ES2226711T3 - Valvula ppara fluidos con caudal variable. - Google Patents

Abstract

Un conjunto de válvula de rueda (10) para graduar la presión del aire dentro de un neumático (62) de un vehículo, que comprende: un alojamiento de válvula (13) que tiene una primera boca (11) para conectar con una fuente de aire y una segunda boca (20) para conectar con dicho neumático (62), además de un canal (38) situado entre dichas primera y segunda bocas (11, 20); y un émbolo (42) dispuesto dentro de dicho canal (38), estando provisto dicho émbolo (42) de un primer conducto (52) y un segundo conducto (54) del fluido; estando el conjunto preparado para permitir el paso del fluido a través de dichos primer y segundo conductos (52, 54) en una primera dirección cuando la diferencia de presión del fluido es menor que un valor predeterminado entre los dos extremos de dicho canal (38) y permitir el paso del fluido por uno solo de dichos primer y segundo conductos (52, 54) en dicha primera dirección cuando por lo menos dicha diferencia de presión del fluido predeterminada existe entre los dosextremos del canal (38).

Description

Válvula para fluidos con caudal variable.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a una válvula mejorada para sistemas fluidos. En particular, la invención presente concierne a una válvula mejorada para ruedas para un sistema central de inflado de neumáticos (sistemas CTI) también llamados sistemas de inflado y tracción de a bordo, por el que se puede supervisar la presión de inflado de los neumáticos de un vehículo con mando a distancia estando el vehículo parado o en movimiento.

En el pasado se han propuesto varios sistemas para dirigir el inflado y desinflado de los neumáticos de un vehículo en marcha. Dichos sistemas consisten normalmente en una fuente de aire comprimido y mandos para elegir el aumento o disminución la presión del neumático y para comprobar la presión presente en cada neumático. Es deseable tener la capacidad de aumentar o reducir a voluntad la presión de los neumáticos, combinada con la conducción óptima del vehículo en condiciones muy variables climáticas, de carga, terreno y velocidad del vehículo. También es deseable tener la posibilidad de aislar el aire a presión de cada neumático del vehículo del resto del sistema, para que la pérdida de aire de un neumático no afecte la presión de los demás. Además, combinado con dicha característica de aislamiento, la conducción de aire comprimido desde la fuente del sistema, corre generalmente hacia el neumático por el eje fijo en el que están montados y sobre el que giran el neumático y el conjunto de la rueda, y a través de un mecanismo estanco entre las piezas fijas y las giratorias. La válvula que aísla el neumático va preferiblemente entre el mecanismo estanco y el neumático de modo que dicho mecanismo no esté sometido al aire comprimido excepto cuando el sistema entra en funciones para realizar el inflado, el desinflado o verificar la presión.

Los sistemas CTI son bien conocidos en el arte anterior, como puede verse consultando las patentes U.S. n^{os} 5,253,587, 5,174,839, 5,273,064, 4.619.303, 4,754,792, 4,782,579, 4,925,925, 4,824,925, 4,860,579, 4,877,048,
4,883,105, 4,899,664, 4,917,163, 4,922,946 y 4,924,925.

Generalmente, los sistemas del arte anterior disponen de una válvula para ruedas con movimiento neumático unida a cada conjunto de rueda del vehículo para efectuar el inflado o desinflado en respuesta a una señal de presión enviada por un circuito regulador de aire abordo del vehículo. El circuito regulador de aire está conectado a la válvula de cada rueda a través de un conjunto estanco giratorio situado en un punto bien protegido del vehículo (ver la patente U.S. 4,434,833 concedida al solicitante de esta invención), dotado de válvulas y conductos cuya construcción relativamente robusta está comprobada, que se puede situar en un lugar protegido, o dentro del neumático del vehículo para protegerlo. Las válvulas aíslan automáticamente del sistema los neumáticos que tienen menos de una presión mínima de referencia predeterminada. La actuación de la válvula evacúa la presión interna en los conjuntos estancos giratorios cuando el sistema está funcionando a régimen.

Lo anterior lo realiza un sistema central de inflado en un vehículo dotado de un conjunto de válvulas de rueda que comprende, en el extremo de cada conjunto de rueda (normalmente un rueda sola o un par) una válvula de rueda y una válvula que la aísla de la presión cuando está baja, en el que el conjunto de válvulas está conectado al sistema central de mando por un solo conducto a través de un conjunto giratorio estanco, que se pone a presión por el único conducto, lo que efectúa la comunicación con el neumático del vehículo y hace que se infle o desinfle a la presión elegida. El conjunto de válvula de la rueda puede estar colocado fuera del neumático o dentro del mismo, por ejemplo en la parte de talón obturador del mismo. La válvula de aislamiento de baja presión del neumático sirve para aislar automáticamente el neumático respectivo del resto del sistema central de inflado de neumáticos cuando la presión de inflado del mismo es inferior al valor mínimo predeterminado de referencia, o cuando el sistema está en modo de reposo.

El único conducto de presión que va al obturador giratorio en el conjunto del cubo de la rueda está conectado a la fuente de fluido a presión por medio de una serie de válvulas de paso que sirven para abrir la comunicación con el neumático, para medir la presión existente en el mismo, para hacer que el neumático se infle o desinfle según convenga, para establecer o cerrar la comunicación del neumático con el sistema central de inflado de neumáticos y para vaciar el conducto único durante la marcha a régimen a fin de aliviar la presión de los obturadores giratorios. Las válvulas de paso, que pueden ser separadas o reunidas en un bloque de válvulas, preferiblemente son acciona-das por un mando, preferiblemente un microprocesador, que siente el valor de inflado de los neumáticos elegido por el operador, la velocidad del vehículo, el estado actual de presión de los neumáticos, del sistema de frenos de aire del vehículo y del depósito del sistema de inflado.

