(57)【要約】【課題】  油圧回路におけるエネルギーを回復するためのシステムを提供する。【解決手段】  油圧回路においてエネルギーを回復するための方法が提供される。油圧回路は、斜板を有し、弁（２５）を介して油圧アクチュエータ（２２）と流体連通しているポンプ（１２）を具備している。本方法は、油圧回路における過剰負荷状態を検知する工程と、過剰負荷状態下で油圧アクチュエータからポンプに流体を供給するために弁を作動する工程と、ポンプから供給された流体からトルク出力を生成する工程と、を含む。また、弁（１０２）を介して油圧アクチュエータと連通しているポンプ（２０２）およびモータ（２０４）を具備している油圧回路において、エネルギーを回復するための方法が提供される。本方法は、油圧回路における過剰負荷状態を検知する工程と、過剰負荷状態下で油圧アクチュエータからモータに流体を供給するために弁を作動する工程と、モータから供給された流体からトルク出力を生成する工程と、を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁（１０２）を介して油圧アクチュエータ（２２）と流体連通しているポンプ（２０２）およびモータ（２０４）を具備する油圧回路におけるエネルギーを回復するための方法であって、
油圧回路において過剰負荷状態を検知する工程と、
過剰負荷状態下で、油圧アクチュエータからモータに流体を供給するために、弁を作動する工程と、
モータに供給される流体からトルク出力を生成する工程と、を含む方法。
【請求項２】
一方クラッチ（２０６）を介して生成されたトルクを動力源（１４）に供給する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
油圧回路におけるエネルギーを回復するためのシステム（２００）であって、
ポンプ（２０２）と、
弁および管路（２４）を介してポンプと流体連通している油圧アクチュエータ（２２）と、
弁を介して油圧アクチュエータと流体連通しているモータ（２０４）と、
油圧回路と通信を行うセンサアセンブリと、
弁およびセンサアセンブリに電気的に連結される制御装置（４４）と、を具備し、
弁が過剰負荷状態下で油圧アクチュエータからモータに流体を供給するように構成されているシステム（２００）。
【請求項４】
弁が第１および第２の弁位置（１０４、１０６）を含み、第１の弁位置がポンプから油圧アクチュエータに流体を供給するように構成され、第２の弁位置が油圧アクチュエータからモータに流体を供給するように構成される請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
一方クラッチ（２０６）をさらに具備し、モータが、一方クラッチを介して動力源（１４）に連結されるように構成される請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
油圧回路におけるエネルギーを回復するためのシステム（１０、１００）であって、
弁とリザーバとの間で流れを指向するために傾斜可能な斜板を有するポンプ（１２）と、
弁（２５、１０２）および管路（２４）を介してポンプと流体連通している油圧アクチュエータ（２２）と、
油圧回路と通信を行うセンサアセンブリと、
弁およびセンサアセンブリに電気的に連結される制御装置（４４）と、を具備し、
弁が過剰負荷状態下で油圧アクチュエータからポンプに流体を供給するように構成され、
弁が第１および第２の弁位置（１０４、１０６）を含み、第１の弁位置がポンプから油圧アクチュエータに流体を供給するように構成され、第２の弁位置が油圧アクチュエータからポンプに流体を供給するように構成されるシステム（１０、１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧回路においてエネルギーを回復するためのシステムおよび方法に関する。さらに詳細には、油圧回路においてエネルギーを回復するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
掘削機またはローダなどの機械では、油圧回路は、可変荷重を処理するために、油圧アクチュエータと流体連通している可変容量形ポンプを具備することができる。ポンプは、荷を持ち上げるために、油圧シリンダなどの油圧アクチュエータに加圧流体を供給する。アクチュエータは、バケットなどの道具に連結されることができる。
