JP2010530049A - コンパクト液圧アキュムレータ - Google Patents

Abstract

軽量で、最適な効率を有し、容易に修理可能である、ピストンインスリーブ高圧アキュムレータが提供される。アキュムレータは、１つ又は２以上の円筒形複合圧力容器セパレートエンドキャップマニホールドを含む。アキュムレータ内の薄い不浸透性内側スリーブ内に摺動可能に配置されたピストンは、２つのチャンバを分割する。圧力下で、一方は作動流体を収容するために用いられ、他方はガスを収容するために用いられる。ガスは、不浸透性内側スリーブと複合圧力容器壁の間の容積に提供される。追加のガスは、ガスシリンダに任意に提供される。さらなる部品が、高圧下で複合容器壁の半径方向曲がりの有害な影響や、液圧ハイブリッド自動車用の液圧動力システムのように移動性の自動車への適用での使用中に存在する応力に抗するために設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般的に、高圧適用のためのアキュムレータに関し、特に、ピストンインスリーブ(piston-in-sleeve)（又はピストンアンドスリーブ"piston and sleeve"）タイプの高圧アキュムレータに関する。本発明は、さらに、燃料効率のよい液圧ハイブリッド自動車と関連するそのようなアキュムレータの使用可能性に関する。

１．液圧ハイブリッド自動車
ハイブリッドパワートレインは、自動車の燃料利用率を改善するますます評判のよい方法である。”ハイブリッド”という用語は、従来の内燃エンジンとエネルギー貯蔵システムとの組合せを示し、これら組合せは、典型的に、エンジンによって生じた過剰のエネルギー及びブレーキイベントから取り出すエネルギーを受け入れ且つ貯蔵し、必要なときこのエネルギーをエンジンを補うために再送出する機能を果たす。これは、十分な動力が荷重要求を満たすように利用できることを確認する間、動力の生産及び消費を分離し、内燃エンジンをより効率的に作動させる。

エネルギー貯蔵のいくつかの形態は、当業者に知られており、バッテリーを用いた蓄電装置が最も知られている。最近、液圧ハイブリッドが、電気ハイブリッドよりもよりよい効率、より大きい出力密度、より低いコスト、より長い耐用年数を提供することが証明されてきている。液圧出力システムは、エネルギー貯蔵のための１つ又は２つ以上の液圧アキュムレータ、及び出力伝達のための１つ又は２つ以上の液圧ポンプ、モーター又はポンプ/モーターという形をとる。液圧アキュムレータは、ガスを圧縮することによってエネルギーを蓄える原理で作動する。アキュムレータの圧力容器は、液圧ポンプが液体を容器に圧送するとき圧縮される一定量のガス、典型的には窒素を収容する。したがって、その液体は加圧され、且つ解放されたときに液圧モーターを駆動するために使用される。かくして、液圧アキュムレータは、一方は圧縮可能ガスで他方は比較的圧縮しにくい液体である２つの異なる作動媒体を利用する。より一般的には、アキュムレータは、２つの異なる作動媒体を利用するが、これらのうち少なくとも１つはガスであり、他方はガス又は流体である。この開示全体にわたって、技術慣習であるように、”ガス”という用語は、ガス状の媒体を示しており、”流体”という用語は、ガス状又は液体の作動媒体を示すこととしている。

２．現状の技術における高圧アキュムレータ設計
現状の技術では、ばねタイプ、ブラダータイプ（bladder type）、ピストンタイプの液圧アキュムレータ用の３つの基本的な形態がある。

ばねタイプは、典型的に、ばねのサイズ、費用、質量及びばね比のために、小さい流体容積を備えるアキュムレータに限定される。

ブラダーアキュムレータは、典型的に、高いガス透過割合と乏しい信頼性に苦しんでいる。いくつかの成功が、例えば、Sasakiらの米国特許第5,771,936号明細書及びDrummらの米国特許第6,478,051号明細書に開示されたような、可撓性の金属又は金属被覆されたベローズ構造体を備える弾性ブラダーを置き換えることによって達成されている。しかしながら、このアプローチの主な欠点は、自動車の動力システム適用に存在するような、シビアなデューティサイクルのもと早期に故障をもたらす変形応力及び長手方向の向きのずれをベローズが経験する可能性である。

現状の技術における３つの基本的な形態のうち、ピストンタイプは、流体の望ましい容積を蓄えられる最も費用のかからない設計である。さらに、適正に設計されたピストンアキュムレータは、物理的に強固であり、効率がよく且つ信頼性が高い。

標準ピストンアキュムレータは、また、よく知られた技術である。標準ピストンアキュムレータでは、作動液は、円筒形の圧力容器の内壁に対してシールするピストンによって圧縮ガスから分離され、流体が流入したり流出したりガスが圧縮したり膨張したりするように長手方向に自由に移動する。ピストンは、可撓性である必要はないので、スチールのようなガス不浸透性材料で作られてもよい。しかしながら、ピストンとシリンダの内壁の間の接面は、良好なシールを保証するために気密に制御されなければならず、良好なシールを保証するために必要な或る程度の寸法公差が製造の費用を増大させることがある。圧力容器は、きわめて剛性があり、加圧されたときその中心近くで膨張することに耐えることが必要であり、さもなければ、ピストンとシリンダ壁の間の距離が広くなることによってシールをだめにするかもしれない。このことは、複合材料が圧力下で著しく膨張しやすいような（例えば、5,000 psi の圧力で直径１２ インチの容器に対し直径方向に約10分の1インチ）、高圧ピストンアキュムレータ容器のための複合材料を考慮することでだめになる危険が除かれる。