Aunque estos sistemas CTI del arte anterior han funcionado bien en el pasado, han aparecido sistemas con doble condición: últimas tasas de desinflado y capacidad de inflar los neumáticos a valores de presión altos (75 psig o más) (psig = libras/pulgada^{2} = 70 g/cm^{2}). Aunque algunos sistemas del arte anterior son capaces de aceptar esta doble condición de funcionamiento, son de una complicación indeseable, necesitando normalmente válvulas de multidiafragma y/o escape o evacuación en la rueda. Otros sistemas menos complicados de un solo diafragma y sin escape o evacuación en la rueda, han podido desde entonces admitir una de estas condiciones. Ello se debe a que los sistemas del arte anterior de válvulas con un solo diafragma admiten tasas de desinflado más rápidas mediante una válvula de rueda como mayor orificio en el asiento, por el que se expulsa un volumen de aire mayor. Pero la ampliación del orificio del asiento causa mayores fuerzas de presión que tienden a tener la válvula de la rueda abierta cuando conviene incomunicar las presiones altas, ocasionando un funcionamiento defectuoso y menos exacto y la reducción de la presión de inflado máxima.

Dado que la tasa de desinflado varía exponencialmente con la diferencia de presión entre el neumático y el aire ambiente, la tasa de desinflado se desacelera considerablemente cuando se encuentran presiones más bajas de los neumáticos. Para mantener una tasa de desinflado relativamente rápida a estas presiones bajas del neumático, la apertura de la válvula de escape debe tener una sección relativamente grande para permitir la salida del aire.

La sección de mayor tamaño exige más fuerza cuando la presión del aire es alta, porque la fuerza que se genera para cerrar la válvula es proporcional al área de la sección. En concreto, la fuerza es aproximadamente igual a la presión del aire multiplicada por el área de la sección. Así, si se necesita una válvula de escape de gran sección para desinflar el neumático con rapidez, se generan mayores fuerzas para aislar la salida a mayor presión. El reto estriba en lograr un desinflado rápido a baja presión y al mismo tiempo reducir las fuerzas de presión inducidas que ha de manejar la válvula de la rueda a alta presión.

Otro problema de las válvulas de rueda del arte anterior es que expelen el aire a la atmósfera. El respiradero de la rueda dispone de una abertura por la que pueden entrar en la válvula contaminantes como polvo o arena, que provocan el fallo funcional de la válvula.

Por lo tanto se necesita una válvula de rueda de diafragma único, sin salida ni evacuación en la rueda, que realice las aplicaciones de los últimos sistemas de CTI, que ofrezcan tasas rápidas de desinflado y la capacidad de accionar un aislamiento seguro de la válvula a altos niveles de presión.

DE-A-19428451 revela un dispositivo de estrangulación para una bomba hidráulica. El dispositivo de estrangulación comprende un émbolo forzado hacia un asiento contra una diferencia de presión. Estando en contacto con el asiento, el fluido puede pasar por un canal central del émbolo. Cuando la diferencia de presión es suficiente para desplazar el émbolo del asiento, el paso a través del émbolo se suplementa con el paso del fluido por un huelgo alrededor del émbolo.

FR-A-1236014 revela un compensador de presión para aliviar la presión. El compensador de presión comprende un émbolo con aberturas primaria y secundaria. El émbolo es empujado fuera del asiento. Cuando la diferencia de presión en el émbolo es baja, el émbolo se desplaza del asiento y el fluido pasa por las aberturas primaria y secundaria y por el huelgo alrededor del émbolo. Cuando la diferencia de presión es suficientemente alta, el émbolo se aprieta en el asiento y cierra el huelgo. El aumento gradual de la presión deforma un cuerpo elástico que restringe el paso por las aberturas secundarias.

Resumen de la invención

Con arreglo a un aspecto de la invención presente, se ofrece un conjunto de válvula de rueda para graduar la presión del aire dentro de un neumático de un vehículo como se define en la reivindicación 1.

Con arreglo a otro aspecto de la invención presente, se ofrece un método para graduar la presión del aire dentro de un neumático de un vehículo como se define en la reivindicación 14.

Una característica que ofrece la presente invención es una válvula de paso de aire que tiene un orificio relativamente grande a presiones de trabajo bajas.

Otra característica que ofrece la invención presente es una válvula de paso de aire que tiene un orificio relativamente grande que se puede cerrar con confianza a cualquier presión de trabajo.

Otra característica que ofrece la invención presente es una válvula de paso de aire para un sistema central de inflado de neumáticos dotada de restricciones corriente abajo.

Otra característica que ofrece la presente invención es una válvula de paso de aire que tiene un orificio relativamente grande que actúa a presiones de trabajo bajas y un orificio relativamente pequeño que actúa a presiones de trabajo altas.

Otra característica que ofrece la invención presente es una válvula de paso de aire para un sistema central de inflado de neumáticos provista de un orificio relativamente grande que actúa bajas presiones del neumático y un orificio más pequeño que actúa a presiones de trabajo del neumático más altas.

Aún otra característica que ofrece la invención presente es una válvula de paso de aire para un sistema central de inflado de neumáticos provista de un orificio relativamente grande que actúa bajas presiones del neumático y un orificio más pequeño que actúa a presiones de trabajo del neumático más altas, sin salida al exterior.

Otros detalles, objetos y ventajas de la presente invención se harán más evidentes leyendo la descripción siguiente.

Breve descripción de las figuras

La Fig. 1 es una vista en sección ampliada de un conjunto de válvula de rueda que incorpora la presente invención.

