ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ ШИНАМИ И СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ШИН В УКАЗАННОМ ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ
CARRIER WITH AIR TIRES AND METHOD TIRE COOLING IN SAID CARRIER

Уровень техники
Настоящая группа изобретений относится к транспортному средству с пневматическими шинами и способу охлаждения шин в транспортном средстве, в частности к технологии, которая позволяет повысить долговечность при движении транспортного средства с низким давлением воздуха в пневматической шине.
Область техники
Движение транспортного средства вызывает в шине периодическую деформацию резины. Таким образом, часть энергии преобразуется в тепло и шина вырабатывает тепло. В частности, если шина продолжает двигаться с пониженным давлением воздуха, каждая деформация становится больше и образуется больше тепла. Если температура резины шины превосходит определенную величину в резине начинают возникать трещины. Таким образом, целесообразно для увеличения долговечности шины поддерживать температуру движущейся шины низкой.
В последние годы самонесущие шины являются предпочтительными для улучшения комфорта и безопасности и увеличения внутреннего пространства транспортного средства. Хорошо известно, что самонесущая шина является шиной с усиленной боковиной, в которой внутри каждой боковины расположен боковой усиливающий слой резины, имеющий серповидную форму поперечного сечения (например, см. патентный документ 1). В такой самонесущей шине, например, даже во время прокола, боковой усиливающий слой резины принимает нагрузку шины вместо давления воздуха и в конечном счете прогиб боковины ограничен. Таким образом, даже когда шина проколота, самонесущая шина способна продолжать движение непрерывно, например, приблизительно от 50 до 100 км со скоростью от 60 до 80 км/ч (здесь и далее такое движение называют «движение с шиной в спущенном состоянии»).
Однако, несмотря на то, что шина является самонесущей шиной, боковой усиливающий слой резины выделяет тепло пропорционально дистанции пробега при движении с шиной в спущенном состоянии со сниженным давлением воздуха. И если дистанция пробега превышает предельное значение, боковой усиливающий слой резины разрушается из-за тепловой деградации.
Патентный документ 1: нерассмотренная заявка на патент Японии №2006-182318.
Описание изобретения
Чтобы замедлить развитие трещин при движении шины с низким давлением воздуха, включая движение с шиной в спущенном состоянии, целесообразно увеличивать жесткость каждой части шины и снижать деформацию. Однако, в усиленной таким образом шине вертикальная деформация излишне возрастает и возникают недостатки, заключающиеся в ухудшении комфортности вождения и увеличении массы шины.
С точки зрения этих факторов, целью настоящего изобретения является обеспечение транспортного средства с пневматическими шинами и способа охлаждения шин в транспортном средстве, которые позволят подавить тепловыделение в шинах и повысить долговечность при движении со сниженным давлением.
В соответствии с первой целью настоящего изобретения, транспортное средство по меньшей мере с пневматическими шинами, характеризуется тем, что включает устройство охлаждения, которое выпускает текучую среду для охлаждения пневматической шины снаружи, когда давление в пневматической шине снижается.
Второй целью настоящего изобретения является способ охлаждения шины в транспортном средстве с пневматическими шинами, включающий:
стадию отслеживания давления воздуха пневматической шины в ходе движения, и
стадию подачи текучей среды к пневматической шине для охлаждения пневматической шины снаружи, когда давление воздуха падает ниже заданной величины.
Согласно первой и второй цели настоящего изобретения, шину при движении с низким давлением воздуха можно охлаждать с использованием текучей среды. Таким образом, без избыточного увеличения вертикального коэффициента жесткости шины и т.п., тепловыделение при движении с низким давлением воздуха может быть замедлено, и в конечном счете может быть повышена долговечность. В частности, если пневматическая шина является самонесущей шиной, дистанция пробега с шиной в спущенном состоянии увеличивается и/или скорость движения с шиной в спущенном состоянии определенно возрастает.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлена структурная схема в плоскости транспортного средства, демонстрирующая воплощение настоящего изобретения.
На Фиг.2 представлен увеличенный вид его значимой части возле правого переднего колеса.
На Фиг.3 представлен вид поперечного сечения, взятого по линии А-А на Фиг.2.
На Фиг.4 представлен вид поперечного сечения пневматической шины, демонстрирующий настоящее воплощение.
На Фиг.5 предоставлена структурная схема в плоскости транспортного средства, демонстрирующая другое воплощение настоящего изобретения.
На Фиг.6 представлен увеличенный вид его значимой части возле правого переднего колеса.
На Фиг.7 предоставлена структурная схема в плоскости транспортного средства, демонстрирующая еще одно воплощение настоящего изобретения.
На Фиг.8 неполный вид сбоку его левого переднего колеса.
На Фиг.9 представлен вид поперечного сечения, взятого по линии А-А на Фиг.8.
На Фиг.10 представлена временная диаграмма давления воздуха, сигнала на привод насоса и сигнала на переключательный клапан для пояснения действия регулирующего устройства.
На Фиг.11 представлен график зависимости температуры внутри шины от показателя дистанции пробега согласно примеру 1.
На Фиг.12 представлен график зависимости температуру на поверхности шины от показателя дистанции пробега согласно примеру 1.
На Фиг.13 представлен график зависимости температуры, измеренной с помощью датчика, от показателя дистанции пробега согласно примеру 2.
На Фиг.14 представлен график зависимости температуры боковины от показателя дистанции пробега согласно примеру 2.
Список обозначений
1 - транспортное средство
1a - кузов транспортного средства
2, 2FR, 2FL, 2RR, 2RL - колеса
3 - пневматическая шина
7 - устройство отслеживания давления воздуха
8 - устройство охлаждения
9 - трубка
9i - воздухозаборное отверстие
9о - сопло
10 - пневмораспределитель
11 - привод
14 - регулирующее устройство
15 - переключательный клапан
23 - проточный канал
24 - сопло
Т - емкость
Р - насос
G - газ
L - жидкость.