前述の結果として、標準ピストンアキュムレータ容器は、厚い高強度スチールで作られる傾向があり、非常に重い。標準ピストンアキュムレータは、スチール又は複合材料のブラダーアキュムレータのどちらよりもエネルギー貯蔵比により非常に高いウェイトを有し、このことは、標準ピストンアキュムレータを移動性の車両の適用のために望ましくなくさせる（例えば、重さの増加が車両の燃料経済性を減少させる）。特に、同じ容量（すなわち寸法）及び圧力比用のピストンアキュムレータは、アキュムレータの重量が問題であるそのような適用において好まれるような、軽量複合圧力容器設計のアキュムレータよりも、何倍も重い（例えば最大１０倍まで）。したがって、これらの潜在的に優れたガス不浸透性にもかかわらず、ピストンアキュムレータは、たいてい、車両の適用のために非現実的である。

３．ピストンインスリーブアキュムレータ設計に関する従来技術
或るピストンアキュムレータ概念は、ピストン及びスリーブ組立体を利用しており、ピストンは、圧力容器の内壁から分離している円筒形のスリーブ内にあり且つこの円筒形スリーブに対してシールする。ここに定義されるように、”スリーブ”という用語は、中空部材を含み、中空部材に加えられるであろう実質的に耐えられない応力は、中空部材にわたって加えられるアキュムレータの全圧力差である。ピストンインスリーブアプローチは、高圧アキュムレータ用の従来技術を超える少なくとも２つの利益を提供する、すなわち（ｉ）効果的なシールを圧力容器構造に関係する問題と独立にスリーブに遂行させ、容器壁の圧力格納機能を容器壁のピストンシール機能から分離すること、（ii）ガスと流体の比を適合することで性能を最適化させるように、チャージガスで満たされるスリーブと容器壁の間に介在する、即ち”隙間の”容量を提供する、また、排出される流体の圧力概要を形成できる。例えば、Huberの米国特許第2,417,873号明細書、McQuistionの米国特許第2,703,108号明細書、Fordの米国特許第RE24,223号明細書及びTovagliaroの米国特許第4,714,094号明細書の各々では、高圧アキュムレータのピストンとスリーブ組立体の使用が教示されている。そのような設計は、スチール合金で構成された一般的に厚い壁で囲まれた強固な円筒形圧力容器と、容器壁と比較して薄い金属スリーブを備える。スリーブは、その円周付近で圧力容器の一端の内面に恒久的に取付けられ、作動流体用に閉じた、即ち”内部”チャンバを(ピストンと共に)形成する。スリーブの他端は、容器の他端に向かって延び、各々がアキュムレータのガス状媒体で満たされる、スリーブの空き容量、圧力容器の残容量及びスリーブの外壁と圧力容器の内壁の間に介在している/隙間の空間からなる”外側”チャンバを形成するように通常開かれている。

これらの従来技術のピストンインスリーブアキュムレータ設計の作動では、スリーブは、例えば、可動性の適用用途（例えば航空機）で使用中の振動により、半径方向移動を防ぐために容器内に堅く保持され且つ中心に配置されなければならない。スリーブ移動は、スリーブの堅く固定された端を疲労させ、亀裂、ひずみ又はシールガスケットの磨耗のうちもしひとつでも存在することにより漏出に至る可能性がある。これは、スリーブを複数点でスリーブを容器壁に接続することによって強固に固定させることを必要とするか、スリーブを注入（charging）及び排出（discharging）で通常発生する小さな圧力差に耐える必要がある最小の厚さよりも薄い厚さとする必要がある。さらに、容器の外壁は、外壁がスリーブを膨張させたり緩めたりさせるか、ピストンシールのために必用な真円形からスリーブをひずませることを防がなければならないので圧力格納だけに必要とされるよりも厚い厚さでなければならない。

従来技術のピストンインスリーブ設計は、また、ピストンの他方側にあるチャージガスを有する閉じられた（内部）チャンバ内に、及びスリーブと容器壁の間の隙間空間内に、流体を一様に収容する。この流体が内部でガスが外側の配置は、少なくとも２つの理由により従来技術で用いられている。第一に、上述したように、従来の発明者は、構造的な分割抵抗を要求していた。第二に、この配置は、この配置が装置の流体容量及びエネルギー容量を最大化させるので本来好ましい。スリーブ内部にある作動媒体は、完全に排出されるが、スリーブ外側の媒体の一部分は、隙間空間に取り込まれて常に残っている、作動容量は、どのくらい流体が排出されるかによって決定されるので、スリーブの内部にある流体及び外側のガスを有することは自然の選択である。

