(57)【要約】【課題】油圧再生システムを提供する。【解決手段】作業機械用の油圧再生システムが提供される。油圧再生システムは、第１のチャンバおよび第２のチャンバを有する第１の油圧アクチュエータと、第３のチャンバおよび第４のチャンバを有する第２の油圧アクチュエータと、加圧流体源とを含む。第１の方向制御弁は、加圧流体源ならびに第１の油圧アクチュエータの第１のチャンバおよび第２の油圧アクチュエータの第３のチャンバの間に配置される。第２の方向制御弁は、加圧流体源ならびに第１の油圧アクチュエータの第２のチャンバおよび第２の油圧アクチュエータの第４のチャンバの間に配置される。アキュムレータはまた、加圧流体を貯蔵して、作業機械の効率を高めるべく選択的に加圧流体を供給するために使用される。【選択図】　　　　図１
2004003652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧システムであって、
第１のチャンバおよび第２のチャンバを有する第１の油圧アクチュエータと、
第３のチャンバおよび第４のチャンバを有する第２の油圧アクチュエータと、
加圧流体源と、
加圧流体源ならびに第１の油圧アクチュエータの第１のチャンバおよび第２の油圧アクチュエータの第３のチャンバの間に配置された第１の方向制御弁と、
加圧流体源ならびに第１の油圧アクチュエータの第２のチャンバおよび第２の油圧アクチュエータの第４のチャンバの間に配置された第２の方向制御弁と、
を備える油圧システム。
【請求項２】
第５のチャンバおよび第６のチャンバを有する第３の油圧アクチュエータと、
第１および第２の方向制御弁の少なくとも１つに連結され、かつ第１、第２、第３、および第４のチャンバの少なくとも１つから放出された加圧流体を第５および第６のチャンバの少なくとも１つに導くために操作可能である第３の方向制御弁と、
をさらに含む、請求項１に記載の油圧システム。
【請求項３】
第１の油圧アクチュエータおよび第２の油圧アクチュエータに流体連通したアキュムレータと、
第１、第２、第３、および第４のチャンバの少なくとも１つからの加圧流体の流れをアキュムレータに選択的に導くために操作可能な第４の方向制御弁と、をさらに含む、請求項１に記載の油圧システム。
【請求項４】
第４の方向制御弁が、アキュムレータから加圧流体源に加圧流体を導くように構成され、かつ加圧流体源からアキュムレータに加圧流体を導くようにさらに構成される、請求項３に記載の油圧システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の油圧システムを有する作業機械。
【請求項６】
油圧システムであって、
アキュムレータと、
加圧流体源と、
第１の方向制御弁と、
第２の方向制御弁と、
加圧流体源と第１の方向制御バルブとを連結する第１の流体ラインと、
加圧流体源と第２の方向制御バルブとを連結する第２の流体ラインと、
アキュムレータならびに第１および第２の流体ラインの間の流体流量および方向を制御するように構成された第３の方向制御弁と、
を備える油圧システム。
【請求項７】
第１および第２の方向制御弁のそれぞれが、４つの独立計量弁１組を含み、かつ第３の油圧制御弁が５つの独立計量弁１組を含む、請求項６に記載の油圧システム。
【請求項８】
請求項６または７に記載の油圧システムを有する作業機械。
【請求項９】
牽引装置と、該牽引装置と係合し、かつ第３の方向制御弁と流体連結する第２の加圧流体源とをさらに含む、請求項８に記載の作業機械。
【請求項１０】
第２の加圧流体源を有する流体駆動装置と、流体モータと、流体駆動装置の高圧側から第３の方向制御弁に加圧流体を供給するように構成された弁と、流体駆動装置の低圧側に流体連通をもたらすように構成されたチャージシャトルとをさらに含む、請求項８に記載の作業機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧再生に関する。より詳しくは、本発明は、再生された油圧エネルギを蓄積かつ利用するためのシステムと方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、作業機械は、土壌、建築材料、および／または廃石のような重量物を移動するために使用される。例えば、ホイールローダ、エクスカベータ、ブルドーザ、バックホウ、およびトラックローダなどのこれらの作業機械は、典型的に、少なくとも２種類の動力システムと、推進システムと、作業器具システムとを含む。推進システムは、例えば、作業場付近で、または他の作業場へ作業機械を移動するために使用され、また作業器具システムは、例えば、仕事場の作業サイクルにわたって作業器具を移動するために使用される。
【０００３】
作業機械の効率は、作業機械へのエネルギ入力量と、作業機械によって実行された仕事量とを比較することによって測定できる。典型的に、作業機械は、推進システムと作業器具システムの両方に動力供給するエンジンを含む。したがって、作業機械へのエネルギ入力は、エンジンに供給された燃料量の関数として測定できる。作業機械の仕事出力は、推進システムおよび作業器具システムによって実行される仕事の関数として測定できる。高効率の作業機械は、所定の燃料量でより大きい仕事量を実行する。
【０００４】
作業機械用の作業器具システムは、加圧流体によって動力供給される油圧システムを含んでもよい。この種類のシステムでは、加圧流体源は、エンジン内の燃料の燃焼によって発生されるエネルギを加圧流体に変換する。次に、この加圧流体は、例えば油圧シリンダまたは流体モータである油圧アクチュエータに導かれて、作業器具を移動することが可能である。加圧流体はエネルギを示すため、加圧流体がタンクに放出されるとき、作業機械の効率は低下する。効率の低下は、流体圧が下がるときにエネルギが熱としてタンクに放出されることに起因する。言い換えれば、タンクへの加圧流体の放出は、エネルギが作業器具の移動に使用される代わりに、タンク内の流体に熱を加えるために使用される結果を生じる。
