专利名称：液压能量存储系统的制作方法
背景技术：
(i)发明领域本发明涉及液压能量存储系统，更具体地说，本发明涉及用于车辆中的液压能量存储系统，该系统在高功率水平上能够保持有效存储和恢复能量，同时提供以下特点高效、小尺寸密封装置、轻重量、单元结构、耐用性和增强了的可靠性。
(ii)相关技术的描述配有液压能量存储系统的车辆在刹车时不是通过制动装置将动能耗散掉，而是具有存储这些动能的能力，然后在随后的加速过程中恢复这些能量。当车辆的原动力也参与能量存储时，称这样的车辆为“液压混合”；当只存储车辆的能量时，称之为“存储液压能量推进”(SHEP)。本申请是指SHEP，但是这里披露的发明也同样适用于液压混合车辆。
本发明的改进可应用于液压-气动蓄力器中，这些蓄力器通常用在SHEP车辆、液压混合以及相关的液压线路中以存储能量。为了与工业惯例相符合，本申请中的术语“流体”指液压液体，这种液体的典型例子是调配矿物油。术语“气体”指用来给液压-气动蓄力器预先加压的气体，其典型例子是干氮气。
车辆的性能和其燃料的经济性，特别是那些经常起动和停车的车辆，通过再生和存储减速过程中车辆的动能然后在随后的加速过程中恢复这些能量(减去任何可能发生的损失)可以得到提高。SHEP系统具有一个可以和车辆的驱动系相连的液压泵/液压马达(P/M)，所以可以通过将高压液压液体泵入液压气动蓄力器中使车辆减速，从而再生车辆的动能。在随后的加速过程中，至少一部分所需能量可以利用存储的动能驱动诸如马达那样的P/M得到。液压混合系统具有同样的能力并且还具有一个由车辆发动机驱动的液压泵。这以增加复杂性为代价提供了更灵活的系统。重要的是通过优化对发动机的利用，这进一步提高了燃料的经济性。
液压混合和SHEP车辆是很多专利以及技术文章的主题。U.S.专利No.3,903,696给出了一个基本的SHEP系统，U.S.专利No.4,760,697是一个更复杂的型式，U.S.专利No.4,242,922描述了液压混合的基本要点，所有以上专利在这里都引入作为参考。
以下文章可以作为那些已发表的、涵盖了SHEP和混合系统在汽车、公交车、垃圾车、火车和其它车辆中应用的技术文章的范例机械动力再生系统；“液压混合车辆传动系的模拟”，ASME-Paper n73-ICT-50，Sep 23-27 1973；“对存储能量机动车辆的实际考虑”，ASME出版，纽约，纽约州，美国，1981；和“具有单个泵/马达组件的蓄力器储存能量汽车设计的研究”，SAE Paper 851677 1985。
发明概述从较宽的角度讲，本发明的用于车辆中的液压能量存储系统包括高压蓄力器，并联的第一低压蓄力器和第二低压蓄力器，与高压蓄力器及第一和第二低压蓄力器流体连通的泵/马达，当泵/马达在泵模式下受到驱动时，它从第一和第二低压蓄力器中将流体泵送到高压蓄力器中，当泵/马达工作于马达模式时，它将流体返回到第一和第二低压蓄力器中，所述的泵/马达具有一个外壳，用来循环其中的流体，第一止回阀，当泵/马达工作于马达模式时，位于泵/马达和第二低压蓄力器之间的与它们串联的第一止回阀使从泵/马达中流出的一部分流体单向流到第二低压蓄力器中，在泵/马达的外壳、第二低压蓄力器和泵/马达之间的与它们流体串联连通的冷却器，和第二止回阀，第二止回阀串联于泵/马达外壳和第二低压蓄力器之间，当泵/马达运行于泵模式时，用来单向流动来自第二低压蓄力器中的流体，使它们流经泵/马达外壳和冷却器流到泵/马达，起到冷却所述部分流体的作用。
更具体地说，本发明的用于车辆中的液压能量存储系统的实施例包括高压蓄力器，并联的第一低压蓄力器和第二低压蓄力器，与高压蓄力器及第一和第二低压蓄力器流体连通的泵/马达，当泵/马达工作于泵模式时，它从第一和第二低压蓄力器中将流体泵送到高压蓄力器中，当泵/马达工作于马达模式时，它将流体返回到第一和第二低压蓄力器中，所述的泵/马达具有一个外壳，用来循环其中的流体，串联于泵/马达、泵外壳和冷却器之间的第一止回阀，使一部分来自泵/马达中的流体单向流过泵外壳和冷却器，和第二止回阀，第二止回阀串联于冷却器和第二低压蓄力器之间，当泵/马达运行于马达模式时，单向流动来自冷却器的所述部分流体到第二低压蓄力器以冷却所述的那部分流体，与第二低压蓄力器和泵/马达串联的第三止回阀及与冷却器和第一止回阀串联的第四止回阀，用于单向流动一部分来自第二低压蓄力器的流体到泵/马达外壳并通过冷却器到达泵/马达，以当泵/马达运行于泵模式时冷却所述的那部分流体。
本发明的用于车辆中液压能量存储系统的补偿蓄力器的实施例包括圆柱形外壳，具有在长度方向上的轴线和与长度方向上的轴线同心的高压腔室和低压腔室；横向安装在高压腔室中的高压活塞，用来在高压腔室中做往复轴向运动，和横向安装在低压腔室中的低压活塞，用来在低压腔室中做往复轴向运动，和至少三个连接高压活塞和低压活塞的等间距连杆，用于在做往复运动时保持活塞垂直于圆柱形外壳的长度方向上的轴线。
本发明的用于车辆中液压能量存储系统的补偿蓄力器的另一个实施例包括圆柱形外壳，具有在长度方向上的轴线和与长度方向上的轴线同心的高压腔室和低压腔室；所述的低压腔室具有远离高压腔室的气体端和靠近高压腔室的流体端；可滑动地安装的高压活塞，能够在高压腔室中做往复轴向运动，和安装的低压活塞，能够在低压腔室中做往复轴向运动；至少一个把高压活塞和低压活塞连接在一起的连杆；安装在低压腔室中靠近低压端的第一位置传感器和安装在低压腔室中靠近高压端的第二位置传感器，从而第一和第二位置传感器控制低压活塞在低压腔室中的往复行程。补偿蓄力器可以另外包括与高压流体腔室流体连通的压力传感器，从而第二位置传感器或者压力传感器控制高压活塞和低压活塞的往复行程并且触发加热系统。第一位置传感器可以安装在端壁内，优选安装在端壁内长度方向上的轴线上并且包括一超声传感器。
另一个用于车辆中液压能量存储系统的补偿蓄力器的实施例包括具有在长度方向上的轴线和与所述的长度方向上的轴线同心的高压腔室和低压腔室的圆柱形外壳，每个所述的高压腔室和所述的低压腔室具有彼此远离的气体端和彼此靠近的流体端，可滑动地安装了高压活塞使之能够在高压腔室中做往复轴向运动和可滑动地安装了低压活塞使之能够在低压腔室中做往复轴向运动，至少一个把高压活塞和低压活塞连接在一起并且使它们同轴的连杆，在圆柱形外壳一端的阀门组，和将高压流体端与阀门组连通的高压导管和将低压流体端与阀门组连通的低压导管。高压和低压导管可以在圆柱形外壳的外部。高压和低压导管可以在圆柱形外壳的内部，将它们与长度方向上的轴线平行放置并且穿过低压活塞，在低压活塞中提供密封件以可滑动地配合和密封高压和低压导管。
