JP6456144B2 - 油圧システム、油圧システムを含む車両、及び油圧システムを含む車両又は内燃エンジンの動作方法 - Google Patents

Description

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。

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は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。

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。

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、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。

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、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。

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に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。

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。

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。

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の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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

車両は、荷役車両であることができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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に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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。燃料空気混合気が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。

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の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。

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。

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。

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。

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の唯一の相違点は、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、摩擦損失と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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の散逸
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。

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のトルクが印加されると、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。

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。

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。

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。

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。

図１２は、このような状況下での油圧流体の流れを示す。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、遊星ギアの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。

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。

Claims (19)

1. 油圧流体と、
   前記油圧流体を加圧するための油圧機械と、
   前記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、
   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前記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フライホイールであり、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ギアボックスを介して前記油圧機械に動作可能に連結され、
   前記油圧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前記油圧流体によるエネルギーを前記フライホイールに移動させるために動作可能であるように構成され、
   前記油圧機械は可変容量油圧機械であり、
   前記油圧機械は、前記油圧流体を加圧するための第１油圧機械と、前記油圧流体を前記油圧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、前記フライホイールは、前記第２油圧機械に動作可能に連結され、前記油圧システムは、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前記油圧流体によるエネルギーを前記フライホイールに移動させるために動作可能であるように構成される、油圧システム。
2. 前記油圧システムは、前記油圧機械が前記フライホイールから前記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。
3. 前記油圧機械及び前記油圧回路は、前記フライホイール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。
4. 前記油圧機械及び前記油圧回路は、前記フライホイール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。
5. 前記フライホイールは、前記油圧機械から前記フライホイール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４のいずれか１項に記載の油圧システム。
6. 前記フライホイールは、前記フライホイール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５のいずれか１項に記載の油圧システム。
7. 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１から６のいずれか１項に記載の油圧システム。
8. 請求項１から７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。
9. 請求項１から６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油圧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フライホイールに貯蔵することと
   を含む方法。
10. 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７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前記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、
    前記フライホイール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内燃エンジンに負荷を加えるために前記フライホイールを使用するステップと
    を含み、
    前記内燃エンジンは前記油圧機械を駆動するエンジンである、方法。
11. 請求項１から６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、
    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前記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、
    前記フライホイール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内燃エンジンに負荷を加えるために前記フライホイールを使用するステップと
    を含み、
    前記内燃エンジンは前記油圧機械を駆動するエンジンである、方法。
12. 請求項１から６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）加圧された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）前記加圧された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フライホイール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フライホイールに一時的に貯蔵するステップと
    を含む方法。
13. ステップｂ）の間及び／又はステップｃ）の間及び／又はステップｄ）の間に、前記油圧アクチュエータによって供給される前記加圧された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、請求項１２に記載の方法。
14. ステップｃ）の間に、前記油圧アクチュエータによって供給される前記加圧された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、前記加圧された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１３に記載の方法。
15. エネルギーを後に前記フライホイールから前記油圧機械に移動させることと、
    前記油圧機械が前記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前記加圧された油圧流体を供給することと
    を含む、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 請求項１から７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された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油圧機械から前記フライホイール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フライホイールに一時的に貯蔵するステップと
    を含む方法。
17. エネルギーを後に前記フライホイールから前記第１油圧機械に移動させることと、
    前記第１油圧機械が前記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前記加圧された油圧流体を供給することと
    を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記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前記加圧された油圧流体を供給することと
    を含む、請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 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前記加圧された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前記加圧された油圧流体を供給することを含む、請求項１７に従属する場合の請求項１８に記載の方法。

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