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技術 運動エネルギー貯蔵装置を含む油圧システム

出願人 ジェイ.シー.バンフォードエクスカヴェイターズリミテッド
発明者 コッティンガム、ダリル
出願日 2012年12月21日 (7年11ヶ月経過) 出願番号 2014-548205
公開日 2015年3月12日 (5年8ヶ月経過) 公開番号 2015-507725
状態 特許登録済
技術分野 掘削機械の作業制御 流体圧回路(1)
主要キーワード 遊星ギアボックス ハンドリングマシン 共通タンク 安定脚 反復作業 加圧油圧流体 可変変位 戻り流れ
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重要な関連分野

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課題・解決手段

油圧流体と、油圧流体を加圧するための油圧機械(142)と、油圧流体を油圧アクチュエータ(103A、103B)に供給するための油圧回路とを含む油圧システムであって、前記油圧機械(142)は、前記油圧アクチュエータ(103A、103B)から及びエネルギー運動の形態で貯蔵するための運動エネルギー貯蔵装置(150)から油圧流体を受け取るように構成され、前記運動エネルギー貯蔵装置(150)は、前記油圧機械(142)に動作可能に連結され、前記システムは、前記油圧機械(142)が前記油圧アクチュエータ(103A、103B)から受け取った油圧流体によるエネルギーを前記運動エネルギー貯蔵装置(150)に移動させるために動作可能であるように構成されるシステム。

概要

背景

物質をある場所から別の場所に移動させることができる、バックホーローダー掘削機テレハンドラーなどの荷役機械が知られている。物質は離散的な物質であることができ、例えば、テレハンドリングマシンパレットに載せた物質を移動させることができる。或いは、物質は、掘削機を用いて掘ることができる土などの遊離した物質であることができる。いずれの場合も、物質を移動させるのにエネルギーが必要とされる。特定の状況下で、運動エネルギー、例えば荷役機械の前進運動、又は位置エネルギー、例えば地盤面より上のリフトアームの重心は、機械の動作中に浪費されることがある。

概要

油圧流体と、油圧流体を加圧するための油圧機械(142)と、油圧流体を油圧アクチュエータ(103A、103B)に供給するための油圧回路とを含む油圧システムであって、前記油圧機械(142)は、前記油圧アクチュエータ(103A、103B)から及びエネルギーを運動の形態で貯蔵するための運動エネルギー貯蔵装置(150)から油圧流体を受け取るように構成され、前記運動エネルギー貯蔵装置(150)は、前記油圧機械(142)に動作可能に連結され、前記システムは、前記油圧機械(142)が前記油圧アクチュエータ(103A、103B)から受け取った油圧流体によるエネルギーを前記運動エネルギー貯蔵装置(150)に移動させるために動作可能であるように構成されるシステム。

目的

本発明の目的は、さもなければ浪費されるエネルギーを回収する手段を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

油圧流体と、油圧流体を加圧するための油圧機械と、油圧流体を油圧アクチュエータに供給するための油圧回路とを含む油圧システムであって、前記油圧機械は、前記油圧アクチュエータから及びエネルギー運動の形態で貯蔵するための運動エネルギー貯蔵装置から油圧流体を受け取るように構成され、前記運動エネルギー貯蔵装置は、前記油圧機械に動作可能に連結され、前記システムは、前記油圧機械が前記油圧アクチュエータから受け取った油圧流体によるエネルギーを前記運動エネルギー貯蔵装置に移動させるために動作可能であるように構成されるシステム。

請求項2

前記システムは、前記油圧機械が前記運動エネルギー貯蔵装置から油圧流体にエネルギーを移動させるために動作可能であるように構成される、請求項1に記載の油圧システム。

請求項3

前記油圧機械及び前記油圧回路は、前記運動エネルギー貯蔵装置から前記油圧アクチュエータにエネルギーを移動させるように構成される、請求項2に記載の油圧システム。

請求項4

前記油圧機械及び前記油圧回路は、前記運動エネルギー貯蔵装置から更なる油圧アクチュエータにエネルギーを移動させるように構成される、請求項1又は2に記載の油圧システム。

請求項5

前記運動エネルギー貯蔵装置はフライホイールである、請求項1から4のいずれか1項に記載の油圧システム。

請求項6

前記フライホイールは、前記フライホイールが前記油圧機械より速く回転するように、前記油圧機械に動作可能に連結される、請求項5に記載の油圧システム。

請求項7

前記フライホイールは、前記フライホイールが前記油圧機械より少なくとも5倍速く又は前記油圧機械より少なくとも10倍速く回転するように、前記油圧機械に動作可能に連結される、請求項6に記載の油圧システム。

請求項8

前記アクチュエータは、リニアアクチュエータ又は回転アクチュエータである、請求項1から7のいずれか1項に記載の油圧システム。

請求項9

前記運動エネルギー貯蔵装置は、前記油圧機械から前記運動エネルギー貯蔵装置へのエネルギーの移動を防ぐように選択的に動作可能であるクラッチを介して、前記油圧機械に動作可能に連結される、請求項1から8のいずれか1項に記載の油圧システム。

請求項10

前記運動エネルギー貯蔵装置は、前記運動エネルギー貯蔵装置から前記油圧機械へのエネルギーの移動を防ぐように選択的に動作可能であるクラッチによって、前記油圧機械に動作可能に連結される、請求項1から9のいずれか1項に記載の油圧システム。

請求項11

前記油圧機械は、油圧流体を加圧するための第1油圧機械と、油圧流体を前記アクチュエータから受け取るように構成された第2油圧機械とによって定義され、前記運動エネルギー貯蔵装置は、前記第2油圧機械に動作可能に連結され、前記システムは、前記第2油圧機械が前記油圧アクチュエータから受け取った油圧流体によるエネルギーを前記運動エネルギー貯蔵装置に移動させるために動作可能であるように構成される、請求項1から10のいずれか1項に記載の油圧システム。

請求項12

前記第1油圧機械は、原動機によって機械的に駆動されるように構成される、請求項11に記載の油圧システム。

請求項13

前記第2油圧機械は、運動エネルギー貯蔵装置のみによって機械的に駆動されるように構成される、請求項11又は12に記載の油圧システム。

請求項14

請求項1から13のいずれか1項に記載の油圧システムを含む車両であって、前記油圧アクチュエータはリフトアームを持ち上げるように動作可能である車両。

請求項15

請求項1から13のいずれか1項に記載の油圧システムを含むであって、前記油圧アクチュエータは、車両の一部分を車両の別の部分に対して遅くするように動作可能である車両。

請求項16

請求項1から13のいずれか1項に記載の油圧システムを含む車両であって、前記車両は、前記車両を進ませるための地面係合手段を含み、前記油圧アクチュエータは、前記地面係合手段を駆動するように動作可能である車両。

請求項17

請求項1から10のいずれか1項に記載の油圧システムを含む車両を動作させる方法であって、前記車両又は前記車両の一部の位置エネルギーを減少させるように前記アクチュエータを動作させることと、前記位置エネルギーの少なくとも一部を運動エネルギーとして前記運動エネルギー貯蔵装置に貯蔵することとを含む方法。

請求項18

請求項1から10のいずれか1項に記載の油圧システムを含む車両を動作させる方法であって、前記車両又は前記車両の一部の運動エネルギーを減少させるように前記アクチュエータを動作させることと、前記運動エネルギーの少なくとも一部を運動エネルギーとして前記運動エネルギー貯蔵装置に貯蔵することとによる方法。

請求項19

前記車両は、実質的に垂直な軸を中心に第2部分に対して回転可能な第1部分を含み、前記方法は、前記第2部分に対する前記第1部分の運動エネルギーを減少させるように前記アクチュエータを動作させるステップを含む、請求項18に記載の車両を動作させる方法。

請求項20

請求項1から10のいずれか1項に記載の油圧システムを含む車両を動作させる方法であって、エネルギーを生成するように前記車両の原動機を動作させることと、前記エネルギーの少なくとも一部を運動エネルギーとして前記運動エネルギー貯蔵装置に貯蔵することとを含む方法。

請求項21

前記車両は荷役車両である、請求項14、15又は16のいずれか1項に記載の車両又は請求項17、18、19又は20のいずれか1項に記載の方法。

請求項22

内燃エンジンを動作させる方法であって、排気後処理システムを有する内燃エンジンを設けるステップと、請求項1から13のいずれか1項に記載の油圧システムを設けるステップと、通常の運転温度より低い温度の排気後処理システムで始めるステップと、前記内燃エンジンを起動するステップと、前記運動エネルギー貯蔵装置にエネルギーを貯蔵し且つ前記排気後処理システムの温度を上昇させるように前記エンジン負荷を加えるために前記運動エネルギー貯蔵装置を使用するステップとを含む方法。

