Ниппель автомобильной шины (клапан шины) с пневмогидравлической автоматической автономной подкачкой
NIPPLE AUTOMOTIVE TIRE (TIRE VALVE) WITH PNEUMO-HYDRAULIC AUTOMATIC AUTONOMOUS PUMPING

Изобретение относится к системам подкачки и контроля давления в шинах автомобиля во время движения и может найти применение в бескамерных шинах в качестве основного устройства подкачки колеса.
Из уровня техники известен патент FR 2831486, в котором описывается усовершенствованный ниппель с датчиком для контроля давления в шине. При этом датчик располагается внутри обода колеса и конструктивно связан с клапаном ниппеля.
Отличия заявленного решения состоят в том, что ниппель с подкачкой способен не только механически отслеживать падение давления в шине, но и автоматически при этом запускаться для подкачки давления до необходимого за счет естественной упругости стенок подкачивающей камеры.
Известен патент KR 101244423, описывающий ниппель со встроенным автоматическим регулирующим клапаном. Данная конструкция позволяет выставлять точное давление в шине, поскольку клапан стравливает излишнее давление обратно в атмосферу при накачивании шины.
Отличия заявленного решения состоят в том, что ниппель с подкачкой предназначен не для стравливания, а для накачки шины воздухом и повышения давления в случае его падения, что обеспечивается работой поршня и сжиманием воздуха в подкачивающей камере.
Известен патент RU 2106978, описывающий способ подкачки шин при помощи расположенной в теле покрышки трубки, ограниченной клапаном с одной стороны и ограничителем давления с другой. При этом накачка шины происходит путем передавливания трубки в месте контакта колеса с поверхностью дороги, что заставляет перекрытый в трубке воздух стремиться к клапану и поступать в шину. Такое решение может оказаться малоэффективно в случае повреждения колеса в месте расположения трубки.
Отличия заявленного решения состоят в том, что система накачки колеса расположена в конструкции ниппеля, который располагается на ободе, и его повреждение маловероятно. При этом принцип действия ниппеля с подкачкой состоит в отсутствии прямого контакта с ободом или колесом, а накачивание производится путем изменения давления в шине при проезде мелких неровностей.
Наиболее близким решением является патент GB 1457404, который описывает способ подкачки шины при помощи конструкции насоса, расположенного внутри покрышки на ободе колеса. Насос состоит из двух телескопических цилиндров, которые движутся навстречу друг другу, накачивая воздух, когда часть покрышки (в которой находится насос) соприкасается с дорожной поверхностью. Проблема данного решения во многом состоит в том, что при прохождении поворота покрышка может отклоняться в сторону от центра обода, что может привести к смещению рабочих частей конструкции и ее блокированию.
Отличия заявленного решения состоят в том, что:
- конструкция подкачки колеса связана с ниппелем, который располагается в наиболее защищенной части колеса и не соприкасается с покрышкой;
- встроенная подкачка на ниппеле работает не от соприкасания колеса с дорогой, а от изменения давления воздуха в шине, когда колесо проезжает неровности дороги (выбоины, заплаты, волны асфальта и др.).
Технический результат заявленного изобретения состоит в обеспечении возможности подкачки шин автомобиля при помощи универсальной конструкции, не имеющей прямой связи с покрышкой и работающей за счет краткосрочных изменений давления, обусловленных проездом различных неровностей.
Технический результат достигается за счет применения в конструкции сосуда, имеющего двойные стенки, пространство между которыми заполнено жидкостью. При этом стенки изготавливаются из упругого материала. А поскольку площадь внешней и внутренней стенок различна, а жидкость не сжимаема, то передача силы давления с внешней стенки на внутреннюю происходит с увеличением.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - изображение конструкции в сборе в разрезе.