上述の標準ピストンアキュムレータのような、これらの従来技術のピストンインスリーブアキュムレータは、アキュムレータ重量が重大な問題である液圧ハイブリッド自動車の適用用途や他の適用用途に許容できない重さである。注目に値すべきは、Tovagliaroの米国特許第4,714,094号明細書は、容器壁の圧力格納機能のためにスチールの適所に軽量複合材料を使用することによりそのようなピストンインスリーブアキュムレータの重量を減少させようと試みている。しかしながら、Tovagliaroの装置は、まだ、内部金属コアを容器壁（圧力下で複合容器壁を通って出るガスの透過を少なくとも一部阻むような複合エンベロープに加えて）に必要とし、アキュムレータの一端（平らな端）での厚い金属領域（上述のように、取り外し可能端キャップを提供することができ、スリーブを堅く保持し且つ中心に配置する）を必要とする。そのように、Tovagliaroの装置は、まだ、液圧ハイブリッド自動車の適用用途のために望ましくない重さのままであり、また、要望よりも著しく高い製造コストを強いる（例えば、設計の複雑さと、複合エンベロープと金属のコア及び端の両方を備える容器構造を強いるからである）。さらに、複合材料と関連して使用される内部金属コア（又はライナー）は、液圧ハイブリッド自動車で使用するために許容されない可能性がある。アキュムレータによって経験される激しいデューティサイクル（すなわち、１００万サイクルを超えるような、極めて多数の注入−排出サイクル（charge-discharge cycle））及び複合材料の著しい半径方向膨張（5,000 psi の圧力で直径１２ インチの容器に対し直径方向に約10分の1インチ）は、ともに、金属コア又はライナーの疲労故障が予期される結果となるであろう。

さらに、従来技術のピストンアキュムレータの平たい端構造（少なくとも一端における）は、また、アキュムレータの複雑さ、重量及びコストを著しく増加させる。

これらの欠点を解決しようとする最も最近の試みは、Moskalikの米国特許第7,108,016号明細書に開示される。Moskalikの装置は、炭素繊維を巻いた圧力容器シェルを備える熱可塑性のスリーブを用いる。Moskalikの装置は、また、コアの外側に流体を配置し、その結果、流体が隙間空間を満たす。この設計のもついくつかの著しい欠点がある。第一に、アキュムレータの物理的な寸法は、隙間間隔内の流体を用いることが出来ないとき、同じ容積の有用な作動流体を収容するのに必要な寸法よりも大きい。第二に、下述されるように、最適アキュムレータ設計は、ガス容積が流体容積よりも大きいことを要求する。第三に、その設計は修理できないので、いかなる部品のいかなる故障も、シリンダ全体の廃棄を必要とする。第四に、圧力容器ラッピングの厚さが、ラッピングが軸方向荷重と接線方向荷重の両方に抗しなければならないので必要とされる厚さよりも厚い厚さとなる。第五に、この設計は、流体の圧力がガス圧力を超えるときにスリーブの一体性を保護する手段を設けていない。

４．従来技術のデメリット
結論では、上に説明してきたように、何年間ものアキュムレータ設計の発展にもかかわらず、従来技術は、最適性能を提供するが、組立容易、軽量、低コスト、応力下での耐久性があり、組立て及び維持が容易である高圧アキュムレータ設計を提供することを失敗してきた。従来技術のブラダーアキュムレータは、許容できる浸透性を有しない。従来技術の金属ベローズアキュムレータは、応力の下での十分な耐久性がない。従来技術の全てのタイプのピストンアキュムレータは、許容できない重さやコストを要する。結果として、従来技術は、本発明に所望されるような、液圧ハイブリッド自動車の適用を満足させる高圧アキュムレータを提供することを失敗してきている。

本開示に従って、最適に効率がよく、非常に軽量で、容易に修理可能であり、移動性の車両での修理を行え、さらに低コストで大量生産できる高圧ピストン及びスリーブアキュムレータの設計が、驚くべきことに発見された。

本発明は、ピストンとスリーブの設計を利用するが、種々の手段が、非常に軽量で、組立が容易で、且つ製造することが容易な複合圧力容器を使用することを可能にし、したがって、最適化された高圧アキュムレータを提供し、従来技術のアキュムレータに対する長年にわたる要求を満足させる。以下により詳細に記載されるように、出願人は、アキュムレータシリンダと予備ガスシリンダを備えるモジュール式の設計を用いることを含むこと、取り外し可能エンドキャップとして、引張り部材とマニホールドを備えること、スリーブの起こりうる損傷を防止する特殊に構成されたバルブを含むこと、非浸透性シールを用いることによって組立及び修繕を容易にさせること等、従来技術のピストンアキュムレータからの種々の修正の１つ又は２つ以上によりこれらの要求を満たす。