La Fig. 2 es una vista ampliada del émbolo del conjunto regulador de la presión del conjunto de válvula de rueda de la Fig. 1, mostrado en posición normal.

La Fig. 3 es una vista del conjunto del émbolo de la Fig. 2, mostrado en posición cerrada, que restringe el paso.

La Fig. 4 es una vista en sección de una parte del conjunto de émbolo de la Fig. 3, tomada por la línea IV-IV.

La Fig. 5 es una vista esquemática de un ejemplo del sistema central de inflado de un vehículo en el que se puede instalar la presente invención.

Descripción de la configuración preferente

Ciertos términos de la descripción de la presente invención se expresan única- mente como referencia, sin intención de que sean limitativos. Los términos "hacia arriba", "hacia abajo", "a la derecha" y "a la izquierda" se refieren respectivamente a la dirección de acercamiento o alejamiento, del centro geométrico del aparato descrito. Los términos "inflado" y "desinflado" se refieren respectivamente al aumento o reducción de la presión de un neumático o cosa similar. Esta terminología comprende las palabras expresamente citadas antes, sus derivados y otras palabras de igual significado.

Refiriéndonos ahora a la Fig. 1, presenta una vista en sección ampliada del conjunto de válvula de rueda 10 que incorpora la invención presente. El conjunto 10 comprende un alojamiento de válvula 13, que contiene un cuerpo del alojamiento 12, un ánima para el émbolo 15 abierta en su interior y una tapa del alojamiento 14, una boca reguladora 16 en comunicación continua con la boca de admisión 11 (que está conectada al conducto 100 por una cámara anular 82 en el alojamiento del eje 86, ver la Fig. 5), un canal 18, un neumático o boca de salida 20 y un dispositivo valvular 22 que actúa para permitir o impedir la comunicación del aire entre la boca reguladora 16 y la boca del neumático 20. En la configuración preferente, el dispositivo valvular 22 es un diafragma, que se describe más abajo. El cuerpo del alojamiento 12 y la tapa del alojamiento 14 se unen entre sí mediante varias sujeciones 24.

El diafragma del dispositivo valvular 22 comprende una cámara con muelle 28, un diafragma flexible 26 que separa la cámara con muelle 28 de la boca reguladora 16, un elemento rígido de forma cóncava 30 dispuesto para deslizarse en la cámara con muelle 28 y forzado contra el diafragma 26 por un muelle 32, un elemento valvular 34 definido por una parte central del diafragma 26, y un asiento de válvula 36 situado en un extremo del conducto 38 que se comunica por el otro extremo con la boca 20 a través del canal 18. El muelle 32 empuja el elemento valvular a la posición cerrada o acoplamiento obturador con el asiento de válvula 36 con fuerza suficiente para mantener el acoplamiento obturador cuando se produce las máxima presión prevista en el neumático.

El elemento valvular 34 se mueve a la posición abierta contra la fuerza del muelle 32 en respuesta a una presión positiva mínima predeterminada del aire en la boca reguladora 16, actuando sobre la superficie del diafragma 26a. Cualquier circuito regulador de aire comprimido conocido por quien tenga un conocimiento normal del arte puede proporcionar dicha presión del aire, de esta manera se puede efectuar el inflado o desinflado del neumático de un vehículo. Si la presión del aire que actúa en la superficie del diafragma 26a es mayor que la presión del neumático en la boca del neumático 20 (y por lo menos la presión positiva mínima predeterminada del aire para abrir el elemento valvular 34), el aire fluye al interior del neumático, causando así su inflado. Si la presión del aire que actúa en la superficie del diafragma 26a es menor que la presión del neumático en la boca del neumático 20 (pero por lo menos la presión positiva mínima predeterminada del aire para abrir el elemento valvular 34), el aire fluye fuera del neumático, causando así su desinflado.

El dispositivo valvular con diafragma 22 también comprende un émbolo o conjunto regulador del paso de aire 40 dispuesto dentro del conducto 38. Como se presenta con más detalle en las Figs. 2 y 3, el conjunto de émbolo 40 de una configuración preferente está colocado de manera deslizable dentro del ánima para el émbolo 15 en un alojamiento 44 con el extremo abierto, y forzado fuera del asiento 46 por un elemento elástico, preferiblemente un muelle 48. Los topes 49 provistos en el alojamiento 44 limitan la carrera del émbolo 42. Como se describe con más detalle más adelante, la fuerza de compresión del muelle 48, y por lo tanto la posición del émbolo 42, depende de la diferencia de presión entre la parte alta o primera 42a y la segunda parte 42b del émbolo 42. El émbolo 42 tiene canales conductos interiores en sentido axial, a saber: un conducto primario o principal 52 y conductos secundarios 54. El fluido puede correr en cualquier dirección por estos conductos, como se describe con más detalle más adelante. La Fig. 4 presenta una vista en sección del elemento a modo de émbolo, tomada por la línea IV-IV de la Fig. 3 que muestra la forma y configuración de los conductos para fluido paralelos 52 y 54 en la configuración preferente, pero no la única posible.

La Fig. 2 presenta el conjunto de émbolo 40 en posición de "aumento del caudal", con el muelle 48 en estado de expansión total y los conductos 52 y 54 abiertos. El conjunto de émbolo 40 se desplaza a una posición totalmente abierta cuando el émbolo 42 hace contacto con los topes 49. Cuando el neumático se está llenando de aire, el fluido corre en dirección hacia abajo, llenando por lo tanto de aire el neumático, el émbolo 42 es desplazado por la acción del muelle 48 desplaza hacia los topes 49 y ambos conductos de fluido 54 y el conducto de fluido principal 52. La Fig. 3 presenta el conjunto de émbolo 40 en posición cerrada o de "caudal reducido", con el muelle 48 en estado de compresión máxima y los conductos secundarios 54 esencialmente cerrados.

