(57)【要約】  油圧システム（１２）および作業機械（１０）が提供され、油圧システム（１２）は、第１の流体通路（３０）によって接続された第１のポート（２６）および第２のポート（２８）を有する少なくとも１つの油圧シリンダ（２２、２４）を含む。双方向油圧ポンプである第１のポンプ（１４）は第１の流体通路（３０）に配置され、第２のポンプ（１６）は第１のポンプ（１４）と並列に配置され、かつ第２の流体通路（４０）に配置される。アキュムレータ（１８）は第２の流体通路（４０）に流体接続される。
2009511831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧システム（１２）であって、
第１のポート（２６）と第２のポート（２８）とを含む少なくとも１つの油圧シリンダ（２２、２４、６０）と、
前記第１および第２のポート（２６、２８）を接続する第１の流体通路（３０）と、
前記第１の流体通路（３０）に配置された双方向ポンプである第１の油圧ポンプ（１４）と、
前記第１の流体通路（３０）に接続された第２の流体通路（４０）と、
前記第１のポンプ（１４）と並列でありかつ前記第２の流体通路（４０）に配置された第２の油圧ポンプ（１６）と、
前記第２の流体通路（４０）に流体接続されたアキュムレータ（１８）と、
を備える油圧システム（１２）。
【請求項２】
前記第２の流体通路の一端（４０ａ）が、前記第１のポンプ（１４）と前記第１のポート（２６）との間の位置で前記第１の流体通路（３０）に接続される第１の形態と、前記端部（４０ａ）が前記第１のポンプ（１４）と前記第２のポート（２８）との間の位置で前記第１の流体通路（３０）に接続される第２の形態とを有する弁アセンブリ（２０）をさらに備える請求項１に記載の油圧システム（１２）。
【請求項３】
前記弁アセンブリ（２０）がスプール弁部材（１９）を含み、
前記スプール弁部材（１９）が、前記第１のポンプ（１４）と前記第１のポート（２６）との間の前記第１の通路（３０）の流体圧力にさらされる第１の圧力面（２１ａ）と、前記第１のポンプ（１４）と前記第２のポート（２８）との間の前記第１の通路（３０）の流体圧力にさらされる第２の圧力面（２１ｂ）とを備え、前記第１および第２の圧力面（２１ａ、２１ｂ）が、異なる有効面積を有する請求項２に記載の油圧システム（１２）。
【請求項４】
前記弁アセンブリ（２０）が第１の弁を備え、前記油圧システム（１２）が、前記アキュムレータ（１８）と前記第１の弁との間の前記第２の流体通路（４０）内に配置された第２の弁をさらに備え、
前記第２の弁がチェック弁（５５）であり、前記油圧システム（１２）が、低圧流体供給部と、
前記低圧流体供給部と前記第２の流体通路（４０）との間に配置された補給ポンプ（５４）と、
をさらに備える請求項２に記載の油圧システム（１２）。
【請求項５】
作業機械（１０）であって、
第１のポート（２６）および第２のポート（２８）を有する少なくとも１つの油圧シリンダ（２２、２４、６０）を含むハイブリッド油圧システム（１２）と、前記第１および第２のポート（２６、２８）を接続する流体通路（３０）とを備える作業機械（１０）において、前記ハイブリッド油圧システム（１２）が、前記流体通路（３０）に配置された双方向ポンプである第１のポンプ（１４）と、前記第１のポンプ（１４）に並列の第２のポンプ（１６）とをさらに備え、前記第２のポンプ（１６）が、アキュムレータ（１８）に接続され、かつ前記第１のポート（２６）と前記第１のポンプ（１４）と間の位置において、および前記第２のポート（２８）と前記第１のポンプ（１４）との間の別の位置において、前記流体通路（３０）に選択的に接続可能である、作業機械（１０）。
【請求項６】
前記流体通路（３０）が、前記第１のポンプ（１４）によって分割された第１および第２の部分（３０ａ、３０ｂ）を有する第１の流体通路（３０）であり、前記作業機械（１８）が、
前記第１の流体通路（３０）に流体接続された第１の端部（４０ａ）を有する第２の流体通路（４０）であって、前記第２の流体通路（４０）には前記第２のポンプ（１６）が配置される第２の流体通路（４０）と、
前記第２の流体通路（４０）の第２の端部（４０ｂ）を前記第１の流体通路の前記第１および第２の部分（３０ａ、３０ｂ）の一方に選択的に接続するように作動可能な弁アセンブリ（２０）と、
をさらに備える請求項５に記載の作業機械（１０）。
【請求項７】
前記第１のポンプ（１４）および前記第２のポンプ（１６）の少なくとも一方が、前記作業機械（１０）のエンジンに接続された、ポンプおよびモータの組み合わせを含み、
補給ポンプ（５４）が、前記第１の流体通路の前記第１および第２の部分（３０ａ、３０ｂ）の一方と選択的に接続可能であり、