Ниппель автомобильной шины (клапан шины) с пневмогидравлической автоматической автономной подкачкой состоит из следующих элементов (согласно чертежам):
1 - колпачок ниппеля (с воздушными каналами, архитектура которых позволяет частично фильтровать поступающий воздух);
2 - вибрационная камера (в ней располагается элемент для создания микровибраций, которые способны отбивать с ниппеля налипшую и засохшую грязь);
3 - золотниковый клапан (предназначен для подключения насоса и накачки колеса во время стоянки автомобиля);
4 - клапан-мембрана (из упругого материала);
5 - внутренняя стенка (образующая подкачивающую камеру);
6 - внешняя стенка (внутренняя и внешняя стенки изготавливаются из упругого материала);
7 - жидкость или материал со схожими свойствами, способный передавать силу (гель, паста и др.);
8 - клапан (схематично);
9 - подкачивающая камера;
10 - корпус ниппеля;
11 - трубка подачи воздуха через золотник.
Работа ниппеля строится следующим образом.
При наезде колеса автомобиля на неровность внутри шины скачкообразно вырастает давление, которое распределяется по шине и по поверхности внешней стенки (6) равномерно. При этом на внешней стенки создается сила давления, равная давлению, помноженному на площадь поверхности.
Сила давления при помощи жидкости (7) передается с внешней стенки (6) на внутреннюю стенку (5). При этом, поскольку площадь поверхности внутренней стенки меньше, чем внешней, то давление в подкачивающей камере (9) будет возрастать сильнее, чем выросло давление в шине по формуле: давление, равное силе давления, деленной на площадь.
Когда давление в подкачивающей камере (9) станет выше, чем давление в шине, то воздух из подкачивающей камеры при помощи клапана (8) поступит в шину.
После проезда неровности стенки (5, 6) за счет собственной естественной упругости должны принять первоначальную форму с поправкой на подкачанное давление. При этом в подкачивающей камере может возникнуть разрежение воздуха, что приведет к деформации клапана-мембраны (4), который также выполнен из упругого материала, и к засасыванию дополнительной порции уличного воздуха через колпачок (1) и корпус ниппеля (10).
Далее цикл может быть повторен.
Особенности конструкции
1. Внутри подкачивающей камеры создается атмосферное давление перед накачиванием. Это приводит к необходимости создания значительной разницы в площадях внешней и внутренней стенок.
2. Колпачок может иметь впускной канал для воздуха не по всему диаметру, а только с одной стороны, что снижает циркуляцию воздушных потоков при вращении колеса и снижает количество грязи, попадающей в колпачок.
3. В колпачке есть специальная камера, в которой могут создаваться микровибрации для разрушения налипшей засохшей грязи.
4. Попадание влаги в конструкцию и далее в колесо возможно, однако это может произойти лишь при спущенном колесе. Вывести влагу с колеса можно двумя способами, первый - спустить колесо сразу после движения (в нагретом колесе влага будет в газообразном состоянии и выведется вместе с воздухом), второй - если колесо сильно спускает, то это неизбежно приведет к необходимости ремонта шины, во время которого влагу можно вывести при разборке шины.
5. Для спускания шины предусмотрена трубка от золотникового клапана до внутреннего пространства шины.
6. Когда колесо полностью накачено, то упругие стенки должны сложиться внутрь, при этом должен быть выбран весь объем подкачивающей камеры.
Пример работы конструкции (расчетный)
Условные данные:
2
площадь внешней стенки - 2500 мм
2
площадь внутренней стенки - 300 мм
давление внутри колеса - 0,12 МПа
давление внутри подкачивающей камеры - 0,1 МПа
Предположим, что колесо наезжает на неровность и давление в шине возрастает на 0,005 МПа до 0,125 МПа. При этом создается дополнительная сила давления, равная 12,5 Ньютонам. Сила давления передается через жидкость на внутреннюю стенку и увеличивает давление в подкачивающей камере на 0,042 МПа до 0,142 МПа. Давление в подкачивающей камере выше и становится возможной подкачка колеса. При этом в зависимости от разности площадей внутренней и внешней стенок можно добиться разной скорости подкачки.
Решению описанных ранее задач способствует разная площадь внешней и внутренней стенок.