CN101779045A - 紧凑型液压蓄能器 - Google Patents

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CN101779045A CN200880102519A CN200880102519A CN101779045A CN 101779045 A CN101779045 A CN 101779045A CN 200880102519 A CN200880102519 A CN 200880102519A CN 200880102519 A CN200880102519 A CN 200880102519A CN 101779045 A CN101779045 A CN 101779045A
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R·赫布斯
G·罗斯顿
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Abstract

提供了一种轻型的、最优地高效的、易于维护的活塞位于套筒内式高压蓄能器。这种蓄能器包括一个或多个圆柱形的复合物压力容器，其使端盖歧管分隔开。可滑动地设置在蓄能器中的薄的不可渗透的内部套筒中的活塞将两个室分隔开，一个室适合于包含工作流体，而另一个室适合于包含处于压力下的气体。在不可渗透的内部套筒和复合物压力容器壁之间的容积中提供了气体。额外的气体可选地在气体缸体中被提供。还提供了其它构件，用于抵抗在高压下的复合物容器壁的径向挠曲的有害影响以及由可移动式应用(例如用于液压混合动力机动车辆的液压动力系统等)中的使用中所存在的应力所造成的有害影响。

Description

紧凑型液压蓄能器
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2007年6月14日提交的美国临时申请No.60/943,930的权益。上述申请的完整的公开通过引用而结合在本文中。
技术领域
本公开大致涉及用于高压应用的蓄能器(accumulator)，且更具体地说涉及活塞位于套筒内(piston-in-sleeve)(或“活塞和套筒”)类型的高压蓄能器。本公开还涉及这种蓄能器的与燃料效率高的液压混合动力(hybrid)机动车辆相结合的潜在用途。
背景技术
1、液压混合动力车辆
混合动力式动力系是一种日益流行的，用于提高机动车辆的燃料利用率的方法。用语″混合动力″指传统内燃机与能量储存系统的组合，能量储存系统典型地用于接收和储存发动机所产生的过量的能量以及从制动作用中回收的能量，并且在需要时再次传送该能量以补充发动机。这使功率的产生和消耗相分离，从而容许内燃机更高效地运转，同时确保可获得足够的功率以用于满足负载需求。
在本领域中已经知道数种能量储存的形式，其中，利用蓄电池的电储存是最著名的。近年来，已经论证了液压混合动力可提供与电混合动力相比更优的效率、更大的功率密度、更低的成本和更长的使用寿命。液压功率系统采用用于能量储存的一个或多个液压蓄能器和用于功率传递的一个或多个液压泵、马达或泵/马达的形式。液压蓄能器根据通过将气体压缩而储存能量的原理来运转。蓄能器的压力容器包含典型地为氮气的气体的装料(charge of gas)，其随着液压泵将液体(liquid)泵送到容器中而受到压缩。液体因此变成加压的且在被释放时可用于驱动液压马达。因而，液压蓄能器利用两种不同的工作介质：一种是可压缩的气体而另一种是相对地不可压缩的液体。更普遍地说，蓄能器利用两种不同的工作介质，其中的至少一种是气体，而另一种是气体或流体(fluid)。在本公开中，如同本领域中所通行的，用语″气体″应指气态介质，而用语″流体″应指气态或液体工作介质。
2、现有技术中的高压蓄能器设计
在现有技术中，存在三种用于液压蓄能器基本配置：弹簧类型、囊式(bladder)类型和活塞类型。
