Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА АККУМУЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГИИ, ВКЛЮЧАЮЩАЯ В СЕБЯ УЗЕЛ РАСШИРЯЕМОГО АККУМУЛЯТОРА И РЕЗЕРВУАРА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к гибридным приводным системам для транспортных средств и более конкретно к гибридным гидравлическим приводным системам для транспортных средств.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Типичная гибридная гидравлическая приводная система транспортного средства использует реверсивный насос/двигатель, чтобы поглотить или добавить мощность, или использует его как вспомогательное устройство для обычной системы управления транспортного средства. Система поглощает мощность откачкой гидравлической текучей среды из резервуара низкого давления в гидравлическую систему аккумулирования энергии. Эта гидравлическая система аккумулирования энергии обычно включает в себя один или несколько загруженных азотом гидравлических аккумуляторов. Гибридные гидравлические приводные системы обычно добавляют мощность к обычным приводным системам транспортного средства, используя гидравлическую энергию, запасенную в гидравлических аккумуляторах, для управления реверсивным насосом/двигателем как двигателем.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение представляет согласно одному аспекту узел расширяемого аккумулятора и резервуара, включающий в себя резервуар, задающий внутреннюю камеру с содержащейся в ней рабочей текучей средой, и расширяемый аккумулятор, по меньшей мере частично расположенный в резервуаре и по меньшей мере частично погруженный в рабочую текучую среду, содержащуюся во внутренней камере. Аккумулятор выполнен для обмена рабочей текучей средой с резервуаром.

Настоящее изобретение представляет согласно другому аспекту систему аккумулирования энергии, включающую в себя резервуар, задающий внутреннюю камеру с содержащейся в ней рабочей текучей средой, реверсивный насос/двигатель, гидравлически связанный с резервуаром, и расширяемый аккумулятор, по меньшей мере частично расположенный в резервуаре и по меньшей мере частично погруженный в рабочую текучую среду, содержащуюся во внутренней камере. Аккумулятор содержит рабочую текучую среду и имеет избирательную гидравлическую связь с реверсивным насосом/двигателем, чтобы подать рабочую текучую среду под давлением на реверсивный насос/двигатель, при его работе как двигатель, и чтобы принять рабочую текучую среду под давлением, высвобожденный реверсивным насосом/двигателем, при его работе как насос.

Настоящее изобретение представляет согласно еще одному аспекту способ эксплуатации системы аккумулирования энергии. Способ включает в себя предоставление резервуара, задающего внутреннюю камеру с содержащейся в ней рабочей текучей средой, размещая расширяемый аккумулятор по меньшей мере частично во внутреннюю камеру, погружая расширяемый аккумулятор по меньшей мере частично в рабочую текучую среду, содержащуюся во внутренней камере, возвращая рабочую текучую среду в резервуар с помощью реверсивного насоса/двигателя, работающего как двигатель, и извлекая рабочую текучую среду из резервуара, когда реверсивный насос/двигатель работает как насос.

Настоящее изобретение представляет согласно другому аспекту расширяемый аккумулятор, включающий в себя корпус, имеющий внутренний слой, задающий внутреннее пространство, и внешний слой, по меньшей мере частично окружающий внутренний слой. Аккумулятор также включает в себя впускное/выпускное отверстие для обмена текучей средой с внутренним пространством. Внутренний слой характеризуется большей деформацией разрушения, чем внешний слой.

Настоящее изобретение представляет согласно еще одному аспекту узел расширяемого аккумулятора и резервуара, включающий в себя резервуар, задающий внутреннюю камеру с содержащейся в ней рабочей текучей средой, и расширяемый аккумулятор. Расширяемый аккумулятор включает в себя внутренний слой и внешний слой, по меньшей мере частично окружающий внутренний слой. Внутренний слой характеризуется большей деформацией разрушения, чем внешний слой. Аккумулятор по меньшей мере частично размещен в резервуаре и по меньшей мере частично погружен в рабочую текучую среду, содержащуюся во внутренней камере. Аккумулятор выполнен для обмена рабочей текучей средой с резервуаром.

Настоящее изобретение представляет согласно другому аспекту узел расширяемого аккумулятора и резервуара, включающий в себя резервуар, определяющий центральную ось и внутреннюю камеру с содержащейся в ней рабочей текучей средой, и расположенный коаксиально с центральной осью расширяемый аккумулятор, по меньшей мере частично расположенный в резервуаре и по меньшей мере частично погруженный в рабочую текучую среду, содержащуюся во внутренней камере. Аккумулятор выполнен для обмена рабочей текучей средой с резервуаром. Узел также включает в себя суппорт, расположенный коаксиально с резервуаром и проходящий по меньшей мере на длину аккумулятора. Суппорт входит в контакт с внешней периферией аккумулятора, чтобы ограничить расширение аккумулятора после приема рабочей текучей среды под давлением из резервуара.

Настоящее изобретение представляет согласно еще одному аспекту узел расширяемого аккумулятора и резервуара, включающий в себя резервуар, задающий внутреннюю камеру, содержащую рабочую текучую среду, и единственный расширяемый аккумулятор, по меньшей мере частично расположенный в резервуаре и по меньшей мере частично погруженный в рабочую текучую среду, содержащуюся во внутренней камере. Аккумулятор выполнен для обмена рабочей текучей средой с резервуаром. Резервуар имеет внутренний объем, и аккумулятор занимает от приблизительно 40% до приблизительно 70% внутреннего объема резервуара в зависимости от количества рабочей текучей среды в аккумуляторе.

