(57)【要約】油圧システムは、ワークマシンのワークアタッチメントの位置および運動エネルギを再生するように構成される。バルブアレンジメントは、種々のバルブモードで油圧システムを構成することが可能である。油圧システムは、ワークアタッチメントにサスペンションおよび／または駆動をもたらすことが可能である。ワークアタッチメントのエネルギは、第１シリンダのロッドを駆動することが可能である。ロッドは、第１シリンダ内の作動油を加圧することが可能である。加圧された作動油は、バルブを通して第１シリンダからアキュムレータへ流入させることが可能である。第１シリンダは、作動油の圧力を増幅させることが可能である。アキュムレータ内の加圧された作動油は、第１シリンダを駆動することが可能である。第１シリンダのロッドの動作は、第２シリンダの駆動と同時に起こすことが可能である。コントローラは、油圧システムのコンポーネントの圧力および位置を監視し、バルブアレンジメントを制御することが可能である。
2014505212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動式ワークマシンのワークアタッチメントを駆動するための油圧システムであって、
ワークアタッチメントを駆動するように構成され、ロッドに接続されるピストンを含み、ピストンが第１油圧シリンダのヘッドチャンバとロッドチャンバとの間に配置され、ロッドがロッドチャンバを通過して延びる第１油圧シリンダと、
アキュムレータと、
アキュムレータと第１油圧シリンダのヘッドチャンバとの間に流体接続される第１流量制御装置と、
第１油圧シリンダのヘッドチャンバとロッドチャンバとの間に流体接続される第２流量制御装置と、
を含み、
第１油圧シリンダのヘッドチャンバからの作動油流れは、ワークアタッチメントが第１油圧シリンダを加圧し、且つ第１流量制御装置が開いている時にアキュムレータをチャージし、作動油流れの油圧は、第１油圧シリンダのヘッドチャンバとロッドチャンバとの間の第２流量制御装置を開くことによって増幅される、ことを特徴とする油圧システム。
【請求項２】
請求項１の油圧システムを使用する方法であって、
第１流量制御装置を開くステップと、
ワークアタッチメントとともに第１油圧シリンダのピストンおよびロッドを駆動することによりヘッドチャンバを加圧し、それによってアキュムレータを作動油流れでチャージするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
第２流量制御装置で第１油圧シリンダのロッドチャンバをヘッドチャンバに流体接続することによって、作動油圧を増幅させるとともに増幅された作動油圧でアキュムレータをチャージするステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
アキュムレータのチャージおよびアキュムレータのディスチャージによって回収されたエネルギを再利用し、それによってワークアタッチメントが駆動されるステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
第２油圧シリンダと第１油圧シリンダのヘッドチャンバとの間に接続された第３流量制御装置を介して作動油を流通させることによって、第２油圧シリンダを同時に駆動するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
ピストンおよびロッドの駆動は、少なくとも一部がワークアタッチメントの重量によって行われる、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
ピストンおよびロッドの駆動は、少なくとも一部がワークアタッチメントの減速によって行われる、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項８】
移動式ワークマシンはホイールローダであり、第１油圧シリンダはワークアタッチメントのブームに接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
【請求項９】
第１油圧シリンダ、アキュムレータ、および第１流量制御装置は、ホイールローダのサスペンションシステムを構成する、ことを特徴とする請求項８に記載の油圧システム。
【請求項１０】
ワーク手段のバケットシリンダと、バケットシリンダと第１油圧シリンダのヘッドチャンバとの間に接続される第３流量制御装置と、をさらに含み、第１油圧シリンダとバケットシリンダとの同時の動作は、ワークアタッチメントが第１油圧シリンダを加圧することにより発生する、ことを特徴とする請求項８に記載の油圧システム。
【請求項１１】
ピストンが移動される時、ヘッドチャンバの流体容積変化率は、ロッドチャンバの流体容積変化率に対し、約１．１から３倍の間で大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
【請求項１２】
ポンプと、
第１油圧シリンダのヘッドチャンバとポンプとの間に流体接続され、また第１油圧シリンダのロッドチャンバとポンプとの間に流体接続され、第１油圧シリンダを伸長させるために作動油流れをポンプからヘッドチャンバへ流動させるとともに、第１油圧シリンダを縮長させるために作動油流れをポンプからロッドチャンバへ流動させるように構成される複数個のバルブセットと、第１油圧シリンダのヘッドチャンバと油圧アキュムレータとの間に流体接続され、バルブセットの複数個のバルブをいずれも通過することなく、流路の第１作動油ラインによって第１油圧シリンダのヘッドチャンバに接続されるとともに流路の第２作動油ラインによって油圧アキュムレータに流体接続される第１流量制御装置を含む流路と、
をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
【請求項１３】
さらにタンクを含み、バルブセットは、第１油圧シリンダのヘッドチャンバとタンクとの間に流体接続され、また第１油圧シリンダのロッドチャンバとタンクとの間に流体接続される、ことを特徴とする請求項１２に記載の油圧システム。
【請求項１４】
油圧システムは、ワークアタッチメントからエネルギを回収するとともに回収されたエネルギをアキュムレータに蓄積するように構成され、また油圧システムは、第１油圧シリンダのロッドでワーク手段を駆動することにより、エネルギを再利用するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
【請求項１５】
油圧システムは、第１油圧シリンダのロッドでワークアタッチメントを上昇させることにより、ワークアタッチメントを駆動するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
【請求項１６】
移動式ワークマシンに接続されたワーク手段に対してサスペンションをもたらすための油圧サスペンションシステムであって、
第１油圧シリンダのヘッドチャンバに流体接続される第１ポート、第１油圧シリンダのロッドチャンバに流体接続される第２ポート、第１油圧シリンダのヘッドチャンバと第１油圧シリンダのロッドチャンバとの間に配置されるピストン、およびロッドチャンバを通過してロッドの第１端とロッドの第２端との間を延びるロッド、を含み、ロッドの第１端がピストンに接続されるとともにロッドの第２端がワーク手段の負荷に接続される、第１油圧シリンダと、
ポンプと、
複数個のバルブを含み、第１油圧シリンダの第１ポートとポンプとの間に流体接続されるとともに第１油圧シリンダの第２ポートとポンプとの間にも流体接続され、第１油圧シリンダを伸長させるため、ポンプから第１ポートへ作動油を流動させるように構成されるとともに、第１油圧シリンダを縮長させるため、ポンプから第２ポートへ作動油を流動させるように構成される、バルブセットと、
インレット／アウトレットポートを含む油圧アキュムレータと、第１油圧シリンダの第１ポートと油圧アキュムレータのインレット／アウトレットポートとの間に流体接続され、バルブセットの複数個のバルブをいずれも通過することがなく、流路の第１作動油ラインによって第１油圧シリンダの第１ポートに流体接続されるとともに、流路の第２作動油ラインによって油圧アキュムレータのインレット／アウトレットポートに流体接続される第１流量制御バブルを含む、流路と、
を含み、
油圧サスペンションシステムは、ワーク手段の負荷からエネルギを回収し、回収されたエネルギを油圧アキュムレータに蓄積するように構成され、また油圧サスペンションシステムは、第１油圧シリンダのロッドでワーク手段を駆動することにより、エネルギを再利用するように構成される、ことを特徴とする油圧サスペンションシステム。
【請求項１７】
さらにタンクを含み、バルブセットは、第１油圧シリンダの第１ポートとタンクとの間に流体接続され、また第１油圧シリンダの第２ポートとタンクとの間に流体接続される、ことを特徴とする請求項１６に記載の油圧サスペンションシステム。
【請求項１８】
油圧サスペンションシステムは、第１油圧シリンダのロッドでワーク手段を上昇させることにより、ワーク手段を駆動するように構成される、ことを特徴とする請求項１６に記載の油圧サスペンションシステム。
【請求項１９】
バルブセットの第１流量制御装置、第２流量制御装置、バルブセットの第２流量制御バルブ、油圧ジャンクション、ならびに第１ポートおよび第２ポートを含む第２油圧シリンダを含み、第１流量制御装置は、第１油圧シリンダの第２ポートと油圧ジャンクションとの間に流体接続され、第２流量制御装置は、第２油圧シリンダの第１ポートと油圧ジャンクションとの間に流体接続され、第２流量制御バルブは、第１油圧シリンダの第１ポートと油圧ジャンクションとの間に流体接続され、油圧サスペンションシステムは、エネルギをワーク手段の負荷から第２油圧シリンダの駆動エネルギへ送るように構成される、ことを特徴とする請求項１６に記載の油圧サスペンションシステム。
【請求項２０】
第１油圧シリンダはワーク手段のブームシリンダであり、第２油圧シリンダはワーク手段のバケットシリンダであり、エネルギをワーク手段の負荷から駆動エネルギへ変換することは、ブームシリンダとバケットシリンダとの同時の動作をもたらす、ことを特徴とする請求項１９に記載の油圧サスペンションシステム。
【請求項２１】
第１流量制御装置および第２流量制御装置は、チェックバルブを各々含む、ことを特徴とする請求項１９に記載の油圧サスペンションシステム。
