КОЛЕСО С РЕГУЛИРУЕМЫМ ДАВЛЕНИЕМ, ИМЕЮЩЕЕ ЕМКОСТЬ ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК B60C23/00 

Изобретение относится к колесу с регулируемым давлением.

Колесо для двух- и четырехколесных транспортных средств обычно имеет обод, соединенный с пневматической шиной, накаченной до заданного рабочего давления.

Такая шина обычно имеет каркасную конструкцию, содержащую, по меньшей мере, один каркасный слой и, по меньшей мере, одну кольцевую упрочняющую конструкцию, связанную с каркасным слоем, протекторный браслет из эластомерного материала в радиально наружном положении по отношению к каркасной конструкции, брекерную конструкцию между каркасной конструкцией и протекторным браслетом и пару боковин в противоположных по оси положениях на каркасной конструкции.

В бескамерных шинах воздухонепроницаемость шины обеспечена радиально внутренним слоем каркасной конструкции, обычно называемым термином «герметизирующий слой». При работе, например, из-за естественной потери воздуха через герметизирующий слой (который обычно не бывает совершенно воздухонепроницаемым) давление внутри шины снижается, в результате чего водитель должен периодически восстанавливать давление.

Для обеспечения по существу постоянного давления шины в течение значительно длительного времени предлагалось техническое решение, предполагающее использовать ободы, заключающие в себе емкость газа под давлением, более высоким, чем рабочее давление шины. Посредством одного или нескольких должным образом действующих клапанов давление при необходимости должно восстанавливаться.

В патенте США №6601625 В2 раскрыто колесо с емкостью со сжатым воздухом, встроенной в обод. В частности, в этом патенте описана емкость высокого давления, содержащая сжатый воздух, поступающий из внешнего источника, первый механический клапан, через который сжатый воздух выходит из внешнего источника в емкость высокого давления, второй механический клапан, через который воздух проходит из емкости высокого давления во внутреннюю камеру шины, третий клапан, выпускающий воздух из внутренней камеры шины, и четвертый клапан, выпускающий воздух из емкости высокого давления. Описываемое в патенте колесо механическим способом обеспечивает давление шины в пределах заданного значения и поэтому уменьшается необходимость в том, чтобы водитель вручную накачивал шину до нужного давления. Если давление в шине снижается ниже заданного порогового значения, то воздух в емкости высокого давления выпускается в шину, которая постоянно накачена до нужного минимального давления, и если давление в шине превышает заданное пороговое значение, то воздух выпускается из шины в атмосферу.

В патенте США №4067376 описана система для автоматического повторного впуска воздуха, потерянного шиной при эксплуатации транспортного средства, чтобы свести к минимуму последствия разрыва шины под высоким давлением. Колесо имеет выполненный за одно целое кольцевой пневматический мешок, в котором находится сжатый воздух под высоким давлением. Предохранительный клапан давления расположен между пневматическим мешком и шиной и выпускает воздух из пневматического мешка в шину каждый раз, когда давление шины снижается ниже установленного предела.

Следует отметить, что известные устройства не обеспечивают точное регулирование рабочего давления шины, которое особо важно для шины, обеспечивающей высокие рабочие показатели как для двух-, так и для четырехколесных транспортных средств. Действительно, для надлежащей устойчивости движения и управляемости транспортного средства, прежде всего в отношении смешанных путей движения на высокой скорости, требуется шина в превосходном состоянии, которое невозможно обеспечить без должного регулирования рабочего давления. Наконец, поддержание нужного и постоянного рабочего давления также позволяет устранить трудности неравномерного или преждевременного износа протекторного браслета.

Следовательно, для действенного регулирования внутреннего давления шины в течение долгого времени, например в течение года и дольше, без необходимости ручного закачивания сжатого воздуха в шину необходимо, чтобы восстановление рабочего давления шины происходило автоматически и своевременно, а также с надлежащей точностью.

Помимо этого, на случай прокола шины должна быть предусмотрена система, которая сможет поддерживать остаточное давление, достаточное, чтобы как можно дольше обеспечивать управление транспортным средством. Следует отметить, что этот технический признак реализуется за счет обеспечения емкости, использующей свое давление вместе с шиной.

Кроме того, для выполнения восстановления рабочего давления шины указанным образом не следует усложнять систему «колеса» введением датчиков и электронных устройств, а нужно найти точное и надежное техническое решение этой проблемы механическим способом.

При этом указанную выше проблему можно решить следующим образом: ввести, по меньшей мере, один клапанный узел между емкостью с текучей средой под давлением, связанной с ободом колеса и с шиной, установленной на упомянутом ободе, при этом, по меньшей мере, один клапан узла будет обеспечивать сообщение между емкостью и шиной, причем клапан будет действовать от, по меньшей мере, другого клапана упомянутого узла, реагирующего на снижение давления шины, для того чтобы рабочее давление шины можно было восстановить с нужной точностью и своевременно.

Согласно первому объекту настоящего изобретения создан способ регулирования внутреннего давления шины, установленной на ободе, при котором:

накачивают внутренний объем шины до рабочего давления и при эталонной температуре,

впускают текучую среду, сжатую до первого давления, в емкость, связанную с ободом, причем первое давление превышает рабочее давление шины при эталонной температуре,

устанавливают сообщение между внутренним объемом шины и емкостью, если внутреннее давление шины ниже рабочего давления,

останавливают сообщение между внутренним объемом и емкостью, если внутреннее давление шины по существу такое же, что и рабочее давление,

причем установление сообщения между внутренним объемом шины и емкостью выполняют, по меньшей мере, одним клапанным узлом, содержащим задающий клапан, выпускной клапан и уравнительный клапан, функционально связанные друг с другом, при этом передают снижение давления шины выпускному клапану, создают снижение давления в задающем клапане через выпускной клапан, чтобы ввести в действие задающий клапан и довести внутреннее давление до значения, по существу равного рабочему давлению, а

на этапе остановки осуществляют передачу внутреннего давления шины, по существу равного рабочему давлению, выпускному клапану и уравнительному клапану и повышение давления в задающем клапане через уравнительный клапан, чтобы привести в действие задающий клапан, останавливающий сообщение.

