专利名称：用于液压能存储系统的紧急能量释放方法
技术领域：
本发明涉及用于通过泄压阀和阀系统释放存储在液压能存储系统中的能量的方法，更具体地说涉及用于释放存储在液压能存储系统例如在汽车中所使用的流体驱动系统中的能量的泄压阀和阀系统。
背景技术：
装配有液压能存储系统的汽车能够在制动期间存储动能，而不是通过制动器将该能量消耗，并且在随后的加速操作中将该能量恢复。在该汽车的原动力也有助于能量存储的情况中，这些汽车通常被称为“液压混合动力型”，或者在只有汽车能量被存储的情况中，这些汽车被称为“存储液压能推进型”(SHEP)。该申请涉及SHEP存储装置，但是在这里所披露的这些发明同样可以适用于液压混合动力汽车。
本发明的这些改进之处应用在通常用来在SHEP汽车中存储能量的液气储能器，并且应用在相应的液压回路上。在工业实践上，在该申请中所使用的术语“流体”指的是液压流体，通常是液体例如专门配制的矿油。术语“气体”指的是用来给液气储能器预加压力的气体通常为干氮。
汽车尤其是经常停止和启动的汽车的性能和燃油经济性可以通过在减速期间存储汽车动能然后在随后的加速期间将它释放出从而减少损失来进行改善。SHEP系统具有可以与汽车的驱动系连接的液压泵/马达(P/M)，从而可以通过将高压液压流体泵送进液气储能器中来使汽车减速。所以可以至少部分地通过使用所存储的动能来驱动作为马达的P/M来实现随后的加速。液压混合系统具有这种相同的能力，外加由汽车发动机驱动的液压泵。这以复杂性增加为代价提供了一种更灵活的系统。重要的是，通过优化发动机使用率它还在燃油经济性方面提供了进一步的改进。
液压混合和SHEP汽车是许多专利和技术论文的主题，美国专利3903696披露了一种基本的SHEP系统，而美国专利4760697是一种更复杂的形式，并且美国专利4242922描述了液压混合的基本内容，所有这些专利在这里被引用作为参考。
已公开的技术论文涵盖了SHEP和混合系统在小汽车、公共汽车、垃圾车、火车和其它车辆中的应用，其代表性的论文有Mechanicalpower regeneration system；“Simulation of a Hydraulic Hybrid VehiclePower Train”，ASME-Paper n 73-ICT-50，Sep 23-27 1973；″PracticalConsiderations for Energy-Storage Motor Vehicles″，published by ASME，New York，N.Y.，U.S.A.1981；以及″Studies of an Accumulator Energy-Storage Automobile Design with a Single Pump/Motor Unit，SAE Paper851677 1985。
发明概述本发明在其广义上涉及一种用于释放在液压能存储系统中的压缩气体的方法，该系统具有高压储能器或带有装有低压气体和流体的低压储能器的补偿高压储能器，并且具有与低压气体和流体相连通并且与泄压阀操作连接的感测部件，用来通过泄压阀来控制流向大气的气体，所述方法包括在预定的压力范围内感测低压气体或流体的压力，并且在感测到低于或高于预定压力范围的气体或流体压力时打开该泄压阀。
本发明在其广义上涉及一种用在双储能器液压能存储系统的泄压系统，所述液压能存储系统具有一低压储能器、一高压储能器和与所述高压储能器和低压储能器流体相通的泵/马达，所述泄压系统包括第一泄压阀，它具有与高压储能器连通的高压气体通道和与低压储能器连通的低压气体通道，用来在低压气体超过预定高压时使高压气体从高压储能器流向大气，所述第一泄压阀具有闩锁部件，用来使所述阀门保持打开以在开始进行排气时持续排出高压气体；第二泄压阀，它具有与高压储能器连通的高压气体通道和与低压储能器连通的低压气体通道，用来在所述低压气体压力低于预定低压时将高压气体排向大气；以及一单向阀，它使低压储能器与高压储能器连通，用来在高压气体压力低于低压气体压力时通过第一阀门的高压通道排出低压气体。该泄压系统还可以包括有一手动阀，它与低压储能器和第二泄压阀的低压气体通道连通，用来将低压气体排向大气；以及一喷口，它设置在低压储能器和手动阀之间，用来在打开手动阀和释放低压气体时使在第二泄压阀的低压气体通道处产生压降，以便同时从第二泄压阀中将高压气体排向大气。