【０００３】
荷を下ろすとき、油圧アクチュエータにおける加圧流体は、アクチュエータからリザーバに排出されることが多い。荷下ろし時に、油圧アクチュエータから加圧流体を排出する際のエネルギーがある。しかし、多くの機械は、油圧アクチュエータが収縮されるときに、エネルギーを回復するための手段を備えていない。一般的に、これらの機械は、アクチュエータの下降速度または収縮速度を制御するために、弁を経て流体を絞る。これは、エネルギーの損失または無駄および作動油の望ましくない加熱を生じることになる。
【０００４】
たとえば、油圧シリンダが過剰な負荷を受けて作動している場合に、上記の状態が生じうる。荷を下ろすために、油圧シリンダが伸張した後、シリンダはそれ自体の重量のために自然に収縮する可能性がある。これは、過剰負荷状態（ｏｖｅｒｒｕｎｎｉｎｇ  ｌｏａｄ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）と呼ばれることが多い。過剰負荷状態は、機械作動中に容易に見られる。
【０００５】
油圧回路において、このような、別のやり方で無駄になるエネルギーを回復するためのいくつかの試みがなされてきている。たとえば、（特許文献１）は、油圧回路において中心を超える容量を有する追加ポンプ／モータを提供することによって、エネルギーを回復するシステムを開示している。ポンプ／モータは、エネルギーを蓄えるために、リフティング回路とアキュムレータとの間に流体を搬送する。しかし、このようなアキュムレータは、機械のサイズを増大させる。また、リフティングシリンダが急激に降下するとき、大量の流体がシリンダから急激に排出される。流体を収容するためには、ポンプ／モータは大きい必要がある。開示されたシステムはまた、ポンプ／モータをリフティングシリンダに流体連結するために、別のチャージポンプおよび弁も必要としている。このようなチャージポンプは、エネルギー効率が良くなく、追加構成要素は機械システムのコストを増大させる。システムには、リフティングシリンダが収縮中であり、アキュムレータがリフティングシリンダから排出される流体より高い圧力である場合には、リフティングシリンダから生じるエネルギーを蓄えるために、エンジンからのエネルギーがさらに必要であるという別の欠点がある。
【０００６】
【特許文献１】国際公開第００／００７４８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、エネルギー効率がよく、コスト効率のよいエネルギー回復システムを提供することが望ましい。本発明は、１つ以上の上記の欠点を克服することに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様において、油圧回路におけるエネルギーを回復するための方法が提供される。油圧回路は、斜板を有し、弁を介して油圧アクチュエータと流体連通しているポンプを具備している。本方法は、油圧回路における過剰負荷状態を検知する工程と、過剰負荷状態下で油圧アクチュエータからポンプに流体を供給するために弁を作動する工程と、ポンプから供給された流体からトルク出力を生成する工程と、を含む。
【０００９】
別の態様において、油圧回路におけるエネルギーを回復するためのシステムが提供される。このシステムは、弁とリザーバとの間で流れを指向するために傾斜可能な斜板を有するポンプを具備している。油圧アクチュエータは、弁および管路を介してポンプと流体連通するように装備される。弁は、過剰負荷状態下で油圧アクチュエータからポンプに流体を供給するように構成される。センサアセンブリは油圧回路と通信を行うように装備され、制御装置は弁およびセンサアセンブリに電気的に連結される。
【００１０】
別の態様において、弁を介して油圧アクチュエータと流体連通しているポンプおよびモータを具備している油圧回路において、エネルギーを回復するための方法が提供される。本方法は、油圧回路における過剰負荷状態を検知する工程と、過剰負荷状態下で油圧アクチュエータからモータに流体を供給するために弁を作動する工程と、モータから供給された流体からトルク出力を生成する工程と、を含む。
【００１１】