由于弹簧的弹簧刚度、尺寸、成本和质量，弹簧类型典型地局限于带有小的流体体积的蓄能器。
囊式蓄能器典型地遭受高的气体渗透率和差的可靠性。通过用柔性金属性波纹管结构或带有金属涂层的波纹管结构替代弹性的囊，已经获得了某些成功，例如，就如在授予Sasaki等人的美国专利No.5,771,936和授予Drumm等人的美国专利No.6,478,051中所公开的那些。然而，这种方案的主要缺点在于波纹管经受应力和纵向失定向(disorientation)的可能性，其在重负载循环下，就如在汽车动力系统应用中将出现的那样，可能迅速地导致失效。
在现有技术中的这三种基本配置中，活塞类型是能够储存所期望的流体体积的最成本低廉的设计。另外，恰当地设计的活塞式蓄能器在物理上坚固、高效且可靠。
标准活塞式蓄能器在本领域中也已良好地被提供。在标准活塞式蓄能器中，借助于活塞将液压流体与压缩气体(compressed gas)分离，活塞相对于圆柱形压力容器的内壁密封，并且可随着流体的进入和离开以及气体的压缩和膨胀而纵向地自由地移动。因为活塞无需为柔性的，所以其可由不透气的(gas-impermeable)材料(例如钢)制成。然而，活塞和缸体内壁之间的接合部位必须紧密地(tightly)被控制，以确保良好的密封，并且，为确保良好密封所必要的尺寸公差度可能增加制造成本。其还要求压力容器是极其刚性的，并且能够抵抗在被加压时其中心附近的膨胀，该膨胀否则将通过拓宽活塞和缸体壁之间的距离而使密封失效。这消除了将复合材料用于高压活塞式蓄能器容器的考虑，因为复合材料在压力下易于发生显著的膨胀(例如在5,000psi压力下，直径12英寸的容器的大约1/10英寸的直径方面的膨胀)。
出于前述原因，标准活塞式蓄能器容器倾向于由厚的高强度钢制成，并且是非常重的。标准活塞式蓄能器具有比钢的或复合物的(composite)囊式蓄能器高得多的重量能量储量比(weight to energystorage ratio)，这使得使其对于可移动的车辆应用而言不合需求(因为这种增加的重量例如将降低车辆的燃料经济性)。更具体地说，用于相同容量(即，尺寸)和压力等级的活塞式蓄能器比带有轻型复合物压力容器设计的蓄能器(例如在蓄能器重量是个问题的应用中将被优选的那些蓄能器)重许多倍(例如，高达10倍)。因此，尽管其潜在优越的不透气性，活塞式蓄能器对于车辆的应用很大程度上是不切实际的。
3、关于活塞位于套筒内式蓄能器设计的现有技术
一种活塞式蓄能器概念是利用活塞和套筒组件，其中活塞存在于圆柱形套筒中并相对于其密封，该圆柱形套筒与压力容器的内壁是分离的。这里定义的用语“套筒”包括基本上无法承受住这样的应力的空心部件——该应力将被施加于空心部件上，是将越过该空心部件而被施加的蓄能器的全压差。这种活塞位于套筒内的方案提供了至少两个超越关于高压蓄能器的现有技术的益处，即(i)将容器壁的压力保存功能与其活塞密封功能分离，容许利用套筒而与涉及压力容器结构的问题无关地达到有效的密封，和(ii)在套筒和容器壁之间提供中介或“间隙(interstitial)”容积，其可被填充以装料气体，以容许调整气体对流体的比值，从而优化性能，并且其还容许对排出流体的压力分布图进行“整形”。在授予Huber的美国专利No.2,417,873、授予McQuistion的美国专利No2,703,108、授予Ford的美国专利No.RE24,223以及新近授予Tovagliaro的美国专利No.4,714,094中的每一个中，传授了活塞和套筒组件在高压蓄能器上的使用。这种设计包括由合金钢构成的通常为厚壁式的坚固的圆柱形压力容器，和相对于容器壁较薄的金属套筒。套筒永久地附连在压力容器的一端的内表面上，靠近其周缘，(与活塞一起)产生用于工作流体的封闭室或“内”室。套筒的另一端朝着容器的另一端延伸，并且通常保留为敞开状态，以产生“外”室，其由套筒的敞开容积，压力容器的剩余容积，以及位于套筒外壁和压力容器内壁之间的中介/间隙空间组成，其各填充有蓄能器的气态介质。