前記第１および第２のポンプ（１４、１６）のそれぞれが、前記エンジンに接続された、双方向可変容量形のポンプおよびモータの組み合わせを含む請求項６に記載の作業機械（１０）。
【請求項８】
作業機械（１０）用の油圧システム（１２）を作動させる方法であって、
少なくとも部分的に、双方向ポンプである第１の油圧ポンプ（１４）を介して、油圧シリンダ（２２、２４、６０）の第１のポート（２６）と第２のポート（２８）との間で作動油を移動させるステップと、
少なくとも部分的に、第１のポンプ（１４）と並列に配置された第２の油圧ポンプ（１６）を介して、アキュムレータ（１８）と第１および第２のポート（２６、２８）の一方との間で作動油を移動させるステップと、
を含む方法。
【請求項９】
第１のポンプ（１４）が配置された流体通路の第１の部分および第２の部分（３０ａ、３０ｂ）の一方に、補給ポンプ（５４）を流体接続するように、少なくとも１つの可動弁部材（１９）を選択的に配置するステップと、
第２のポンプ（１６）を少なくとも部分的に介して作動油をアキュムレータ（１８）に少なくとも部分的に移動させることによって、油圧システム（１２）のエネルギーを蓄積するステップと、
油圧システム（１２）の流体容量を補充するように、第２のポンプ（１６）が配置された流体通路（４０）に接続される補給ポンプ（５４）を作動させるステップと、
をさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
配置ステップが、少なくとも１つの可動弁部材（１９）を流体力学的に移動させることを含む請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、作業機械用の油圧システムに関しており、より詳しくは、油圧回路と並列に配置された第１および第２の油圧ポンプと、油圧システムの油圧エネルギーを蓄積および回収するためのアキュムレータとを有するハイブリッド油圧システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多様な形態の油圧システムは、現在の多くの作業機械の不可欠な構成部材である。実質的に全てのトラクタ、ローダ、掘削機および他のオフハイウェイ作業機械には、油圧作動式の作業器具が利用される。典型的な構造において、作業機械の油圧システムは、作業機械のエンジンに接続され、かつバケットまたはブレード等の作業器具の位置を調整するために加圧作動油を油圧アクチュエータに供給するように作動可能な１つ以上の油圧ポンプを含む。他の用途において、油圧アクチュエータを作業機械のスタビライザで、さらには作業機械の操舵システムで使用することが可能である。
【０００３】
油圧システムの油圧シリンダを作動させることにより、作業機械のエンジン、あるいは燃料電池またはバッテリ等の他の電源によって供給されたエネルギーが消費される。例えば、掘削機またはローダのブームアームは、それに接続された１つ以上の油圧アクチュエータに作動油を供給することによって上昇位置に上昇される。例えば、作業機械の油圧ポンプからの加圧作動油によって、重力に抗してブームアームを上昇させるのに必要なエネルギーを供給し得る。対照的に、ブームアームを下降させる場合には、ブームアームに作用する重力によって、ブームアームを下降させ、作動油が油圧アクチュエータの一方の側から付勢される。従来の構造では、アクチュエータから流れる作動油は、典型的に、低圧ドレンに移動される。ブームアームが上昇位置にあった場合、システムは、ブームアームを上昇させるために油圧エネルギーの形態でシステムに最初に入力された位置エネルギーを含んでいると考えることが可能である。ブームアームが下降されたときに、油圧が低圧ドレンに排出された場合、上昇されたブームアームに存在する位置エネルギーを失うことがある。
【０００４】
より最近の構造において、油圧アクチュエータの重力によって補助される伸長または収縮によって導出された加圧流体を蓄積し、その後、必要に応じてシステムに戻すことが可能であることが認識される。いくつかの構造において、アキュムレータが油圧システムに接続され、加圧作動油を蓄積し、次に、要求に応じて、流体をシステムに選択的に戻すことができる。長年にわたって、技術者は、作業機械の油圧システムの油圧エネルギーを回収するための多様な構造を開発してきた。関連技術で「ハイブリッド」油圧システムと呼ばれるこのような構造は、エネルギー保存および燃料経済性のために多くの見込みを示してきた。いくつかのハイブリッド構造において、アクチュエータの一方の側から排出された流体の全てをドレンに送るのではなく、アクチュエータのヘッド側とロッド側との間で流体を直接移動させることが可能である。
【０００５】