另一个用于车辆中液压能量存储系统的补偿蓄力器的实施例包括具有在长度方向上的轴线和与所述的长度方向上的轴线同心的高压腔室和低压腔室的圆柱形外壳，所述的高压腔室和所述的低压腔室两者中的一个具有比另一个大的直径，可滑动地安装的高压活塞能够在高压腔室中做往复运动和可滑动地安装的低压活塞能够在低压腔室中做往复运动，所述的高压活塞和所述的低压活塞两者中的一个具有比另一个大的直径，以在高压汽缸和低压汽缸之间建立流动不平衡，与高压腔室和低压腔室流体连通的泵/马达，用来在泵/马达工作于泵模式时从低压腔室中将流体泵送到高压腔室，并且在泵/马达工作于马达模式时将流体返回到低压腔室，所述的泵/马达具有一个外壳以通过它循环流体，在泵模式或者马达模式下，由于高压汽缸和低压汽缸之间的流动不平衡，一个低压蓄力器并联低压腔室用来接受和释放一部分来自高压或者低压腔室中的流体，一个与泵/马达外壳流体连通的冷却器，串联于泵/马达、泵外壳和冷却器之间的第一止回阀和串联于冷却器和低压蓄力器之间第二止回阀，当泵/马达运行于马达模式时，第一止回阀使一部分来自泵/马达中的流体单向流过泵外壳和冷却器，第二止回阀单向流动来自冷却器的所述那部分流体到低压蓄力器以冷却所述的那部分流体，与低压蓄力器和泵/马达串联的第三止回阀和与冷却器和第一止回阀串联的第四止回阀，当泵/马达运行于泵模式时，用于单向流动一部分来自低压蓄力器的流体到泵/马达外壳并通过冷却器到泵/马达以冷却一部分流体。优选高压活塞比低压活塞大，从而从高压腔室的流出大于到低压腔室的流入，以保持高压流体压力并且创造从高压汽缸到低压汽缸的正向流动不平衡。
低压蓄力器可以是同心形成在低压腔室中的环状腔室并且包括环状蓄力器活塞，该活塞的形式是细长的环形环，可滑动地安装以在环形蓄力器腔室中往复运动。
另一个用于液压能量存储系统的补偿蓄力器的实施例包括具有在长度方向上的轴线和与所述的长度方向上的轴线同心的高压腔室和低压腔室的圆柱形外壳，横向安装在高压腔室中的高压活塞能够在高压腔室中做往复运动和横向安装在低压腔室中的低压环形活塞能够在低压腔室中做往复运动，至少三个等间距的连杆连接高压活塞和低压活塞，以保持活塞在往复运动时垂直于圆柱形外壳的长度方向上的轴线，一个低压蓄力器汽缸形成在低压腔室中心与低压环形活塞同心并且在其内部，密封装置形成在低压蓄力器汽缸和环形活塞之间从而环形活塞与低压蓄力器活塞滑动配合，与高压腔室和低压腔室、低压蓄力器流体连通的泵/马达用来在泵/马达工作于泵模式时从低压腔室和低压蓄力器中将流体泵送到高压腔室，并且在泵/马达工作于马达模式时将流体从高压腔室返回到低压腔室和低压蓄力器，所述的泵/马达具有一个外壳以通过它循环流体，一个与泵/马达外壳和低压蓄力器流体连通的冷却器，从而在泵/马达工作于泵和马达模式时流到或来自低压蓄力器的流体流经冷却器。优选高压腔室具有钢衬套使高压活塞在其中往复轴向运动，所述的钢衬套在钢衬套和汽缸之间限定了一个环面，其长度大致与活塞冲程的长度相等，或大致与高压腔室的长度相等，并且流体导管装置连接所述的环面和高压腔室中的流体以平衡衬套和腔室之间的液压压力。
在低压活塞往复运动的低压腔室的末端具有大气腔室的补偿蓄力器的另一个实施例包括具有从其上伸出轴向柱塞的活塞，接受从泵/马达排出的流体的涌流风缸，形成在低压腔室的端壁中以密封地承接活塞柱塞并且接受来自涌流风缸的流体再排出到大气腔室的圆柱形通道，和在大气腔室的底部与低压蓄力器或低压腔室通过止回阀连通的流体出口，从而活塞柱塞的插入将大气腔室关闭与大气隔离并且大气腔室内空气的压缩打开止回阀将大气腔室底部的流体泵入低压蓄力器或者低压腔室。
在低压活塞往复运动的低压腔室的末端具有大气腔室的补偿蓄力器的另一个实施例包括接受从泵/马达排出的流体的涌流风缸，形成在低压腔室的端壁中以接受来自涌流风缸的流体再排出到大气腔室的开口，形成在活塞中用来关闭所述的端壁开口的柱塞装置，和在大气腔室的底部与低压蓄力器或低压腔室通过止回阀连通的流体出口，从而活塞和柱塞装置的往复运动将大气腔室关闭与大气隔离并且大气腔室内空气的压缩打开止回阀将大气腔室底部的流体泵入低压蓄力器或者低压腔室。
低压腔室的末端具有大气腔室的补偿蓄力器的另一个实施例包括弹力恢复柱塞泵，它安装在低压活塞上部的附近并且伸进低压腔室，从而可以和把低压腔室与高压腔室分开的界壁抵接，从低压腔室到柱塞泵的进口形成在低压活塞的顶部中，在进口中一个通常关闭的止回阀单向流动来自低压腔室的流体使之进入柱塞泵，和从柱塞泵到大气腔室的出口，在出口中一个通常关闭的止回阀单向流动来自柱塞泵的流体使之进入大气腔室，因此在低压活塞的往复运动过程中柱塞泵与界壁的抵接将任何存在于低压腔室顶部的空气泵入大气腔室。柱塞泵可以安装在界壁中并且形成在界壁中的导管装置引导被泵送的空气到大气中。
在低压腔室的末端具有大气腔室的补偿蓄力器的另一个实施例，其中圆柱形外壳具有一个将高压腔室与低压腔室分开的界壁，补偿蓄力器包括安置在形成于界壁中的阀座中的提升阀，该阀偏置使得通常关闭从高压腔室到低压腔室的流动，所述的提升阀具有伸进低压腔室中的阀杆，因此低压活塞与提升阀杆的抵接打开提升阀，允许高压流体从高压腔室进入低压腔室的流动。
在低压腔室的末端具有大气腔室的补偿蓄力器的另一个实施例，其中圆柱形外壳具有一个将高压腔室与低压腔室分开的界壁，补偿蓄力器包括一个安装在高压活塞上向界壁突出的提升翼形阀门，提升翼形阀门的阀座形成在界壁上，阀座与与低压腔室流体连通，阀座承接提升翼形阀门并且在高压流体从高压腔室中完全排放之前关闭提升翼形阀门，和一个形成在界壁中与泵/马达流体连通的伺服系统供应通口，因此，在提升翼形阀门完全关闭后高压腔室中的剩余高压流体传送到马达泵。
一个包括补偿蓄力器的组合蓄力器系统是理想的，其中圆柱形外壳与阀门组、过中心型泵/马达或不过中心型泵/马达组合在一起形成一个单元结构从而可以直接安装到车辆的最终传动件上。
附图的简要说明现在参照附图描述本发明的实施例，其中
图1是现有技术带有大气流体贮液器的SHEP系统的示意图；图2是现有技术完全密封的SHEP系统的示意图；图3是带有单向冷却流动的管状LP蓄力器的应用的示意图；图4是带有双向冷却流动的两个LP蓄力器的应用的示意图；图5是SHEP系统的示意图，显示了补偿蓄力器在长度方向上的截面视图；图6是带有多个连杆的补偿蓄力器的长度方向上的局部截面视图；图7是示于图6中的补偿蓄力器沿线7-7的截面视图；图8是带有位置传感器的补偿蓄力器的长度方向上的局部截面视图；图9是带有阀门组的补偿蓄力器的长度方向上的局部截面视图；图10是示于图9中的补偿蓄力器沿线10-10的截面视图；图11是带有内部连接的补偿蓄力器的长度方向上的局部截面视图；图12是示于图11中的补偿蓄力器沿线12-12的截面视图；图13是带有不平衡补偿蓄力器的长度方向上截面视图的SHEP系统示意图；图14是带有外部同心LP蓄力器和无应力HP衬套在长度方向上的截面视图的示于图9的SHEP系统示意图；图15是内部同心LP蓄力器和无应力HP衬里在长度方向上的截面视图；图16是用于密封系统的再充液压缩泵的在长度方向上的局部截面视图；图17是示于图16的再充液压缩泵处于关闭状态时的局部截面视图；图18是带有再充液压缩泵在长度方向上的局部截面视图的大气贮液器的示意图19是LP活塞中压缩泵的在长度方向上的局部截面视图；图20是去除空气系统在长度方向上的截面视图；图21是冲程一端的保护设备在长度方向上的截面视图；图22是图21中随动阀处于闭合位置时的放大截面视图；图23是图21中随动阀处于打开位置时的放大截面视图；图24是辅助高压伺服系统供给的局部截面视图；图25是示于图24的伺服系统供给处于打开位置时的放大截面视图；图26是示于图24的伺服系统供给处于闭合位置时的放大截面视图；图27是切掉一部分的带有过中心泵/马达的单元结构的侧视图；图28是切掉一部分的带有不过中心泵/马达的单元结构的侧视图；图29是切掉一部分的在中间位置带有非柔性导管的过中心泵/马达的单元结构的侧视图；图30是切掉一部分的带有传动齿轮箱的单元结构的侧视图；图31是切掉一部分的带有反向泵/马达的单元结构的侧视图；优选实施例的描述作为一个例子，图1示出了一个基本的SHEP系统，它包括一个P/M组件，该组件以没有示出的形式连接到车辆的驱动系上，所以P/M的旋转与车辆的运动联系在一起。