在这些现有技术的活塞位于套筒内式蓄能器设计的运转过程中，套筒必须于容器中紧密地保持和居中，以预防例如由于在供可移动式应用(例如飞机)使用时的振动而发生的径向运动。套筒运动将使套筒的刚性固定端疲劳，如果存在密封垫圈时，其可能由于密封垫圈的破裂、变形或磨损而导致泄漏。这要求通过在某些点上将套筒连接到容器壁上而加强套筒，或者要求套筒比用于承受在装料和卸料时正常地所遭遇的较小压力差所必需的最小厚度更厚。此外，容器的外壁必须比单独用于压力保存时所需的厚度更厚，因为必须预防壁发生膨胀并因而将套筒松开或使其变形偏离为活塞密封所需的精确的圆形形状。
现有技术的活塞位于套筒内的设计还一致地在封闭的(内)室中包含流体，其中，装料气体存在于活塞的另一侧上以及套筒和容器壁之间的间隙空间中。这种流体居内、气体居外的布置出于至少两个原因而在现有技术中被采用。首先，如上面所述，现有发明人追求对结构分裂的抵抗力(resistance)。其次，这种布置无疑是优选的，因为其最大限度地增加了流体容量并因此增加了装置的能量容量。也就是说，存在于套筒内侧的工作介质可完全被排出，而套筒外的介质的某些部分将总是保持截留于间隙空间中；由于工作容量是由可排出多少流体来确定的，所以使流体存在于套筒内侧而气体在外侧则是当然的选择。
类似上面论述的标准活塞式蓄能器，这些现有技术的活塞位于套筒内式蓄能器对于液压混合动力机动车辆应用或其它的在其中蓄能器重量是个大问题的应用而言是无法接受地重的。值得注意的是，授予Tovagliaro的美国专利No.4,714,094试图通过使用轻型复合材料替代钢以用于容器壁中的压力保存功能，从而减少这种活塞位于套筒内式蓄能器的重量。然而，Tovagliaro装置仍然需要构成容器壁的内部金属芯(除了复合物罩壳之外，或许至少部分地用于抵抗在压力下穿透复合物容器壁的气体渗透)和位于蓄能器的一个(平的)端部处的增厚的金属区域(以便能够如上面所述地提供可拆卸的端盖并紧密地保持套筒和使其居中)。因而，对于液压混合动力机动车辆应用而言Tovagliaro装置仍保持为不合需求地重，并且还将招致比所期望的制造成本显著高得多的制造成本(例如，由于设计的复杂性和所需要的带有复合物罩壳和金属的芯部及端部两者的容器结构)。另外，与复合材料一起被使用的内部金属芯(或衬里)对于液压混合动力车辆中的使用而言也是不能接受的。蓄能器所经历的剧烈的负载循环(即，极大量的装料-卸料循环，在某些情况下超过一百万个循环)和复合材料的显著的径向膨胀(在5,000psi压力下，直径12英寸的容器的大约1/10英寸的直径方面的膨胀)将共同导致金属芯或衬里的预期的疲劳失效。
另外，现有技术的活塞式蓄能器的(在至少一个端部上的)平端结构还显著地增加了蓄能器的复杂性、重量和成本。
在授予Moskalik的美国专利No.7,108,016中公开了用于克服这些缺点的最新近的尝试。Moskalik装置采用了热塑性套筒，带有缠绕有碳纤维的压力容器壳体(shell)。Moskalik装置还将流体放置于芯部外侧，因而，流体填充了间隙空间。这种设计存在几个显著的缺点。首先，因为不能使用间隙空间中的流体，所以蓄能器的物理尺寸比为装入相同的有效工作流体体积所必需的尺寸更大。其次，如将在以下所述，最佳的蓄能器设计要求气体体积大于流体体积。第三，这种设计不能进行维修-任何构件的任何失效都要求将整个缸体报废。第四，压力容器包封(wrapping)的厚度比所需厚度更厚，因为该包封必须抵抗轴向负载和切向负载。第五，万一流体压力超过气体压力，这种设计没有提供保护套筒完整性的措施。
4、现有技术的缺点
总之，如上面已经解释的那样，尽管蓄能器设计已经发展了许多年，现有技术迄今未能提供一种模块化、轻型、低成本、在应力下耐用、易于装配和维护、同时提供最佳性能的高压蓄能器设计。现有技术的囊式蓄能器具有不可接受的渗透。现有技术的金属波纹管蓄能器在应力下不够耐用。所有类型的现有技术的活塞式蓄能器不可接受地重且和成本高昂。因此，现有技术未能提供如同对本发明而言所需的、适合于液压混合动力机动车辆应用的高压蓄能器。