Другие признаки и объекты изобретения станут очевидными при рассмотрении нижеследующего подробного описания и сопровождающих чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 изображает схему первой конструкции системы аккумулирования энергии настоящего изобретения, показывающую резервуар и расширяемый аккумулятор, располагаемый в пределах резервуара.

Фиг.2 - схема системы аккумулирования энергии на фиг.1, показывающая аккумулятор в ситуации расширения в ответ на прием рабочей текучей среды под давлением от реверсивного насоса/двигателя, работающего как насос.

Фиг.3 - схема второй конструкции системы аккумулирования энергии настоящего изобретения, показывающая резервуар и множественные аккумуляторы, располагаемые в резервуаре.

Фиг.4 - вид сечения многослойного эластичного баллона, который может быть использован в расширяемом аккумуляторе на фиг.1-3.

Фиг.5 - вид сечения многослойной трубы или эластичного баллона, который может быть использован в расширяемом аккумуляторе на фиг.1-3.

Фиг.6 - вид сечения трубы или эластичного баллона, который может быть использован в расширяемом аккумуляторе на фиг.1-3, имеющего некруговую внутреннюю поверхность.

Фиг.7 - перспективный вид узла резервуара и расширяемого аккумулятора.

Фиг.8 - детализированный перспективный вид узла на фиг.7, показывающий несколько конструкций расширяемого аккумулятора.

Фиг.9 - вид сечения узла на фиг.7 вдоль линии 9-9, показывающий аккумулятор в нерасширенном состоянии.

Фиг.10 - вид сечения узла на фиг.9, показывающий аккумулятор в частично расширенном состоянии.

Фиг.11 - вид сечения узла на фиг.9, показывающий аккумулятор в полностью расширенном состоянии.

Фиг.12 - вид сечения узла на фиг.7 с аккумулятором, выполненным в виде многослойного эластичного баллона, показывающий эластичный баллон в нерасширенном состоянии.

Фиг.13 - вид сечения узла на фиг.12, показывающий эластичный баллон в частично расширенном состоянии.

Фиг.14 - вид сечения узла на фиг.12, показывающий эластичный баллон в полностью расширенном состоянии.

Прежде чем будут рассмотрены какие-либо варианты реализации изобретения, следует понимать, что изобретение не ограничивается в его применении данными деталями конструкции и расположением элементов, сформулированными в нижеследующем описании или показанными на нижеследующих чертежах. Изобретение применимо и к другим вариантам реализации и может быть осуществлено или выполнено различным образом. Кроме того, следует понимать, что используемая в данном случае фразеология и терминология служит только для описания и не должна рассматриваться как ограничивающая.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

На фиг.1 показана система 10 аккумулирования энергии для гибридного транспортного средства. Однако система 10 может быть использована в других приложениях (например, в мобильных или промышленных гидравлических устройствах и т.д.). В частности, система 10 выполнена в виде параллельной гидравлической регенеративной приводной системы 10, включающей в себя узел 14 аккумулятора и резервуара и реверсивный насос/двигатель 18 работающий вместе с узлом 14. Альтернативно система 10 может быть выполнена в виде последовательной гидравлической регенеративной приводной системы, в которой насос/двигатель 18 непосредственно связан с осью колеса или приводной осью транспортного средства. Как дополнительная альтернатива система 10 может включать в себя больше чем один насос/двигатель 18.

Узел 14 включает в себя резервуар 22 и аккумулятор 26, селективно обменивающийся текучей средой с резервуаром 22 с помощью насоса/двигателя 18. Реверсивный насос/двигатель 18 выполнен в виде устройства с переменным рабочим объемом, с осевым поршнем, а именно насос/двигатель 18 аксиально-поршневой конструкции, например, Модель No.A4VSO Bosch Rexroth реверсивного насоса/двигателя 18 с переменным рабочим объемом с осевым поршнем. Альтернативно реверсивный насос/двигатель 18 может быть выполнен имеющим постоянный рабочий объем, а не переменный рабочий объем. Реверсивный насос/двигатель 18 приводится во вращение посредством связи с вращающимся валом 30 (например, выходным валом двигателя, добавочной приводной системой двигателя, приводным валом между трансмиссией и осевым узлом, колесной или ведущей осью, и т.д.). Как рассмотрено более подробно ниже, насос/двигатель 18 передает мощность на вращающийся вал 30, работая как двигатель, и насос/двигатель 18 управляется вращающимся валом 30, работая как насос.

Снова обращаясь к фиг.1, резервуар 22 содержит рабочую текучую среду (например, гидравлическую текучую среду) и обменивается текучей средой с реверсивным насосом/двигателем 18 посредством перепускного канала 34. Теплообменник и/или фильтр рабочей текучей среды (не показан) может быть расположен в перепускном канале 34 для текучей среды, чтобы облегчить охлаждение и фильтрацию рабочей текучей среды. Реверсивный насос/двигатель 18 гидравлически связан с резервуаром 22, чтобы всосать рабочую текучую среду низкого давления (в направлении стрелки А на фиг.2) из резервуара 22 через перепускной канал 34 текучей среды, работая как насос. Реверсивный насос/двигатель 18 также гидравлически связан с резервуаром 22, чтобы возвратить рабочую текучую среду низкого давления (в направлении стрелки B на фиг.1) в резервуар 22 через перепускной канал 34 текучей среды, работая как двигатель.