Также следует отметить, что устройства известного уровня техники не обеспечивают соответствующую компенсацию изменения давления внутри шины, когда это изменение обусловлено значительными изменениями температуры порядка, например, десяти градусов. В частности, в случае значительного снижения наружной температуры внутреннее давление в каждой шине будет снижаться, т.к. упомянутое давление, как хорошо известно, пропорционально абсолютной температуре согласно уравнениям состояния газа. При этом восстановление давления сообразно этим низким температурам путем подачи текучей среды под давлением (например, сжатый воздух) из емкости в шину обусловит излишнее давление при движении или, во всех случаях, в тот момент, когда температура текучей среды в шине повысится снова. Это излишнее давление выведет ранее впущенный воздух для восстановления нужного рабочего давления, в результате чего снизится независимость емкости.

Согласно предпочтительному варианту осуществления данного способа приведение внутреннего объема шины в сообщение с емкостью происходит при температуре, превышающей температуру порогового значения.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения работа задающего клапана регулируется упругим элементом с постоянной К упругости, изменяющейся в температурном диапазоне от -50°С до +50°С таким образом, что закрывающий элемент задающего клапана сохраняется в закрытом положении после снижения давления внутри шины по причине понижения температуры в упомянутом диапазоне.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения соединение между задающим клапаном и окружающей средой создают посредством открытия первого закрывающего элемента выпускного клапана, имеющего внутреннюю камеру, которая вводится в сообщение с окружающей средой.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения открытие первого закрывающего элемента выпускного клапана регулируется упругим элементом с постоянной К упругости, изменяющейся в температурном диапазоне от -50°С до +50°С таким образом, что первый закрывающий элемент и камера изолированы от окружающей среды после снижения давления во внутреннем объеме шины по причине снижения температуры в этом диапазоне.

Следует отметить, что в соответствии с изобретением длительность эксплуатации емкости с текучей средой под давлением повышается. Действительно, впуск текучей среды (например, воздуха) из емкости в шину по существу исключен, когда давление шины снижается из-за понижения наружной температуры, и поэтому устраняется возникновение излишнего давления в шине и/или последующий выброс из-за повышения температуры.

В соответствии с еще одним объектом настоящего изобретения создано колесо с регулируемым давлением, содержащее:

обод, связанный с емкостью, выполненной с возможностью заполнения текучей средой до первого давления,

шину, установленную на ободе и имеющую внутренний объем, накачиваемый до рабочего давления при эталонной температуре, причем рабочее давление ниже первого давления,

по меньшей мере, один клапанный узел, выполненный с возможностью установления сообщения между емкостью, внутренним объемом шины и окружающей средой,

причем клапанный узел содержит задающий клапан, выпускной клапан и уравнительный клапан, функционально связанные друг с другом, при этом:

задающий клапан выполнен с возможностью регулирования сообщения между емкостью и внутренним объемом шины,

выпускной клапан соединен с окружающей средой, с внутренним объемом, задающим клапаном и уравнительным клапаном,

уравнительный клапан соединен с выпускным клапаном и задающим клапаном,

причем задающий клапан имеет внутреннюю камеру, соединенную с выпускным клапаном и уравнительным клапаном таким образом, что задающий клапан действует от выпускного клапана и уравнительного клапана за счет изменения давления внутренней камеры в ответ на изменение внутреннего давления шины.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, чтобы оптимизировать имеющиеся пространства, упомянутая емкость выполнена за одно целое с ободом.

В еще одном варианте осуществления изобретения для оптимального подразделения имеющихся объемов емкость занимает такой объем, что соотношение объема емкости и внутреннего объема шины находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,4.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения упомянутое отношение находится в диапазоне от приблизительно 0,12 до приблизительно 0,25.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения колесо имеет клапан для накачивания, функционально связанный с емкостью.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут очевидны после прочтения подробного описания некоторых предпочтительных, но не исключительных вариантов осуществления колеса, имеющего регулируемое и компенсируемое давление согласно настоящему изобретению.

На чертежах:

Фиг.1 - вид сбоку с частичным сечением колеса согласно изобретению;

Фиг.2 - вертикальная проекция сечения компонента колеса, показанного на фиг.1;

Фиг.3 - рабочий этап компонента, показанного на фиг.2;

Фиг.4 - последующий рабочий этап компонента, показанного на фиг.2;

Фиг.5 - последующий рабочий этап компонента, показанного на фиг.2;

Фиг.6 - последующий рабочий этап компонента, показанного на фиг.2;

Фиг.7 - последующий рабочий этап компонента, показанного на фиг.2;

Фиг.8 - последующий рабочий этап компонента, показанного на фиг.2;

Фиг.9 - последующий рабочий этап компонента, показанного на фиг.2;

Фиг.10 - последующий рабочий этап компонента, показанного на фиг.2;

Фиг.11 - вертикальная проекция сечения двух альтернативных вариантов осуществления компонента колеса, показанного на фиг.1;

Фиг.12 - график изменения постоянной упругости элемента компонента колеса согласно изобретению в зависимости от изменения температуры; и

Фиг.13 - график изменения давления в случае прокола шины в колесе согласно изобретению и в колесе известного типа.

Как показано на фиг.1, колесо 1 для двух- или четырехколесных транспортных средств согласно изобретению содержит обод 2, на котором установлена шина 3, имеющая внутренний объем 3'. С ободом 2 связана предпочтительно выполненная заодно с ним емкость 4, содержащая текучую среду под давлением, при этом текучей средой может быть воздух или по существу инертный газ, такой как, например, азот.

Согласно предпочтительному варианту осуществления отношение рабочего давления шины 3 и первого давления в емкости 4, полностью заполненной, приблизительно составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,6 и предпочтительно от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,4.

Согласно предпочтительному варианту осуществления отношение объема емкости 4 и внутреннего объема 3' шины находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,4 и более предпочтительно от приблизительно 0,12 до приблизительно 0,25.

Обод 2 предпочтительно содержит клапанный узел 5 механического типа в гнезде 5', сформированном в радиально наружном положении, и клапанный узел обеспечивает сообщение между емкостью 4, внутренним объемом 3' шины 3 и окружающей атмосферой.

Упомянутое сообщение предпочтительно осуществляется за счет канала 6 внутри обода 2, соединяющего клапанный узел 5 с емкостью 4. Помимо этого, поскольку клапанный узел 5 установлен в своем гнезде 5', то его внутренний по оси и внешний по оси концы по отношению к колесу 1 сообщаются соответственно с внутренним объемом 3' шины и окружающей средой.