請求項23

前記運動エネルギー貯蔵装置はフライホイールである、請求項22に記載の方法。

請求項24

前記フライホイールは、前記フライホイールが前記内燃エンジンより速く回転するように前記内燃エンジンに動作可能に連結される、請求項23に記載の方法。

請求項25

前記フライホイールは、前記内燃エンジンより少なくとも5倍速く又は前記内燃エンジンより少なくとも10倍速く回転する、請求項24に記載の方法。

請求項26

前記排気後処理システムは、ディーゼル酸化触媒選択的触媒還元剤NOx吸収材リーンNOxトラップ三元触媒、及びディーゼル微粒子フィルタの少なくとも1つである、請求項22から25のいずれか1項に記載の方法。

請求項27

前記内燃エンジンは、圧縮点火エンジン及び火花点火エンジンの一方である、請求項22から26のいずれか1項に記載の方法。

請求項28

前記内燃エンジンから前記運動エネルギー貯蔵装置へのエネルギーの移動を防ぐように選択的に動作可能であるクラッチを含む、請求項22から27のいずれか1項に記載の方法。

請求項29

前記運動エネルギー貯蔵装置から前記内燃エンジンへのエネルギーの移動を防ぐように選択的に動作可能であるクラッチを含む、請求項22から28いずれか1項に記載の方法。

請求項30

前記内燃エンジンを起動する直前には、前記運動エネルギー貯蔵装置はエネルギーを少しも貯蔵していない、請求項22から29のいずれか1項に記載の方法。

請求項31

貯蔵されたエネルギーを後に前記運動エネルギー貯蔵装置から前記内燃エンジンに移動させるステップを含む、請求項22から30いずれか1項に記載の方法。

請求項32

貯蔵されたエネルギーを後に前記運動エネルギー貯蔵装置から前記油圧サービスに及び/又は前記地面係合手段に移動させるステップを含む、請求項22から31のいずれか1項に記載の方法。

請求項33

貯蔵されたエネルギーを後に前記運動エネルギー貯蔵装置から移動させる前記ステップは、前記エンジンを通してエネルギーを移動させることなく達成される、請求項32に記載の方法。

請求項34

前記内燃エンジンは、車両に、好ましくは荷役機械に設置されることができる、請求項22から33のいずれ1項に記載の方法。

請求項35

請求項17から20のいずれか1項に記載の車両を動作させる方法であって、排気後処理システムを有する内燃エンジンを設けるステップと、通常の運転温度より低い温度の排気後処理システムで始めるステップと、前記内燃エンジンを起動するステップと、前記運動エネルギー貯蔵装置にエネルギーを貯蔵し且つ前記排気後処理システムの温度を上昇させるように前記エンジンに負荷を加えるために前記運動エネルギー貯蔵装置を使用するステップとを含む方法。

請求項36

請求項1から10のいずれか1項に記載の油圧システムを含む車両を動作させる方法であって、a)加圧油圧流体を供給するように油圧アクチュエータを配置するステップと、b)加圧油圧流体で前記油圧機械を駆動するステップと、c)前記油圧機械から前記運動エネルギー貯蔵装置にエネルギーを移動させるステップと、d)運動エネルギーを前記運動エネルギー貯蔵装置に一時的に貯蔵するステップとを含む方法。

請求項37

ステップb)及び/又はステップc)及び/又はステップd)の間に、前記アクチュエータによって供給される加圧油圧流体の少なくとも一部を別個減圧するように配置する、請求項36に記載の方法。

請求項38

ステップc)の間に、前記アクチュエータによって供給される加圧油圧流体の少なくとも一部を別個に減圧するように配置することは、加圧油圧流体の少なくとも一部の別個の減圧を調節することを含む、請求項37に記載の方法。

請求項39

エネルギーを後に前記運動エネルギー貯蔵装置から前記油圧機械に移動させることと、前記油圧機械が油圧流体を加圧するように準備することと、前記油圧アクチュエータが作業を行うことができるように前記油圧アクチュエータに加圧油圧流体を供給することとを含む、請求項36から38のいずれか1項に記載の方法。

請求項40

請求項11から13のいずれか1項に記載の油圧システムを含む車両を動作させる方法であって、前記第1油圧機械を駆動するために加圧油圧流体を供給するように前記油圧アクチュエータを配置するステップと、前記第1油圧機械から前記運動エネルギー貯蔵装置にエネルギーを移動させるステップと、運動エネルギーを前記運動エネルギー貯蔵装置に一時的に貯蔵するステップとを含む方法。

請求項41

エネルギーを後に前記運動エネルギー貯蔵装置から前記第1油圧機械に移動させることと、前記第1油圧機械が油圧流体を加圧するように準備することと、前記油圧アクチュエータが作業を行うことができるように前記第1油圧機械から前記油圧アクチュエータに加圧油圧流体を供給することとを含む、請求項40に記載の方法。

請求項42

油圧流体を加圧するように前記第2油圧機械を配置することと、前記油圧アクチュエータが作業を行うことができるように前記第2油圧機械から前記油圧アクチュエータに加圧油圧流体を供給することとを含む、請求項40又は41に記載の方法。

請求項43

同時に前記第1油圧機械から前記油圧アクチュエータに加圧油圧流体を供給し且つ前記第2油圧機械から前記油圧アクチュエータに加圧油圧流体を供給することを含む、請求項41に従属する場合の請求項42に記載の方法。

請求項44

第2油圧機械によって供給される加圧流体を調節することを含む、請求項43に記載の方法。

請求項45

前記第2油圧機械によって供給される加圧流体を増加させることによって、前記第2油圧機械によって供給される加圧流体を調節することを含む、請求項44に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、特に荷役機械で使用するための、エネルギー回収システムに関する。

背景技術

0002

物質をある場所から別の場所に移動させることができる、バックホーローダー掘削機テレハンドラーなどの荷役機械が知られている。物質は離散的な物質であることができ、例えば、テレハンドリングマシンパレットに載せた物質を移動させることができる。或いは、物質は、掘削機を用いて掘ることができる土などの遊離した物質であることができる。いずれの場合も、物質を移動させるのにエネルギーが必要とされる。特定の状況下で、運動エネルギー、例えば荷役機械の前進運動、又は位置エネルギー、例えば地盤面より上のリフトアームの重心は、機械の動作中に浪費されることがある。

発明が解決しようとする課題

0003

本発明の目的は、さもなければ浪費されるエネルギーを回収する手段を提供することである。

課題を解決するための手段

0004

従って、本発明によれば、油圧流体と、油圧流体を加圧するための油圧機械と、油圧流体を油圧アクチュエータに供給するための油圧回路とを含む油圧システムであって、油圧機械は、油圧アクチュエータから及び運動の形態でエネルギーを貯蔵するための運動エネルギー貯蔵装置から油圧流体を受け取るように構成され、運動エネルギー貯蔵装置は、油圧機械に動作可能に連結され、システムは、油圧機械が油圧アクチュエータから受け取った油圧流体によるエネルギーを運動エネルギー貯蔵装置に移動させるために動作可能であるように構成されるシステムが提供される。

0005

本発明の別の態様によれば、油圧流体と、油圧流体を加圧するための油圧機械と、油圧流体を油圧アクチュエータに供給するための油圧回路とを含む油圧システムであって、油圧機械は、油圧アクチュエータから及びエネルギーを運動の形態で貯蔵するための運動エネルギー貯蔵装置から油圧流体を選択的に受け取るように構成され、運動エネルギー貯蔵装置は、油圧機械に選択的に動作可能に連結され、システムは、油圧機械が油圧アクチュエータから受け取った油圧流体によるエネルギーを運動エネルギー貯蔵装置に移動させるために選択的に動作可能であるように構成されるシステムが提供される。

0006

有利なことに、さもなければ浪費されるエネルギーを運動エネルギー貯蔵装置に貯蔵することができる。貯蔵されたエネルギーは、後に使用することができる。油圧機械は油圧アクチュエータから受け取った油圧流体によるエネルギーを運動エネルギー貯蔵装置に移動させるように動作可能であるため、結果として運動エネルギー貯蔵装置は、制御された方法でアクチュエータ抵抗するように作用することができる。例えば、アクチュエータが地上のリフトアームの重心を制御し、且つ運動エネルギー貯蔵装置がフライホイールである場合、フライホイールが制御された方法で速度を上げることを確実にすることによって、リフトアームが制御された方法で下降することを確実にする。同様に、アクチュエータが地面を横切る関連する車両の速度を制御し、且つ運動エネルギー貯蔵装置がフライホイールである場合、フライホイールが制御された方法で速度を上げることを確実にすることによって、地面を横切る車両の速度が制御された方法で低下することを確実にする。

0007

油圧機械は、可変変位量(又は可変容量)油圧機械であることができる。油圧機械は、可変変位量斜板ポンプモータであることができる。

0008

油圧機械は、運動エネルギー貯蔵装置から油圧流体にエネルギーを移動させるために動作可能である。

0009

油圧機械及び油圧回路は、運動エネルギー貯蔵装置から油圧アクチュエータにエネルギーを移動させるように構成されることができる。その結果、油圧アクチュエータが、製品を積むか、製品を降ろすためにブーム上げ下げなどの反復作業を行う場合に、ブームなどを下げるときに運動エネルギー貯蔵装置に貯蔵された回収エネルギーを、反復作業の次の部分の間にブームを上げるために又は上げるのを補助するために再利用することができる。