Реверсивный насос/двигатель 18 гидравлически связан с аккумулятором 26 через перепускной канал 42 текучей среды, чтобы подать рабочую текучую среду под давлением (в направлении стрелки А на фиг.2) на аккумулятор 26, работая как насос. Реверсивный насос/двигатель 18 также гидравлически связан с аккумулятором 26 через перепускной канал 42 текучей среды, чтобы принять рабочую текучую среду под давлением (в направлении стрелки B на фиг.1) из аккумулятора 26, работая как двигатель. Разделительный клапан 46 располагается в перепускном канале 42 текучей среды и блокирует поток рабочей текучей среды через перепускной канал 42, будучи в закрытом состоянии, и разрешает поток рабочей текучей среды через перепускной канал 42, будучи в открытом состоянии.

Снова обращаясь к фиг.1, резервуар 22 определяет внутреннюю камеру 50, в которой содержится рабочая текучая среда. В показанной конструкции системы 10 аккумулирования энергии аккумулятор 26 располагается в резервуаре 22 и по меньшей мере частично погружен в рабочую текучую среду, содержащуюся во внутренней камере 50. Альтернативно аккумулятор 26 может быть по меньшей мере только частично расположен в резервуаре 22 так, что меньшая часть аккумулятора 26 погружена в рабочую текучую среду по сравнению с положением аккумулятора 26 на фиг.1. Кроме того, в показанной конструкции системы 10 аккумулирования энергии аккумулятор 26 включает в себя фланец 54, чтобы облегчить установку аккумулятора 26 в резервуар 22. Любой из множества различных структурных элементов (например, крепежных элементов и т.д.), процессов (например, сварка, склейка и т.д.) или комбинация структурных элементов и процессов могут быть использованы для прикрепления фланца 54 и, таким образом, аккумулятора 26 к резервуару 22.

Снова обращаясь к фиг.1, резервуар 22 включает в себя единственное впускное/выпускное отверстие 58 низкого давления, гидравлически сообщающееся с перепускным каналом 34 для текучей среды, через который проходит рабочая текучая среда, входя или выходя из резервуара 22. Аналогично аккумулятор 26 включает в себя единственное впускное/выпускное отверстие 62 высокого давления, гидравлически сообщающееся с перепускным каналом 42 текучей среды, через который проходит рабочая текучая среда, входя или выходя из аккумулятора 26. Альтернативно резервуар 22 может включать в себя больше чем одно впускное/выпускное отверстие 58 низкого давления. В такой конфигурации резервуара множество впускных/выпускных отверстий 58 низкого давления может быть соединено с соответствующими перепускными каналами 34 для текучей среды.

В показанной конструкции системы 10 резервуар 22 по существу воздухонепроницаем (то есть "закрыт") и пригоден для поддержания воздуха в резервуаре 22 при атмосферном давлении (например, 0 фунтов на квадратный дюйм по манометру) или при давлении выше, чем атмосферное давление. Альтернативно резервуар 22 может быть открытым для атмосферы и включать в себя всасывающий клапан, чтобы позволить обмен воздухом с атмосферой. Внутренняя камера 50 резервуара 22 включает в себя воздушное пространство 66, окружающее аккумулятор 26 выше рабочей текучей среды. Как предварительно упомянуто, воздушное пространство 66 может включать в себя воздух при атмосферном давлении или при давлении выше, чем атмосферное давление. Повышение давления резервуара 22 (то есть предоставление воздуха в воздушном пространстве 66 при давлении выше, чем атмосферное давление) по существу гарантирует, что давление рабочей текучей среды во впуске насоса/двигателя 18 (и впускном/выпускном отверстии 58 резервуара 22) будет поддерживаться на уровне, достаточном, чтобы по существу предотвратить кавитацию в насосе/двигателе 18 при его работе в качестве насоса.

В показанной конструкции системы 10 резервуар 22 схематично показан как имеющий в целом цилиндрическую форму. Однако резервуар 22 может быть выполнен и как имеющий любую из множества различных форм, чтобы соответствовать конструкции гибридного транспортного средства, в котором располагается резервуар 22. Кроме того, резервуар 22 может быть выполнен из любого из множества различных материалов (например, металлов, пластмасс, композитных материалов и т.д.). Также в показанной конструкции системы 10 резервуар 22 схематично показан в вертикальной ориентации. Однако резервуар 22 может быть расположен в любой из множества различных ориентаций в гибридном транспортном средстве, включающем систему 10. Например, резервуар 22 может быть ориентирован отвесно (то есть вертикально) в транспортном средстве, может быть положенным на плоскости (то есть горизонтально) или расположенным наклонно под любым углом между горизонтальной ориентацией резервуара 22 и вертикальной ориентацией резервуара 22.