Клапан 30 накачивания функционально связан с емкостью 4. В предпочтительном варианте осуществления (на чертежах не показано) накачивающий клапан выполнен за одно целое с клапанным узлом 5.

Как показано на фиг.2, в первом предпочтительном варианте осуществления клапанный узел 5 состоит из предпочтительно металлического цилиндрического корпуса 7, в котором образовано множество образующих клапанный узел элементов таким образом, что задающий клапан 8, выпускной клапан 9 и уравнительный клапан 10 функционально связаны друг с другом множеством каналов.

В частности, задающий клапан 8 регулирует поток текучей среды между емкостью 4 и внутренним объемом 3', выпускной клапан 9 сообщается с окружающей средой и с задающим клапаном 8 и соединяет внутренний объем 3' с уравнительным клапаном 10, а уравнительный клапан 10 сообщается с выпускным клапаном 9 и с задающим клапаном 8.

Следует отметить, что почти во всех рабочих состояниях внутренний объем 3' и емкость 4 имеют давления, отличающиеся друг от друга и от атмосферного давления окружающей среды. Здесь и далее РТ, PS и РА обозначают давление в шине 3, в емкости 4 и окружающей среды соответственно, а РТЕ обозначает рабочее давление, т.е. давление, которое нужно сохранять в шине 3.

Задающий клапан 8 имеет игольчатый закрывающий элемент 11, регулирующий проход между емкостью 4 (по каналу 6) и внутренним объемом 3' шины 3 по каналам 12 и 13 и между емкостью 4 (по каналу 6) и выпускным клапаном 9 по каналам 12, 13 и 14.

Задающий клапан 8 также имеет внутреннюю камеру 27, пластинчатый элемент 15, функционально связанный с закрывающим элементом 11, обращенный внутрь камеры, чтобы регулировать вмешательство задающего клапана 8, т.к. необходимо, чтобы текучая среда с более высоким давлением в емкости 4 не проходила полностью во внутренний объем 3' шины 3, а проходила в шину, пока не будет восстановлено рабочее давление за счет заданного порогового значения упомянутого вмешательства. Например, если для площади S15 обеспечить соответствующий размер (здесь и далее термин «площадь» обозначает полезную площадь, т.е. поверхность, которая может контактировать с текучей средой) пластинчатого элемента 15, и поэтому площадь S15 будет приблизительно в пять раз больше площади S11 той части закрывающего элемента 11, которая обращена к каналу 12; тогда спонтанное прохождение текучей среды во внутренний объем 3' шины 3 можно исключить после восстановления давления РТЕ. В действительности, согласно приводимому ниже подробному описанию, если давление РТЕ известно заранее и если обеспечено максимально допустимое давление PS, то можно обеспечить давление PS, не превышающее приблизительно пятикратно давление РТЕ: в соответствии с приводимым выше примером. Причем предварительная нагрузка упругого элемента, предпочтительно пружины 16, действующего на пластинчатый элемент 15, определяет пороговое значение вмешательства (во время первого накачивания согласно излагаемому ниже описанию) задающего клапана 8 и возвращается в закрытое положение закрывающего элемента 11, когда тот не находится под механическим напряжением. Например, если значение предварительной нагрузки установлено на такое значение, что упомянутое значение, деленное на площадь S11, находится в диапазоне от приблизительно 0,08 до приблизительно 0,12 бар и предпочтительно равно приблизительно 0,1 бар, то упомянутое значение 0,1 бар становится значением порогового значения вмешательства при первом накачивании.

Выпускной клапан 9 аналогичен первому клапану 8 и тоже содержит игольчатый закрывающий элемент 17, регулирующий поток текучей среды между камерой 18, внутренней по отношению к выпускному клапану 9, и окружающей средой. Напротив закрывающего элемента 17 и в функциональной связи с ним находится еще один закрывающий элемент 19, обеспечивающий соединение между внутренним объемом 3' шины 3 и уравнительным клапаном 10, обеспечивая прохождение потока между каналом 14 и еще одним каналом 20, соединяющим выпускной клапан 9 с уравнительным клапаном 10.

Закрывающий элемент 19 расположен между каналами 14, 20 и камерой 18 и имеет площадь S191 на канале 14 и площадь S192 на камере 18 соответственно. Упругий элемент, предпочтительно пружина 21, действует на площадь 192 закрывающего элемента 19 усилием, которое, деленное на площадь S191, находится в диапазоне от приблизительно 0,4 до приблизительно 0,6 бар и предпочтительно составляет приблизительно 0,5 бар (это значение, как показано в приводимом далее описании, регулирует действие клапанного узла 5 на первом этапе нагрузки). Поэтому можно записать, что

F21=0,5×S191,

где F21 - усилие, развиваемое пружиной 21.

Выпускной клапан 9 выполнен таким образом, что когда закрывающий элемент 19 не контактирует с каналами 14, 20, то общая площадь, на которую воздействует давление в каналах 14, 20, становится S191', причем немного больше S192, при этом в противоположном положении закрывающий элемент 17 принимает свое закрытое положение.

Также следует отметить, что усилие F21, развиваемое пружиной 21, соответствует следующему уравнению:

(PT-0,1)×S191'=PT×S192+F21

Это уравнение характеризует равновесие сил, обеспечивающее возможность хода вверх закрывающего элемента 19, когда в каналах 14 и 20 давление ниже, чем РТЕ, на, по меньшей мере, 0,1 бар (и в камере 18 еще имеется давление, равное РТЕ). Это уравнение можно записать как

F21=PT×(S191'-S192)-0,1×S191'.

Следует отметить, что это равновесие сил вводит пороговое значение вмешательства для повторной нагрузки упомянутой шины 3 при реагировании на снижение давления, что будет описано далее.

Уравнительный клапан 10 регулирует поток текучей среды во внутреннюю камеру 27 задающего клапана 8 и в камеру 18 выпускного клапана 9 посредством каналов 22 и 23 соответственно. В уравнительном клапане 10 предусмотрен закрывающий элемент 24, функционально связанный с упругим элементом, предпочтительно с пружиной 25, откалиброванной таким образом, чтобы она имела такую предварительную нагрузку, чтобы действовало давление, по существу равное давлению РТЕ.

