JP2013506803A - 拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体を含むエネルギ貯蔵システム - Google Patents

拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体を含むエネルギ貯蔵システム Download PDF

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Abstract

拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体は、内部に作動流体を収容する内部室を画定するリザーバと、拡張可能なアキュムレータとを備える。拡張可能なアキュムレータは、内側層、および内側層を少なくとも部分的に囲む外側層を含む。内側層は、外側層よりも高い破断歪みを含む。アキュムレータは、リザーバ内に少なくとも部分的に配置されると共に内部室内に収容された作動流体に少なくとも部分的に浸される。アキュムレータは、リザーバと作動流体を交換するように構成される。
【選択図】図１

Description

[0001]本発明は、車両用のハイブリッド駆動システムに関し、より詳細には車両用のハイブリッド液圧式駆動システムに関する。
[0002]典型的な車両のハイブリッド液圧式駆動システムは、従来の車両駆動システムから動力を吸収し、従来の車両駆動システムに動力を加え、または従来の車両駆動システムを助けるために可逆ポンプ／電動機を使用する。このシステムは、低圧リザーバから液圧エネルギ貯蔵システムに作動油を汲み出すことによって動力を吸収する。典型的には、この液圧エネルギ貯蔵システムは、１つまたは複数の窒素チャージ液圧アキュムレータを備える。典型的には、ハイブリッド液圧式駆動システムは、可逆ポンプ／電動機を電動機として駆動するために液圧アキュムレータ内に貯蔵された液圧エネルギを利用することによって従来の車両の駆動システムに動力を加える。
[0003]一態様では、本発明は、内部に作動流体を収容する内部室を画定するリザーバと、リザーバ内に少なくとも部分的に配置されると共に内部室内に収容された作動流体に少なくとも部分的に浸される拡張可能なアキュムレータとを備える拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体を提供する。アキュムレータは、リザーバと作動流体を交換するように構成される。
[0004]別の態様では、本発明は、内部に作動流体を収容する内部室を画定するリザーバと、リザーバに流体連通する可逆ポンプ／電動機と、リザーバ内に少なくとも部分的に配置されると共に内部室内に収容された作動流体に少なくとも部分的に浸される拡張可能なアキュムレータとを備えるエネルギ貯蔵システムを提供する。アキュムレータは作動流体を含み、電動機として動作するときに加圧作動流体を可逆ポンプ／電動機に送達するため、およびポンプとして動作するときに可逆ポンプ／電動機によって排出される加圧作動流体を受け取るために可逆ポンプ／電動機に選択的に流体連通する。
[0005]さらに別の態様では、本発明は、エネルギ貯蔵システムを動作させる方法を提供する。この方法は、内部に作動流体を収容する内部室を画定するリザーバを用意するステップと、内部室内に拡張可能なアキュムレータを少なくとも部分的に配置するステップと、内部室内に収容された作動流体に拡張可能なアキュムレータを少なくとも部分的に浸すステップと、電動機として動作するときに可逆ポンプ／電動機を用いてリザーバへ作動流体を戻すステップと、可逆ポンプ／電動機がポンプとして動作しているときにリザーバから作動流体を引き出すステップとを含む。
[0006]別の態様では、本発明は、内部空間を画定する内側層と、内側層を少なくとも部分的に囲む外側層とを有する本体を含む拡張可能なアキュムレータを提供する。アキュムレータは、内部空間に流体連通する入口／出口ポートも含む。内側層は、外側層よりも高い破断歪みを含む。
[0007]さらに別の態様では、本発明は、内部に作動流体を収容する内部室を画定するリザーバと、拡張可能なアキュムレータとを備える拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体を提供する。この拡張可能なアキュムレータは、内側層、およびこの内側層を少なくとも部分的に囲む外側層を備える。内側層は、外側層よりも高い破断歪みを含む。アキュムレータは、リザーバ内に少なくとも部分的に配置されると共に内部室内に収容された作動流体に少なくとも部分的に浸される。アキュムレータは、リザーバと作動流体を交換するように構成される。
[0008]別の態様では、本発明は、中心軸、および内部に作動流体を収容する内部室を画定するリザーバと、中心軸と同軸であり、リザーバ内に少なくとも部分的に配置され、内部室内に収容された作動流体に少なくとも部分的に浸される拡張可能なアキュムレータとを備える拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体を提供する。アキュムレータは、リザーバと作動流体を交換するように構成される。組立体は、リザーバと同軸であり、アキュムレータの少なくとも長さにわたって延在する支持体も含む。支持体は、リザーバから加圧作動流体を受け取るとアキュムレータの拡大を制限するようにアキュムレータの外周と係合可能である。
[0009]さらに別の態様では、本発明は、内部に作動流体を収容する内部室を画定するリザーバと、リザーバ内に少なくとも部分的に配置され、内部室内に収容された作動流体に少なくとも部分的に浸される単一の拡張可能なアキュムレータとを備える拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体を提供する。アキュムレータは、リザーバと作動流体を交換するように構成される。リザーバは、内部容積を含み、アキュムレータは、アキュムレータ内の作動流体の量に応じてリザーバの内部容積の約４０％乃至約７０％を占める。
[0010]本発明の他の特徴および態様は、以下の詳細な説明および添付図面を検討することによって明らかになろう。