別の態様において、油圧回路におけるエネルギーを回復するためのシステムが提供される。このシステムは、ポンプと、弁および管路を介してポンプと連通している油圧アクチュエータと、を具備している。モータは、弁を介して油圧アクチュエータと流体連通している。弁は、過剰負荷状態下で油圧アクチュエータからモータに流体を供給するように構成される。センサアセンブリは油圧回路と通信を行うように装備され、制御装置は弁およびセンサアセンブリに電気的に連結される。
【００１２】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明はいずれも、例示および説明のために過ぎず、特許請求の範囲のように本発明を限定するものではないことを理解すべきである。
【００１３】
添付図面は、本願明細書に組み込まれ、本願明細書の一部を構成し、本発明の例示の実施形態を示し、明細書とともに本発明の原理を説明するのに役立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ここで、添付図面に示されている本発明の例示の実施形態を詳細に参照する。可能な限り、同一の参照符号は、図面全体を通して同一の部分または類似の部分を指すために用いられるものとする。
【００１５】
図１に関して、エネルギー回復システム１０は、掘削機、ローダまたは油圧システムを利用する機器の任意の他の部分構成要素の一部であってもよい。システム１０は、ドライブトレインまたは軸１６を介して内燃機関などの動力源１４によって一般に駆動されるポンプ１２を具備している。具体的な実施形態において、ポンプ１２は、可変容量性能を備え、最小押しのけ量位置と最大押しのけ量位置との間でその押しのけ量を変化させることができる。
【００１６】
可変容量形ポンプは一般に、駆動軸と、複数のピストンボアを有する回転可能なシリンダバレルと、傾斜可能な斜板に対して保持されるピストンと、弁板と、を具備している。斜板が駆動軸の長手軸に対して傾斜されるとき、ポンプ作用を生成し、加圧流体を出口ポートに排出するために、ピストンはピストンボアの中で往復運動を行う。斜板が中心に位置し、傾斜していない場合には、ピストンは往復運動を行わず、ポンプは吐出し圧を生成しない。
【００１７】
可変容量形ポンプの中には、斜板が駆動軸の長手軸に関して対向する方向に傾斜されるときに機能する性能を備えているものがある。このような斜板の位置は、「オーバセンタ（ｏｖｅｒ−ｃｅｎｔｅｒ）」位置と呼ぶことが多い。斜板がオーバセンタ位置に対して傾斜されるとき、流体は出口ポートから入り口ポートに流れる。出口ポートと入口ポートとの間で十分な流体の流量および圧力差がある場合には、ポンプにおけるピストンは、ピストンボアの中で往復運動を行い、ポンプ作用を生成する。ピストンによるポンプ作用は、シリンダバレルおよび駆動軸を回転し、それにより、出口ポートにおける流体圧力は入口ポートにおける流体圧力より高い場合にモータトルク出力を生じる。したがって、可変容量形ポンプは、斜板の傾斜角および入口ポートと出口ポートとの間の圧力差に応じて、ポンプおよびモータの両方として機能することができる。
【００１８】
ポンプ１２は、複数のピストンボア（図示せず）を有する回転可能なシリンダバレルと、傾斜可能な斜板（図示せず）と、傾斜可能な斜板に対して保持されるピストン（図示せず）と、出口ポート１８と、入口ポート１９と、を具備している。斜板は駆動軸１６の長手軸に対して傾斜され、ポンプ作用を生成するために、ピストンはピストンボアの中で往復運動を行う。斜板が正常位置に対して傾斜されるとき、ポンプ１２はポンプとして機能する。他方、斜板がオーバセンタ位置に対して傾斜されるとき、ポンプ１２は、出口ポート１８と入口ポート１９との間の圧力差によってモータとして機能する。ポンプ１２はまた、斜板の傾斜角を検知するために、斜板角度センサ（図示せず）を備えていてもよい。ポンプ１２は、入口ポート１９によってリザーバ２０と流体連通していてもよい。当業者は可変容量形ポンプの基本構造を認識しているため、構造については詳細に説明および図示を行わない。
【００１９】