【０００５】
リフトシリンダから流体を回収または再利用する作業機械用の例示的油圧システムは、Ｌａａｒｓ　Ｂｒｕｕｎに付与された特許文献１に記述されている。しかし、この特許明細書に記述されているように、アキュムレータとリフトシリンダのヘッド端部との間の流体連通のために、作業機械の駆動ユニットによって作動される追加ポンプが必要である。リフトシリンダの所望の移動方向、およびアキュムレータとシリンダとの間の圧力差に応じて、駆動ユニットは、油圧回路にエネルギを供給するか、あるいはそこからエネルギを受け取る。かくして、捕捉されたエネルギを再利用するために追加エネルギ入力が必要となり、したがって、効率利得は最小化される。
【０００６】
エネルギはまた、作業機械の推進システムによって浪費される可能性がある。例えば、エンジンによって発生されるエネルギの相当量は、作業機械の伝達によって作業機械の運動エネルギに変換される。この運動エネルギは、ブレーキを介して作業機械の対地速度が減少されるとき、典型的に熱として散逸する。
【０００７】
かくして、作業機械の通常動作中に非効率に使用されるまたは浪費されるエネルギ量を制限することによって、作業機械の効率を向上できる。さらに、浪費されるであろうエネルギをアキュムレータのような装置に捕捉することによって、作業機械の効率を向上できる。次に、捕捉されたエネルギは作業機械の次の操作で利用され、これによってエンジンの燃料需要を低減することが可能である。
【０００８】
【特許文献１】
国際公開第００／００７４８号パンフレット
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の油圧再生システムは、上述の問題の１つ以上を解決する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様は、第１のチャンバおよび第２のチャンバを有する第１の油圧アクチュエータと、第３のチャンバおよび第４のチャンバを有する第２の油圧アクチュエータと、加圧流体源とを含む油圧システムに関する。第１の方向制御弁は、加圧流体源ならびに第１の油圧アクチュエータの第１のチャンバおよび第２の油圧アクチュエータの第３のチャンバの間に配置される。第２の方向制御弁は、加圧流体源ならびに第１の油圧アクチュエータの第２のチャンバおよび第２の油圧アクチュエータの第４のチャンバの間に配置される。
【００１１】
他の態様では、本発明は、アキュムレータと、加圧流体源と、第１の方向制御弁と、第２の方向制御弁とを含む油圧システムに関する。第１の流体ラインは、加圧流体源と第１の方向制御弁とを連結し、第２の流体ラインは、加圧流体源と第２の方向制御弁とを連結する。第３の方向制御弁は、アキュムレータと第１および第２の流体ラインとの間の流体流量と方向を制御するように構成される。
【００１２】
前述の一般的な説明と次の詳細説明の両方が例示かつ説明目的にすぎず、また請求するように、本発明を限定するものでないことを理解されたい。
【００１３】
本明細書に組み込まれ、かつその一部を構成する添付図は、本発明の例示的実施形態を図示し、また説明と共に本発明の原理を説明するために使用される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の例示的実施形態について詳細に参照し、添付図に図示する。可能な限り、同一または類似部分を参照するために、同一の参照番号が図面全てにわたって使用される。
【００１５】
図１に概略的に示したように、作業機械１１用の油圧システム１０が設けられる。作業機械１１は、例えば、土壌、建築材料、または廃石のような重量物を移動するために一般に使用される任意の種類の機械である。作業機械１１は、例えば、ホイールローダ、トラックローダ、バックホウ、エクスカベータ、あるいはブルドーザである。作業機械１１は作業器具１３を含む。作業器具１３は、例えばバケットまたはブレードのような地面係合具、および地面係合具が装着されるリンケージアセンブリを含むことが可能である。
【００１６】
第１の油圧アクチュエータ１６および第２の油圧アクチュエータ１８は、作業器具１３と連結する。第１および第２の油圧アクチュエータ１６と１８は、例えば、油圧シリンダまたは流体モータであってもよい。図１に示した例示的実施形態では、第１および第２の油圧アクチュエータ１６と１８は油圧シリンダである。
【００１７】
第１および第２の油圧アクチュエータ１６と１８は、作業器具の地面係合具または作業器具のリンケージアセンブリに連結される。一例示的実施形態では、第１および第２の油圧アクチュエータ１６と１８は、作業器具のリンケージアセンブリに連結され、揚力を作業器具にもたらすように構成される。当業者が認識するように、第１および第２の油圧アクチュエータは作業機械１１で代替機能を実行することが可能である。
【００１８】
図１に示したように、第１の油圧アクチュエータ１６は、ピストン３０とロッド２８とを摺動可能に受容するハウジング３２を含む。ピストン３０は、第１の油圧アクチュエータ１６のハウジング３２内で第１のチャンバ２０と第２のチャンバ２２とを画成する。第１のチャンバ２０はまた、第１の油圧アクチュエータ１６のロッド端部と呼べ、第２のチャンバ２２はまた、第１の油圧シリンダ１６のヘッド端部と呼べる。
【００１９】
同様に、第２の油圧アクチュエータ１８はピストン３６とロッド３４とを摺動可能に受容するハウジング３８を含む。ピストン３６は、第２の油圧アクチュエータ１８のハウジング３８内で第３のチャンバ２４と第４のチャンバ２６とを画成する。第３のチャンバ２４はまた、第２の油圧アクチュエータ１８のロッド端部と呼べ、第４のチャンバ２６はまた、第２の油圧シリンダ１８のヘッド端部と呼べる。
【００２０】