[0011]リザーバと、リザーバ内に配置される拡張可能なアキュムレータとを示す本発明のエネルギ貯蔵システムの第１の構成の概略図である。 [0012]ポンプとして動作するときに可逆ポンプ／電動機からの加圧作動流体の受け取りに応じて広げられた構成にあるアキュムレータを示す図１のエネルギ貯蔵システムの概略図である。 [0013]リザーバおよびリザーバ内に配置される複数のアキュムレータを示す本発明のエネルギ貯蔵システムの第２の構成の概略図である。 [0014]図１乃至図３の拡張可能なアキュムレータに使用できる多層袋の断面図である。 [0015]図１乃至図３の拡張可能なアキュムレータに使用できる多層チューブまたは袋の断面図である。 [0016]非円形の内面を有する図１乃至図３の拡張可能なアキュムレータに使用できるチューブまたは袋の断面図である。 [0017]リザーバおよび拡張可能なアキュムレータの組立体の斜視図である。 [0018]拡張可能なアキュムレータのいくつかの構成を示す図７の組立体の分解斜視図である。 [0019]広げられていない状態にあるアキュムレータを示す線９−９に沿った図７の組立体の断面図である。 [0020]部分的に広げられた状態にあるアキュムレータを示す図９の組立体の断面図である。 [0021]完全に広げられた状態にあるアキュムレータを示す図９の組立体の断面図である。 [0022]広げられていない状態にある袋を示す、アキュムレータが多層袋として構成された図７の組立体の断面図である。 [0023]部分的に広げられた状態にある袋を示す図１２の組立体の断面図である。 [0024]完全に広げられた状態にある袋を示す図１２の組立体の断面図である。
[0025]本発明の任意の実施形態が詳細に説明される前に、本発明は、本出願における以下の説明に記載または以下の図面に例示された構成の詳細および構成要素の配置に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々なやり方で実行および実施することができる。また、本明細書に使用される表現および述語は、説明のためのものであり、限定とみなされるべきではないことを理解されたい。
[0026]図１は、ハイブリッド車のためのエネルギ貯蔵システム１０を示す。しかし、システム１０は、他の応用例（例えば、自動車または産業用液圧用途など）に利用されてもよい。具体的には、システム１０は、アキュムレータおよびリザーバの組立体１４と、この組立体１４に動作可能に連結された可逆ポンプ／電動機１８とを備える並列液圧式回生駆動システム１０として構成される。代替として、システム１０は、ポンプ／電動機１８が車両の車輪または駆動軸に直接連結される直列液圧式回生駆動システムとして構成されてもよい。さらなる代替形態として、システム１０は、２つ以上のポンプ／電動機１８を備えてもよい。
[0027]組立体１４は、リザーバ２２と、ポンプ／電動機１８を介してリザーバ２２に選択的に流体連通するアキュムレータ２６とを備える。可逆ポンプ／電動機１８は、可変容量形軸方向ピストン斜板設計ポンプ／電動機１８、例えば、Ｂｏｓｃｈ Ｒｅｘｒｏｔｈモデル番号Ａ４ＶＳＯ可変容量形軸方向ピストン可逆ポンプ／電動機１８として構成される。代替として、可変容量形ではなく定容量形を有する可逆ポンプ／電動機１８が構成されてもよい。可逆ポンプ／電動機１８は、回転シャフト３０（例えば、エンジンの出力シャフト、エンジンの補機駆動システム、変速機と軸組立体、車輪または駆動軸などの間の駆動シャフト）に駆動可能に連結される。以下により詳細に説明されるように、ポンプ／電動機１８は、電動機として動作するときに回転シャフト３０に動力を伝達し、ポンプ／電動機１８は、ポンプとして動作するときに回転シャフト３０によって駆動される。
[0028]引き続き図１を参照すると、リザーバ２２は、作動流体（例えば、作動油）を収容し、流体通路３４によって可逆ポンプ／電動機１８に流体連通する。熱交換器および／または作動流体フィルタ（図示せず）が、作動流体の冷却および濾過を助けるために流体通路３４内に置かれてもよい。可逆ポンプ／電動機１８は、ポンプとして動作するときにリザーバ２２から流体通路３４を介して（図２中の矢印Ａの方向に）低圧作動流体を引き出すようにリザーバ２２に流体連通する。可逆ポンプ／電動機１８は、電動機として動作するときに、流体通路３４を介してリザーバ２２へ（図１中の矢印Ｂの方向に）低圧作動流体を戻すようにやはりリザーバ２２に流体連通する。
[0029]可逆ポンプ／電動機１８は、ポンプとして動作するときにアキュムレータ２６へ（図２中の矢印Ａの方向に）加圧作動流体を送達するように流体通路４２を介してアキュムレータ２６に流体連通する。可逆ポンプ／電動機１８は、電動機として動作するときにアキュムレータ２６から（図１中の矢印Ｂの方向に）加圧作動流体を受け取るように流体通路４２を介してやはりアキュムレータ２６に流体連通する。隔離弁４６が、流体通路４２内に置かれ、閉じられた構成にあるときに通路４２を通じての作動流体の流れを阻止し、開放構成にあるときに通路４２を通じての作動流体の流れを可能にする。
[0030]引き続き図１を参照すると、リザーバ２２は、作動流が収容される内部室５０を画定する。エネルギ貯蔵システム１０の例示された構成では、アキュムレータ２６は、リザーバ２２内に配置され、内部室５０内に収容された作動流体に少なくとも部分的に浸される。代替として、アキュムレータ２６は、図１中のアキュムレータ２６の位置に比べてアキュムレータ２６がそれほど作動流体に浸されないように、リザーバ２２内に少なくとも部分的に配置されるに過ぎなくてもよい。また、エネルギ貯蔵システム１０の例示された構成では、アキュムレータ２６は、アキュムレータ２６をリザーバ２２に取り付けるのを助けるためのつば５４を備える。いくつかの異なる構造要素（例えば、締結具など）、処理（例えば、溶接、接着など）、または構造要素と処理の組み合わせのいずれかが、つば５４を固定、したがってアキュムレータ２６をリザーバ２２に固定するために用いられてもよい。