0010

油圧機械及び油圧回路は、運動エネルギー貯蔵装置から更なる油圧アクチュエータにエネルギーを移動させるように構成されることができる。

0011

運動エネルギー貯蔵装置は、フライホイールであることができる。フライホイールは、固体のフライホイール、すなわち非流体のフライホイールであることができる。

0012

フライホイールは、フライホイールが油圧機械より速く回転するように、油圧機械に動作可能に連結されることができる。

0013

フライホイールは、フライホイールが油圧機械より少なくとも5倍速く又は油圧機械より少なくとも10倍速く回転するように、油圧機械に動作可能に連結されることができる。

0014

フライホイールは、少なくとも20,000rpm(毎分回転数)で回転することができる。

0015

アクチュエータは、リニアアクチュエータ又はロータリーアクチュエータであることができる。

0016

運動エネルギー貯蔵装置は、油圧機械から運動エネルギー貯蔵装置へのエネルギーの移動を防ぐように選択的に動作可能であるクラッチを介して、油圧機械に動作可能に連結されることができる。

0017

運動エネルギー貯蔵装置は、運動エネルギー貯蔵装置から油圧機械へのエネルギーの移動を防ぐように選択的に動作可能であるクラッチによって、油圧機械に動作可能に連結されることができる。

0018

油圧機械は、油圧流体を加圧するための第1油圧機械と、油圧流体をアクチュエータから受け取るように構成された第2油圧機械とによって定義されることができ、運動エネルギー貯蔵装置は、第2油圧機械に動作可能に連結され、システムは、第2油圧機械が油圧アクチュエータから受け取った油圧流体によるエネルギーを運動エネルギー貯蔵装置に移動させるために動作可能であるように構成される。

0019

油圧機械は、油圧流体を加圧するための第1油圧機械と、油圧流体をアクチュエータから選択的に受け取るように構成された第2油圧機械とによって定義されることができ、運動エネルギー貯蔵装置は、第2油圧機械に選択的に動作可能に連結され、システムは、第2油圧機械が油圧アクチュエータから受け取った油圧流体によるエネルギーを運動エネルギー貯蔵装置に移動させるために選択的に動作可能であるように構成される。

0020

第1油圧機械は、可変変位量油圧機械であることができる。第1油圧機械は、可変変位量斜板ポンプ/モータであることができる。

0021

第1油圧機械は、原動機によって機械的に駆動されるように構成されることができる。原動機は、内燃エンジンであることができる。内燃エンジンは、火花点火内燃エンジンであることができる。内燃エンジンは、圧縮点火内燃エンジンであることができる。第1油圧機械は、原動機と同じ速度で駆動されることができる。第1油圧機械は、原動機より速い速度で駆動されることができる。

0022

第2油圧機械は、運動エネルギー貯蔵装置のみによって機械的に駆動されるように構成されることができる。第2油圧機械は、可変変位量油圧機械であることができる。第2油圧機械は、可変変位量斜板ポンプ/モータであることができる。

0023

油圧アクチュエータは、リフトアームを持ち上げるように動作可能であることができる。

0024

油圧アクチュエータは、車両の一部分を車両の他の部分に対して遅くするように動作可能であることができる。

0025

車両は上記のように定義された油圧システムを含むことができ、車両は車両を進ませるための地面係合手段を含むことができ、油圧アクチュエータは地面係合手段を駆動するように動作可能である。

0026

本発明の更なる態様によれば、上記のように定義された油圧システムを含む車両を動作させる方法であって、車両又は車両の一部の位置エネルギーを減少させるようにアクチュエータを動作させることと、この位置エネルギーの少なくとも一部を運動エネルギーとして運動エネルギー貯蔵装置に貯蔵することとを含む方法が提供される。本発明の更なる態様によれば、上記のように定義された油圧システムを含む車両を動作させる方法であって、車両又は車両の一部の運動エネルギーを減少させるようにアクチュエータを動作させることと、この運動エネルギーの少なくとも一部を運動エネルギーとして運動エネルギー貯蔵装置に貯蔵することとによる方法が提供される。

0027

車両は、実質的に垂直な軸を中心に第2部分に対して回転可能な第1部分を含むことができ、方法は、第2部分に対する第1部分の運動エネルギーを減少させるようにアクチュエータを動作させるステップを含む。

0028

本発明の更なる態様によれば、上記のように定義された油圧システムを含む車両を動作させる方法であって、エネルギーを生成するように車両の原動機を動作させることと、このエネルギーの少なくとも一部を運動エネルギーとして運動エネルギー貯蔵装置に貯蔵することとを含む方法が提供される。

0029

車両は、荷役車両であることができる。

0030

本発明の更なる態様によれば、内燃エンジンを動作させる方法であって、排気後処理システムを有する内燃エンジンを設けるステップと、上記のように定義した油圧システムを設けるステップと、通常の運転温度より低い温度の排気後処理システムで始めるステップと、内燃エンジンを起動するステップと、運動エネルギー貯蔵装置にエネルギーを貯蔵し且つ排気後処理システムの温度を上昇させるようにエンジン負荷を加えるために運動エネルギー貯蔵装置を使用するステップとを含む方法が提供される。

0031

本発明の更なる態様によれば、内燃エンジンを動作させる方法であって、排気後処理システムを有する内燃エンジンを設けるステップと、エネルギーを運動の形態で貯蔵するための運動エネルギー貯蔵装置を設けるステップと、通常の運転温度より低い温度の排気後処理システムで始めるステップと、内燃エンジンを起動するステップと、運動エネルギー貯蔵装置に運動エネルギーを貯蔵し且つ排気後処理システムの温度を上昇させるようにエンジンに負荷を加えるために運動エネルギー貯蔵装置を使用するステップとを含む方法が提供される。

0032

運動エネルギー貯蔵装置は、フライホイールであることができる。フライホイールは、固体のフライホイール、すなわち非流体のフライホイールであることができる。

0033

フライホイールは、フライホイールが内燃エンジンより速く回転するように内燃エンジンに動作可能に連結されることができる。

0034

フライホイールは、内燃エンジンより少なくとも5倍速く又は内燃エンジンより少なくとも10倍速く回転することができる。

0035

フライホイールは、少なくとも20,000rpm(毎分回転数)で回転することができる。

0036

排気後処理システムは、ディーゼル酸化触媒選択的触媒還元剤NOx吸収材リーンNOxトラップ三元触媒、及びディーゼル微粒子フィルタの少なくとも1つであることができる。

0037

内燃エンジンは、圧縮点火エンジン及び火花点火エンジンの一方であることができる。

0038

クラッチは、内燃エンジンから運動エネルギー貯蔵装置へのエネルギーの移動を防ぐように選択的に動作可能である。

0039

クラッチは、運動エネルギー貯蔵装置から内燃エンジンへのエネルギーの移動を防ぐように選択的に動作可能である。

0040

内燃エンジンを起動する直前には、運動エネルギー貯蔵装置は、エネルギーを少しも貯蔵していない。

0041

貯蔵されたエネルギーは、後に運動エネルギー貯蔵装置から内燃エンジンに移動されることができる。

0042

貯蔵されたエネルギーは、後に運動エネルギー貯蔵装置から油圧サービス及び/又は地面係合手段に移動されることができる。

0043

貯蔵されたエネルギーを後に運動エネルギー貯蔵装置から移動させるステップは、エンジンを通してエネルギーを移動させることなく達成されることができる。

0044

内燃エンジンは、車両に、好ましくは荷役機械に設置されることができる。

0045

本発明の更なる態様によれば、上記のように定義された車両を動作させる方法であって、排気後処理システムを有する内燃エンジンを設けるステップと、通常の運転温度より低い温度の排気後処理システムで始めるステップと、内燃エンジンを起動するステップと、運動エネルギー貯蔵装置にエネルギーを貯蔵し且つ排気後処理システムの温度を上昇させるようにエンジンに負荷を加えるために運動エネルギー貯蔵装置を使用するステップとを含む方法が提供される。

0046

本発明の更なる態様によれば、上記のように定義された油圧システムを含む車両を動作させる方法であって、
a)加圧油圧流体を供給するように油圧アクチュエータを配置するステップと、
b)加圧油圧流体で油圧機械を駆動するステップと、
c)油圧機械から運動エネルギー貯蔵装置にエネルギーを移動させるステップと、
d)運動エネルギーを運動エネルギー貯蔵装置に一時的に貯蔵するステップと
を含む方法が提供される。

0047

本発明の更なる態様によれば、上記のように定義された油圧システムを含む車両を動作させる方法であって、
a)加圧油圧流体を供給するために油圧アクチュエータを選択的に配置するステップと、
b)加圧油圧流体で油圧機械を選択的に駆動するステップと、
c)油圧機械から運動エネルギー貯蔵装置にエネルギーを選択的に移動させるステップと、
d)運動エネルギーを運動エネルギー貯蔵装置に一時的に貯蔵するステップと
を含む方法が提供される。