Лучший вариант осуществления изобретения
Ниже воплощения настоящего изобретения описаны более подробно со ссылками на чертежи.
Воплощение, при котором текучая среда, охлаждающая шину, представляет собой газ
На Фиг.1 предоставлена структурная схема в плоскости транспортного средства 1 в соответствии с настоящим изобретением. Транспортное средство 1 представляет собой четырехколесный автомобиль, например легковой автомобиль. Кузов 1а включает четыре колеса: переднее правое колесо 2FR, переднее левое колесо 2FL, заднее правое колесо 2RR, заднее левое колесо 2RL. На Фиг.2 представлен вид сбоку правого переднего колеса 2FR, а на Фиг.3 представлен вид сверху этого колеса, как представителя всех указанных колес. Каждое колесо 2 включает пневматическую шину 3 и обод 4 колеса, на который установлена пневматическая шина 3.
Указанная выше пневматическая шина 3, как показано на увеличенном виде Фиг.4, включает:
участок 3а протектора, контактирующий с грунтом,
пару участков 3b боковин, проходящих внутрь в радиальном направлении шины с обоих концов шины,
участок 3с борта, соединенный с каждым участком 3b боковины и закрепленный на ободе 4 колеса,
каркас 3е, выполненный из слоя каркаса, изготовленного из кордов органического волокна, оба конца которого загнуты вокруг нерастяжимого бортового кольца 3d, уложенного в каждом участке 3с борта, и
слой брокера 3f, выполненный из металлических кордов, расположенных с внешней стороны каркаса 3е и с внутренней стороны участка 3а протектора.
Пневматическая шина 3 по настоящему воплощению является самонесущей шиной, снабженной внутри указанным выше каркасом 3е и на каждом участке 3b боковины указанным боковым усиливающим слоем 3g резины, который имеет поперечное сечение по существу серповидной формы. Чтобы предотвратить значительно ухудшение комфортности вождения при обычном движении и улучшить жесткость при изгибе участка 3b боковины так, чтобы снизить вертикальный прогиб шины во время движения в спущенном состоянии, для вышеупомянутого бокового усиливающего слоя 3g резины предпочтительно используют сравнительно твердую резиновую смесь, которая имеет твердость по дюрометру A JIS предпочтительно не менее 60 градусов, более предпочтительно, не менее 65 градусов и предпочтительно не более 95 градусов и, более предпочтительно, 90 градусов.
Даже когда такая самонесущая шина проколота, шина сразу не выходит из строя и может двигаться, например, со скоростью 80 км/ч до достижения безопасного места, включая ближайшую станцию сервисного обслуживания (например, приблизительно от 50 до 100 км). Однако, в транспортном средстве 1 в соответствии с настоящим изобретением, самонесущая шина не является существенным признаком.
Вышеупомянутый обод 4 колеса включает закраину 4а, которая имеет по существу цилиндрическую форму и на которую устанавливают вышеуказанную пневматическую шину, и диск 4b, прикрепляемый к закраине 4а или сформированный с закраиной 4а как единое целое. Диск 4b закреплен на ступице (не показана) через тормозное устройство 5, включающее тормозной диск 5а и суппорт 5b с тормозной колодкой (также, как показано в другом воплощении на Фиг.9, диск 4b закреплен на ступице 13 с помощью болта ступицы). Ступица соединена с поворотным кулаком 6 с помощью подшипника. Более того поворотный кулак 6 расположен на кузове автомобиля 1а с возможностью возвратно-поступательного и поворотного движения посредством системы подвески S.
Как показано на Фиг.1, транспортное средство 1 снабжено устройством 7 отслеживания давления воздуха для отслеживания давления воздуха в каждом колесе 2 транспортного средства. Известны устройства 7 отслеживания давления воздуха, в которых используют, например, прямой и косвенный способ отслеживания.
В устройстве 7 отслеживания давления воздуха с использованием прямого способа датчик давления вмонтирован в каждое колесо 2 транспортного средства для регистрации давления воздуха шины. Датчик давления может быть сформирован как единое целое, например, с воздушным вентилем шины. Электрический сигнал, отвечающий давлению воздуха, регистрируемый датчиком давления, посылают на регулирующее устройство 14 со стороны кузова (описано ниже) посредством беспроводной сигнальной магистрали или через токосъемное кольцо.
Дополнительно, устройство 7 отслеживания давления воздуха с использованием косвенного способа включает датчик для регистрации скорости качения каждого колеса 2 транспортного средства. Выходной сигнал датчика поступает к регулирующему устройству 14, такому как микрокомпьютер. Таким образом, путем проведения предварительного расчета с использованием сигнала, определяют колесо 2 транспортного средства с пониженным давлением воздуха. Другими словами, в устройстве 7 отслеживания давления воздуха с использованием косвенного способа, когда давление воздуха в пневматической шине 3 снижается, динамический радиус качения становится меньшим по размеру (другими словами, скорость качения возрастает по сравнению с другими колесами транспортных средств с нормальным давлением воздуха). При этом, колесо 2 транспортного средства со сниженным давлением воздуха определяют с помощью отношения скорости качения четырех колес транспортного средства (см. например, патент Японии №402884 и т.п.).
Устройство отслеживания давления воздуха с использованием косвенного способа имеет простую конструкцию. Недостаток состоит в том, что возникает проблема точности и проблема в том, что устройство не может регистрировать случай, когда снижается давление воздуха всех четырех колес транспортного средства и т.п. Напротив, устройство отслеживания давления воздуха с использованием прямого способа не имеет недостатков устройства с использованием косвенного способа. Однако существует вероятность, что увеличится стоимость устройства, так что необходимо выбирать тип устройства в зависимости от применения транспортного средства.