该泄压系统的变型可以包括有一电磁铁操纵的排气阀，它与高压储能器连通用来从中进行高压气体的受控排放；与低压管道和电磁铁操纵的排气阀操作连接的压力传感器和与高压管道和电磁铁操纵的排气阀操作连接的压力传感器，用来感测在低压和高压管道中的压力，以便促动电磁铁操纵的排气阀，从而在感测到低于或高于预定范围的流体压力时将高压气体排向大气；以及一单向阀，它使低压储能器与高压储能器连通，用来在高压气体压力低于低压气体压力时通过电磁铁操纵的排气阀从低压储能器中排出低压气体。
本发明涉及一种用在补偿储能器系统的泄压系统，所述补偿储能器系统具有一高压补偿储能器、一低压储能器和与所述高压补偿储能器和低压储能器流体相通的泵/马达，所述泄压系统包括一排气阀，它与高压补偿储能器连通用来从中排放出高压气体，所述排气阀具有与低压气体或流体源连通的低压气体或流体通道，用来在预定的压力范围上使所述第一排气阀通常保持关闭；以及与所述排气阀操作连接的感测部件，用来感测所述低压气体或流体源的压力并且促动所述排气阀，以便在感测到低于或高于预定范围的气体或流体压力时将高压气体排向大气。
所述泄压系统还包括一小型低压储能器，它与所述低压储能器流体连通，所述小型低压储能器具有与排气阀连通的低压气体出口，用来在预定的低压流体压力范围上使所述排气阀保持关闭；一第一泄压阀，它通过一喷口与低压气体出口连通并且与低压储能器连通，用来在低压流体超过预定压力范围时打开，所述第一泄压阀具有用来在开始排气时使所述阀门保持打开的闩锁部件；以及一第二泄压阀，它通过所述喷口与所述低压气体出口连通并且与低压储能器连通，用来在所述低压流体压力低于预定压力范围时打开，由此所述低压气体压力下降使得排气阀打开以将高压气体排向大气。
本发明的泄压阀包括在其中具有圆柱形腔室的阀体，所述圆柱形腔室在一个端部处具有扩大的直径从而形成扩大的共轴腔室，所述腔室在所述阀体的一个端部处具有与高压通道连通的轴向开口，所述轴向开口具有形成在其中的环形腔室；可滑动地安装的细长柱塞，用来在所述圆柱形腔室、扩大腔室和轴向开口中进行往复轴向运行，所述柱塞具有位于一个端部处的密封提升头和位于该密封提升头附近的环形凹槽，从而在该密封提升头和环形凹槽之间形成一平台；形成在位于所述圆柱形腔室和轴向开口环形腔室之间的轴向开口中的密封部件，用来以密封接合的方式可滑动地容纳柱塞平台；一对相对间隔开的活塞，它们可滑动地安装在与之同心的柱塞上，所述活塞中的一个可以在所述圆柱形腔室内滑动并且另一个活塞可以在所述扩大腔室中滑动；形成在接合这些活塞的所述柱塞上的制动部件，用来使密封提升头前进；用于迫使这些活塞轴向分开的部件，位于高压通道附近的阀座，用来将所述密封提升头容纳在通常闭合的位置中，所述圆柱形腔室具有与所述扩大的圆柱形腔室连通的低压通道；以及大气通道，它与所述环形腔室连通并且与位于该对相对活塞之间的圆柱形腔室连通，由此低压气体的增压或低压气体的降压将使得这些活塞和柱塞平台轴向延伸以清除轴向开口密封部件以迅速促动离开阀座的密封提升头，从而将高压和低压气体排向大气。
附图的简要说明现在将参照以下附图对本发明的这些泄压阀和阀系统进行说明，其中
图1为具有两个储能器的现有技术SHEP系统的示意图；图2为具有补偿储能器的现有技术SHEP系统的示意图；图3为采用流体逻辑释放存储能的示意图；图4为采用计算机或电气逻辑释放存储能的示意图；图5为利用补偿储能器释放存储能的示意图；图6为高低压促动能量释放阀的纵向剖视图；图7为低低压促动能量释放阀的纵向剖视图；并且图8为具有安全膜片的能量释放阀的纵向剖视图。
优选实施方案的详细说明图1以实施例的方式显示出一种现有技术SHEP系统的主要元件的示意图，该系统包括与汽车的传动系(未示出)连接的泵/马达(P/M)单元10，从而使P/M转动与汽车运动相联系。能量存储在高压(HP)储能器12中，该HP储能器通常具有大约为150巴的预充压力和高达406巴的最大压力。因为P/M单元通常是一种高速轴向活塞单元，所以如果要避免在高速下出现空穴作用，则它在泵送时在其入口处需要通常大约为10巴的充气压力。这可以通过低压(LP)储能器13来提供。在这些参考文献中显示出采用超出中心或非超出中心的P/M单元的更详细的回路。