しかし、最も進歩したハイブリッド油圧システムでも、欠点がないわけではない。特に、ハイブリッド油圧システムおよび非ハイブリッド油圧システムの両方において、関連技術で「ボイド」として知られている現象が発生する可能性がある。ボイドとは、アクチュエータが伸長または収縮されたときに、油圧シリンダのロッド室およびヘッド室の一方が、作動油で充填されていない隙間または空間を発生させる傾向を示している。ボイドによって、少なくとも部分的に、アクチュエータのロッド側とヘッド側との流体容量に差が生じることになる。特に、ロッドは一定の流体容量を占めるので、流体がロッド側からヘッド側またはドレンに移動されたときに、アクチュエータのロッド側には、隙間が生じることがある。作動中に、このような隙間が発生することにより、システムのポンプおよび／またはアキュムレータが、必要な流体容量を供給できるようになるまで、油圧アクチュエータの動作の遅れが生じる可能性がある。いくつかのシステムにおいて、例えば油圧アクチュエータを伸長させたときに、油圧ポンプ自体のボイドにより、ヘッドおよびロッドには、不均一な流体容量が生じることがある。
【０００６】
油圧システムの油圧エネルギーを蓄積するための１つの油圧システムが、（非特許文献１）に記載されている。ラムフェルド（Ｒａｈｍｆｅｌｄ）およびイヴァンティシノヴァ（Ｉｖａｎｔｙｓｙｎｏｖａ）は、油圧シリンダのヘッド室とロッド室との間で作動油を移動させる双方向の可変容量形油圧ポンプを有するシステムを説明している。アキュムレータおよび追加ポンプは油圧回路に流体接続される。ラムフェルド（Ｒａｈｍｆｅｌｄ）およびイヴァンティシノヴァ（Ｉｖａｎｔｙｓｙｎｏｖａ）による構造はいくつかの利点を提供しているが、特に、オーバーラン負荷から生じる多くの油圧エネルギーを、比較的低圧のアキュムレータに蓄積できないといういくつかの欠点も存在している。
【０００７】
【非特許文献１】「差動シリンダを有する変位制御リニアアクチュエータ−移動機械の一次エネルギーを節約するための方法（Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｌｉｎｅａｒ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  Ｗｉｔｈ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｃｙｌｉｎｄｅｒ−Ａ  Ｗａｙ  Ｔｏ  Ｓａｖｅ  Ｐｒｉｍａｒｙ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｉｎ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ）」、ロバート・ラムフェルド（Ｒｏｂｅｒｔ  Ｒａｈｍｆｅｌｄ）およびモニカ・イヴァンティシノヴァ（Ｍｏｎｉｋａ  Ｉｖａｎｔｙｓｙｎｏｖａ）、ハンブルク工科大学（ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｈａｍｂｕｒｇ）、ドイツ（Ｇｅｒｍａｎｙ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本開示は、上述の課題または欠点の１つ以上を克服することに向けられる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一形態では、本開示は、第１のポートと第２のポートとを有する少なくとも１つの油圧シリンダを含む油圧システムを提供する。第１の流体通路は第１のポートと第２のポートとを接続し、双方向油圧ポンプである第１のポンプは第１の流体通路に配置される。第２の流体通路は第１の流体通路に接続され、第２のポンプは第２の流体通路に配置され、第１のポンプと並列である。アキュムレータが設けられ、それが第２の流体通路に流体接続される。
【００１０】
他の形態では、本開示は、第１のポートと第２のポートとを有する少なくとも１つの油圧シリンダを有するハイブリッド油圧システムを含む作業機械を提供する。流体通路は第１および第２のポートに接続され、双方向ポンプである第１のポンプは流体通路に配置される。第２のポンプは第１のポンプと並列に配置され、第２のポンプは、アキュムレータに接続され、かつ第１のポートと第１のポンプとの間の位置において、および第２のポートと第１のポンプとの間の別の位置において、流体通路に選択的に接続可能である。
【００１１】