システム１０はまた、管路２４および弁２５を介してポンプ１２と流体連通している油圧アクチュエータを具備している。この実施形態では油圧アクチュエータは油圧シリンダ２２であるが、他のアクチュエータを利用してもよい。図１に示された具体的に実施形態において、油圧シリンダ２２は複動シリンダである。複動シリンダ２２は、一対の作動室、すなわちヘッド側作動室２６およびロッド側作動室２８を有する。ヘッド側作動室２６およびロッド側作動室２８は、ピストンロッド３２を有するピストン３０によって離間されている。シリンダ２２におけるピストン３０の位置を検知するために、シリンダ２２はまた、シリンダ位置センサ（図示せず）を具備していてもよい。
【００２０】
非過剰負荷状態では、加圧流体は管路２４を経てポンプ１２（ポンプとして作動）から油圧シリンダ２２に供給される。過剰負荷状態では、加圧流体は管路２４を経て油圧シリンダ２２からポンプ１２に戻る。
【００２１】
システム１０は、弁２５などの流量制御回路を具備していてもよい。図１に示された実施形態において、弁２５は、独立絞り弁（ＩＭＶ）アセンブリである。ＩＭＶは、ポンプポート３４と、リザーバポート３５と、シリンダヘッド側ポート３６と、シリンダロッド側ポート３７と、を有する。ＩＭＶはまた、４つの独立に動作可能な弁３８、３９、４０、４１も具備している。第１の独立に動作可能な弁３８はポンプポート３４とシリンダロッド側ポート３７との間に配置され、第２の独立に動作可能な弁３９はポンプポート３４とシリンダヘッド側ポート３６との間に配置される。第３の独立に動作可能な弁４０はリザーバポート３５とシリンダロッド側ポート３７との間に配置され、第４の独立に動作可能な弁４１はリザーバポート３５とシリンダヘッド側ポート３６との間に配置される。これらの独立に動作可能な弁は、負荷要件に基づいて弁によって流体の流量を変化させることができる比例弁であってもよい。独立に動作可能な弁の各々は、オペレータコマンドに基づいて対応するソレノイド（図示せず）によって制御されることができる。
【００２２】
システム１０はまた、油圧回路と通信を行うセンサアセンブリを具備していてもよい。図１の実施形態に示されているように、センサアセンブリは、油圧シリンダ２２および管路２４の圧力を監視する複数の圧力センサ４２を具備することができる。圧力センサ４２は、油圧シリンダ２２のヘッド側作動室およびロッド側作動室と、管路２４中の圧力を監視することができる。図１はＩＭＶのシリンダヘッド側ポート３６およびシリンダロッド側ポート３７、ポンプ１２付近の管路２４に位置するセンサを示しているが、センサ４２の位置はその特定の構成に限定されるわけではない。所望のアクチュエータ状態を監視するために適した任意の位置に、センサ４２を配置することができる。当業者は、油圧アクチュエータの所望のアクチュエータ状態を確認することができる任意のセンサアセンブリを利用することができることを認識されたい。
【００２３】
具体的な実施形態において、システム１０は、弁およびセンサアセンブリに電気的に連結されている制御装置４４（制御装置と図１に示されていない弁との間の接続）を具備している。制御装置４４はまた、ポンプ１２および動力源１４に連結されることができる。制御装置４４は、アクチュエータレバー４６を経てオペレータコマンドを受信する。制御装置４４は、システム１０の動作を制御するために、ソレノイドと、圧力センサ４２および他のセンサをはじめとするセンサと、に電気的に接続されることができる。動作コマンドおよび油圧シリンダ２２の監視されている圧力に基づいて、制御装置４４は、油圧回路が過剰負荷状態下で作動中であるかどうかについて決定することができる。
【００２４】
図１に示されているように、システム１０はまた、管路２４における流体圧力がリザーバ圧力より小さい場合には、リザーバ２０から管路２４に流体を供給するために、管路２４およびリザーバ２０と流体連通している逆止め弁４８も具備することができる。しかし、逆止め弁４８は、管路２４からリザーバ２０に流体を通過することはない。
【００２５】
システム１０はまた、安全装置として逃がし弁５０を具備することができる。管路２４中の圧力が望ましくないほど高いレベルまで上昇する場合には、システム故障を回避するために、逃がし弁５０は管路２４中の流体をリザーバ２０に排出するために開放することができる。
【００２６】