在汽车制动时，P/M用作从LP储能器13将流体传送给HP储能器12的泵。进入HP储能器12的流体将压缩在其中的气体，因此使得压力上升。同时，流体必须离开受到LP气体压力挤压的低压储能器，从而LP压力必须下降。下降的量取决于这两个储能器的相对尺寸。通常LP储能器将大于HP，从而LP压力范围小于位于HP侧的压力范围。
当随后使汽车加速时，P/M用作马达，从而采用来自HP储能器12的高压流体并且将它排放给LP储能器13，同时HP压力下降并且LP压力增加。因此当汽车制动和加速时，HP和LP15储能器压力都在设计压力范围内波动。这些储能器可以是气囊或活塞型。
图2显示出采用补偿储能器的类似SHEP现有技术系统的示意图，该系统有效地将高低压储能器组合成一个组件，从而进入高压侧的流体由来自低压侧的流体补偿。该系统主要由两个与活塞设置在一起的活塞储能器构成，所述活塞与连杆轴向对准地连接。在这里都被引用作为参考的美国专利2721446和美国专利3918498描述了这样一种装置。在其最简单的形式中，在进入HP储能器的流体被来自LP活塞的流体完全补偿时该装置就消除了对LP储能器的需要。
P/M单元21与补偿储能器22连接。该补偿储能器22包括封装着充有预充气体的高压腔室23的外壳构件，并且具有一个由HP活塞24、LP活塞25和连杆26构成的往复运动组件，如所示一样所有都具有密封件。如在图2中所示一样，通向HP活塞24的左边的腔室27与SHEP HP侧连接，而通向LP活塞25的右边的腔室28与SHEP LP侧连接。通向LP活塞25的左边的腔室29通过过滤通气部件30与大气相连。
进入储能器腔室27的HP流体流将使得活塞组件向右移动，从而使得等同体积的流体流出LP通道，并且通过通气部件30将空气抽进。相反，流出储能器腔室27的HP流体流将使得活塞组件向左移动，从而将等同体积的LP流体抽进，并且通过通气部件30将空气推出。
需要一小型LP储能器31来确保在P/M入口处保持合适的充气压力并且补偿由于变化的系统温度和其他因素而导致的体积变化。在正常的减速和加速循环期间没有任何流体进出该储能器。与在图1中所示的等同系统相比较，在储能器充气和排气时LP没有任何变化。
如上所述，图2显示出一种完全补偿储能器，其中LP和HP流是相同的。有时最好使用一种部分补偿储能器，其中活塞21和25的面积不相同，从而LP和HP流不相同。之后有一些流体进出LP储能器31，这可以用于循环操作。这样在储能器充气和排气时根据LP储能器的补偿程度和尺寸在LP中将会有一些变化。
该能量存储系统的任何故障会导致该系统的功能丧失，因此必须将该系统设计成在其正常操作状况下是安全可靠的。这不是本申请所考虑的问题，该问题涉及可能由于事故而发生的安全和污染危险；例如由于材料或装配错误、不正确的维护程序、由于汽车碰撞而导致的破坏、汽车着火或者任意其他起因而引起的危险。
在液压存储系统中的能量以压缩气体的形式存储。HP储能器通常具有约150巴的预充气压，并且当存储器处在最大容量时具有高达400巴的最大压力。
以大型客车例如运动公共汽车为例，预充气体量可以是30升或者更多。在全充气条件下，它被压缩至其体积的大约一半。如果气体不小心突然放出，它在约-180℃的气体温度下会膨胀至大约1500升，从而放出大约1000KJ的能量。
这在整个汽车危险方面不是很大的能量，大约相当于30毫升的汽油，因此也是惰性的高压气体其排放在排放部件受到灵活控制的情况下不会出现严重危险。
该系统还装有约25升的液压流体。它可以是一种专门配制的矿油，或者是一种耐火且可生物降解的流体。在一些情况中，能量存储系统的故障会导致由于存储的气体能量而造成的严重流体泄漏。这种可能性相当于一种比气体单独排出严重得多的危险。
如果存储器是空的，则大部分流体将位于该系统的LP部分中。在采用两个储能器的系统的情况中，如在图1中所示一样，外部泄漏会导致该流体在LP气体的推动下排出。在该示例系统中，这将相当于大约20升的流体损失。
在采用补偿储能器的系统的情况中，如在图2中所示一样，只有由LP气体推动的泄漏来自小得多的LP储能器31。在该示例性系统中，由于补偿储能器的缘故，这将相当于大约2升的泄漏。