[0031]引き続き図１を参照すると、リザーバ２２は、流体通路３４に流体連通する単一の低圧入口／出口ポート５８を備え、作動流体は、この低圧入口／出口ポート５８を通過してリザーバ２２に出入りする。同様に、アキュムレータ２６は、流体通路４２に流体連通する単一の高圧入口／出口ポート６２を備え、作動流体は、この高圧入口／出口ポート６２を通過してアキュムレータ２６に出入りする。代替として、リザーバ２２は、２つ以上の低圧入口／出口ポート５８を備えてもよい。リザーバのそのような構成では、複数の低圧入口／出口ポート５８が、それぞれの流体通路３４と対にされてもよい。
[0032]システム１０の例示された構成では、リザーバ２２は、実質的に気密であり（すなわち、「閉じられて」おり）、リザーバ２２内の空気を大気圧（例えば、ゲージ圧０Ｐａ（０ｐｓｉ ｇａｕｇｅ））または大気圧より高い圧力に維持することができる。代替として、リザーバ２２は、大気に開放していてもよく、空気と大気の交換を可能にするための通気口を備えてもよい。リザーバ２２の内部室５０は、作動流体上方にアキュムレータ２６を囲む空隙６６を備える。前述のように、空隙６６は、大気圧または大気圧より高い圧力で空気を含むことができる。リザーバ２２の加圧（すなわち、空隙６６内の空気を大気圧より高い圧力で与えること）は、ポンプ／電動機１８の入口（およびリザーバ２２の入口／出口ポート５８）での作動流体の圧力が、ポンプとして動作するときにポンプ／電動機１８の空所発生を実質的に防ぐのに十分な水準で維持されることを実質的に確実にする。
[0033]システム１０の例示された構成では、リザーバ２２は、ほぼ円筒形を有するものとして概略的に例示する。しかし、リザーバ２２は、リザーバ２２が内部に設置されるハイブリッド車の構造に適合するためのいくつかの異なる形状のいずれかを有するように構成されてもよい。加えて、リザーバ２２は、いくつかの異なる材料（例えば、金属、プラスチック、複合材料など）のいずれかから作製することができる。また、システム１０の例示された構成では、リザーバ２２は、垂直の向きに概略的に示す。しかし、リザーバ２２は、システム１０を組み込むハイブリッド車内にいくつかの異なる向きのいずれかで配置することができる。例えば、リザーバ２２は、車両内で直立（すなわち、垂直）に向けられてもよく、平ら（すなわち、水平）に置かれてもよく、またはリザーバ２２の水平向きとリザーバ２２の垂直向きとの間の任意の角度で傾けて配置されてもよい。
[0034]引き続き図１を参照すると、アキュムレータ２６は、アキュムレータ２６内に収容された作動流体の量に応じてアキュムレータ２６の内部容積または空間が変更可能である拡張可能なアキュムレータ２６として構成される。システム１０の例示された構成では、アキュムレータ２６は、対向した端部７４、７８を有する拡張可能なチューブ７０と、端部７４、７８の間の内部空間８２とを備える。入口／出口ポート６２は、（図１に見られるように）チューブ７０の上端部７４に配置され、クランプ８６が、入口／出口ポート６２をチューブ７０に連結する。クランプ８６は、上端部７４と入口／出口ポート６２との間の作動流体の漏れを実質的に防ぐための封止としても機能する。１つまたは複数の封止（例えば、Ｏリング、パッキンなど）を利用して、クランプ８６を入口／出口ポート６２に、およびクランプ８６をチューブ７０の上端部７４に封止することもできる。チューブ７０の下端部７８を閉じ、下端部７８を介してのアキュムレータ２６とリザーバ２２との間の作動流体の交換を防ぐために、別のクランプ９０が、（図１に見られるように）チューブ７０の下端部７８に連結される。１つまたは複数の封止（例えば、Ｏリング、パッキンなど）を利用してクランプ９０をチューブ７０の下端部７８に封止することができる。代替として、単一の開放端（すなわち、入口／出口ポート６２に隣接した端部）だけを有する袋１１８が、チューブ７０（図４）の代わりに、アキュムレータ２６と共に使用されてもよい。
[0035]図１を参照すると、アキュムレータ２６は、クランプ９０に連結されると共にチューブ７０の内部空間８２に流体連通する脱気弁９４を備えてもよい。そのような脱気弁９４（例えば、ばね付勢ボール弁）は、アキュムレータ２６が加圧されないときにアキュムレータ２６からリザーバ２２へ同伴空気の放出を可能にするために開放構成を担い、同伴空気は、作動流体を通って空隙６６へ上昇することが可能にされる。次いで、脱気弁９４は、アキュムレータ２６が加圧されるときにアキュムレータ２６内の加圧作動流体がリザーバ２２に漏れることを防ぐために閉じられた構成を担う。
[0036]引き続き図１を参照すると、アキュムレータ２６は、加圧作動流体がリザーバ２２からアキュムレータ２６へ移送されるときにチューブ７０が広がり得る範囲を制限するために、チューブ７０の外周と係合可能である複数の支持体９８を備える。別個の支持体９８「スムース・フォーマ（ｓｍｏｏｔｈ ｆｏｒｍｅｒｓ）」が、例示されたアキュムレータ２６と共に示すが、代替として、単一のかごが、チューブ７０の外周の周りに配置されると共に、チューブ７０が広がり得る所望の範囲に対応する特定の距離だけチューブ７０の外周から間隔をおいて配置されてもよい。そのようなかごは、（例えば、図２に示すアキュムレータ２６の広げられた形状まで）アキュムレータ２６の広げられた形状を画定および制限するように成形することもできる。
[0037]拡張可能なチューブ７０または袋は、可逆ポンプ／電動機１８がポンプとして動作しているときにアキュムレータ２６に送り込まれる加圧作動流体に応じてチューブ７０の変形を助けるために、エラストマー材料（例えば、ポリウレタン、天然ゴム、ポリイソプレン、フッ素重合体エラストマー、ニトリルなど）から作製される。具体的には、図２に示すように、チューブ７０の中間部分の外径に対応する半径方向寸法Ｄは、アキュムレータ２６を満たすおよびアキュムレータ２６から出る加圧作動流体に応じて変わる。しかし、各端部７４、７８に隣接したチューブ７０の外径は、それぞれのクランプ８６、９０によってほぼ一定に維持される。半径方向寸法Ｄが、伸ばされていないまたは変形されていないチューブ７０（図１参照）に対応する値から増加するにつれて、アキュムレータ２６は、圧縮力をチューブ７０内の作動流体に及ぼすように動作可能である。言い換えれば、アキュムレータ２６に入る加圧作動流体は、図２に示す形状までチューブ７０を伸ばすまたは広げるようにチューブ７０に作用を実行する。このエネルギが、分子レベルでチューブ７０内に貯蔵され、チューブ７０が受ける歪みの量に比例する。