能量存储在高压(HP)蓄力器2中，为了长期存储能量可以通过关闭阀门3将蓄力器2封闭起来。有代表性地，这个蓄力器具有一个150bar左右的预加压力并且它的最大压力在350bar左右，但是它可以具有其它的压比。压力传感器将HP的值输入到没有示出的控制系统中。由于具有代表性的P/M组件是一个高速轴向活塞组件，如果在高速抽吸时想避免出现气穴现象，在它的进口需要一个大约10bar左右的充填压力。这可以通过低压(LP)蓄力器5来提供。传感器6将低压值输入到控制系统中。进入HP蓄力器2中的流体将压缩腔室2a中的气体，因此使得压力增加。与此同时，受到气体腔室5a中LP气体压力的推动，流体必须离开LP蓄力器，所以LP蓄力器的压力下降。下降的数量依赖于两个蓄力器的相对尺寸。通常情况下LP蓄力器比HP蓄力器大，所以LP蓄力器的压力范围比HP蓄力器一侧的压力范围小。
当车辆减速时，HP蓄力器的压力将增加，同时LP蓄力器的压力降低，并且在车辆加速时这种变化趋势相反。这意味着通常LP蓄力器的压力在车速低时将最低，同时P/M的转动速度也最低；在车速高时它们也最高。在相当大的范围内，这具有有益的影响，因为为了避免当以泵的模式操作P/M时可能出现的气穴现象，P/M在高速时需要高进口压力。
P/M组件将一些流体泄露到它的外壳内，再从外壳内排出到贮液器7中，贮液器7通过过滤器通气阀8与大气连通。对很多标准P/M设计而言这是必须的，因为在它们的外壳内它们不适于具有任何显著压力，其典型额定值是1bar。通过进液泵9这些流体返回系统，再通过过滤器10和冷却器11被送回LP蓄力器一侧。
有很多方法操作进液泵。例如在贮液器中的杠杆开关可以在贮液器充满流体时将泵打开。在这种情况，进液泵具有双重功能，一方面它提供足够的、经过冷却器的流动以保持系统在可接受的运行温度下运行，另一方面它补充P/M外壳的泄露。如果所需要的冷却流动比所泄露的大，泵必须持续打开并且它所传输的流体必须经过压力控制阀12流回。可以控制这个阀来保证正确数量的流体保存在LP蓄力器中以平衡当前储存在HP蓄力器中的流体。
进液泵要一直将它所输运的流体压力从大气压力提升到LP的压力，这会引起巨大的能量损失，因而减小了存储系统的总效率。在这个结构中，P/M组件能够越过中心运行，所以在正位移的时候它象泵一样工作，导致车辆的减速并且将流体从LP传送到HP蓄力器。在负位移的时候，它象马达一样从HP蓄力器中带走流体。马达的转矩是位移值和压差的函数，所以驾驶员的命令通过控制系统转化为位移值。
US4,760,697给出了其它系统的一个典型例子，这些系统中P/M组件只能在中心的一侧操作，这样从减速变化到加速时就需要另外的控制阀门。
在HP蓄力器的气体容积中充满弹性的泡沫材料是有益的，因为这样可以使对它的操作几乎等温，从而大幅度提高其效率并且在气体具有高温时减少可能的问题。在LP蓄力器中利用泡沫材料对效率几乎没有影响但是可以帮助减小温度。
示于图1的HP蓄力器限定为囊型，泡沫材料在腔室2a中充满囊。这是一个已经接受的技术，但是人们依然关心囊的长期可靠性，因为在蓄力器处于加压状态时，囊本身和泡沫材料都要变形。
在理想的情况下泡沫材料是不可渗透的，并且和气体一起被压缩，所以气体几乎不能穿过泡沫材料的间隙。过大的流动会损坏泡沫材料并且导致效率的一些损失。对可伸缩的囊不可能提供均匀一致的压缩，因此可能导致泡沫材料的损坏和囊的弯折失效。图2示出了一个类似的SHEP系统，但是在这个系统中利用一种P/M，它将LP放到它的外壳中，最高压力可以达到10bar。由于它与大气压力隔离开，所以它设计为一个密封的SHEP系统。
P/M21、HP蓄力器22、切断阀门23、传感器24和LP蓄力器25所担当的功能可参考对图1中相应部件的描述。在这种情况下循环泵26只需要抵消通过过滤器27和冷却器28的压力降，与图1的开放SHEP系统相比，这节省了大量的能量。导管29提供了通过P/M外壳的循环流动，对于高转速的运行这通常是必要的。但是，循环泵通常由车辆电力系统驱动，从能量角度讲，这不是一条有效的途径，这条途径从交流发动机到电池，到电动马达并最终到达泵。泵可以是变速的，从而根据系统温度和最小循环需要最小化所用的电力，这导致了控制的复杂性和更高的花费。泵同时还是另一个可能的噪声源。
所示的LP蓄力器25象一个传统的活塞式蓄力器。浮动活塞30必须足够长从而可以稳固地放置在孔中而不会皱褶和卡住。因为在任何情况下都不可能将气体完全压缩，通常的经验是将活塞在气体一侧挖空以减小蓄力器的整体长度。但是，对于泡沫材料来讲这个结构并不理想，因为活塞凹陷部分内的泡沫材料/气体会被压缩，这需要泡沫材料/气体从主通道中流入凹陷部分，这将导致泡沫材料的基体变形，从而气体可能流经它的空隙。所示的HP蓄力器具有朝向另一个方向的活塞31，所以可以均匀地压缩泡沫材料/气体空间。但是现在在活塞中有一部分没有用处的流体，所以蓄力器需要做的长一些。
随着HP流体流进和流出蓄力器，LP蓄力器的压力变化与图1所讨论的系统一样。但是在这种情况下，LP蓄力器的压力还同时作用在P/M外壳和它的轴封上，所以在实际中为了将LP蓄力器的最大压力限制在外壳和轴封的额定范围内，LP蓄力器需要相对大一些。P/M的轴封是一个关键的部件，因为在LP蓄力器的压力范围内和P/M的转速下它必须保持不泄露。为了在车辆环境中它是可接受的，它必须在车辆的使用寿命中可靠地保持系统的密封完整。
图3示出了本发明的一个实施例，它在密封SHEP系统中利用两个LP蓄力器，这样就不需要循环泵了，这两个LP蓄力器分别是第一个大蓄力器45和第二个小蓄力器46。P/M41、HP蓄力器42、关闭阀43和压力传感器44与前面图中描述的一样。当车辆加速并且P/M处于马达模式时，流体从HP蓄力器42流经P/M41到达第一个大LP蓄力器45，并且流经止回阀49到达第二个小蓄力器46。
在P/M处于泵模式的减速过程中，流体从LP蓄力器45、46流到P/M，再流到HP蓄力器42。从大LP蓄力器45流出的流体直接流到P/M，但是来自小蓄力器的流体在到达P/M的进口之前转道经过止回阀50、P/M外壳、过滤器47和冷却器48。这样在半个周期内为一部分流体提供了循环和冷却。如果需要，止回阀49和50可以反向以在加速过程中提供循环。唯一的效率损失是经过过滤器和冷却器的压力损失。可以根据实际的冷却流动需要确定冷却器的大小，再确定小蓄力器的大小向它提供流动。
图4给出了另一个实施例，它为两种操作模式提供了循环。当P/M处于马达模式的加速过程中时，流体的主要流动是从HP蓄力器42到LP蓄力器45，而循环流体则经过止回阀52、P/M外壳、过滤器47、冷却器48和止回阀59流到小LP蓄力器46。当P/M处于泵模式的减速过程中时，流体的主要流动是从LP蓄力器45到HP蓄力器42。循环流动从小LP蓄力器46经过止回阀50、P/M外壳、过滤器47、冷却器48和止回阀60流到P/M的进口，然后再流到HP蓄力器42。这提供了有效的循环流动，尽管循环流动只是流体流动的一小部分，但是它所占主要流动的比例是几乎固定的。与图3比较，流体流经冷却器的频率越高，冷却器的尺寸就越小，由于具有更小的流动需求，小蓄力器46的尺寸就可以更小。