Снова обращаясь к фиг.1, аккумулятор 26 выполнен в виде расширяемого аккумулятора 26, в котором внутренний объем, или пространство аккумулятора 26, варьируются в зависимости от количества рабочей текучей среды, содержащейся в аккумуляторе 26. В показанной конструкции системы 10 аккумулятор 26 включает в себя расширяемую трубу 70, имеющую противоположные концы 74, 78 и внутреннее пространство 82 между концами 74, 78. Впускное/выпускное отверстие 62 расположено на верхнем конце 74 (как видно из фиг.1) трубы 70, и фиксирующий хомут 86 связывает впускное/выпускное отверстие 62 с трубой 70. Фиксирующий хомут 86 также функционирует как уплотнение, чтобы по существу предотвратить утечку рабочей текучей среды между верхним концом 74 и впускным/выпускным отверстием 62. Одно или несколько уплотнений (например, О-кольца, прокладки-сальники и т.д.) также могут быть использованы для герметичной посадки фиксирующего хомута 86 на впускном/выпускном отверстии 62 и фиксирующего хомута 86 на верхнем конце 74 трубы 70. Другой фиксирующий хомут 90 соединяется с нижним концом 78 (как показано на фиг.1) трубы 70, чтобы закрыть нижний конец 78 трубы 70 и предотвратить обмен рабочей текучей средой между аккумулятором 26 и резервуаром 22 через нижний конец 78. Одно или несколько уплотнений (например, О-кольца, прокладки-сальники и т.д.) могут быть использованы для герметичной посадки фиксирующего хомута 90 на нижнем конце 78 трубы 70. Альтернативно эластичный баллон 118, имеющий только единственный открытый конец (то есть конец, смежный с впускным/выпускным отверстием 62), может быть использован с аккумулятором 26 вместо трубы 70 (фиг.4).

В связи с фиг.1 аккумулятор 26 может включать в себя клапан 94 деаэрирования, соединенный с фиксирующим хомутом 90 и гидравлически связанный с внутренним пространством 82 трубы 70. Такой клапан 94 деаэрирования (например, шаровой клапан с прижимной пружиной) предполагает открытую конфигурацию, когда аккумулятор 26 не сжат, чтобы позволить выпуск вовлеченного воздуха из аккумулятора 26 в резервуар 22, когда допускается подъем вовлеченного воздуха через рабочую текучую среду в воздушное пространство 66. Клапан 94 деаэрирования тогда предполагает закрытую конфигурацию, когда аккумулятор 26 сжат, чтобы предотвратить для рабочей текучей среды с повышенным давлением в аккумуляторе 26 утечку в резервуар 22.

Снова обращаясь к фиг.1, аккумулятор 26 включает в себя множество суппортов 98, которые контактируют с внешней периферией трубы 70, чтобы ограничить степень возможного расширения трубы 70, когда рабочая текучая среда высокого давления перемещается из резервуара 22 в аккумулятор 26. Хотя показаны раздельные суппорты 98, "плавные формирователи", вместе с аккумулятором 26, но альтернативно вокруг внешней периферии трубы 70 может быть расположена единственная обойма, и она может быть отделена от внешней периферии трубы 70 определенным промежутком, соответствующим желаемой степени возможного расширения трубы 70. Эта обойма может также иметь такую форму, чтобы задать и ограничить расширенную форму аккумулятора 26 (например, до расширенной формы аккумулятора 26, показанной на фиг.2).

Расширяемая труба 70, или эластичный баллон, выполнена из резинового материала (например, полиуретана, натурального каучука, полиизопрена, эластомеров фторполимера, нитрилов и т.д.), чтобы облегчить деформацию трубы 70 в ответ на рабочую текучую среду под давлением, накачиваемую в аккумулятор 26, когда реверсивный насос/двигатель 18 работает как насос. Конкретно, как показано на фиг.2, радиальный размер D, соответствующий внешнему диаметру среднего участка трубы 70, изменяется в ответ на рабочую текучую среду под давлением, заполняющую и выходящую из аккумулятора 26. Однако внешний диаметр трубы 70, смежный с каждым из концов 74, 78, поддерживается по существу постоянным соответствующими фиксирующими хомутами 86, 90. Аккумулятор 26 функционирует, прикладывая сжимающую силу к рабочей текучей среде в трубе 70, когда радиальный размер D увеличивается от значения, соответствующего нерастянутой или недеформированной трубе 70 (см. фиг.1). Иначе говоря, рабочая текучая среда под давлением, вводимая в аккумулятор 26, выполняет работу с трубой 70, вытягивая или расширяя трубу 70 до формы, которая показана на фиг.2. Эта энергия аккумулируется в трубе 70 на молекулярном уровне и пропорциональна величине деформации, испытываемой трубой 70.

Заявители обнаружили с помощью тестирования, что, когда внутреннее пространство однородной трубы 70 (то есть трубы 70, имеющей только единственный слой, без укрепления волокном) сжимается, большая часть энергии деформации, аккумулируемой в трубе 70, концентрируется вблизи внутренней поверхности трубы 70. Заявители также обнаружили, что концентрация энергии деформации, аккумулируемой в трубе 70, уменьшается с увеличением радиального положения вдоль толщины трубы 70. Иначе говоря, материал вблизи внешней поверхности трубы 70 вносит меньший вклад в аккумулирование энергии деформации, чем материал вблизи внутренней поверхности трубы 70. Для увеличения однородности распределения энергии деформации по толщине трубы 70 может быть использована многослойная конструкция, в который самый внутренний слой трубы характеризуется большей деформацией разрушения (то есть деформацией, при которой происходит разрушение во время испытания на растяжение), чем наиболее удаленный слой, и в которой наиболее удаленный слой характеризуется большей жесткостью, чем самый внутренний слой. Поскольку такая многослойная труба может более эффективно сохранять энергию деформации вдоль ее толщины, максимальное внутреннее давление, которое труба способна выдержать, также может быть увеличено по сравнению с трубой с единственным слоем 70.