0048

上記ステップb)及び/又はステップc)及び/又はステップd)の間に、アクチュエータによって供給される加圧油圧流体の少なくとも一部を別個減圧することができる。詳細には、アクチュエータによって供給される加圧油圧流体の少なくとも一部を選択的に別個に減圧することができる。有利なことに、油圧アクチュエータからの加圧油圧流体のエネルギーの全てを運動エネルギー貯蔵装置に移動させることができない場合、そのエネルギーの一部を選択的に別個に減圧することによって「消費」することができる。アクチュエータによって供給される加圧油圧流体の少なくとも一部を選択的に別個にゼロの圧力に減圧することができ、又は選択的に別個に部分的に減圧する(すなわち、ゼロより上の圧力に減圧する)ことができる。

0049

ステップc)の間に、油圧機械が可変容量油圧機械である場合、油圧機械の変位容量を減少させることができ、特にステップc)の間に徐々に減少させることができる。

0050

上記ステップc)の間に、アクチュエータによって供給される加圧油圧流体の少なくとも一部を別個に減圧することができ、加圧油圧流体の少なくとも一部の別個の減圧を調節する(又は変化させる)ことを含む。別個の減圧を調節することにより、油圧アクチュエータを制御することができ且つ/又は運動エネルギー貯蔵装置に移動されるエネルギーの量を制御することができる。

0051

上記の方法は、エネルギーを後に運動エネルギー貯蔵装置から油圧機械に移動させることと、油圧機械が油圧流体を加圧するように準備することと、油圧アクチュエータが作業を行うことができるように油圧アクチュエータに加圧油圧流体を供給することとを含むことができる。

0052

上記の方法は、後に運動エネルギー貯蔵装置から油圧機械にエネルギーを選択的に移動させることと、油圧機械が油圧流体を加圧するように選択的に準備することと、油圧アクチュエータが作業を行うことができるように油圧アクチュエータに加圧油圧流体を選択的に供給することとを含むことができる。

0053

油圧機械が可変容量油圧機械である場合、油圧機械の変位容量を増加させることができ、特にエネルギーを後に運動エネルギー貯蔵装置から油圧機械に移動させるステップの間に徐々に増加させることができる。

0054

本発明の更なる態様によれば、上記のように定義された油圧システムを含む車両を動作させる方法であって、
第1油圧機械を駆動するために加圧油圧流体を供給するように油圧アクチュエータを配置するステップと、
第1油圧機械から運動エネルギー貯蔵装置にエネルギーを移動させるステップと、
運動エネルギーを運動エネルギー貯蔵装置に一時的に貯蔵するステップと
を含む方法が提供される。

0055

本発明の更なる態様によれば、上記のように定義された油圧システムを含む車両を動作させる方法であって、
第1油圧機械を駆動するために加圧油圧流体を供給するように油圧アクチュエータを選択的に配置するステップと、
第1油圧機械から運動エネルギー貯蔵装置にエネルギーを選択的に移動させるステップと、
運動エネルギーを運動エネルギー貯蔵装置に一時的に選択的に貯蔵するステップと
を含む方法が提供される。

0056

第1油圧機械が可変容量油圧機械である場合、第1油圧機械の変位容量を減少させることができ、特に第1油圧機械から運動エネルギー貯蔵装置にエネルギーを移動させるステップの間に徐々に減少させることができる。

0057

この方法は、エネルギーを後に運動エネルギー貯蔵装置から第1油圧機械に移動させることと、
第1油圧機械が油圧流体を加圧するように準備することと、
油圧アクチュエータが作業を行うことができるように第1油圧機械から油圧アクチュエータに加圧油圧流体を供給することと
を含むことができる。

0058

油圧機械が可変容量油圧機械である場合、油圧機械の変位容量を増加させることができ、特にエネルギーを後に運動エネルギー貯蔵装置から第1油圧機械に移動させるステップの間に徐々に増加させることができる。

0059

この方法は、油圧流体を加圧するように第2油圧機械を配置することと、油圧アクチュエータが作業を行うことができるように第2油圧機械から油圧アクチュエータに加圧油圧流体を供給することとを含むことができる。

0060

この方法は、同時に第1油圧機械から油圧アクチュエータに加圧油圧流体を供給し且つ第2油圧機械から油圧アクチュエータに加圧油圧流体を供給することを含むことができる。第1油圧機械が可変容量油圧機械である場合、第1油圧機械から油圧アクチュエータに加圧油圧流体を供給し且つ第2油圧機械から油圧アクチュエータに加圧油圧流体を供給するステップの間に、第1油圧機械の変位容量を同時に増加させることができ、特に同時に徐々に増加することができる。

0061

この方法は、第2油圧機械によって供給される加圧流体を調節する(又は変化させる)ことを含むことができる。第2油圧機械によって供給される加圧流体を調節することによって、油圧アクチュエータを制御することができ且つ/又は運動エネルギー貯蔵装置から移動されるエネルギーの量を制御することができる。

0062

この方法は、第2油圧機械によって供給される加圧流体を増加させることによって、第2油圧機械によって供給される加圧流体を調節することを含むことができる。

図面の簡単な説明

0063

添付の図面を参照して本発明をほんの一例として説明する。
本発明に係る油圧システムを含む機械の図である。
図1の機械の概略図である。
本発明に係る油圧システムを含む代替的な機械の概略図である。
本発明に係る油圧システムを含む代替的な機械の概略図である。
本発明に係る油圧システムを含む代替的な機械の概略図である。
本発明に係る油圧システムを含む代替的な機械の概略図である。
本発明に係る油圧システムを含む代替的な機械の概略図である。
本発明に係る油圧システムを含む機械の更なる実施形態の概略図である。
本発明に係る油圧システムを含む機械の更なる実施形態の概略図である。
本発明に係る油圧システムを含む機械の更なる実施形態の概略図である。
本発明に係る油圧システムを含む機械の更なる実施形態の概略図である。
本発明に係る油圧システムを含む機械の更なる実施形態の概略図である。
本発明に係る油圧システムを含む機械の更なる実施形態の概略図である。
本発明に係る油圧システムを含む機械の更なる実施形態の概略図である。

実施例

0064

図1を参照すると、作業機械2、この場合はバックホーローダー機械が示されている。機械は、前輪22A及び後輪22Bに支持されるシャーシ21を含む。機械は、運転室21Aと、シート10に座っているオペレーターが操作することができる手動操作可能な制御装置21Bとを含む。シャーシには、フロントローディングアーム23Aが旋回可能に取り付けられ、ローディングアーム23Aの前方には、ローディングショベル24Aが旋回可能に取り付けられる。機械の後方のシャーシには、キャリッジ30が摺動可能に取り付けられる。キャリッジは、シャーシに対して横方向に、すなわち、図1を見る人に向かって又は見る人から離れるようにスライドさせることができる。キャリッジ30には、バックホーアーム23Bが旋回可能に取り付けられる。バックホーアーム23Bの端部には、ディッパーアーム31が旋回可能に取り付けられる。ディッパーアーム31の端部には、バケット24Bが旋回可能に取り付けられる。安定脚32は、地面33に向かって延長可能であり、バックホー18を使用する際にシャーシを安定させるために地面33と係合可能である。安定脚は、例えば地面を横切って作業機械を進ませるために車輪を使用する際に、地面33から離れるように格納できる。

0065

作業機械はエンジン12を含む。エンジン12は、トランスミッション40(図2参照)を駆動し、一方トランスミッション40は、必要な場合に地面に沿って車両を進ませるために後輪22Bを駆動する。エンジンはまた油圧ポンプ42を駆動し、油圧ポンプ42は、制御システム及び油圧回路によって、加圧油圧流体をアクチュエータ3A、3B、3C、3D及び3Eに選択的に供給する。

0066

アクチュエータ3Aは、バケット24Aをフロントローディングアーム23Aに対して旋回させる油圧ラムである。

0067

アクチュエータ3Bは、フロントローディングアーム23Aをシャーシ21に対して旋回させる油圧ラムである。

0068

アクチュエータ3Cは、バックホーアーム23Bをキャリッジ30に対してほぼ水平な軸まわりに旋回させる油圧ラムである。

0069

アクチュエータ3Dは、ディッパーアーム31をバックホーアーム23Bに対して旋回させる油圧ラムである。

0070

アクチュエータ3Eは、バケット24Bをディッパーアーム31に対して旋回させる油圧ラムである。

0071

更なるアクチュエータ(図示せず)が、安定脚の伸縮を引き起こす。

0072

更なるアクチュエータ(図示せず)が、キャリッジ30をシャーシ21に対して横方向に移動させる。

0073

更なるアクチュエータ(図示せず)が、キャリッジ30の後部30Aをシャーシ21に対して「回転」させ、すなわちシャーシ21に対して実質的に垂直な軸まわりに旋回させる。