补偿或压力补偿蓄力器可以有效地将高压和低压蓄力器组合成一个组件，从而流进HP侧的流体由流出LP侧的流体补偿。本质上讲它由在轴向上与连接有连杆的活塞放置在一起的两个活塞蓄力器组成。US专利No.2,721,446和US专利No.3,918,498描述了这样一个装置，在这里将它们引入作为参考。在它的最简单的形式中，它不再需要LP蓄力器，因为流入HP蓄力器的流体完全由来自LP活塞的流体补偿。
图5给出了一个SHEP系统，它象以前一样利用了补偿蓄力器62、P/M41、关闭阀43和压力传感器44。补偿蓄力器62由圆柱形外壳结构组成，外壳结构包围了一个充满了预压气体/泡沫材料的高压腔室65，并且带有一个可以往复运动的活塞组件，该组件由HP活塞66、LP活塞67和轴向连杆68组成，所有的部件都如图所示密封。从图5看去在HP活塞的左侧的腔室69与SHEP HP流体一侧连接，同时在LP活塞的右侧的腔室70与SHEP LP流体一侧连接。在LP活塞的左侧的腔室71通过过滤器通气阀72与大气连接。HP泡沫材料/气体腔室的圆柱形形状是很理想的，因为可以很容易地将气体和泡沫材料一起压缩，而不会使得泡沫材料基体变形或者气体流经泡沫材料的空隙。
HP流体流进蓄力器HP腔室69会导致活塞组件向右移动，从LP通口78排出相等容积的流体，并且通过通气阀72吸入空气。反过来，HP流体流出蓄力器62会导致活塞组件向左移动，汲取相等容积的LP流体进入LP腔室70，并且通过通气阀72将空气推出。需要小LP蓄力器75保证可以在P/M进口保持适当的充液压力并且补偿由于系统温度变化和其它因素引起的容积变化。在正常的加速和减速循环内没有流体流进或者流出蓄力器，所以需要一个循环泵76。与示于图2的等效系统不同，当蓄力器充液和放液时LP没有变化，这意味着为了使P/M可以在其最高运行速度下运行，LP蓄力器的压力必须一直保持得足够高。
由于存在连杆68，在HP活塞左侧的活塞面积73小于在其右侧的面积74。通过作用在LP活塞右侧的LP腔室70内的低压，连杆保持在微微拉紧的状态。活塞组件的力平衡意味着HP流体压力会永远比HP气体压力稍高一些，所高出的数值主要依赖于连杆的相对尺寸。连杆的直径越小，流体和气体之间的压差越小。流体压力在适当的范围内比气体压力高是有好处的，由于不论活塞的移动方向活塞密封将永远作用在一个方向上，它可以更好地被润滑并且密封具有相对高粘度的流体比密封具有低粘度的气体容易。
活塞66和67的长度与图2的活塞30和31比起来可以很短，这是因为如果连杆既具有足够大的直径又能够充分地连接，它就可以为活塞提供稳定的连接，所以活塞可以通过连杆68稳定地连接。在实践中这意味着连杆要比只是简单地抵抗从LP施加在LP活塞的很小的张力所需要的尺寸大。因为活塞比示于图2的活塞短并且不需要很大的LP气体容积，补偿蓄力器提供了整体尺寸减小了的成套设备，其体积大约减小了25％。
在图6和图7中所示出的补偿蓄力器结构中用三个小直径等间距连杆81取代图5中的中心连杆68。这为活塞82和83提供了稳固的支撑，所以它们在达到连杆的总横截面面积较小的同时依然可以保持短的长度。连杆的小横截面面积减小了有效面积的差别，所以HP活塞82流体一侧的面积84只略微小于气体一侧的面积85，这样为达到力的平衡流体压力只略微高于气体压力。有代表性地，在蓄力器压力为最大值350bar时可以实现大约10bar的压差。这个值是很理想的，它在具有最小的摩擦和磨损的同时提供了稳固的密封性能。
应该理解如果需要可以应用多于三个连杆以实现结构上的方便。在典型的SHEP安装中蓄力器将水平放置，因为这种姿势最容易装进车辆结构中。大多数用于工业储存能量的蓄力器在垂直方向上安装。图7所示的结构在保持活塞的旋转位置上具有进一步的优势，它允许将对姿势敏感的装置安装到活塞上，否则它们必须安装到蓄力器的外壳上。
气体型蓄力器对温度敏感。弹性泡沫材料的压力有效地最小化了压缩引起温度升高的后果，但是在汽车中蓄力器的环境温度可能变化很大，这依赖于当前的天气条件和其它因素，如靠近排气系统和从液压液体到气体的传热。举例来讲，一个能量存储系统具有设计压力范围175到350bar，P/M的尺寸能够在175bar时的完全位移提供所需的牵引力，较小的位移用于更高的压力。在压力小于175bar时不能提供设计牵引力，但是仍然能够提供一些与发动机驱动车辆的驱动系统并行的能量。在传统的应用HP蓄力器压力传感器的控制中会假设当压力下降到175bar时蓄力器是空的，所以这部分能量不能得到应用。
如果HP的气体在60℃时预施压力为175bar，设计工作温度和预施压力大约是在0℃下为135bar，如果只能应用175到350bar这一范围，所得到的有用存储容量只有设计的75％。如果从135到350bar可以应用蓄力器的全程位移，实际上比运行于设计温度具有更多的可用能量，但是当蓄力器完全排空时，可用牵引力下降到75％。
HP蓄力器应用中低压端气液分离点的变化使得利用压力传感器进行控制很困难。图8示出了为了控制目的在大气腔室或者LP流体腔室引入位置传感器的补偿蓄力器。在囊状的HP蓄力器中应用接近开关是不切实际的，由于高压在活塞式蓄力器中应用它也很困难。
当储存的能量加速车辆时，LP活塞91从图8看时向左移动直到触发传感器92，显示蓄力器已经空了。在减速过程中，活塞向右移动直到触发传感器93，显示蓄力器满了，或者压力传感器94发出信号已经达到了最大允许压力。这个位置传感器和压力传感器的组合提供了在温度条件的范围内蓄力器的最大可用范围。在非常冷的条件下，当传感器92显示出蓄力器已经空了，LP传感器的读数可以用来引进利用发动机冷却剂或者排气的气体加热系统(未示出)，US专利No.4,367,786给出了一个这样的示例。位置传感器92和93可以任何已知的类型。另一种办法是利用更长范围的位置传感器95，如超声型。
将SHEP或液压混合系统封装为一个单独的密封组件、作为一个完全装配好并且经过测试可以直接安装到车辆上的硬件组件是有益的，而不是象普通的液压系统那样一件一件地安装，普通的液压系统要陆续在其上安装连接管道，然后将系统充满流体、预施压力、抽出气体再测试运行。图5、图9和图10示出了具有导管101和102的蓄力器100，这些导管将蓄力器的通口连接到阀门组103，阀门组103包含SHEP系统所有需要的阀门。
图9和图10示出了分别在组件角部103、104的导管101、102，所以密封装置的整体尺寸没有增加。图11和图12示出了带有导管的类似布置，其中导管位于补偿蓄力器内部并且穿过活塞120，这使得密封装置更紧凑并且具有更整洁的外观。高压和低压导管111和112连接到阀门组113上。HP导管111通过通道114与蓄力器的HP侧连通。在LP活塞120中的密封件115环绕导管111防止活塞被连杆往复带动时泄露。
LP导管112通过通道116与蓄力器的LP侧连通。LP活塞120中密封件119环绕导管112防止当活塞往复运动时发生泄露。如所示的那样，为了在包括导管后提供相等的活塞面积，可以制作LP腔室117使它的直径大于HP腔室的直径。