La parte alta 42a del émbolo 42 tiene la forma adecuada para acoplarse con el asiento del émbolo 46 cuando el émbolo 42 está en el tramo superior de su posible carrera. En la configuración preferente, pero no la única, que muestran las Figs. 1-3 la relación de acoplamiento de la parte alta 42a y el asiento 48 es frustocónica. Este acoplamiento hace que los conductos secundarios 42 queden por lo menos sustancialmente cerrados, permitiendo así que el fluido corra sólo por el conducto primario 52 cuando su dirección es hacia arriba, reduciendo por lo tanto la presión del neumático en un sistema CTI. El muelle 48 queda esencialmente comprimido y habilita dicho acopla- miento entra la parte 42a del émbolo y su asiento 46 siempre que la presión en la parte baja 42b, o cerca de ella, exceda de la presión en la parte alta 42a del émbolo o cerca de ella, al menos en un valor predeterminado, o dicho de otro modo, siempre que exista por lo menos una diferencia de presión del fluido predeterminada.

El valor de la precipitada diferencia de presión predeterminada del fluido en un conjunto regulador del caudal 40, depende de muchos factores, entre ellos, sin ser los únicos, el área y configuración de las partes alta y baja 42a y 42b del émbolo, la dimensión de los conductos de fluido primario y secundarios 52 y 54, y la elasticidad del elemento elástico 48. Estas características, mostradas en la Figs. 1-3 son sólo de la configuración preferente del conjunto de émbolo 40. Graduando estos factores, se puede establecer un valor apropiado de la diferencia de presión predeterminada del fluido en una situación dada, para así conseguir que se adopte la posición de caudal reducido en el momento conveniente para efectuar el aislamiento.

La dimensión apropiada de los conductos primario y secundarios 52 y 54 depende de la aplicación. En el campo del sistema de presión de neumáticos de vehículos, en el que el funcionamiento de la invención se describe con de- talles más abajo, el conducto de fluido primario 52 debe ser lo suficientemente pequeño para que, a los mayores niveles de presión previstos, el volumen de fluido que corre por el mismo no ejerza presiones de reflujo indeseables en el elemento valvular 34 cuando el conjunto de émbolo 40 está en la posición de caudal reducido. Lo que constituya presión de reflujo excesiva depende de la composición y del área del diafragma 25 del elemento valvular 34 y de otras causas de restricción del caudal, como los obturadores giratorios 76 y 80 (ver la Fig. 5). Los conductos de fluido secundarios 54, en combinación con el caudal que pasa por el conducto primario 52, permite el desinflado rápido al ritmo deseado cuando existe una presión media en el neumático.

Es preferible, pero no necesario, que el émbolo 42 tenga una junta tórica 50, preferiblemente de material polimérico convencional, que cree un acoplamiento obturador entre el émbolo 42 y los costados del alojamiento del émbolo 44, de modo que el fluido que corre por el elemento valvular 22 sólo pase por el conducto 52 y (posiblemente) por los conductos 54.

Estando instalado el conjunto de válvula de rueda 10 en un sistema de presión de neumáticos para vehículos, el conjunto de émbolo 40 se encuentra en posición de caudal aumentado (como se ve en la Fig. 2) durante toda la secuencia de inflado, debido a la fuerza que genera el muelle 48. Al acabar la secuencia de inflado, cuando se produce el aislamiento, la presión del aire que actúa sobre la superficie del diafragma 26a baja respecto a la presión positiva mínima predeterminada del aire necesaria para que se abra el elemento valvular 34. En esta situación de aislamiento, la posición del conjunto de émbolo depende de la presión a la que se haya inflado el neumático. Si la diferencia de presión debida al aire que fluye por la válvula 10 es suficiente, la presión en la parte baja 42b del émbolo supera la presión en la parte alta 42a por lo menos en un valor predeterminado. Esto hace que el conjunto de émbolo 40 adopte la posición de caudal reducido que muestra la Fig. 3. En la posición de caudal reducido, el fluido corre esencialmente hacia fuera (desde la boca 20 a la boca de admisión) únicamente por el conducto primario 52, lo que reduce el reflujo de presión que ejerce la presión relativamente alta del neumático sobre el elemento valvular primario 34. Esto permite el cierre del elemento valvular mejorando la actuación de aislamiento, con lo que se puede alcanzar con precisión la presión máxima específica de inflado del neumático. Se hace notar que el cierre del elemento valvular 34 hace que la presión en ambas partes del émbolo 42 acaben por igualarse, por lo que el conjunto de émbolo 40 termina adoptando la posición de caudal aumentado, como se ve en la Fig. 2, debido a la fuerza generada por el muelle 48.

Por otra parte, si la presión del neumático en la boca de admisión 20 no es bastante alta cuando se corta el inflado para hacer que la presión en la parte baja del émbolo 42b exceda de la presión en la parte alta 42a por lo menos en el valor predeterminado, el conjunto de émbolo 40 permanece en la posición de caudal aumentado que vemos en la Fig. 2. Aunque en esta posición el fluido corra por todos los conductos, la presión de reflujo ejercida sobre el elemento valvular 34 es relativamente baja, debido a que la presión del neumático es menor. De este modo el elemento valvular 34 sigue cerrado de donde resulta mayor eficacia del aislamiento y la capacidad para inflar los neumáticos con precisión a las presiones convenientes.