0074

図1に示したアクチュエータ及び今述べたアクチュエータは、「油圧サービス」として知られており、油圧ポンプ42から加圧油圧流体を供給される。当業者であれば、他のタイプの油圧サービスが知られていることを容易に理解できるであろう。

0075

図2を参照すると、本発明に係るエンジンを含む作業機械の概略図が示されている。エンジンは、後処理システム44と吸気システム46とを含み、吸気システムと排気後処理システムとを備えたエンジンの主要な動作は知られているが、要するに、大気からの空気が吸気システムを通ってエンジンに入る。燃料は、直接エンジンに注入されるか、或いは、吸気システムに注入され、次いで空気と共にエンジンに入る。燃料空気混合気クランクシャフト等を回転させるために燃焼され、排気生成物が排気後処理システムに入る。エンジンのタイプ(特に圧縮点火エンジン又は火花点火エンジン)に応じて、このとき、排気後処理システム44は、有毒な排出生成物が大気に入るのを防ぐように構成される。排気後処理システムの例は、ディーゼル酸化触媒、選択的触媒還元剤、NOx吸収材、リーンNOxトラップ、三元触媒、又はディーゼル微粒子フィルタを含む。

0076

作業機械はまた、ギアボックス48と、運動エネルギー貯蔵装置50とを含む。この場合、運動エネルギー貯蔵装置はフライホイールであり、従って、エネルギーを運動の形態で貯蔵することができ、すなわち、フライホイールが回転しているとき、フライホイールの回転質量がエネルギーを運動の形態で貯蔵する(これは、エネルギーを化学的な形態で蓄えるバッテリー電池と対比されることができる)。クラッチ52が、エンジン出力軸(例えばクランクシャフトなど)をステップアップギアボックス48の入力に連結するように選択的に動作可能である。ギアボックス48は、フライホイールを駆動することができる出力を有する。作業機械2の動作は以下のとおりである。

0077

機械2が一晩非作動状態にあり且つオペレーターが機械を使用したいと思っている場合のシナリオを検討する。機械は数時間非作動状態であったため、大気の周囲温度であり、特に、排気後処理システムは大気の周囲温度である。また、フライホイール50は静止している。

0078

機械を使用するために、オペレーターは運転室に入り、シート10に座って、エンジンを起動する。排気ガスがエンジンから排気後処理システムを通過し、それによって排気後処理システムを暖め始める。しかしながら、本発明では、エンジンが係合したクラッチ52でギアボックス54を駆動し、次いでギアボックス54がフライホイール50を回転させるので、制御システム54がクラッチ52を係合させ、それによりエンジンを過剰な負荷の下に置く。明らかに、フライホイールが回転し始めるためには、フライホイールに何らかのエネルギーを加える必要があり、このエネルギーはエンジンから直接来る。エンジンが他のものより多くの動力を発生させなければならないため、エンジンはより多くの熱も発生させ、排気ガス中のこの余分な熱が排気後処理システム中に入るので、排気後処理システムはその他の場合より速く熱くなる。エンジン及び排気後処理システムは、最終的に通常の運転温度に達し、このとき、フライホイール50は回転しており、従って運動エネルギーを貯蔵している。この運動エネルギーは、結果として、適切な時期に使用するために利用できる。

0079

図2に示すように、クラッチ52を解放することができ、フライホイール50は比較的高速で回転したままであり、一方、エンジンの速度はその後低下させることができる。より多くの動力を発生させるためにその後エンジンの速度を増加させることが必要な場合、今度は制御システム54は選択的にクラッチ52を係合させ、それによりフライホイールを減速させることができ、且つフライホイールからエンジンにエネルギーを移動させることができ、その結果、エンジンは速度が増加する。従って、特定の状況に応じて、機械2を地上で進ませるのを補助するために、フライホイールの運動エネルギーを、エンジンを介してトランスミッション14を通して後輪22Bに移動させることができる。或いは、油圧サービスを動作させるのを補助するために、フライホイール50に貯蔵されたエネルギーを、エンジンによって油圧ポンプ42に移動させることができる。

0080

図2に示すように、エンジンはフライホイールにエネルギーを移動させることができ、フライホイールはエンジンにエネルギーを移動させることができる。更なる実施形態では、フライホイールがエンジンによって駆動されるのに加えて、フライホイールは、他のエネルギー源によっても駆動されることができる。また、更なる実施形態では、フライホイールは、エネルギーを代替的なエネルギー吸収装置に、そのエネルギーがエンジンを通過しないように移動させることができる。従って、図3を参照すると、作業機械の更なる実施形態102が示され、作業機械2の構成要素と同じ機能を果たす構成要素に100大きい符号が付されている。図2及び図3を比較すると、作業機械2と作業機械102の唯一相違点は、作業機械102が更なるギアボックス149と、更なるクラッチ153と、関連する機械的駆動部70,71及び72とを含むことであることが分かる。従って、エンジン112が起動され、排気後処理システム及びエンジンが運転温度であり、クラッチ152が解放され且つクラッチ153が解放された状態でフライホイール150が回転すると、油圧ポンプ142に動力を供給するため又は油圧ポンプを駆動するのを(エンジン112からの機械的な駆動経路162と共に)補助するために、フライホイール150からのエネルギーがギアボックス149とクラッチ153を介して油圧ポンプに移動されることができ、その結果、油圧ポンプは油圧サービス(その2つのみが図3に示される)に加圧流体を供給することができる。

0081

ここで留意すべきは、エネルギーを運動エネルギー貯蔵装置に貯蔵するために、油圧ポンプ142からクラッチ153及びギアボックス149を介して運動エネルギー貯蔵装置150にエネルギーを移動させることができることである。

0082

ギアボックス148は、クラッチ152を係合させたとき、フライホイールがエンジンより速く回転するように構成される。従って、ギアボックス148は、エンジンからフライホイールへのエネルギーの移動を考慮した場合、ステップアップギアボックスである。ギアボックス48は、エンジン速度より少なくとも10倍速い速度でフライホイールを駆動するように構成されることができる。

0083

ギアボックス149はフライホイール150が回転する速度より遅い速度で油圧ポンプを駆動するように構成されることができる。一実施形態では、ギアボックス149は、フライホイール150から油圧ポンプ142へのエネルギーの移動を考慮した場合、ステップダウンギアボックスである。

0084

更なる実施形態では、作業機械102のクラッチ152及びギアボックス148を入れ替えることができ、すなわち、エンジン112がギアボックス148を駆動し、次いでギアボックス148がクラッチ152を駆動し、次いでクラッチ152がフライホイール150を駆動することができる。同様に、作業機械102のクラッチ153及びギアボックス149を入れ替えることができ、すなわち、フライホイール150がクラッチ153を駆動し、クラッチ153がギアボックス149を駆動し、ギアボックス149が油圧ポンプ142を駆動することができる。

0085

更なる実施形態では、作業機械2のクラッチ52とギアボックス48を置き換えることができる。

0086

上述したように、運動エネルギー貯蔵装置は、フライホイールであることができる。フライホイールは、摩擦損失風損失とを低減するために、真空チャンバ内で又は部分的に真空チャンバ内で動作することができる。使用時、フライホイールは、20,000毎分回転数(RPM)より速く回転することができる。別の実施形態では、使用時、フライホイールは、40,000RPMより速く、或いは60,000RPMより速く回転することができる。

0087

ギアボックス48、148及び149の1つ以上は、無段トランスミッションCVT)型のギアボックスであることができる。CVTのギアボックスは、運動エネルギー貯蔵装置のフライホイールの回転速度の動作範囲を増大させるためにCVT部分と直列に範囲変更部分を含むことができる。

0088

図4から7を参照すると、作業機械202の更なる実施形態が示され、作業機械102の構成要素と同じ機能を果たす構成要素に100大きい符号が付されている。作業機械202は、油圧タンク280、281及び282と、制御弁283と、油圧ライン284、285、286、287、288、289、290、291、292、293、294、295、296、297及び298とを含む。この場合、2つの油圧ポンプ(又は油圧機械)242A及び242Bがある。

0089

油圧カップリング/弁273、274、275、276、277、278及び279は、さまざまな構成要素を接続する。制御システム254は、制御弁に接続され、また油圧システムの正常動作を保証するためにシステムの他の部分との他の接続部(図示せず)を有する。

0090

理解を容易にするために、1つのサービス203Bのみが図4から7に示されている。

0091

油圧ポンプ242Bは可変変位量ポンプである。ギアボックス248は、運動エネルギー貯蔵装置250がポンプ242Bより速く回転するように構成される。

0092

運動エネルギー貯蔵装置250は、さもなければエネルギーが浪費されるサービス203B(及び運動エネルギー貯蔵装置250を接続することができる任意の他のサービス)からそのエネルギーを回収するように構成される。