如果存储器是满的，则大部分流体将位于HP储能器中。在由图1或图2中所示的任一情况中，外部LP泄漏将较小，但是外部HP泄漏会导致由高压气体推动的大约15升的排放，从而出现相当大的危险。
在下面列出了与存储能量相关的主要可能的故障情况以及对它们的危害可能性的评论，这些将由所列出的情况字母来表示。
A.过大的HP气体压力，可能是由于不小心过量充气或源于汽车着火的高温；通常通过安全阀或安全膜片来处理以提供一种可控的故障模式，就如在气压容器情况中的通常做法一样；只要进行正确处理就不是一种严重危险。
B.过大的LP气体压力，起因如上一样；通常如上面一样进行处理；只要进行正确处理就不是一种严重危险。顺便说一下，本发明提供了用于检测的方法。
C.HP气体直接向大气的迅速释放，如上所述一样；只要进行正确处理就不是一种严重危险。
D.LP气体直接向大气的迅速释放；不是一种严重危险。
E.HP气体向大气的缓慢释放；不是一种危险但是会导致该系统工作不正常。
F.LP气体向大气的缓慢释放；不是一种危险但是会导致该系统工作不正常。顺便说一下，本发明提供了用于检测的方法。
G.HP流体的迅速外泄，如上所述一样；是一种潜在的严重危险，并且需要减少这种可能性。本发明提供了方法。
H.LP流体的迅速外泄，如上所述一样；是一种潜在的严重危险，并且需要减少这种可能性。本发明提供了方法。
I.流体的缓慢外泄；是令人讨厌的事情而不是严重危险，如果没有检测到的话会出现污染。本发明提供用于检测和减小的方法。
J.HP气体向内泄漏进流体侧；会导致过大的LP流体压力，从而产生会导致外部LP流体泄漏的故障(例如过滤器或热交换器的故障)；是一种潜在的危险，并且需要降低。本发明提供了方法。
K.LP气体向内泄漏进流体侧；会导致该系统工作不正常，然而不会产生危险状况。本发明提供了用于检测的方法。
L.汽车事故或汽车维修状况，其中需要手动排放出所存储的能量以降低危险。本发明提供了方法。
从这个列表中可以看出，最具有破坏性的情况是情况G、H和J，并且情况I和L也需要考虑。情况A、B、C和D会导致危险状况但是可以通过已知的适当方法来控制。情况E、F和K会引起系统工作不正常而不是危险状况，但是强调了需要将该系统设计成以安全的方式不正常工作。
本发明主要但不是唯一地使用在LP气体或流体中的变化来提供对危险状况的检测手段并且实现了补救措施。下面在危险情况的基础上来说明LP压力的响应。
A.过大的HP气体压力。在LP压力上没有任何影响。
B.过大的LP气体压力。高LP气体和流体压力。
C.HP气体直接向大气的迅速释放。可能在LP压力上没有任何直接影响。由于HP储能器在这些系统的控制参数内将接受太多流体，所以该系统的操作导致在双储能器系统中的低LP流体压力。
D.LP气体直接向大气的迅速释放。低LP压力。
E.HP气体向大气的缓慢释放。如在上面的C中所述一样，该系统的操作最终导致在双储能器系统中的低LP流体压力。
F.LP气体向大气的缓慢释放。低LP压力。
G.HP流体的迅速外泄。这种情况的出现不会对双储能器系统中的LP压力产生任何影响，除非该系统正在工作。如在下面所述一样，LP压力将在补偿储能器系统内下降。
H.LP流体的迅速外泄。低LP压力。
I.流体的缓慢外泄。低LP压力。
J.HP气体向内泄漏进流体侧。由于流体中的HP气体在它到达LP侧时膨胀，所以出现高LP压力。
K.LP气体向内泄漏进流体侧。由于在该流体中的气体的压缩在它开始受压时降低了在该系统中的总气体体积，所以在该存储器充气时出现低LP压力。
L.手动能量排放。在LP压力上没有任何影响。
该列表显示出伴随着LP压力中的变化而出现的大多数危险和工作不正常状况，尤其是G，H和J的最关键的情况，但是G只出现在补偿储能器系统。
图3显示出在LP气体压力超出正常范围的情况下根据本发明的实施方案用来自动地排出HP气体的双储能器系统的示意图。在图1中描述了泵/马达10、HP储能器12和LP储能器13。在正常操作中，储能器12和13两者都在大约2∶1的范围上操作，例如从在完全排气时的2500psi到在完全充气时的大约5000psi。在这个范围外面的LP气体压力表示需要排出HP气体的潜在危险情况。