图13示出了补偿蓄力器121，其中HP活塞122大于LP活塞123。这意味着当车辆减速向蓄力器充液时，LP侧的流出不能完全补偿HP侧的流入，它们的差通过小蓄力器124补齐。与之类似，当车辆加速从蓄力器排液时，HP侧的流出大于LP侧的流入，它们的差流向小蓄力器。
参考上面图4所描述过的四个止回阀组成的阀门组125，它们的运行使得所有流入和流出小蓄力器的流体经过P/M外壳、过滤器和冷却器，因此避免了增加循环泵的需要。选择活塞直径的差和小蓄力器的尺寸使得当主蓄力器排液以加速车辆时可以提供任何理想的循环量和和合理的在P/M进口的压力增。如果LP活塞大于HP活塞，循环过程同样可以运行的很好，因为只是需要它们在尺寸上的一个差别，但是当主蓄力器排液时，P/M进口压力的变化会减小，这将不是一个很好的选择。
图13的系统需要一个小蓄力器，在将其装配到单元结构中时会显得很难看。图14给出了一个环形小蓄力器活塞131，它与补偿蓄力器132的LP端整体形成并且同圆心。这个小蓄力器活塞131是一个安装在环135上可往复运动的环形环，并且具有足够的长度使得它很稳定且不会在它的环形圆柱体中折皱。可以在不需要很大增加密封装置尺寸的前提下实现这个组件，这是因为LP活塞133比HP活塞134小，而且为了承受高压，HP端的壁厚必须构造得比LP端的壁厚厚。
图15给出本发明得另一个实施例，它利用了图6和图7中的多个连杆141，同时一个小蓄力器142同心安装在补偿蓄力器中LP活塞145的内部。一个由大约5bar气体预压的小蓄力器插入充液阀143和通道144。示出的LP活塞145象一个环形环，并且由于它由等间距连杆141支撑，其长度可以较短。LP腔室的整体并入LP蓄力器的中间消除了产生冷却流动的独立LP蓄力器的需要。从这个中央蓄力器流出的流体在加速和刹车模式下都流向泵/马达外壳。
为了防止收集空气，有意将小蓄力器的通口146设置在蓄力器汽缸的顶部。示出的小蓄力器在补偿蓄力器的中心板上具有气体连接处。如果对于特殊的结构方便的话，可以将小蓄力器翻转从而气体连接处在其端板上。示出的小蓄力器与LP活塞和汽缸同心，如果对特殊结构方便的话，它也可以偏心布置。
U.S.专利No.2,764,999在图2和U.S.专利No.4,714,094在图3中示出的蓄力器结构HP气体作用在汽缸管的外面，所以从本质上讲没有应力，这两个专利在这里引入作为参考。如果在HP气体汽缸中不需要用弹性泡沫材料，这种结构，特别是后一个专利所披露的结构在SHEP应用中是优选结构。
图15描述了适于应用泡沫材料的补偿蓄力器HP端的结构。磨钢衬套147为密封的HP活塞148的往复运动提供了孔。在传统的设计中，这是压力容器151结构的一部分并且在受压时会膨胀，因此给密封带来增大了的挤压间隙，并且会承受各种变形，这些变形可能发生在制造过程中或者由随后的安装或其它外力引起。在这个实施例中，与参考文献中所讲的气体不同，HP流体通过连接通道(如标号149所指)与衬套的外部连接，所以液压压力相等地作用在衬套的外部，从而使得它没有应力。很明显这个结构也可以用于单活塞蓄力器。示出的结构显示衬套具有HP活塞冲程的长度，其中密封150将气体和液体分开。根据结构的方便，衬套可以在HP腔室的整个长度上延伸。密封可以用衬套和压力容器151之间的粘结来代替，特别是如果压力容器具有复合结构。在衬套和压力容器之间提供流体循环可以用液压流体加热HP气体，这样可以既提高蓄力器的存储能量也可以对液压系统提供冷却。
液压系统易于发生液压流体的外泻，为了提供一个解决办法在系统设计和安装时必须加倍小心。SHEP系统在车辆的使用寿命内必须不发生外泻。用于最小化泄露可能的一个策略是最小化所有外部的动态密封，并且对于那些不可避免的动态密封要确保在低压下密封，优选在大气压力条件下密封。大气密封可以提供与传统上用于道路车辆中发动机和变速箱轴密封同样程度的可靠性。
如这里所描述的，在上下文中具有补偿蓄力器的SHEP密封系统通常有两种外部动态密封，即对P/M轴的密封和对LP活塞的密封。这两种密封都暴露在大约10bar的LP中。轴的密封最为关键因为实现一个在压力状态下运行多年而不出现渗漏的旋转密封是非常有挑战性的；不论是旋转的还是静止的，它们都要运行于一定的温度范围内。而对于提供可以有一些渗漏的密封则是一个简单得多的任务。
在这种情形，通常的办法是提供能将渗漏返回到大气压力下的一个贮液器的第二个密封件。但是，密封的SHEP系统(如示于图2的系统)不具有大气压力下的贮液器或者不具有将密封渗漏返回到液压系统的再充液泵。图16和17示出了一种克服这个缺点的装置，它利用补偿蓄力器的大气腔室161作为大气压力贮液器而LP活塞162的往复运动则起到再充液泵的作用。以尽管没有示出但对于旋转密封的设计者是已知的方式利用第二轴密封为P/M提供一个大气排液管163，这个排液管与涌流风缸164连接在一起，涌流风缸164优选与过滤器通气阀165整体形成。涌流风缸164将液体排入通道166。任何来自P/M压力轴密封和LP活塞的泄露都收集在大气腔室161的底部。
止回阀167为从大气腔室到与小蓄力器169连接的LP侧168提供了连接。止回阀167通常在LP压力的作用下保持关闭。为了保证止回阀自身不泄露，它优选应该采取软座设计。当蓄力器排放储存液体时，LP活塞向左移动。在LP活塞的一端形成有柱塞170，它与通道166以密封形式配合。图16示出了在通道就要关闭前的活塞位置。一旦通道关闭，腔室161中的剩余容积关闭并且从图16看到活塞进一步的向左移动将利用其中任何存在的流体压缩空气。
图17示出了完全排放出液体的补偿蓄力器，这时HP活塞171在其行程的左端。大气腔室的最终容积172设计为压缩比率大约是41，这个比率是指最初密封它和完全被柱塞隔离时的容积比。如果没有液体泄露，在剩余容积中的气体被压缩，将产生大约6bar的压力，这个压力不足以抵抗LP打开止回阀167，所以没有气体被迫进入液压系统。如果由于泄露一些流体出现在剩余容积中，空气的容积将减少，但是容积的变化基本上保持不变，所以压缩压力将上升，直到它的值等于或大于LP压力，这时大气腔室底部的一些流体将被强迫回到液压系统中。这提供了一个自动再充液系统。涌流风缸164用来存储在主蓄力器将液体完全排放并且没有到大气腔室的通路时任何可能发生的泄露。
同样的系统也可以应用于开放的贮液器SHEP系统(如图1所示的例子)，利用大气压力的外壳循环来自P/M外壳排液管的流动，其过程可参考图18。P/M外壳排液管181一直通到大气贮液器182。溢出的液体进入大气腔室184，通过止回阀185被抽回LP蓄力器186。蓄力器186和孔187一起既保持了LP压力又在每个充液和放液循环中平稳了来自压缩泵系统的脉动输运。这个系统具有只有存在外壳泄露时才自动抽入外壳排液管流动的优点。
图18给出的补偿蓄力器具有相等的活塞直径，但是如果外壳排液管流动不能提供足够的循环时可以应用不相等的活塞直径。
图19示出了应用补偿蓄力器的压缩泵的另一个实施例，补偿蓄力器具有多个连杆所以将活塞保持在固定的垂直状态，这允许再充液止回阀191安装到LP活塞192上。弹簧加载活塞代替STEM170(图17)关闭入口194以提供和前面参照图17讨论过的实施例同样的压缩泵动作。