En la secuencia de desinflado, la presión del aire sobre la superficie del diafragma 26a es menor que la presión en la boca del neumático 20. Así, la presión en la parte baja 42b del émbolo es mayor que en la parte alta 42a. La posición del conjunto de émbolo 40 depende de que esta diferencia de presión del aire sea por lo menos igual a la diferencia de presión predeterminada antes descrita. Al comienzo de la secuencia de desinflado normal, cuando hay fuerte presión en el neumático, la diferencia de presión del fluido es mayor que la diferencia de presión predeterminada, haciendo que el conjunto de émbolo esté en la posición de caudal reducido de la Fig. 3. Esta posición, aunque menos conducente al desinflado puesto que dificulta la circulación, no afecta seriamente el tiempo de desinflado porque la mayor diferencia de presión fuerza la salida rápida del aire por el conducto primario 52. Se hace notar que la reducción del caudal saliente causada por el desplazamiento a la posición de caudal reducido, hace que la diferencia de presión suba más allá de la diferencia de presión del fluido predeterminada, lo que al menos de momento "inmoviliza" el conjunto de émbolo 40 en esa posición. No obstante, si continúa la secuencia de desinflado, la diferencia de presión del fluido llega a ser menor que la diferencia predeterminada, haciendo que el conjunto de émbolo adopte la posición de caudal aumentado que vemos en la Fig. 2. En esta situación, la menor diferencia de presión no puede obligar a salir el aire con la misma fuerza que antes ya que el caudal desciende exponencialmente con la presión. Sin embargo, el área adicional de salida por los conductos secundarios 54 compensa esta pequeña diferencia de presión y permite que continúe el desinflado a un caudal aumentado.

Al acabar la secuencia de desinflado, cuando se corta la comunicación, la presión del aire que actúa sobre la superficie del diafragma 26a cae por debajo de la presión positiva mínima predeterminada del aire necesaria para mantener abierto el elemento valvular 34. Igual que en la situación de corte de la comunicación en el inflado, la posición del conjunto de émbolo 40 en la situación de aislamiento de desinflado depende de la presión a la que se ha desinflado el neumático. Si la presión del neumático en la boca 20 es lo bastante alta, la presión en la parte baja 42a del émbolo 42 es de por lo menos el valor predeterminado. Así, el conjunto del émbolo 40 se pone en la posición de caudal reducido que vemos en la Fig. 3. En la posición de caudal reducido, el fluido puede correr esencialmente hacia fuera únicamente por el conducto primario 52, reduciendo así la presión de reflujo que ejerce la parte alta del émbolo 42a sobre el elemento valvular 34, por al menos al valor predeterminado, situándose el conjunto del émbolo 40 en la posición de caudal aumentado que muestra la Fig. 2. Aunque en esta situación el fluido puede correr por todos los conductos, la presión de reflujo ejercida sobre el elemento valvular 34 es relativamente baja porque la presión del neumático es menor. Así el elemento valvular 34 sigue cerrado de donde resulta de nuevo mayor eficacia del aislamiento y la capacidad para inflar los neumáticos con precisión a las presiones convenientes.

Por otra parte, si la presión del neumático en la boca 20 no es bastante alta en el aislamiento de desinflado para hacer que la presión en la parte baja 42b del émbolo 42 para superar la presión en la parte alta 42a en por lo menos el valor predeterminado, el conjunto de émbolo 40 estará en la posición de aumento de caudal que se ve en la Fig. 2. Aunque en esta situación el fluido pueda correr por todos los conductos, el reflujo de presión que ejerce el elemento valvular 34 es relativamente bajo debido a la menor presión del aire en el neumático. Esto permite que el elemento valvular 34 siga cerrado de nuevo, produciendo buena eficacia del aislamiento y la capacidad para desinflar con exactitud el neumático a la presión conveniente.

Aunque le configuración preferida de la presente invención se presenta con dos conductos secundarios del fluido 52 abiertos en el elemento tipo émbolo 42, ha de entenderse que puede haber un solo conducto secundario o tres o más. También los conductos 52 y 54 pueden ser de cualquier forma conveniente, y el asiento del émbolo 46 y la parte alta 42a del émbolo pueden hacerse de cualquier forma acoplable de modo que por lo menos un conducto secundario quede esencialmente cerrado cuando el émbolo 42 esté en lo más alto de su posible carrera. Además, aunque la configuración preferente esté dotada del muelle 48, debe reconocerse que puede ocupar su lugar cualquier medio elástico.

Aunque la configuración preferente tiene incorporado un émbolo o dispositivo regulador del caudal 40 con una sola válvula de diafragma, se hace notar que el dispositivo regulador de caudal 40 puede ser una válvula de diafragmas múltiples, o cualquier otro tipo de válvula de paso de fluido.

La válvula de paso variable y el correspondiente conjunto regulador de caudal de la invención presente, tiene aplicación en cualquier sistema para regular el caudal de un fluido, en el que el fluido puede consistir en cualquier materia en forma gaseosa o líquida. La presente invención se describe más abajo con referencia particular a válvulas de rueda de los sistemas de presión de aire de neumáticos de vehículos, específicamente válvulas de rueda de diafragma único, sólo con carácter de ejemplo. Debido a que la estructura y funcionamiento general de dichos sistemas de presión de neumáticos son bien conocidos en el arte, los componentes de dicho sistema, fuera de las válvulas de las ruedas, no se describen con gran detalle, excepto lo siguiente:

Los elementos neumáticos del sistema central de inflado de neumáticos 60, destinados a regular la presión de inflado de un solo neumático 62, se pueden ver consultando la Fig. 5. El neumático inflable 62 está montado en la llanta de la rueda 64, que está fijada al conjunto del cubo de la rueda 66 sujeto de manera que pueda girar al extremo exterior del alojamiento del eje 68 por medio de los cojinetes 70. Un árbol eje(omitido) movido giratoriamente por medios convencionales, como un diferencial (omitido), se extiende desde el alojamiento del eje 68 y normalmente dispone de una pestaña (omitida) para conectar el movimiento del árbol eje con el cubo de la rueda. Como se puede ver con más detalle consultando la patente U.S. 4,434,833, concedida al solicitante de esta invención, un manguito anular 74 está a presión con el alojamiento del eje en un punto interior de los cojinetes 70, el cubo de la rueda puede definir una aleta anular 76 de tipo manguito que se extiende hacia dentro y rodea telescópicamente el manguito 74. Un par de obturadores giratorios 76 y 80 se extienden radialmente entre la periferia externa del manguito 74 y la periferia interna de la aleta tipo manguito 76 definiendo una cámara anular estanca 82 entre ambos. El manguito 74 está dotado de una entrada 84 y un conducto 86 que se abre a la cámara 84. La aleta tipo manguito 76 está provista de un conducto 88 generalmente radial que corre por el conducto 88 y se extiende desde la cámara anular estanca 82 hasta la cara exterior diametral de la misma. Se puede disponer un solo conducto 90 en la parte de aleta radial 92 del cubo de la rueda 68 para el paso de una conducción a presión. La construcción anterior se describe en la antes citada patente U.S. 4,434,833 y forma parte de la presente invención. Por supuesto, ha de entenderse que la invención presente es igualmente aplicable a conjuntos de cubo/eje de ruedas (también llamados "conjuntos de extremo del eje") o a otras construcciones.

Se puede considerar que el sistema de inflado 60 está formado por dos componentes, un componente estacionario 96 fijado al bastidor del vehículo y un componente giratorio 96 fijado al cubo de la rueda 66 y al neumático 62. El componente estacionario 96 está conectado para conducir fluido con el componente giratorio 96 mediante una cámara anular 82 definida por los obturadores giratorios 76 y 80. Dicho brevemente, el conducto de fluido 100 del componente estacionario 96 está conectado para conducir fluido con la entrada 84 del conducto 86 formado en el manguito 74, mientras que el conducto de fluido 102 que va al componente giratorio 98 está conectado para conducir fluido con el conducto 88 hecho en la aleta tipo manguito 76 y pasa por la abertura 90 definida en la aleta 92 del cubo 66. Para proteger el conducto 102, se puede poner una arandela o boquilla 104 en la abertura 90, o la abertura 90 se puede definir por una perforación en una espiga de la rueda. Por supuesto, también se puede abrir un paso en el cubo 66 abierto hacia el lado exterior del mismo. Así puede verse que el montaje del sistema 60 en el extremo del conjunto de la rueda no exige perforar el alojamiento del eje 68 y sólo hay que perforar un orificio a través de la aleta radial 92 del cubo 90 de la rueda. Se hace notar que los obturadores giratorios 76 y 80 y el conducto 100 que lleva al extremo del conjunto de rueda se pueden situar hacia dentro de los cojinetes 70 en una posición del vehículo relativamente protegida.

El componente giratorio 98 del sistema 60 contiene una válvula de aislamiento de baja presión 106, una válvula de paso 108, que se pueden combinar en un conjunto de válvulas de rueda 10, como se ve en la Fig. 1 y es el objeto de la presente invención, un una válvula 60 para la verificación manual del inflado y desinflado. El conjunto de válvulas de la rueda 60 se puede colocar en el interior del neumático 62.

Un tramo colector 112 del conducto 102 conecta las bocas 114 y 116 de las válvulas 196 y 108, respectivamente, una con la otra y con el conducto 100 por medio de la cámara 82, mientras el conducto colector 118 conecta entre sí las bocas 120 y 122 de las válvulas 106 y 108, respectivamente, la válvula de verificación manual de inflado y desinflado 110, y con la cámara interior 124 del neumático inflable 62. La invención presente combina la válvula de aislamiento 106 con la válvula de paso 108 en un conjunto de válvulas de rueda 10 que tiene una boca de admisión 111 y una boca de salida 123. Un conducto 126 conecta las bocas 128 y 130 de las válvulas 106 y 108 respectivamente. Si el vehículo tiene ruedas dobles, el conducto colector 118 se puede dividir después de la válvula 110 y las válvulas de aislamiento manual dispuestas para incomunicar los neumáticos si hace falta.

El componente relativamente estacionario 96 del sistema central de inflado de neumáticos 60, va montado en puntos convenientes del bastidor del vehículo, preferiblemente por encima del nivel de vadeo del vehículo y está conectado para conducir el fluido con el componente giratorio 98 por medio de un solo conducto 100 y una sola cámara estanca giratoria 82.

El componente relativamente estacionario 96 dispone de una fuente de fluido a presión 142 que normalmente es el sistema compresor de aire del vehículo, o preferiblemente un depósito de aire comprimido alimentado por el compresor. Los camiones pesados suelen estar equipados con un compresor de aire para el sistema de aire comprimido de a bordo, que consiste en frenos de aire, accionadores de la transmisión y/o cambios de eje y/o mandos, suspensiones neumáticas y demás. Si el vehículo no estuviera dotado de una red de aire comprimido, se puede montar un compresor independiente y/o un depósito para el sistema de inflado 60.