【請求項２２】
ピストンが移動している時、ヘッドチャンバの流体容積変化率は、ロッドチャンバの流体容積変化率に対して約１．１から３倍の間で大きく、油圧サスペンションシステムは、第１油圧シリンダの第１ポートおよび第２ポートに流体接続され、それによって、ワーク手段の負荷下の第１油圧シリンダによって発生された油圧を増幅させるように構成され、また油圧サスペンションシステムは、増幅された油圧によって油圧アキュムレータをチャージするように構成される、ことを特徴とする請求項１６に記載の油圧サスペンションシステム。
【請求項２３】
移動式ワークマシンはホイールローダである、ことを特徴とする請求項１６に記載の油圧サスペンションシステム。
【請求項２４】
ワークマシンのワークアタッチメントのエネルギを再利用する方法であって、
第１流量制御装置を通して作動油流れを流通させ、第１流量制御装置がアキュムレータと第１油圧シリンダのヘッドチャンバとの間に流体接続されるステップと、
ワークアタッチメントによって第１油圧シリンダのピストンおよびロッドを駆動することによりヘッドチャンバを加圧し、それによってアキュムレータを作動油流れでチャージするステップと、第２流量制御装置と第１油圧シリンダのヘッドチャンバとの間に流体接続される第２流量制御装置を通して作動油流れを流通させることにより、第２油圧シリンダを同時に駆動させるステップと、
を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項２５】
ピストンおよびロッドの動作は、少なくとも一部がワークアタッチメントの重量によって行われる、ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ピストンおよびロッドの動作は、少なくとも一部がワークアタッチメントの減速によって行われる、ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
第１油圧シリンダ、アキュムレータ、および第１流量制御装置は、ワークマシンのサスペンションシステムを構成する、ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
ワークマシンはホイールローダであり、第１油圧シリンダはワークアタッチメントのブームに接続される、ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
第１油圧シリンダ、アキュムレータ、および第１流量制御装置は、ホイールローダのブームサスペンションシステムを構成する、ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
第１油圧シリンダはさらにロッドチャンバを含み、第２流量制御装置はヘッドチャンバをロッドチャンバに流体接続し、それによって第１油圧シリンダ内で発生した作動油圧を増幅させ、アキュムレータをチャージするために使用される、ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
ワークマシンのワークアタッチメントのエネルギを再利用する方法であって、
第１流量制御装置を通して作動油流れを流通させ、第１流量制御装置は、アキュムレータと第１油圧シリンダのヘッドチャンバとの間に流体接続されるステップと、
ワークアタッチメントによって第１油圧シリンダのピストンおよびロッドを駆動することによりヘッドチャンバを加圧し、それによってアキュムレータを作動油流れでチャージするステップと、
第１油圧シリンダ内で発生された作動油圧が増幅され、増幅された作動油圧は、第２流量制御装置で流体接続第１油圧シリンダのロッドチャンバをヘッドチャンバに流体接続することにより、アキュムレータをチャージするために使用されるステップと、
を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項３２】
ピストンおよびロッドの動作は、少なくとも一部がワークアタッチメントの重量によって行われる、ことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
ピストンおよびロッドの動作は、少なくとも一部がワークアタッチメントの減速によって行われる、ことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
第１油圧シリンダ、アキュムレータ、および第１流量制御装置は、ワークマシンのサスペンションシステムを構成する、ことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
ワークマシンはホイールローダであり、第１油圧シリンダはワークアタッチメントのブームに接続される、ことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
第１油圧シリンダ、アキュムレータ、および第１流量制御装置は、ホイールローダのブームサスペンションシステムを構成する、ことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
第２油圧シリンダと第１油圧シリンダのヘッドチャンバとの間に接続される第２流量制御装置を通して作動油流れを流通させることにより、第２油圧シリンダを同時に駆動させることをさらに含む、ことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
ワークマシンのワークアタッチメントのエネルギを再利用する方法であって、
第１流量制御装置を通して作動油流れを流通させ、第１流量制御装置は、アキュムレータと第１油圧シリンダのヘッドチャンバとの間に流体接続されるステップと、
ワークアタッチメントで第１油圧シリンダのピストンおよびロッドを駆動することによりヘッドチャンバを加圧し、それによってアキュムレータを第１流量制御装置を通過して流れる作動油流れでチャージし、作動油流れは、第１油圧シリンダのヘッドチャンバからのヘッドチャンバ作動油流れと実質上等しいステップと、
第２流量制御装置を通してロッドチャンバ作動油流れに向けてヘッドチャンバを開き、第２流量制御装置は、第１油圧シリンダのヘッドチャンバと第１油圧シリンダのロッドチャンバとの間に流体接続されるステップと、
ワークアタッチメントで第１油圧シリンダのピストンおよびロッドを駆動することによりヘッドチャンバを加圧し、それによって第１流量制御装置を通して作動油流れによってアキュムレータをチャージし、作動油流れは、第２流量制御装置を通してロッドチャンバ作動油流れに向けたヘッドチャンバ作動油流れをマイナスしたヘッドチャンバ作動油流れに実質上等しいステップと、
を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項３９】
ピストンおよびロッドの駆動は、少なくとも一部がワークアタッチメントの重量によって行われる、ことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
ピストンおよびロッドの駆動は、少なくとも一部がワークアタッチメントの減速によって行われる、ことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
第１油圧シリンダ、アキュムレータ、および第１流量制御装置は、ワークマシンのサスペンションシステムを構成する、ことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
ワークマシンはホイールローダであり、第１油圧シリンダはワークアタッチメントのブームに接続される、ことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
第１油圧シリンダ、アキュムレータ、および第１流量制御装置は、ホイールローダのブームサスペンションシステムを構成する、ことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
第２油圧シリンダと第１油圧シリンダのヘッドチャンバとの間に接続される第３流量制御装置を通して作動油流れを流通させることにより、第２油圧シリンダを同時に駆動するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連する出願に対する相互参照）
この出願は、米国国内企業であるイートン コーポレーションが米国を除く全ての指定国で出願人であり、また、米国市民であるカイル シュローダ ウィリアム、および米国市民であるウェード レオ ゲールホフが米国のみ指定で出願人であり、ＰＣＴ国際特許出願として２０１１年１２月１３日に提出されている。さらに、この出願は、２０１０年１２月１３日に提出された米国特許出願６１／４２２,３３８号、２０１０年１２月１３日に提出された米国特許出願６１／４２２,３４６号、２０１１年１０月３１日に提出された米国特許出願６１／５５３,７０４号、および２０１１年１１月２日に提出された米国特許出願６１／５５４,７７２号に対して優先権主張するものであり、それら全てを参照することによって開示内容がここに組み込まれる。
【０００２】
本発明は、然もないと浪費されるエネルギを回収し、蓄積し、そして再生するためのシステムおよび方法に関する。特に、本発明は、エネルギを回収、蓄積、および再生するためのアキュムレータおよび流量制御装置を使用する油圧システムに関する。加えて、油圧システムは、移動式ワークマシンに接続されるワークアタッチメントのためのサスペンションを提供することができる。
【背景技術】
【０００３】
ワークマシンは、鉱石、土、および／または残骸等の、材料を移動させるために使用することができる。ワークマシンは、例えば、ホイールローダ、トラックローダ、掘削機、バックホー、ブルドーザ、テレハンドラ、等を含む。ワークマシンは典型的に、ワークマシンに接続されるワーク手段を含む。ワークマシンに接続されたワーク手段は典型的に、油圧システムを動力源とする。油圧システムは、ディーゼルエンジン等の、大型原動機によって駆動される油圧ポンプを含むことが可能である。油圧ポンプは、油圧アクチュエータに対する加圧された作動油の流量を制御するためにバルブセットによって油圧アクチュエータに接続することができる。加圧された作動油は、油圧アクチュエータを伸長、縮長、または回転させ、これにより、ワーク手段が動作する。