在系统中应用大气贮液器的贮液器的一个功能是允许任何在最初装配和填充或在随后的运行中引入系统的空气脱逸出去。在充满液压系统后，一些空气团不可避免地留在其中。由于这些空气团在最初的系统运行中处于压力状态下，空气会逐渐地溶解在流体中。例如，通常的液压油在大气压力下含有容积含量为10％的溶解空气。这个含量随着压力的增加成比例地增加，所以在返回大气时两个大气压的饱和值会占容积的20％。因为进入系统的油在大气压力下饱和，在压力状态下另外的所溶解的空气会使空气的容积含量增加到超过10％。这样，当油循环回到贮液器中时，空气可以释放到大气中。这个过程可以持续地将液压系统中的空气清除出去，并且是支持液压系统有效性的一个重要但鲜为人知的因素。
密封的SHEP系统没有大气贮液器，所以液体中捕获的空气没有脱逸的办法。现行的办法是在测试时利用独立的循环泵足够长时间地循环流体使之通过大气贮液器以将捕获的空气移去。但是这个过程具有不确定性而且很花时间，特别是那些依靠它们捕获大量空气的一侧的工业蓄力器。象参考图15所讨论过的，活塞式蓄力器具有一些优势，因为可以容易地定位它们的通口使得最小化所捕获的空气。
如果存在前面描述的再充液泵，可以实现SHEP系统的自动空气清除，这将参考图20描述。补偿蓄力器通过多个连杆可以固定活塞的垂直状态，与LP腔室202连接的连接处201位于朝向蓄力器底部的位置，所以任何自由空气将倾向于被捕获在LP腔室的顶部。设计和连接系统其它部分，特别包括P/M外壳和小蓄力器使得它们最小化捕获空气。作为例子，示出的连接小蓄力器203的地方在顶部。
一个小弹簧回复柱塞泵204安装在LP活塞205上，所以当系统成为处于完全充液状态时，活塞移动到最右边，弹簧回复柱塞泵204与界壁206接触。柱塞泵的入口经过通道207从LP腔室的上部收集任何出现的空气，然后这些气体通过进口止回阀208。泵送出的空气穿过出口止回阀209到达大气腔室210。止回阀209的弹簧必须具有足够的强度来阻止LP压力，从而只有在柱塞工作时才有流动。
另一种办法是，柱塞泵可以安装在界壁中并且通过与LP活塞接触来工作，然后通过导管与大气腔室连通。如果活塞的垂直状态不能保证，这将是需要的。任何泵入的空气将通过过滤器通气阀出去。在正常的情况下只泵入液压流体。如果在大气压力下溶解的空气含量大于10％饱和值(油)，这些多出的空气将被释放并且通过过滤器通气阀排出。再充液泵然后将流体泵送回系统。利用使流体通过大气腔室的循环，系统的连续操作将趋向缓慢地使系统中的溶解空气保持在大气压力下的饱和值水平。
除非对HP活塞提供一个机械止动件，如果在LP活塞已经到达它的冲程的一端蓄力器继续被施加压力，连杆就有可能出现应力过大的危险。尽管象前面描述的那样应用位置传感系统允许控制系统防止这种情况的发生，利用一个自动系统来积极地防止这种情况的发生是有益的。
图21、22和23示出了一种冲程端保护系统的优选实施例。图21示出了具有HP活塞212将HP气体213和HP流体214分开的补偿蓄力器211。LP活塞215把LP流体216和大气腔室217分开。两个活塞通过几个连杆218连接，这些连杆穿过带有密封220的中心板219。蓄力器通过HP通口221被充液，通过LP通口222流动返回LP的流体。在蓄力器放液的时候这些流动反向。中心板装入了冲程一端(EOS)的阀门223。
参考图22，EOS阀门由与形成在中心板上的阀门座225配合在一起的杆式提升阀224构成。提升阀在阀导向件226中被松弛地支撑。阀导向件具有很多孔227以允许流体流动并且通过固定环228固定在中心板上。在阀导向件和提升阀之间的弹簧229通过作用在垫片230和固定环231上迫使提升阀处于闭合状态。
这个实施例利用了带有截头圆锥体的阀座和提升阀的接合球形部分的自对准提升阀设计。除了利用弹簧闭合外提升阀还通过高压的作用闭合。当蓄力器充液时在LP活塞接触到提升阀杆的一端之前活塞组件一直向右移动。进一步的移动会打开阀门从而将流体高压释放到低压，这将流体再循环到泵的入口。
图23绘出了这种行为，LP活塞232将阀门推开从而形成流动通道233。这个系统简化了能量储存系统的控制，因为它允许对蓄力器进行完全充液而不必担心损坏，同时减少了对精确位置检测或需考虑温度补偿的精确压力测量的需要。假设提供了足够的冷却，引入这种阀门的系统可以在蓄力器完全充液后继续用P/M提供车辆刹车，同时车辆的动能通过EOS阀门的节流作用转换为加热流体的热能。
通常将部分储存的HP流体供给伺服系统用来控制P/M，因为这样就不必为伺服系统提供另外的能量源。但是当蓄力器经过完全放液后，由于没有能够供给伺服系统的HP，这就导致了困难。通过一个适当的弹簧或者其它的装置利用P/M控制的偏置可以克服这个困难，从而P/M在本质上一直跟随冲程，但是这样很难提供快速控制反应。
所以在正常应用中通常避免对蓄力器完全放液，所以伺服压力永远是可以得到的，而弹簧偏置只在最初的启动时使用，因为这时蓄力器不可避免地要完全放液。这就防止了用掉蓄力器的全部能量从而导致了控制的复杂性，否则就必须提供对活塞组件位置的精确测量或者对温度和压力的精确测量。
图24、25和26绘出了用于自动防止蓄力器完全放液的办法的优选实施例，从而总是有部分HP流体可以提供给伺服系统。图24示出了前面描述过的具有HP和LP活塞的补偿蓄力器，两个活塞用通过中心板的多个连杆连接。有两个HP通口，一个主通口241和一个伺服系统供给通口242。阀门组件243优选为翼形阀门，图25和26更清楚地给出了它的结构，它具有通过螺纹装置连接在一起的提升阀244和盖245，它们可滑动地安装在杆246上，而杆则通过螺纹装置安装在HP活塞上。弹簧247迫使提升阀组件在杆的头部248允许的范围内离开HP活塞尽可能的远。
阀座249装入中心板。当翼形阀门闭合时这个阀座与提升阀上相应的配合表面配合在一起。这个实施例利用了带有截头圆锥体阀座和提升阀的接合球形部分的自对准提升阀设计。从图25和26看，当蓄力器放液时，活塞组件向左移动。当HP活塞接近中心板时，翼形阀门靠紧中心板上的阀座将其自身再次关闭，捕获了一定量的HP流体，所以它不能再通过主HP通口排放出去。但是伺服通口依然开放，所以HP流体通过这个通口依然是可以得到的。
图26示出了当翼形阀门关闭并且已经利用了一些伺服流动后的翼形阀门结构。HP活塞250已经几乎接触到中心板251，提升阀靠紧阀座密封。提升阀组件抵抗弹簧向阀杆的下面移动。因为主通口不再处于压力状态下高压作用也保持提升阀组件关闭。
进一步利用伺服流体会使得HP活塞更接近中心板直到它们互相接触。然后就没有可进一步利用的伺服流体了。提升阀组件在阀杆上的行程略微超过HP活塞的闭合行程，所以主要的接触是在HP活塞和中心板之间而不是通过翼形阀门组件。因为它允许主HP通口的完全放液同时依然保持一些能量可以用于伺服操作，翼形阀门简化了能量储存系统的控制，减少了精确位置检测或考虑温度补偿的精确压力测量的需要。翼形阀门提供了其它的优点，因为在正常操作时HP活塞的密封两侧压力保持大致相等，当所允许的伺服完全排出时密封只需要承受气体的预施加压力。