Более того, транспортное средство 1 снабжено устройством 8 охлаждения для подачи газа G для охлаждения пневматической шины 3 с ее наружной стороны, когда давление воздуха в пневматической шине 3 снижается. Таким образом, транспортное средство 1 по настоящему воплощению может отводить тепло от шины 3, движущейся со сниженным давлением, путем подачи газа G снаружи. Таким образом, тепловыделение в пневматической шине 3, движущейся при низком давлении воздуха, может быть снижено без избыточного увеличения вертикального коэффициента жесткости шины 3 и т.п. (другими словами, не вызывая излишнего ухудшения комфортности вождения). Следовательно, долговечность пневматической шины 3 в ходе движения при низком давлении воздуха повышается. И, когда пневматическая шина 3 является самонесущей шиной, как представлено в настоящем воплощении, можно заметно увеличить дистанцию пробега с шиной в спущенном состоянии и/или скорость движения с шиной в спущенном состоянии.
Более конкретно, устройство 8 охлаждения в соответствии с настоящим воплощением, как показано на Фиг.1, включает:
трубку 9, снабженную на одном конце воздухозаборным отверстием 9i для всасывания воздуха, а на другом конце снабженную соплом 9о для подачи воздуха;
пневмораспределитель 10 для подачи по меньшей мере части потока воздуха, протекающего через трубку 9, к пневматической шине 3, когда давление в пневматической шине 3 снижается, и
регулирующее устройство 14 для регулирования пневмораспределителя 10 и т.п.
Как показано на Фиг.1, воздухозаборное отверстие 9i трубки 9 расположено в области решетки радиатора и в передней части капота (не показано) и т.п. транспортного средства, например, направленным внутрь. Таким образом, без запуска вентилятора и т.п., вследствие движения транспортного средства, воздухозаборное отверстие 9i может всасывать воздух самостоятельно. Однако добавление вентилятора и т.п. является приемлемым. И для предотвращения попадания посторонних веществ в трубку 9, предпочтительно устанавливать воздушный фильтр (f) и т.п. на воздухозаборное отверстие 9i.
Трубка 9 по настоящему воплощению разветвляется, например, на четыре трубки после воздухозаборного отверстия 9i. Соответственно, ответвленные трубки 9а-9d проходят возле соответствующих четырех колес 2 транспортного средства. На конце каждой ответвленной трубки 9а-9d, находится сопло 9о для выпуска воздуха, проходящего по трубке 9. В настоящем воплощении, как показано на Фиг.3, ближайший к соплу участок каждой ответвленной трубки 9а-9d сформирован в виде податливой части 22 при изгибающей деформации.
Пневмораспределитель 10 по настоящему воплощению включает, как показано на Фиг.2 и 3, привод 11 с прямолинейным типом перемещения. Можно применять различные типы привода 11, такие как система с использованием давления текучей среды, система преобразования вращательного движения электропривода в прямолинейное движение или т.п.
Для предотвращения столкновения с надколесной дугой 19 кузова и системой подвески S, привод 11 включает цилиндрический элемент 11а, присоединенный к шасси указанного выше кузова 1а транспортного средства и т.п. и вал 11b, выполненный, например, с возможностью перемещения внутрь и наружу из основой части 11а. В настоящем воплощении вал 11b привода 11 прикреплен с возможностью перемещения в продольном направлении кузова 1а транспортного средства. Является очевидным, что конкретный способ прикрепления можно различным образом изменять. Конец вала 11b закреплен вблизи сопла 9о трубки 9 с помощью соединительного приспособления 12.
Привод 11 в исходном состоянии размещен в положении, при котором часть вала 11b втянута. В это время сопло 9о трубки 9 расположено в точке А, обращенной к тормозному устройству. Более конкретно, линия CL центральной оси сопла 9о расположена так, что пересекается с поверхностью вращения дискового ротора 5а тормозного устройства 5 (в настоящем воплощении пересекается по существу перпендикулярно).
В противоположность этому, как показано пунктирными линиями на Фиг.3, привод 11 может быть расположен в точке В, обращенной к пневматической шине 3, путем выдвижения вала 11b для перемещения сопла 9о трубки 9. Более конкретно, линия CL центральной оси сопла 9о распложена так, что пересекается с участком 3b боковины внутри пневматической шины 3.
При движении с низким давлением воздуха или при движении в спущенном состоянии тепловыделение заметно выше во внутренней части транспортного средства, чем на экваторе С шины 3. Поэтому, сопло 9о, как раскрыто в настоящем воплощении, предпочтительно расположено так, чтобы подавать воздух в более внутреннюю часть транспортного средства, чем экватор С пневматической шины 3.
Между прочим, сопло 9о может быть распложено в верхней части пневматической шины 3 так, чтобы подавать воздух на участок 3а протектора. Более того, каждая пневматическая шина 3 может быть снабжена соплами 9о для подачи воздуха как на участок 3а протектора, так и на участок 3b боковины одновременно, например, чтобы охлаждать пневматическую шину 3 более эффективно.
Как показано на Фиг.1, сигнал считывания, передаваемый устройством 7 отслеживания давления воздуха, расположенным в каждом колесе 2 транспортного средства, поступает в вышеуказанное регулирующее устройство 14. И регулирующее устройство 14 может определять и идентифицировать пневматическую шину 3 с давлением воздуха, сниженным ниже заданной величины, как шину с низким давлением воздуха или как проколотую шину, на основании поступившего сигнала считывания. И регулирующее устройство 14 может управлять указанным выше пневмораспределителем 10 так, чтобы обеспечить подачу по меньшей мере части потока воздуха в трубке 9 к пневматической шине 3.
Далее описана работа устройства 8 охлаждения в соответствии с настоящим воплощением, выполненного, как описано выше.