さらに他の形態では、本開示は、作業機械用の油圧システムを作動させる方法を提供する。本方法は、少なくとも部分的に、双方向ポンプである第１の油圧ポンプを介して、油圧シリンダの第１のポートと第２のポートとの間で作動油を移動させるステップを含む。さらに、本方法は、少なくとも部分的に、第１のポンプと並列に配置された第２のポンプを介して、アキュムレータと第１および第２のポートの一方との間で作動油を移動させるステップを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照すると、作業機械本体１１と作業器具アーム２５またはブームアームと油圧システム１２とを有する作業機械１０が示されている。油圧システム１２は、本明細書に記載されているように、油圧エネルギーを選択的に蓄積および回収し得る「ハイブリッド」油圧システムからなる。バケット３２のような油圧作動式の作業器具を有する履帯式掘削機に関連する作業機械１０が示されている。しかし、作業機械１０は例示的なものに過ぎず、油圧シリンダであり得る少なくとも１つの油圧アクチュエータを有する実質的に任意の油圧システムに、本開示を適用できることを理解されたい。
【００１３】
作業機械１０は、出力シャフト１７に連結された従来の内燃機関であり得るエンジン１５をさらに含み得る。出力シャフト１７を回転させることによって、第１の油圧ポンプ１４と第２の油圧ポンプ１６とを作動させることが可能になる。ポンプ１４と１６の両方がオーバーセンター双方向油圧ポンプであることが考えられる。流れを再ルーティングするための適切な弁について、当業者は、これらのポンプ１４と１６のそれぞれが１つの中央側に存在し得ることを理解するであろう。さらに、それぞれのポンプ１４と１６は、組み合わせ油圧ポンプ／モータを備えることが可能であり、また可変容量形であることが可能である。このようにして、それぞれの個々のポンプ／モータ１４と１６は、トルクをシャフト１７に与えるようにシステム１２の作動油によって駆動され得るか、または流体を汲み上げるようにシャフト１７によって駆動され得る。分かりやすくするために、それぞれのポンプ／モータ１４と１６は、本明細書では、単に「ポンプ」と呼ぶことにする。また、油圧シリンダ２２、２４および６０を含む１つ以上の油圧アクチュエータは、油圧システム１２の構成部材であり得る。油圧システム１２は、本明細書に記載されているように、油圧システム１２の油圧エネルギーを蓄積するためのアキュムレータ１８と、油圧システム１２の作動のいくつかの形態を変更するための弁アセンブリ２０とをさらに含むことが可能である。
【００１４】
次に図２を参照すると、図１の作業機械１０の一部が示されており、すなわち、エンジン１５に接続された油圧システム１２が示されている。油圧システム１２は、図１に示されているアクチュエータ２２、２４または６０のような少なくとも１つの油圧アクチュエータを含む。個々の油圧アクチュエータは、ロッド２７に従来の方法で接続されたヘッド２９を含み、またロッド２７とヘッド２９とによって画成された油圧室内にまたそこから外に流体を移動させるためのロッドポート２６およびヘッドポート２８を含む。第１の流体通路３０は、ロッドポート２６とヘッドポート２８とを流体接続し、また第１のポンプ１４によって第１の部分３０ａと第２の部分３０ｂとに分割される。このようにして、第１のポンプ１４は、第１の流体通路３０に配置され、またロッドポート２６とヘッドポート２８との間で流体を第１の流れ方向「Ａ」および第２の流れ方向「Ｂ」のいずれかに移動させるように作動可能である。本明細書に記載されているように、ポート２６と２８の間に流れる加圧流体によって駆動されかつトルクをシャフト１７に与える第１のポンプ１４は、モータとして作動することも可能である。
【００１５】
第２のポンプ１６は、第１の端部４０ａと第２の端部４０ｂとを有する第２の流体通路４０に配置される。ヘッドポート２８と第１のポンプ１４との間において、第１の端部４０ａを第１の流体通路３０の第２の部分３０ｂに流体接続することが可能である。第２の端部４０ｂは、本明細書に記載されているように、ロッドポート２６と第１のポンプ１４との間の箇所（第１の部分３０ａ）においてまたはヘッドポート２８と第１のポンプ１４との間の箇所（第２の部分３０ｂ）において、第１の通路３０に選択的に接続可能であり、それらの箇所の個々の流体接続は、弁アセンブリ２０によって制御される。第２のポンプ１６は、第２の流体通路４０で流体を第１の方向「Ｃ」または第２の方向「Ｄ」のいずれかに移動させるように作動可能であり得る。本明細書に記載されているように、第２の通路４０を通って流れる作動油によって駆動される第２のポンプ１６は、モータとして作動することも可能である。第２のポンプ１６と弁アセンブリ２０との間において、アキュムレータ１８を第２の通路４０に流体接続し得る。
【００１６】