【０００４】
ワーク手段の動作は、ワーク手段および重力に対してワーク手段によって運ばれたあらゆる材料を上げるために利用される。ワーク手段の上昇時には、位置エネルギはワーク手段に付与される。ワーク手段の下降時には、位置エネルギは典型的に、加圧された作動油がバルブで絞られることによる発熱によって失われる。ワーク手段の動作時には、運動エネルギはワーク手段に付与される。ワーク手段の減速または停止時には、運動エネルギは典型的に、加圧された作動油がバルブで絞られることによる発熱によって失われる。
【０００５】
ワークマシンの油圧システムもまた、ワーク手段をライドコントロール（すなわち、サスペンション）するために使用することが可能である。ワークマシンが平坦でない表面および／または障害物上で運転される時、ワーク手段は、望ましくない動的負荷をワークマシン上に生じることがある。これらの望ましくない動的負荷は、油圧アクチュエータに流体接続された油圧アキュムレータによって減少させる（すなわち、緩和させる）ことが可能である。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一形態は、然もないとワークマシンで浪費されるエネルギを効率的に回収および利用するためのシステムおよび方法に関連する。システムは油圧システムとすることができ、また、エネルギは、ワークマシンの作業アタッチメントの位置エネルギおよび運動エネルギから回収することが可能である。システムはさらに、作業アタッチメントのためのサスペンションを提供することができる。
【０００７】
本発明の他の形態は、移動式ワークマシンに接続されたワーク手段に油圧サスペンションを提供する油圧サスペンションシステムに関連する。油圧サスペンションシステムは、第１油圧シリンダ、油圧アキュムレータ、および第１流量制御バルブを含む。第１油圧シリンダは、第１油圧シリンダのヘッドチャンバに流体接続される第１ポートを含む。第１油圧シリンダはさらに、第１油圧シリンダのロッドチャンバに流体接続される第２ポートを含む。第１油圧シリンダはさらに、ヘッドチャンバとロッドチャンバとの間に位置するピストンを含み、さらに第１端と第２端との間を延びるとともにロッドチャンバを通過して延びるロッドを含む。ロッドの第１端はピストンに接続され、ロッドの第２端は多くのワーク手段の負荷に接続される。油圧アキュムレータはインレット／アウトレットポートを含む。第１流量制御バルブは、第１ポートおよび第２ポートを含む。第１流量制御バルブの第１ポートは、第１流路によって第１油圧シリンダの第１ポートに直接、流体接続され、また、第１流量制御バルブの第２ポートは、第２流路によって油圧アキュムレータのインレット／アウトレットポートに直接、流体接続される。油圧サスペンションシステムは、ワーク手段の負荷からエネルギを回収し、回収したエネルギを油圧アキュムレータに蓄積するように機能する。油圧サスペンションシステムは、第１油圧シリンダのロッドでワーク手段を上昇させる間のエネルギを再利用するように機能する。
【０００８】
油圧サスペンションシステムはさらに、第１流量制御装置、第２流量制御装置、第２流量制御バルブ、油圧ジャンクション、ならびに第１ポートおよび第２ポートを含む第２油圧シリンダを含む。第１流量制御装置は、第１油圧シリンダの第２ポートと油圧ジャンクションとの間に流体接続される。第２流量制御装置は、第２油圧シリンダの第１ポートと油圧ジャンクションとの間に流体接続される。第２流量制御バルブは第１油圧シリンダの第１ポートと油圧ジャンクションとの間に流体接続される。そして、油圧サスペンションシステムは、エネルギをワーク手段の負荷から第２油圧シリンダの駆動エネルギへ変換するように機能する。
【０００９】
特定の実施形態において、第１油圧シリンダはワーク手段のブームシリンダであり、第２油圧シリンダはワーク手段のバケットシリンダである。ワーク手段の負荷から駆動エネルギへのエネルギの変換は、ブームシリンダとバケットシリンダとの同時の動作をもたらす。
【００１０】
特定の実施形態において、第１流量制御装置および第２流量制御装置は、それぞれチェックバルブである。
【００１１】
特定の実施形態において、ピストンが移動される時の、ヘッドチャンバの容積変化率は、ロッドチャンバの容積変化率の約１．１から３倍大きい。特定の実施形態において、油圧サスペンションシステムは、第１油圧シリンダの第１ポートと第２ポートとを流体接続し、それによってワーク手段の負荷下の第１油圧シリンダによって発生された油圧を増幅するように機能する。油圧サスペンションシステムは、増幅された油圧を蓄える油圧アキュムレータをチャージするように機能する。
【００１２】
様々の追加の態様が以下の説明で明らかにされるであろう。これらの態様は、個々の特徴と特徴の組み合わせに関連する。以上の総合的な説明と以下の詳細な説明との両方は、模範的かつ解釈的なだけであり、ここに開示された実施形態に基づく広範囲な概念に制限されることがない、ことが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の原理が適用された油圧システムの概略図である。
【図２】油圧システムの制御システムを図解する図１の油圧システムの概略図である。
【図３】油圧システムの第１実施形態を図解する図１の油圧システムの概略図である。
【図４】油圧システムの第２実施形態を図解する図１の油圧システムの概略図である。
【図５】油圧システムの第３実施形態を図解する図１の油圧システムの概略図である。
【図６】油圧システムの第４実施形態を図解する図１の油圧システムの概略図である。
【図７】油圧システムの第５実施形態を図解する図１の油圧システムの概略図である。
【図８】油圧システムの第６実施形態を図解する図１の油圧システムの概略図である。
【図９】油圧システムの第７実施形態を図解する図１の油圧システムの概略図である。
【図１０】油圧システムの第５実施形態を図解する図１の油圧システムの概略図である。
【図１１】油圧システムの第６実施形態を図解する図１の油圧システムの概略図である。
【図１２】油圧システムの第７実施形態を図解する図１の油圧システムの概略図である。
【図１３】図１の油圧システムの第１サブセットである油圧システムの概略図である。
【図１４】図１の油圧システムの第２サブセットである油圧システムの概略図である。
【図１５】図１、図１３および／または図１４の油圧システムが使用されるワークマシンの斜視図である。
【図１６】図１５のワークマシンの側面図である。
【図１７】図１、図１３および／または図１４の油圧システムが使用される他のワークマシンの斜視図である。
【図１８】図１８は、図２の制御システムの作動を図解するフローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態を添付された図を参照して詳細に説明する。可能な場合、同一または相当する構成には、図面全体を通過して同一の参照番号を付与する。
【００１５】
図１は、油圧システム100の概略を図解する。油圧システム100は、ワークマシンにおける使用のためものである。例えば、ワークマシンは、油圧駆動されるワーク手段を含むあらゆるマシンとすることができる。図１５および図１６は、ワークマシンとしての例示的なホイールローダ800を図解する。図１７は、ワークマシンとしての例示的なホイールローダ800´を図解する。他のワークマシンは、例えば、掘削機、ブルドーザ、トラックローダ、バアクホウ、テレハンドラ等とすることができる。以下に詳細に説明されるように、油圧システム100は、ワーク手段のためのサスペンションシステム（例えば、ブームサスペンションシステム）として機能する。同様に以下に詳細に説明されるように、油圧システム100は、エネルギ（例えば、ワーク手段からおよびワーク手段への運動および位置エネルギ）を回収、蓄積、および再生するように機能する。
【００１６】
油圧駆動されるワーク手段は、ワークマシンに通常接続されるあらゆるタイプの手段とすることができる。図１５および図１６は、油圧駆動されるワーク手段としてのバケット826を図解する。図１７は、油圧駆動されるワーク手段としてのバケット826´を図解する。油圧駆動されるワーク手段の他の例は、ブレード、フォーク、シャベル、バケット等を含む。本開示の原理に従って使用される場合、油圧システム100は、然もないと浪費されるであろうエネルギを回収することが可能であり、回収されたエネルギを蓄積することが可能であり、またさらなる使用のために蓄積されたエネルギからエネルギを再生することが可能である。エネルギを回収、蓄積、および／または再生することによって、油圧システム100は、ワークマシンの総合効率を向上させることができる。加えて、油圧システム100は、ワークマシンの運転コストを減少させることが可能であり、ワークマシンから排出されるエミッションを減少させることが可能であり、ワークマシンが必要とする冷却負荷を減少させることが可能であり、ワークマシンにより小さい能力の原動力を使用することが可能であり、ワークマシンのサイクルタイムを減少させることが可能であり、ワークマシンの動作速度を増加させることが可能であり、および／またはワークマシンの環境負荷を減少させることが可能である。
【００１７】
油圧システム100は、ワーク手段の位置エネルギから（例えば、ワーク手段の重量および重力によりもたらされる高さから）エネルギを回収および／または変換することが可能であり、および／またはワーク手段の運動エネルギから（例えば、ワークマシンに関連するワーク手段の動作から）エネルギを回収および／または変換することが可能である。油圧システム100は、回収されたエネルギを油圧アキュムレータに蓄積することが可能であり、および／または回収されたエネルギをワーク手段の他の動作へ変換（例えば、ブーム動作をバケット動作へ変換）することが可能である。油圧システム100はさらに、ワークマシンのサスペンションシステムとして、エネルギを力学的に変換および／または発散させることが可能である。例えば、油圧システム100は、ワーク手段とワークマシンとの間にばねのような特性をもたらすことが可能であり、ワーク手段とワークマシンとの間にダンピング特性をもたらすことが可能であり、ワーク手段とワークマシンとの間にショックアブソーバ特性をもらたらすことが可能である。
【００１８】