同様に図１に示したように、油圧システム１０は、例えば固定容量ポンプまたは可変容量ポンプである加圧流体源１２を含む。加圧流体源１２は、タンク１４から流体を引き、流体を所定の圧力で作用させる。加圧流体源１２からタンク１４への望ましくない流体の流れを防止するために、タンク１４と加圧流体源１２との間にチェック弁８５を配置する。
【００２１】
加圧流体源１２は、流体ライン４０を介して第１の方向制御弁４４に加圧流体を導く。第１の方向制御弁４４から加圧流体源１２への望ましくない流体の流れを防止するために、チェック弁４２を流体ライン４０に位置決めされる。第１の方向制御弁４４は、流体ライン７６を介して第１の油圧アクチュエータ１６の第１のチャンバ２０に連結される。第１の方向制御弁４４はまた、流体ライン７８を介して第２の油圧アクチュエータ１８の第３のチャンバ２４に連結される。
【００２２】
第１の方向制御弁４４は、第１の計量弁４８、第２の計量弁５０、第３の計量弁５２、および第４の計量弁５４を含む。第１の計量弁４８、第２の計量弁５０、第３の計量弁５２、および第４の計量弁５４のそれぞれは、それらを介して流体の流れを計量するために独立して調整可能である。例えば、第１の計量弁４８を開き、可変の流体流量が、流体ライン４０から流体ライン７６と７８に、またそれぞれが第１のチャンバ２０と第３のチャンバ２４の中へ流れることを可能にする。代わりに、第１の方向制御弁４４は、例えばスプール弁のような当業者には容易に明らかな任意の型の弁から構成される。
【００２３】
同様に図１に示したように、第１の方向制御弁４４は、流体ライン８３と８４を介して第２の方向制御弁４６に連結される。第２の方向制御弁４６はまた、第１の計量弁５６、第２の計量弁５８、第３の計量弁６０、および第４の計量弁６２を含む。第１の計量弁５６、第２の計量弁５８、第３の計量弁６０、および第４の計量弁６２のそれぞれは、それらを介して流体の流れを計量するために独立して制御可能である。
【００２４】
第２の方向制御弁４６は、流体ライン８０を介して第１の油圧アクチュエータ１６の第２のチャンバ２２に連結され、かつ流体ライン８２を介して第２の油圧アクチュエータ１８の第４のチャンバ２６に連結される。第２の方向制御弁４６はまた、流体ライン８６を介してタンク１４と加圧流体源１２の入口とに連結される。代わりに、第２の方向制御弁４６は、例えばスプール弁のような当業者には容易に明らかな任意の型の弁から構成される。
【００２５】
図１に示したように、作業機械１１は第３の油圧アクチュエータ９８を含んでもよい。第３の油圧アクチュエータ９８は作業器具１３に連結されるか、あるいは作業機械１１上の第２の作業器具（図示せず）に連結してもよい。第３の油圧アクチュエータ９８は、作業器具１３のためにチルトなど二次機能を制御する。
【００２６】
第３の油圧アクチュエータ９８は、ピストン１０４とロッド１０６とを摺動可能に受容するハウジング１０８を含む。ピストン１０４は、ハウジング１０８内の第５のチャンバ１００と第６のチャンバ１０２とを画成する。第５のチャンバ１００はまた、第３の油圧アクチュエータ９８のロッド端部と呼べ、第６のチャンバ１０２はまた、第３の油圧シリンダ９８のヘッド端部と呼べる。
【００２７】
さらに図１に示したように、第３の方向制御弁６６は、第３の油圧アクチュエータ９８に流出入する流体流量と方向を制御する。第３の方向制御弁６６は、第１の計量弁６８、第２の計量弁７０、第３の計量弁７２、および第４の計量弁７４を含む。第１の計量弁６８、第２の計量弁７０、第３の計量弁７２、および第４の計量弁７４のそれぞれは、それらを介して流体の流れを計量するために独立して制御可能である。
【００２８】
第３の方向制御弁６６は、流体ライン１１０を介して第５のチャンバ１００に連結され、また流体ライン１１２を介して第６のチャンバ１０２に連結される。第３の方向制御弁６６はまた、流体ライン４０に連結する流体ライン１１８を介して加圧流体源１２に連結される。さらに、第３の方向制御弁６６は、流体ライン８６に連結する流体ライン１１４を介してタンク１４と、加圧流体源１２の入口とに連結される。代わりに、第３の方向制御弁６６は、例えばスプール弁などな当業者には容易に明らかな任意の型の弁から構成される。
【００２９】
チェック弁１１６を流体ライン１１４に配置してもよい。チェック弁１１６は、第２の方向制御弁４６から放出される流体が、第３の方向制御弁６６に流れることを防止する。代替的実施形態では、流体ライン１１４をタンク１４に直接連結してもよい。
【００３０】
さらに図１に示したように、油圧システム１０はアキュムレータ６４を含む。アキュムレータ６４への流体流量および方向を制御するために、第４の方向制御弁８８が設けられる。第４の方向制御弁８８は、第１の計量弁９０、第２の計量弁９２、第３の計量弁９４、および第４の計量弁９６を含む。第１の計量弁９０、第２の計量弁９２、第３の計量弁９４、および第４の計量弁９６のそれぞれは、それらを介して流体の流れを計量するために独立して制御可能である。代わりに、第４の方向制御弁８８は、例えばスプール弁など当業者には容易に明らかな任意の型の弁から構成される。
【００３１】
同様に図１に示したように、第４の方向制御弁８８はアキュムレータ６４、流体ライン４０、流体ライン８６、およびタンク１４の間に配置される。流体ライン４１は、第４の方向制御弁８８と流体ライン４０とを連結する。流体ライン４３は、第４の方向制御弁８８と流体ライン８６とを連結する。流体ライン４５は、第４の方向制御弁８８とタンク１４とを連結する。
【００３２】
上述の油圧システム１０の例示的実施形態は、作業器具１３の移動を制御し、ならびに第１、第２、および第３の油圧アクチュエータ１６、１８、および９８の１つ以上から放出される加圧流体の形態でエネルギを捕捉するために操作可能である。加圧流体はアキュムレータ６４に貯蔵して、次の操作を実行するために作業機械１１で使用される。
【００３３】