Согласно первому предпочтительному варианту осуществления в канале 23 установлен термоуравнительный клапан 26, который, например, термально приводится в действие пружиной, постоянная упругости которой зависит от температуры (т.к. она выполнена, например, из запоминающего форму материала (ЗФМ), как будет более подробно описано далее), и прерывает прохождение через канал 23, если температура становится ниже заданной температуры или «пороговой температуры» Тр, находящейся, например, в диапазоне от приблизительно -30°С до приблизительно 0°С.

В отношении предварительной нагрузки пружин 16, 21 и 25 следует отметить следующее.

Выбор предварительной нагрузки пружины 16 как разность максимального и минимального значений силы между силами, действующими на пластинчатый элемент 15 и закрывающий элемент 11, не зависит от давления РТ шины.

Создаваемое пружиной 21 усилие определяется следующим уравнением:

P21=РТ×(S191'-S192)-0,1×S191',

но поскольку S191' не намного превышает S191'S192, то можно, не делая при этом большой ошибки, утверждать, что упомянутое усилие тоже не зависит от давления РТ.

Пружина 25 фактически регулирует давление РТЕ и для нее целесообразно предусмотреть систему регулирования предварительной нагрузки винтом, чтобы сделать клапан многоцелевым, то есть применимым к шинам с любым рабочим давлением.

Во время накачивания емкости 4 и шины 3 первоначально каждая часть клапанного узла 5 имеет то же давление, что и шина 3, и емкость 4, то есть давление окружающей среды РА.

При этом закрывающий элемент 11 находится в его закрытом положении, закрывающий элемент 19 закрывает проход между каналом 14 и каналом 20, закрывающий элемент 17 находится в открытом состоянии и вводит окружающую среду в сообщение с камерой 18 и закрывающий элемент 24 находится в закрытом состоянии, воспрещая прохождение от канала 20 в каналы 22 и 23. Наконец, термоуравнительный клапан 26 находится в открытом состоянии, т.к. накачивание происходит при эталонной температуре, например, в диапазоне от приблизительно 0°С до приблизительно 30°С и она выше, чем Тр.

При впуске текучей среды под давлением в емкость 4 через, например, клапан 30 накачивания (см. фиг.1) давление начнет подниматься также и в канале 12 (см. фиг.3). Как только разность давлений, т.е. относительное давление по отношению к давлению окружающей среды внутри канала 12, превысит значение 0,1 бар (см. фиг.4), то закрывающий элемент 11 войдет в открытое состояние, обеспечивая прохождение текучей среды в каналах 13 и 14, и затем - в шину 3, при этом все другие элементы клапанного узла 5 будут сохранять РА.

Если разность давления во внутреннем объеме 3' и в каналах 12, 13, 14 превысит значение 0,5 бар, то закрывающий элемент 17 войдет в свое закрытое состояние и изолирует камеру 18 от окружающей среды, при этом закрывающий элемент 19 обеспечит прохождение между каналом 14 и каналом 20 (см. фиг.5), причем закрывающий элемент 24 будет находиться в закрытом положении во время доведения его до предварительной нагрузки до давления РТЕ.

После того как перепад давления, соответствующий давлению шины в нормативных, или рабочих, условиях РТЕ будет превышен, т.е. когда шина 3 будет иметь нужное давление, закрывающий элемент 24 переходит в открытое состояние и текучая среда начинает течь также и в каналах 22 и 23 (см. фиг.6). В частности, канал 22 передает давление во внутреннюю камеру 27 клапана 8, где - по причине того, что выше было сказано относительно отношений площади между пластинчатым элементом 15 (площади, равные S15) и закрывающим элементом 11 (площадь S11), закрывающий элемент 11 входит в свое закрытое состояние; поэтому накачивание шины 3 (до давления в диапазоне от приблизительно 1,7 до приблизительно 5,5 бар) останавливается и накачивание емкости 4 продолжается до достижения исходного давления обычно в диапазоне от приблизительно 8,5 до приблизительно 10 бар. Следует отметить, что предыдущие указания касательно отношений между PS и РТЕ соблюдены, т.е. PS/РТЕ не превышает значение отношения S15/S11 (по существу соответствующего 5 для приведенного здесь примера).

Одновременно канал 23 доводит камеру 18 до того же давления, что и давление в шине 3. При этом, если все компоненты имеют давление РТЕ, то закрывающий элемент 19 не выполняет своего хода вверх, т.е. он не занимает свое закрытое положение (см. фиг.7), т.к. сила F21 не является достаточной для преодоления последствия разности площадей S191', S192.

При эксплуатации транспортного средства с колесами 1 согласно настоящему изобретению обычно происходит небольшая потеря воздуха, например, либо из-за несовершенной воздухонепроницаемости радиально внутреннего слоя каркасной конструкции шины, либо из-за несовершенного сцепления между бортом шины и бортом обода, на который опирается борт шины. Эти потери давления составляют, как правило, приблизительно 0,1 бар/мес.

Если внутренний объем 3' шины 3 теряет давление свыше 0,1 бар (см. фиг.8), то закрывающий элемент 24 незамедлительно занимает свое закрытое положение и изолирует канал 20 от каналов 22 и 23. Сила F21 пружины 21 становится достаточной для выполнения хода вверх закрывающего элемента 19, который закрывает каналы 20 и 14, и одновременно закрывающий элемент 17 открывает проход между камерой 18 и окружающей средой, чтобы камера 18 была доведена до давления РА (см. фиг.9).

При этом следует тот же рабочий цикл, что и при нагрузке (см. фиг.10): в это время канал 23 и канал 22 находятся под давлением РА среды и закрывающий элемент 24 в закрытом состоянии сохраняет в канале 20 то же давление, что и в шине 3. Поскольку внутренняя камера 27 задающего клапана 8, соединенного с каналом 22, также находится под давлением РА, то закрывающий элемент 11 открывается, чтобы текучая среда под давлением могла перетекать из канала 12 в каналы 13, 14 и, следовательно, в шину 3. При этом закрывающий элемент 19 открывается снова, а закрывающий элемент 17 закрывается, т.к. давление внутреннего объема 3' для площади S191' превышает силу одной пружины 21.