特定の実施形態において、油圧システム100（例えば、油圧アキュムレータ120）において使用されるコンポーネントは、ワーク手段サスペンションシステムを備えるがエネルギ回収システムを持たないワークマシンに使用される油圧サスペンションシステムの対応するコンポーネントと同一または実質上同一である。このようなワークマシンのいくつかは、前述したように、エネルギ再生利用能力および／または他の利益を付加するため、油圧システム100とともに組み込むことが可能である。油圧サスペンションシステムで使用されるコンポーネントがさらにエネルギの回収に使用される場合、追加されるエネルギ再生利用能力の増加コストは低い。油圧システム100のエネルギ蓄積能力は、ワークマシンのワークサイクル（例えば、掘削およびダンプサイクルおよび／またはアンローディングサイクル）に匹敵させることが可能である。例えば、ワークサイクルにおけるブーム下降の間に回収されたエネルギは、実質上、油圧アキュムレータ120の蓄積容量を満たし、またワークサイクルにおけるブーム上昇は、実質上、油圧アキュムレータ120を枯渇させる。
【００１９】
望ましい実施形態において、油圧システム100は、相当の通常のワークマシンの性能と比較してワークマシンの性能が感知可能に減少するべきでなく、またワークマシンは、オペレータに対して通常のワークマシンと同じ感触を持つべきである。特定の実施形態において、ワークマシンの性能は、油圧システム100を導入することで改善および／または向上されるであろう。
【００２０】
図１に図解されるように、油圧システム100は油圧シリンダ130を含む。油圧シリンダ130は、リフトシリンダ、ブームシリンダ、あるいは他のタイプの油圧シリンダとすることが可能である。油圧シリンダ130は、重力に対して負荷を上げるために使用することができる。図１５および図１６に図解されるように、油圧シリンダ130はブームシリンダ830として使用することが可能である。図１５および図１６実施形態において、一対のブームシリンダ830を含み、ホイールローダ800のブーム824を上昇させるとともに下降させるために一緒に動作する。そのため、図１、図１５、および図１６に図解されるように、油圧シリンダ130は、シングルシリンダまたはシリンダセットとして機能する複数個のシリンダとすることができる。図１７に図解されるように、油圧シリンダ130は、ブームシリンダ830´として使用することが可能である。図１７の実施形態において、一対のブームシリンダ830´を含み、ホイールローダ800´のブーム824´を上昇および下降させるために一緒に動作する。そのため、図１、図１５、図１６、および図１７の例に図解されるように、油圧シリンダ130は、シングルシリンダまたはシリンダセットとして機能する複数個のシリンダとすることができる。
【００２１】
油圧シリンダ130は、シリンダハウジング136、ピストン138、およびピストン138に接続されたロッド140を含む。シリンダハウジング136は、第１ポート132および第２ポート134を含む。第１ポート132に作動油が注入されると、ロッド140は方向152へ前進する。第２ポート134に作動油が注入されると、ロッド140は方向154へ後退する。方向152は、図解されるように、伸長方向であり、方向154は、図解されるように、縮長方向である。シリンダハウジング136は、先端142とロッド端144との間を延びる。選択的に、第１ポート132および／または第２ポート134へ作動油が注入されることによって、油圧シリンダ130は、望まれるように、制御されて選択的に伸長および縮長させることができる。油圧シリンダ130へ注入される作動油は、油圧ポンプ110および／または油圧アキュムレータ120によって供給することが可能である。
【００２２】
図解されるように、バルブセット200は、油圧ポンプ110から油圧シリンダ130への作動油の流れを制御し、また、第２流量制御装置224は、油圧アキュムレータ120からおよび油圧アキュムレータ120への油圧シリンダ130に対して入出する作動油の流れを制御する。図解されるように、バルブセット200は、油圧シリンダ130外の作動油のタンク190へ向かう流れ（例えば、作動油流れジャンクション250を通る流れ）を制御する。図解されるように、バルブセット200は、油圧シリンダ130外の作動油の作動油流れジャンクション250へ向かう流れを制御する。図解されるように、油圧シリンダ130の先端142は、油圧シリンダ130のピストン138の断面積に実質上等しい機能断面積AHを含み、油圧シリンダ130のロッド端144は、油圧シリンダ130のロッド140の断面積Arを減算したピストン138の断面積に実質上等しい機能断面積ARを含む。つまり、AR=AH−Ar ならびに AH＝AR＋Ar である。
【００２３】
図１５および図１６に図解されるように、ブームシリンダ830は、第１端がホイールローダ800のシャシー816に接続される。図解されるように、第１端は、油圧シリンダ130の先端142に一致する。第１アタッチメント856は、それによって油圧シリンダ130のシリンダハウジング136とシャシー816との間に構成される。第２アタッチメント858は、ブームシリンダ830のロッド840とホイールローダ800のブーム824との間に構成される。ブーム824は、それによってブームシリンダ830によって駆動することが可能である。図１７に図解されるように、ブームシリンダ830´は、第１端がホイールローダ800´のシャシー816´に接続される。図解されるように、第１端は、油圧シリンダ130の先端142に一致する。第１アタッチメント856´は、油圧シリンダ130のシリンダハウジング136とシャシー816´との間に構成される。第２アタッチメント858´は、ブームシリンダ830´のロッド840´とホイールローダ800´のブーム824´との間に構成される。ブーム824´は、それによってブームシリンダ830´によって駆動することが可能である。ブームシリンダ830, 830´は、油圧ポンプ110および／または油圧アキュムレータ120を動力源とすることが可能である。油圧ポンプ110は、ホイールローダ800, 800´の主要動力源810（例えば、ディーゼルエンジン、電動機、等）に接続される。
【００２４】
図１に図解されるように、油圧システム100はまた、油圧シリンダ160を含む。油圧シリンダ160は、傾斜シリンダ、バケットシリンダ、または他のタイプの油圧シリンダとすることが可能である。油圧シリンダ160は、ブーム824, 824´が受けた負荷を緩衝させるために使用することができる。図１５ないし図１７に図解されるように、油圧シリンダ160は、バケットシリンダ860,  860´として使用することが可能である。図１５ないし図１７の実施形態において、シングルバケットシリンダ860, 860´は、ホイールローダ800, 800´のバケット826, 826´を傾ける。他の実施形態において、一対のバケットシリンダは、バケット826, 826´を傾けるために一緒に動作する。このように、油圧シリンダ160は、シングルシリンダまたはシリンダセットとして機能する複数個のシリンダとすることができる。
【００２５】
油圧シリンダ160は、シリンダハウジング166、ピストン168、およびピストン168に接続されたロッド170を含む。シリンダハウジング166は、第１ポート162および第２ポート164を含む。第１ポート162に作動油が注入されると、ロッド170は方向182へ伸長される。第２ポート164に作動油が注入されると、ロッド170は方向184へ縮長される。方向182は、図解されるように、伸長方向であり、方向184は、図解されるように、縮長方向である。シリンダハウジング166は、先端172とロッド端174との間を延びる。選択的に第１ポート162および／または第２ポート164に作動油を注入することによって、油圧シリンダ160はコントロールされ、望まれるように、選択的に伸長および縮長させることができる。油圧シリンダ160に注入される作動油は、油圧ポンプ110および／または油圧シリンダ130によって供給することができる。バルブセット210は、油圧シリンダ160に対する作動油の制御フローを制御する。
【００２６】
図１５および図１６に図解されるように、バケットシリンダ860は、第１端がホイールローダ800のシャシー816に接続される。図解されるように、第１端は油圧シリンダ160の先端172に一致する。第１アタッチメント886は、それによって油圧シリンダ160のシリンダハウジング166とシャシー816との間に構成される。第２アタッチメント888は、バケットシリンダ860のロッド870とホイールローダ800のバケットリンケージ828との間に構成される。バケット826は、バケットシリンダ860に連動してバケットリンケージ828によって駆動することが可能である。バケットシリンダ860は、油圧ポンプ110および／またはブームシリンダ830によって駆動することが可能である。
【００２７】
図１７に図解されるように、バケットシリンダ860´は、第１端がホイールローダ800´のシャシー816´に接続される。図解されるように、第１端は、油圧シリンダ160の先端172に一致する。第１アタッチメント886´は、それによって第１アタッチメント886´と同様に、油圧シリンダ160のシリンダハウジング166とシャシー816´との間に構成される。第２アタッチメント888´は、バケットシリンダ860´のロッド870´とホイールローダ800´のバケットリンケージ828´との間に構成される。バケット826´は、バケットシリンダ860´に連動してバケットリンケージ828´によって駆動することが可能である。バケットシリンダ860´は、油圧ポンプ110および／またはブームシリンダ830´によって駆動することが可能である。
【００２８】
油圧ポンプ110は、可変容積油圧ポンプとすることが可能である。油圧ポンプ110は、インレット112およびアウトレット114を含むことが可能である。作動油は、タンク190から油圧ポンプ110へ供給することが可能である。図解されるように、タンク190のインレット／アウトレット192は、油圧ポンプ110のインレット112に流体接続される。油圧ポンプ110のアウトレット114は、以下に詳細に説明されるように、バルブセット200、バルブセット210、およびバルブセット220に流体接続される。
【００２９】