第１および第２の方向制御弁４４と４６は、第１および第２の油圧アクチュエータ１６と１８内への流体流の方向と流量、すなわち作業器具１３の移動速度と方向を制御する。例えば、本発明の開示のために、作業器具１３を持ち上げるとき、矢印２９で示された方向に作業器具１３を移動するためには、第１の方向制御弁４４の第２の計量弁５０と第４の計量弁５４、および第２の方向制御弁４６の第２の計量弁５８と第４の計量弁６２が開く。この構造により、加圧流体は、加圧流体源１２から流体ライン８４、８０、８２を介して流れ、第１の油圧アクチュエータ１４の第２のチャンバ２２に、かつ第２の油圧アクチュエータの第４のチャンバ２６に達することができる。加圧流体の力はピストン３０と３６を矢印２９の方向に移動させる。ピストン３０と３６が移動するとき、流体は、第１のチャンバ２０と第３のチャンバ２４から強制流出される。この流体は、流体ライン７６、８３、８６を介して流れ、タンク１４または加圧流体源１２の入口に戻る。
【００３４】
本発明の開示のために、作業器具１３を下降するとき、矢印３１で示された方向に作業器具１３を移動するためには、第２のチャンバ２２および第４のチャンバ２６から流体を放出することが可能であり、第１のチャンバ２０および第３のチャンバ２４に加えることも可能である。第１、第２、および第４の方向制御弁４４、４６、および８８の計量弁は、複数の異なる組合せで開口計量して、作業器具１３を下げるために所望の流体の流れの方向を達成する。可能な弁組合せのいくつかについて以下により詳細に記述する。
【００３５】
作業器具１３を下げるように構成された組合せの１つでは、第１の方向制御弁４４の第２の計量弁５０；第２の方向制御弁４６の第２の計量弁５８、第３の計量弁６０、および第４の計量弁６２；および第４の方向制御弁８８の第３の計量弁９４を部分的または完全に開く。この弁組合せによって形成される流体連結が図２ａに概略的に示されている。
【００３６】
図２ａに示したように、この組合せで弁を開くことによって、流体は、流体ライン８０と８２それぞれを介して第２のチャンバ２２と第４のチャンバ２６とから流れることができる。第２のチャンバ２２と第４のチャンバ２６とから出る流体は、計量弁５８、６０、６２を介して、流体ライン８６内に流れることが可能である。第４の方向制御弁８８の第３の計量弁９４を開き、タンク１４に向かって、流体ライン８６内に流れる流体を計量できる。代わりに、第４の方向制御弁８８の第３の計量弁９４を閉じ、流体ライン８６内に流れる流体を加圧流体源１２の入口へ導いてもよい。加圧流体を加圧流体源１２の入口に導くことによって、加圧流体源１２の作動に必要なトルクを低減し、これによって作業機械１１の効率を高めることが可能である。
【００３７】
前述したように、これらのチャンバの容積がピストン３０と３６の移動と共に増加するとき、流体が第１のチャンバ２０と第３のチャンバ２４とに加えられる。作業器具１３の重量は、流体を第２および第４のチャンバ２２と２６から強制流出する程度に十分であるため、第１のチャンバ２０と第３のチャンバ２４に供給される流体を加圧する必要はない。したがって、第１の方向制御弁４４の計量弁５０を開き、第２および第４のチャンバ２２と２６を出て、第１および第３のチャンバ２０と２４に向かう流体を計量できる。第２および第４のチャンバ２２と２６から放出される流体の一部を第１および第３のチャンバ２０と２４に戻すことによって、加圧流体源１２に必要な加圧流体量を低減できる。このようにして、作業器具１３を下げるために必要なエネルギが小さくなるので、作業機械１１の全効率を高めることが可能である。
【００３８】
作業器具１３を下げるために配列された他の弁構造が、図２ｂに概略的に示されている。本図に示されているように、流体ライン８６を介して流れる流体は、第４の方向制御弁８８の第４の計量弁９６を介してアキュムレータ６４に流れ、計量できる。第４の方向制御弁８８の第４の計量弁９６は、流体ライン８６内の流体圧に応じて開口計量される。
【００３９】
ある状況下では、ピストン３０と３６を介して作用する作業器具１３の重量は、流体をアキュムレータ６４に貯蔵するための適切なレベルに、第２および第４のチャンバ２２と２６内の流体を加圧できる。この加圧流体が、アキュムレータ６４の代わりにタンク１４に導かれた場合、加圧流体のエネルギは熱として散逸されるであろう。加圧流体をアキュムレータ６４に貯蔵することによって、以下により詳細に説明するように、持ち上げられた作業器具１３の位置エネルギの少なくとも一部を捕捉し、次の作業を実行する際に作業機械１１を補助するために利用できる。
【００４０】
図１に示したように、油圧システム１０は一連の圧力センサ８７を含んでもよい。圧力センサ８７は、例えば、流体ライン４０と８６内に、ならびにアキュムレータ６４に隣接して配置される。圧力センサ８７は流体ライン内の流体圧を検知できる任意の装置である。検知された圧力が、流体ライン８６内の流体圧が所定の圧力よりも大きいと示した場合、第４の方向制御弁８８の第４の計量弁９６を開口計量できる。代わりに、作業機械１１が、流体ライン８６内に所定の限界範囲を超えて、流体に加圧をもたらすことが知られている１組の作業条件に直面した場合、第４の方向制御弁８８の第４の計量弁９６を開口計量してもよい。アキュムレータ６４に入る流体圧は、第３の計量弁９４を開閉することによって調整して、タンク１４に流れる流体量を増加または減少させることができる。
【００４１】
作業器具１３を下げるように構成された他の弁組合せが、図２ｃに示されている。この組合せを達成するために、第１の方向制御弁４４の第１の計量弁４８；第２の方向制御弁４６の第２の計量弁５８、第３の計量弁６０、および第４の計量弁６２；および第４の方向制御弁８８の第３の計量弁９４を開いてもよい（図１参照）。
【００４２】