油圧システム１２のいくつかの形態は、典型的に、電子的に制御される。このために、油圧システム１２は、第１の通信ライン７１を介して第１のポンプ１４に接続されまた第２の通信ライン７２を介して第２のポンプ１６に接続された電子制御装置７０を含むことが可能である。他の通信ライン７３を介して、電子制御装置７０を弁アセンブリ２０に接続することも可能である。電子制御装置７０は、典型的に、ポンプの速度、押しのけ容積および方向等の要因を変化させるように作動可能である。さらに、電子制御装置７０は、ポンプ１４と１６が、実質的に同期し、および／または互いに等しいかまたは異なる押しのけ容積であるように、ポンプ１４と１６の作動を制御すべく作動可能であり得る。油圧システム１２は、さらに他の通信ライン７５を介して電子制御装置７０に接続されるロッド弁７６と、さらに他の通信ライン７４を介して電子制御装置７０に接続されるヘッド弁７８とをさらに含むことが可能である。当業者は、個々のロッドポート２６およびヘッドポート２８からの流体の流れを遮断または許容するように、ロッド弁７６およびヘッド弁７８を選択的に開くかまたは閉じ得ることを理解するであろう。本明細書に記載されているように、多数の運転計画は、油圧システム１２によって可能であり、部分的には、電子制御装置７０によって制御されるような種々の接続ならびに流体の流れの経路および流量に関する選択的な制御によって可能になる。
【００１７】
第１のシャフト１７ａを介してエンジン１５に接続された第１のポンプ１４が示されており、これに対し、第２のシャフト１７ｂを介して第１のポンプ１４と第１のシャフト１７ａとに接続された第２のポンプ１６が示されている。共通の単一のシャフトによって、エンジン１５がポンプ１４と１６に接続され得るか、または多数のシャフトによって、それぞれのポンプがエンジン１５に接続され得ることを理解されたい。なおさらに、ポンプ１４と１６の一方または両方が、エンジン１５に機械的に接続されることが全くない電気駆動ポンプであり得ることを理解されたい。本明細書に記載されているように、それぞれのポンプ１４と１６をエンジン１５にまた互いに接続し得る種々の方法により、エンジン１５またはある他の動力源によって個々のポンプを駆動し得るような実質的な融通性が提供され、さらには、ポンプ１４と１６の一方または両方を使用してトルクをエンジン１５にまたは互いに与え得るような実質的な融通性が提供される。例えば、ポンプ１４と１６の一方を使用して、他方のポンプを駆動してもよい。ポンプ１４と１６の一方または両方は、第１のモードでエンジン１５によって駆動されることが可能であり、また第２のモードで、独立してまたは同時に、トルクをエンジン１５に与える。
【００１８】
上述のように、弁アセンブリ２０は、第２の通路４０の第２の端部４０ｂを第１の通路３０の第１の部分３０ａまたは第２の部分３０ｂに選択的に接続するように作動可能である。弁アセンブリ２０は、少なくとも１つの可動弁部材１９を含むことが可能であり、この弁部材は、第２の通路４０用の異なる流体接続にそれぞれが対応する２つの形態または状態を有するスプール弁部材１９であり得る。スプール弁部材１９は、第１の流体通路３０の第１の部分３０ａの流体圧力にさらされる第１の圧力面２１ａと、第１の流体通路３０の第２の部分３０ｂの流体圧力にさらされる第２の圧力面２１ｂとを含む流体力学的に作動されるスプール弁部材であることが可能である。圧力面２１ａと２１ｂのそれぞれを第１の流体通路３０の異なる部分に露出させることによって、第１の通路３０の第１の部分３０ａおよび第２の部分３０ｂの相対圧力に基づき、弁部材１９をその形態の一方に流体力学的に調整し得る。
【００１９】
弁部材１９は、第２の流体通路４０の第２の端部４０ｂを第１の通路３０の第１の部分３０ａに接続するための第１の流路２３ａ、例えば通路またはアニュラスを含むことが可能である。さらに、弁部材１９は、第２の流体通路４０の第２の端部４０ｂを第１の流体通路３０の第２の部分３０ｂに接続するための第２の流路２３ｂ、すなわち通路またはアニュラスを含むことが可能である。圧力面２１ａと２１ｂに作用する油圧により、スプール弁部材１９の位置を制御することが可能である。流体通路３０の第１の部分３０ａの流体圧力が第２の部分３０ｂの流体圧力よりも比較的低い考慮された一実施形態では、第２の流路２３ｂによって第２の通路４０の第２の端部４０ｂが第１の通路３０の第１の部分３０ａに流体接続される位置に向かって、スプール弁１９を油圧的に付勢し得る。第１の部分３０ａの流体圧力が第２の部分３０ｂの流体圧力よりも比較的高かった場合、上述とは反対のことを行うことが可能であり、すなわち、第１の流路２３ａによって、第２の端部４０ｂを第２の部分３０ｂに接続することが可能である。考慮された一実施形態では、圧力面２１ａと２１ｂは、異なる表面積を有する。例えば、第１の圧力面２１ａは第２の圧力面２１ｂよりも比較的小さいことが可能である。ほとんどの実施形態では、弁アセンブリ２０は、第２の流体通路４０の第２の端部４０ｂを第１の部分３０ａおよび第２の部分３０ｂのより低い圧力の一方に選択的に接続するように作動可能である。
