设有内部空气通道的双式车轮

摘要

本发明描述一种用于在一对双式轮胎中维持相等压力的系统，并且还结合了气门机构，该气门机构将在一个双式车轮轮胎遇到快速漏气的情况下防止另一个双式车轮轮胎变扁。双式车轮通常安装在车辆轮毂上，两个轮盘面相互直接接触。为了确保两个轮胎中的相等压力，本发明设有被机械加工到车轮中的空气通道，使得空气通道在车轮之间的界面处会合，在该处，轮盘面直接接触。这些接缝通过橡胶密封件或垫圈密封。于是通过位于任一个车轮上的标准气门，能够将两个轮胎同时充气或放气。在双式车轮布置必需使用双式车轮之间的中间零件的情况下，空气通道能够通过穿过共用中间零件的中间空气通道连接两件式车轮。双式压力均衡气门连接到空气通道，并且嵌入到车轮或中间零件中。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年5月16日提交的名称为“设有内部空气通道的双式车轮（Dual Wheels with Internal Air Passageways）”的第61/647,968号临时申请中公开的发明。特此要求该美国临时申请在35 USC §119（e）下的权益，并且前述申请特此以引用结合在此。

技术领域

本发明总体上涉及用于在一对双式轮胎——例如通常用在卡车、巴士和其他类型的车辆上——中维持相等压力而且无需外置软管或管路的设备的领域。更具体来说，本发明教导了一种系统，通过这种系统，在一个轮胎遇到快速漏气的情况下，气门机构将阻止另一个轮胎变扁。

背景技术

双式轮胎的一个主要问题是，一个双式轮胎中的压力往往与相配的双式轮胎中的压力不一样。之所以出现压力差，是因为缺乏维护、逐渐泄漏还有温差。即使两个双式轮胎开始时压力完全一样，但是在车辆驾驶过程中，轮胎受热可能不均匀。内部双式轮胎会经受制动热量和更少的空气流动，这使得内部双式轮胎中的压力大于外部双式轮胎。

本行业中众所周知需要双式轮胎中的压力相等。首先，轮胎压力相等会改进双式轮胎的胎圈寿命——如果一个双式轮胎的压力高于另一个，那么轮胎的有效外径将更大。因此，当轮胎被迫一起滚动时，周长差异将导致轮胎拖拽并且提前磨损。当双式轮胎维持在相等的充气压力下时，胎面磨损会减少。其次，轮胎压力相等会改进燃料经济性——如果轮胎因直径差异而发生拖拽，那么燃料经济性会降低。低气压也会降低燃料效率。根据联邦机动车安全管理局（FMCSA）的研究，轮胎充气如若不当，哪怕只比目标压力低10 psi，也会让燃料经济性降低大约百分之一。第三，轮胎压力相等，会保持适当的轮胎负荷承载能力。轮胎压力每降低5 psi，12R22.5型轮胎就会损失160磅的负荷承载能力。这个负荷必须由另一个双式轮胎承载，这样可能让另一个双式轮胎过载。第四，双式轮胎充气不当，可能导致轮胎压痕区域出现过度的轮胎鼓包，这样可能导致双式轮胎一起摩擦（或“轻触”），并且明显缩短轮胎寿命。

因此，世人进行了许多尝试来制造能减轻与双式轮胎中的不相等压力相关联的问题的系统和/或设备。这些系统设有软管，软管连接到每个车轮的气门杆上。软管的另一端连接到气门上，该气门让双式轮胎中的压力变均衡，而且提供单个轮胎充气点。在轮胎或软管发生爆裂的情况下，这个气门将封闭好轮胎以防变扁。

然而，这些系统虽然有效，但是有几个缺点。首先，这些产品中使用的气门和软管很笨重。气门和软管的重量会给车辆增加额外的重量，并且可能导致组件不平衡。其次，气门和软管不雅观。许多卡车主人对他们的车辆非常自豪，甚至会购买昂贵的抛光铝车轮或镀铬车轮。但是，这些气门和软管有损于车轮和车辆的外观。第三，气门组件用螺栓固定到凸耳、毂盖或驱动轴端部上。如果连接得不紧固，那么安装就不牢固。第四，软管连接会增加系统中的额外潜在泄漏点。第五，在例如农用卡车、灌丛消防车或军用卡车的越野应用中，外设气门和软管可能被灌丛钩住。第六，气门和软管让车轮很难清洁。第七，在拆除双式轮胎进行维护之前，必须先拆除均衡气门和软管。第八，需要用不同的安装支架将均衡气门安装到各种车轮和毂的配置上。与刚刚说明的当前技术的设备相比，本发明领域的先前设备的缺点甚至更多。