一つの実施形態では、アキュムレータ組立体は、少なくとも一つのアキュムレータシリンダを含む。アキュムレータシリンダは、円筒形ガス不浸透性シェルと、シェル内に且つシェルと実質的に同軸に配置された円筒形ガス不浸透性スリーブとを有する。隙間空間がスリーブとシェルの間に形成される。ピストンは、スリーブ内に摺動可能に配置される。ピストンは、スリーブの内部を圧縮ガスを収容するように構成された第一チャンバと、加圧流体を収容するように構成された第二チャンバに分割する。一対の軸方向クロージャは、アキュムレータシリンダの両端に位置決めされる。軸方向クロージャは、ガスマニホールドと流体マニホールドを含む。少なくとも一つの引張り部材は、軸方向クロージャの間にさらに配置され且つアキュムレータ組立体を共に支持するために軸方向クロージャに連結される。

他の実施形態では、アキュムレータシステムは、アキュムレータ組立体と、アキュムレータ組立体と連通する少なくとも一つの予備ガスシリンダとを含む。

さらに他の実施形態では、アキュムレータシステム用の圧力リリーフバルブが、流体バルブポートとガスバルブポートと排出リリーフポートを有する中空シリンダ本体を含み、流体バルブポートはシリンダ本体の第一端に形成され、ガスバルブポートはシリンダ本体の第二端に形成され、排出軽減ポートはシリンダ本体の壁を通って形成される。バルブピストンは、シリンダ本体内に摺動可能に配置される。バイアス手段は、シリンダ本体内にピストンと第二端の間に配置される。

本発明開示の上述のメリット並びに他のメリットは、特に添付図面に照らして考察されるとき、下記の詳細な説明から当業者に容易に明らかとなろう。

本発明開示によるアキュムレータシステムの概略図を示す。 図１で示されたアキュムレータシステムで使用するためのアキュムレータ組立体の一実施形態の等角図を示す。 断面線３−３に沿って取った図２に示すアキュムレータ組立体の断面図を示す。 本発明のアキュムレータシステムとともに使用するための差圧リリーフバルブの断面図を示す。 ピストン付きバルブがリリーフポートをふさいでいる様子を示す、図４Ａに示す差圧リリーフバルブの断面図を示す。 リリーフポートが開かれている状態のバルブを示す、図４Ａ及び図４Ｂに示す差圧リリーフバルブの断面図を示す。

下記の詳細な説明は、単に例示の性質であり、本発明開示、適用用途、又は使用法を限定しようとするものではない。また、詳細な説明は、図面、指し示すような対応する参照数字、又は対応する部分及び特徴の全体を通じて、理解されるべきである。開示された方法に関して、開示された手段の順序は例示の性質であり、必然的な又は臨界的なものではない。

アキュムレータシステム２の全概略構成が、図１に示される。アキュムレータシステム２は、少なくとも１つのアキュムレータシリンダ４と、アキュムレータシリンダ４の流体側接続部が結合された共通の流体ネットワーク６と、ゼロ又は１つ以上の予備ガスシリンダ８と、予備ガスシリンダ８のガス側接続部をアキュムレータシリンダ４と連結する共通のガスネットワーク１０と、ガス媒介差圧リリーフバルブ１２を備える。アキュムレータシステム２は、コネクタ１４によって一次液圧回路に連結され、リリーフバルブ１２はリザーバタンク１６に接続する。

図２に示すように、複数のアキュムレータシリンダ４は、アキュムレータシステム２で使用するためのアキュムレータ組立体２００として一緒に結束される。当業者は、いかなる数のアキュムレータシリンダ４が、アキュムレータ組立体２００内に配置されてもよいことを認識すべきである。例示の特定の実施形態では、アキュムレータ組立体２００は、４つのアキュムレータシリンダ４を含む。アキュムレータシリンダ４は、一対の軸方向クロージャ２０２、２０４、例えば、流体マニホールド２０２とガスマニホールド２０４の間に配置される。流体マニホールド２０２及びガスマニホールド２０４は、所望のようにアキュムレータ組立体２００の同じ端か反対端のいずれかに位置決めされることを認識すべきである。

軸方向クロージャ２０２、２０４は、少なくとも１つの引張り部材２０６でともに連結され、アキュムレータ組立体２００を共に保持する。引張り部材２０６は、例えばスチールボルトのような実質的な剛性部材又は、例えばカーボンファイバーケーブルのような柔軟な部材であってもよい。アキュムレータ組立体２００と共に支持するための他の適当な材料が、所望のように選択される。引張り部材２０６を固定する方法は、ねじ、引張り部材２０６内に嵌め込まれた楔部、ステーの周りに通される単一引張り部材２０６材料のループ、又は引張り部材２０６を編むこと（”weaving”）を含む。引張り部材２０６を固定する他の適当な方法は、所望のように選択される。引張り部材２０６は、アキュムレータシリンダ４の軸線方向応力に耐えるように構成されるので、引張り部材２０６は、アキュムレータシリンダ４を形成するために必要な材料の量を最小限にすることを容易にすると理解されるべきである。

