本专利申请与1991年9月3日申请的美国专利申请753，562有关，这里将该美国专利申请也包括进来，以供参考。 本发明涉及轮胎集中充气系统（central tire inflation system，即CTI系统），也叫车上充气系统和牵引系统;在这种系统中，可以在车辆静止和/或行驶时从该车辆上的某一位置遥监和遥控车辆轮胎的充气压力。本发明特别涉及这类系统所用的一种改进车轮阀。
CTI系统在现有技术中是众所周知的，关于这方面可以参看美国专利4，619，303;4，754，792;4，782，879;4，825，925;4，860，579;4，877，488;4，883，105;4，892，664;4，898，216;4，917，163;3，922，946和4，924，926。这里将这些专利每个的全部公开内容包括进来，以供参考。
上述专利的一些CTI系统采用固定在各车轮装置上的气动控制的车轮阀，根据来自空气控制回路的正压信号实现轮胎的压力充气/放气过程并进行监视。当然，各正压信号经不回转的一些导管供到各车轮阀上，这些导管的一端接空气控制回路，另一端接一个回转密封装置，回转密封装置又与有关的车轮阀相连接。这种系统要求相当精确地控制正压信号和响应于正压信号的车轮阀构件，以确保达到所要求的对充气/放气过程的控制和监视。此外，当这种系统要求轮胎放出的空气在排到大气之前先通过回转密封装置和不回转的各导管时，就需要有较大型的车轮密封件和导管实现轮胎的迅速放气。
美国专利4，922，946中公开地CTI系统和车轮阀解决或缓解了上面提到的系统及其车轮阀的缺陷。该专利用正压来进行轮胎的充气和监控，用负压来给轮胎放气，且轮胎阀中的球型阀件在压力监控过程中关闭，从而使控制回路监控假的轮胎压力，而且该阀件可能会因系统中有少量的杂质而使轮胎气漏泄。此外，车轮阀可能还会因空气控制回路中的正压非常缓慢的释放而不能迅速关闭。
本发明的目的是提供一种价钱不贵、性能可靠、能使轮胎集中充气系统的空气控制回路迅速排气的装置。
按照本发明的一个方面，本发明的车辆轮胎空气压力监视控制系统包括：一个空气控制回路，该回路有一个压力源和一个真空源，分别用以提供正气压和负气压;压力控制阀和真空控制阀能够有选择地从关闭位置移动到打开位置，通过配置在真空源与真空控制阀之间的真空通路，将导管装置分别接上正负气压。车轮装置可转动地装在车轴上，轮胎腔由装在车轮装置上的轮胎限定。回转密封件使其与导管装置相连接的不回转端口出来的正气压和负气压传递到其回转端口。固定到车轮装置上的车轮阀包括进气、出气和排气三端口，以及第一和第二流量调节阀件。第一流量调节阀件用以分别根据进气端口有无正气压而容许和阻止空气在进气和出气端口之间流通。第二流量调节阀件用以分别根据进气端口有无包气压而容许和阻止空气在出气和排气端口之间流通。单向排气阀用以迅速排出导管装置中的正气压该排气阀有一个与真空通路连通的入口、一个通大气的出口和一个排气阀调节构件。排气阀调节构件工作时根据真空通路中的负气压阻止空气在排气阀入口与出口之间流通，并根据导管装置中的气压为正气压时真空控制阀的打开位置而容许上述通气过程进行。
附图中示出了本发明的轮胎集中充气系统，其中：
图1是该系统处于不工作位置时的示意图;
图2-4是图1系统的一部分的示意图，其中某些阀处于给一个车轴上轮胎充气的位置（图2），使一个车轴上轮胎放气的位置（图3）和监视一个车轴上轮胎压力的位置（图4）;
图5示意示出了车轴装置的车轮端，车轮阀装置配置在轮胎气腔与回转车轮装置之间;
图6是图1-5中示意示出的车轮阀装置的平面图;
图7是车轮阀装置壳体沿图6的7-7线截取的放大剖视图;
图8是车轮阀装置壳体沿图7的8-8线看去的平面图;
图9是流量调节装置沿图7的9-9线看去的部分视图。
图1的示意图示出了一个车辆轮胎集中充气系统10，该系统具有用虚线12表示的车辆的车身体或车架，成对的全同车轮阀装置14和成对回转密封装置16，用于转向桥（用线18表示），具有主动轴（用虚线20、22表示）的并装桥和（在某些用场中）挂车轴（用虚线24、26表示）。为轮胎集中充气而配置的车轮和轮胎装置的细节是现有技术中所周知的。这里，举个例子，图5中示出了车轮装置的一部分，该车轮装置包括一个可充气的轮胎28和固定在轮毂32上的车轮30，轮毂32可转动地支撑在主动轴装置34的外端。一个车轮阀14固定在车轮上，其一个出气端口14a与轮胎阀14固定在车轮上，其一个进气端口14b与回转密封装置36的回转端口36a相连接，回转密封装置36的不回转端口36b与系统10空气回路40的导管相连接。