与前述设备不同的是，这里教教导的新设计不但能均衡双式轮胎的压力，而且在软管爆裂或断裂的情况下能将好轮胎和坏轮胎隔离开来。这种设计能感测到低轮胎压力或过压状况。然而，这种设计不是必须要利用电子器件来均衡压力，并且因此可靠性被提高。先前的设备、系统和/或其他用来减轻与成对双式轮胎中的不相等压力相关联的问题的尝试全都没有完全满足本发明领域中的需要，或者期望本发明的独特特征和优点。

发明内容

鉴于上述内容，本发明的一个目的是提供具有平衡的压力的改进的双式车轮，这种双式车轮明显地减少了部件的数目，而且减少了泄漏的可能。部件更少还会减少系统的成本、重量和复杂度。本发明的另一个目的是去掉外置软管和管路，从而改进车轮平衡、减少复杂度、减少组装和拆卸时间、使组件更加稳固，并且使车轮端部维护更容易。本发明的再一个目的是提供一种结合充气气门以便提供单个轮胎充气点的改进的方式，并且在轮胎爆裂的情况下，提供一个集成气门，这个集成气门将封闭好轮胎使其不会变扁。这种集成气门组件减少了因路边沿、石头、树木和灌木丛树枝等等造成的损坏的风险。集成气门组件减轻了重量，改进了车轮组件的平衡，同时减少了对外置安装支架的需要，并且让维修时容易接近车轮。

双式车轮配置中的内部车轮和外部车轮通常是相同的单件式车轮。双式车轮通常安装在车辆轮毂上，两个轮盘面彼此直接接触。为了确保两个轮胎中的压力相等，本发明设有被机械加工到车轮中的空气通道，使得空气通道在车轮之间的界面处会合，并且接缝被橡胶密封件或垫圈密封。于是，能够通过标准气门给两个轮胎同时充气或放气。卡车行业的另一个常见做法是使用相同的车轮作为前轴车轮端部上的单式车轮。在这种情况下，能够通过插塞来密封单式车轮上的空气通道。

两件式螺栓连接车轮能够以类似方式被配置成双式设置，但是这些车轮可能必需在双式车轮之间使用中间零件（依据车轮的几何形状）。空气通道能够以与上述类似的方式连接两件式车轮，其中空气通道穿过共用的中间零件，并且能够如上所述使用插塞密封前单式车轮的空气通道。在另一种配置中，可以使用两件式车轮作为双件，而无需中间轮盘。空气通道如上所述连接双式轮胎气室。在再一配置（未示出）中，能够通过空气通道接合几个可拆卸轮辋，以便在轮胎中维持相等的压力。

外置双式压力均衡气门在本行业中是众所周知的，但是目前为止，压力均衡气门还不是作为一体式系统的一部分嵌入到车轮中。在本发明中，一体式压力均衡气门嵌入在车轮和/或双式车轮之间的中间零件中，并且连接到车轮内部空气通道上。这样会得出一种稳固的设计，这种设计会减少成本、重量、尺寸并且会消除对于独立的安装支架的需要，而且还提供了在一个轮胎中发生快速压力损失的情况下防止另一个好轮胎变扁的方式。