Во-первых, когда каждое колесо 2 транспортного средства 1 движется в обычном режиме при умеренном давлении Р2, полагают, что тепло, выделяющееся в шине 3, не оказывает влияния на ее долговечность. При таких обстоятельствах, регулирующее устройство 14 по существу не изменяет положения пневмораспределителя 10. Следовательно, воздух, поступающий из воздухозаборного отверстия 9i трубки 9, выпускается в направлении тормозного устройства 5 каждого колеса 2 транспортного средства через каждую ответвленную трубку 9а-9d. Воздух охлаждает тормозное устройство 5 и может улучшить эффективность торможения.
Во-вторых, когда, например, при движении транспортного средства в шину попадает гвоздь так, что давление воздуха пневматической шины 3, установленной на правое переднее колесо транспортного средства 2FR падает до давления Р1, регулирующее устройство 14 определяет, что давление воздуха в пневматической шине 3, установленной на правое переднее колесо транспортного средства 2FR, падает ниже заданной величины давления, на основе сигнала считывания от устройства 7 отслеживания давления воздуха. И регулирующее устройство 14 подает управляющий сигнал на пневмораспределитель 10 для вытягивания вала 11b. Таким образом, как показано пунктирными линиями на Фиг.3, положение сопла 9о ответвленной трубы 9а перемещается в точку В, обращенную к участку 3b боковины пневматической шины 3. Следовательно, при движении транспортного средства 1, весь воздух, протекающий по ответвленной трубке 9а, можно подавать на участок 3b боковины пневматической шины 3 с низким давлением воздуха, что обеспечивает охлаждение шины.
Таким образом, при нормальном движении транспортного средства с пневматическими шинами 3 без пониженного давления воздуха, устройство 8 охлаждения в соответствии с настоящим воплощением подает воздух, протекающий по трубке 9, к каждому тормозному устройству 5, установленному на каждом колесе 2 транспортного средства, чтобы повысить эффективность торможения. Между тем, когда давление воздуха пневматической шины 3 снижается, воздух, протекающий по трубке 9, выпускается на пневматическую шину 3, охлаждает пневматическую шину и замедляет увеличение ее температуры. Кроме того, что касается колеса транспортного средства, на котором установлена шина 3 с нормальным давлением воздуха, воздух выпускается на тормозное устройство 5, как и ранее. Таким образом, тормозное устройство 5 непрерывно предохраняют от перегрева.
Когда шина является самонесущей шиной, вышеуказанное давление воздуха Р1 для активации устройства 8 охлаждения предпочтительно устанавливают соответствующим проколотому состоянию, когда тепловыделение наиболее значительно. В противоположность этому, когда шина не является самонесущей шиной, давление воздуха Р1 можно устанавливать равным более низкому давлению воздуха (например, приблизительно 50% от нормального внутреннего давления), чем определенное нормальное внутреннее давление воздуха ("Максимальное давление воздуха" в системе JATMA (Японская ассоциация производителей автомобильных шин), максимальная величина давления, приведенная в таблице "Пределы нагрузок шин при различных давлениях холодной накачки" в системе TRA (Ассоциация по ободам и покрышкам, Северная Америка) и "давление накачки" в ETRTO (Европейская техническая организация по ободам и шинам), и т.п.).
Хотя вышеуказанный газ G является воздухом в настоящем воплощении, помимо воздуха можно использовать различные газы, обеспечивающие охлаждение пневматической шины 3. Например, транспортное средство 1 снабжено баллоном, содержащим газ, отличный от воздуха, и газ G можно подавать на пневматическую шину 3 с низким давлением воздуха.
Более того, чтобы охладить движущуюся пневматическую шину 3, требуется, чтобы температура газа G была ниже, чем температура шины, особенно, ниже температуры участка 3а протектора и участка 3b боковины. С точки зрения этих факторов, предпочтительно газ G подают на пневматическую шину 3 при температуре предпочтительно не более 60°С, более предпочтительно, не более 50°С, намного более предпочтительно, не более 40°С. Также, как показано на Фиг.1, чтобы снизить температуру воздуха, трубка 9 может включать теплообменное оборудование 20 и т.п. вдоль пути потока.
Также, в вышеописанном воплощении, когда давление воздуха пневматической шины 3 падает ниже давления Р1, положение пневмораспределителя 10 быстро изменяют так, чтобы подавать воздух в пневматическую шину 3, но это воплощение не является ограничивающим. Например, пневмораспределитель 10 может выдавать управляющий сигнал по истечении заданного времени после снижения давления воздуха пневматической шины 3 ниже давления Р1. В таком случае возможно переключить пневмораспределитель на подачу воздуха к пневматической шине 3 после полного выделения тепла шиной, чтобы охлаждать тормозное устройство 5 до последнего момента.
На Фиг.5 и Фиг.6 представлено другое воплощение настоящего изобретения.
В данном воплощении с нижней стороны каждой ответвленной трубки 9а-9b трубки 9, переключательный клапан 15 присоединен в качестве пневмораспределителя 10. И переключательный клапан 15 соединен с первой ответвленной трубкой 16, расположенной в точке А, в которой сопло 9b обращено к тормозному устройству, и со второй разветвленной трубкой 17, расположенной в точке В, в которой сопло 9b обращено к участку 3b боковины пневматической шины 3. Переключательный клапан 15, например, представляет собой электромагнитный клапан и он позволяет направлять поток воздуха, протекающего по трубке 9, в первую ответвленную трубку 16 или во вторую ответвленную трубку 17 с помощью регулирующего устройства 14.
С устройством 8 охлаждения по этому воплощению, в ходе обычного движения автомобиля с пневматической шиной 3 без снижения давления, регулирующее устройство 14 обеспечивает изменение положение переключательного клапана 15 так, что воздух в трубке 9 протекает в первую ответвленную трубку 16. Это позволяет направить воздух, протекающий по трубке 9 к каждому тормозному устройству, установленному на каждом колесе 2 автомобиля, и таким образом, можно улучшить эффективность торможения.