[0038]出願人は、一様なチューブ７０（すなわち、強化用繊維のない単層だけを有するチューブ７０）の内部が加圧されるときに、チューブ７０内に貯蔵された歪みエネルギの大部分が、チューブ７０の内面の近くに集中することを、試験を通じて発見している。出願人は、チューブ７０の厚さに沿った半径方向位置を増大させるにつれて、チューブ７０内に貯蔵された歪みエネルギの集中が減少することも発見している。言い換えれば、チューブ７０の外面近傍の材料は、チューブ７０の内面近傍の材料ほど歪みエネルギの貯蔵に寄与しない。チューブ７０の厚さに沿った歪みエネルギの分布の均一性を増加させるために、チューブの最内層が最外層よりも高い破断歪み（すなわち、引張試験中に破断が生じる歪み）を含むと共に、最外層が最内層よりも高い剛性を含む多層構成が、使用され得る。そのような多層チューブは、チューブの厚さに沿って歪みエネルギをより効率的に貯蔵することができるので、チューブが取扱うことができる最大内圧も、単層チューブ７０に比べて増加させられる。
[0039]図４に示すように、袋１１８は、作動流体が収容される内部空間１２６を画定する内側層１２２と、内側層１２２を囲む外側層１３０とを含む。同じ構成が、対向した開放端部を有するチューブとして実現されてもよいことも理解されたい。袋１１８が、アキュムレータと共に使用され、アキュムレータ２６が作動流体内に浸されるときに、外側層１３０は、リザーバ２２内の作動流体と接触する。内側層１２２は、外側層１３０よりも高い破断歪みを含み、外側層１３０は、内側層１２２よりも高い剛性（すなわち、弾性率）を備える。少なくとも２００ｋＪの歪みエネルギが、約２０．６９ＭＰａ（約３，０００ｐｓｉ）と約４１．３７ＭＰａ（約６，０００ｐｓｉ）との間の内圧で貯蔵することができる袋１１８の構成では、内側層１２２の破断歪みは、外側層１３０の破断歪みよりも約３０％と約７０％との間だけ大きくてもよい。同様に、同じ条件下で、外側層１３０の剛性は、内側層１２２の剛性よりも約３０％と約７０％の間だけ大きくてもよい。
[0040]上記の性能特性を実現することに加えて、袋１１８の内側層１２２および外側層１３０を含むこの材料は、各層１２２、１３０が、作動流体に耐えることができ、それによって作動流体との長期間の接触後の層１２２、１３０のうちのどちらかの劣化が実質的に抑止されるように選択されてもよい。例えば、袋１１８の内側層１２２および外側層１３０は、ニトリル・ブタジエン・ゴム（ＮＢＲ）、フッ素重合体エラストマー（例えば、ＶＩＴＯＮ）、ポリウレタンポリマー、弾性のある炭化水素ポリマー（例えば、天然ゴム）などを含むエラストマーから作製することができる。内側層１２２および外側層１３０のそれぞれは、同じ材料系列内の異なる品位の材料から作製することができる。代替として、内側層１２２および外側層１３０は、明らかに異なる化学的性質を有する材料から作製されてもよい。
[0041]引き続き図４を参照すると、袋１１８の内側層１２２および外側層１３０は、外側層１３０の内面が内側層１２２の外面に適合するように別個に形成および組立されてもよい。外側層１３０は、（例えば、接着剤などを用いて）内側層１２２に接合されても、されなくてもよい。代替として、袋１１８の内側層１２２および外側層１３０は、層１２２、１３０のそれに続く組立体が必要とされないように一体成形されてもよい。例えば、多層チューブ（図示せず）の同心の内側層および外側層は、同時押出しされたレイヤー・バイ・レイヤー（ｌａｙｅｒ ｂｙ ｌａｙｅｒ）であってもよい。
[0042]図５を参照すると、図１乃至図３のアキュムレータ２６に使用できるチューブまたは袋１３４の別の多層構成が示される。チューブまたは袋１３４は、４つの層、すなわち、内側層１３８、外側層１４２、および２つの内部層１４６、１５０を含む。図４の袋１１８のように、内側層１３８は、外側層１４２よりも高い破断歪みを含み、外側層１４２は、内側層１３８よりも高い剛性を含む。チューブまたは袋１３４のいくつかの構成では、層１３８、１４６、１５０、１４２の破断歪みは、内側層１３８から外側層１４２へ次第に減少し得る。例えば、層１３８、１４６、１５０、１４２の破断歪みは、線形または非線形（例えば、二次、三次など）の関係に従って次第に減少し得る。同様に、層１３８、１４６、１５０、１４２の剛性は、線形または非線形（例えば、二次、三次など）の関係に従って内側層１３８から外側層１４２へ次第に増加し得る。
[0043]層１３８、１４６、１５０、１４２は、図４の袋１１８に対する上記と同じ材料から作製することができる。しかし、チューブまたは袋１３４の内側層１３８および外側層１４２だけは、アキュムレータ２６が作動流体に浸されるときに内部層１４６、１５０が作動流体に接触しないので、作動流体に耐える材料から作製されることが必要である。したがって、内部層１４６、１５０は、望ましい歪みエネルギ特性を持っている材料から作製することができるが、作動流体に対する抵抗性を欠く。チューブまたは袋１３４の一構成では、層１３８、１４２の厚さは、内部層１４６、１５０の厚さに比べて比較的小さいものであり得、内部層１４６、１５０は、主としてエネルギ貯蔵のために使用され、一方、内側層１３８および外側層１４２は、主として作動流体から内部層１４６、１５０を遮蔽するための障壁として使用されるようになっている。そのような構成では、層１３８、１４２は、チューブまたは袋１３４のエネルギ貯蔵能力全体にとても少量またはごく少量寄与し得るものであり、層１３８、１４２の破断歪みまたは剛性の値は、内部層１４６、１５０の破断歪みまたは剛性の値との関連で選ばれる必要はないようになっている。言い換えれば、「内側」内部層１４６は、「外側」内部層１５０よりも高い破断歪みを含み得るが、内側層１３８は、内部層１４６よりも高い破断歪みを有する必要はない。
[0044]個々の層１３８、１４６、１５０、１４２は、層１３８、１４６、１５０、１４２の合わせ面が、互いに適合するように別個に形成および組立されてもよい。層１３８、１４６、１５０、１４２は、共に接合されても、されなくてもよい。代替として、層１３８、１４６、１５０、１４２は、層１３８、１４６、１５０、１４２のそれに続く組立体が必要とされないように一体成形されてもよい。例えば、チューブ１３４として構成されるとき、層１３８、１４６、１５０、１４２は、同時押出しされたレイヤー・バイ・レイヤーであってもよい。