Как показано на фиг.4, эластичный баллон 118 включает в себя внутренний слой 122, задающий внутреннее пространство 126, в котором содержится рабочая текучая среда, и внешний слой 130, окружающий внутренний слой 122. Следует также понимать, что та же самая конфигурация может быть осуществлена как труба, имеющая открытые противоположные концы. Внешний слой 130 находится в контакте с рабочей текучей средой в резервуаре 22, когда эластичный баллон 118 используется с аккумулятором, и аккумулятор 26 погружен в рабочую текучую среду. Внутренний слой 122 характеризуется большей деформацией разрушения, чем внешний слой 130, и внешний слой 130 характеризуется большей жесткостью (то есть имеет больший модуль упругости), чем внутренний слой 122. В конструкции эластичного баллона 118, в котором по меньшей мере 200 кДж энергии деформации может быть сохранено при внутреннем давлении приблизительно между 3000 фунтов на квадратный дюйм и приблизительно 6000 фунтов на квадратный дюйм, деформация разрушения внутреннего слоя 122 может быть приблизительно на 30%-70% больше, чем деформация разрушения внешнего слоя 130. Аналогично при тех же самых условиях жесткость внешнего слоя 130 может быть приблизительно на 30%-70% больше, чем жесткость внутреннего слоя 122.

В дополнение к предоставлению рассмотренных выше рабочих характеристик материалы, содержащие внутренние и внешние слои 122, 130 эластичного баллона 118, могут быть выбраны так, что каждый из слоев 122, 130 был бы стойким к рабочей текучей среде настолько, что ухудшение любого из слоев 122, 130 после длительного контакта с рабочей текучей средой по существу исключается. Например, внутренние и внешние слои 122, 130 эластичного баллона 118 могут быть выполнены из эластомера, включающего в себя нитрил-бутадиен-каучук (NBR), эластомер фторполимера (например, VITON), полимер полиуретана, упругий углеводородный полимер (например, натуральный каучук) и т.д. Каждый из внутренних и внешних слоев 122, 130 может быть выполнен из материалов различных марок в пределах одного и того же семейства материалов. Альтернативно внутренние и внешние слои 122, 130 могут быть выполнены из материалов, имеющих существенно различающиеся химические свойства.

Снова обращаясь к фиг.4, внутренние и внешние слои 122, 130 эластичного баллона 118 могут быть отдельно сформированы и собраны так, чтобы внутренняя поверхность внешнего слоя 130 соответствовала бы внешней поверхности внутреннего слоя 122. Внешний слой 130 может быть связан с внутренним слоем 122 (например, используя связующее клейкое вещество, и т.д.) или может не быть связанным с ним. Альтернативно внутренние и внешние слои 122, 130 эластичного баллона 118 могут быть совместно сформованы так, что последующая сборка слоев 122, 130 не требуется. Например, концентрические внутренние и внешние слои многослойной трубы (не показаны) могут быть получены совместной экструзией слой за слоем.

Относительно фиг.5 показывается другая многослойная конструкция трубы или эластичного баллона 134, которая может быть использована в аккумуляторе 26 на фиг.1-3. Труба или эластичный баллон 134 включают в себя четыре слоя - внутренний слой 138, внешний слой 142 и два промежуточных внутренних слоя 146, 150. Подобно эластичному баллону 118 на фиг.4 внутренний слой 138 характеризуется большей деформацией разрушения, чем внешний слой 142, и внешний слой 142 характеризуется большей жесткостью, чем внутренний слой 138. В некоторых конструкциях трубы или эластичного баллона 134 деформация разрушения слоев 138, 146, 150, 142 может постепенно уменьшаться от внутреннего слоя 138 к внешнему слою 142. Например, деформация разрушения слоев 138, 146, 150, 142 может постепенно уменьшаться в соответствии с линейным или нелинейным (например, второго порядка, третьего порядка и т.д.) соотношением. Аналогично жесткость слоев 138, 146, 150, 142 может постепенно увеличиваться от внутреннего слоя 138 к внешнему слою 142 в соответствии с линейным или нелинейным (например, второго порядка, третьего порядка и т.д.) соотношением.

Слои 138, 146, 150, 142 могут быть выполнены из тех же самых материалов, что рассматривались выше в связи с эластичным баллоном 118 на фиг.4. Однако, только внутренний и внешний слои 138, 142 трубы или эластичного баллона 134 необходимо должны быть выполнены из материала, стойкого к рабочей текучей среде, поскольку промежуточные внутренние слои 146, 150 не находятся в контакте с рабочей текучей средой, когда аккумулятор 26 погружен в рабочую текучую среду. Также промежуточные внутренние слои 146, 150 могут быть выполнены из материала, который обладает желаемыми свойствами энергии деформации, но при отсутствии стойкости относительно рабочей текучей среды. В одной конструкции трубы или эластичного баллона 134 толщины слоев 138, 142 могут быть относительно малыми по сравнению с толщинами промежуточных внутренних слоев 146, 150 так, что промежуточные внутренние слои 146, 150 прежде всего используются для аккумулирования энергии, в то время как внутренние и внешние слои 138, 142 прежде всего используются как барьеры для ограждения промежуточных внутренних слоев 146, 150 от рабочей текучей среды. В такой конструкции слои 138, 142 могут давать очень малый или незначительный вклад в общую возможность аккумулирования энергии трубы или эластичного баллона 134 так, что деформация разрушения или значения жесткости слоев 138, 142 не должна выбираться в связи с этими значениями промежуточных внутренних слоев 146, 150. Иначе говоря, "внутренний" промежуточный слой 146 может включать в себя большую деформацию разрушения, чем "внешний" промежуточный слой 150, однако внутренний слой 138 не должен иметь большую деформации разрушения, чем промежуточный внутренний слой 146.