油圧アキュムレータ120はインレット／アウトレット122を含む。インレット／アウトレット122は、バルブセット220に流体接続される。図１ないし図１２に図解されるように、バルブセット220は、第１流量制御装置222、第２流量制御装置224、および第３流量制御装置226を含む。流量制御装置222、224、226は、バルブ、比例バルブ、開閉バブル、チェックバルブ、可変オリフィス、等とすることができる。第１流量制御装置222は、油圧ポンプ110のアウトレット114と油圧アキュムレータ120のインレット／アウトレット122との間に流体接続される。上述したように、第２流量制御装置224は、油圧アキュムレータ120のインレット／アウトレット122を流路150によって油圧シリンダ130の第１ポート132に流体接続する。図解されるように、流路150は、バルブセット200のいかなる流量制御装置をも通過しない。図解されるように、流路150は、バルブセット220の第２流量制御装置224を通過し、第２流量制御装置224は、流路150全域の流体流れを止めることを含めて、流路150を通過する流体流れを調節する。特に、流路150の第１ライン146は、油圧シリンダ130の第１ポート132と第２流量制御装置224の第１ポート224aとの間に接続され、流路150の第２ライン148は、油圧アキュムレータ120のインレット／アウトレット122と第２流量制御装置224の第２ポート224bとの間に接続される（図１参照）。第３流量制御装置226は、油圧アキュムレータ120のインレット／アウトレット122とタンク190のインレット／アウトレット192との間に流体接続される。
【００３０】
図解されるように、バルブセット200は、第１流量制御装置202、第２流量制御装置204、第３流量制御装置206、および第４流量制御装置208を含む。流量制御装置202, 204, 206, 208はまた、バルブ、比例バルブ、開閉バルブ、、チェックバルブ、可変オリフィス、等とすることができる。バルブセット200の第１流量制御装置202は、油圧ポンプ110のアウトレット114と油圧シリンダ130の第１ポート132との間に流体接続される。第１流量制御装置202は、油圧シリンダ130の第１ポート132に直接接続することが可能であり、第１ライン146によって油圧シリンダ130の第１ポート132に接続することが可能であり、分岐されたラインによって油圧シリンダ130の第１ポート132に接続することが可能であり、または、以下に詳細に説明されるように、第２流量制御装置204の第１ポート132への接続を伴う分配されたラインによって油圧シリンダ130の第１ポート132に接続することが可能である。第２流量制御装置204は、油圧シリンダ130の第１ポート132と作動油流れジャンクション250との間に流体接続される。第２流量制御装置204は、油圧シリンダ130の第１ポート132に直接接続することが可能であり、第１ライン146によって油圧シリンダ130の第１ポート132に接続することが可能であり、分岐されたラインによって油圧シリンダ130の第１ポート132に接続することが可能であり、または第１流量制御装置202の第１ポート132への接続を伴う分配されたラインによって油圧シリンダ130の第１ポート132に接続することが可能である。第３流量制御装置206は、油圧ポンプ110のアウトレット114と油圧シリンダ130の第２ポート134との間に流体接続される。また、第４流量制御装置208は、油圧シリンダ130の第２ポート134と作動油流れジャンクション250との間に流体接続される。
【００３１】
バルブセット210は、第１流量制御装置212、第２流量制御装置214、第３流量制御装置216、および第４流量制御装置218を含む。流量制御装置212, 214, 216, 218はまた、バルブ、比例バルブ、開閉バルブ、チェックバルブ、可変オリフィス、等とすることができる。第１流量制御装置212は、油圧ポンプ110のアウトレット114と油圧シリンダ160の第１ポート162との間に流体接続される。第２流量制御装置214は、油圧シリンダ160の第１ポート162と作動油流れジャンクション250との間に流体接続される。第３流量制御装置216は、油圧ポンプ110のアウトレット114と油圧シリンダ160の第２ポート164との間に流体接続される。また、第４流量制御装置218は、油圧シリンダ160の第２ポート164と作動油流れジャンクション250との間に流体接続される。
【００３２】
油圧システム100はバルブセット230を含む。バルブセット230は、タンク190のインレット／アウトレット192と作動油流れジャンクション250との間に流体接続される。図解されるように、バルブセット230は、流量制御装置232およびリリーフバルブ234を含む。流量制御装置232はまた、バルブ、比例バルブ、開閉バルブ、チェックバルブ、可変オリフィス、等とすることができる。流量制御装置232は、作動油流れジャンクション250とタンク190のインレット／アウトレット192との間に流体接続される。リリーフバルブ234は、作動油流れジャンクション250とタンク190のインレット／アウトレット192との間に流体接続される。
【００３３】
図２を参照すると、制御システムの一例が油圧システム100に図解される。図解されるように、制御システムは、複数個の圧力センサ260、少なくとも１つの温度センサ262、複数個の位置センサ264、コントローラ270、オペレータインターフェース272、メモリ274、およびワイヤハーネス280を含む。図解されるように、コントローラ270は、ワイヤハーネス280によって制御システムの他の種々のコンポーネントに接続される。特定の実施形態において、コントローラ270は、制御システムの種々のコンポーネントに接続される分配コントローラを含むことが可能である。例えば、コントローラエリアネットワークバスシステムは、油圧システム100を制御するために使用することが可能である。制御システムの種々のコンポーネントは、コントローラ270と一方向通信を確立することが可能であり、および／または種々のコンポーネントは、コントローラ270と双方向通信を確立することが可能である。例えば、油圧ポンプ110は、コントローラ270から制御信号を受信することが可能である。選択的に、油圧ポンプ110は、コントローラ270から制御信号を受信するだけでなく、コントローラ270へフィードバック信号を送信することも可能である。圧力センサ260は、さまざまな場所で油圧システム100の油圧を監視することが可能である。
【００３４】
図解されるように、第１ポート132、第２ポート134、第１ポート162、第２ポート164、インレット／アウトレット122、アウトレット114、作動油流れジャンクション250、およびインレット112はそれぞれ、圧力センサ260の１つを含むことが可能である。圧力センサ260は、前述した場所の全てにおいて任意である。少なくとも１つの温度センサ262は、油圧アキュムレータ120内の圧縮ガスの温度を監視することが可能である。位置センサ264は、ロッド140とシリンダハウジング136との間の相対位置を監視することが可能である。同様に、位置センサ264は、シリンダハウジング166とロッド170との間の相対位置を監視することが可能である。図１５および図１６に図解されるように、ホイールローダ800はオペレータステーション818を含む。図１７に図解されるように、ホイールローダ800´はオペレータステーション818´を含む。オペレータインターフェース272は、オペレータステーション818, 818´内に設置することが可能である。オペレータは、それによって油圧システム100を操作することが可能であり、またそれによって、オペレータインターフェース272との相互作用によって、ホイールローダ800, 800´を運転することが可能である。
【００３５】
図３を参照すると、油圧システム100のエネルギ回収モード102が図解される。エネルギ回収モード102において、エネルギは、油圧シリンダ130から回収されるとともに油圧アキュムレータ120内に蓄積される。特に、例えばブーム824等の負荷およびその直後に作用する種々の負荷は、ロッド140を方向154へ移動させる。これは、順次、第１ポート132から作動油を排出させる。第１ポート132からの作動油は、第２流量制御装置224を含む流路150を通過して、油圧アキュムレータ120に向かって流れ、それによって油圧アキュムレータ120にチャージすることが可能である。加えて、第１ポート132からの作動油は、第２流量制御装置204および第４流量制御装置208を通過して流れ、それによって第２ポート134へ流入することが可能である。加えて、第１ポート132からの作動油は、第２流量制御装置204を通過するとともに第２流量制御装置214を通過して流れて第１ポート162へ流入し、それによって方向182へ油圧シリンダ160を駆動する（例えば、伸長させる）ことが可能である。第１ポート132からの作動油は、第２流量制御装置204を通過し、作動油流れジャンクション250を通過し、および第２流量制御装置214を通過して第１ポート162へ流入し、それによって油圧シリンダ160を駆動する（例えば、伸長させる）ことが可能である。油圧シリンダ160の動作（例えば、伸長）は、作動油を第２ポート164から流出させることが可能である。第２ポート164から流出した作動油は、第４流量制御装置218および第２流量制御装置214を通過して油圧シリンダ160の第１ポート162へ流入させることが可能である。特定の実施形態、期間、および／または構成において、第２流量制御装置214および／または第４流量制御装置218を閉じることが可能であり、および／または油圧シリンダ160をそのまま保持することが可能である。
【００３６】
油圧アキュムレータ120内の作動油圧が予め決められた圧力を下回る時、および／または油圧アキュムレータ120内の作動油圧が油圧シリンダ130内の圧力を下回り、且つエネルギ回収モード（例えば、エネルギ回収モード102）がアクティブである時、第２流量制御装置224は開かれ、それによって油圧シリンダ130から油圧エネルギを再生することが可能である。油圧アキュムレータ120内の作動油圧が予め決められた圧力を上回る時、および／または油圧アキュムレータ120内の作動油圧が油圧シリンダ130内の圧力を上回り、且つエネルギ回収モードがアクティブである時、第２流量制御装置224を閉じることが可能である。極小摩擦（例えば、ピストン138とシリンダハウジング136との間の摩擦）ならびに第２流量制御装置204、第４流量制御装置208、および種々の油圧のライン全域にわたる圧力低下を想定し、付与された正味力Fは、ロッド140を駆動し、油圧シリンダ130の先端142およびそれによってエネルギ回収モード102における第１ポート132で、F/Ar＝F/（AH−AR）の作動油圧を発生する。作動油圧F/（AH−AR）は、流路150を経由して油圧シリンダ130から油圧アキュムレータ120へ送ることが可能である。