附图说明

图1A是配置成双式设置的两个单件式车轮和轮胎的内部通道的横截面图。

图1B是配置成双式设置的两个单件式车轮和轮胎的标准充气气门的横截面图。

图1C是针对单式车轮（前轮）应用配置的单件式车轮的被阻断的内部通道的横截面图。

图2是在配置成双式设置的双式车轮之间设有中间轮盘的两个两件式车轮和轮胎的内部通道的横截面图。

图3是针对双式车轮配置而配置的设有中间零件的两件式车轮的内部通道的特写部分截面图。

图4是针对单式车轮配置而配置的两件式车轮的内部通道的特写部分截面图。

图5是在配置成双式设置的双式车轮之间没有中间零件的两个两件式车轮和轮胎的内部通道的横截面图。

图6是能够在爆裂的情况下隔离好轮胎与坏轮胎并且维持好轮胎中的压力的插装式气门（cartridge-type valve）的透视图。

图7是能够在一个轮胎具有快速压力损失的情况下隔离好轮胎与坏轮胎并且维持好轮胎中的压力的插装气门的分解图。

图8是能够在一个轮胎具有快速压力损失的情况下隔离好轮胎与坏轮胎并且维持好轮胎中的压力的插装气门的截面图。

图9是在配置成双式设置的双式车轮之间设有中间零件并且设有能够在一个轮胎具有快速压力损失的情况下隔离好轮胎与坏轮胎并且维持好轮胎中的压力的插装气门的两个两件式车轮和轮胎的部分横截面图。

图10A、图10B和图10C提供与插装气门的端口端部中的空气通道有关的更多细节。

图11是在配置成双式设置的双式车轮之间设有中间轮盘并且配备有中央轮胎充气系统气门的两个两件式车轮和轮胎的内部通道的横截面图。

图12是在配置成双式设置的双式车轮之间设有中间轮盘并且设有轮胎压力监测系统传感器的两个两件式车轮和轮胎的内部通道的横截面图。

具体实施方式

在图1A中，轮胎22A和22B以传统方式组装到车轮21A和21B上。在组装过程中，有时候需要用气压将胎圈50A、50B、50C和50D安放到胎圈座51A、51B、51C和51D上。插塞40（图1C中示出）能够暂时安装在螺纹28A和28B中，以便在通过轮胎气门23A和23B（图1B中示出）将胎腔24A和24B充气到低压的同时密封空气通道25A和25B，以便安放胎圈50A、50B、50C和50D。一旦安放好胎圈，就能够通过充气气门23A和23B将胎腔24A和24B中的空气排掉。然后从车轮21A和21B上去掉插塞40。

使用凸耳双头螺柱（lug stud）32和凸耳螺母33将内双式车轮组件20B和外双式车轮组件20A附接到轮毂29上。将密封件27放置在外半密封槽26A和内半密封槽26B中，以密封空气通道25A和25B。一旦内双式车轮组件20B和外双式车轮组件20A放在合适位置，就能够通过穿过充气气门23A或23B注入空气而给胎腔24A和24B加压。当给任一胎腔24A或24B加压时，气压通过空气通道25A和25B立即被传送到另一个胎腔。

在维护过程中，两个胎腔24A和24B中的压力将始终相等，因为空气能够通过空气通道25A和25B自由流动。对于单式车轮（图1C），通过安装在螺纹28C中的插塞40封闭空气通道25C。然后，通常通过充气气门（未示出）给轮胎充气，就像任何其他单式车轮一样。

双式车轮也可以制造成图2所示的2件式螺栓连接车轮65A和65B。依据车轮所需的偏移量，可以在车轮65A与65B之间放置一个中间轮盘66。可以用密封件63A、61A、61B和63B密封空气通道62A、62B、62C、62D和62E。在将轮胎（未示出）安装到车轮65A和65B上的时候，能够将插塞40（未示出）拧到螺纹68A或68B中，以暂时密封空气通道62B和62D。然后，在将车轮65A和65B以及中间轮盘66组装到车辆轮毂（未示出）上之前，去掉这些插塞40。在组装过程中，将密封件61A和61B放置在双式车轮65A和65B与中间轮盘66之间。一旦组装完毕，就借助充气气门62A给轮胎充气。当空气穿过充气气门62A时，空气会行进穿过空气通道67A、62A、62B、62C、62D、62E和67B，以给两个轮胎（未示出）充气。以类似于上文所述的方式，两个轮胎将维持相同的压力，因为空气能够穿过空气通道67A、62A、62B、62C、62D、62E和67B自由地流动。

这些密封件中的任一个都可以具有各种类型或配置，并且作为一个示例，在图3中的一个位置上示出了矩形密封件70取代O型圈式密封件。同样显而易见的是，可以使用垫圈或某种其他密封方法，取代本发明各处示出的O型圈密封件。

图4示出了安装在前轮毂72上的单式2件式车轮65C。在单式车轮应用中，将充气气门64C安装在螺纹68C中，并且使用插塞71来密封空气通道75。通过穿过充气气门64C加入加压空气给轮胎加压。空气通过空气通道73、74和76流动到胎腔，并且由于密封件63C的作用，可防止车轮半部之间发生空气泄漏。