Отдельные слои 138, 146, 150, 142 могут быть раздельно сформированы и собраны так, чтобы совмещающиеся поверхности слоев 138, 146, 150, 142 соответствовали друг другу. Слои 138, 146, 150, 142 могут быть связаны вместе или нет. Альтернативно слои 138, 146, 150, 142 могут быть совместно сформованы так, что последующая сборка слоев 138, 146, 150, 142 не требуется. Например, при конфигурации в виде трубы 134 слои 138, 146, 150, 142 могут быть получены совместной экструзией слой за слоем.

В связи с фиг.6 показана другая конструкция трубы или эластичного баллона 154, имеющего единственный слой с внутренней поверхностью 158, задающей некруговую форму сечения. Конкретно внутренняя поверхность 158 трубы или эластичного баллона 154 включает в себя чередующиеся выступы 162 и впадины 166, покрывающие длину трубы или эластичного баллона 154 (то есть в глубину страницы с фиг.6). Такая конфигурация трубы или эластичного баллона 154 может также увеличить однородность распределения энергии деформации по толщине трубы или эластичного баллона 154.

При эксплуатации, когда система 10 возвращает кинетическую энергию от вращающегося вала 30, насос/двигатель 18 работает как насос, чтобы всосать рабочую текучую среду из резервуара 22 (через впускной/выпускной патрубок 58) в направлении стрелки А (см. фиг.2), сжимает рабочую текучую среду и закачивает рабочую текучую среду под давлением во внутреннее пространство 82 трубы 70 через открытый разделительный клапан 46 и впускное/выпускное отверстие 62. Аккумулятор 26 расширяется или растягивается в ответ на рабочую текучую среду под давлением, вводящуюся в трубу 70. Расширение аккумулятора 26 происходит постепенно вдоль длины аккумулятора 26, поскольку рабочая текучая среда закачивается в аккумулятор 26 (см., например, расширение аккумуляторов 26a, 26b на фиг.9-11 и 12-13) по существу при постоянном давлении.

Когда рабочая текучая среда выходит из резервуара 22, объем воздушного пространства 66 над рабочей текучей средой по существу не изменяется, поскольку рабочая текучая среда перемещается только с наружной стороны трубы 70 (как показано на фиг.1) во внутреннюю часть трубы 70 (как показано на фиг.2). Иначе говоря, комбинация аккумулятора 26 и резервуара 22 по существу имитирует управляющий объем, в котором объем рабочей текучей среды, выходящей из резервуара 22, по существу равен объему рабочей текучей среды, вводимой в аккумулятор 26. Аналогично объем рабочей текучей среды, выходящей из аккумулятора 26, по существу равен объему рабочей текучей среды, возвращающейся в резервуар 22.

Следовательно, общий объем рабочей текучей среды, поддерживаемой в аккумуляторе 26 и резервуаре 22, в любое данное время в течение эксплуатации системы 10 по существу постоянен. Кроме того, поскольку объем воздушного пространства 66 поддерживается по существу постоянным во время работы системы 10, рабочая текучая среда может быть выпущена из резервуара 22 и возвращена в резервуар 22 без обмена газом или воздухом с атмосферой (то есть втягивания компенсационного воздуха из атмосферы или выпуска воздуха в атмосферу). После того как кинетическая энергия вращающегося вала 30 восстановлена, разделительный клапан 46 приводится к закрытой конфигурации, и труба 70 прикладывает сжимающую силу к рабочей текучей среде, чтобы поддержать рабочую текучую среду при высоком давлении в аккумуляторе 26.

Когда гибридное транспортное средство требует усиления тяги, разделительный клапан 46 приводится к открытой конфигурации, чтобы разрешить протекание рабочей текучей среды под давлением в направлении стрелки B (см. фиг.1) от аккумулятора 26. Как упомянуто выше, энергия, используемая для усиления тяги, сохраняется в трубе 70 на молекулярном уровне и пропорциональна общей деформации, испытываемой трубой 70. Рабочая текучая среда высокого давления течет из аккумулятора 26 через перепускной канал 42 для текучей среды и в насос/двигатель 18, чтобы насос/двигатель 18 работал как двигатель для приведения в движение вала 30. Насос/двигатель 18 затем возвращает рабочую текучую среду низкого давления в резервуар 22 через перепускной канал 34 текучей среды и впускное/выпускное отверстие 58. Поскольку рабочая текучая среда возвращается в резервуар 22, объем воздушного пространства 66 над рабочей текучей средой по существу не изменяется, поскольку рабочая текучая среда перемещается только от внутренней части трубы 70 (как показано на фиг.2) к внешней стороне трубы 70 (как показано на фиг.1). Как ранее упомянуто, комбинация аккумулятора 26 и резервуара 22 по существу имитирует управляющий объем, в котором полный объем рабочей текучей среды, поддерживаемой в аккумуляторе 26 и резервуаре 22, в любое данное время в течение эксплуатации системы 10 по существу постоянен.