この弁組合せでは、加圧流体源１２は第１および第３のチャンバ２０と２４に連結される。加圧流体の力はピストン３０と３６に作用し、ピストン３０と３６を矢印３１の方向に移動させる。第１および第３のチャンバ２０と２４内への流体流量、およびピストン３０および３６ならびに作業器具１３の移動速度は、第１の方向制御弁４４の第１の計量弁４８を調整することによって制御できる。
【００４３】
ピストン３０と３６の移動が、第２および第４のチャンバ２２と２６から流体を押し出す。第２および第４のチャンバ２２と２６から放出される流体は、計量弁５８、６０、６２を介して流体ライン８６内に導かれる。次に、この放出された流体の流れは加圧流体源１２の入口に流れてもよく、あるいは計量弁９４を介してタンク１４に流れてもよい。さらに、流体ライン８６内の流体圧が所定の限界範囲を超える場合、第４の計量弁９６を開口計量して、加圧流体の少なくとも一部をアキュムレータ６４に導くことが可能である。
【００４４】
作業器具１３を下げるために開かれた弁の特定の組合せは、特定の動作条件および／または操作者の要望に因る。例えば、作業器具１３の迅速な下げが望まれるならば、図２ａに示した弁組合せを使用してもよい。図２ｂに示した弁組合せは、加圧流体をアキュムレータ６４に貯蔵することによって、作業機械１１の効率を向上するために通常の動作条件で使用できる。図２ｃに示した弁組合せは、作業器具１３を「パワーダウン」するために、すなわち、作業器具１３の重量が作業器具１３を下げるのに十分ではない場合に作業器具１３を下げるための追加の力をもたらすために、使用できる。
【００４５】
アキュムレータ６４に貯蔵された加圧流体は、作業機械１１で機能を実行するために加圧流体源１２によって典型的に供給される加圧流体を補完または置換するために使用できる。図１を参照するに、アキュムレータ６４内の加圧流体は、第４の方向制御弁８８の第１の計量弁９０を開くことによって、流体ライン４１を介して、流体ライン４０向かって計量される。次に、アキュムレータ６４から放出された加圧流体は、前述の方法で、第１および第２の方向制御弁４４と４６を介して導かれ、作業器具１３を移動するか、あるいはその移動を補助する。アキュムレータ６４に貯蔵された流体を利用することによって、加圧流体源１２に必要とされる加圧流体量が低減される。したがって、作業器具１３を移動するために必要な外部エネルギは少なくなり、作業機械１１の全効率を向上する。
【００４６】
アキュムレータ６４に貯蔵された加圧流体の他の可能な用途は、第３の油圧アクチュエータ９８の移動を補助することである。図１を参照するに、第５のチャンバ１００または第６のチャンバ１０２の一方に加圧流体を導入して、他方のチャンバからの流体の流出を可能にすることによって、第３の油圧アクチュエータ９８を移動させる。加圧流体は、ハウジング１０８内のピストン１０４を移動させるために作用する。
【００４７】
第３の油圧アクチュエータ９８を移動するために使用される加圧流体は、アキュムレータ６４から提供してもよい。第４の方向制御弁８８の第１の計量弁９０を開口計量することにより、流体は、アキュムレータ６４から第３の方向制御弁６６に流れることが可能である。次に、第１および第４の計量弁６８と７４の一方を開き、アキュムレータ６４からの加圧流体が、第５のチャンバ１００または第６のチャンバ１０２の一方に流れることを可能にする。さらに、第２および第３の計量弁７０と７２の一方を開口計量して、流体が第５および第６のチャンバ１００と１０２の一方から流体ライン８６に流れることを可能にする。アキュムレータ６４から第３の油圧アクチュエータ９８への加圧流体の流れは、加圧流体源１２によって発生される加圧流体の流れによって補完または置換されてもよいことに注意されたい。
【００４８】
さらに、第１または第２の油圧アクチュエータ１６と１８のいずれかによって放出される加圧流体は、第１および第２の方向制御弁４４と４６を介して第３の油圧アクチュエータ９８に導かれてもよい。例えば、加圧流体を第１の油圧アクチュエータ１６の第２のチャンバ２２から放出するとき、第１の方向制御弁４４の第４の計量弁５４を開いてもよい。これによって、放出された流体は、流体ライン１１８内に、かつ第３の油圧アクチュエータ９８に向かって導かれる。
【００４９】
アキュムレータ６４に貯蔵された加圧流体または第１および第２の油圧アクチュエータ１６と１８から放出された加圧流体を利用して、第３の油圧アクチュエータ９８を移動することにより、加圧流体源に必要とされる加圧流体量をさらに低減できる。このようにして、作業機械１１の効率をさらに向上することが可能である。
【００５０】
上記のように、第３の油圧アクチュエータ９８のピストン１０４が移動しているとき、流体は、ピストン１０４の移動方向に応じて、第５のチャンバ１００または第６のチャンバ１０２から放出される。ある作業条件においては、第５のチャンバ１００または第６のチャンバ１０２から放出される流体は、所定のレベルを超えて加圧してもよい。これらの状態では、第３の方向制御弁８８の第４の計量弁９６を開き、加圧流体をアキュムレータ６４に導くことが可能である。このようにして、第３の油圧アクチュエータ９８から放出された加圧流体の形態で追加エネルギをアキュムレータ６４に捕捉できる。
【００５１】
アキュムレータ６４に貯蔵された加圧流体の他の可能な用途は、作業機械１１の推進を補助することである。図２ｄに概略的に示したように、アキュムレータ６４から放出される加圧流体を加圧流体源１２の入口に導いてもよい。このことは、第４の方向制御弁８８の第４の計量弁９６を開き、流体が流体ライン８６内に流れることを可能にすることによって達成できる。第４の方向制御弁８８と第２の方向制御弁４６との間の流体ライン８６にチェック弁１１７を配置して、アキュムレータ６４から第２の方向制御弁４６への流体の流れを防止する。したがって、加圧流体源１２を出る流体は、第４の方向制御弁８８の第２の計量弁９２を介してタンク１４に導かれる。
【００５２】
