[发明专利]用于液力恢复的装置

说明书

本发明涉及机械工程并且能用于更为有效且安全的液力恢复，包括移动应用，例如筑路机，装载和提升设备以及液压混合动力货车和汽车。

背景技术

存在呈液压气动蓄能器(在下文称为蓄能器)形式的用于液力恢复的装置，它们的壳体包括经由气口填充有加压气体的容积可变的气体贮存器以及经由液口填充有液体的容积可变的液体贮存器；同时这些气体和液体贮存器由相对于壳体可动的分离器分开。

利用具有呈活塞形式的固体分离器和例如呈弹性聚合物膜或囊[1]的形式以及呈金属波纹管[2]的形式的弹性分离器的蓄能器来执行液力恢复。

在操作之前，蓄能器的气体贮存器经由气口充有初始压力达至数兆帕到数十兆帕的加压气体(通常为氮气)。

在能量从液力系统传送到蓄能器期间(例如，在液压混合动力车辆的制动中)，发生工作液体从液力系统到蓄能器中的泵送，并且工作气体在蓄能器中发生压缩，其中气体的压力和温度增加。在能量从蓄能器返回到液力系统期间(例如，在液压混合动力车辆的加速中)，加压工作气体膨胀并将工作液体排出到液力系统中。

作为惯例，蓄能器包括一个气体贮存器和一个液体贮存器，在该气体贮存器和液体贮存器中具有相等的气体压力和液体压力。传递到蓄能器的液力越高，蓄能器中的气体压缩比越高。为了保持所需的恢复能量，压力增长必须由与蓄能器液压连接的液压机器(泵或者马达)的减少输送来补偿。随着传送的减少，液压机器的效率降低；因此，总恢复效率下降，这是这种装置的缺陷。

为了降低气体压缩比，增大蓄能器的容积或者增加蓄能器的数量使得系统的成本增加，并且使得系统更重，这对移动应用而言是重要的。

已公知的装置[3]用于降低气体压缩比，同时用于增加最大可能恢复的能量。该装置包括液压气动蓄能器，该液压气动蓄能器的壳体包括与该蓄能器的液体贮存器连通的液口，所述液体贮存器由可动分离器与该蓄能器的气体贮存器分离，所述气体贮存器经由气口与至少一个气体容器连通。

当工作液体从液力系统被泵送到蓄能器的液体贮存器中时，分离器移动并且迫使气体离开蓄能器而进入容器中，从而压缩容器中和蓄能器中的气体。将液体泵送到蓄能器中的功转换为加压气体的内部能量，从而加压气体的压力和温度都上升。当能量从该装置返回到液力系统中时，加压工作气体膨胀并且被部分地强制离开容器而进入到蓄能器的气体贮存器中。移动分离器而使蓄能器的液体贮存器的容积减小，并且工作液体被迫经由液口离开液体贮存器而进入到液力系统中。加压气体的内部能量转换为液体移动的功，即，该装置将从液力系统接收到的液力返回至该系统中，其中气体的压力和温度都下降。

将比蓄能器更轻质且更便宜的容器增设到系统中使得在有损更好地利用蓄能器容积、降低气体压缩比的情况下增大恢复能量的量，且因而减小在系统中操作的液压机器的输送的变量范围，这使得恢复效率提高。

用于液力恢复的这种装置的缺陷在于高水平的热损失，这是由于容器中的气体在压缩和膨胀时仅与容器的内壁交换热量，且对于典型的容器的容积(数升和数十升)而言它们之间的距离太大(数十毫米和数百毫米)，并且气体导热率太小。

在这种距离的情况下，由气体导热率造成的气体与容器壁的热交换微乎其微。因此，气体的压缩和膨胀过程基本上是非等温的，且在容器中出现数十度甚至数百度的可观温度梯度。大容器容积中的可观温差产生对流，从而将其至壁的热传递增加了数十倍至数百倍。因此，压缩期间在容器中特别是在蓄能器中被加热的气体冷却下来，这导致在积蓄能量的存储期间(例如，当液压混合动力车辆停止时)气体压力下降并且积蓄能量损失增加。在高温差的情形中进行非平衡的热传递过程是不可逆的，即，在膨胀期间从加压气体传递到容器壁的热量的较大部分不能返回到气体。因此，当气体膨胀时，返回到液力系统的液力的量比在气体压缩期间所接收的量要少得多。

因此，上述装置由于高的热损失而具有低效率的液力恢复。