0093

従って、図1を考察すると、サービス203Bは、フロントローディングアーム23Aをシャーシ21に対して旋回させるアクチュエータラム3Bの同等物であることが分かる。ラム3Bの伸長がフロントローディングアーム23Aの上昇をもたらし、油圧ラム3Bの収縮がローディングアーム23Aの下降をもたらす。明らかに、ローディングアーム23Aの上昇は、エンジン12からのエネルギー入力を必要とし、一方、通常はローディングアーム23Aの下降は、ローディングアームが上昇位置から下降位置まで重力の影響を受けて移動するため、エネルギー入力を必要としない。

0094

同様に、バケット24Aの積み込みは、サービス3Aへのエネルギー入力を必要とし、一方、バケットの放出は通常は、バケットが重力の影響下で放出するため、エネルギー入力を必要としない。

0095

バックホーアーム23Bの上昇はエネルギーを必要とし、一方、下降は通常はエネルギーを必要としない。ディッパーアーム31の上昇はエネルギーを必要とし、一方、ディッパーアームの下降は通常はエネルギーを必要としない。バケット24Bの積み込みは通常はエネルギーを必要とし、バケット24Bの放出は通常はエネルギーを必要としない。安定脚32の下降は、例えば、後輪が地面から持ち上げられている場合、エネルギーを必要とするが、機械の重量を後輪で受ける地点までの安定脚32の上昇は、エネルギーを必要としない。

0096

理解されるように、特定のアクチュエータを特定の方向に動作させる場合はそれらにエネルギー入力が必要とされるが、その後、反対の方向(又はセンス)に動作させる場合は、関連する構成要素の移動が重力によって補助されるので、多くの状況下でエネルギー入力は必要とされない。特に、フロントローディングアームが比較的高い位置から比較的低い位置へ下げられる場合、そのリフトアームの重心は比較的高い位置から比較的低い位置へ移動する。従来技術の作業機械では、このエネルギーは、油圧システム内で熱として放散される。しかしながら、本発明では、この位置エネルギーを回収することができる。

0097

上述したように、アクチュエータ(図示せず)が、キャリッジ32の後部30Aをシャーシ21に対して回転させる。バックホーアーム、ディッパーアーム及びバケットは全てキャリッジの後部30Aに取り付けられているので、結果としてこれらの構成要素もシャーシに対して回転する。回転動作を開始するには、回転される構成要素の慣性に打ち勝つためにエネルギーが必要とされる。しかしながら、制御された方法で回転動作を停止するために、従来技術では、運動エネルギーを油圧システム内で熱として放散させることによってこれが行われる。本発明は、運動回転エネルギーの回収を可能にする。

0098

一部の作業機械は地面に沿ってそれらを進ませる油圧トランスミッションを有し、車両を減速する必要がある場合、車両の運動エネルギーが摩擦ブレーキ内で熱エネルギーとして放散される。本発明は、この運動エネルギーの回収を可能にする。

0099

図4は、この場合はフロントローディングアームを持ち上げるためにサービス(この場合は203B)がエネルギーを必要とする状況を示す。制御システム254は、油圧流体が油圧タンク280からライン284を通って、油圧ポンプ242Aを通って、ライン285を通って、制御弁283を通って、ライン287を通って、ライン288を通って、サービス203Bに入り、それによってフロントローディングアームを持ち上げるように、エンジン212が油圧ポンプ242Aを駆動するように動作する。図4に示すように、この例では運動エネルギー貯蔵装置はエネルギーを少しも貯蔵していない(例えば、運動エネルギー貯蔵装置がフライホイールである場合、フライホイールが静止している)ため、運動エネルギー貯蔵装置250からサービスにエネルギーが全く移動されない。

0100

しかしながら、運動エネルギー貯蔵装置250にエネルギーが貯蔵されている場合、図5に示すようにそのエネルギーをサービスに移動させることができる。従って、運動エネルギー貯蔵装置250は、ギアボックス248を介して油圧ポンプ242Bを駆動するように動作する。このような状況では、制御システム254は、油圧タンク282からの油圧流体がライン296を通って、ライン295を通って、ライン290を通って、ライン291を通って、油圧ポンプ242Bを通って、ライン292を通って、ライン298を通って、ライン288を通って、油圧サービス203Bに入るように動作する。理解されるように、このような状況では、サービスは、運動エネルギー貯蔵装置250から取り込んだエネルギーによってのみ動作する。

0101

異なる状況下では、運動エネルギー貯蔵装置及びエンジンが、サービスにエネルギーを供給するために一緒に働くことができる。図4及び5を比較した場合に理解されるように、このような状況では、制御システム254は、油圧流体が油圧ポンプ242Bからライン292及び298を通ってライン288に入り、そこで油圧ポンプ242Aからライン285及び287を通ってライン288に入る油圧流体が合流するように動作する。

0102

図6は、サービス203Bから運動エネルギー貯蔵装置250にエネルギーを移動させることができる状況を示す。従って、例えば、フロントローディングアームが上昇位置にあり、オペレーターがフロントローディングアームを下げたい場合、次いで制御システム254は、油圧流体がサービス203Bからライン298を通って、ライン291を通って、ポンプ242Bを通って、ライン292を通って、ライン294を通って、ライン296を通って、油圧タンク282に入るように動作する。このような状況では、油圧ポンプは、油圧モータとして働き、すなわち、油圧流体が油圧ポンプ242Bを駆動し、油圧ポンプ242Bを回転させる。この回転は、ギアボックス248を介して運動エネルギー貯蔵装置250に伝えられる。従って、ローディングアームがその所望の位置まで下げられると、ローディングアームによって失われた位置エネルギーが運動エネルギー貯蔵装置250に貯蔵された運動エネルギーに変換される。

0103

理解されるように、運動エネルギー貯蔵装置は、運動エネルギーを貯蔵するための限られた容量しか有しておらず、通常、運動エネルギー貯蔵装置がフライホイールである場合、その上限は、フライホイールの回転の最大速度によって定められる。従って、特定の状況下で、オペレーターはフロントローディングアームを下げたいが、運動エネルギー貯蔵装置はエネルギーを貯蔵するための更なる容量を有していないことがある。このような状況では、図7に示すように、制御システム254は、サービスからの油圧流体がライン288を通って、ライン287を通って、制御弁283を通って、ライン286を通って、油圧タンク281に入るように動作する。オペレーターは制御された方法でフロントローディングアームを下げたいため、制御弁は、フロントローディングアームの正確な制御された動きを保証する。図7に示すように、このシナリオでは、運動エネルギー貯蔵装置250が更なるエネルギーのための容量を有していないため、フロントローディングアームにより失われた位置エネルギーは全て(従来技術に従って)油圧流体内の熱エネルギーに変換される。

0104

エンジン212は、吸気システム246と排気後処理システム244とを含む。機械202が例えば一晩未使用であった場合、結果として排気後処理システム244は比較的低温であり、運動エネルギー貯蔵装置はエネルギーを少しも貯蔵しておらず、例えば、運動エネルギー貯蔵装置がフライホイールである場合、フライホイールは静止している。起動時、運動エネルギー貯蔵装置250は、以下のように運動エネルギー貯蔵装置にエネルギーを貯蔵し且つ排気後処理システムの温度を上昇させるようにエンジン212の負荷を上昇させるために使用されることができる。従って、エンジン212の起動時、制御システム254は、油圧流体がタンク280からライン284を通って、油圧ポンプ242Aを通って、ライン285を通って、制御弁283を通って、ライン287を通って、ライン288を通って、ライン289を通って(サービス203Bを迂回して)、ライン291を通って、油圧ポンプ242Bを通って、ライン292を通って、ライン294を通って、ライン296を通って、油圧タンク282に入るように動作する。油圧流体がポンプ242Bを通って圧送されるとき、ポンプ242Bはギアボックス248を駆動する油圧モータとして働き、その結果、ギアボックス248が運動エネルギー貯蔵装置250を駆動する。

0105

ここで留意すべきは、図4に示されるように、ポンプ242Bと運動エネルギー貯蔵装置250は、原動機(エンジン212)に油圧式に少なくとも動作可能に連結されており、すなわち、システムの油圧部品なしにポンプ242Bと運動エネルギー貯蔵装置がエンジンに動作可能に連結されることはできないことである。図3に示すように、クラッチ152とトランスミッション148とを用いた連結は機械的連結であり、油圧ポンプ142と、機械的駆動経路72と、クラッチ153と、機械的駆動経路71と、ギアボックス149と、機械的駆動経路70とを用いた連結も機械的連結であるため、エンジン112と運動エネルギー貯蔵装置150との間には流体継手は存在しない。

0106

ギアボックス248は、無段トランスミッション(CVT)型のギアボックスであることができる。CVTのギアボックスは、運動エネルギー貯蔵装置のフライホイールの回転速度の動作範囲を増大させるためにCVT部分と直列に範囲変更部分を含むことができる。