図１に示したように、加圧流体源１２は、クランクシャフト６５を介してエンジン６３に連結される。典型的に、加圧流体源１２は、クランクシャフト６５に固定された対応するギヤ（図示せず）に係合するドライブギヤ（図示せず）を含む。エンジン６３の作動は、加圧流体源１２を駆動するクランクシャフト６５にトルクを及ぼす。操作中、加圧流体源１２は、周囲圧力または低いチャージ圧で流体を引き込み、また流体圧を増加するように流体に作用する。
【００５３】
しかし、加圧流体が加圧流体源１２の入口に導入されるならば、加圧流体のエネルギは、エンジン６３によって発生されるトルクを補助する。例えば、加圧流体を固定容量ポンプの入口に導入することにより、ポンプ作動を有効に反転して、ポンプが流体モータとして作動するようにする。したがって、ポンプは、エンジン６３の作動を補助するクランクシャフト６５にトルクを及ぼす。かくして、作業機械１１が加速しているとき、加圧流体を加圧流体源１２の入口に導き、作業車両を推進させる際にエンジン６３を補助する。このようにして、作業機械１１を所定の速度に加速するために必要な燃料量は低減できる。
【００５４】
かくして、加圧流体をアキュムレータ６４から加圧流体源１２の入口に導くことによって、エンジン６３の作動を補助することが可能である。この追加エネルギは、例えば、作業機械１１を加速するときにエンジン６３を補助するために利用してもよい。この追加エネルギはまた、例えば、作業機械１１の速度を維持するために利用してもよい。
【００５５】
さらに、操作者が作業機械の対地速度の減速を指示するとき、アキュムレータ６４を使用して、作業機械１１の運動エネルギを捕捉してもよい。作業機械１１の対地速度は、車両の推進に適用されるエネルギ量を減少することによって、および／または作業機械１１の移動に対抗する力を加えることによって、減速する。作業機械１１を推進させるために加えられるエネルギ量は、例えば、エンジンによって燃焼される燃料量を減少することによって減少してもよい。作業機械の移動に対抗する力は、例えばブレーキをかけることによって加えてもよい。
【００５６】
さらに、図２ｅに概略的に示したように、作業機械１１の移動に対抗する力は、加圧流体源１２を係合させ、発生される加圧流体をアキュムレータ６４に導くことによって加えてもよい。流体を加圧するために加圧流体源１２によって必要とされるトルクは、エンジンクランクシャフト６５の回転と対抗し、したがって、作業機械１１の伝動動作にも対抗する。
【００５７】
かくして、操作者が作業車両１１の対地速度の減速を要求する場合、第４の方向制御弁８８の第１の計量弁９０を開き、加圧流体源１２とアキュムレータ６４とを連結することが可能である。このようにして、移動する作業機械１１の運動エネルギの少なくとも一部は、アキュムレータ６４の加圧流体の形態のエネルギに変換し得る。追加流体の加圧と組み合わせるか、または単独で作業機械１１のブレーキを適用して、作業機械１１の対地速度を減速できることに留意されたい。
【００５８】
アキュムレータ６４はまた、作業機械１１が「バケットピニング」状態に直面した場合、エネルギを捕捉するために使用できる。作業機械１１に相当の力を及ぼして、作業機械を静止位置に保持する、例えば作業パイルのような障害物に作業機械１１が係合するとき、バケットピニング状態に陥る。この状態では、伝動を介してエンジン６３によって及ぼされるトルクにより、作業機械のホイールまたはトラックである牽引装置は、作業機械が静止している間に地面でスリップまたはスピンする可能性がある。言い換えれば、作業機械を移動しようと試みる作業機械１１によって使用されるエネルギは、障害によって作業機械が静止保持されるときに浪費される。
【００５９】
このエネルギは加圧流体として捕捉するか、あるいは作業器具を移動する油圧アクチュエータにブーストを与えるために使用する。例えば、図１の例示的実施形態を参照するに、エンジン６３によって発生されるトルクが、作業機械１１の牽引装置のスリップを引き起こす程度に十分に大きい場合、加圧流体源１２を係合させ、牽引装置に及ぼされるトルクを低減できる。上述のように、追加の加圧流体を発生するために加圧流体源１２を係合することは、エンジン６３からの追加トルクを必要とし、これによって、牽引装置に及ぼされるトルクを低減する。したがって、牽引装置のスリップまたはスピンを引き起こす過剰トルクを利用して、追加の加圧流体を発生する。この追加の加圧流体は、作業器具１３の移動を補助するために、アキュムレータ６４に導いてもよく、あるいは第１、第２、および第３の油圧アクチュエータ１６、１８、９８の１つ以上に導いてもよい。
【００６０】
当業者は、ある作業機械では、加圧流体源１２がトルクコンバータのような装置を介して牽引装置から分離される場合も多いことを認識するであろう。この構造では、牽引装置のスピンは、エンジン６３のクランクシャフト６５に過剰トルクを生じてはならない。図３に示したように、この過剰エネルギを捕捉するために、第２の加圧流体源１２０を牽引装置１３０に連結する。第２の加圧流体源１２０は、牽引装置１３０に直接連結するか、あるいはクラッチ１２２を第２の加圧流体源１２０と牽引装置１３０との間に配置する。クラッチとブレーキ機構を有する減速ギヤ１２３は、牽引装置１３０と係合できる。
【００６１】
同様に、図３に示したように、流体ライン１２８は第２の加圧流体源１２０と流体ライン８６とを連結する。第２の加圧流体源１２０は、タンク１４から流体を引くか、あるいは第１、第２、および第３の油圧アクチュエータ１６、１８、９８の１つ以上から放出される流体を受け取ることが可能である。さらに、前述したように、アキュムレータ６４は第２の加圧流体源１２０の入口に加圧流体を放出し、これによって第２の加圧流体源１２０を流体モータとして駆動できる。
【００６２】