系统10装在车辆底盘上的部件包括空气控制回路40，该回路有一个正压空气源42和一个真空源44、一个主要由微处理器组成的电子中心装置（ECU）46、一个车速传感器47和一个控制/显示台48。这里正压空气源42是车辆的气闸压力源，该压力源包括泵50、空气干燥器52和第一空气罐54，空气罐54经导管56和罐58与制动系统连接，并经分支导管56a与空气控制回路40连接。止回阀60防止制动闸罐58中的空气压力在上游失压时突然消失。
空气控制回路40还包括控制阀62、64和主轴分配阀66、68、70。这些阀最好是气动控制式的双位双向电磁阀。这些阀分别具有流量调节阀件62a、64a、66a、68a、70a，这些阀件借助弹簧偏移到打开或关闭的位置，如图1中所示，且各单独地根据有关的电磁线圈受到ECU46经电线束72中的各导线传来的电信号的激励而移到另一个位置。阀62、64分别具有端口62b、64b，这些端口经导管装置74与端口66b、68b、70b相连接，导管装置74还接压力传感器76，传感器76则经电线束78中的导线给ECU提供电压力信号。阀62的端口62c经分支导管56a接正压气源，分支导管56a还接真空源44的常闭电磁阀80。真空通路或导管84的一端接阀64的端口64c，另一端经小82a接气流源42通过发生器82的文氏管状的部分所产生的低压区。真空发生器根据来自ECU经电线束78中的导线且激励电磁阀80使其转入打开位置的电信号在导管84中产生相对于大气压为真空或负的气压。导管84还接单向排气阀86，以便快速排除导管84中的正气压，稍后即将说明为什么要这样做。排气阀86有一个流量调节阀件88，该阀件根据导管84中的负气压而关闭，根据导管84中的正气压而打开。阀66的端口66c经导管90接到转向桥18的回转密封装置16和车轮阀装置。阀68的端口68c经导管92接主动轴20、22的回转密封装置和车轮阀装置。阀70的端口70c经导管94接挂车轴的回转密封装置和车轮阀装置。
这里阀装置14在功能和结构上都相同，而且是气动控制式的，并与流量调节阀件一起工作，其中阀件弹簧偏移到关闭的位置。参看图1-4的转向桥18，若车轮阀流量调节装置处于图1的关闭位置，这时，进气端口14b的气压基本上为大气压;若处于图2和4所示的打开位置，将进气端14b与出气端口14a连接起来，这时，进气端口14b中的气压为正压;若处于图3所示的排气位置，将出气端口14a与排气端口14c连接起来，这时在进气端口14b的气压为负压。
CTI系统10被设计得使其按照ECU46的编制程序自动保持轮胎压力，使其处于或接近所选择的压力。司机只要操动适当的开关或控制/显示台48就可以控制CTI系统10，使其降低或提高所选择各轴的压力，从而分别提高车辆的轮胎牵引力或负载能力。CTI系统在车速超所选定的轮胎压力下的预定速度时会自动提高轮胎的压力，并警告司机：轮胎压力漏泄，系统误操作。主要由微处理器组成的ECU46不难用周知的方法加以编程使其根据基本算法执行检查压力的程序和充气/放气的程序。
车辆的点火受到引发且压力开关57闭合时，ECU46启动各车桥（轴）上的轮胎压力检查程序。若发现任何车桥的压力比控制压力小预定的压力，则有关的一个或多个车桥就进入充气的程序。在车辆行驶的过程中，ECU自动定期执行压力检查程序。需要提高牵引力或使牵引力达到最大值时，司机可以操动控制/显示台48上的适当开关来控制全部或所选定的车桥的轮胎压力;车速大于所选定的减压下的预定车速时，ECU不会进入适当的泄压放气程序。
控制阀62、64、主轴分配阀66、68、70和车轮阀14处于图1所示的位置且真空源电磁阀80关闭的情况下，导管装置和各回转密封件16经控制阀64和真空导管84通过真空发生器82和排气阀86往大气中排气。
鉴于转向桥、主动轴和挂车轴上各轮胎的压力检查和充气/放气程序基本上相同，因而这里只讲述转向桥的有关程序也就足够了。先参看图2，然后再参看图4，转向车桥的压力检查程序是这样启动的：激励电磁阀64、68、70使其进入关闭位置，即刻激励控制阀62使其进入打开的位置，从而提供足以使车轮阀装置14的流量调节阀件移到图2的打开位置的正气压。控制阀62去激励后，其流量调节阀件返回到关闭位置。在阀62关闭、而阀66、14打开的情况下，导管中的压力不久就与轮胎的压力相等。ECU借助于来自传感器76的电信号读取该压力值，必要时启动充气/放气程序。不需用其它程序时，ECU就将控制阀64去激励，使其转入打开的位置，从而将车轮阀装置的进气端口经真空发生器82和排气阀86与排气口连接起来。排气阀86提供的通往大气的流域比孔板83的大的多，因而能很快降低车轮阀进气端口14b处的正气压，从而使车轮阀的流量调节阀件很快转入图1的关闭位置。系统中如果没有排气阀86，则空气从轮胎的回流可能使进气端口14a处于高的正压，高得足以延迟流量调节阀件的关闭过程，从而使轮胎压力产生不必要的损失，增加了回转密封装置遭受劣化压力的时间，并增加了执行各程序所需的时间。