0107

油圧タンク280、281、282は、理解を容易にするために別個のタンクとして示される。通常は単一の共通タンクがある。

0108

図4に示すように、油圧機械は第1及び第2油圧機械を含む。更なる実施形態では、油圧機械は、単一のポンプ/モータなどの単一の油圧機械であることができる。

0109

図8及び14を参照すると、エンジン312(原動機としても知られる)と、エンジン駆動式ポンプ314とを含む、作業機械302の更なる実施形態が示されている。機械302は油圧タンク316及び318を含む。可変容量油圧ポンプ/モータ(一例では、可変容量斜板ポンプ/モータ)の形態の油圧機械320は、クラッチ324及びギアボックス325によって、フライホイールの形態の運動エネルギー貯蔵装置322に選択的に連結可能である。油圧サービス303は、主油圧室328とロッド側油圧室330とを有する油圧ラム326の形態である。流路切替弁ダイバータ弁)332と、吸入逆止弁336と、アンチキャビテーション弁338とがある。弁ブロック334は、図14で最も良く見られるように、可変弁334Bと逆止弁334Aとを含む。弁340、342及び344と、ポンプ遮断弁346も含まれる。油圧ライン350、351、352、353、354、355、356、357、358、359、360、361、362、363、364、365、366、367、368、369及び370は、更に以下で説明するように、さまざまな構成要素を接続する。制御システム348(図8のみに示す)が、更に以下で説明するように、各種弁を制御する。明確にする目的で、制御システム348と各種弁との接続は、図8に示されていない。

0110

さまざまな動作条件下での作業機械の動作は、以下のとおりである。

0111

システム起動
機械302が一時的に(例えば一晩)使われなかった場合、どの油圧ラインのどの油圧も通常はゼロに減衰しているので、フライホイール322が静止し、エンジン312が静止している。エンジンを起動する前に、制御システムは弁334B、342及び344を閉じるように動作する。制御システムは弁340を開く。制御システムは、油圧ライン367及び363が接続され、ライン368自体がライン367及び363の両方から分離されるように、流路切替弁332を動作させる。制御システムは、弁346と弁338を開く。

0112

エンジン312が起動されると、エンジン312はポンプ314駆動し、ポンプ314はタンク316から油圧ライン350を用いて油圧流体をくみ上げ、油圧ライン351、352、353、354、370、366、365、362、364を加圧する。

0113

上述したように、吸入逆止弁336は、ライン362内の加圧流体がライン361に移動するのを防ぐ。弁342が閉じているので、結果として油圧ライン357は加圧されない。弁334Bが閉じているので、結果としてライン368及び369は、ライン366からの流体によって加圧されない。

0114

従って、油圧流体は、エンジン駆動式ポンプ314から油圧機械320に供給される。油圧機械320はモータとして動作するように構成されており、制御システムがクラッチ324を係合させているため、油圧機械320の回転が運動エネルギー貯蔵装置322へのエネルギーの間接的な移動を引き起こし、従って、運動エネルギー貯蔵装置322はその初めの静止状態から速度を上げる。

0115

油圧機械から運動エネルギー貯蔵装置へのエネルギーの移動の間、制御システムは、油圧機械320の容量を変化させる。従って、初めは運動エネルギー貯蔵装置のフライホイール速度は比較的低く、制御システムは、(例えば、斜板ポンプ/モータの斜板角を比較的高角度に設定することにより)油圧機械の変位容量を比較的高く設定する。エネルギーが運動エネルギー貯蔵装置に移動されるにつれて、フライホイールは回転速度が徐々に増加し、制御システムは油圧機械の変位容量を徐々に小さくする。このように、油圧機械の回転速度は、フライホイールの回転速度が増加するにつれて徐々に増加する。

0116

油圧流体が油圧機械320を通過すると、油圧流体は連続して油圧ライン367、363及び359に入り、アンチキャビテーション弁338(制御システムによって開かれている)を通過するとすぐに、ライン360に入り、最終的にタンク318に移動する。弁344が閉じているので、この戻り流体はライン356に入らない。

0117

図9は、システム起動中の流体の流れを示しており、表1は、弁のさまざまな位置をまとめたものである。

0118

フライホイールのアイドリング
システム起動時にフライホイールの速度は徐々に増加し、それが所定の最大アイドル速度に達すると、結果としてクラッチ324が解放され、弁346が閉じられる。これが起きると、フライホイールの速度は、フライホイール機構内部摩擦の結果として、徐々に減少する。フライホイールが所定の最小アイドル速度に達すると、次に弁346が開放され且つクラッチ324が再係合され、制御システムは、所定の最大アイドル速度が達成され、そこで弁346が再び閉じられ且つクラッチ324が再び解放されるまで、フライホイールの速度が増加するように(上述のように)油圧機械の変位容量を制御する。このようにして、フライホイールは、サービス303が動作するまで、その最大アイドル速度とその最小アイドル速度との間の速度で動作し続けることができる。

0119

油圧サービスからのエネルギー回収
油圧面303からエネルギーを回収するために、主油圧室328内の加圧油圧流体が油圧機械320に供給され、次いで油圧機械320がフライホイール322の速度を増加させるように油圧モータとして働く。

0120

より詳細には、弁334Bは、制御システムにより開かれ、それによって油圧ライン369を油圧ライン366に連結する。弁340、弁346及び弁342は全て閉じられ、弁344は開放される。

0121

このような状況では、主油圧室328からの加圧油圧流体は、油圧ライン369に入って、弁334Bを通って、油圧ライン366に入って、油圧ライン365に入って、油圧ライン364に入って、油圧機械320を通り、油圧機械320はモータとして働く。クラッチ324が係合し、それに応じてモータが運動エネルギー貯蔵装置322にエネルギーを移動させ、次いで運動エネルギー貯蔵装置322がエネルギーを運動の形態で貯蔵するために(最大アイドル速度より速い速度まで)スピードを上げる。油圧機械から運動エネルギー貯蔵装置へのエネルギーの移動中に、制御システムは油圧機械320の容量を変化させる。従って、初めは運動エネルギー貯蔵装置の回転速度は、最小アイドル速度と最大アイドル速度との間のいずれかである。制御システムは、(例えば、斜板ポンプ/モータの斜板角を適切な角度に設定することによって)油圧機械の容量を適切な変位量に設定する。エネルギーが運動エネルギー貯蔵装置に移動されるにつれて、フライホイールは回転速度が徐々に増加し、制御システムは(例えば、斜板ポンプ/モータの斜板角を小さくすることによって)油圧機械の変位容量を徐々に減少させる。このようにして、油圧機械の回転速度は、フライホイールの回転速度が増加するにつれて徐々に増加する。

0122

油圧流体は、次にライン367に入り、流路切替弁332を通ってライン363に移動する。この油圧流体の一部は、ロッド側油圧室330に流体を補充するためにライン355に入って、開放弁344を通って、ライン356に入って、ライン358に入る。ライン363を通過する油圧流体の残りは、ライン359に入って、開いたアンチキャビテーション弁338を通って、ライン360を通って、タンク318に入る。

0123

図10は、油圧サービス303からエネルギーが回収される場合に油圧流体がシステム内でどのように流れるかを示す。

0124

油圧サービスからのエネルギー回収時の余剰エネルギー散逸
特定の状況下で、油圧回路から回収されるエネルギーの量が、運動エネルギー貯蔵装置に供給することができるエネルギーの量を超えることがある。

0125

従って、運動エネルギー貯蔵装置の入力軸に加えることができる最大トルクが制限されることがあり、例えば、運動エネルギー貯蔵装置の入力軸に過度トルク印加されると、結果として損傷が発生する可能性がある。従って、サービス303から潜在的に回収可能な全ての動力を運動エネルギー貯蔵装置322に移動させることができない、特定の状況が存在し得る。特に、油圧サービス303が図1に示すようなバックホーアーム23Bなどのバックホーアームを上げ下げする油圧ラムである場合、下降するアームのエネルギーを運動エネルギー貯蔵装置322に移動できるのより速くアームを下げることを作業機械のオペレーターが望む状況があり得る。このような状況では、弁340及び342は、油圧機械320からの油圧流体を主油圧室328から離れるようにそらすために部分的に開かれることができる。図11は、ライン366からの油圧流体の一部が、ライン370に入って、弁340を通ってライン354に入り、ライン353に入って、弁342を通って、ライン357に入って、その後ライン358を通ってロッド側油圧室330に移動するのを示す。主油圧室328からの油圧流体の残りは、その油圧流体からエネルギーを回収するために、図10に示したのと同様に、油圧機械320(その容量は上述のように制御システムによって制御される)、流路切替弁322及び弁334を通る。

0126

回収エネルギーの再利用
回収されたエネルギーを再利用するために、油圧機械は、運動エネルギー貯蔵装置によって動力を供給され、加圧油圧流体を油圧サービス303の主油圧室328に供給するために油圧ポンプとして働く。

0127

より詳細には、弁340,342及び346は閉じられ、弁344は開かれる。弁334Bは閉じられる。流路切替弁332はライン367をライン368に連結し、それによってライン363を両方のライン367及び368から分離する。