После того как рабочее давление РТЕ будет восстановлено в шине 3, закрывающий элемент 24 откроется снова, в результате чего давление в задающем клапане 8 будет снова повышаться, при этом клапан приведет закрывающий элемент 11 в его закрытое положение и вследствие этого шина 3 достигнет своих состояний конца накачивания (см. фиг.7).

Следует отметить, что внутреннее пространство задающего клапана 8 находится под давлением окружающей среды для принудительного открытия закрывающего элемента 11 и, следовательно, использования давления емкости 4 до тех пор, пока давление емкости не достигнет рабочего давления РТЕ. Причем, когда емкость 4 достигнет давления РТЕ и шина 3 будет стремиться к большему выкачиванию, закрывающий элемент 24 больше не будет занимать свое открытое состояние (так как он предварительно нагружен до РТЕ), при этом закрывающий элемент 19 стремится закрыться, а закрывающий элемент 17 - открыться. Следовательно, закрывающий элемент 11 снова открывается по указанным причинам, шина 3 может использовать весь остаточный перепад давления емкости 4, а выкачивание шины происходит более медленно.

То есть это означает, что ниже РТЕ внутренние объемы 3' шины 3 и емкости 4 остаются в сообщении друг с другом, а выкачивание их обоих происходит одновременно, в результате чего их автономность длится дольше.

Последнее упомянутое преимущество особо важно с точки зрения безопасности транспортного средства, использующего колеса в соответствии с данным изобретением. В случае прокола шины по упоминаемым выше причинам емкость 4 остается в контакте с внутренним объемом 3' шины, тем самым предотвращая резкое снижение внутреннего давления, из-за которого транспортное средство может потерять управляемость для выдерживания нужного направления.

Как показано на фиг.13, график «время (ось х)/давление (ось y)» показывает результаты испытаний в отношении прокола шины, выполненных на колесе в соответствии с изобретением и на обычном колесе (не имеющем емкость и клапанный узел, а имеющем только обычный клапан накачивания/восстановления, вставленный в шину), причем оба колеса имеют соответствующие внутренние объемы шины, равные 0,06 м³, и первоначальное давление 2,5 бар. На графике наглядно показано, что путем моделирования прокола, вызывающего первоначальную потерю давления около 0,029 бар/сек, в колесе согласно изобретению (с емкостью объемом 0,09 м³ и первоначальным давлением около 9 бар) после приблизительно двух минут остаточное давление было около 1,5 бар по сравнению с давлением только около 0,65 бар в обычном колесе. Приблизительно через 165 сек остаточное давление в колесе согласно изобретению все еще составляет около 1,45 бар, в то время как давление в обычном колесе упало до нуля.

Очевидно, что постепенное снижение давления позволяет водителю безопасным образом остановить транспортное средство, постоянно сохраняя управляемость транспортного средства.

Работа шины обеспечивается, даже когда температура шины повышается из-за качения, т.е. температура текучей среды во внутреннем объеме 3' постоянно выше или равна температуре текучей среды в емкости 4, в результате чего сила, действующая на пластинчатый элемент 15, всегда будет больше силы, действующей на закрывающий элемент 11 из-за разных задействованных поверхностей (S15, S11).

Наоборот, если давление внутреннего объема 3' снижается не из-за потери, а из-за понижения внутренней температуры (ниже Тр), то происходит вмешательство клапана 26, который перекрывает канал 23. В этом случае закрывающий элемент 19 перекрывает каналы 14 и 20, закрывающий элемент 17 занимает открытое положение, хотя в окружающую среду выпускается только текучая среда, присутствующая в камере 18 и в канале 23 после клапана 26, при этом канал 22 и, следовательно, внутреннее пространство клапана 8 сохраняют предыдущее давление, а закрывающий элемент 11 не открывается, тем самым устраняя нежелательное накачивание.

Во втором предпочтительном варианте осуществления колеса 1, показанного на фиг.11, клапан 26 отсутствует, а пружина 16 выполнена из материала, запоминающего форму и имеющего постоянную К упругости, которая повышается при понижении температуры.

В этом случае при понижении температуры происходит снижение давления в шине 3 и поэтому закрывающий элемент 17 открывается. Одновременно с выпуском из канала 23 происходит усиление нагруженности пружины 16 по причине повышения постоянной упругости пружины. После этого открытие закрывающего элемента 11 не происходит и нежелательное прохождение текучей среды из емкости 4 во внутренний объем 3' шины 3 исключено.

Согласно другому варианту осуществления, также показанному на фиг.11, клапан 26 всегда отсутствует, а пружина 21 выполнена из материала, запоминающего форму, с постоянной К упругости, которая снижается при понижении температуры.

При понижении температуры и снижении давления во внутреннем объеме 3' одновременно происходит ослабление нагруженности пружины 21, т.к. значение постоянной упругости пружины уменьшается. Закрывающий элемент 17 остается закрытым, канал 23 не выпускается и, следовательно, в закрывающий элемент 11 клапана 8 команда на открытие не поступает.

В частности, например, на фиг.12 показано, как упомянутая постоянная К упругости зависит от температуры; причем на фиг.12 зависимость «температура (ось х)/значения постоянной К упругости (ось у)» представлена прямой линией, по существу параллельной оси х (линия в виде цепочки) для пружин, выполненных, например, из обычной пружинной стали (т.е. в этом случае постоянная упругости по существу не зависит от температуры) в заданном температурном диапазоне от -50°С и +50°С; причем упомянутая зависимость в указанном диапазоне, наоборот, выражена функцией увеличения или уменьшения для пружин, выполненных из упомянутых материалов.

Согласно изобретению постоянная К упругости пружин предпочтительно значительно изменяется в диапазоне от приблизительно -50°С до приблизительно +50°С; предпочтительно - от приблизительно -30°С до приблизительно +50°С и более, предпочтительно от приблизительно -30°С до приблизительно +20°С.

В частности, в последнем упомянутом температурном диапазоне (-30°С/+20°С) значение этой постоянной К изменяется на приблизительно 26% от значения, определенного в верхнем конце этого диапазона (+20°С) для пружины (например, пружины 21 в варианте осуществления изобретения согласно фиг.11 или пружины в клапане 26) из никелетитановой стали (диаметр проволоки - 1,2 мм, 2 рабочих витка); в частности, от приблизительно 5500 Н/м (при +20°С) до приблизительно 4060 Н/м (при -30°С).