[0045]図６を参照すると、非円形の断面形状を画定する内面１５８を備える単層を有するチューブまたは袋１５４の別の構成が示される。特に、チューブまたは袋１５４の内面１５８が、チューブまたは袋１５４の長さに及ぶ交互のピーク１６２および谷１６６を（すなわち、図６のページの中の方向に）含む。チューブまたは袋１５４のそのような構成は、チューブまたは袋１５４の厚さに沿って歪みエネルギの分布の均一性も増加させることになる。
[0046]動作時、システム１０が回転シャフト３０から運動エネルギを回収するとき、ポンプ／電動機１８は、作動流体をリザーバ２２から（入口／出口ポート５８を介して）矢印Ａの方向（図２参照）に引き出し、作動流体を加圧し、加圧作動流体を開放した隔離弁４６および入口／出口ポート６２を通じてチューブ７０の内部空間８２の中に送り込むためのポンプとして動作する。アキュムレータ２６は、チューブ７０に入る加圧作動流体に応じて広がるまたは伸びる。作動流体がアキュムレータ２６に送り込まれるにつれて、アキュムレータ２６の拡大が、アキュムレータ２６の長さに沿ってほぼ一定の圧力で次第に生じる（例えば、図９乃至図１１中および図１２乃至図１３中のアキュムレータ２６ａ、２６ｂの拡大を参照）。
[0047]作動流体がリザーバ２２から出るとき、作動流体が（図１に示すように）チューブ７０の外部から（図２に示すように）チューブ７０の内部へ単に移送されるので、作動流体上方の空隙６６の容積は、ほぼ変化しない。言い換えれば、アキュムレータ２６とリザーバ２２の組み合わせは、リザーバ２２から出る作動流体の容積がアキュムレータ２６に入る作動流体の容積とほぼ等しい制御容量に概ねよく似ている。同様に、アキュムレータ２６から出る作動流体の容積は、リザーバ２２に戻る作動流体の容積とほぼ等しい。
[0048]したがって、システム１０の動作中にいつでもアキュムレータ２６およびリザーバ２２内に保持される作動流体の全容量がほぼ一定である。加えて、空隙６６の容積がシステム１０の動作中にほぼ一定に維持されるので、作動流体が、気体または空気と大気を交換する（すなわち、大気から交換空気を引き、または空気を大気へ逃す）ことなくリザーバ２２から引き出し、リザーバ２２に戻すことができる。回転シャフト３０の運動エネルギが回収された後、隔離弁４６は、閉じられた構成へ作動され、チューブ７０は、圧縮力を作動流体に及ぼして作動流体をアキュムレータ２６内で高圧に維持する。
[0049]ハイブリッド車が推進補助を必要とするとき、隔離弁４６は、開放構成へ作動されて、アキュムレータ２６から矢印Ｂの方向（図１参照）に加圧作動流体の流れを可能にする。上述の通り、推進補助に使用されるエネルギは、分子レベルでチューブ７０内に貯蔵され、チューブ７０が受ける歪みの量に比例する。高圧作動流体は、アキュムレータ２６から流体通路４２を通じてポンプ／電動機１８の中に流れて、シャフト３０を駆動するための電動機としてポンプ／電動機１８を動作させる。次いで、ポンプ／電動機１８は、低圧作動流体を流体通路３４および入口／出口ポート５８を介してリザーバ２２へ戻す。作動流体がリザーバ２２に戻されるとき、作動流体が（図２に示すように）チューブ７０の内部から（図１に示すように）チューブ７０の外部へ単に移送されるので、作動流体上方の空隙６６の容積は、ほぼ変化しない。前述のように、アキュムレータ２６とリザーバ２２の組み合わせは、システム１０の動作中にいつでもアキュムレータ２６およびリザーバ２２内に保持される作動流体の全容量がほぼ一定である制御容量に概ねよく似ている。
[0050]図３を参照すると、システム１１０のエネルギ貯蔵能力を強化するために、デュアルアキュムレータ２６をリザーバ２２内に配置した組立体１１４を含むエネルギ貯蔵システム１１０の第２の構成が示される。同じ構成要素は、同じ参照符号を用いて名付けられ、再度詳細に説明されない。
[0051]図７および図８は、図１および図２のシステム１０に使用できるアキュムレータおよびリザーバの組立体１４ａを示す。同じ構成要素は、文字「ａ」を付した同じ参照符号で名付けられる。リザーバ２２ａの例示された構成では、つば５４ａが（すなわち、ボルト１６８を用いて）リザーバ２２ａにある対応するつば１７０に締結されて、内部室５０ａを封止する（図８）。パッキン１７４が、つば５４ａとリザーバ２２ａとの間に配置されて、つば５４ａをリザーバ２２ａに封止するのを助ける。代替として、いくつかの異なる封止（例えば、Ｏリングなど）のいずれかが、封止を助けるためにつば５４ａとリザーバ２２ａとの間に配置されてもよい。代替として、いくつかの異なる締結具またはクイックリリース機構のいずれかを利用してつば５４ａをリザーバ２２ａに固定してもよい。
[0052]図９を参照すると、拡張可能なアキュムレータ２６ａは、高圧入口／出口ポート６２ａに流体連通する開放端１８２と、閉鎖端１８６とを有する単層袋１７８として構成される。代替として、アキュムレータ２６ａは、上記のような材料特性を有する多層袋１９０、単層チューブ１９４、または多層チューブ１９８として構成されてもよい（図８）。図９を参照すると、組立体１４ａは、リザーバ２２ａおよび入口／出口ポート６２ａの中心軸２０６（図８）と同軸である支持体またはかご２０２も備える。組立体１４ａの例示された構成では、かご２０２は、袋１７８の長さに延在する円筒形の硬質チューブとして構成される。つば５４ａは、かごにある対応するつば２１０（図８）に（すなわち、ボルト１６８を用いて）締結されて、リザーバ２２ａと同軸であるかご２０２を保持する。クランプ８６ａも、つば５４ａに（すなわち、ボルトを用いて）締結されて、リザーバ２２ａおよびかご２０２と同軸であるアキュムレータ２６ａを保持する。図９に示すように組立体１４ａの例示された構成では、クランプ８６ａは、クランプ８６ａとつば５４ａとの間にアキュムレータ２６ａの端部または唇部２１４を固定するように構成される円環として構成される。代替として、クランプ８６ａは、いくつかの異なるやり方のいずれかでアキュムレータ２６ａをつば５４ａに、したがってリザーバ２２ａに固定するように構成されてもよい。