图2示出了其终止方式与压力检查程序的一样的充气程序过程中各阀门的各位置。
轮胎充气程序是这样启动的：激励阀68、70，使其进入关闭位置，并激励真空源电磁阀80，使其进入打开位置，从而在进气端口14b提供负气压，供驱动车轮阀流量调节阀件，使其处于使出气端口14a与排气端口14c连通的位置，如图3所示。放气程序是通过去激励真空源电磁阀80，使其转入关闭位置终止的。
车轮阀装置14包括一个具有壳体96和壳盖98的外壳，进气、出气和排气三端口，第一隔膜阀装置100，第二隔膜阀装置102，第三阀门装置104和手动充气阀106，第一隔膜阀装置100工作时允许或阻止空气在进气与出气端口之间流通，第二隔膜阀装置102工作时允许或阻止空气在出气与排气端口之间流通，第三阀门装置用以限制从出气端口到进气端口的空气流，手动充气阀106则用手动提高/降低加到与车轮阀装置各出口相连接的一个或多个轮胎的空气压力。壳体和壳盖用多个紧固件107固定在一起。
第一阀门装置100包括柔质隔膜108、流量调节阀件108a、阀座114、硬质杯形件120，柔质隔膜108将壳体和壳盖所限定的第一空腔划分成连续与进气端口连通的第一控制腔110，和排气弹簧腔112，流量调节阀件108a以隔膜的中心部分为界，阀座114配置在通路116的一端，通路116的另一端经通路118与出气端口连通，硬质杯形件120则可滑动地配置在弹性腔112内，且由弹簧122使其偏移到隔膜上。弹簧122使阀件108a移入关闭位置或借助于保持密封结合达到最大的设想轮胎压力的力与阀座114密封接合。流量调节阀件108a响应于控制腔110内来自进气端口并作用到隔膜表面108b的预定最小正气压克服弹簧122的弹力而移到打开位置。
第二阀门装置102包括柔质隔膜124、流量调节阀件124a、阀座130和硬质杯形件134，柔质隔膜124将壳体和壳盖限定的第二空腔划分成第二控制腔126和排气腔128，流量调节阀件124a以隔膜124的中心部分为界，阀座130配置在通路132的一端，通路132的另一端与出气端口连通，硬质杯形件134则配置在第二控制腔126中，且弹簧136使其偏移到隔膜124上。排气腔128经通路128a、128b连续通到大气中，通路128a、128b则在通路118的相反的两侧延伸到排气端口14c。柔质盖装置138防止外来物体进入排气端口。从图8中可以看到，通路128a、128b略呈新月形。通路128a在图7中用虚线表示。排气腔128也经有些呈Z字形的通路140与第一阀门装置的弹簧腔112连续连通。参看图6，第二控制腔经图中以虚线表示的通路142与进气端口连续连通。通路的一端142通到腔126，通路的一端142b则通入进气端口。弹簧136使阀件124a移入关闭位置，或使其借助于足以使密封接合维持所设想的最高轮胎压力的密封接合的力与阀座130密封接合。流量调节阀件124a根据来自进气端口的作用到隔膜表面124b的预定最小负压克服弹簧136的弹力而移到打开的位置。
第三阀门装置104在结构上可以取许多不同的设计，它在第一阀门装置100与出气端口之间串联配置。从图7和7A中可以看到，装置104包括流量调节阀件144，如图7中所示该阀件有一个开口或第一位置，还有一个部分关闭位置或第二位置，第一位置使空气可以从进气端口无限制地流到出气端口，第二位置则只能让空气有限制地从出口流到进口。流量调节阀件144有一个矩形部分144a，该部分有多个导向臂144b从该部分垂直延伸，还有一个圆形阀座146配置在通路116的毗邻端，供与矩形部分四角的表面相配合之用。臂144b可滑动地坐落在圆孔148的导向凹口148a中，圆孔148的直径大于矩形部分144a，使气流可以在其周围流到通路118中。空气从出气端口流到进气端口时（这在压力检查程序期间和/或空气控制回路40排气入大气中使阀门装置100关闭时都可能发生），流量调节阀件144周围的气流带动流量调节阀件使其与阀座146接触，从而形成多个小通路148，使受限制的空气在第一阀门装置打开时在进气与出气端口之间充分流通，使轮胎压力在导管装置74中迅速均化，从而精确读取压力检查值。各小通路还在空气控制回路40排气期间限制空气从出气端口至进气端口的流动，以确保第一控制腔中的正压力迅速下降，从而使第一阀门装置快速关闭。
本发明的最佳实施例是为了举例说明问题而公开的。该最佳实施例的许多更改和修改方案都视为在本发明的精神范围之内。下面的权利要求书旨在将上述最佳实施例的各发明部分和各种更改和修改方案包括到本发明精神范围内。