SHEP能量储存系统由一些相互机械连接或流体导管连接的构件构成，然后对它们充入压力气体和液压流体。充气和充液过程对系统的成功运行非常重要，需要正确的气体压力和正确数量的流体。在最初的充入过程后，流体中含有空气，必须将它们除去。从车辆组件的观点来看，将能量储存系统制造成完整的单元组件是理想的，类似于传统的车辆传动装置，在安装之前该组件完成充入过程、去除了空气并且完成了测试。然后能量储存系统就只需要与外部的电或机械控制装置连接就成为一个完整的功能组件。
图27示出了一个紧凑的蓄力器组件251(参考图15的描述)，它装入了一个阀门组252(参考图10的描述)。一种过中心型P/M253直接安装到组件上，所有的连接都在组件内部。组件通过弹性安装件安装到车辆中以最小化组件内噪声和振动的传播。驱动轴254可以利用通用的传动轴连接到驱动系，连接处可以在变速箱或者轮轴上，这将根据车辆的布置而定。单元组件可以直接安装到变速箱上从而成为整个发动机和传动装置组件的一部分。如果车辆有安装在底盘上的最终传动件，通过连接车轮的万向轴，单元组件可以直接安装到最终传动件上。
图28示出了具有前面描述的蓄力器组件261和阀门组262的类似布置，并且具有作为组件的一部分的不能越过中心的P/M263。如前所述，轴264连接到驱动系上。冷却系统265和过滤器266也作为单元组件的一部分示出。图28示出压力补偿蓄力器直接连接到阀门组上，而过滤器和冷却器直接连接到阀门组上。同时还示出泵/马达组件直接连接到阀门组上。可以象图29那样重新构造这个布置使得泵/马达组件在组合蓄力器系统的中心直接连接到阀门组上。这允许在将其安装到车辆中前使整个系统充满油、去除空气并对它进行预测试。
图29示出了这样的另一个布置，阀门组271安装在蓄力器组件HP端272和LP端273之间，并且象以前一样P/M274安装到阀门组上。
图30示出了另外的分动箱，它允许系统与动力系连接。这个结构通常适用于商业车辆，如公交车等，在这些车辆中连接发动机和变速箱到车轴上的传动轴可以被分动箱281中断。在这个实施例中，单元组件包括分动箱。分动箱可以通过齿轮、传动链和驱动皮带传送驱动力。轴282或者283中的一个可以连接到变速箱而另一个连接到车轴。
图31示出了图30的一个变型，它更适于在底盘轨道之间具有有限宽度的车辆。P/M291安装在前面，对着车辆发动机，并且和蓄力器组件在一条线上。P/M291通过指向后面的分动箱的轴(未示出)安装在分动箱292上。补偿蓄力器的LP端293安装在分动箱的后侧，然后是中心板294和HP端295。导管296连接中心板和P/M。任何其它需要的控制阀或者安装在中心板中或者安装在泵的通口组中，也可以分别安装在这两部分中。传动轴297连接车辆发动机和传统的驱动轴。因为P/M在前面，所以有足够的空间为轴提供万向接头。另一个轴298利用另一个传统的驱动轴连接车辆的后驱动车轴。图31给出了具有过中心P/M的实施例。也可以应用图30示出的不过中心设计。尽管通过紧凑蓄力器的特殊设计描述了单元结构，同样的原理可以用到其它的蓄力器布置中。
权利要求
1.用于车辆中的液压能量存储系统，包括高压蓄力器，并联的第一低压蓄力器和第二低压蓄力器，与高压蓄力器及第一和第二低压蓄力器流体连通的泵/马达，当泵/马达工作于泵模式时，它从第一和第二低压蓄力器中将流体泵送到高压蓄力器中，当泵/马达工作于马达模式时，它将流体返回到第一和第二低压蓄力器中，所述的泵/马达具有一个外壳，用来循环其中的流体，在泵/马达和第二低压蓄力器之间的与它们串联的第一止回阀，当泵/马达工作于马达模式时，将从泵/马达中流出流体的一部分单向流到第二低压蓄力器中，在泵/马达外壳、第二低压蓄力器和泵/马达之间的与它们流体串联连通的冷却器，和在第二低压蓄力器和泵/马达外壳之间串联的第二止回阀，当泵/马达运行于泵模式时，用来单向流动来自第二低压蓄力器中的流体，使它们流经泵/马达外壳和冷却器到泵/马达，用来冷却所述那部分流体。
2.用于车辆中的液压能量存储系统，包括高压蓄力器，并联的第一低压蓄力器和第二低压蓄力器，与高压蓄力器及第一和第二低压蓄力器流体连通的泵/马达，当泵/马达工作于泵模式时，它从第一和第二低压蓄力器中将流体泵送到高压蓄力器中，当泵/马达工作于马达模式时，它将流体返回到第一和第二低压蓄力器中，所述的泵/马达具有一个外壳，用来循环其中的流体，串联于泵/马达、泵外壳和冷却器之间的第一止回阀和串联于冷却器和第二低压蓄力器之间第二止回阀，当泵/马达运行于马达模式时，第一止回阀使一部分来自泵/马达中的流体单向流过泵外壳和冷却器，第二止回阀单向流动来自冷却器的所述那部分流体到第二低压蓄力器以冷却所述的那部分流体，与第二低压蓄力器和泵/马达串联的第三止回阀和与冷却器和第一止回阀串联的第四止回阀，当泵/马达运行于泵模式时，用于单向流动一部分来自第二低压蓄力器的流体到泵/马达外壳并通过冷却器到达泵/马达以冷却所述的那部分流体。
3.用于车辆中液压能量存储系统的补偿蓄力器，包括圆柱形外壳，它具有在长度方向上的轴线和与长度方向上的轴线同心的高压腔室和低压腔室；横向安装在高压腔室中的高压活塞，用来在高压腔室中做往复轴向运动，和横向安装在低压腔室中的低压活塞，用来在低压腔室中做往复轴向运动；和至少三个连接高压活塞和低压活塞的等间距连杆，在活塞做往复运动时用于保持活塞垂直于圆柱形外壳的长度方向上的轴线。
4.用于车辆中液压能量存储系统的补偿蓄力器，包括圆柱形外壳，它具有在长度方向上的轴线和与长度方向上的轴线同心的高压腔室和低压腔室，所述的低压腔室具有远离高压腔室的气体端和靠近高压腔室的流体端；可滑动地安装的高压活塞，能够在高压腔室中做往复轴向运动，和安装的低压活塞，能够在低压腔室中做往复轴向运动；至少一个把高压活塞和低压活塞连接在一起的连杆；安装在低压腔室中靠近低压端的第一位置传感器和安装在低压腔室中靠近高压端的第二位置传感器，从而第一和第二位置传感器控制低压活塞在低压腔室中的往复行程。
5.如权利要求4所述的补偿蓄力器，还包括与高压流体腔室流体连通的压力传感器，从而第二位置传感器或者压力传感器控制高压活塞和低压活塞的往复行程并且触发加热系统。
6.如权利要求4或5所述的补偿蓄力器，其中气体端具有端壁并且第一位置传感器安装在所述的端壁内。
7.如权利要求6所述的补偿蓄力器，其中安装在端壁内的第一位置传感器位于长度方向上的轴线上并且包括一个超声传感器。
8.用于车辆中液压能量存储系统的补偿蓄力器，包括圆柱形外壳，它具有在长度方向上的轴线和与所述的长度方向上的轴线同心的高压腔室和低压腔室，每个所述的高压腔室和所述的低压腔室具有彼此远离的气体端和彼此靠近的流体端；可滑动地安装的高压活塞，能够在高压腔室中做往复轴向运动，和可滑动地安装的低压活塞，能够在低压腔室中做往复轴向运动；至少一个把高压活塞和低压活塞连接在一起并且使它们同轴的连杆；在圆柱形外壳一端的阀门组；和将高压流体端与阀门组连通的高压导管和将低压流体端与阀门组连通的低压导管。
9.如权利要求8所述的补偿蓄力器，其中高压和低压导管在圆柱形外壳的外部。
10.如权利要求9所述的补偿蓄力器，其中高压和低压导管在圆柱形外壳的内部，它们与长度方向上的轴线平行放置并且穿过低压活塞，还包括形成在低压活塞中的密封装置，用来可滑动地配合和密封高压和低压导管。