図２は、本発明の具体的な別の実施形態によるエネルギーを回復するためのシステムを有する機械の概略図である。図２に示されているシステム１００は、図１のシステム１０に示された類似の要素を含む。システム１００は、管路２４および第１の弁１０２および第２の弁１０３によって、ポンプ１２と連通している油圧シリンダ２２を具備している。この具体的な実施形態において、第１の弁１０２は、第１の弁位置１０４および第２の弁位置１０６を有する比例ソレノイド弁である。第１の弁位置１０４において、第１の弁１０２は、油圧シリンダ２２のヘッド側作動室２６およびロッド側作動室２８のそれぞれに関する個別の流体流路を提供する。他方、第１の弁１０２は、第２の弁位置１０６においてヘッド側作動室２６およびロッド側作動室２８に関する結合流体流路を提供する。制御装置４４に電気的に連結されたソレノイド１０８によって、弁位置を変更することができる。
【００２７】
第２の弁１０３は、第１の弁位置１１０、第２の弁位置１１２、および第３の弁位置１１４をそれぞれ有する比例ソレノイド弁であってもよい。第１の弁位置１１０において、第２の弁１０３は、ヘッド側作動室２６およびロッド側作動室２８のそれぞれへの個別の経路を提供することができる。第２の弁位置１１２において、第２の弁１０３は、単独の流路を提供する。第３の弁位置１１４において、第２の弁１０３は、第１の弁位置１１０に対向するヘッド側作動室２６およびロッド側作動室２８のそれぞれへの個別の経路を提供する。制御装置４４に電気的に連結されたソレノイド１１６を作動することによって、第２の弁１０３の所望の弁位置を選択することができる。
【００２８】
システム１００はまた、管路２４およびアキュムレータ１２０と流体連通している供給弁１１８も具備している。供給弁１１８は、第１の弁位置１２２および第２の弁位置１２４を有する比例弁であってもよい。第１の弁位置１２２において、供給弁１１８により、管路２４からの流体をアキュムレータ１２０に供給することができる。第２の弁位置１２４は逆止め弁を装備していてもよく、第２の弁位置１２４において、供給弁１１８はアキュムレータ１２０における流体を管路２４に供給することができるが、管路２４からアキュムレータ１２０に供給することはできない。供給弁１１８は、その弁位置を変更するために、制御装置４４に電気的に連結されたソレノイド１２６を備えることができる。
【００２９】
図２のセンサアセンブリは、アキュムレータ１２０に蓄えられた流体の圧力を監視するために、アキュムレータ１２０に隣接して配置された別の圧力センサ４２を具備することができる。圧力センサ４２は、制御装置４４に電気的に連結されてもよい。
【００３０】
図３は、本発明の具体的なさらに別の実施形態によるエネルギーを回復するためのシステムを有する機械の概略図である。システム２００は、ポンプ２０２と、第１の弁１０２、第２の弁１０３および管路２４を介してポンプ２０２と流体連通している油圧シリンダ２２と、を具備している。この具体的な実施形態において、ポンプ２０２は、駆動軸１６を介して動力源１４によって駆動される可変容量形ポンプである。
【００３１】
図３に示されているように、システム２００は、第１の弁１０２を介して油圧シリンダ２２と流体連通しているモータ２０４を具備している。モータ２０４は、軸１６または異なる軸を介して動力源１４に連結されるように構成された可変容量形モータであってもよい。図３に示された具体的な実施形態において、モータ２０４は、一方クラッチ２０６によって動力源１４に連結されるように構成される。
【００３２】
図４は、一方クラッチ２０６の断面図を詳細に部分的に示している。一方クラッチ２０６は、動力源１４に連結された第１の回転可能なクラッチ要素２０８と、モータ２０４に連結された第２の回転可能なクラッチ要素２１０と、ハウジング２１２と、を具備することができる。図４に示されているように、第１の回転可能なクラッチ要素２０８は、第２の回転可能なクラッチ要素２１０に面する面に複数の凹部２１４を有する。凹部２１４のそれぞれは、異なる側面深さを有する台形形状を有する。軸受２１６および軸受２１６に付勢するバネ２１８が、凹部２１４のそれぞれに設けられる。（図４に示されているような）反時計回りにおいて、第２の回転可能なクラッチ要素２１０が第１の回転可能なクラッチ要素２０８より高速に回転しようとするとき、第１および第２の回転可能なクラッチ要素２０８、２１０は連動し、それによって第１の要素を駆動する。他方、（図４に示されているような）反時計回りにおいて、第２の回転可能なクラッチ要素２１０が第１の回転可能なクラッチ要素２０８より遅い速度で回転するとき、第１および第２の回転可能なクラッチ要素２０８、２１０は連動しない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