【００３７】
図１０を参照すると、油圧システム100のエネルギ回収モード102pが図解される。エネルギ回収モード102pにおいて、エネルギは、油圧シリンダ130によって再生されて油圧アキュムレータ120に蓄積される。特に、例えば、ブーム824, 824´および直後に作用する種々の負荷は、ロッド140を方向154へ駆動する。これは、順次、第１ポート132から作動油を流出させる。第１ポート132からの作動油は、油圧アキュムレータ120に向かって、第２流量制御装置224を含む流路150を通過して流れ、それによって油圧アキュムレータ120にチャージされる。油圧シリンダ130の動作は、作動油を油圧シリンダ130の第２ポート134に流入させることが可能である。特に、作動油は、第４流量制御装置208、作動油流れジャンクション250、および流量制御装置232によってタンク190から得ることが可能である。
【００３８】
極小摩擦ならびに第４流量制御装置208および種々の油圧のライン全域にわたる圧力低下を想定して、正味力Fは、ロッド140を駆動し、油圧シリンダ130の先端142およびそれによってエネルギ回収モード102pにおける第１ポート132で、F/AHの作動油圧を発生する。作動油圧F/AHは、流路150を経由して油圧シリンダ130から油圧アキュムレータ120へ送ることが可能である。
【００３９】
図９を参照すると、油圧システム100のエネルギ回収モード102rが図解される。エネルギ回収モード102rにおいて、エネルギは、油圧シリンダ130から再生されるとともに油圧アキュムレータ120内に蓄積される。特に、例えば、ブーム824, 824´およびその直後に作用する負荷は、ロッド140を方向154へ駆動する。加えて、ポンプ110からの作動油は、油圧シリンダ130の第２ポート134に流入することが可能である。特に、作動油は、タンク190からインレット／アウトレット192およびインレット112を通過して油圧ポンプ110によって引き出される。油圧ポンプ110は、作動油を加圧し、アウトレット114外の作動油を引き出す。作動油はそれから、第３流量制御装置206を通過して油圧シリンダ130の第２ポート134へ流入することが可能である。ポンプ110からの作動油流れとの組み合わせでロッド140に作用する負荷は、第１ポート132からの作動油を加圧する。第１ポート132からの作動油は、油圧アキュムレータ120に向かって、第２流量制御装置224を含む流路150を通過して流れ、それによって油圧アキュムレータ120をチャージすることが可能である。
【００４０】
極小摩擦ならびに第３流量制御装置206および種々の油圧ライン全域における圧力低下を想定し、ロッド140に作用する正味力Fは、油圧シリンダ130の先端142およびそれによってエネルギ回収モード102rにおける第１ポート132で、F/AHの作動油圧を発生し、油圧ポンプ110からのポンプ圧Ppは、油圧シリンダ130の先端142およびそれによってエネルギ回収モード102rにおける第１ポート132で、作動油圧Pc＝Pp×（AR/Ah）を発生する。組み合わせにおいて、トータル圧力Pt＝F/AH＋Pc＝F/AH＋Pp×（AR/AH）は、油圧シリンダ130の先端142およびそれによってエネルギ回収モード102rにおける第１ポート132で発生する。トータル圧力F/AH＋Pp×（AR/AH）は、流路150を経由して油圧シリンダ130から油圧アキュムレータ120へ送ることが可能である。
【００４１】
例えば、ホイールローダ800, 800´で使用される時、エネルギ回収モード102, 102p, 102rは、いくつかの機能をもたらすことが可能である。これらの機能は、ブーム824, 824´から運動および／または位置エネルギを回収することおよび回収されたエネルギの少なくとも一部を油圧アキュムレータ120に蓄積することを含むことが可能である。加えて、作動油は、油圧シリンダ130, 830, 830´のキャビテーションを防ぐため第２ポート134へ供給することが可能である。加えて、油圧シリンダ160, 860, 860´を駆動することによって、バケット826, 826´は、エネルギの一部を使用して同時に駆動することが可能である。
【００４２】
図４に図解されるように、油圧シリンダ160はエネルギの一部によって伸長される。図１５および図１６に図解されるように、油圧シリンダ160, 860の伸長は、バケット826を下方へ傾ける。他の実施形態において、油圧のバルブ使用を再アレンジすることが可能であり、それによってエネルギの一部は、油圧シリンダ160, 860を縮長させることができる（すなわち、図１に図解されるように、ロッド170が方向184へ駆動される）。図１７に図解されるように、（例えば、ロッド170が方向182へ駆動されることによる）油圧シリンダ160, 860´の伸長は、ブーム824´が方向154へ駆動されるロッド840´に連動して下降する方向に駆動されることで、バケット826´を方向825へ上方へ傾ける。図１７に図解されるように、バケットリンケージ828´は「Ｚバー」バケットリンケージであり、油圧シリンダ160, 860´の伸長動作（すなわち、ロッド170, 870´が方向182へ駆動される）を、バケット826´を方向825へ上方へ傾ける動作へ変換する。ワークマシンがホイールローダ800´である時、このような同時駆動は特に有用である。「Ｚバー」バケットリンケージは、第１端827aと第２端827bとの間のブーム824´に回転可能に設けられる揺動メンバ827を含む。第１端827aは、第２アタッチメント888´を含む。第２端827bは、バケットリンク829の第２端829bがバケットリンク829に回転可能に接続される。バケットリンク829の第１端829aは、バケット826´に回転可能に接続される。（例えば、ロッド170, 870´を方向182へ駆動することによる）油圧シリンダ160, 860´の伸長は、揺動メンバ827を方向823へ揺動させる。
【００４３】
ホイールローダ800, 800´の典型的なサイクルは、ホイールローダ800, 800´が材料の山の中へ突き進み、引き続きブーム824, 824´がバケット826, 826´を上げることを含む。ホイールローダ800, 800´は、それからダンピング位置（例えば、輸送トラック）の高さを超えた位置のバケット826, 826´とともにダンピング位置へ運転される。バケットシリンダ160, 860, 860´は、それからバケットリンケージ828, 826´による接続を介してバケット826, 826´を傾けるために方向182へ駆動される。ダンピング位置でバケット826, 826´の材料が空になると、ホイールローダ800, 800´はダンピング位置から離れ、ブーム824, 824´はバケット826, 826´を荷重（掘削）形態に戻すために下降される。ブーム824, 824´の下降動作ならびにバケット826, 826´の上昇動作は同時に起き、バケット826, 826´の動作は、ブームシリンダ130, 830, 830´からのエネルギによってもたらされる。このような協調動作は、「掘削への復帰」動作または「掘削への復帰」操作と呼ぶことが可能である。「掘削への復帰」操作は、動作に基づく予め定義された位置とすることが可能である。例えば、ブーム824, 824´が十分に上がっているまたはバケット826, 826´が十分に下がっている場合、「掘削への復帰」を作動させることが可能である。
【００４４】
図４を参照すると、種々のエネルギ回収モード102が図解される。図解されるように、モード102sはエネルギ回収モード102に相当するが、フルの油圧アキュムレータ120を可能にする準備を含む。加えて、あるいは別に、モード102sは、油圧シリンダ160が作動油流れジャンクション250を通過する流れの全てを受け入れることができない場合のための準備を含むことが可能である。特に、流路150を通過する作動油流れは、第３流量制御装置226によって部分的にインレット／アウトレット192を通過させてタンク190へ迂回させることができる。同様に、作動油流れジャンクション250を通過する作動油流れの少なくとも一部を、流量制御装置232によってインレット／アウトレット192を経由してタンク190へ迂回させることが可能である。
【００４５】
図３および図４に図解されるように、エネルギ回収モード102およびエネルギ回収モード102sは、作動油流れを第１ポート132から第２流量制御装置204および第４流量制御装置208を通過させて第２ポート134へ向けて流すことが可能である。機能断面積AHが機能断面積ARよりも大きい結果として、ピストン138が移動される時、先端142は、ロッド端144より高い流体容積変化率を有する。ロッド140が方向154へ駆動されると、第１ポート132と第２ポート134との間の接続は、方向154へ駆動されるロッド140で負荷が作用する状態下で、第１ポート132に発生する圧力を増大させる（例えば、正味力F）。特に、第１ポート132と第２ポート134が接続されている時の作動油圧F/（AH−AR）は、第１ポート132と第２ポート134とが断絶されるとともに第２ポート134を、例えば、タンク190に接続されている時の作動油圧F/AHよりも大きくすることが可能である。
【００４６】
増大された作動油圧F/（AH−AR）は、それによってロッド140が方向154へ駆動された時と同一の負荷（例えば、与えられる正味力F）が与えられるよりも高い圧力で油圧アキュムレータ120をチャージすることができる。増大された作動油圧、F/（AH−AR）＝F/Ar は、油圧シリンダ130の有効面積に起因して、ロッド140の断面積Ar（図１参照）となる。特定の実施形態において、先端142の流体容積変化率は、約１．１〜１．５または約１．１〜３の間に分布するファクタによって、ロッド端144の流体容積変化率よりも高くすることができる。特定の実施形態において、先端142の断面積AHは、約１．１〜１．５または約１．１〜３の間に分布するファクタによって、ロッド端144の断面積ARよりも高くすることができる。第１ポート132の圧力は、それによって、第２流量制御装置204および第４流量制御装置208を経由して、第２ポート134に接続することで、然もないと第１ポート132で発生するロッド140に作用する方向154の負荷からの圧力との比較で増幅される。