Между тем, когда давление воздуха одной из пневматических шин 3 снижается, регулирующее устройство 14 выдает сигнал на переключательный клапан 15 колеса 2 транспортного средства со сниженным давлением воздуха и изменяет направление воздуха в трубке 9 так, что воздух поступает во вторую ответвленную трубку 17. Таким образом, воздух, протекающий в трубке 9, выпускается к пневматической шине 3 и, в конечном счете, охлаждает пневматическую шину 3 в ходе ее движения со сниженным давлением воздуха.
Также, что касается переключательного клапана 15, можно использовать клапан, способный направлять воздух как в первую ответвленную трубку 16, так и во вторую ответвленную трубку 17 и изменять отношение их подачи. В таком воплощении, в ходе движения с низким давлением воздуха, например, воздух из трубки 9 выпускается, например, в соотношении 80% - к пневматической шине и 20% - к тормозному устройству. В зависимости от ситуации, можно предотвратить тепловыделение как в пневматической шине 3, так и в тормозном устройстве 5.
Более того, также в воплощении, где используют газ в качестве текучей среды, могут быть реализованы другие конфигурации. Например, в настоящем воплощении могут быть выполнены по меньшей мере следующие модификации.
Пример 1 модификации
В вышеописанном воплощении представлено устройство 8 охлаждения, которое также охлаждает тормозное устройство. Однако, устройство 8 охлаждения может подавать часть воздуха не на тормозное устройство, а на выделяющие тепло устройства, установленные в транспортном средстве, такие как турбина и радиатор супернагнетателя и т.п.
Пример 2 модификации
Хотя в вышеописанном воплощении все колеса 2 транспортного средства снабжены соплами 9b, выпускающими газ G, например, переднеприводной легковой автомобиль с передним расположением двигателя может быть снабжен устройством 8 охлаждения только на передних колесах из всех движущихся колес, которые имеют большую аксиальную нагрузку и на которые легко установить систему трубок.
Пример 3 модификации
В вышеописанном воплощении представлен вариант, в котором регулирующее устройство 14 автоматически регулирует выпуск воздуха к пневматической шине 3. Однако возможно обеспечить переключатель под сиденьем водителя (не показан) для управления устройством охлаждения и для подачи сигнала регулирующему устройству 14. В этом воплощении возможно принудительно и вручную подавать воздух к шине с низким давлением воздуха путем дистанционного управления от сиденья водителя.
Пример 4 модификации
Устройство 8 охлаждения может подавать газ для охлаждения пневматической шины 3 снаружи даже перед тем, как давление в пневматической шине 3 снизится. Также в этом случае предотвращают тепловыделение в шине, так что потери энергии снижаются и уменьшается ходовое сопротивление. Таким образом, потребление горючего транспортным средством 1 может быть снижено.
Воплощение, при котором текучая среда с помощью которой охлаждают шину, является жидкостью.
Теперь другое воплощение настоящего изобретения, в котором текучая среда, охлаждающая шину, представляет собой жидкость, описано далее со ссылками на чертежи, начиная с Фиг.7.
На Фиг.7 предоставлена структурная схема в плоскости транспортного средства 1, относящаяся к настоящему воплощению. На Фиг.8 представлен вид сбоку левого переднего колеса 2FL и на Фиг.9 представлен вид поперечного сечения, взятого по линии А-А, соответственно. В настоящем воплощении транспортное средство 1 снабжено устройством 8 охлаждения, которое подает жидкость L для охлаждения пневматической шины 3 снаружи, когда давление воздуха пневматической шины 3 снижается. Также, помимо устройства 8 охлаждения и регулирующего устройства 14, такие же элементы, как в описанном выше воплощении, имеют те же обозначения, без детализации.
Устройство 8 охлаждения может выпускать жидкость L к шине 3, движущейся при низком давлении воздуха на ее внешнюю сторону, чтобы отводить от нее тепло. Таким образом, в транспортном средстве 1 по настоящему воплощению тепловыделение в пневматической шине 3, движущейся при низком давлении воздуха, также может быть предотвращено без избыточного увеличения вертикального коэффициента жесткости шины 3 и т.п. (другими словами, без значительного ухудшения комфортности вождения). Таким образом, повышают долговечность пневматической шины, движущейся при низком внутреннем давлении воздуха. Более того, когда пневматическая шина 3 является самонесущей шиной, увеличивают дистанцию пробега с шиной в спущенном состоянии и/или скорость движения с шиной в спущенном состоянии, и т.п., так что можно ожидать такую же эффективность, как указана выше.
Устройство 8 охлаждения в соответствии с настоящим воплощением включает:
емкость Т для хранения жидкости L,
насос Р для подачи жидкости L из емкости Т,
проточный канал 23, один конец которого соединен с насосом Р, а другой конец соединен с соплом 24, обращенным к указанной выше пневматической шине 3, и
регулирующее устройство 14 для регулирования привода вышеуказанного насоса Р и т.п.
В качестве вышеуказанной жидкости L подходят любые жидкости, которые обладают адгезией к пневматической шине 3 и отводят тепло от шины. В настоящем воплощении используют воду, обладающую большой латентной теплотой парообразования. Впоследствии, различные материалы могут быть добавлены в воду. При подаче жидкости L необходимо поддерживать ее температуру ниже, чем температура шины, особенно участка 3а протектора и участка 3b боковины, чтобы охлаждать движущуюся пневматическую шину 3. С точки зрения этих факторов, жидкость L подают к пневматической шине 3 при температуре предпочтительно не более 60°С, более предпочтительно, не более 50°С.
Указанная выше емкость Т и насос Р расположены, например, в пространстве под капотом кузова автомобиля 1а.
Таким образом, открыв капот (не показан) транспортного средства 1 можно легко осуществлять пополнение жидкости L в емкости Т и обслуживание, и т.п.