第２の加圧流体源１２０は、加圧流体を流体ライン１２６に導いてもよい。流体が第２の加圧流体源１２０に戻るのを防止するために、チェック弁１２４を流体ライン１２６に配置してもよい。流体ライン１２６は流体ライン４１に連結される。したがって、第２の加圧流体源１２０によって供給される加圧流体は、第４の方向制御弁８８によってアキュムレータ６４に導かれるか、あるいは流体ライン４０を流れて、第１、第２、または第３の油圧アクチュエータ１６、１８、９８を移動する際に使用される。
【００６３】
しかし、作業機械１１が通常の状況下で作動しているとき、第２の加圧流体源１２０と牽引装置１３０との係合は、牽引装置１３０の移動に対する抵抗を引き起こす可能性がある。この抵抗を防止するために、クラッチ１２２を離脱させ、第２の加圧流体源１２０を牽引装置１３０から分離する。代わりに、第５の計量弁を第４の方向制御弁８８に配置してもよい。第５の計量弁９７を開き、第２の加圧流体源１２０が流体の流れを循環し、これによって牽引装置１３０に対して及ぼされる抵抗を低減できる。
【００６４】
バケットピニング状態の流体駆動システムを有する作業機械によって発生される過剰エネルギも、上述の油圧システムで捕捉できる。図４に示したように、作業機械は流体駆動装置１３２を含むことが可能である。流体駆動装置１３２は、流体ライン１３４と１３６によって第２の加圧流体源１２０に連結される流体モータ１３８を含む。流体モータ１３８は、ブレーキ１２１を含む減速ギヤ１２３を介して牽引装置１３０に連結される。
【００６５】
当業者は認識するように、第２の加圧流体源１２０は、流体ライン１３４と１３６の一方を介して加圧流体の流れを発生するために操作可能である。発生される加圧流体の流れは、流体モータ１３８に作用して出力トルクを発生し、この出力トルクは牽引装置１３０に伝動されて作業機械１１を移動することが可能である。ブレーキ１２１は、作業機械１１の実制動と駐車制動とを補助するために操作可能である。
【００６６】
同様に、図４に示したように、レゾルバ弁１４６を流体ライン１３４と１３６の間に配置してもよい。レゾルバ弁１４６は、流体ライン１５０を介して第４の方向制御弁８８と流体ライン４１に連結される。弁１５４を流体ライン１５０に配置して、流体ラインを通る流体流量を制御してもよい。弁１５４は、独立計量弁または流体の流れを選択的に制御できる、当業者には容易に明らかな他の任意の装置であってもよい。
【００６７】
レゾルバ弁１４６は、流体ライン１５０と、より高圧の流体を含む流体ライン１３４と１３６の一方とを連結するように構成される。例えば、第２の加圧流体源１２０が流体ライン１３４の加圧流体の流れによって流体モータを駆動しているならば、流体ライン１３６内の流体の戻り流はより低圧である。したがって、レゾルバ弁１４６が開き、流体ライン１３４と流体ライン１５０とを連結する。図示したように、レゾルバ弁１４６は、対向座部を有するチェックボールを含む。レゾルバ弁１４６はまた、当業者には容易に明らかな他の任意の装置であってもよい。
【００６８】
作業機械が静止し、また流体モータ１３８が牽引装置１３０に過度のトルクを及ぼすバケットピニング状態では、牽引装置１３０に対するトルクを低減するために、弁１５４を開く。例えば、流体ライン１３４が加圧流体の流れを含むならば、弁１５４を開き、加圧流体の一部を流体モータ１３８の中ではなく、流体ライン１５０の中に導いてもよい。第４の方向制御弁８８は、流体ライン４０を介して、流体ライン１５０からアキュムレータ６４内に、あるいは第１および第２の方向制御弁内に加圧流体の流れを導くことが可能である。かくして、過剰トルクとして浪費されたであろうエネルギは、次の利用のためにアキュムレータ６４に保存されるか、あるいは作業器具にブーストを与えるために利用される。
【００６９】
当業者が認識するように、流体ライン１５０を介して流体駆動装置から取り除かれる流体は、置換する必要がある。図示したように、図４の例示的実施形態では、チャージシャトル１４０を介して流体駆動装置１３２に補給流体を供給する。補給流体を、他の任意の適切な装置を介して流体駆動装置に供給してもよいことが認識されている。
【００７０】
チャージシャトル１４０は、流体ライン１３４と１３６の間に配置され、流体駆動装置１３２の低圧側との流体連結をもたらすように構成される。チャージシャトル１４０は、対向座部に係合するように構成された１対の連結チェック弁１４１を含む。流体ライン１３４と１３６内の流体圧は、連結チェック弁１４１の移動を制御して、より低圧の流体を含む流体ラインと流体連結を確立する。例えば、第２の加圧流体源１２０が流体ライン１３４内の加圧流体により流体モータ１３８を駆動し、また流体ライン１３６から低圧の流体を受け取る場合、流体ライン１３４と１３６の間の圧力差により、流体駆動装置の低圧側を示す流体ライン１３６と流体連結が確立されるように、連結チェック弁１４１を移動する。
【００７１】
補給流体は、当業者には容易に明らかな任意の方法でチャージシャトル１４０に供給する。例えば、補助ポンプ１４２をチャージシャトル１４０に連結し、またタンク１４から流体を引いて、補給流体の流れをチャージシャトル１４０に供給するように構成してもよい。圧力逃し弁１４４は、補助ポンプ１４２とチャージシャトル１４０との間に配置されてもよい。圧力逃し弁１４４は、補助ポンプ１４２とチャージシャトル１４０との間の流体圧が所定の圧力限界を超える場合に開き、加圧流体がタンク１４に流れることを可能にするように構成される。
【００７２】
補給流体はまた、流体ライン８６から流体駆動装置１３２に供給される。図４に示したように、チャージシャトル１４０は、流体ライン１４８と弁１５２とを介して流体ライン８６に連結してもよい。弁１５２は、流体が流体ライン１４８を流れる速度を選択的に制御するように構成し得る。弁１５２は、独立計量弁あるいは流体の流れを選択的に調整できる、当業者には容易に明らかな他の任意の装置であってもよい。弁１５２が開くと、流体は、流体ライン８６からチャージシャトル１４０に、さらに流体駆動装置１３２内に流れる。かくして、第１、第２、または第３の油圧アクチュエータの１つから戻る流体である流体ライン８６内の流体は、補助ポンプ１４２によって追加の加圧流体を発生する代わりに、流体駆動装置１３２から抽出された流体を置換するために利用できる。また、この加圧流体を使用して、加圧流体源１２０の入口を加圧し、作業機械１１を推進しおよび／または作業器具１３を移動するためのトルクを付与する際にエンジン６３を補助することが可能である。
