活塞和所述第一膜片由弹性结构分开，以限定与所述先导压力源流体连通的先导腔室，所述弹性结构施加的力建立相对于先导压力偏移的出口流体压力。

6.根据权利要求5所述的调节器，其还包括弹性机构，所述弹性机构作用在所述活塞上以定位所述第一膜片，从而在不考虑先导压力的情况下建立所述最小出口流体压力阈值。

7.根据权利要求5所述的调节器，其还包括第二膜片，所述第二膜片与所述第一膜片间隔开并与所述第一膜片连接，以将所述第二膜片定位成影响所述阀结构的状态。

8.根据权利要求1所述的调节器，其中所述第一可调节结构与所述阀结构的运动方向同轴地布置。

9.根据权利要求1所述的调节器，其用于重型车辆的基于负载的轮胎充气系统，所述重型车辆具有空气弹簧悬架系统，其中所述空气弹簧悬架系统中的流体压力随着所述重型车辆的重量而变化，并且其中所述先导压力源是所述空气弹簧悬架系统中的流体压力。

10.根据权利要求1所述的调节器，其中所述阀结构包括提升阀装置。

11.一种用于重型车辆的基于负载的轮胎充气系统，所述基于负载的轮胎充气系统包括：

空气弹簧，所述空气弹簧产生随着重型车辆的重量的变化而变化的先导压力；

调节器，所述调节器具有与流体压力出口选择性地流体连通的流体压力入口；

先导压力入口，所述先导压力入口形成在所述调节器中，并且与所述空气弹簧流体连通，以将先导压力传递到所述调节器；

阀结构，所述阀结构处于所述调节器内，用于建立随着先导压力的变化而变化的出口流体压力；以及

第一可调节结构，所述第一可调节结构处于所述调节器内，用以在不考虑先导压力的情况下建立最小出口流体压力阈值。

12.根据权利要求11所述的调节器，其还包括第二可调节结构，所述第二可调节结构处于所述调节器内，用以建立相对于先导压力偏移的出口流体压力。

13.根据权利要求12所述的调节器，其中所述第一可调节结构与可调节的所述第二可调节结构同轴地布置。

14.根据权利要求12所述的调节器，其中所述第二可调节结构与所述阀结构的结构的运动方向同轴地布置。

15.根据权利要求12所述的调节器，其中所述第二可调节结构还包括活塞和第一膜片，所述活塞和所述第一膜片由弹性结构分开，以限定与所述先导压力源流体连通的先导腔室，所述弹性结构施加的力建立相对于先导压力偏移的出口流体压力。

16.根据权利要求15所述的调节器，其还包括弹性机构，所述弹性机构作用在所述活塞上以定位所述第一膜片，从而在不考虑先导压力的情况下建立所述最小出口流体压力阈值。

17.根据权利要求15所述的调节器，其还包括第二膜片，所述第二膜片与所述第一膜片间隔开并与所述第一膜片连接，以将所述第二膜片定位成影响所述阀结构的状态。

18.根据权利要求11所述的调节器，其中所述第一可调节结构与所述阀结构的运动方向同轴地布置。

19.根据权利要求11所述的调节器，其中所述阀结构包括提升阀装置。

20.一种用于重型车辆的基于负载的轮胎充气系统，所述基于负载的轮胎充气系统包括：

流体压力源；

轮胎和车轮组件，所述轮胎和车轮组件可操作地安装到重型车辆并且与所述流体压力源选择性地流体连通；

空气弹簧悬架系统，所述空气弹簧悬架系统的流体压力随着重型车辆的重量的变化而变化；

调节器，所述调节器与所述流体压力源以及所述轮胎和车轮组件流体连通并且位于所述流体压力源与所述轮胎和车轮组件之间，所述调节器还与所述空气弹簧悬架系统流体连通，所述调节器连续地控制所述轮胎和车轮组件中的流体压力；以及

可调节结构，所述可调节结构处于所述调节器内,以建立输送到所述轮胎和车轮组件的最小流体压力，所述调节器在不考虑所述空气弹簧悬架系统中的流体压力的情况下将所述轮胎和车轮组件中的流体压力保持在最小压力阈值或高于该最小压力阈值。

21.根据权利要求20所述的基于负载的轮胎充气系统，其还包括处于所述调节器内的可调节偏移控制装置，以相对于所述空气弹簧悬架系统中的流体压力将输送到所述轮胎和车轮组件的流体压力改变一定的量。

22.一种在重型车辆上使用的至少一个轮胎中建立压力的方法，所述方法包括以下步骤：

为重型车辆提供流体压力源；

将轮胎和车轮组件安装到重型车辆的轮轴上；

从与所述流体压力源流体连通的空气弹簧产生随着重型车辆的重量的变化而变化的先导压力；

随着先导压力的变化而调节从所述流体压力源到重型车辆的轮胎的流体压力；以及

在不考虑先导压力的情况下设定最小出口流体压力阈值。

23.根据权利要求22所述的方法，其还包括以下步骤：相对于先导压力使到所述重型车辆的轮胎的流体压力偏移。

Images