В этом воплощении сопло 24, подающее жидкость L, закреплено в каждом колесе 2 транспортного средства, как показано на Фиг.1. Более того, каждое сопло 24 расположено, как показано на Фиг.2 и Фиг.3, в направлении вниз от отверстия 19а, находящегося на надколесной дуге 19 автомобиля транспортного средства 1. Это делает возможным подачу жидкости L устройством 8 охлаждения из верхней части пневматической шины 3 к расположенному ниже участку 3а протектора. Сопло 24 может иметь обычное отверстие и может представлять собой распылительное сопло, позволяющее преобразовывать жидкость в аэрозоль. Однако, принимая в расчет адгезионную способность и т.п. жидкости L к шине 3, жидкость L предпочтительно выпускать под большим давлением (чтобы жидкость падала с большим ускорением, чем при свободном падении) к шине, без распыления, но при сохранении состояния жидкости.
Более того, в ходе движения при низком внутреннем давлении и в ходе движения в спущенном состоянии, тепловыделение на внутренней стороне по ширине шины 3 (на внутренней стороне транспортного средства относительно экватора С шины) может возрастать, как указано ранее. Таким образом, сопло 24 предпочтительно расположено так, что подает жидкость L ко внутренней боковой стороне транспортного средства относительно экватора С пневматической шины 3. С этой точки зрения, сопло 24 также может быть расположено так, чтобы подавать жидкость L на участок 3b боковины пневматической шины 3, находящийся с внутренней стороны транспортного средства.
Более того, каждая пневматическая шина 3 снабжена множеством сопел 24 и, например, жидкость подают на участок За протектора и участок 3b боковины, соответственно, чтобы охлаждать пневматическую шину 3 более эффективно.
Указанный выше проточный канал 23, например, включает
переключательный клапан 25, действующий по типу электромагнита;
один основной проточный канал 23m, соединяющий переключательный клапан 25 с насосом Р, и
ответвленные проточные каналы 23а, 23b, 23с и 23d, на одном соответствующем конце соединенные с выходными отверстиями (а), (b), (с) и (d) вышеуказанного переключательного клапана 25, а на другом соответствующем конце соединенные с соплами 24, обращенными к пневматическим шинам 3, установленным на соответствующих колесах 2FR, 2FL, 2RR и 2RL.
Более того, проточный канал 23 в соответствии с настоящим воплощением включает вспомогательную ответвленную трубку 23е, один конец которой соединен с выходным отверстием (е) переключательного клапана 25, а другой конец которой соединен с соплом для промывочной жидкости (не показано) стеклоомывателя 25. Таким образом, в регулирующим устройстве 14, на основании требований управляющих команд стеклоомывателя 23, управляемого с сиденья водителя, выходное отверстие переключательного клапана 25 переходит в положение «е» и насос Р приводится в действие так, что впрыскивает жидкость L из указанной выше емкости Т через сопло для промывочной жидкости (не показано) транспортного средства. Таким образом, устройство 8 охлаждения в соответствии с настоящим воплощением позволяет совместно использовать емкость Т и насос Р со стеклоомывателем 25, обычно устанавливаемым на легковые транспортные средства. Таким образом, транспортное средство 1 в соответствии с настоящим воплощением является предпочтительным, с точки зрения реализации устройства 8 охлаждения с небольшим количеством дополнительных элементов и при низких затратах.
В вышеуказанное регулирующее устройство 14 поступает управляющий сигнал от устройства 7 отслеживания давления воздуха, обеспеченного на каждом колесе 2. И регулирующее устройство 14 может определять и идентифицировать пневматическую шину 3 с давлением воздуха, сниженным ниже заданной величины, как шину с низким давлением воздуха или как шину с проколом, на основании входящего сигнала считывания. И регулирующее устройство 14 позволяет управлять вышеуказанными насосом Р и переключательным клапаном 25, чтобы охлаждать пневматическую шину 3 путем подачи жидкости L.
На Фиг.10 представлена временная диаграмма, демонстрирующая режим работы такого регулирующего устройства 14. На Фиг.10, на верхней диаграмме показана зависимость от времени давления воздуха пневматической шины с низким давлением воздуха (в настоящем примере пневматическая шина 3 установлена на переднее левое колесо 2FL). На средней диаграмме показана зависимость от времени уровня напряжения управляющего сигнала для переключения переключательного клапана 25 на выходное отверстие «b», чтобы направлять жидкость L к пневматической шине 3, установленной на переднее левое колесо 2FL. И на самой нижней диаграмме показана зависимость от времени уровня напряжения управляющего сигнала для управления насосом Р. Временные оси диаграмм показаны на одной оси.
Во-первых, когда каждое колесо 2 транспортного средства 1 движется в обычном режиме при умеренном давлении Р2 воздуха, полагают, что в шине 3 тепло выделяется без влияния на долговечность. При таких обстоятельствах регулирующее устройство 14 практически не изменяет положение переключательного клапана 25 и не управляет насосом Р (зона А). Поэтому жидкость L не поступает к пневматической шине 3.
Во-вторых, когда, например, при движении транспортного средства в шину попадает гвоздь так, что давление воздуха пневматической шины 3, установленной на переднее левое колесо 2FL, падает до давления Р1, регулирующее устройство 14 определяет, на основании сигнала считывания от устройства 7 отслеживания давления воздуха, что давление воздуха пневматической шины 3, установленной на левое переднее колесо 2FL падает ниже заранее заданной величины давления Р1. И регулирующее устройство 14 подает сильно сглаженный управляющий сигнал к переключательному клапану 25, изменяя положение выходного отверстия на «b» и подает сильно сглаженный управляющий сигнал к насосу Р. Таким образом, жидкость L подают под высоким давлением к протектору 3а пневматической шины 3, как показано на Фиг.8 и Фиг.9, через емкость Т, насос Р, основной проточный канал 23 т, выходное отверстие (b) переключательного клапана 25 и ответвленный проточный канал 23а и сопло 24.