[0053]上記のように、かご２０２は、袋１７８が広がり得る所望の範囲に対応する特定の距離だけ袋１７８の外周から間隔をおいて配置される。低圧入口／出口ポート５８ａ近傍のかご２０２の端部も、かご２０２の内部およびかご２０２の外部の内部室５０ａ内の位置同士の間の作動流体の自由な流れを可能にするのに十分な距離、リザーバ２２ａの端部から間隔をおいて配置される。図７乃至図９を参照すると、リザーバ２２ａは、必要なときにリザーバ２２ａが作動流体で補充されることを可能にするために、内部室５０ａに流体連通する注入口２１８を備える。図示しないが、蓋が、リザーバ２２ａを封止するために注入口２１８に固定されてもよい。
[0054]図９を参照すると、袋１７８は、変更可能な内部容積２２２を備え、内部容積２２２は、作動流体が、比較的一定の圧力で袋１７８内に受け入れられるにつれて増大する。上記のように、出願人は、袋１７８内に貯蔵された歪みエネルギの大部分が、袋１７８の内面の近くに集中することを、試験を通じて発見している。言い換えれば、袋１７８の内面近傍の材料は、加圧作動流体が袋１７８内に受け入れられるときに半径方向に外側の方向に圧縮され（図１０および図１１参照）、袋１７８の内部容積２２２を袋１７８の長さに沿って効果的に次第に増加させる。袋１７８のいくつかの構成では、変更可能な内部容積２２２は、袋１７８の広げられていない状態（図９）に対応する初期の内部容積の約１３倍まで増加させられるように構成される。結果として、リザーバ２２ａ内の作動流体の約７５％までが、広げられていない状態（図９）から完全に広げられた状態（図１１）まで袋１７８が広げられるときに袋１７８と交換され得る。組立体１４ａの例示された構成では、リザーバ２２ａは、３０リットルの作動流体を収容するように構成され、一方、袋１７８は、図１１に示すように袋１７８が完全に広げられるときに、少なくとも２２リットルの作動流体を収容するように構成される。代替として、リザーバ２２ａは、多かれ少なかれ作動流体を収容するように適切な大きさに作製されてもよい。
[0055]図９および図１１を参照すると、袋１７８は、袋１７８内の作動流体の量に応じてリザーバ２２ａの（内部室５０ａによって画定される）内部容積の約４０％乃至約７０％を占め得る。例えば、図９に示すように、袋１７８は、袋１７８が広げられていない状態のときにリザーバ２２ａの内部容積の約４０％を占める。しかし、図１１に示すように袋１７８が作動流体で満たされるときに、袋１７８は、リザーバ２２ａの内部容積の約７０％を占める。システム圧力約２０．６９ＭＰａ（約３，０００ｐｓｉ）で動作するとき、袋１７８は、図１１に示すように作動流体で完全に満たされるときに少なくとも約２０３ｋＮｍ（約１５０，０００ｆｔ−ｌｂｓ）のエネルギを貯蔵するように構成され、これは推進補助を２トン車（例えば、自動車またはピックアップトラック）に与えるのに十分である。システム圧力約４１．３７ＭＰａ（約６，０００ｐｓｉ）で動作するとき、袋１７８は、図１１に示すように作動流体で完全に満たされるときに、少なくとも約１０１７ｋＮｍ（約７５０，０００ｆｔ−ｌｂｓ）のエネルギを貯蔵するように構成され、１０トン車（例えば、単一軸の配達用トラック）で推進補助を与えるのに十分である。
[0056]一構成では、組立体１４ａは、空間の約０．１０立方メートル（約３．６立方フィート）だけを占める。そのような比較的小さいパッケージが、袋１７８をリザーバ２２ａ内に配置する結果として、および袋１７８が加圧作動流体で完全に充填されるときに、袋１７８がリザーバ２２ａの内部容積の約７０％まで占めることを可能にすることによって可能である。１３．７９ＭＰａ（２，０００ｐｓｉ）と４１．３７ＭＰａ（６，０００ｐｓｉ）のシステム圧力の間で動作するときの組立体１４ａの利用可能なエネルギ貯蔵能力に関しては、組立体１４ａのエネルギ密度（すなわち、貯蔵エネルギを貯蔵装置の占められた空間で割ったもの）は、約４１，５００ｆｔ−ｌｂｓ／立方フィートと約２０８，５００ｆｔ−ｌｂｓ／立方フィートの間の範囲であり得る。それに対し、気体充填式アキュムレータおよび別個の低圧リザーバを含む従来のハイブリッド液圧式システムのエネルギ密度は、組立体１４ａのエネルギ密度の約３分の１乃至約５分の１である。組立体１４ａのエネルギ密度が、気体充填式アキュムレータおよび別個の低圧リザーバを含む従来のハイブリッド液圧式システムのエネルギ密度よりもずっと高いので、組立体１４ａは、組立体１４ａが共に使用される車両または他の機械内によりずっと効果的に実装されてもよい。
[0057]図１２乃至図１４は、図１および図２のシステム１０に使用できるアキュムレータおよびリザーバの組立体１４ｂの別の構成を示す。同じ構成要素は、文字「ｂ」を付した同じ参照符号で名付けられる。組立体１４ｂは、図７乃至図１１の組立体１４ａと同じであるが、図４に示すおよび上述された袋１１８などの多層袋１９０が、単層袋１７８に取って代わる。袋１９０は、内側層２２６および外側層２３０を備え、袋１１８に対する上記のような同様のやり方で製造することができる。代替として、図５に示すチューブまたは袋１３４などの３層以上を有する袋１９０が、構成されてもよい。
[0058]出願人が試験した多層袋１９０の一構成では、内側層２２６は、約５．７２ｃｍ（約２．２５インチ）の内径Ｄ１と、約２６．０ｃｍ（約１０．２５インチ）の外径Ｄ２とを含み、外側層２３０は、約２６．０ｃｍ（約１０．２５インチ）の内径Ｄ３と、約３３．７ｃｍ（約１３．２５インチ）の外径Ｄ４とを含む。したがって、内側層２２６の肉厚Ｔ１は、約１０．２ｃｍ（約４インチ）であり、一方、外側層２３０の肉厚Ｔ２は、約３．８１ｃｍ（約１．５インチ）である。これらの寸法Ｄ１乃至Ｄ４、Ｔ１、Ｔ２の値は、図１２に示すような袋１９０の広げられていない状態に対応する。約３４．４８ＭＰａ（約５，０００ｐｓｉ）の圧力で袋１９０を作動流体で満たした後、出願人は、寸法Ｄ１乃至Ｄ４のそれぞれの増加、および厚さＴ１、Ｔ２のそれぞれの減少を測定した。特に、出願人は、約４７％の厚さＴ１の減少、および約２１％の厚さＴ２の減少を測定した。寸法Ｔ１、Ｔ２に関連した厚さの総減少を検討すると、減少された厚さの総量の約８５％までが、内側層２２６に生じる。したがって、減少された厚さの総量の約１５％だけが、外側層２３０内に生じる。そこで、内側層２２６および外側層２３０が作製される特定の材料、または同じ材料の複数の品位は、袋１９０の厚さに沿って歪みエネルギの分布の均一性を増加させるように選択することができ、それによって組立体１４ｂの性能向上およびより予測可能な動作がもたらされる。