【００２０】
流体力学的に作動されるスプール弁部材に関連する弁アセンブリ２０が示されているが、当業者は、本明細書に記載されているように第２の流体通路４０を第１の流体通路部分３０ａと３０ｂに選択的に接続し得る多数の構造が存在することを理解するであろう。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載されているスプール弁の代わりに、分岐流体通路に配置された分離弁を使用してもよい。同様に、流体力学的に作動される弁の代わりに、例えば、ソレノイド作動弁、圧電作動弁部材等の任意の複数の電気作動弁構造を使用してもよい。
【００２１】
油圧システム１２は、低圧空間または低圧油だめ５０からの作動油を油圧システム１２に供給するために、第２の流体通路４０の第２の端部４０ｂに接続された可変容量形ポンプでもあり得るチャージポンプまたは補給ポンプ５４をさらに含み得る。リリーフ通路５３は、第２の端部４０ｂに近接する第２の流体通路４０にも接続され、また必要に応じて油圧システム１２の過剰な油圧を油だめ５０に排出することを可能にできる、リリーフ通路に配置されたリリーフ弁５２を含む。さらに、アキュムレータが空でありまたポンプ１６が油を方向Ｄにポンプ供給していた場合にポンプ１６の入口への流れを維持するために、第２のポンプ１６と弁アセンブリ２０との間に、チェック弁５５を配置することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
油圧システム１２を種々の形態で使用して、その１つまたは複数のアクチュエータ２２、２４および６０を伸長および収縮させることが可能である。作業機械１０の説明内容によれば、例えば、ブームアーム２５の外側部分を上昇または下降させるように、油圧システム１２によって、アクチュエータ２４のロッド端部とヘッド端部との間で作動油を移動させることが可能である。油圧システム１２を使用して、アクチュエータ２４のロッド端部とヘッド端部との間で流体を移動させ、そのアクチュエータに連結されたバケット器具３２を傾斜させることが可能である。同様に、アクチュエータ６０のロッド端部とヘッド端部との間で作動油を移動させて、ブームアーム２５を上昇または下降させることが可能である。図２に示されているように、ロッドポート２６とヘッドポート２８とを含むそれぞれのアクチュエータ２２、２４および６０は実質的に同一であり得る。当業者は、操作者に明確であるように、パイロット作動弁または電子制御弁７６と７８によって、ポート２６と２８と油圧システム１２の残りとの接続を行い得ることを理解するであろう。
【００２３】
アクチュエータ２２、２４、６０を伸長させることが望ましい場合、例えば、ポンプ１４を回転させることが可能であり、流体が第１の通路３０で移動される。重力等の抵抗に抗してアクチュエータ２２、２４、６０を伸長させることは、一般に、関連技術で「伸長抵抗」動作と呼ばれる。重力によって補助されてアクチュエータ２２、２４、６０を伸長させることは、例えば、関連技術で「伸長オーバーラン」動作として知られている。
【００２４】
一般に、少なくとも一部の作動油をアクチュエータ２２、２４、６０のヘッド端部に供給して、力をヘッド２９に与えてアクチュエータ２２、２４、６０を伸長させるように、伸長抵抗動作によって、アキュムレータ１８に蓄積された油圧エネルギーが利用され得る。典型的な伸長抵抗動作は、掘削作業中に、土または岩等の作業材料によって生じる抵抗力に抗しながら、シリンダ２２を伸長させて、作業機械本体１１に向かってバケット３２を引き上げるステップを含むことが可能である。このようにして、伸長抵抗モードで、エンジン１５によりポンプ１４を回転させて、ロッドポート２６とヘッドポート２８との間で流体をポンプ供給することが可能である。それと同時に、アキュムレータ１８によって、流体が第２の通路４０の第１の端部４０ａを介して第１の通路３０の第２の部分３０ｂに供給される。弁アセンブリ２０は、典型的に、第２の通路４０が第１の部分３０ａに接続されるような形態であり、第２の流路２３ｂを介して流体接続が行われる。典型的に、第２のポンプ１６が第１のポンプ１４と同一の方向に回転され、流体がアキュムレータ１８からまた第１の部分３０ａから第２の部分３０ｂに、最終的にはヘッドポート２８に移動される。シャフト１７ｂを介して第２のポンプ１６に加えられるトルクによって、第２のポンプ１６が主にポンプとして機能するように、第２のポンプ１６の回転を生じさせ得る。ポンプ１６がトルクをポンプ１４およびエンジン１５の一方または両方に加えることができるように、アキュムレータ１８からの作動油を使用して、ポンプ１６の回転を生じさせることも可能である。必要とされる任意の追加の流体を供給するように、チャージポンプ５４が回転されまたその押しのけ容積が調整されることが可能であり、これに対して、過剰な圧力を油だめ５０に排出するように、リリーフ弁５２が作動することが可能である。第１の通路３０の第２の部分３０ｂの圧力よりも第１の部分３０ａの圧力の方が比較的低いので、弁アセンブリ２０が、所望の位置に自動的に流体力学的に調整されるか、または既にその所望の位置に配置されている場合にはその所望の位置に維持されることが可能である。