【００４７】
図５および図６は、各々、モード104およびモード104mを図解する。モード104, 104mは、油圧アキュムレータ120のチャージおよび／または予備チャージをもたらす。油圧アキュムレータ120は、予め定義された値まで通常加圧する（すなわち、予備チャージする）ことが可能である。エネルギ回収モード102, 102s, 102r, 102pの作動時、油圧アキュムレータ120は、予め定義された値よりも高い圧力を得ることが許容され、それによって通常の残余能力を超えて蓄積することが可能である。油圧アキュムレータ120へのいかなる過剰流れでも、第３流量制御装置226を経由してタンク190へ送ることが可能である。
【００４８】
図解された実施形態において、油圧ポンプ110は、油圧アキュムレータ120をチャージおよび／または予備チャージするために使用される。予備チャージは、油圧シリンダ130の駆動と同時に実施することができる。図５に図解されるように、作動油は、タンク190からインレット／アウトレット192およびインレット112を通過して油圧ポンプ110によって引き出される。油圧ポンプ110は、作動油を加圧し、アウトレット114外の作動油を引き出す。少なくとも作動油の一部は、第１流量制御装置222を通過して油圧アキュムレータ120のインレット／アウトレット122内へ流れ、それによって油圧アキュムレータ120をチャージする。油圧ポンプ110からの作動油の他の部分は、第１流量制御装置202を通過して油圧シリンダ130の第１ポート132へ流入することが可能である。油圧シリンダ130への作動油の流入は、油圧シリンダ130を伸長縮長させるとともに第２ポート134から作動油を排出する。第２ポート134から排出された作動油は、第４流量制御装置208を通過し、作動油流れジャンクション250を通過し、さらに流量制御装置232を通過してタンク190のインレット／アウトレット192へ流入する。
【００４９】
図６は、第１流量制御装置202からの作動油流れが第２流量制御装置224を通過して油圧アキュムレータ120のインレット／アウトレット122へ流入することを除き、図５に相当する。モード104mは、先端142と油圧アキュムレータ120との間の作動油圧を等しくするために使用することができる。
【００５０】
図７に図解されるように、油圧システム100のモード106は、油圧アキュムレータ120に蓄積された作動油エネルギを再生（すなわち、リサイクル）し、（例えば、ブーム上昇が指令された場合）油圧シリンダ130を伸長させるためにエネルギが使用される。特に、油圧アキュムレータ120内の作動油圧が予め決められた圧力を上回る場合、および／または油圧アキュムレータ120内の作動油圧が油圧シリンダ130が必要とする圧力を上回る場合、第２流量制御装置224は、開き、それによって油圧ポンプ110からの油圧負荷を解放することが可能である。信号（例えば、デジタル信号）は、第２流量制御装置224の開度を調整する（例えば、アキュムレータの圧力を減じて流れを供給する）ために、油圧ポンプ110の負荷検知センサコントローラへ送信することが可能である。
【００５１】
図１５ないし図１７に図解されるように、油圧シリンダ130, 830, 830´の伸長は、ブーム824, 824´を上昇させ、それによってバケット826, 826´を上昇させる。油圧ポンプ110は、油圧シリンダ130内への作動油流れを補い、それによって油圧シリンダ130の伸長を補助するために使用することが可能である。特に、作動油は、油圧アキュムレータ120のインレット／アウトレット122から、第２流量制御装置224を含む流路150を通過し、油圧シリンダ130の第１ポート132へ流入する。
【００５２】
付加的な作動油流れは、タンク190のインレット／アウトレット192から油圧ポンプ110のインレット112へ送ることが可能である。油圧ポンプ110は、作動油を加圧し、アウトレット114および第１流量制御装置202を介して第１ポート132内へ押し込む。油圧シリンダ130が伸長されると、作動油は、ロッド端144から流出し、第２ポート134、第４流量制御装置208、作動油流れジャンクション250、および流量制御装置232を通過し、さらにインレット／アウトレット192を通過してタンク190へ流入する。油圧アキュムレータ120内の作動油圧が予め決められた圧力に到達する、および／または油圧アキュムレータ120内の作動油圧が油圧シリンダ130が必要とする圧力を下回って低下する場合、第２流量制御装置224は閉じ、それによって油圧負荷を油圧ポンプ110へ送ることが可能である。信号（例えば、デジタル信号）は、第２流量制御装置224の閉塞を調整する（例えば、今枯渇した供給された流れをアキュムレータへ戻す）ために、油圧ポンプ110の負荷検知コントローラへ送信することが可能である。
【００５３】
図８に図解されるように、油圧システム100のモード107は、ポンプ110からの作動油圧下で油圧シリンダ130を縮長させる。特に、作動油流れは、タンク190のインレット／アウトレット192から油圧ポンプ110のインレット112へ送ることが可能である。油圧ポンプ110は、作動油を加圧し、アウトレット114および第３流量制御装置206を通過して油圧シリンダ130の第２ポート134内へ押し込む。ピストン138が方向154へ移動して油圧シリンダ130が縮長されると、作動油は、先端142から排出され、第１ポート132、第２流量制御装置204、作動油流れジャンクション250、および流量制御装置232を通過し、さらにインレット／アウトレット192を通過してタンク190へ流入される。
【００５４】
図１１に図解されるように、油圧システム100はモード108mを含む。モード108mは、油圧アキュムレータ120の作動油圧を目標値にセットするために使用することが可能である。特に、モード108mは、油圧アキュムレータ120の作動油圧を先端142における作動油圧に一致させるために使用することが可能である。油圧アキュムレータ120と先端142との間の作動油圧を一致させることは、油圧システム100が以下に詳細に説明されるモード108に移行するための準備をすることが可能である。油圧アキュムレータ120の作動油圧を増加させるため、作動油を、タンク190から排出し、インレット／アウトレット192を通過させ、油圧ポンプ110のインレット112へ流入させることができる。油圧ポンプ110は、加圧した作動油を、アウトレット114を介して圧送し、さらに第１流量制御装置222を介して油圧アキュムレータ120のインレット／アウトレット122内へ圧送する。油圧アキュムレータ120の作動油圧を減少させるため、作動油を油圧アキュムレータ120から排出し、インレット／アウトレット122および第３流量制御装置226を通過させてタンク190のインレット／アウトレット192へ流入させることができる。油圧アキュムレータ120と油圧シリンダ130の先端142との間の作動油差圧は、第２流量制御装置224の前でバランスさせることができ、それによって流路150が開放される。
【００５５】
図１２に図解されるように、油圧システム100は、サスペンションモード108において、ワークマシンにサスペンションをもたらすことができる。図１５ないし図１７に図解されるように、油圧シリンダ130, 830, 830´は、ブーム824, 824´を支持し、それによってバケット826, 826´を支持する。ホイールローダ800, 800´が悪路または他の障害上を移動する場合、ブーム824, 824´およびバケット826, 826´の動的移動が起きる。油圧シリンダ130, 830, 830´が流路150を経由しての油圧アキュムレータ120に接続されることによって、油圧シリンダ130は、第１アタッチメント856, 856´と第２アタッチメント858, 858´との間でばねのように動作することができる。ばねのような動作は、ホイールローダ800, 800´が平坦でない地形および／または他の障害を越えて移動する場合、ブーム824, 824´をホイールローダ800, 800´の挙動に適応させることができる。ばねのような動作に加え、第２流量制御装置224は、作動油が流路150を通過して流れる時の、ブーム824, 824´の移動を減衰させることができる。特に、第２流量制御装置224を通過して流れる作動油は、一方向または両方向の流れを絞ることが可能であり、それによって緩衝した油圧シリンダ130, 830, 830´に対するエネルギを放散することが可能である。特に、油圧シリンダ130, 830, 830´は、方向152, 154へ動作することが可能である。油圧シリンダ130のロッド140のこの動作は、作動油を、第１ポート132、第２流量制御装置224を含む流路150、およびインレット／アウトレット122を通過して先端142と油圧アキュムレータ120との間に送る。流路150は、インレット／アウトレット122に直接流体接続され、また第１ポート132に直接流体接続される。流路150の第２流量制御装置224は、単一の流量制御装置とすることができる。第２流量制御装置224は、流路150に沿った唯一の流量制御装置とすることが可能である。
【００５６】
本開示の原理によれば、油圧システム400は、油圧システム100のサブセット、およびポンプから独立した特定のモードの機能として派生させることができる。特に、図１３に図解されるように、油圧システム400は、油圧シリンダ130に相当する油圧シリンダ430および油圧シリンダ160に相当する油圧シリンダ460を含む。油圧シリンダ430は、第１ポート132に相当する第１ポート432と第２ポート134に相当する第２ポート434を含む。同様に、油圧シリンダ460は、第１ポート162に相当する第１ポート462および第２ポート164に相当する第２ポート464を含む。
【００５７】