Используемые материалы всегда подбирают такими, чтобы упомянутое изменение можно было предусмотреть в приблизительных значениях от 10 до 40%; предпочтительно от приблизительно 20 до приблизительно 30% в заданном температурном диапазоне, по меньшей мере, от -50°С до +50°С или в более узком диапазоне.

В частности, пружины 16 и 21, показанные на фиг.11, и пружина, используемая как вариант в клапане 26, имеют значение постоянной упругости, измеренной в нижнем конце упомянутого диапазона (например, при -50°С ()), которое отличается от значения постоянной упругости, измеренной в верхнем конце упомянутого диапазона (например, при +50°С ()), на, по меньшей мере, 10% и предпочтительно не более 40% по отношению к значению постоянной упругости, измеряемой в верхнем конце упомянутого диапазона (например, при +50°С ()), то есть:

и

Эти изменения предпочтительно находятся в диапазоне от 20 до 30%, то есть:

и

Эти же зависимости также действительны и для более ограниченных температурных пределов, например для упоминаемых выше пределов: -30°С/+50°С и -30°С/+20°С, а следовательно, и для и .

Поэтому для приводимого выше примера никелетитановой стали получаем:

В соответствии с упомянутым выше предпочтительным техническим решением эта зависимость постоянной упругости от температуры представлена возрастающей функцией в упомянутых заданных температурных диапазонах (см. фиг.12).

На фиг.12 также показано, что пружина из такой обычной пружинной стали, как сталь класса С по стандартам UNI, например, имеет по существу неизменное значение постоянной К упругости в том же температурном диапазоне (-30°С/+20°С), причем упомянутое значение по существу приблизительно равно 14000 Н/м при +20°С и 14200 Н/м при -30°С, из чего можно предположить, что изменение ΔК приблизительно равно 1,43% (для проволоки диаметром 1,2 мм с числом рабочих витков 3,5).

Также следует отметить, что обеспечиваемый диапазон значений согласно изобретению, в котором изменяется постоянная упругости, по существу является комнатной температурой нормальной работы колеса 1. Это означает, что колесо 1 во время его работы при этих температурах имеет температурно-компенсируемое регулирование давление, т.к. закрывающий элемент 11 перекрывает сообщение между емкостью 4 и внутренним объемом 3' шины 3, если снижение давления происходит только по причине изменений комнатной температуры.