【００２５】
逆に、伸長オーバーラン動作により、アクチュエータ２２、２４、６０のロッド側で、比較的高い圧力が利用され得る。例えば、典型的な伸長オーバーラン動作は、シリンダ２４を伸長させて、外側アームを伸長位置から、図１に示されている位置と同様の下降位置に向かって下降させるステップを含むことが可能である。言い換えれば、シリンダの伸長は、重力によって補助される。伸長オーバーランモードにおいて、第１の通路３０の第１の部分３０ａの流体圧力は、第２の部分３０ｂの流体圧力よりも比較的高いことが可能である。それに応じて、第１の流路２３ａにより第２の流体通路４０の第２の端部４０ｂが第１の通路３０の第２の部分３０ｂに流体接続されるような所望の位置に、弁アセンブリ２０を自動的に付勢するかまたはその所望の位置に維持し得る。したがって、第２の流体通路４０は、第２の流体通路４０の両方の端部４０ａと４０ｂが第１の通路３０の第２の部分３０ｂに接続される流体回路を提供する。第１のポンプ１４を回転させて、流体をロッドポート２６からヘッドポート２８に移動させることが可能である。また、ロッドポート２６から供給された比較的高い圧力を用いて、第１のポンプ１４を回転させ、トルクをエンジン１５に加えることが可能である。アキュムレータ１８からの加圧流体によって、または第１のポンプ１４で発生されたトルクによって、第２のポンプ１６を回転させ得る。過剰な油圧が第１の通路３０の第２の部分３０ｂに存在している場合、その過剰な油圧を用いて、アキュムレータ１８を充填することが可能である。チャージポンプ５４は、必要な任意の追加の作動油を供給するために使用されることが可能であり、これに対して、リリーフ弁５２は、過剰な圧力を油だめ５０に排出するように作動することが可能である。
【００２６】
アクチュエータ２２、２４、６０の収縮は、同様に、「抵抗」モードおよび「オーバーラン」モードを含む。概念的には、これらのモードは、本明細書に記載されているように、少なくとも、収縮を補助するかまたはそれに抗する重力の作用について、一般に、伸長抵抗モードおよび伸長オーバーランモードと同様である。収縮抵抗モードにおいて、アクチュエータ２２、２４、６０の収縮は負荷に抗する。言い換えれば、収縮抵抗モードにおいて、重力等の外力はアクチュエータ２２、２４、６０の収縮に抗する。収縮抵抗モードにおいて、第１の通路３０の第２の部分３０ｂの油圧よりも比較的高い第１の部分３０ａの油圧により、第１の流路２３ａが第２の通路４０の第２の端部４０ｂと第１の通路３０の第２の部分３０ｂとの間を流体接続するような位置に、弁アセンブリ２０を調整または維持することが可能である。したがって、収縮抵抗モードのシステムの流体接続は、伸長オーバーランモードの流体接続と同一であり得る。エンジン１５により、ポンプ１４を回転させて、流体をヘッドポート２８からロッドポート２６に移動させることが可能である。ポンプ１６は回転させてもさせなくてもよい。チャージポンプ５４は、必要な任意の追加の作動油を供給するために使用されることが可能であり、これに対して、リリーフ弁５２は、過剰な圧力を油だめ５０に排出するように作動することが可能である。
【００２７】
収縮オーバーランモードでは、第１の通路３０の第２の部分３０ｂの圧力は第１の部分３０ａの圧力よりも比較的高い。それに応じて、第２の流路２３ｂにより第２の通路４０の第２の端部４０ｂが第１の通路３０の第１の部分３０ａに流体接続される位置に、弁アセンブリ２０が付勢されるかまたはその位置に維持される。例えば、ヘッドポート２８とロッドポート２６との間を移動する流体によって、第１のポンプ１４を回転させることが可能であり、トルクがエンジン１５に加えられる。さらに、第２のポンプ１６を回転させることが可能であり、流体が第１の通路３０の第２の部分３０ｂからアキュムレータ１８に移動される。
【００２８】