发明内容
根据本公开，令人惊奇地发现了一种高压活塞和套筒式蓄能器设计，其具有最佳效率，重量极轻，可容易地维护，可适合于在可移动车辆中的运行，并可以低成本而被大量生产。
本发明利用一种活塞和套筒设计，但此外通过各种措施来使得极其轻、易于装配且易于制造的复合物压力容器的使用成为可能，从而，提供了一种优化的高压蓄能器并满足了本领域中对于这种蓄能器的长期迫切的需求。如后文中将更详细所述，本申请人通过出于活塞式蓄能器现有技术的一种或多种改型来满足这些需求，包括使用包含蓄能器缸体和辅助气体缸体的模块化设计，提供带有拉紧部件(tension member)的歧管(manifolds)作为可拆卸端盖，包括了特殊配置的用于预防对套筒的可能的损伤的阀，并通过使用非永久性的密封件而便于装配与修理。
在一个实施例中，蓄能器组件包括至少一个蓄能器缸体。蓄能器缸体具有圆柱形的不透气的壳体和圆柱形的不透气的套筒，其设置在壳体中且与壳体大致同心。在套筒和壳体之间形成了间隙空间。活塞可滑动地设置在套筒中。活塞将套筒的内部分成第一室和第二室，第一室配置成包含压缩气体，第二室配置成包含加压流体(pressurized fluid)。一对轴向封盖(axial closures)设置在蓄能器缸体的相对的端部处。轴向封盖可包括气体歧管和流体歧管。此外，至少一个拉紧部件设置在轴向封盖之间并联接到其上，用于将蓄能器组件保持在一起。
在另一实施例中，蓄能器系统包括蓄能器组件和至少一个与之连通的辅助气体缸体。
在又一实施例中，用于蓄能器系统的减压阀(pressure reliefvalve)包括空心的缸体主体，其具有成形于缸体主体的第一端部处的流体阀孔口、成形于缸体主体的第二端部处的气体阀孔口、以及穿过缸体主体的壁而成形的排泄减压孔口(drain reliefport)。阀活塞可滑动地设置在缸体主体中。偏压装置(biasing means)设置成在缸体主体中位于活塞和第二端部之间。
附图说明
从以下详细说明中、尤其当根据本文所描述的图纸进行考虑时，本领域中的技术人员将明晰本公开的上述优势以及其它优势。
图1显示了根据本公开的蓄能器系统的示意图；
图2显示了供图1中所描绘的蓄能器系统所用的蓄能器组件的一个实施例的等距视图；
图3显示了沿着剖面线3--3截取的、图2中所描绘的蓄能器组件的截面图；
图4A显示了供本公开的蓄能器系统使用的差压减压阀(differential pressure relief valve)的截面图；
图4B显示了图4A中所描绘的差压减压阀的截面图，该阀在活塞阻塞了减压孔口的状态下被显示；且
图4C显示了图4A和4B中所描绘的差压减压阀的截面图，该阀在减压孔口敞开的状态下被显示。
具体实施方式
以下描述在性质上仅仅是示例性的，并且并不意图限制本公开、应用或用途。还应该懂得，在全部图纸中，相应的参考标号表示相似的或相应的部件和特征。关于所公开的方法，所呈现的步骤的顺序在本质上是示例性的，并因而不是必须的或关键的。
图1中显示了蓄能器系统2的整体示意图。蓄能器系统2包括至少一个蓄能器缸体4，其流体侧接头被连结至公共流体网(fluidnetwork)6；零个或更多个辅助气体缸体8，其气体侧接头与蓄能器缸体4共享公共气体网10；以及气体调节的(gas-mediated)差压减压阀12。蓄能器系统2通过连接器14联接在主液压回路上，并且减压阀12具有至储存器罐16的接头。
如图2中所示，多个蓄能器缸体4可结合在一起作为供蓄能器系统2所使用的蓄能器组件200。熟练技术人员应该懂得，可将任意数量的蓄能器缸体4设置在蓄能器组件200中。在所示的特殊的实施例中，蓄能器组件200包括四个蓄能器缸体4。蓄能器缸体4设置在一对轴向封盖202，204(例如，流体歧管202和气体歧管204)之间。应该懂得，流体歧管202和气体歧管204可根据需要而定位在蓄能器组件200的相同端部或相对端部处。