两个阀门显示出由LP气体压力引导操作。通气阀34在LP气体压力太高(超过弹簧设定值)的情况下通过机械闩锁35打开，从而一旦操作它就保持打开。在LP气体压力变得太低的情况中，通气阀36打开，并且该阀门通过处于下降的引导压力下的弹簧而打开。在任一情况中，一旦将HP气体排出，则单向阀39将LP气体排出。手动阀37用来将HP和LP气体排出以满足情况L的要求。在通过手动阀37排出LP气体时喷口38引起压力下降，从而通气阀36同时打开以排出HP气体。
图4显示出如在图3中所示一样的系统的电气逻辑，以及提供必要输入信息的压力传感器44和45。这些中的每一个可以由许多用来提供直接控制输出的压力开关构成，或者包括多个输入进控制计算机的模拟传感器。总之该控制过程通过操纵其电磁铁47来打开通气阀46。
还显示出该通气阀具有满足情况L的要求的手动过载控制件48。单向阀49用来在排出HP气体时排出LP气体。
该电气系统可以比在图3中所示的简单系统更加完善。例如，它可以很容易通过其它输入信号例如来自碰撞传感器的信号触发。它还可以检测高压，从而可以将不希望有的高压下降识别为情况G状况，并且触发将HP气体排出以减少流体泄漏的数量。
在将流体来回在两个储能器之间传送时，它还可以考虑HP和LP压力的正常波动。当能量存储器是空的时，HP处于其最低点而LP处在其最高点，并且当能量存储器是满的时，HP处在其最高点而LP处在其最低点。该电气控制系统可以将此考虑进去并且通过将HP考虑进去来对LP变化提供更加敏感的响应。例如，假如采用其中LP从在没有任何存储能量的情况下的10巴向下变化至在完全充满时的5巴的系统，则在该系统排气时可以接受的低LP压力可以从大约9巴向下变化至4巴。图3的这个更简单的系统将需要将通气阀35设定到4巴，而不考虑能量充填的状态。如将在下面所述一样，通过使用对HP和引导LP都敏感的通气阀可以克服图3的局限之处。
在图5中示意性地显示出通气阀在补偿储能器系统上的应用。该实施方案使用一主通气阀54来排出高压气体以及两个较小的通气阀56和59来排出低压并且引导主通气阀。这两个较小的阀门显示出是由LP流体压力而不是气体压力来引导操纵的；可以使用气体或流体压力。
通过穿过喷口55作用的LP气体压力来使主通气阀54保持关闭直到其中一个较小的通气阀打开使使得主引导气体压力下降。
通气阀56在LP太高的情况下打开。然后它通过机械闩锁57锁在打开位置中。手动操作部件58使得能够操纵该阀门以排出HP和LP气体，从而满足情况L。通气阀59在LP太低的情况下打开。
由于补偿储能器的作用，所以通常在LP中没有任何变化，因此可以易感知地设定该系统。如果使用部分补偿储能器，则在LP中将有些变化，这将降低可能的灵敏度，除非引入储能器活塞位置或HP压力的一些反馈。补偿储能器系统优于如前面所述的双储能器系统，并且其额外的优点在于对被认为是最严重危险情况的外部高压流体泄漏敏感。
例如假想出现了交通事故并且在能量存储系统上的冲击引起外部HP流体泄漏。在该流体泄漏出时，HP气体将使储能器活塞向左移动以将该流体保持在高压下。这将使得流体被抽进储能器的LP流体侧，从而将流体抽出LP储能器53，并且使得LP直接下降，从而触发了通气阀59，这反过来触发了主通气阀54以排出高压气体。任何进一步的外部泄漏将处在重力的作用下并且不会受到气体压力的推动，从而既降低了危险又减小了由液压流体溢出而导致的污染。
在图3和4中所示的系统的说明描述了通气阀的益处，这些通气阀对HP以及LP作出反应以对在双补偿储能器系统或局部补偿储能器系统中的工作压力的范围进行修正。图6显示出本发明的阀门，该阀门在LP太高时排出HP气体，并且如在双或局部补偿储能器情况中所要求的一样，在越高的HP数值下设定数值越低。阀体61具有三个通道与HP气体连接的通道62，与LP气体或流体连接的通道63以及与大气连接的通道64。阀柱塞65包括具有终止在座落在阀座69上的密封提升头67中的杆66的密封活塞，如所示一样，该密封活塞在阀门处于正常关闭位置中时密封住HP气体。该柱塞在压缩弹簧68的作用下被推压至密封位置。
弹簧腔室在通道64处通过管道70与大气连接。LP作用在柱塞活塞65的区域65a上，从而有助于打开该阀门。HP气体作用在提升头区域67上，也有助于打开该阀门。适当选择活塞区域、提升头区域和弹簧力提供了在不断增加的HP情况中的更低LP所需的打开特性。