図３を参照すると、本発明開示によるアキュムレータ組立体２００は、複数のアキュムレータシリンダ４を含む。アキュムレータシリンダ４の各々は、外側の実質的なガス不浸透性シェル３００を有する。シェル３００は、所望のように、金属、ポリマー及び複合材料の少なくとも１つのようないかなる適当な材料で形成されていてもよい。シェルは、例えば、軸方向応力とフープ応力の何れかのような方向性のある応力に関する力に対し最適化される材料で形成されても良い。シェル３００は、所望のように、オーバーラップ３０２を有しても良い。オーバーラップ３０２は、典型的には、周知技術のように、カーボンファイバ、電子ガラス（E-glass）、又は他の適当な材料のような、強固で軽量な材料で形成される。オーバーラップ３０２の材料は、オーバーラップ３０２とアキュムレータシリンダ４の軸方向軸線の間の角度を最大化するように包まれる（ラップされる）。第一金属ボス３０４は、アキュムレータシリンダ４のガス側にあり、第二金属ボス３０６は、アキュムレータシリンダ４の流体側にある。シェル３００は、溶接、接着、シール材によるシール（sealant）等のような、当業者に知られたいかなる実質的なガス不浸透性手段を用いて第一金属ボス３０４と第二金属ボス３０６に固着される。

内側スリーブ３０８は、第一金属ボス３０４と第二金属ボス３０６の間に配置される。内側スリーブ３０８は、ガス側第一チャンバ３１０と流体側第二チャンバ３１２の２つのチャンバに分けられる。ガス側第一チャンバ３１０は、当業者に知られているような窒素、ヘリウム又は他の適当なガスのようなガスを収容するように構成されている。特定の例では、ガス側第一チャンバ３１０は、フォームをさらに収容する。流体側第二チャンバ３１２は、当業者に知られているような炭化水素オイル又は他の適当な流体やガスのような流体を収容するように構成されている。

内側スリーブ３０８は、容易に取り外し可能且つ取替え可能である。他の実施形態では、内側スリーブ３０８は、修理しやすくなっている。例えば、内側スリーブ３０８は、第一金属ボス３０４と第二金属ボス３０６によって適所に選択的に保持される。かくして、内側スリーブ３０８が損傷している損傷を受けたアキュムレータ組立体２００は、本発明開示のアキュムレータ組立体２００で安価に且つ容易に修理されることが理解されるべきである。

内側スリーブ３０８は、軽量ガス不浸透性材料から構成される。一実施形態では、円筒形不浸透性スリーブ３０８は、例えば、複合材料のような薄い非金属製材料で作られる。他の実施形態では、円筒状不浸透性スリーブ３０８は、例えばスチールのような金属シートで形成される。他の適当なガス不浸透性材料は、所望のように選択される。

スリーブ３０８の両端に配置された第一金属ボス３０４と第二金属ボス３０６を有することは、故障のおそれがある沢山の潜在的スリーブ３０８に対して有利な影響を与えることがさらに理解されるべきである。スリーブ３０８は、一般的に、片持ち梁のように一端が突き出ているわけではないので、スリーブ３０８は、生じるアキュムレータシリンダ４の運動により偏向することは起こりそうもない。したがって、疲労故障の問題は、本発明開示のアキュムレータ組立体２００によって未然に回避できる。

隙間空間３１４は、シェル３００と内側スリーブ３０８の間に形成される。例えば、特定クリアランスは、円筒形不浸透性内側スリーブ３０８とシェル３００の間に設けられる。内側スリーブ３０８とシェル３００の寸法は、隙間空間３１４内にガスの所望量を収容するように選択される。アキュムレータシリンダ４のガス側３１０では、開口３１６は、第一金属ボス３０４に設けられる。開口３１６は、内側スリーブ３０８のガス側３１０から隙間空間３１４までガスが流通することを可能にする。

内側スリーブ３０８のガス側第一チャンバ３１０及び流体側第二チャンバ３１２は、摺動可能ガス不浸透性ピストン３１８によって分割される。ガス側第一チャンバ３１０と流体側第二チャンバ３１２の間のシールは、シール３２０で達成される。シール３２０は、例えば、２つのＯ形リングを備える。２つのＯ形リングを備えるシール３２０は、バックアップリング又は典型的な技術の他の方法によって分けられる。ピストン３１８は、好ましくはＯ形リングである環状リング３２２及びアライメントベアリング３２４を含む。