図５Ａは、たとえば、ローダなどの機械のシミュレート動作中の時間に対するアクチュエータパワー出力およびエンジンパワー出力（単位：ｋＷ）をグラフによって示している。アクチュエータパワー出力はトレース５０１としてプロットされ、エンジンパワー出力はトレース５０２としてプロットされる。トレース５０１、すなわちアクチュエータパワー出力が正であるとき、エネルギーがアクチュエータに供給される。トレース５０１が負であるとき、過剰負荷状態が生じており、アクチュエータからシステムに戻るエネルギーが存在する。エンジンが動作中、常にパワーを出力していることを示すためにトレース５０２は常に負である。図５Ａに示されているように、アクチュエータパワー出力が過剰付加状態下にあるときであっても、エンジンは、機械においてドライブトレインなどの他のシステムにパワーを出力し続けている。
【００３４】
また、図５Ａに示されているように、回復可能なパワーは一般に、エンジンがシステムに供給するパワー出力より小さいと考えられる。したがって、回復可能なパワーは、機械のエネルギー効率を増大させるために、システムに蓄える必要はない。エネルギーは、アクチュエータからシステムに送ることができ、システムにエネルギーを供給するエンジンに指向されることができる。
【００３５】
図５Ｂは、本発明の一実施形態によるエネルギー回復システムの有無に関する動力源の総シミュレートエネルギー出力（単位：ｋＪ）を示している。トレース５０３は、エネルギー回復システムがない場合のシミュレートによる総エネルギー出力を示している。トレース５０３に示されているように、この動作は、この動作に関して約−１２００ｋＪの総エネルギーを必要とする。トレース５０４は、エネルギー回復システムを備えている場合のシミュレートによる総エネルギー出力を示している。トレース５０４に示されているように、エネルギー回復システムを備えている場合の総エネルギー出力は、約−１０５０ｋＪであり、これによって、約１２％高いエネルギー効率を生じる。過剰負荷状態下で、トレース５０４は実質的に、エネルギーがアクチュエータから回復されるようなレベルとなる。過剰負荷状態下で、エネルギーが回復中であるとき、動力源によって供給されるパワーは、減少されるか、または必要としない可能性があり、総パワー出力は、図５Ａのグラフの実質的に同じレベル部分によって示されるように変化しない可能性がある。開示されたエネルギー回復システムによって実現されるエネルギー効率について一般的に述べてきたが、今度は、３つの開示された実施形態のそれぞれの動作について述べる。
【００３６】
図１を参照するに、制御装置４４は、圧力センサ４２によって監視される油圧アクチュエータ２２の力および油圧アクチュエータの動作コマンドに基づいて、油圧回路における過剰負荷状態を検知する。たとえば、ヘッド側作動室２６における力がロッド側作動室２８の力より高く、ピストン３０が伸張するように命令されている場合には、制御装置４４は、システムが荷を持ち上げるために動作中であることを検知する。他方、ヘッド側作動室２６における力がロッド側作動室２８の力より高く、ピストン３０が収縮されるように命令されている場合には、システムは過剰負荷状態下で動作中である。
【００３７】
図１に示されているＩＭＶを有するシステム１０において、非過剰負荷状態下で荷を持ち上げるために、第２の独立に動作可能な弁３９がポンプ１２およびシリンダ２２のヘッド側作動室２６を連通させるために開放し、第３の独立に動作可能な弁４０がシリンダ２２のロッド側作動室２８およびリザーバ２０を流体連通させるために開放する。
【００３８】
動力源は、トルクおよび回転速度をポンプ１２に供給する。ポンプ１２の斜板は非オーバセンタ位置に設定され、ポンプ１２は入口ポート１９から出口ポート１８への流れを指向するポンプとして機能する。所望のシリンダ速度を満たすように。ポンプの押しのけ量を調整することができる。
【００３９】