油圧システム400はさらに、油圧アキュムレータ120に相当する油圧アキュムレータ420を含む。図１３の図解された実施形態において、油圧アキュムレータ420は、第１油圧アキュムレータ420aおよび第２油圧アキュムレータ420bを含む。他の実施形態において、油圧アキュムレータ120は、２つ以上の油圧アキュムレータを含むことが可能である。他の実施形態において、油圧アキュムレータ420は、３つ以上の油圧アキュムレータを含むことが可能である。他の実施形態において、油圧アキュムレータ420は、単一の油圧アキュムレータを含むことが可能である。油圧アキュムレータ420は、インレット／アウトレット122に相当するインレット／アウトレット422を含む。第１油圧アキュムレータ420aは、異なるばねおよび／または第２油圧アキュムレータ420bより大容量のガスチャージを有することができる。第１油圧アキュムレータ420aは、第２油圧アキュムレータ420bとは別のステージでチャージおよびディスチャージすることができる。第１油圧アキュムレータ420aおよび第２油圧アキュムレータ420bのチャージおよびディスチャージステージは、相互にオーバーラップする、または実質上連続させることができる。第１油圧アキュムレータ420aおよび第２油圧アキュムレータ420bを有することによって、油圧システム400は、油圧シリンダ430の種々のおよび変化する負荷を調和させることができる。第１油圧アキュムレータ420aおよび第２油圧アキュムレータ420bを有することによって、油圧システム400は、モード（例えば、モード102および102pおよび／または高圧モードおよび低圧モード）を第１油圧アキュムレータ420aと第２油圧アキュムレータ420bに調和させることができる。
【００５８】
油圧システム400はさらに、タンク190に相当するタンク490を含む。タンク490は、インレット／アウトレット192に相当するインレット／アウトレット492を含む。油圧システム400は、流量制御装置204に相当する流量制御装置504、流量制御装置208に相当する流量制御装置508、流量制御装置214に相当する流量制御装置514、流量制御装置224に相当する流量制御装置524、流量制御装置226に相当する流量制御装置526、および流量制御装置232に相当する流量制御装置532を含む。油圧システム400はさらに、作動油流れジャンクション250に相当する作動油流れジャンクション550およびリリーフバルブ234に相当するリリーフバルブ534を含む。油圧システム400はさらに、流路150に相当する流路450を含む。流路450は同様に、第１ライン146に相当する第１ライン446および第２ライン148に相当する第２ライン448を含む。現段落において、相当という用語は、油圧システム400内の相当のコンポーネントおよび相当の機能を示す。流量制御装置508および流量制御装置514は、チェックバルブとして図１３に図解される。
【００５９】
現開示の原理によれば、油圧システム600は、油圧システム100のサブセットとして派生することができる。特に、図１４に図解されるように、油圧システム600は、油圧ポンプ110に相当する油圧ポンプ610を含む。油圧ポンプ610は、インレット112およびアウトレット114に各々相当するインレット612およびアウトレット614を含む。油圧システム600はさらに、油圧シリンダ130に相当する油圧シリンダ630を含む。油圧シリンダ630は、第１ポート132に相当する第１ポート632および第２ポート134に相当する第２ポート634を含む。油圧システム600はさらに、油圧アキュムレータ120に相当する油圧アキュムレータ620を含む。油圧アキュムレータ620は、インレット／アウトレット122に相当するインレット／アウトレット622を含む。油圧システム600は、タンク190に相当するタンク690を含む。タンク690は、インレット／アウトレット192に相当するインレット／アウトレット692を含む。油圧システム600は、流量制御装置208に相当する流量制御装置708、流量制御装置222に相当する流量制御装置722、流量制御装置224に相当する流量制御装置724、および流量制御装置226に相当する流量制御装置726を含む。油圧システム600はさらに、流路150に相当する流路650を含む。流路650は同様に、第１ライン146に相当する第１ライン646、および第２ライン148に相当する第２ライン648を含む。現段落において、相当という用語は、油圧システム600内の相当するコンポーネントおよび相当する機能を示す。
【００６０】
図１８に図解されるように、コントローラ270は、油圧システム100を制御し、それによって油圧システム100の種々のモードを切り替えることができる。フローチャート900は、ステップ902のグループを含む。ステップ902のグループは、油圧システム100の制御における通常運転を示す。ステップ902のグループは、オペレータによってオペレータインターフェース272から開始することができる。他の運転は、サービス運転、診断運転、キャリブレーション、等を含むことが可能である。コントローラ270が通常運転下で油圧システム100を制御する場合、制御フローは、例えば、ホイールローダ800, 800´の起動において、ステップ904で開始することが可能である。起動において、コントローラ270は、油圧システム100を非アクティブ状態906へ移行する。コントローラ270は、フローライン908に示されるように、外部入力スイッチ910の状況を、周期的に確認する。外部入力スイッチ910は、オペレータによってオン位置あるいはオフ位置にセットすることができる。外部入力スイッチ910がオフ位置にセットされている場合、システム100の状態は、フローライン912によって示されるように非アクティブへ戻される。外部入力スイッチ910がオン位置に切り替えられると、油圧システム100の状態は、フローライン914によって示されるように、アクティブ状態916に切り替えられる。アクティブ状態916は、モード108で運転される油圧システム100を含むことが可能である。
【００６１】
コントローラ270は、パッシブリフトコマンド918および再生コマンド940を周期的に確認する。パッシブリフトコマンド918が yes の場合、フローライン922によって示されるように、コントローラ270はアキュムレータの圧力を読む。パッシブリフトコマンド918が no の場合、フローライン920によって示されるように、コントローラ270は再生コマンド940の状況を確認する。アキュムレータの圧力はステップ924で確認される。アキュムレータの圧力が先端142内の圧力よりも高い場合、フローライン926によって示されるように、モード106が実行される。アキュムレータの圧力が先端142内の圧力よりも低い場合、フローライン928によって示されるように、モード104および／またはモード104mが実行される。ボックス930によって示されるように、モード106、モード104、モード104m、エネルギ回収モード102、およびモード102sは、特別なモードグループ内に存在する。特別なモードグループに到達後の制御フローにおいて、制御をステップ934へ移行するフローライン932によって示されるように、コントローラ270は、アキュムレータの圧力を周期的に確認する。ステップ934において、フローライン938によって示されるように、アキュムレータの圧力が設定値を下回った場合、コントローラ270は、ボックス930における現在のモードを再開する。ステップ934において、コントローラ270は、アキュムレータの圧力が設定値に等しいまたは大きい時、制御フローをステップ902のグループへ移行する。
【００６２】
制御フローがステップ902のグループである場合、コントローラ270は、パッシブリフトコマンド918および再生コマンド940の存在を周期的に確認する。パッシブリフトコマンド918が no である場合、再生コマンド940が確認される。再生コマンド940が yes である場合、フローライン942によって示されるように、コントローラ270はアキュムレータの圧力を確認する。再生コマンド940が no である場合、フローライン944によって図解されるように、コントローラ270は、ステップ902のグループへ制御フローを移行する。アキュムレータの圧力がステップ946で確認されると、コントローラ270は、制御フローをボックス930へ移行し、フローライン948によって示されるように、油圧システム100をエネルギ回収モード102および／またはモード102sへ移行する。アキュムレータ圧力が先端部142の圧力よりも高いことが検知されると、フローライン950によって図解されるように、コントローラ270は、制御フローをステップ902のグループへ戻す。
【００６３】
コントローラ270は、油圧システム100の効率を最大または向上させるため、油圧システム100をモード間で切り替えることが可能である。特定の実施形態において、機械的および／または電気的ハードウェアは、油圧システム100の効率を最大または向上させるため、油圧システム100をモード間で自動的に切り替えることが可能である。例えば、油圧アキュムレータ120が低チャージである時、モード102pは、油圧シリンダ130がより効率的に油圧アキュムレータ120をチャージする結果をもたらし、またモード102は、油圧アキュムレータ120が高チャージまたは低チャージである時、油圧アキュムレータ120をチャージすることを油圧シリンダ130に要求することが可能である。同様に、油圧システム100の種々のモードは、油圧アキュムレータ120が低チャージである時、油圧シリンダ130が油圧アキュムレータ120をより効率的にディスチャージすることが可能であり、油圧アキュムレータ120が高チャージまたはより高いチャージである時に、他のモードは、油圧シリンダ130が油圧アキュムレータ120をディスチャージする時、より効率化することが可能である。油圧シリンダ130によるアキュムレータ120のチャージおよびディスチャージは、油圧システム100の効率および／または性能を向上させるために行うことが可能である。
【００６４】
この開示の種々の改良および変化は、この開示の範疇および精神から外れることがない範囲で当業者に明白であり、また開示の範疇がここに明らかにされた図解された実施形態に不当に制限されないことは理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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