ピストン３１８が、アキュムレータ組立体２００の有用な寿命中にスリーブ６内をよくシールして維持することを保証するために、シール３２０、３２４はできるだけ広く間隔を置かれるべきである。しかしながら、そのような実施では、スリーブ３０８の外側の圧力は、スリーブ６の微小な変形を引き起こし、スリーブ３０８をピストン３１８にこすり合わさせる可能性がある。スリーブ３０８とピストン３１８の摩擦に対して、有利な影響を与えるために、環状リング３２２は、ピストン３１８上に製造され、ホール３２６は、ピストン３１８内に製造されて、ガス側第一チャンバ３１０を環状リング３２２と連通させる。ホール３２６は、スリーブ３０８上に過度の応力を生じさせない機械的に安定なピストン３１８を提供し、軽量なスリーブ３０８を可能にする。第１チャンバの環状リング３２２との連通は、スリーブ３０８とピストン３１８の接触領域を最小にさせる。ピストン３１８を効果的にシールするために、２つのシール３２０は、典型的には、ピストン３１８の流体側第二チャンバ３１２面に隣接するピストン３１８の外側に配置される。ピストン３１８が、コッキング又はジャミングせずに移動することを保証するために、任意の第３シールがシール３２０の遠位のピストン３１８のガス側第一チャンバ３１０面に隣接して配置されてもよい。軸方向クロージャ２０２、２０４は、アキュムレータ組立体２００の両端をシールする。軸方向クロージャ２０２、２０４は、少なくとも１つの平面を有する。特定の実施形態によれば、軸方向クロージャ２０２、２０４は、アキュムレータ組立体２００に配置された少なくとも１つのアキュムレータシリンダ４をシールする流体及びガスマニホールド２０２、２０４である。ガスマニホールド２０４は、もしアキュムレータシステム２で述べるならば、ガスマニホールド２０４内に形成され、アキュムレータ組立体２００内に配置された各アキュムレータシリンダ４のガス側第一チャンバ３１０と全ての予備ガスシリンダ８を連結するガスポート３２８をさらに有する。
流体マニホールド２０４は、アキュムレータ組立体２００内で各アキュムレータシリンダ４の流体側第二チャンバ３１２に連結する流体ポート３３０をさらに有する。

予備ガスシリンダ８は、使用されるときに、例えば、スリーブ３０８とピストン３１８がより小さい、アキュムレータシリンダ４と実質的に同じ構造を有していてもよいことが認識されるべきである。当業者は、予備ガスシリンダ８の他の設計が所望のように採用されてもよいことをさらに認識すべきである。

本発明によるアキュムレータシステム２とアキュムレータ組立体２００の組立て及びメンテナンスは、アキュムレータ組立体２００の設計によって著しく容易にされる。組立ては、ピストン３１８をスリーブ３０８内に配置するステップと、金属ボス３０４と金属ボス３０６を包囲シェル３００に挿入するステップと、スリーブ３０８をシェル３００に挿入するステップと、軸方向クロージャ２０２、２０４の間に少なくとも１つのアキュムレータシリンダ４及び/又は１つ以上の予備ガスシリンダ８を配置するステップによって達成される。少なくとも１つの引張り部材２０６は、所望のように、アキュムレータ組立体２００に付加され、固定される。もしアキュムレータシステム２の性能が、内部部分の磨滅又は故障の可能性を示すならば、組立て手順は、単純に逆進されて、アキュムレータ組立体２００を開く。

スリーブ３０８の材料及び厚さは、荷重に耐えるようにされていないので、ガス側第一チャンバ３１０と流体側第二チャンバ３１２の圧力が名目上等しいとして、機構はこの仮定が十分に作用できない２つの実施例に対処するように設けられる。これらの場合は、異常な高流体圧力の場合又はガス圧力の損失の場合である。両方の場合において、ピストン３１８は、ピストン３１８がガスマニホールド２０４上に底をついて離れるようなときまで、図３に示すように、左に移動する。いったんこのことが起こると、いかなるさらなる流体圧力の増加又はガス圧力の減少が、スリーブ３０８を荷重に耐えるのに望ましくないようにさせる。差圧リリーフバルブ１２は、スリーブ３０８による荷重に対する望ましくない耐性を緩和できる。

本開示のガス媒介差圧リリーフバルブ１２の例示の実施形態は、図４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃに示される。差圧リリーフバルブ１２は、バルブピストン４００及びシリンダ本体４０２を含む。ピストン４００は、シリンダ本体４０２内に摺動可能に配置され且つとどめられる。アキュムレータシリンダ４のように、差圧リリーフバルブ１２は、ガス側バルブ４０４と流体側バルブ４０６を有する。ガス側４０４と流体側４０６は、シール４０８によって分離されている。シール４０８は、例えば、スペーサを備えた一対のＯ形リングとして特に具体的に例示される。

差圧リリーフバルブ１２は、例えば、流体バルブポート４１０によってアキュムレータ組立体２００の流体マニホールド２０２に連結され且つ連通している。流体バルブポート４１０は、例えば、シリンダ本体４０２の流体側バルブ４０６でシリンダ本体４０２内に形成される。差圧リリーフバルブ１２は、バルブガスポート４１２によってガスマニホールド２０４に連結され且つ連通している。バルブガスポート４１２は、例えば、シリンダ本体４０２のガス側バルブ４０４でシリンダ本体４０２内に形成される。差圧リリーフバルブ１２は、排出リリーフポート４１４によってリザーバタンク１６に連結され且つ連通している。

差圧バイアスは、例えば、ピストン４００とバルブガスポート４１２に隣接するシリンダ本体４０２の一端の間に配置されるバイアス手段４１６によって与えられる。バイアス手段４１６は、例えば、ばねである。当業者は、差圧バイアスを与える他の適当なバイアス手段４１６が所望のように採用されてもよいことを理解すべきである。