La fuente de fluido a presión alimenta aire comprimido a un conducto dividido 144 que define las ramas 146 y 148 que van a las entradas 150 y 152 respectivamente, de la válvula de inflado 154 y al regulador de presión 156, respectivamente. El regulador de presión 156 define una boca de salida 158 conectada a un conducto 160 de la válvula de inflado 164. La salida 166 de la válvula de inflado 154 y la entrada 168 de la válvula de desinflado 164 están conectadas respectivamente con un conducto colector 170. El conducto colector 170 también está conectado a la boca de entrada de la válvula de aislamiento 174. La válvula de aislamiento 174 tiene una salida 176 conectada con la boca 178 de liberación rápida 180. Un transductor de presión 186 está expuesto a la presión en el conducto 170 mediante un conducto derivado 188.

La válvula de liberación rápida 180 define una boca 182 conectada al escape y una boca 184 conectada al conducto 100 lleva al conjunto del extremo de la rueda.

El regulador de presión 156 puede ser de cualquier tipo convencional y limita la presión de corre a su través hacia el conducto 160 a una presión relativamente baja de unos 8-18 psi (560-1260 g/mm^{2}) y además contiene una boca de alivio 190 que lleva al escape. Se verá que la boca de entrada 150 a la válvula de inflado 154 está expuesta a la presión de alimentación, mientras que la salida 162 de la válvula de desinflado 164 está en comunicación con una presión regulada a unos 8-10 psi (560-700 g/mm^{2}). Como se observa, el regulador de presión 156 regula la válvula de liberación rápida y por lo tanto regula la presión mínima a la que el sistema 60 ha de desinflar el neumático 62.

La válvula de inflado 154, la válvula de desinflado 164 y la válvula de aislamiento 174, son válvulas de dos vías y caudal relativamente bajo, preferiblemente mandadas por un solenoide de tipo convencional. Las válvulas 154, 164 y 174 tienen una primera posición cerrada que cortan el paso entre las bocas de entrada y salida de las mismas. Normalmente, las válvulas de dos vías con solenoide 154 y 164 están forzadas por un muelle en posición cerrada, mientras que la válvula 174 está forzada por un muelle en posición abierta.

Como se ha explicado antes, la invención presente consiste en una válvula de paso junto con un conjunto regulador de caudal mejorados, y más en particular, la presente invención propone una válvula de rueda mejorada con diafragma único que produce valores de desinflado rápido y la capacidad de inflar neumáticos a niveles altos de presión.

Pese a haberse descrito la invención presente con cierto grado de precisión, se comprenderá que se pueden hacer determinadas modificaciones a la invención, que se harán claras a los entendidos en el arte que lean y entiendan esta especificación.

Claims (26)

1. Un conjunto de válvula de rueda (10) para graduar la presión del aire dentro de un neumático (62) de un vehículo, que comprende:

un alojamiento de válvula (13) que tiene una primera boca (11) para conectar con una fuente de aire y una segunda boca (20) para conectar con dicho neumático (62), además de un canal (38) situado entre dichas primera y segunda bocas (11, 20); y un émbolo (42) dispuesto dentro de dicho canal (38), estando provisto dicho émbolo (42) de un primer conducto (52) y un segundo conducto (54) del fluido;

estando el conjunto preparado para permitir el paso del fluido a través de dichos primer y segundo conductos (52, 54) en una primera dirección cuando la diferencia de presión del fluido es menor que un valor predeterminado entre los dos extremos de dicho canal (38) y permitir el paso del fluido por uno solo de dichos primer y segundo conductos (52, 54) en dicha primera dirección cuando por lo menos dicha diferencia de presión del fluido predeterminada existe entre los dos extremos del canal (38).

2. Un conjunto de válvula de rueda (10) como el de la reivindicación 1 en el que dicho alojamiento de válvula (13) contiene un asiento de válvula (46) contra el cual dicho émbolo (42) hace contacto cuando existe por lo menos dicha diferencia de presión del fluido predeterminada entre los dos extremos de dicho canal (38), haciendo que otro de los dichos primer y segundo conductos (52, 54) se cierren contra dicho asiento de válvula (46).

3. Un conjunto de válvula de rueda (10) como el de la reivindicación 2 en el que dicho émbolo (42) hace contacto con dicho alojamiento de válvula (13) en dicho asiento de válvula (46) cuando está en posición cerrada y toca uno o más topes (49) estando en posición totalmente abierta.

4. Un conjunto de válvula de rueda (10) como el de las reivindicaciones 2 o 3 en el que la relación de acoplamiento de dicho émbolo (42) y dicho asiento de válvula (46) es frustocónica.

5. Un conjunto de válvula de rueda (10) como el de cualquiera de las reivindicaciones de la 2 a la 4, que además comprende un medio de presión (48) que actúa forzando dicho émbolo (42) a alejarse del asiento de válvula (46).

6. Un conjunto de válvula de rueda (10) como el de la reivindicación 5 en el que dicho medio de presión (48) es un muelle espiral que actúa entre dicho alojamiento de válvula (13) y dicho émbolo (42).

7. Un conjunto de válvula de rueda (10) como el de las reivindicaciones 5 o 6 en el que dicho émbolo (42) está formado por una primera parte (42a) y una segunda parte (42b), y dichos primer y segundo conductos (52, 54) corren desde dicha primera parte (42a) hasta dicha segunda parte (42b) de dicho émbolo (42), actuando dicho fluido contra dicha primera parte (42a) y actuando dicho medio de presión (48) contra la segunda parte (42b) del émbolo (42).

8. Un conjunto de válvula de rueda (10) como el de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además tiene en dicho alojamiento de válvula un dispositivo valvular (22) compuesto por un elemento valvular (34) que se mueve entra las posiciones cerrada y abierta para permitir o impedir respectivamente la comunicación del aire entre dichas primera y segunda bocas (11, 20).

9. Un conjunto de válvula de rueda (10) como el de la reivindicación 8 que además comprende un elemento elástico (32) para forzar a dicho elemento valvular (34) a dicha posición cerrada, una superficie valvular (26a) que responde a una presión de aire positiva en dicha primera parte (11) poniendo dicho elemento valvular (34) en dicha posición abierta.