На фиг.3 показана вторая конструкция системы аккумулирования энергии 110, включающая в себя узел 114, имеющий сдвоенные аккумуляторы 26, располагаемые в резервуаре 22, чтобы увеличить емкость аккумулирования энергии системы 110. Аналогичные компоненты помечены подобными же цифровыми обозначениями и не рассматриваются подробно.

На фиг.7 и 8 показан узел 14a аккумулятора и резервуара, который может быть использован в системе 10 на фиг.1 и 2. Подобные компоненты помечены подобными же цифровыми обозначениями с символом "a". В показанной конструкции резервуара 22a фланец 54a прикреплен (а именно с использованием винтов 168) к соответствующему фланцу 170 на резервуаре 22a, чтобы загерметизировать внутреннее пространство камеры 50a (фиг.8). Прокладка 174 располагается между фланцем 54a и резервуаром 22a, чтобы облегчить уплотнение фланца 54a на резервуаре 22a. Альтернативно любое из множества различных уплотнений (например, О-кольца и т.д.) может быть расположено между фланцем 54a и резервуаром 22a, чтобы облегчить уплотнение. Альтернативно любое из множества различных крепежных средств или быстроразъемных приспособлений может быть использовано для прикрепления фланца 54a к резервуару 22a.

В связи с фиг.9 расширяемый аккумулятор 26a выполнен в виде однослойного эластичного баллона 178, имеющего открытый конец 182, гидравлически связанный с впускным/выпускным отверстием 62a высокого давления и закрытым концом 186. Альтернативно аккумулятор 26a может быть выполнен в виде многослойного эластичного баллона 190, однослойной трубы 194 или многослойной трубы 198, имеющей такие материальные свойства, как рассмотрено выше (фиг.8). Обращаясь к фиг.9, узел 14a также включает в себя суппорт, или обойму 202, коаксиально расположенную с центральной осью 206 (фиг.8) резервуара 22a и впускного/выпускного отверстия 62a. В показанной конструкции узла 14a обойма 202 выполнена в виде цилиндрической твердой трубы, продлевающей длину эластичного баллона 178. Фланец 54a прикреплен (а именно с использованием винтов 168) к соответствующему фланцу 210 на обойме (фиг.8), чтобы поддержать обойму 202 коаксиально с резервуаром 22a. Фиксирующий хомут 86a также прикреплен (а именно, с использованием болтов) к фланцу 54a, чтобы поддержать аккумулятор 26a коаксиально с резервуаром 22a и обоймой 202. В показанной на фиг.9 конструкции узла 14a, фиксирующий хомут 86a выполнен в виде кольца для закрепления конца или участка 214 кромки аккумулятора 26a между фиксирующим хомутом 86a и фланцем 54a. Альтернативно фиксирующий хомут 86a может быть выполнен любым из множества различных вариантов прикрепления аккумулятора 26a к фланцу 54a и, таким образом, к резервуару 22a.

Как рассмотрено выше, обойма 202 отстоит от внешней периферии эластичного баллона 178 на определенное расстояние, соответствующее желаемой степени возможного расширения эластичного баллона 178. Край обоймы 202 вблизи впускного/выпускного отверстия 58a низкого давления также отнесен от края резервуара 22a на достаточное расстояние, чтобы позволить свободное протекание рабочей текучей среды между областями внутреннего пространства камеры 50a внутри обоймы 202 и вне обоймы 202. Относительно фиг.7-9 резервуар 22a включает в себя отверстие 218 наполнения, гидравлически связанное с внутренним пространством камеры 50a, чтобы позволить снова наполнить резервуар 22a рабочей текучей средой, когда это необходимо. Хотя и не показано, возможно использование защитной крышки для отверстия 218 наполнения, чтобы загерметизировать резервуар 22a.

Относительно фиг.9 эластичный баллон 178 включает в себя переменный внутренний объем 222, который увеличивается, когда рабочая текучая среда принимается внутрь эластичного баллона 178 при относительно постоянном давлении. Как отмечено выше, Заявители обнаружили с помощью тестирования, что большая часть энергии деформации, сохраняемой в баллоне 178, сконцентрирована около внутренней поверхности эластичного баллона 178. Иначе говоря, материал вблизи внутренней поверхности эластичного баллона 178 сжат в радиальном направлении наружу, когда сжатая рабочая текучая среда принимается в баллон 178 (см. фиг.10 и 11), эффективно приводя к тому, что внутренний объем 222 эластичного баллона 178 постепенно увеличивается вдоль длины эластичного баллона 178. В некоторых конструкциях эластичного баллона 178 переменный внутренний объем 222 выполнен с возможностью увеличения приблизительно в 13 раз начального внутреннего объема, соответствующего нерасширенному состоянию эластичного баллона 178 (фиг.9). В результате, приблизительно до 75% рабочей текучей среды в резервуаре 22a может быть обменено с баллоном 178, когда эластичный баллон 178 расширяется от своего нерасширенного состояния (фиг.9) до его полностью расширенного состояния (фиг.11). В показанной конструкции узла 14a резервуар 22a выполнен с возможностью содержать 30 литров рабочей текучей среды, тогда как эластичный баллон 178 выполнен с возможностью содержать по меньшей мере 22 литра рабочей текучей среды, когда он полностью расширен, как показано на фиг.11. Альтернативно резервуар 22a может быть выбран по размеру так, чтобы содержать соответственно больше или меньше рабочей текучей среды.