[0059]組立体１４ａ、１４ｂのうちのいずれかの動作は、上記のような組立体１４の動作とほぼ同様である。
[0060]本発明の様々な特徴は、以下の特許請求の範囲に記載されている。

Claims (33)

  1. 拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体において、
    内部に作動流体を収容する内部室を画定するリザーバと、
    内側層、および
    前記内側層を少なくとも部分的に囲む外側層
    を含む拡張可能なアキュムレータとを備え、
    前記内側層は、前記外側層よりも高い破断歪みを含み、前記アキュムレータは、前記リザーバ内に少なくとも部分的に配置されると共に前記内部室内に収容された前記作動流体に少なくとも部分的に浸され、前記アキュムレータが、前記リザーバと作動流体を交換するように構成された、
    拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  2. 前記リザーバと前記アキュムレータとの間で作動流体の交換中に、前記リザーバから取り除かれた作動流体の容積は、前記アキュムレータによって受け入れられる前記作動流体の容積とほぼ等しい、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  3. 前記アキュムレータと前記リザーバとの間で作動流体の交換中に、前記アキュムレータから排出される作動流体の容積は、前記リザーバに戻された前記作動流体の容積とほぼ等しい、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  4. 前記アキュムレータは第１のアキュムレータであり、前記組立体は、前記リザーバ内に少なくとも部分的に配置されると共に前記内部室内に収容された前記作動流体に少なくとも部分的に浸された第２の拡張可能なアキュムレータをさらに備えた、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  5. 前記外側層は、前記リザーバ内の前記作動流体と接触する、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  6. 前記外側層は、前記内側層よりも高い剛性を含む、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  7. 前記内側層および前記外側層は、前記作動流体に耐え、前記作動流体との長期間の接触後の前記内側層および前記外側層の劣化は、実質的に抑止されるようになっている、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  8. 前記アキュムレータは、前記内側層と前記外側層との間に中間層を含み、前記中間層は、前記作動流体に耐える必要がない、請求項７に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  9. 前記外側層は、前記内側層と同時押出しされる、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  10. 前記拡張可能なアキュムレータは、
    チューブおよび袋のうちの１つと、
    前記チューブおよび袋のうちの前記１つで加圧作動流体を受け取ると前記チューブおよび袋のうちの前記１つの拡大を制限するように前記チューブおよび前記袋のうちの前記１つの外周と係合可能な支持体と
    を備えた、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  11. 少なくとも１つの前記支持体は、前記チューブおよび袋のうちの前記１つを実質的に囲むかごとして構成された、請求項１０に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  12. 前記拡張可能なアキュムレータは、
    第１の端部と、第２の端部と、前記第１の端部及び前記第２の端部との間の内部空間とを画定する拡張可能なチューブと、
    前記内部空間に流体連通すると共に、前記チューブの前記第１の端部の近傍に配置された入口／出口ポートと、
    前記内部空間に流体連通すると共に、前記チューブの前記第２の端部の近傍に配置された脱気弁と
    を備えた、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  13. 前記拡張可能なアキュムレータの前記内側層および前記外側層は、弾性であり、前記アキュムレータ単体で圧縮力を前記アキュムレータ内の加圧作動流体に及ぼすように構成された、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  14. 前記アキュムレータは、気体と大気を対応する交換をすることなく、作動流体を前記リザーバと交換するように構成された、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  15. 前記拡張可能なアキュムレータは、単一の袋および単一のチューブのうちの１つとして構成され、前記単一の袋およびチューブのうちの前記１つは、少なくとも約２０３ｋＮｍ（約１５０，０００ｆｔ−ｌｂｓ）のエネルギを貯蔵するように構成された、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  16. 前記リザーバは内部容積を含み、前記アキュムレータは前記アキュムレータ内の作動流体の量に応じて前記リザーバの前記内部容積の約４０％乃至約７０％を占める、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  17. 前記内側層の破断歪みは、前記外側層の破断歪みよりも約３０％乃至約７０％大きい、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  18. 