【００７３】
（産業上の利用可能性）
上述の説明から明らかなように、本発明は、作業機械用の油圧再生システムを提供する。油圧再生システムは、作業機械の通常動作において浪費されるであろうエネルギを捕捉し、アキュムレータ内に加圧流体の形態でこのエネルギを貯蔵する。アキュムレータ内に貯蔵された加圧流体は、例えば、作業器具の移動を補助するか、あるいは作業機械の移動を補助するなど、作業機械の次の操作を実行するために使用されることが可能である。
【００７４】
かくして、本発明により、エンジンのエネルギ要件を低減することが可能であり、またより小型のエンジンを使用することも可能である。さらに、本発明により、通常動作中に発生される熱量を低減することが可能である。熱発生の低減は構成部品の動作寿命を延ばし、これによって必要な修理点検量を低減する。
【００７５】
エネルギを捕捉し再利用することによって、本発明は、作業機械の燃料需要を減少し、同時に作業機械の生産性を高めることが可能である。かくして、本発明は、作業機械の全効率を向上する。さらに、燃料消費量の低減は、作業機械によって発生される騒音および排出物質のレベルの低減ももたらすことになる。
【００７６】
本発明の精神と範囲から逸脱することなく、本発明の油圧再生システムにおける様々な修正と変更がなし得ることは、当業者には明白であろう。本発明の他の実施形態は、本明細書に開示した本発明の説明と実施を考慮すれば、当業者には明白であろう。説明および実施例は例示するに過ぎず、本発明の真の範囲および精神は、特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による油圧システムの例示的実施形態の概略線図である。
【図２ａ】図１の油圧システムで形成される例示的油圧回路の概略線図である。
【図２ｂ】図１の油圧システムで形成される例示的油圧回路の概略線図である。
【図２ｃ】図１の油圧システムで形成される例示的油圧回路の概略線図である。
【図２ｄ】図１の油圧システムで形成される例示的油圧回路の概略線図である。
【図２ｅ】図１の油圧システムで形成される例示的油圧回路の概略線図である。
【図３】本発明による油圧システムの他の例示的実施形態の概略線図である。
【図４】本発明による油圧システムの他の例示的実施形態の概略線図である。
【符号の説明】
１０　油圧システム
１１　作業機械
１２　加圧流体源
１３　作業器具
１４　タンク
１６　第１の油圧アクチュエータ
１８　第２の油圧アクチュエータ
２０　第１のチャンバ
２２　第２のチャンバ
２４　第３のチャンバ
２６　第４のチャンバ
２８　ロッド（第１の油圧アクチュエータ）
２９　方向矢印
３０　ピストン（第１の油圧アクチュエータ）
３１　方向矢印
３２　ハウジング（第１の油圧アクチュエータ）
３４　ロッド（第２の油圧アクチュエータ）
３６　ピストン（第２の油圧アクチュエータ）
３８　ハウジング（第２の油圧アクチュエータ）
４０　流体ライン
４１　流体ライン
４２　チェック弁
４３　流体ライン
４４　第１の方向制御弁
４５　流体ライン
４６　第２の方向制御弁
４８　第１の計量弁（第１の方向制御弁）
５０　第２の計量弁（第１の方向制御弁）
５２　第３の計量弁（第１の方向制御弁）
５４　第４の計量弁（第１の方向制御弁）
５６　第１の計量弁（第２の方向制御弁）
５８　第２の計量弁（第２の方向制御弁）
６０　第３の計量弁（第２の方向制御弁）
６２　第４の計量弁（第２の方向制御弁）
６３　エンジン
６４　アキュムレータ
６５　クランクシャフト
６６　第３の方向制御弁
６８　第１の計量弁（第３の方向制御弁）
７０　第２の計量弁（第３の方向制御弁）
７２　第３の計量弁（第３の方向制御弁）
７４　第４の計量弁（第３の方向制御弁）
７６　流体ライン
７８　流体ライン
８０　流体ライン
８２　流体ライン
８３　流体ライン
８４　流体ライン
８５　チェック弁
８６　流体ライン
８７　圧力センサ
８８　第４の方向制御弁
９０　第１の計量弁（第４の方向制御弁）
９２　第２の計量弁（第４の方向制御弁）
９４　第３の計量弁（第４の方向制御弁）
９６　第４の計量弁（第４の方向制御弁）
９７　第５の計量弁（第４の方向制御弁）
９８　第３の油圧アクチュエータ
１００　第５のチャンバ
１０２　第６のチャンバ
１０４　ピストン（第３の油圧アクチュエータ）
１０６　ロッド（第３の油圧アクチュエータ）
１０８　ハウジング（第３の油圧アクチュエータ）
１１０　流体ライン
１１２　流体ライン
１１４　流体ライン
１１６　チェック弁
１１７　チェック弁
１１８　流体ライン
１２０　第２の加圧流体源
１２１　ブレーキ
１２２　クラッチ
１２３　減速ギヤ
１２４　チェック弁
１２６　流体ライン
１２８　流体ライン
１３０　牽引装置
１３２　流体駆動装置
１３４　流体ライン
１３６　流体ライン
１３８　流体モータ
１４０　チャージシャトル
１４１　チェック弁
１４２　補助ポンプ
１４４　圧力逃し弁
１４６　レゾルバ弁
１４８　流体ライン
１５０　流体ライン
１５２　弁
１５４　弁
【図１】
2004003652.tif 000003
【図２ａ】
2004003652.tif 000004
【図２ｂ】
2004003652.tif 000005
【図２ｃ】
2004003652.tif 000006
【図２ｄ】
2004003652.tif 000007
【図２ｅ】
2004003652.tif 000008
【図３】
2004003652.tif 000009
【図４】
2004003652.tif 000010