さらなる実施形態では、差圧リリーフバルブ１２は、少なくとも１つのセンサー４１８を含む。センサー４１８は、例えば、ピストン４００内に、ピストン４００上に、又はピストン４００と隣接して配置されてもよい。さらなる非制限の例示としては、センサー４１８は、シリンダ本体４０２内にピストン４００の位置をモニターするように構成される。センサー４１８は、電気スイッチ、液圧スイッチ及び空気スイッチの１つを含んでいてもよい。もしセンサー４１８が作動される場合、センサー４１８が、アキュムレータシステム２がアキュムレータシステム２の作動性能を失う前に使用される必要があることを、運転者に知らせることが望ましいと認識されるべきである。

スリーブ３０８で生じる、望ましくない荷重に耐えることに対して、図４Ａ乃至４Ｃに示されるガス媒介差圧リリーフバルブ１２の使用によって、有利な影響を与えられる。通常の作動下で、例えば、バルブピストン４００の両面上にほぼ等しい面積を有するバルブピストン４００が、シリンダ本体４０２の左に最後まで変位され、したがって排出リリーフポート４１４をふさぐ。バルブピストン４００は、バルブガスポート４１２により及びバイアス手段４１６によりシリンダ本体４００に供給されるガス圧力の組合せによってこの位置に保持される。バイアス手段４１６は、そのように寸法決めされ、十分に一定のばねを有し、流体ポート４１０によってシリンダ本体４０２に流入するガス圧力と流体圧力の間の差が予め決められた値を超えるとき、排出リリーフポート４１４が開かれる。したがって、例えばオイルのような、過剰流体を、リザーバタンク１６に戻すことができる。

また、アキュムレータシステム２の性能は、熱力学的なモデルを用いて評価されてもよい。図１に示すような、アキュムレータシステム２のモデリングによって、蓄えられるエネルギーは、ガス側第一チャンバ３１０の容積、流体側第二チャンバ３１２の容積、アキュムレータシステム２に対する最小作動圧力の関数として計算されてもよい。このモデルのさらなる操作処理は、例えば、アキュムレータシステム２の最小圧力、最大圧力及び流体容積の関数として最大のエネルギー貯蔵を得る１つの操作処理のような、有効な結果を得ることがある。そのモデルは、共通の実施及び適用ニーズによって導かれ、典型的には、最小圧力、最大圧力及び流体容積の値のアプリオリ認識を有する設計技術者のために有用である。操作処理の最終設定の結果、アキュムレータシステム２の最適性能を得る最小圧力と最大圧力の所望の比をさらに証明する結果となる。所望の比がモデルに代入されるとき、水力ハイブリッド自動車の設計技術者の目的である蓄えられたエネルギーを最適化するために、ガス側容積は流体側容積よりも大きくするべきことが発見された。

アキュムレータシステム２のための最適設計を達成する少なくとも２つの方法がある。第１の方法は、スリーブ３０８に関してシェル３００の直径を増大させ、したがって、隙間空間３１４内により大きい容積を作り出すことを要求する。第１の方法のアプローチは、アキュムレータシリンダ４をより大きくさせ、シェル３００のオーバーラップ４をより厚くすることを要求することも認識すべきである。第２の方法は、隙間空間３１４と少なくとも１つの予備シリンダ８の両方を使用する。第２の方法のアプローチは、ガス側第一チャンバ３１０と流体側第二チャンバ３１２の比がより容易に変更できるようなより融通性のある設計を提供する。さらに、ガスマニホールド２０４が複数に連結されたセクションからなることができるので、例えば、アキュムレータシステム２を車両に組み合わせることが第２の方法のアプローチによって容易にされる。

或る代表的な実施形態及び詳細な説明が、本発明の例示の目的として示されるが、さまざまな変更が、特許請求の範囲に記載された本発明開示の範囲から逸脱することなくなされてもよいことは当業者に明らかであろう。

Claims (20)