システムが過剰負荷状態を検知するとき、システム１０はエネルギー回復モードで動作する。一旦、負荷が過剰負荷であると決定されると、第１および第２の独立に動作可能な弁３８、３９は完全に開放され、第３および第４の独立に動作可能な弁４０、４１は完全に閉鎖される。今度は、過剰負荷状態下で油圧シリンダ２２からポンプ１２に流体を供給するために、弁２５が作動される。第１および第２の独立に動作可能な弁３８、３９を開放することにより、シリンダ２２は、ポンプ１２と弁２５との間により高い圧力を生じる増圧シリンダに変わる。この増圧シリンダはまた、弁２５からポンプ１２に流体の流速を減速させ、ピストン３０を所望の速度で収縮することができる。
【００４０】
過剰負荷状態が検知されると、出口ポート１８から入口ポート１９への流れを指向するために、ポンプ１２の斜板がオーバセンタ位置まで旋回される。この斜板旋回作用は、制御装置４４によって制御されることができる。シリンダ２２から増大される流体圧力は、モータを駆動し、モータからのトルク出力を生成する。次に、トルク出力が動力源に供給され、変速機、交流発電機、ファンなどの機械における他のシステムを駆動するために用いられることができる。出力を制御するために、動力源１４は電子的に命令されることができる。エネルギー回復モードにおいてモータによって供給されるトルク出力がある場合には、たとえば、燃費などを削減することによって、その効率を最適化するために、動力源を制御することができる。
【００４１】
油圧シリンダ２２におけるピストンの移動速度は、モータ押しのけ量、エンジン速度およびシリンダ面積の関数である。したがって、ピストン３０を停止するために、ポンプ１２の斜板を中立角度または小さなポンプ角度まで旋回して戻すことができ、第１および第２の独立に動作可能な弁３８、３９を閉鎖することができる。
【００４２】
過剰負荷状態が突然の停止に達し、ポンプ１２の斜板が依然としてオーバセンタ位置に設定される場合には、システムは潜在的に作動不能となる可能性がある。シリンダ２２のピストン３０が急停止となる場合には、流体はもはやシリンダ２２からポンプ１２に供給されない。しかし、動力源１４がオーバセンタであるポンプ１２の位置を変え続けるため、十分な流体が出口ポート１８に供給されない可能性がある。この状況は、たとえば、ホイールローダまたは掘削機のバケットが下げられ、地面に当たる場合に生じる可能性がある。
【００４３】
この問題を緩和するために、油圧回路における流体圧力が流体供給圧に達すると、図１に示されたシステム１０は、流体を油圧回路に供給する。シリンダ２２が急激に停止し、ポンプ１２に対する流体の欠如により、流体供給圧が達するような管路２４における圧力低下を生じる場合には、逆止め弁３８が開放され、リザーバ２０からの流体を管路２４に供給することができる。同時に、制御装置４４は、圧力のこのような低下を検知し、非オーバセンタ位置に戻るように旋回するために、ポンプ１２の斜板を制御することができる。ポンプ１２の斜板を旋回して戻すときに、シリンダ２２を制御するために、第４の独立に動作可能な弁４１を用いることができる。
【００４４】
図２に示された別の具体的な実施形態において、システム１００は、油圧回路に流体を供給する前に、油圧回路からの流体をアキュムレータ１２０に蓄積することができる。正常動作中または非エネルギー回復動作中、管路２４からアキュムレータ１２０への流体を受け入れるために、供給弁１１８は、第１の弁位置１２２に設定される。アキュムレータ１２０における流体圧力が所望の圧力に達すると、供給弁１１８は第２の弁位置１２４に移動され、アキュムレータ１２０中の流体圧力が一定の圧力に維持される。管路２４中の流体圧力が流体供給圧まで降下する場合には、ポンプ１２の斜板が旋回して正常位置に戻るまで、第２の弁位置１２４における逆止め弁が、アキュムレータ１２０から管路２４に流体を供給するために開放される。
【００４５】
図２および図３に示される具体的な実施形態において、正常動作中、第１の弁１０２は、第１の弁位置１０４に設定される。ピストン３０を静止したままにするために、第２の弁１０３は、第２の弁位置１１２に設定される。ピストン３０が伸張されることになっている場合には、第２の弁１０３は、第１の弁位置１１０に設定される。ピストン３０が収縮されることになっている場合には、第２の弁１０３は、第３の弁位置１１４に設定される。過剰負荷状態が検知されると、図２におけるポンプ１２または図３におけるモータ２０４まで流体を戻すように供給するために、第１の弁１０２は、第２の弁位置１０６に移動される。
【００４６】