轴向封盖202，204与至少一个拉紧部件206联接在一起，以便由此将蓄能器组件200保持在一起。拉紧部件206可举例而言为例如钢螺栓等的大致上刚性的部件，或举例而言为例如碳纤维缆绳等的柔性(pliable)部件。根据需要可选择其它适合于将蓄能器组件200保持在一起的材料。将拉紧部件206加以紧固的方法包括带螺纹的紧固件、嵌入于拉紧部件206中的楔形物、绕过撑条(stays)的单个拉紧部件206材料的环、或者，将拉紧部件206加以“编织”。根据需要可选择紧固拉紧部件206的其它合适的方法。应该懂得，拉紧部件206有助于为形成蓄能器缸体4所需要的材料的量的最小化，因为拉紧部件206配置成用于承担蓄能器缸体4的轴向应力。
现在参看图3，根据本公开的蓄能器组件200包括多个蓄能器缸体4。各个蓄能器缸体4具有外部的基本上不透气的壳体300。根据需要，壳体300可由任何合适的材料(例如，金属，聚合物，以及复合材料中的至少一种)所形成。举例而言，壳体可由这样的材料所形成——该材料为了与方向应力(例如，轴向应力和周向应力中的一种应力)相关的强度而被优化。壳体300可根据需要而具有包层(over-wrap)302。包层302典型地由坚固的轻型材料、例如碳纤维、E玻璃(E-glass)或本领域中已知的其它合适的材料所形成。包层302的材料可被包绕以便最大限度地增加包层302和蓄能器缸体4的轴向轴线之间的角度。第一金属突出部(boss)304存在于蓄能器缸体4的气体侧处，并且第二金属突出部306存在于蓄能器缸体4的流体侧处。壳体300利用本领域中已知的任何基本上不透气的手段(例如焊接、粘合剂、密封剂等等)而固定在第一金属突出部304和第二金属突出部306上。
内套筒308设置在第一金属突出部304和第二金属突出部306之间。内套筒308被分隔成两个室，气体侧310的第一室和流体侧312的第二室。气体侧310的第一室配置成包含气体，例如氮气、氦气或本领域中已知的其它合适的气体。在特殊的示例中，气体侧310的第一室还包含泡沫(foam)。流体侧312的第二室配置成包含流体，例如烃油，或本领域中已知的其它合适的流体或气体。
内套筒308可以是可容易地被拆卸和更换的。在其它实施例中，内套筒308可以是可维修的。例如，内套筒308可有选择地通过第一金属突出部304和第二金属突出部306而被固定就位。因而应该懂得，利用本公开的蓄能器组件200，受损的蓄能器组件200(其中，损伤发生在内套筒308上)可廉价且容易地被修理。
内套筒308可由轻型的不透气的材料构成。在一个实施例中，圆柱形的不可渗透的套筒308举例而言由薄的非金属材料(例如复合材料)制成。在另一实施例中，圆柱形的不可渗透的套筒举例而言由金属板(例如钢)形成。根据需要可选择其它合适的不透气的材料。
还应该懂得，使第一金属突出部304和第二金属突出部306设置在套筒308的相对的端部处可起作用以防止(militate against)许多所关心的潜在的套筒308的失效。因为套筒308通常不是悬置的，所以套筒308不太可能由于作基础的蓄能器缸体4的运动而偏斜。因此，利用本公开的蓄能器组件200排除了疲劳失效问题。
在壳体300和内套筒308之间形成了间隙空间314。例如，可在圆柱形的不可渗透的内套筒308和壳体300之间提供规定的余隙。内套筒308和壳体300的尺寸可被选择成用于在间隙空间314中包含所期望的量的气体。在蓄能器缸体4的气体侧310上，在第一金属突出部304中提供了开口316。开口316容许了气体的从内套筒308的气体侧310至间隙空间314的通行。
内套筒308的气体侧310的第一室和流体侧312的第二室通过可滑动的不透气的活塞318而被分隔。在气体侧310的第一室和流体侧312的第二室之间的密封是利用密封件320来实现的。密封件320可例如包括两个O形圈。包括两个O形圈的密封件320可通过挡圈或本领域中典型的其它方法而被分开。活塞318可于环形圈322处包括其优选为O形圈和定线轴承(alignment bearing)324。