前記外側層の剛性は、前記内側層の剛性よりも約３０％乃至約７０％大きい、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  19. 前記リザーバ内の前記作動流体の約７５％までは、前記アキュムレータと交換可能である、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  20. 前記内側層および前記外側層のそれぞれは、非繊維質性である、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  21. 前記内側層は第１の厚さを備え、前記外側層は第２の厚さを備え、少なくとも約３４．４８ＭＰａ（約５，０００ｐｓｉ）の圧力で前記アキュムレータが作動流体で満たされたときに、前記第１の厚さは少なくとも約４０％だけ減少する、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  22. 前記内側層は第１の厚さを備え、前記外側層は第２の厚さを備え、少なくとも約３４．４８ＭＰａ（約５，０００ｐｓｉ）の圧力で前記アキュムレータが作動流体で満たされたときに、前記第２の厚さは少なくとも約２０％だけ減少する、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  23. 少なくとも約３４．４８ＭＰａ（約５，０００ｐｓｉ）の圧力で前記アキュムレータが作動流体で満たされたときに、前記第１の厚さは少なくとも約４０％だけ減少する、請求項２２に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  24. 前記内側層は第１の非圧縮厚さを備え、前記外側層は第２の非圧縮厚さを備え、少なくとも約３４．４８ＭＰａ（約５，０００ｐｓｉ）の圧力で前記アキュムレータが作動流体で満たされたときに、前記第１の非圧縮厚さおよび第２の非圧縮厚さは、総量だけ減少させられ、減少された厚さの前記総量の約８５％までが、前記内側層に生じる、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  25. 前記内側層は第１の非圧縮厚さを備え、前記外側層は第２の非圧縮厚さを備え、少なくとも約３４．４８ＭＰａ（約５，０００ｐｓｉ）の圧力で前記アキュムレータが作動流体で満たされたときに、前記第１の非圧縮厚さおよび前記第２の非圧縮厚さは、総量だけ減少させられ、減少された厚さの前記総量の約１５％までが、前記外側層に生じる、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  26. 前記アキュムレータは変更可能な内部容積を含み、前記変更可能な内部容積は前記アキュムレータの広げられていない状態に対応する初期の内部容積の約１３倍まで増加させられるように構成された、請求項１に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  27. 拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体において、
    中心軸、および内部に作動流体を収容する内部室を画定するリザーバと、
    前記中心軸と同軸であり、前記リザーバ内に少なくとも部分的に配置され、前記内部室内に収容された前記作動流体に少なくとも部分的に浸され、作動流体を前記リザーバと交換するように構成された拡張可能なアキュムレータと、
    前記リザーバと同軸であり、前記アキュムレータの少なくとも長さにわたって延在する支持体とを備え、前記支持体は、前記リザーバから加圧作動流体を受け取ると前記アキュムレータの拡大を制限するように前記アキュムレータの外周と係合可能である、拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  28. 前記支持体は、円筒形の硬質チューブとして構成された、請求項２７に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  29. 拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体において、
    内部に作動流体を収容する内部室を画定するリザーバと、
    前記リザーバ内に少なくとも部分的に配置され、前記内部室内に収容された前記作動流体に少なくとも部分的に浸される単一の拡張可能なアキュムレータとを備え、
    前記アキュムレータは、作動流体を前記リザーバと交換するように構成され、前記リザーバは内部容積を含み、前記アキュムレータは前記アキュムレータ内の作動流体の量に応じて前記リザーバの前記内部容積の約４０％乃至約７０％を占める、拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  30. 前記リザーバ内の前記作動流体の約７５％までが、前記アキュムレータと交換可能である、請求項２９に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  31. 前記単一の拡張可能なアキュムレータは、前記アキュムレータの材料内に少なくとも約２０３ｋＮｍ（約１５０，０００ｆｔ−ｌｂｓ）のエネルギを貯蔵するように構成された、請求項２９に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  32. 前記アキュムレータは変更可能な内部容積を含み、前記変更可能な内部容積は前記アキュムレータの広げられていない状態に対応する初期の内部容積の約１３倍まで増加させられるように構成された、請求項２９に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
  33. 前記アキュムレータは、非円形の断面形状を画定する内面を有する単層を含む、請求項２９に記載の拡張可能なアキュムレータおよびリザーバの組立体。
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