图5示出了也可以制造成2件式螺栓连接车轮80A和80B并且不需要中间中央圆盘而对接在一起的双式车轮。这种设计的功能跟图2、图3和图4中示出的设计一样。区别在于，这种设计没有中间中央圆盘。同样，显而易见的是，这个车轮能够配置有插塞和充气气门，以便跟图4中示出的设计的功能一样。

图6示出了插装气门100，该插装气门100均衡双式轮胎之间的压力，但是在一个轮胎快速损失（例如轮胎爆裂）的情况下密封好轮胎免受坏轮胎影响。如图7和图8所示，这个气门具有气门端口端部101、隔膜102、随动件103、弹簧104、气门闭合端口105、通风口106和插塞107和108。气门可以包括附加零件（未示出），用于识别低、正确或高压状况，或者包括密封件（未示出）。图10A、图10B和图10C示出了可以如何在气门端口端部101中连接空气通道。这里说明的插装气门的功能类似于美国专利4,476,803号和其他美国专利中说明的气门，但是这个插装气门是插装式设计，不是外置设计。

图9示出了安装在与两个2件式车轮120A和120B使用的一个中间轮盘110中的插装气门100。要将轮胎（未示出）组装到车轮120A和120B上，可以将充气气门126A或126B安装在螺纹134A和134B中。通过充气气门施加气压，以便安放胎圈。一旦胎圈安放好，就释放气压，并且从螺纹134A和134B上拆掉充气气门126A和126B，并且将这些充气气门拧到车轮里，如图9所示。

一旦将轮胎安装在车轮120A和120B上，就使用凸耳双头螺柱32（未示出）和凸耳螺母33（未示出）将内双式车轮120B、设有插装气门100的中间轮盘110和外双式车轮120A以及图示的各种密封件附接到轮毂29（未示出）上。定位销109能够将插装气门100定位到中间轮盘110上，并且定位销111和112能够将车轮120A和120B定位到中间轮盘110上。显然，能够使用其他构件来定位零件，而并不背离本发明的精神。

一旦组装完毕，就能够使用充气气门126A给两个轮胎充气。空气通过空气通道127A和128A流动到插装气门100中。气门100允许空气流动到空气通道132A、131A、130A以及空气通道133、132B、131B、130B，并且进入轮胎（未示出）。一旦轮胎被充气，插装气门100就在双式轮胎之间维持相等的压力，但是在一个轮胎具有快速压力损失（例如轮胎爆裂）的情况下密封好轮胎免受坏轮胎的影响。密封件121A、121B、122A、122B、123、124和125A密封空气通道以防发生泄漏。通风口140防止在插装气门的封闭端部上累积压力。

如果需要的话，充气气门126A能够用来同时给两个轮胎放气。图10A、图10B和图10C中示出了插装气门100的端口端部中的空气通道的细节。即使内双式轮胎与外双式轮胎之间产生了温差，内部通道也会在双式轮胎中维持相等的压力。均衡的压力会减少轮胎拖拽、刮擦和磨损，并且改进燃料经济性。具有平衡压力的轮胎更加均衡地承载负荷，这样能使轮胎和车轮的寿命更长。轮胎压力的维护容易得多，因为一个充气气门容易达到，而且两个双式轮胎可以同时充气或放气。

内部插装气门（如果使用的话）在相配的双式轮胎具有快速压力损失的情况下防止好轮胎变扁。内部空气通道和插装气门减少了组件的不平衡，从而提供更好的行驶品质、更长的轮胎寿命、具有更少的旋转质量，还有“整洁的外观”，这使得定制的车轮容易被看到和清洁。内部空气通道和插装气门还意味着没有外置的软管、支架或外置气门，这些外置部件在越野应用中可能会受到石头损坏或被灌木丛钩住。

应当显而易见的是，插装气门100能够放置在双式车轮中的一个里，以形成不带中间轮盘110的双式车轮配置。还应当显而易见的是，平衡气门的端口侧上的端口配置能够被制造成单独的歧管零件，以便在必要时与车轮内部空气通路匹配。还应当显而易见的是，相同的设计原理能够与可拆卸的双式轮辋使用。