为了在蓄能器组件200的有效寿命期间确保活塞318在套筒6中保持良好的密封，密封件320，324应尽可能宽地间隔开。然而，这样做时，套筒308的外侧上的压力可能造成所述套筒6的微变形，造成套筒308在活塞318上摩擦。为了起作用以防止套筒308和活塞318的摩擦，在活塞318上制造出环形圈322，并且在活塞318中制造出孔326，以容许气体侧310的第一室与环形圈322连通。孔326提供了不会在套筒308上产生过度的应力的机械上稳定的活塞318，从而容许了更轻的套筒308。第一室与环形圈322的连通可最大限度地减小套筒308和活塞318的接触面积。为了有效地密封活塞318，将两个密封件320大致放置成在活塞318的外侧上、邻近于活塞318的流体侧312的面。为了确保活塞318无歪斜或无干扰地移动，可将可选的第三密封件放置成邻近于活塞318的气体侧310的面，位于密封件320的远侧。
轴向封盖202，204密封了蓄能器组件200的端部。轴向封盖202，204可具有至少一个平面的表面。在特别的实施例中，轴向封盖202，204是这样的流体歧管和气体歧管202，204，其将设置在蓄能器组件200中的蓄能器缸体4中的至少一个加以密封。气体歧管204还可具有成形于其中的气体孔口328，其将各个设置在蓄能器组件200中的蓄能器缸体4的气体侧310和所有辅助气体缸体8(如果蓄能器系统2中存在辅助气体缸体的话)连接起来。流体歧管204还可具有流体孔口330，其将蓄能器组件200中的各个蓄能器缸体4的流体侧312连接起来。
应该懂得，如果被使用，则辅助气体缸体8可具有与蓄能器缸体4大致相同的结构，举例而言，减去套筒308和活塞318。熟练技术人员还应该懂得，根据需要可采用其它辅助气体缸体8的设计。
根据本发明的蓄能器系统2和蓄能器组件200的组装和维护通过蓄能器组件200的设计而得到极大的简化。通过如下步骤而实现组装，即，将活塞318放置到套筒308中，将金属突出部304和金属突出部306插入到被包绕的壳体300中，将套筒308插入到壳体300中，以及，将该至少一个蓄能器缸体4和/或更多个辅助空气缸体8放置在轴向封盖202，204之间。然后，根据需要，将该至少一个拉紧部件206添加到蓄能器组件200上并绷紧。如果蓄能器系统2的性能指示出了内部部件的可能的失效或磨损，则该组装程序简单地被颠倒，以打开蓄能器组件200。
因为套筒308的材料和厚度并不意图支撑负载(因气体侧310的第一室和流体侧的312第二室上的压力名义上相等)，提供了一种机构来处理在其中这种假定(assumption)可能失效的两种情形。这些情况是异常高的流体压力，或者气体压力的损失。在这两种情况下，活塞318将移动至左侧，如图3中所示，直到当活塞318降至最低点、到达气体歧管204上的时候。一旦发生这种情况，任何进一步的流体压力的增长或气体压力的减小都将造成套筒308非所期望地承担负载。差压减压阀12可减轻由套筒308进行的负载的非所期望的承担。
在图4A，4B和4C中描绘了本公开的气体调节的差压减压阀12的说明性的实施例。差压减压阀12包括阀活塞400和缸体主体402。活塞400可滑动地设置并限制在缸体主体402中。类似于蓄能器缸体4，差压减压阀12具有阀气体侧404和阀流体侧406。这些侧404，406由密封件408分开。举例而言，密封件408具体地体现为带隔离物的一对O形圈。
差压减压阀12可例如通过阀流体孔口410而被连接至蓄能器组件200的流体歧管202并与之连通。例如，阀流体孔口410可成形于缸体主体402中、位于其阀流体侧406处。差压减压阀12可通过阀气体孔口412而被连接至气体歧管204并与之连通。例如，阀气体孔口412可成形于缸体主体402中、位于其阀气体侧404处。差压减压阀12可通过排泄减压孔口414而连接至储存器16并与之连通。