Жидкость L, поступающая к пневматической шине 3, широко распределяется под действием силы тяжести или центробежной силы в ходе движения и может поглощать тепло с большой площади внешней поверхности шины. В частности, жидкость L, подаваемая на участок 3а протектора, может отводить тепло как от участка 3а протектора, так и от участка 3b боковины, благодаря ее затеканию также на участок 3b боковины. Таким образом, устройство 8 охлаждения по настоящему воплощению позволяет охлаждать пневматическую шину 3, движущуюся при низком внутреннем давлении, и может замедлить повышение температуры. Также такие действия можно осуществлять независимо от того, движется транспортное средство или стоит.
Когда шина является самонесущей шиной, вышеуказанное давление Р1 воздуха для работы устройства 8 охлаждения предпочтительно задавать соответствующим спущенному состоянию, при котором тепловыделение наиболее значительное. Напротив, когда шина не является самонесущей шиной, давление Р1 воздуха можно задавать как более низкое давление воздуха, чем стандартное внутреннее давление (например, приблизительно 50% от нормального внутреннего давления), определяемое стандартами ("Максимальное давление воздуха" в системе JATMA, максимальная величина давления, приведенная в таблице "Пределы нагрузок шин при различных давлениях холодной накачки" в системе TRA и "давление накачки" в ETRTO, и т.п.).
Вышеуказанную жидкость L подают с помощью регулирующего устройства 14 за время t1, в течение которого сигналы на переключательный клапан 25 и привод насоса выходят и обеспечивают выпуск жидкости только к пневматической шине 3, обладающей пониженным давлением воздуха. Это позволяет охладить пневматическую шину 3 путем эффективного использования ограниченного количества жидкости L.
Более того, устройство 8 охлаждения в соответствии с настоящим воплощением может выпускать жидкость L периодически. В данном воплощении управляющий сигнал на переключательный клапан 25 и сигнал на привод насоса выходят через определенный промежуток t2 времени после падения давления воздуха ниже давления Р1. Это позволяет охлаждать шину 3 с помощью ограниченного количества жидкости непрерывно и эффективно. Такой способ охлаждения позволяет эффективно повысить дистанцию пробега с шиной в спущенном состоянии и/или скорость движения с шиной в спущенном состоянии.
Указанное выше время t1 на выпуск жидкости не ограничено особым образом. Время t1 предпочтительно определяют как время, достаточное для подачи количества жидкости, необходимого для охлаждения пневматической шины 3.
3
3
3
3
3
3
Более того, необходимое количество жидкости на выпуск для охлаждения шины определяют в соответствии с размерами шины и т.п., и оно предпочтительно составляет не менее 30 см, более предпочтительно, не менее 50 см, еще более предпочтительно, не менее 100 см. Напротив, поскольку количество жидкости, вмещающейся в емкость Т ограничено, количество выпусков может уменьшаться, если количество жидкости на выпуск становится больше. С этой точки зрения, количество жидкости на выпуск предпочтительно составляет не более 300 см, более предпочтительно, не более 250 см, намного более предпочтительно, не более 200 см.
Более того, как показано на Фиг.10, промежуток t2 времени для периодического выпуска жидкости L необходимо определять, учитывая температуру воздуха, погоду, температуру поверхности дороги, скорость движения, подвижный груз и/или т.п.; таким образом, этот промежуток не ограничен особым образом. Однако, если промежуток t2 времени слишком мал, жидкость в емкости Т немедленно расходуется и существует вероятность того, что будет трудно эффективно поддерживать охлаждающий эффект. Однако, если промежуток t2 времени становится большим, тепловыделение шины в ходе движения с большой скоростью не будет подавляться в достаточной степени. При движении с шиной в спущенном состоянии на скоростной автомагистрали (при скорости движения приблизительно 80 км/ч), промежуток времени t2 предпочтительно устанавливают приблизительно от 5 до 15 минут.
В вышеуказанном воплощении, когда давление воздуха пневматической шины 3 падает до давления Р1, жидкость L немедленно подают в пневматическую шину 3, но изобретение не ограничено таким воплощением. Например, возможно выводить управляющий сигнал на переключательный клапан 15 и сигнал на привод насоса через заданное время после падения давления воздуха пневматической шины 3 до давления Р1. При таком варианте жидкость L можно подавать в пневматическую шину 3 после выделения в шине большого количества тепла и охлаждать шину; таким образом, увеличение температуры шины может быть эффективно подавлено.
Более того, в вышеуказанном воплощении показан вариант, когда жидкость подают через заданные регулярные промежутки t2 времени. Однако устройство 8 охлаждения также может быть сконструировано так, чтобы выпускать жидкость L через заданные интервалы дистанции пробега. Например, когда давление воздуха падает, в качестве первой стадии охлаждения, жидкость L подают на пневматическую шину 3 с пониженным давлением воздуха. Затем регулирующее устройство 14 считывает данные о дистанции пробега со спидометра и т.п. и может обеспечивать периодический выпуск жидкости L через заданную дистанцию пробега после первой стадии охлаждения.
3
В соответствии с различными экспериментами, при средней скорости движения, в ходе движения с шиной в спущенном состоянии от 70 до 90 км/ч, положительный результат может быть получен при подаче жидкости L в количестве от 100 до 300 см к пневматической шине 3 через каждую дистанцию пробега от 10 до 20 км.
Также и в этом воплощении, можно производить различные модификации с получением других вариантов воплощения. Примеры модификаций включают по меньшей мере следующие варианты.
Пример 1 модификации
В вышеописанном воплощении, хотя емкость Т устройства 8 охлаждения, дублируется стеклоомывателем 17, вместо стеклоомывателя 25 или дополнительно, емкость Т также может дублироваться резервной емкостью для хранения охлаждающей жидкости для радиатора (не показано). В таком случае, например, желательно подавать воду из резервной емкости только тогда, когда емкость Т опустеет.
Пример 2 модификации
В вышеописанном воплощении, хотя все колеса 2 снабжены соплом 24, подающим жидкость L, например, переднеприводной легковой автомобиль с передним расположением двигателя может быть снабжен соплами 24 только на передних колесах из всех движущихся колес, которые имеют большую аксиальную нагрузку и на которые легко установить систему трубок.