10. Un conjunto de válvula de rueda (10) como el de la reivindicación 9 en el que dicho dispositivo valvular (22) es una válvula de diafragma único y dicho elemento valvular (34) y dicha superficie valvular (26a) consisten en un diafragma flexible (26).

11. Un conjunto de válvula de rueda (10) como el de las reivindicaciones 9 o 10 en el que dicho elemento elástico (32) consiste en un muelle.

12. Un conjunto de válvula de rueda (10) como el de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además dispone de un tercer conducto (54) en el que el fluido fluye por cada uno de dichos primer, segundo y tercer conductos (52, 54) en una primera dirección cuando hay una diferencia de presión del fluido menor que la predeterminada entre los extremos de dicho canal (38) y dicho fluido fluye por uno solo de dichos primer, segundo y tercer conductos (52, 54) en dicha primera dirección cuando existe al menos dicha diferencia predeterminada de presión del fluido entre los extremos de dicho canal (38).

13. Un conjunto de válvula de rueda (10) como el de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho primer conducto de fluido (52) y dicho segundo conducto de fluido (54) están en relación paralela con dicho émbolo (52).

14. Un método para graduar la presión de aire dentro de un neumático (62) de un vehículo, que consiste en:

un alojamiento de válvula (13) cuya primera boca (11) está conectada a una fuente de aire y su segunda boca (20) conectada a dicho neumático y un canal (38) dispuesto entre dichas primera y segunda bocas (11, 20); y

un émbolo (42) dispuesto dentro de dicho canal (38) conteniendo dicho émbolo un primer conducto de fluido (52) y un segundo conducto de fluido (54);

donde el fluido fluye a través de dichos primer y segundo conductos (52, 54) en una primera dirección cuando hay una diferencia de presión del fluido menos que la predeterminada entre los dos extremos de dichos primer y segundo conductos (52, 54) en dicha primera dirección cuando por lo menos dicha diferencia de presión predeterminada existe entre los dos extremos de dicho canal (38).

15. Un método como el de la reivindicación 14 en el que dicho alojamiento de válvula (13) contiene un asiento de válvula (46) contra el que dicho émbolo hace contacto cuando existe por lo menos dicha diferencia de presión del fluido entre los dos extremos de dicho canal (38) causando así que otro de los dichos primer y segundo conductos (52, 54) quede cerrado contra dicho asiento de válvula (46).

16. Un método como el de la reivindicación 14 en el que dicho émbolo (42) hace contacto con dicho alojamiento de válvula (13) en dicho asiento de válvula (48) cuando está en posición cerrada y hace contacto con uno o más topes (49) cuando está en posición totalmente abierta.

17. Un método como el de las reivindicaciones 15 ó 16 en el que la relación de acoplamiento de dicho émbolo (42) y dicho asiento de válvula (46) es frustocónica.

18. Un método como el de cualquiera de las reivindicaciones de la 14 a la 17, que además contiene un medio de presión (48) que la ejerce forzando a dicho émbolo (42) a alejarse de dicho asiento de válvula.

19. Un método como el de la reivindicación 16 en el que dicho medio de presión (48) es un muelle espiral que actúa entre dicho alojamiento de válvula (13) y dicho émbolo (42).

20. Un método como el de las reivindicaciones 18 ó 18 en el que dicho émbolo tiene una primera parte (42a) y una segunda parte (42b), yendo dichas primera y segunda partes (52, 54) desde dicha primera parte (42a) hasta dicha segunda parte (42b) actuando dicho fluido contra dicha primera parte (42a) de dicho émbolo (42) y actuando dicho medio de presión (48) contra dicha segunda parte (42b) de dicho émbolo (42).

21. Un método como el de cualquiera de las reivindicaciones de la 14 a la 20, que además dispone del paso disponer un dispositivo valvular (22) en dicho alojamiento de válvula (13) que contiene un elemento valvular (34) que se mueve entre las posiciones de cerrado y abierto para permitir e impedir la comunicación de aire entre dichas primera y segunda bocas (11, 20).

22. Un método como el de la reivindicación 21, que además dispone de un paso de elemento flexible (32) para forzar dicho elemento valvular (34) a dicha posición cerrada, una superficie de válvula (26a) que responde a una presión positiva del aire en dicha primera boca (11) moviendo dicho elemento valvular (34) a dicha posición abierta.

23. Un método como el de la reivindicación 22 en el que dicho dispositivo valvular (22) es un dispositivo valvular con un solo diafragma y dicho elemento valvular (34) y dicha superficie de válvula (26a) consisten en un diafragma flexible (26).

24. Un método como el de las reivindicaciones 18 ó 18 en el que dicho elemento flexible (32) consiste en un muelle.

25. Un método como el de cualquiera de las reivindicaciones de la 14 a la 20, que además comprende un paso que dispone un tercer conducto de fluido (54) en el que el fluido corre por cada uno de dichos primer, segundo y tercer conducto (52, 54) en una primera dirección cuando la diferencia de presión del fluido es menor que la predeterminada entre los dos extremos de dicho canal (38) y dicho fluido fluye sólo por uno de dichos primer, segundo y tercer conductos (52, 54) en dicha primera dirección cuando al menos existe dicha diferencia de presión del fluido predeterminada entre los dos extremos de dicho canal (38).

26. Un método como el de cualquiera de las reivindicaciones de la 14 a la 25 en la que dicho primer conducto de fluido (52) y dicho segundo conducto de fluido (54) está hecho axialmente en relación paralela con dicho émbolo (42).