0128

予め運動エネルギー貯蔵装置322に貯蔵された運動エネルギーは、クラッチ324及びトランスミッション325によって油圧機械320に移動され、油圧機械320はポンプとして働き、油圧流体をタンク318からライン361を通して、逆止弁336及びライン362及び364を通してくみ上げる。ポンプとして働く油圧機械320によって加圧された油圧流体は、次いでライン367に入り、流路切替弁332を通ってライン368に入り、逆止弁334Aを通ってライン369に入り、主油圧室328に入り、それによって作業を行うように油圧サービス303を動作させる。ピストン304が油圧ラム326内で移動するにつれて主油圧室328の容積が増加すると、その結果、ロッド側油圧室330の容積が減少し、油圧流体を、油圧ライン358に入って、油圧ライン356を通って、開放弁344を通って、油圧ライン355を通って、油圧ライン359を通って、開いたアンチキャビテーション弁338を通って、ライン360を通って、タンク318に入らせる。

0129

運動エネルギー貯蔵装置から油圧機械へのエネルギーの移動中に、制御システムは、油圧機械の容量を変化させる。従って、初めは運動エネルギー貯蔵装置のフライホイール速度は比較的高い。制御システムは、(例えば、斜板ポンプ/モータの斜板角を比較的低角度に設定することによって)油圧機械の変位容量を比較的低く設定する。エネルギーが運動エネルギー貯蔵装置から油圧機械に移動されるにつれて、運動エネルギー貯蔵装置のフライホイールは回転速度が徐々に低下し、制御システムは油圧機械の変位容量を徐々に増加させる。このように、フライホイールの回転速度が徐々に低下するにつれて、油圧機械の回転速度が徐々に低下する。

0130

図12は、このような状況下での油圧流体の流れを示す。

0131

油圧サービスを動作させるのにエンジン出力のみを使用
油圧サービスを動作させるのに必要なエネルギーの総量が、運動エネルギー貯蔵装置に貯蔵されたエネルギーより大きい、特定の状況があり得る。一例として、オペレーターはブームなどをその完全な高さに合わせることを必要とし、一方、運動エネルギー貯蔵装置に貯蔵されたエネルギーは、ブームなどをその完全な高さの半分に持ち上げるのに十分なだけしかないことがある。このような状況では、ブームをその完全な高さの半分に持ち上げるのに必要なエネルギーが運動エネルギー貯蔵装置によって供給され、ブームをその完全な高さの半分からその完全な高さに持ち上げるのに必要なエネルギーがエンジンによって供給される。

0132

これらの後者の状況では、エンジン312がエンジン駆動式ポンプ314を駆動し、エンジン駆動式ポンプ314がタンク316からライン350を通して油圧流体をくみ上げ、加圧油圧流体を、ライン351を通して、開放弁346を通して、開放弁340を通して、ライン370及びライン366を通して、開放弁344Bを通して供給し、それによって、この例ではブームを半分の高さから完全な高さに持ち上げるために油圧流体を主油圧室328に供給する。油圧機械320が斜板ポンプである実施形態では、流体が油圧機械を通るのを防ぐために、斜板をゼロ度の角度に設定することができる。代わりに又は追加として、流体が油圧機械を通るのを防ぐために別個の弁を設けることができ、例えば、この目的のために、油圧ライン365又は油圧ライン364に弁を配置することができる。

0133

図13は、このような状況下での油圧流体の流れを示す。ロッド側油圧室330からの戻り流れは、図12に示したのと同様に、油圧ライン358及び356、開放弁344、油圧ライン355及び359、開いたアンチキャビテーション弁338、ライン360を通ってタンク318に至る。

0134

油圧サービスを動作させるのにエンジン出力及び回収エネルギーを使用
特定の状況下では、油圧サービスを動作させるのに必要なエネルギー量が運動エネルギー貯蔵装置によって供給されることができるエネルギーの量を超えることがある。例えば、油圧サービス303が、図1に示すようなバックホーアーム23Bなどのバックホーアームを上げ下げする油圧ラムである場合、運動エネルギー貯蔵装置が供給できるのより多くの動力を必要とする速度でアームを持ち上げることを作業機械のオペレーターが望む状況があり得る。このような状況では、図12に示すような、油圧機械320から弁ブロック334への加圧油圧流体の流れは、図13に示すようなエンジン駆動式ポンプ314から弁ブロック334に到達する加圧された油圧流と組み合わせられる。このような状況では、図14から最も良く理解されるように、油圧機械320からの流れは、ライン368を通して、チェックパス334Aを通してライン369に移され、エンジン駆動式ポンプ314からの流れは、ライン366を通して、開放弁334を通して、ライン369に入る。

0135

作業機械302は、いかなるタイプの作業機械であってもよく、特にバックホーローダーマシン(その一例が図1に示される)に限定されるものではない。油圧サービス303は、油圧ラムであることに限定されるものではない。油圧サービス303は、作業機械の一部分を作業機械の別の部分に対して「回転する」ように動作することができる。油圧サービス303が油圧ラムである場合、油圧ラムは、バケットをフロントローディングアームに対して旋回させることができ、又はフロントローディングアームをシャーシに対して旋回させることができ、又はバックホーのアームをキャリッジに対してほぼ水平な軸のまわりで旋回させることができ、又はディッパーアームをバックホーアームに対して旋回させることができ、又はバケットをディッパーアームに対して旋回させることができ、又は作業機械のシャーシに対する安定脚の伸長及び/又は収縮を引き起こすことができ、又はキャリッジをシャーシに対して横方向に移動させることができる。しかしながら、油圧サービス303が油圧ラムである場合、上述したように操作されることに限定されず、当業者は、他のタイプの油圧サービスが知られており、油圧サービス303に適用可能であることを容易に理解するであろう。

0136

エンジン312は、内燃エンジン、特にディーゼルエンジンなどの圧縮点火内燃エンジン、又はガソリンエンジンなどの火花点火内燃エンジンであることができる。しかしながら、他のタイプのエンジンも本発明に適用可能である。エンジン駆動式ポンプ14は、固定容量ポンプであることができ、又は可変変位量ポンプであることができる。エンジン駆動式ポンプ314はエンジンに直接連結されることができ、すなわち、エンジン速度で駆動されることができ、或いは、歯車装置を介してエンジンに連結されることができ、従ってエンジン速度で回転されることもエンジン速度で回転されないこともできる。

0137

理解を容易にするため、タンク316及び318は別個のタンクとして示されているが、通常は単一の共通のタンクであることができる。

0138

一例では、運動エネルギー貯蔵装置322は、フライホイール、特に固体のフライホイールである(すなわち、流体のフライホイールではない)。装置322は、クラッチ324及びトランスミッション325を介して油圧機械320に連結される。運動エネルギー貯蔵装置322がクラッチ324に連結され、次いでクラッチ324がギアボックス325に連結され、次いでギアボックス325が油圧機械320に連結されることができ、或いは、運動エネルギー貯蔵装置322がギアボックス325に連結され、次いでギアボックス325がクラッチ324に連結され、次いでクラッチ324が油圧機械320に連結されることができる。ギアボックスは、遊星ギアボックスであることができる。ギアボックスが遊星ギアボックスである場合、クラッチは、遊星ギアボックスの一部分の遊星ギアボックスの他の部分に対する移動を防ぐために選択的に係合させることができ、且つ、遊星ギアボックスの一部分が遊星ギアボックスの他の部分に対して移動するのを可能にするために選択的に解放することができる。特に、クラッチは、遊星ギアリングギアが遊星ギアボックスのケーシングに対して回転するのを防ぐために係合させることができる。油圧機械から運動エネルギー貯蔵装置にエネルギーを移動させるために、油圧機械が遊星ギアボックスの遊星歯車を駆動することができ、次いで遊星歯車が遊星ギアボックスの太陽歯車を駆動し、次いで太陽歯車が運動エネルギー貯蔵装置を駆動する。運動エネルギー貯蔵装置から油圧機械にエネルギーを移動させるために、運動エネルギー貯蔵装置が遊星ギアボックスの太陽歯車を駆動することができ、次いで太陽歯車が遊星ギアボックスの遊星歯車を駆動することができ、次いで遊星歯車が油圧機械を駆動することができる。

0139

流路切替弁332は、油圧パイロット信号によって作動させることができ、又はソレノイドによって作動させることができる。図14に示すような弁334Bは、可変オリフィスソレノイド作動弁であり、更なる実施形態では、この弁のパイロット圧作動が可能であり、代替的な可変式弁を使用することができる。弁338は、ソレノイド作動弁であることができ、それは比例弁であることができる。弁340、342及び344は、ソレノイド作動式可変弁であることができる。作業機械302は、排気後処理システムを内蔵することができる。このような状況下では、通常の運転温度より低い温度で排気後処理システムを開始することによって、作業機械302を動作させることができ、運動エネルギー貯蔵装置322にエネルギーを貯蔵し且つ排気後処理システムの温度を上昇させるように、エンジン312が起動されることができ且つ運動エネルギー貯蔵装置322がエンジンに負荷を加えることができる。

0140

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