Изобретение относится к колесу с регулируемым давлением, содержащему обод, связанный с емкостью, выполненной с возможностью заполнения текучей средой до первого давления, шину, установленную на ободе и имеющую внутренний объем, накачиваемый до рабочего давления при эталонной температуре. Рабочее давление ниже первого давления. По меньшей мере, имеется один клапанный узел, выполненный с возможностью установления сообщения между емкостью, внутренним объемом шины и окружающей средой. Клапанный узел содержит задающий клапан, выпускной клапан и уравнительный клапан, функционально связанные друг с другом. Задающий клапан выполнен с возможностью регулирования сообщения между емкостью и внутренним объемом шины. Выпускной клапан соединен с окружающей средой, с внутренним объемом, задающим клапаном и уравнительным клапаном. Уравнительный клапан соединен с выпускным клапаном и задающим клапаном, причем задающий клапан имеет внутреннюю камеру, соединенную с выпускным клапаном и уравнительным клапаном таким образом, что задающий клапан действует от выпускного клапана и уравнительного клапана за счет изменения давления внутренней камеры в ответ на изменение внутреннего давления шины. В результате в шине поддерживается оптимальное давление вне зависимости от температуры окружающего воздуха. 3 н. и 37 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Способ регулирования внутреннего давления шины (3), установленной на ободе (2), при котором накачивают внутренний объем (3') шины (3) до рабочего давления и при эталонной температуре, впускают текучую среду, сжатую до первого давления, в емкость (4), связанную с ободом (2), причем первое давление превышает рабочее давление шины при эталонной температуре, устанавливают сообщение между внутренним объемом (3') шины (3) и емкостью (4), если внутреннее давление шины (3) ниже рабочего давления, останавливают сообщение между внутренним объемом (3') и емкостью (4), если внутреннее давление шины по существу такое же, что и рабочее давление, причем установление сообщения между внутренним объемом (3') шины (3) и емкостью (4) выполняют, по меньшей мере, одним клапанным узлом (5), содержащим задающий клапан (8), выпускной клапан (9) и уравнительный клапан (10), функционально связанные друг с другом, при этом передают снижение давления шины (3) выпускному клапану (9), создают снижение давления в задающем клапане (8) через выпускной клапан (9), чтобы ввести в действие задающий клапан (8) и довести внутреннее давление до значения, по существу равного рабочему давлению, а на этапе остановки осуществляют передачу внутреннего давления шины (3), по существу равного рабочему давлению, выпускному клапану (9) и уравнительному клапану (10), и повышение давления в задающем клапане (8) через уравнительный клапан (10), чтобы привести в действие задающий клапан (8), останавливающий сообщение.2. Способ по п.1, при котором отношение между рабочим давлением шины (3) и первым давлением емкости (4) находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,6.3. Способ по п.1, при котором первое давление в емкости (4) составляет от приблизительно 8,5 до приблизительно 10 бар.4. Способ по п.1, при котором снижение давления в задающем клапане (8) осуществляют за счет соединения внутренней камеры (27) задающего клапана (8) с окружающей средой.5. Способ по п.4, при котором соединение между задающим клапаном (8) и окружающей средой осуществляют посредством открытия первого закрывающего элемента (17) выпускного клапана (9), имеющего внутреннюю камеру (18), вводимую в сообщение с окружающей средой.6. Способ по п.5, при котором этап открытия первого закрывающего элемента (17) выполняют посредством закрытия второго закрывающего элемента (19), снаружи выпускного клапана (9) функционально связанного с первым закрывающим элементом (17), к которому прилагают давление, по существу эквивалентное давлению внутреннего объема (3') шины (3).7. Способ по п.1, при котором повышение давления в задающем клапане (8) выполняют за счет соединения внутреннего пространства задающего клапана (8) с внутренним объемом (3') шины (3).8. Способ по п.7, при котором соединение осуществляют выпускным клапаном (9) и уравнительным клапаном (10), соединенными друг с другом, по меньшей мере, одним каналом (20), причем выпускной клапан (9) соединен с внутренним объемом (3'), по меньшей мере, одним каналом (13, 14), при этом уравнительный клапан (10) соединен с внутренней камерой (27) задающего клапана (8), по меньшей мере, одним каналом (22).9. Способ по п.8, при котором соединение осуществляют выполнением этапов, на которых открывают второй закрывающий элемент (19) выпускного клапана (9), что ввести внутренний объем (3') в сообщение с уравнительным клапаном (10) по каналам (13, 14, 20), и открывают закрывающий элемент (24) уравнительного клапана (10), чтобы ввести уравнительный клапан (10) в сообщение с внутренней камерой (27) задающего клапана (8) через, по меньшей мере, один канал (22).10. Способ по п.1, при котором приведение внутреннего объема (3') шины (3) в сообщение с емкостью (4) осуществляют при температуре, превышающей температуру (Тр) порогового значения.11. Способ по п.1, при котором действие задающего клапана (8) регулируют упругим элементом с постоянной (К) упругости, изменяющейся в температурном диапазоне от -50 до +50°С таким образом, что закрывающий элемент (11) задающего клапана (8) сохраняют в закрытом положении после снижения давления внутреннего объема (3') шины (3) по причине понижения температуры в упомянутом диапазоне.12. Способ по п.5, при котором открытие первого закрывающего элемента (17) выпускного клапана (9) регулируют упругим элементом, постоянная (К) упругости которого изменяется в температурном диапазоне от -50 до +50°С таким образом, что первый закрывающий элемент (17) сохраняют в закрытом состоянии, а камеру (18) изолируют по отношению к окружающей среде после снижения давления внутреннего объема (3') шины (3) по причине понижения температуры в упомянутом диапазоне.13. Способ по п.11 или 12, при котором упругий элемент имеет такое значение постоянной упругости при -50°С (К^-50°С), которое отличается от значения постоянной упругости при +50°С (К^+50°С) на, по меньшей мере, 10% относительно значения постоянной упругости при +50°С (К^+50°С).14. Способ по п.11 или 12, при котором упругий элемент имеет такое значение постоянной упругости при -50°С (К^-50°С), которое отличается от значения постоянной упругости при +50°С (К^+50°С) не более, чем на 40% относительно значения постоянной упругости при +50°С (К^+50°С).15. Колесо с регулируемым давлением, содержащее обод (2), связанный с емкостью (4), выполненной с возможностью заполнения текучей средой до первого давления, шину (3), установленную на ободе (2) и имеющую внутренний объем (3'), накачиваемый до рабочего давления при эталонной температуре, причем рабочее давление ниже первого давления, по меньшей мере, один клапанный узел (5), выполненный с возможностью установления сообщения между емкостью (4), внутренним объемом (3') шины (3) и окружающей средой, причем клапанный узел (5) содержит задающий клапан (8), выпускной клапан (9) и уравнительный клапан (10), функционально связанные друг с другом, при этом задающий клапан (8) выполнен с возможностью регулирования сообщения между емкостью (4) и внутренним объемом (3') шины (3), выпускной клапан (9) соединен с окружающей средой, с внутренним объемом (3'), задающим клапаном (8) и уравнительным клапаном (10), уравнительный клапан (10) соединен с выпускным клапаном (9) и задающим клапаном (8), причем задающий клапан (8) имеет внутреннюю камеру (27), соединенную с выпускным клапаном (9) и уравнительным клапаном (10) таким образом, что задающий клапан (8) действует от выпускного клапана (9) и уравнительного клапана (10) за счет изменения давления внутренней камеры (27) в ответ на изменение внутреннего давления шины.16. Колесо по п.15, в котором емкость (4) выполнена за одно целое с ободом (2).17. Колесо по п.15, в котором емкость (4) имеет такой объем, что отношение между объемом емкости (4) и внутренним объемом (3') шины (3) составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,4.18. Колесо по п.17, в котором значение отношения находится в диапазоне от приблизительно 0,12 до приблизительно 0,25.19. Колесо по п.15, содержащее клапан (30) накачивания, функционально