1. アキュムレータ組立体であって、
   円筒形ガス不浸透性シェルと、前記シェル内に且つ前記シェルと実質的に同軸に配置された円筒形ガス不浸透性スリーブであって、このスリーブと前記シェルの間に隙間空間が形成された前記スリーブと、前記スリーブ内に摺動可能に配置されたピストンであって、前記ピストンは前記スリーブの内部を圧縮ガスを収容するように構成された第一チャンバと、加圧流体を収容するように構成された第二チャンバに分割する前記ピストンと、を有する少なくとも一つのアキュムレータシリンダと、
   前記アキュムレータシリンダの両端に位置決めされた一対の軸方向クロージャと、
   前記軸方向クロージャの間に配置され且つ軸方向クロージャに連結された前記アキュムレータ組立体を共に支持するための少なくとも一つの引張り部材と、を有することを特徴とするアキュムレータ組立体。
2. 更に、前記シェル上に配置された複合オーバーラップを有し、前記シェルの前記複合オーバーラップは、フープ応力に対して最大抵抗及び軸方向応力に対して最小抵抗となるような向きに配置されている請求項１に記載のアキュムレータ組立体。
3. 前記スリーブは、前記シェルの半径方向移動に対して独立してとどまるように構成される請求項１に記載のアキュムレータ組立体。
4. 前記第一チャンバは、フォームをさらに収容する請求項１に記載のアキュムレータ組立体。
5. 更に、前記第一チャンバと前記第二チャンバの間の連通に対して有利な影響を与える前記ピストン上の環状シールを有する請求項１に記載のアキュムレータ組立体。
6. 更に、前記ピストン上の環状溝を有し、前記ピストンは、ガスが前記第一チャンバから前記環状溝に流れることを許容するように前記ピストンの中に形成されたホールを有する請求項１に記載のアキュムレータ組立体。
7. 少なくとも一つの軸方向クロージャが不浸透性スリーブの取替えを容易にさせるように容易に取り外し可能である請求項１に記載のアキュムレータ組立体。
8. 前記軸方向クロージャが少なくとも一つのガスマニホールドと流体マニホールドを含み、前記ガスマニホールドは、前記ガスマニホールド内に形成されたガスポートを有し、前記流体マニホールドは、前記流体マニホールド内に形成された流体ポートを有する請求項１に記載のアキュムレータ組立体。
9. 少なくとも一つの前記ガスマニホールドと前記流体マニホールドが材料の一体成形の部品から形成され、前記少なくとも一つのアキュムレータシリンダ用の前記軸方向クロージャを形成する請求項８に記載のアキュムレータ組立体。
10. 複数の前記アキュムレータシリンダを備え、前記ガスマニホールドと前記流体マニホールドは、前記シリンダに各々連結され、それぞれのシリンダの間を連通するための流路を形成する請求項８に記載のアキュムレータ組立体。
11. 前記引張り部材は、剛性要素と柔軟な要素のいずれか一つである請求項１に記載のアキュムレータ組立体。
12. 前記引張り部材は、単一の柔軟な要素である請求項１１に記載のアキュムレータ組立体。
13. 円筒形ガス不浸透性シェルと、前記シェル内に且つ前記シェルと実質的に同軸に配置された円筒形ガス不浸透性スリーブであって、このスリーブと前記シェルの間に隙間空間が形成された前記スリーブと、前記スリーブ内に摺動可能に配置されたピストンであって、前記ピストンは前記スリーブの内部を圧縮ガスを収容するように構成された第一チャンバと、加圧流体を収容するように構成された第二チャンバに分離する前記ピストンと、を有する複数のアキュムレータシリンダと、前記アキュムレータシリンダの両端に位置決めされた一対の軸方向クロージャと、前記軸方向クロージャの間に配置され且つ且つ軸方向クロージャに連結された前記アキュムレータ組立体を共に支持するための少なくとも一つの引張り部材と、を有するアキュムレータ組立体と、
    少なくとも１つのアキュムレータ組立体と連通する少なくとも一つの予備ガスシリンダと、
    を有することを特徴とするアキュムレータシステム。
14. 前記アキュムレータシリンダは、前記アキュムレータシリンダ内に形成されたガスポートおよび流体ポートを有し、前記アキュムレータシリンダの各々の前記ガスポートは相互に連通し且つ前記アキュムレータシリンダの各々の前記流体ポートは相互に連通する請求項１３に記載のアキュムレータシステム。
15. 前記軸方向クロージャは、複数のガスマニホールドと流体マニホールドを備え、各ガスマニホールドと各流体マニホールドは単一アキュムレータシリンダに連結され、各ガスマニホールドと各流体マニホールドは共通のネットワークを介してそれぞれに相互に連通する請求項１４に記載のアキュムレータシステム。
16. 前記軸方向クロージャは、ガスマニホールドと流体マニホールドを備え、
    前記アキュムレータシステムは、
    低圧流体リザーバタンクと、
    中空シリンダ本体であって、前記シリンダ本体の第一端に形成された流体バルブポート、前記シリンダ本体の第二端に形成されたガスバルブポート、前記シリンダ本体の壁を通って形成された排出リリーフポートを有する前記中空シリンダ本体と、前記シリンダ本体内に摺動可能に配置されたバルブピストンと、前記シリンダ本体内に前記ピストンと前記第二端の間に配置されたスプリングと、を備えたガス媒介差圧リリーフバルブと、を有し、
    前記ガスバルブポートは前記ガスマニホールドと連通し、前記流体バルブポートは前記流体マニホールドと連通し、前記排出リリーフポートは前記低圧流体リザーバタンクと連通する請求項１３に記載のアキュムレータシステム。
17. 前記シリンダ本体の第一端に形成された流体バルブポートと、前記シリンダ本体の第二端に形成されたガスバルブポートと、前記シリンダ本体の壁を通って形成された排出リリーフポートと、を有する中空シリンダ本体と、
    前記シリンダ本体内に摺動可能に配置されたバルブピストンと、
    前記シリンダ本体内に前記ピストンと前記第二端の間に配置されたバイアス手段と、を有することを特徴とする圧力リリーフバルブ。
18. 前記ピストンは、前記ピストンに配置された少なくとも一つの環状シールを有する請求項１７に記載の圧力リリーフバルブ。
19. 更に、前記シリンダ本体内に前記ピストンの移動をモニターするためのセンサを有する請求項１７に記載の圧力リリーフバルブ。
20. 前記バイアス手段は、所定の圧力値が超えられるまで、前記ピストンを前記排出リリーフポートをふさぐ位置に保持するのに十分なばね常数を有する請求項１７に記載の圧力リリーフバルブ。

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