图11示出了类似于图2中的双式轮胎设置的一种双式轮胎设置，区别在于，有一个附加的中央轮胎充气系统（CTIS）气门150结合到该设计中。在这个实施例中，能够通过按压驾驶室中的仪表板上的控制按钮（未示出，但是在本领域中是众所周知的）来遥控给双式轮胎充气或放气。CTIS气门能够表面安装、部分嵌入或者完全嵌入在中间轮盘66中或者任一个车轮中。在设有CTIS的配置中，本领域普通技术人员将容易认识到，可能需要根据轮胎或车轮尺寸、充气压力、轮胎负荷和其他因素改变双式轮胎之间的间距，以防因轮胎相互接触对轮胎造成损坏。

图12示出了安装到中间轮盘66上的轮胎压力监测系统（TPMS）传感器。在这个设置中，能够通过TPMS来监测两个轮胎的压力。通常TPMS传感器必须安装在胎腔内部，这里不存在热量、压力、湿气等严苛的状况。而本发明允许将TPMS传感器安装在轮胎外部以避免这些严苛的状况。

附图中的如下元件符号的列表可能有助于更全面地了解本发明的构思：

20A 外双式车轮组件

20B 内双式车轮组件

20C 单式车轮组件

21A 外双式车轮

21B 内双式车轮

21C 单式车轮

22A 外双式轮胎

22B 内双式轮胎

22C 单式轮胎

23A 外双式车轮充气气门

23B 内双式车轮充气气门

24A 外双式轮胎腔

24B 内双式轮胎腔

24C 单式轮胎腔

25A 外双式车轮空气通道

25B 内双式车轮空气通道

25C 单式车轮空气通道

26A 外双式车轮半密封槽

26B 内双式车轮半密封槽

27 密封件

28A 外双式车轮螺纹

28B 内双式车轮螺纹

28C 前轮螺纹

29 轮毂

30 轮毂/车轮界面

31 车轮与车轮界面

32 凸耳双头螺柱

33 凸耳螺母

40 插塞

50A 胎圈

50B 胎圈

50C 胎圈

50D 胎圈

51A 胎圈座

51B 胎圈座

51C 胎圈座

51D 胎圈座

60 中间轮盘的安装区域

61A 密封件

61B 密封件

62A 空气通道

62B 空气通道

62C 中间轮盘空气通道

62D 空气通道

62E 空气通道

63A 密封件

63B 密封件

63C 密封件

64A 充气气门

64B 充气气门

64C 充气气门

65A 外2件式双式车轮

65B 内2件式双式车轮

65C 单式2件式车轮

66 中间轮盘

67A 空气通道

67B 空气通道

68A 螺纹

68B 螺纹

68C 螺纹

70 正方形密封件

71 插塞

72 前轮毂

73 空气通道

74 空气通道

75 空气通道

76 空气通道

80A 外2件式双式车轮

80B 内2件式双式车轮

81A 空气通道

81B 空气通道

81C 空气通道

81D 空气通道

100 插装气门

101 气门端口端盖

102 隔膜

103 随动件

104 弹簧

105 气门闭合端部

106 通风孔

107 插塞

108 插塞

109 定位销

110 中间轮盘

111 定位销

112 定位销

120A 外2件式双式车轮

120B 内2件式双式车轮

121A 密封件

121B 密封件

122A 密封件

122B 密封件

123 密封件

124 密封件

125A 密封件

125B 密封件

126A 充气气门

126B 充气气门

127A 空气通道

127B 空气通道

128A 空气通道

128B 空气通道

129A 螺纹

129B 螺纹

130A 空气通道

130B空气通道

131A空气通道

131B空气通道

132A空气通道

132B空气通道

133空气通道

134A 螺纹

134B 螺纹

140 通风口

150 中央轮胎充气系统气门

151 空气通道

152 空气通道

153 插塞

160 轮胎压力监测系统传感器

161 空气通道。

最后，虽然图中示出的优选实施例图解说明的是完全嵌入在零件内的插装气门，但是气门可以仅部分地嵌入或者可以直接安装到车轮或中间轮盘的表面上。此外，虽然图解说明和论述了优选实施例，但是车轮和压力平衡气门领域的任何技术人员应当清楚，可以利用多种配置，而并不背离本发明的精神。因此，可以进行多种改变，而并不偏离和/或超出本发明的精神和范围。而且，本领域的技术人员后期可以进行各种目前无法预见或无法预期的备选方案、修改、改变或改进，这些旨在由所附权利要求书涵盖。