Пример 3 модификации
В вышеописанном воплощении показан вариант, в котором регулирующее устройство 14 автоматически регулирует выпуск воздуха к пневматической шине 3. Однако возможно обеспечить переключатель под сиденьем водителя (не показан) для управления устройством охлаждения и для подачи сигнала регулирующему устройству 14. В этом воплощении возможно принудительно и вручную подавать жидкость к шине с низким давлением воздуха путем дистанционного управления от сиденья водителя.
Пример 4 модификации
Транспортное средство 1 может быть снабжено температурным датчиком (не показан) для регистрации температуры пневматической шины 3. Этот датчик температуры предпочтительно встроен, например, в устройство 7 отслеживания давления воздуха. Таким образом, если давление воздуха снижается, в качестве первой стадии охлаждения, регулирующее устройство 14 обеспечивает подачу жидкости L к пневматической шине 3 со сниженным давлением воздуха. И после этого регулирующее устройство также может обеспечивать подачу жидкости L, например, если сигнал считывания датчика температуры показывает нагревание выше заданной температуры.
Выше описаны особенно предпочтительные воплощения настоящего изобретения, но изобретение не ограничено этими воплощениями, так как очевидно, что могут быть внесены различные изменения в пределах области защиты настоящего изобретения.
Примеры
Пример 1, в котором текучая среда является газом
Для подтверждения эффекта настоящего изобретения, проводили ходовые испытания с шиной в спущенном состоянии, используя следующее транспортное средство.
3
Рабочий объем двигателя: 4300 см, заднеприводное транспортное средство, изготовленное в Японии.
Шина (каждое колесо): самонесущая пневматическая шина с размером 245/40R18
Нагрузка на переднее колесо: 5,29 кН
Нагрузка на заднее колесо: 5,39 кН
Угол развала передних колес: 1 градус (отрицательный)
Транспортное средство оборудовано устройством охлаждения
Более того, в ходовых испытаниях с шиной в спущенном состоянии, переднее правое колесо было проколото и имело давление воздуха, равное нулю (давление других трех шин составляло 230 кПа). Автомобиль непрерывно двигался со средней скоростью 80 км/ч по маршруту испытаний по сухому асфальтовому дорожному покрытию для высокоскоростного движения (погода: солнечно; температура воздуха: 24°С). Оценивали дистанцию пробега с шиной в спущенном состоянии до повреждения шины.
В транспортном средстве по примеру 1 устройство охлаждения постоянно работало в ходе проведения испытания, и воздух подавали со скоростью приблизительно 50,4 км/ в направлении участка боковины проколотой шины с внутренней стороны транспортного средства.
Напротив, в традиционном примере, в ходе проведения испытания устройство охлаждения не действовало.
Результаты испытаний представлены на Фиг.11 и Фиг.12. На Фиг.11 представлен график зависимости температуры внутри шины, измеренной вблизи с воздушным вентилем с помощью датчика температуры, от показателя дистанции пробега, который рассчитывали относительно показателя дистанции пробега с шиной в спущенном состоянии традиционного примера, принимаемого за 100. На Фиг.12 представлен график зависимости температуры поверхности пневматической шины (температуры поверхности участка боковины, измеренной с помощью бесконтактного инфракрасного датчика) и показателем дистанции пробега шины.
В результате испытаний однозначно подтверждено увеличение температуры в ходе движения в спущенном состоянии шины транспортного средства по примеру 1. Более того, было установлено, что транспортное средство по примеру 1 может пройти в 1,73 раза больше дистанцию пробега в спущенном состоянии шины, чем в случае традиционного примера, и что дистанция пробега заметно увеличилась.
Пример 2, в котором текучая среда является жидкостью
В соответствии с воплощением, представленном на Фиг.7-9, ходовые испытания с шиной в спущенном состоянии осуществляли с использованием транспортного средства, имеющего такие же технические характеристики, как в вышеприведенном примере.
Более того, при ходовых испытаниях с шиной в спущенном состоянии, как указано в примере выше, переднее правое колесо было проколото и имело давление воздуха, равное нулю (давление других трех шин составляло 230 кПа). Автомобиль непрерывно двигался со средней скоростью 80 км/ч по маршруту испытаний по сухому асфальтовому дорожному покрытию для высокоскоростного движения (погода: солнечно; температура воздуха: 24°С). Оценивали дистанцию пробега с шиной в спущенном состоянии до повреждения шины.
3
В транспортном средстве по примеру 2 устройство охлаждения постоянно работало в ходе проведения испытания, при этом воду подавали при температуре приблизительно 250°С под высоким давлением, приблизительно каждые три минуты через каждые 10 км (количество на выпуск: 200 см) на участок протектора шины.
Напротив, в традиционном примере, в ходе проведения испытания устройство охлаждения не работало.
Результаты испытаний представлены на Фиг.13 и Фиг.14. На Фиг.13 представлен график зависимости температуры внутри полости шины, измеренной вблизи воздушного вентиля с помощью датчика температуры от показателя дистанции пробега, который рассчитывали относительно показателя дистанции пробега с шиной в спущенном состоянии традиционного примера, принимаемого за 100. И на Фиг.14 представлен график зависимости температуры поверхности участка боковины (измеренной с помощью бесконтактного инфракрасного датчика) и показателем дистанции пробега шины.
По результатам испытаний, однозначно установлено увеличение температуры в ходе движения с шиной в спущенном состоянии в транспортном средстве по примеру 2. В транспортном средстве по традиционному примеру, пневматическая шина переднего правого колеса лопнула через определенную дистанцию пробега. Однако, транспортное средство по примеру 2 не было повреждено, хотя оно прошло в три раза большую дистанцию пробега с шиной в спущенном состоянии, по сравнению с традиционным примером.