这个剖视图是概略的，为了清楚起见放大地显示出HP提升头；没有画出弹簧的真实尺寸；在图3中被显示作为闩锁35的机械闩锁没有示出，并且可以由本领域普通技术人员以许多方式实施。
图7显示出阀门的另一个实施方案，该阀门在LP太低时将排出HP气体，并且如在双或局部补偿储能器中所要求的一样，HP数值越高则设定数值越低。阀体71具有三个通道与HP气体连接的通道72，与LP气体或流体连接的通道73以及与大气连接的通道74。阀门柱塞75由具有杆76的密封活塞构成。HP气体通过在压缩弹簧78和作用在提升头底座80上的HP气体的作用下保持关闭的提升阀77密封。
柱塞杆76用来通过主压缩弹簧79克服在提升头自身上的正常关闭力和作用在柱塞活塞的区域上的LP来推动打开提升阀77。足够大的LP将使柱塞在所示的位置中保持压靠在弹簧79中。在LP下降时，该柱塞将如在图7中所示一样向右移动以接合提升头77。LP的进一步下降将使得弹簧力还克服提升头关闭力，并且该阀门将打开以将HP气体排向大气。
适当选择活塞区域、提升头区域和弹簧力提供了在不断增加的HP情况中的更低LP的所需打开特性。这个图面是概略的，为了清楚起见放大地显示出HP提升头，并且没有画出主弹簧的真实尺寸。
图8显示出除了参照图6和7所述的可变设定能力之外满足紧急排气的所有规定要求的组合阀门布置。阀体81具有三个通道与HP气体连接的通道82，与LP气体连接的通道83以及与大气连接的通道84。通过安全膜片85将HP气体密封住，该安全膜片在HP气体压力太高的情况下还用作脱开安全器。
柱塞86 具有刀片87，该刀片用来穿过安全膜片85以排出HP气体。平台88与密封件89接合以防止LP气体向大气泄漏，但是用作阀门以随着柱塞的运动排出LP气体。活塞90和91在主体81内轴向往复运动，在主弹簧92的作用下被迫轴向分开，并且可以通过作用到固定环93和94上来使柱塞移动。受到弹簧96挤压的制动凸轮95与在柱塞86中的环形凹槽100接合。安全销97将柱塞保持在图8中所示的非促动活塞中。手动按钮98用来手动操纵该通气系统。
该阀门与安全销97装配在一起，该安全销用来防止主弹簧通过安全膜片启动柱塞。该阀门最好直接安装在储能器的HP气体端部上以减小HP气体泄漏的可能性。
通道83与LP气体系统连接。当对该系统预充气时，活塞90将克服主弹簧的力并且保持在所示的位置中。该安全销可以拆除。将柱塞保持在所示的位置中，以防止出现振动或受到制动器以及作用在该柱塞上的密封件的摩擦的其它外部影响。
假如LP太高，则作用在活塞91上的力将克服主弹簧92的偏压力并且使柱塞如在图8中所示一样向右移动。在柱塞平台88清除了环形密封件89时，在腔室99中的LP气体将向大气排出。喷 102限制了LP气体流入，从而在该腔室中的压力将迅速下降，从而使得主弹簧和作用在活塞91上的LP的组合力推动柱塞刀片97穿过安全膜片85。
该动作排出了HP和LP气体，并且该阀门保持在排气位置中直到安全膜片复位并且安全销装回原位；由平台88形成的LP阀门和其与喷口102的相关密封件89的组合作用消除了如在其它附图中所示的机械闩锁的需要。
假如LP太低，则作用在活塞90上的力将不再足以克服主弹簧92的力，并且该柱塞将向右移动，从而触发如在前面段落中所述的相同顺序的情况，从而导致柱塞刀片87推动穿过安全膜片85。
按压手动按钮98以克服制动器95和密封件的阻力将使得柱塞向右移动，从而再次出现相同顺序的情况，从而破坏了安全膜片85。
在由于维护原因而要求排出LP的情况下可以使安全销复位，但是这显然使安全系统失效，因此在使存储系统重新工作之前必须再次除去该销。
安全膜片可以由图7的提升头组件代替，从而提供一种能够在无须拆卸和替换部件的情况下重新设定的系统。如果要在HP之前对LP预充气，则就不再需要安全销。
在打开之前提供一些行程的提升头的重新设计还可以提供如用图7所描述的一样的低LP的可变设定特性。在高LP情况下的图6的可变设定不能很容易实现，但是这并不重要，因为高LP只由泄漏进流体中的HP气体所造成，这不会出现危险，除非该LP高得足以导致部件故障；固定的高LP设定数值可以在所有低压部件的能力范围内良好地起作用。
当然要理解的是，在不脱离由所附权利要求所限定的本发明的范围和精神的情况下可以对在这里所示和所述的本发明实施方案作出各种改变。
权利要求