11.用于车辆中液压能量存储系统的补偿蓄力器，包括圆柱形外壳，它具有在长度方向上的轴线和与所述的长度方向上的轴线同心的高压腔室和低压腔室，所述的高压腔室和所述的低压腔室两者中的一个具有比另一个大的直径；可滑动地安装的高压活塞，能够在高压腔室中做往复运动，和可滑动地安装的低压活塞，能够在低压腔室中做往复运动，所述的高压活塞和所述的低压活塞两者中的一个具有比另一个大的直径，以在高压汽缸和低压汽缸之间建立流动的不平衡；与高压腔室和低压腔室流体连通的泵/马达，用来在泵/马达工作于泵模式时从低压腔室中将流体泵送到高压腔室，并且在泵/马达工作于马达模式时将流体返回到低压腔室，所述的泵/马达具有一个外壳，以通过它循环流体；一个低压蓄力器，与低压腔室并联，用来在泵模式或者马达模式下，由于高压汽缸和低压汽缸之间的流动不平衡，接受和排放一部分来自高压或者低压腔室中的流体；一个与泵/马达外壳流体连通的冷却器；串联于泵/马达、泵外壳和冷却器之间的第一止回阀和串联于冷却器和低压蓄力器之间的第二止回阀，当泵/马达运行于马达模式时，第一止回阀使一部分来自泵/马达中的流体单向流过泵外壳和冷却器，第二止回阀单向流动来自冷却器的所述那部分流体到低压蓄力器，以冷却所述的那部分流体；与低压蓄力器和泵/马达串联的第三止回阀，和与冷却器和第一止回阀串联的第四止回阀，当泵/马达运行于泵模式时，用于单向流动一部分来自低压蓄力器的流体到泵/马达外壳并通过冷却器到泵/马达以冷却一部分流体。
12.如权利要求11所述的补偿蓄力器，其中高压活塞比低压活塞大，从而从高压腔室的流出大于到低压腔室的流入，以保持高压流体压力并且建立从高压汽缸到低压汽缸的正向流动不平衡。
13.如权利要求12所述的补偿蓄力器，其中低压蓄力器是同心形成在低压腔室中的环状腔室，并且包括环状蓄力器活塞，该活塞可滑动地安装以在环形蓄力器腔室中往复运动。
14.如权利要求13所述的补偿蓄力器，其中环状蓄力器活塞是细长的环形环。
15.用于车辆中液压能量存储系统的补偿蓄力器，包括圆柱形外壳，它具有长度方向上的轴线和与所述的长度方向上的轴线同心的高压腔室和低压腔室；横向安装在高压腔室中的高压活塞，能够在高压腔室中做往复轴向运动，和横向安装在低压腔室中的低压环形活塞，能够在低压腔室中做往复运动；至少三个等间距的连杆，连接高压活塞和低压活塞以保持活塞在往复运动时垂直于圆柱形外壳的长度方向上的轴线；一个低压蓄力器汽缸，形成在低压腔室中心，与低压环形活塞同心并且在其内部；密封装置，形成在低压蓄力器汽缸和环形活塞之间，从而环形活塞与低压蓄力器活塞滑动配合；与高压腔室和低压腔室、低压蓄力器流体连通的泵/马达，用来在泵/马达工作于泵模式时从低压腔室和低压蓄力器中将流体泵送到高压腔室，并且在泵/马达工作于马达模式时将流体从高压腔室返回到低压腔室和低压蓄力器，所述的泵/马达具有一个外壳，以通过它循环流体，一个与泵/马达外壳和低压蓄力器流体连通的冷却器，因此在泵/马达工作于泵和马达模式时使流到或来自低压蓄力器的流体流经冷却器。
16.如权利要求15所述的补偿蓄力器，其中低压蓄力器汽缸具有形成在它的上部的用来排放空气到大气的通道孔。
17.如权利要求16所述的补偿蓄力器，其中高压腔室具有钢衬套，使高压活塞在其中往复轴向运动，所述的钢衬套限定了在钢衬套和汽缸之间的环面，其长度大致与活塞冲程的长度相等，并且流体导管使得所述的环面和高压腔室中的流体连通，以平衡衬套和腔室之间的液压压力。
18.如权利要求17所述的补偿蓄力器，其中衬套延伸的长度大致等于高压腔室的长度。
19.如权利要求3、4、5、8、9、11、12、13或14所述的补偿蓄力器，具有位于低压腔室末端的大气腔室，低压活塞往复运动在低压腔室中，所述的活塞具有从其上伸出的轴向柱塞；接受从泵/马达排出的流体的涌流风缸；形成在低压腔室的端壁中以密封地承接活塞柱塞并且接受来自涌流风缸的流体再排出到大气腔室的圆柱形通道；和在大气腔室的底部与低压蓄力器或低压腔室通过止回阀连通的流体出口，从而活塞柱塞的插入将大气腔室关闭与大气隔离，并且大气腔室内空气的压缩打开止回阀，将大气腔室底部的流体泵送到低压蓄力器或者低压腔室。
20.如权利要求3、4、5、8、9、11、12、13或14所述的补偿蓄力器，具有位于低压腔室末端的大气腔室，低压活塞往复运动在低压腔室中；接受从泵/马达排出的流体的涌流风缸；形成在低压腔室的端壁中以接受来自涌流风缸的流体再排出到大气腔室的开口；形成在活塞中用来关闭所述的端壁开口的柱塞装置；和在大气腔室的底部与低压蓄力器或低压腔室通过止回阀连通的流体出口，从而活塞和柱塞装置的往复运动将大气腔室关闭与大气隔离，并且大气腔室内空气的压缩打开止回阀，将大气腔室底部的流体泵送到低压蓄力器或者低压腔室。
21.如权利要求3、4、5、8、9、11、12、13或14所述的补偿蓄力器，具有位于低压腔室末端的大气腔室，其中一个弹簧回复柱塞泵安装在低压活塞顶部的附近并且伸进低压腔室，从而可以和把低压腔室与高压腔室分开的界壁抵接；从低压腔室到柱塞泵的进口，形成在低压活塞的顶部中；在进口中的一个通常关闭的止回阀，用来单向流动来自低压腔室的流体使之进入柱塞泵；一个从柱塞泵到大气腔室的出口；和一个在出口中通常关闭的止回阀，单向流动来自柱塞泵的流体使之进入大气腔室，因此在低压活塞的往复运动过程中柱塞泵与界壁的抵接将任何存在于低压腔室顶部的空气泵送到大气腔室。
22.如权利要求21所述的补偿蓄力器，其中柱塞泵安装在界壁中，并且形成在界壁中的导管装置引导泵送的空气到大气中。
23.如权利要求3、4、5、8、9、11、12、13或14所述的补偿蓄力器，具有位于低压腔室末端的大气腔室，其中圆柱形外壳具有一个将高压腔室与低压腔室分开的界壁；安置在形成于界壁中的阀座中的提升阀，该阀偏置使得通常关闭从高压腔室到低压腔室的流动，所述的提升阀具有伸进低压腔室中的阀杆，因此低压活塞与提升阀杆的抵接打开提升阀，允许高压流体从高压腔室进入低压腔室的流动。
24.如权利要求3、4、5、8、9、11、12、13或14所要求的补偿蓄力器，具有位于低压腔室末端的大气腔室，其中圆柱形外壳具有一个将高压腔室与低压腔室分开的界壁；一个安装在高压活塞上向界壁突出的提升翼形阀门；用于提升翼形阀门的阀座，形成在界壁上并与低压腔室流体连通，用来承接提升翼形阀门并且在高压流体从高压腔室中完全排放之前关闭提升翼形阀门；和一个形成在界壁中与泵/马达流体连通的伺服系统供应通口，因此，在提升翼形阀门完全关闭后，高压腔室中的剩余高压流体传送到马达泵。
25.一种包括如前面权利要求所述的补偿蓄力器的组合蓄力器系统，其中圆柱形外壳与阀门组、过中心型泵/马达或不过中心型泵/马达组合在一起，形成一个单元结构以直接安装到车辆的最终传动件上。
全文摘要
一种用于车辆中的液压能量存储系统，该系统在高功率水平上能够保持有效存储和恢复能量的能力，同时提供以下特点高效、小尺寸密封装置、轻重量、单元结构、耐用和增强了的可靠性。
文档编号F15B1/02GK1529665SQ01819674
公开日2004年9月15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, 威廉·雷蒙德·埃文斯, 彼得·拉塞尔·马丁, 休 伊沃 弗雷泽, 拉塞尔 马丁, 雷蒙德 埃文斯 申请人:谢普有限公司