связанный с емкостью (4).20. Колесо по п.19, в котором клапан (30) накачивания выполнен за одно целое с клапанным узлом (5).21. Колесо по п.15, в котором задающий клапан (8) содержит закрывающий элемент (11) и дискообразный элемент (15), функционально связанные друг с другом и с внутренней камерой (27), причем дискообразный элемент (15) связан с упругим элементом (16), закрывающий элемент (11) выполнен с возможностью регулирования сообщения между емкостью (4) и внутренним объемом (3') шины (3), а внутренняя камера (27) соединена через, по меньшей мере, один канал (22, 23) с выпускным клапаном (9) и уравнительным клапаном (10).22. Колесо по п.15, в котором выпускной клапан (9) содержит первый закрывающий элемент (17), функционально связанный со вторым закрывающим элементом (19) таким образом, что когда один из них находится в открытом состоянии, то другой находится в закрытом состоянии, камеру (18), функционально связанную с первым (17) и вторым (19) закрывающими элементами, причем второй закрывающий элемент (19) связан с упругим элементом (21), первый закрывающий элемент (17) выполнен с возможностью регулирования открытия второго клапана (9) в сторону окружающей среды, второй закрывающий элемент (19) выполнен с возможностью регулирования прохода между, по меньшей мере, двумя каналами (14, 20) для соединения уравнительного клапана (10) с внутренним объемом (3') шины (3).23. Колесо по п.15, в котором уравнительный клапан (10) содержит закрывающий элемент (24), функционально связанный с упругим элементом (25) для введения внутреннего объема (3') шины (3) в сообщение с внутренней камерой (27) задающего клапана (8) и с камерой (18) выпускного клапана (9).24. Колесо по п.15, в котором клапанный узел (5) имеет термоуравнительный клапан (26), приводимый в действие под воздействием тепла, чтобы прерывать соединение между камерой (27) задающего клапана (8) и камерой (18) выпускного клапана (9) при температуре, ниже заданной температуры (Тр).25. Колесо по п.24, в котором термоуравнительный клапан (26) внутри имеет упругий элемент с постоянной (К) упругости, изменяющейся в температурном диапазоне от -50 до +50°С таким образом, чтобы сохранять термоуравнительный клапан (26) в закрытом состоянии после снижения давления внутреннего объема (3') шины (3) по причине понижения температуры в упомянутом диапазоне.26. Колесо по п.21, в котором упругий элемент (16) имеет постоянную (К) упругости, изменяющуюся в температурном диапазоне от -50 до +50°С таким образом, чтобы сохранять закрывающий элемент (11) в закрытом положении после снижения давления внутреннего объема (3') шины (3) по причине понижения температуры в упомянутом диапазоне.27. Колесо по п.22, в котором упругий элемент (21) имеет постоянную (К) упругости, изменяющуюся в температурном диапазоне от -50 до +50°С таким образом, чтобы первый закрывающий элемент (17) оставался в закрытом состоянии и камера (18) была изолирована относительно окружающей среды после снижения давления внутреннего объема (3') шины (3) по причине понижения температуры в упомянутом диапазоне.28. Колесо по любому из пп.25-27, в котором упругий элемент имеет такое значение постоянной упругости при -50°С (К^-50°С), которое отличается от значения постоянной упругости при +50°С (К^+50°С) на, по меньшей мере, 10% относительно значения постоянной упругости при +50°С (К^+50°С).29. Колесо по любому из пп.25-27, в котором упругий элемент имеет такое значение постоянной упругости при -50°С (К^-50°С), которое отличается от значения постоянной упругости при +50°С (К^+50°С) не более, чем на 40% относительно значения постоянной упругости при +50°С (К^+50°С).30. Клапанный узел (5) для колеса с регулируемым давлением, выполненный с возможностью установления сообщения между емкостью (4), внутренним объемом (3') шины (3) этого колеса и окружающей средой и содержащий задающий клапан (8), выпускной клапан (9) и уравнительный клапан (10), функционально связанные друг с другом, при этом задающий клапан (8) выполнен с возможностью регулирования сообщения между емкостью (4) и внутренним объемом (3') шины (3), выпускной клапан (9) соединен с окружающей средой, с внутренним объемом (3'), задающим клапаном (8) и уравнительным клапаном (10), уравнительный клапан (10) соединен с выпускным клапаном (9) и задающим клапаном (8), причем задающий клапан (8) имеет внутреннюю камеру (27), соединенную с выпускным клапаном (9) и уравнительным клапаном (10) таким образом, что задающий клапан (8) действует от выпускного клапана (9) и уравнительного клапана (10) за счет изменения давления внутренней камеры (27) в ответ на изменение внутреннего давления шины.31. Клапанный узел по п.30, в котором клапан (30) накачивания выполнен за одно целое с клапанным узлом (5).32. Клапанный узел по п.30, в котором задающий клапан (8) содержит закрывающий элемент (11) и дискообразный элемент (15), функционально связанные друг с другом и с внутренней камерой (27), причем дискообразный элемент (15) связан с упругим элементом (16), закрывающий элемент (11) выполнен с возможностью регулирования сообщения между емкостью (4) и внутренним объемом (3') шины (3), а внутренняя камера (27) соединена через, по меньшей мере, один канал (22, 23) с выпускным клапаном (9) и уравнительным клапаном (10).33. Клапанный узел по п.30, в котором выпускной клапан (9) содержит первый закрывающий элемент (17), функционально связанный со вторым закрывающим элементом (19) таким образом, что когда один из них находится в открытом состоянии, то другой находится в закрытом состоянии, камеру (18), функционально связанную с первым (17) и вторым (19) закрывающими элементами, причем второй закрывающий элемент (19) связан с упругим элементом (21), первый закрывающий элемент (17) выполнен с возможностью регулирования открытия второго клапана (9) в сторону окружающей среды, второй закрывающий элемент (19) выполнен с возможностью регулирования прохода между, по меньшей мере, двумя каналами (14, 20) для соединения уравнительного клапана (10) с внутренним объемом (3') шины (3).34. Клапанный узел по п.30, в котором уравнительный клапан (10) содержит закрывающий элемент (24), функционально связанный с упругим элементом (25) для введения внутреннего объема (3') шины (3) в сообщение с внутренней камерой (27) задающего клапана (8) и с камерой (18) выпускного клапана (9).35. Клапанный узел по п.30, в котором клапанный узел (5) имеет термоуравнительный клапан (26), приводимый в действие под воздействием тепла, чтобы прерывать соединение между камерой (27) задающего клапана (8) и камерой (18) выпускного клапана (9) при температуре, ниже заданной температуры (Тр).36. Клапанный узел по п.35, в котором термоуравнительный клапан (26) внутри имеет упругий элемент с постоянной (К) упругости, изменяющейся в температурном диапазоне от -50 до +50°С таким образом, чтобы сохранять термоуравнительный клапан (26) в закрытом состоянии после снижения давления внутреннего объема (3') шины (3) по причине понижения температуры в упомянутом диапазоне.37. Клапанный узел по п.32, в котором упругий элемент (16) имеет постоянную (К) упругости, изменяющуюся в температурном диапазоне от -50 до +50°С таким образом, чтобы сохранять закрывающий элемент (11) в закрытом положении после снижения давления внутреннего объема (3') шины (3) по причине понижения температуры в упомянутом диапазоне.38. Клапанный узел по п.33, в котором упругий элемент (21) имеет постоянную (К) упругости, изменяющуюся в температурном диапазоне от -50 до +50°С таким образом, чтобы первый закрывающий элемент (17) оставался в закрытом состоянии и камера (18) была изолирована относительно окружающей среды после снижения давления внутреннего объема (3') шины (3) по причине понижения температуры в упомянутом диапазоне.39. Клапанный узел по любому из пп.36-38, в котором упругий элемент имеет такое значение постоянной упругости при -50°С (К^-50°С), которое отличается от значения постоянной упругости при +50°С (К^+50°С) на, по меньшей мере, 10% относительно значения постоянной упругости при +50°С (К^+50°С).40. Клапанный узел по любому из пп.36-38, в котором упругий элемент имеет такое значение постоянной упругости при -50°С (К^-50°С), которое отличается от значения постоянной упругости при +50°С (К^+50°С) не более, чем на 40% относительно значения постоянной упругости при +50°С (К^+50°С).