図３を参照するに、油圧回路における過剰負荷状態が、制御装置４４によって検知される。過剰負荷状態下で、油圧アクチュエータ２２からモータ２０４に流体を供給するために、第１の弁１０２が作動される。モータ２０４に供給される流体から、トルク出力が生成される。次に、このトルクが動力源１４に供給される。
【００４７】
動力源１４は、駆動軸１６によってポンプ２０２に連結され、軸１６または異なる軸によってモータ２０４に連結される。動力源が図４における反時計回り方向に第１の回転可能なクラッチ要素２０８を回転し、第２の回転可能なクラッチ要素２１０が静止しているとき、第１および第２の回転可能なクラッチ要素２０８、２１０は連動しない。過剰負荷状態下で第２の回転可能なクラッチ要素２１０が回転し始め、反時計回り方向において回転中の第１の回転可能なクラッチ要素２０８より高速に回転しようとするとき、２つのクラッチ要素は連動し、モータ２０４からのトルク出力が動力源１４に伝達される。
【００４８】
（発明の効果）
上述の方法およびシステムは、油圧回路においてエネルギーを効率的に回復する。さらに、上述のシステムは、コスト効率がよく、かつエネルギー効率がよい方法でエネルギーを回復すると同時に、システム内の構成要素に対する損傷を回避する。
【００４９】
本発明の範囲を逸脱することなく、本発明のシステムおよび方法において、さまざまな修正および変形を行うことができることは、当業者には明白であろう。本発明の他の実施形態は、本願明細書および本願明細書に開示された手順を考慮すれば、当業者には明白であろう。本願明細書および実施例は例示のために過ぎないと考えるべきであり、本発明の真の範囲および精神は以下の特許請求の範囲に示されているものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の具体的な一実施形態による、エネルギーを回復するためのシステムの概略線図である。
【図２】本発明の具体的な別の実施形態による、エネルギーを回復するためのシステムの概略線図である。
【図３】本発明の具体的なさらに別の実施形態による、エネルギーを回復するためのシステムの概略線図である。
【図４】図３のシステムにおける一方クラッチアセンブリの部分断面図である。
【図５Ａ】工作機械のシミュレート動作中のアクチュエータのパワー出力およびエンジンのパワー出力のグラフ表示である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による、エネルギー回復システムを備えている場合およびエネルギー回復システムを備えていない場合の図５Ａのシミュレート動作中に、機械の動力源の総エネルギー出力のグラフ表示である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  システム
１２  ポンプ
１４  動力源
１６  駆動軸
１８  出口ポート
１９  入口ポート
２０  リザーバ
２２  油圧シリンダ
２４  管路
２５  弁
２６  ヘッド側作動室
２８  ロッド側作動室
３０  ピストン
３２  ピストンロッド
３４  ポンプポート
３５  リザーバポート
３６  シリンダヘッド側ポート
３７  シリンダロッド側ポート
３８  第１の独立に動作可能な弁
３９  第２の独立に動作可能な弁
４０  第３の独立に動作可能な弁
４１  第４の独立に動作可能な弁
４２  圧力センサ
４４  制御装置
４６  アクチュエータレバー
４８  逆止め弁
５０  逃がし弁
１００  システム
１０２  第１の弁
１０３  第２の弁
１０４  第１の弁位置
１０６  第２の弁位置
１０８  ソレノイド
１１０  第１の弁位置
１１２  第２の弁位置
１１４  第３の弁位置
１１６  ソレノイド
１１８  供給弁
１２０  アキュムレータ
１２２  第１の弁位置
１２４  第２の弁位置
１２６  ソレノイド
２００  システム
２０２  ポンプ
２０４  モータ
２０６  一方クラッチ
２０８  第１の回転可能なクラッチ要素
２１０  第２の回転可能なクラッチ要素
２１２  ハウジング
２１４  凹部
２１６  軸受
２１８  バネ
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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