举例而言，可通过设置在活塞400与邻近于阀气体孔口412的缸体主体402的端部之间的偏压装置416来提供压差偏压(differential pressure bias)。偏压装置416可例如为弹簧。本领域中的普通技术人员应该懂得，根据需要可采用其它适合的偏压装置416以提供压差偏压。
在又一实施例中，差压减压阀12可包括至少一个传感器418。举例而言，该传感器418可设置成在活塞400中，在活塞400上，或邻近于活塞400。作为又一非限制性的示例，传感器418可配置成用于监控在缸体主体402中的活塞400的位置。传感器418可包括电气开关、液压开关和气动开关中的一种。应该懂得，如果传感器418被激活，则可能合乎需要的是，在蓄能器系统2的使用性能损失之前，传感器418通知操作员蓄能器系统2可能需要维修。
通过使用图4A至4C中所描绘的气体调节的差压减压阀12可起作用以防止导致套筒308非所期望地承担负载。在正常操作下，带有在其两面上的大致相等的面积的阀活塞400例如将一直移位到缸体主体402的左侧，从而阻塞排泄减压孔口414。通过偏压装置416并通过由阀气体孔口412供给缸体主体400的气体压力的组合而将阀活塞400保持在该位置中。偏压装置416这样地被给定尺寸并具有足够的弹簧常数，以使得在气体压力和经由流体孔口410进入缸体主体402中的流体压力之间的差超过预定的值时，排泄减压孔口414敞开。从而容许过量的流体(例如油)返回储存器罐16中。
蓄能器系统2的性能还可利用热力学模型而被评估。通过对蓄能器系统2(例如图1中所描绘的蓄能器系统2)进行建模，储存的能量可作为气体侧310的容积、流体侧312的容积和用于蓄能器系统2的最小操作压力的函数而被计算。该模型的进一步处理(manipulation)，例如，得出最大能量储量(作为蓄能器系统2的最小压力、最大压力和流体体积的函数)的一种处理，可得出有用的结果。该模型对于设计工程师(其由一般惯例和应用需求所引导，通常具有关于最小压力、最大压力和流体体积值的现有知识)可能是有用的。最终一组处理可进一步导致所期望的、得出了蓄能器系统2的最佳性能的最小压力和最大压力的比的识别。当该所期望的比被代入至模型中时，发现，为了优化所储存的能量(这是液压混合动力车辆的设计工程师的目标)，气体侧容积应大于流体侧容积。
存在至少两种用于实现关于蓄能器系统2的优化设计的手段。第一种方法要求相对于套筒308增大壳体300的直径，从而在间隙空间314中产生更大的容积。应该懂得，该第一种方法的方案导致蓄能器缸体4变得更大，并且需要壳体300的更厚的包层4。第二种方法采用了间隙空间314和至少一个辅助缸体8。第二种方法的方案提供了更大的设计适应性，因为可以更容易地改变气体侧310对流体侧312的比。另外，因为气体歧管204可由多个连接的段组成，所以，举例而言，利用第二种方法的方案可便于将蓄能器系统2封装到车辆中。
虽然出于举例说明本发明的目的已经显示了某些有代表性的实施例和细节，但是本领域中的技术人员应该明白，可做出各种修改，而不会脱离在所附权利要求中进一步描述的本公开的范围。

Claims (20)

1.一种蓄能器组件，包括：
至少一个蓄能器缸体，其包括
圆柱形的不透气的壳体；
圆柱形的不透气的套筒，其设置在所述壳体中并与所述壳体大致同心，在所述套筒和所述壳体之间形成了间隙空间；
活塞，其可滑动地设置在所述套筒中，所述活塞将所述套筒的内部分成第一室和第二室，所述第一室配置成包含压缩气体，所述第二室配置成包含加压流体；
一对轴向封盖，其定位在所述蓄能器缸体的相对端部处；和
至少一个拉紧部件，其设置在所述轴向封盖之间且联接至所述轴向封盖，用于将所述蓄能器组件保持在一起。
2.根据权利要求1所述的蓄能器组件，其特征在于，还包括设置在所述壳体上的复合物包层，其中，所述壳体的复合物包层具有用于提供对周向应力的最大抵抗力和对轴向应力的最小抵抗力的定向。
3.根据权利要求1所述的蓄能器组件，其特征在于，所述套筒配置成与所述壳体的径向运动无关地处于静止状态。
4.根据权利要求1所述的蓄能器组件，其特征在于，所述第一室还包含泡沫。