Относительно фиг.9 и 11 эластичный баллон 178 может занимать приблизительно от 40% и приблизительно до 70% внутреннего объема (который задается внутренним пространством камеры 50a) резервуара 22a, в зависимости от количества рабочей текучей среды в баллоне 178. Например, как показано на фиг.9, эластичный баллон 178 занимает приблизительно 40% внутреннего объема резервуара 22a, когда он находится в своем нерасширенном состоянии. Однако когда эластичный баллон 178 наполняется рабочей текучей средой, как показано на фиг.11, эластичный баллон 178 занимает приблизительно 70% внутреннего объема резервуара 22a. При работе с давлением системы приблизительно в 3000 фунтов на квадратный дюйм эластичный баллон 178 выполнен так, чтобы сохранять по меньшей мере приблизительно 150000 фунт-сила-футов энергии, когда полностью заполнен рабочей текучей средой, как показано на фиг.11, что достаточно для обеспечения усиления тяги двухтонного транспортного средства (например, легкового автомобиля или автомобиля-пикапа). При работе с давлением системы приблизительно в 6000 фунтов на квадратный дюйм эластичный баллон 178 выполнен так, чтобы сохранять по меньшей мере приблизительно 750000 фунт-сила-футов энергии, когда полностью заполнен рабочей текучей средой, как показано на фиг.11, что достаточно для обеспечения усиления тяги десятитонного транспортного средства (например, одноосного малотоннажного грузового автомобиля).

В одной конструкции узел 14a занимает только приблизительно 3,6 кубических фута пространства. Такой относительно маленький агрегат возможен в результате позиционирования эластичного баллона 178 в пределах резервуара 22a и при том, что эластичный баллон 178 занимает приблизительно до 70% внутреннего объема резервуара 22a, когда эластичный баллон 178 полностью загружен рабочей текучей средой под давлением. С имеющимися возможностями аккумулирования энергии узла 14a, при работе между системными давлениями 2000 фунтов на квадратный дюйм и 6000 фунтов на квадратный дюйм, плотность энергии (то есть запасенная энергия, разделенная на занимаемое пространство устройства аккумулирования) узла 14a может составлять приблизительно от 41500 фунт-сила-футов/кубический фут и приблизительно до 208500 фунт-сила-футов/кубический фут. Для сравнения плотность энергии обычной гибридной гидравлической системы, включающей в себя газонаполненный аккумулятор и отдельный резервуар низкого давления, составляет приблизительно от одной трети до приблизительно одной пятой плотности энергии узла 14a. Поскольку плотность энергии узла 14a намного выше, чем таковая для обычной гибридной гидравлической системы, включающий в себя газонаполненный аккумулятор и отдельный резервуар низкого давления узел 14a может быть скомпонован намного более эффективно в транспортном средстве или других машинах, с которыми используется узел 14a.

На фиг.12-14 показана другая конструкция узла аккумулятора и резервуара 14b, которая может быть использована в системе 10 на фиг.1 и 2. Подобные компоненты помечены подобными же цифровыми обозначениями с символом "b". Узел 14b идентичен узлу 14a на фиг.7-11, однако многослойный эластичный баллон 190, такой, как показанный на фиг.4 и описанный выше эластичный баллон 118, заменяет однослойный эластичный баллон 178. Эластичный баллон 190 включает в себя внутренний слой 226 и внешний слой 230 и может быть изготовлен подобным же образом, как и описано выше относительно эластичного баллона 118. Альтернативно эластичный баллон 190 может быть выполнен имеющим больше чем два слоя, например, как труба или эластичный баллон 134, показанный на фиг.5.

В одной конструкции эластичного баллона 190, который Заявители протестировали, внутренний слой 226 включает в себя внутренний диаметр D1 приблизительно 2,25 дюймов, и внешний диаметр D2 приблизительно 10,25 дюймов, и внешний слой 230 включает в себя внутренний диаметр D3 приблизительно 10,25 дюймов и внешний диаметр D4 приблизительно 13,25 дюймов. Поэтому толщина Т1 стенки внутреннего слоя 226 составляет приблизительно 4 дюйма, тогда как толщина T2 стенки внешнего слоя 230 составляет приблизительно 1,5 дюйма. Значения этих размеров D1-D4, Т1, T2 соответствуют нерасширенному состоянию эластичного баллона 190, как показано на фиг.12. После заполнения эластичного баллона 190 рабочей текучей средой при давлении приблизительно 5000 фунтов на квадратный дюйм Заявители измерили увеличение каждого из размеров D1-D4 и уменьшение каждой из толщин Т1, T2. В частности, Заявители измерили уменьшение толщины T1 приблизительно как 47% и уменьшение толщины T2 приблизительно как 21%. Рассматривая полное сокращение толщины, связанной с размерами Т1, T2, оказывается, что приблизительно до 85% общего значения уменьшенной толщины относится к внутреннему слою 226. Следовательно, только приблизительно 15% общей величины уменьшения толщины относится к внешнему слою 230. Поэтому конкретные материалы, или марки одного и того же материала, из которого выполнены внутренние и внешние слои 226, 230, могут быть выбраны так, чтобы увеличить однородность распределения энергии деформации по толщине эластичного баллона 190, тем самым, приводя к улучшенным рабочим параметрам и более предсказуемой работе узла 14b.

Работа любого из узлов 14a, 14b по существу подобна работе узла 14, как описано выше.

Различные признаки изобретения сформулированы в следующей формуле изобретения.