1.一种泄压阀，它包括在其中具有圆柱形腔室的阀体；具有前侧和带有轴向杆的后侧的活塞，所述轴向杆从前侧延伸出并且在其终端处终止在密封提升头中，所述活塞可往复运动地安装在圆柱形腔室中，所述腔室具有在阀体的一个端部处与高压通道连通的轴向开口，所述轴向开口具有带有位于阀体的端部附近的阀座的环形腔室，用来容纳密封提升头以形成提升阀；一压缩弹簧，用来相对于阀座将活塞和密封提升头推压到延伸的通常关闭的位置以便密封高压通道，所述圆柱形腔室具有与圆柱形腔室和活塞的前侧连通的低压通道；以及一大气通道，它与环形腔室和圆柱形腔室以及活塞的后侧连通，由此低压气体的增加将使活塞轴向回缩以打开所述提升阀，从而使高压通道与大气连通。
2.一种泄压阀，它包括在其中具有圆柱形腔室的阀体；一活塞，具有前侧和带有从其前侧延伸出的轴向杆的后侧，该活塞可往复运动地安装在所述圆柱形腔室中；一压缩弹簧，用来将活塞和轴向杆推压至一延伸位置，所述圆柱形腔室在一个端部处具有与高压通道连通的轴向开口，所述轴向开口具有带有位于所述圆柱形腔室附近的阀座的环形腔室；一密封提升头，它可往复运动地安装在所述环形腔室中，用来在延伸位置中抵接阀座；一第二压缩弹簧，用来相对于阀座将密封提升头推压到延伸的通常关闭的位置以便密封高压通道，形成在所述密封提升头中的部件，用来使得来自高压通道流体能够在提升头回缩时流向所述环形腔室，所述圆柱形腔室具有与所述圆柱形腔室连通的低压通道，该低压通道与所述圆柱形腔室和所述活塞的前侧连通；以及一大气通道，它与所述轴向开口以及圆柱形腔室和所述活塞的后侧连通，由此低压流体的减少将使活塞轴向延伸以打开所述提升阀，从而使高压通道与大气连通。
3.一种泄压阀，它包括在其中具有圆柱形腔室的阀体，所述圆柱形腔室在一个端部处具有扩大的直径，从而形成扩大的共轴腔室，所述腔室在该阀体的一个端部处具有与高压通道连通的轴向开口，所述轴向开口具有形成在其中的环形腔室；一细长柱塞，它可滑动地安装以便在所述圆柱形腔室、所述扩大腔室和所述轴向开口中往复轴向运行，所述柱塞具有位于一个端部处的切割部件和位于该切割部件附近的环形凹槽，从而在所述切割部件和所述环形凹槽之间形成一平台；密封部件，形成在位于所述圆柱形腔室和所述轴向开口环形腔室之间的轴向开口中，用来以密封接合的方式可滑动地容纳所述柱塞平台；一对相对间隔开的活塞，它们可滑动地安装在与之同轴的柱塞上，所述活塞中的一个可以在所述圆柱形腔室中滑动而另一个活塞可以在所述扩大腔室中滑动；制动部件，它形成在接合所述活塞的柱塞上，用于使所述切割部件前进；用于迫使所述活塞轴向分开的部件；一安全膜片，它密封着高压通道，所述圆柱形腔室具有与所述扩大的圆柱形腔室连通的低压通道；以及一大气通道，它与所述环形腔室以及位于该对相对活塞之间的圆柱形腔室连通，由此低压气体的增加或低压气体的下降将使这些活塞和柱塞平台轴向延伸以清除轴向开口密封部件，从而迅速地促动切割部件并且穿透安全膜片，由此将高压和低压气体排向大气。
4.一种泄压阀，它包括在其中具有圆柱形腔室的阀体，所述圆柱形腔室在一个端部处具有扩大的直径，从而形成扩大的共轴腔室，所述腔室在该阀体的一个端部处具有与高压通道连通的轴向开口，所述轴向开口具有形成在其中的环形腔室；一细长柱塞，它可滑动地安装以便在所述圆柱形腔室、所述扩大腔室和所述轴向开口中往复轴向运行，所述柱塞具有位于一个端部处的密封提升头和位于该密封提升头附近的环形凹槽，从而在所述密封提升头和所述环形凹槽之间形成一平台；密封部件，形成在位于所述圆柱形腔室和所述轴向开口环形腔室之间的轴向开口中，用来以密封接合的方式可滑动地容纳所述柱塞平台；一对相对间隔开的活塞，它们可滑动地安装在与之同轴的柱塞上，所述活塞中的一个可以在所述圆柱形腔室中滑动而另一个活塞可以在所述扩大腔室中滑动；制动部件，它形成在接合所述活塞的柱塞上，用来使所述密封提升头前进；用于迫使所述活塞轴向分开的部件；一阀座，它位于高压通道附近，用来将所述密封提升头容纳在通常关闭的位置中，所述圆柱形腔室具有与所述扩大的圆柱形腔室连通的低压通道；以及一大气通道，它与所述环形腔室以及位于该对相对活塞之间的圆柱形腔室连通，由此低压气体的增加或低压气体的下降将使这些活塞和柱塞平台轴向延伸以清除轴向开口密封部件，从而迅速地促动密封提升头离开阀座，由此将高压和低压气体排向大气。