当業者は、一例として図１と図２に示されているシステムのために、多数の異なる追加の運転計画を展開し得ることを理解するであろう。例えば、システムの過剰な油圧を種々の方法で有利に回収できることを理解されたい。好ましくは、過剰なまたはさらに蓄積された油圧エネルギーを用いて、ポンプ１４と１６の一方または両方を介して、トルクをエンジン１５に加えることが可能であり、エンジンの燃料消費が直接低減される。同様に、好ましくは、任意のトルクがエンジン１８に加えられるとしても、そうなる前に、アキュムレータ１８を完全に充填するように、過剰なまたは蓄積された油圧エネルギーを常に用いることが可能である。このような方法により、他の構造と比較して、システムの全エネルギー消費が低減され得るが、間接的なものである。
【００２９】
本明細書に記載されているように、それぞれのポンプ１４、１６および５４は可変容量形であり得る。ポンプ１４と１６の一方または両方の押しのけ容積を変化させることによって、追加の作動方法を実現することが可能である。一般に、それぞれのポンプ１４と１６の押しのけ容積は等しく、いくつかの実施形態において、同一のポンプを使用し得る。考慮された一実施形態では、第１のポンプ１４は、ポート２６と２８の間でロッド２７の容量を移動させる役割を果たすことが可能であり、これに対して、第２のポンプ１６は、必要な分の、言い換えれば、ロッド容量を減算したヘッド容量分の追加の流体を移動させることが可能である。２つの別個のポンプを並列に設けることによって、以前のいくつかの構造に関連するボイドの問題を排除できる。特に、ボイドを低減する程度に流体を急速に移動させることができる比較的大きい高価なポンプを使用する試みの代わりに、２つのより小さいポンプによって、ボイドを最小限にするかまたは排除し、実質的に、ハードウェアコストを低減できる。さらに、本明細書に記載されているように、作動中、並列に配置された２つのポンプを使用することにより、大きな融通性が得られる。
【００３０】
本開示の二重ポンプ構造のさらに他の利点は、アキュムレータの必要な容量に関連する。油圧システム１２は、２つの異なる流体容量をアクチュエータ２２、２４、６０のヘッド側およびロッド側に供給できるので、アキュムレータ１８の大きさは、ロッド２７の容量、すなわち、ヘッド側容量とロッド側容量との差の半分程度の大きさで済む。例えば、アクチュエータ２２、２４、６０が完全に収縮された場合に、システム１２の作動油の実質的に全て（種々の通路およびポンプに残っているものを除いて）は、アクチュエータ２２、２４、６０のロッド端部にまたアキュムレータ１８に存在することが可能である。アクチュエータ２２、２４、６０が完全に伸長された場合には、システム１２の作動油の実質的に全てはアクチュエータ２２、２４、６０のヘッド側に存在することが可能である。しかし、当業者は、大部分の実施形態ではないにしても、多くの場合、アキュムレータ１８がこの最小の大きさよりも大きいことが可能であることを理解するであろう。このことにより、例えば、油圧システム１２が多くの場合のように２つ以上のシリンダを含むより大きいエネルギー蓄積能力が許容される。
【００３１】
本発明の説明は、例示目的に過ぎず、本開示の範囲を限定すると解釈すべきではない。したがって、当業者は、本開示の意図された精神および範囲から逸脱することなく、本発明で開示される実施形態に種々の修正をなし得ることを理解するであろう。したがって、上述の弁の構成およびポンプの回転方向等は、説明してきた運転モードに関する実用的な実施方法であると考えられるが、それらに決して限定されない。例えば、上述の特定の運転計画に記載されているように、弁アセンブリ２０が、その個々の流路２３ａ、２３ｂを介して流体接続を行うことが考えられるが、例示されている構成は不要である。利用可能な流れパターンをさらに変更するように、例えば電子制御装置に接続された１つ以上の電気アクチュエータを介して、弁アセンブリ２０の構成／位置の選択的変更を実現し得る。ポンプの押しのけ容積を調整することによって、利用可能な流れパターンに対してなお別の方法が導入される。なおさらに、第２のポンプ１６が典型的に双方向ポンプであることが考えられるが、そのポンプは不要である。考慮された他の実施形態では、ポンプ１６は一方向であることが可能であり、またポンプ１６の周囲に流れを再ルーティングする構造内には、弁が組み込まれる。他の形態、特徴および利点は、添付図面および添付された特許請求の範囲を考慮すれば明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本開示による作業機械の概略側面図である。
【図２】本開示による油圧システムの概略図である。
【図１】
2009511831.tif 000003
【図２】
2009511831.tif 000004
【国際調査報告】
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2009511831.tif 000006
2009511831.tif 000007