5.根据权利要求1所述的蓄能器组件，其特征在于，还包括在所述活塞上的环形密封件，用于起作用以防止所述第一室和所述第二室之间的连通。
6.根据权利要求1所述的蓄能器组件，其特征在于，还包括在所述活塞上的环形槽，所述活塞具有成形于该环形槽中的孔，其容许气体从所述第一室流入到所述环形槽中。
7.根据权利要求1所述的蓄能器组件，其特征在于，所述轴向封盖中的至少一个是可容易地拆卸的，以便于所述不可渗透的套筒的更换。
8.根据权利要求1所述的蓄能器组件，其特征在于，所述轴向封盖包括气体歧管和流体歧管中的至少一个，所述气体歧管具有成形于其中的气体孔口，并且所述流体歧管具有成形于其中的流体孔口。
9.根据权利要求8所述的蓄能器系统，其特征在于，所述气体歧管和所述流体歧管中的至少一个由单一件的材料形成，并且形成了用于所述至少一个蓄能器缸体的轴向封盖。
10.根据权利要求8所述的蓄能器组件，其特征在于，包括多个蓄能器缸体，其中，所述气体歧管和所述流体歧管各联接至所述缸体，并在相应的缸体之间形成了用于连通的流动路径。
11.根据权利要求1所述的蓄能器组件，其特征在于，所述拉紧部件是刚性元件和柔性元件中的一种。
12.根据权利要求11所述的蓄能器组件，其特征在于，所述拉紧部件是单个的柔性元件。
13.一种蓄能器系统，包括：
蓄能器组件，其包括多个蓄能器缸体，所述多个蓄能器缸体各具有圆柱形的不透气的壳体、设置在所述壳体中并与所述壳体大致同心的圆柱形的不透气的套筒、形成在所述套筒和所述壳体之间的间隙空间、可滑动地设置在所述套筒中的活塞，所述活塞将所述套筒的内部分成第一室和第二室，所述第一室配置成包含压缩气体，所述第二室配置成包含加压流体；一对轴向封盖，所述一对轴向封盖定位在所述蓄能器缸体的相对端部处；以及至少一个拉紧部件，所述至少一个拉紧部件设置在所述轴向封盖之间且联接至所述轴向封盖，用于将所述蓄能器组件保持在一起；和
至少一个辅助气体缸体，其与所述至少一个蓄能器组件连通。
14.根据权利要求13所述的蓄能器系统，其特征在于，所述蓄能器缸体具有成形于其中的气体孔口和流体孔口，其中，所述蓄能器缸体中的每个的所述气体孔口相互连通，且所述蓄能器缸体中的每个的所述流体孔口相互连通。
15.根据权利要求14所述的蓄能器系统，其特征在于，所述轴向封盖包括多个气体歧管和流体歧管，其中，各个气体歧管和各个流体歧管联接至单个蓄能器缸体，并且，各个流体歧管和气体歧管通过公共网而处于各自的相互连通中。
16.根据权利要求13所述的蓄能器系统，其特征在于，所述轴向封盖包括气体歧管和流体歧管，所述蓄能器系统还包括：
低压流体储存器；和
气体调节的差压减压阀，其包括空心的缸体主体、阀活塞和弹簧，所述缸体主体具有成形于所述缸体主体的第一端部处的流体阀孔口、成形于所述缸体主体的第二端部处的气体阀孔口、以及成形成穿过所述缸体主体的壁的排泄减压孔口，所述阀活塞可滑动地设置在所述缸体主体中，并且所述弹簧设置成在所述缸体主体中位于所述活塞和所述第二端部之间；
其中，所述气体阀孔口与所述气体歧管连通，所述流体阀孔口与所述流体歧管连通，并且所述排泄减压孔口与所述低压流体储存器连通。
17.一种减压阀，包括
空心的缸体主体，其具有成形于所述缸体主体的第一端部处的流体阀孔口、成形于所述缸体主体的第二端部处的气体阀孔口、以及成形成穿过所述缸体主体的壁的排泄减压孔口；
阀活塞，其可滑动地设置在所述缸体主体中；和
偏压装置，其设置成在所述缸体主体中位于所述活塞和所述第二端部之间。
18.根据权利要求17所述的减压阀，其特征在于，所述活塞具有至少一个设置在其上的环形密封件。
19.根据权利要求17所述的减压阀，其特征在于，还包括传感器，用于监控所述缸体主体中的活塞的运动。
20.根据权利要求17所述的减压阀，其特征在于，所述偏压装置具有足够用于将所述活塞保持在阻塞所述排泄减压孔口的位置中直至预定的压力值被超过为止的弹簧常数。
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