5.一种用在双储能器液压能存储系统的泄压系统，所述液压能存储系统具有一低压储能器、一高压储能器和与所述高压储能器和低压储能器流体相通的泵/马达，所述泄压系统包括第一泄压阀，它具有与高压储能器连通的高压气体通道和与低压储能器连通的低压气体通道，用来在低压气体超过预定高压时使高压气体从高压储能器流向大气，所述第一泄压阀具有闩锁部件，用来使所述阀门保持打开以在开始进行排气时持续排出高压气体；第二泄压阀，它具有与高压储能器连通的高压气体通道和与低压储能器连通的低压气体通道，用来在所述低压气体压力低于预定低压时将高压气体排向大气；以及一单向阀，它使低压储能器与高压储能器连通，用来在高压气体压力低于低压气体压力时通过第一阀门的高压通道排出低压气体。
6.如权利要求5所述的泄压系统，其中该泄压系统还包括有一手动阀，它与低压储能器和第二泄压阀的低压气体通道连通，用来将低压气体排向大气；以及一喷口，它设置在低压储能器和手动阀之间，用来在打开手动阀和释放低压气体时使在第二泄压阀的低压气体通道处产生压降，以便同时从第二泄压阀中将高压气体排向大气。
7.如权利要求5所述的泄压系统，其中所述第一泄压阀是一种如权利要求1或3所述的阀门。
8.如权利要求5所述的泄压系统，其中所述第二泄压阀是一种如权利要求2或3所述的阀门。
9.一种用在双储能器液压能存储系统的泄压系统，所述液压能存储系统具有一低压储能器、一高压储能器和通过高压管道与所述高压储能器流体相通及通过低压管道与低压储能器流体相通的泵/马达，所述泄压系统包括一电磁铁操纵的排气阀，它与高压储能器连通用来从中进行高压气体的受控排放；与低压管道和电磁铁操纵的排气阀可操作连接的压力传感器和与高压管道和电磁铁操纵的排气阀可操作连接的压力传感器，用来感测在低压和高压管道中的压力，以便促动电磁铁操纵的排气阀，从而在感测到低于或高于预定范围的流体压力时将高压气体排向大气；以及一单向阀，它使低压储能器与高压储能器连通，用来在高压气体压力低于低压气体压力时通过电磁铁操纵的排气阀从低压储能器中排出低压气体。
10.一种用在补偿储能器系统的泄压系统，所述补偿储能器系统具有一高压补偿储能器、一低压储能器和与所述高压补偿储能器和低压储能器流体相通的泵/马达，所述泄压系统包括一排气阀，它与高压补偿储能器连通用来从中排放出高压气体，所述排气阀具有与低压气体或流体源连通的低压气体或流体通道，用来在预定的压力范围上使所述第一排气阀通常保持关闭；以及与所述排气阀可操作连接的感测部件，用来感测所述低压气体或流体源的压力并且促动所述排气阀，以便在感测到低于或高于预定范围的气体或流体压力时将高压气体排向大气。
11.如权利要求10所述的泄压系统，其中该泄压系统还包括一小型低压储能器，它与所述低压储能器流体连通，所述小型低压储能器具有与排气阀连通的低压气体出口，用来在预定的低压流体压力范围上使所述排气阀保持关闭；一第一泄压阀，它通过一喷口与低压气体出口连通并且与低压储能器连通，用来在低压流体超过预定压力范围时打开，所述第一泄压阀具有用来在开始排气时使所述阀门保持打开的闩锁部件；以及一第二泄压阀，它通过所述喷口与所述低压气体出口连通并且与低压储能器连通，用来在所述低压流体压力低于预定压力范围时打开，由此所述低压气体压力下降使得排气阀打开以将高压气体排向大气。
12.一种用于释放在液压能存储系统中的压缩气体的方法，该系统具有高压储能器或带有装有低压气体和流体的低压储能器的补偿高压储能器，并且具有与低压气体和流体相连通并且与泄压阀可操作连接的感测部件，用来通过泄压阀来控制流向大气的气体，所述方法包括在预定的压力范围内感测低压气体或流体的压力，并且在感测到低于或高于预定压力范围的气体或流体压力时打开该泄压阀。
全文摘要
一种用于释放在存储液压能推进系统中的能量的方法，该系统具有用在汽车和液压混合动力汽车的液气储能器。这里披露了用于感测气体和流体(液体)压力并且用来检测在能量存储系统内出现的工作不正常或压力变化的新颖的泄压阀和阀系统。
文档编号F16K31/122GK1502013SQ01819675
公开日2004年6月2日 申请日期2001年11月28日 优先权日2000年11月28日
发明者休·伊沃·弗雷泽, 休 伊沃 弗雷泽 申请人:谢普有限公司