JP2016500796A - 一体型ブーム／スイング回路を備えたエネルギー回収システム - Google Patents

Abstract

機械（１０）のためのエネルギー回収システム（５０）を開示する。前記エネルギー回収システムは、作業ツール（１６）を移動させる少なくとも１つの線形アクチュエータ（２８）、及び前記少なくとも１つの線形アクチュエータから加圧流体を選択的に収集し、前記少なくとも１つの線形アクチュエータに前記加圧流体を排出して戻すブームアキュムレータ（２３６）を有するブーム回路（５４）を備えてもよい。前記エネルギー回収システムはまた、前記作業ツールを移動させるスイングモーター（４９）、及び前記スイングモーターから加圧流体を選択的に収集し、前記スイングモーターに前記加圧流体を排出して戻すスイングアキュムレータ（１０８）を有するスイング回路（５２）を備えてもよい。前記エネルギー回収システムはさらに、前記ブームアキュムレータと前記スイングアキュムレータとを流体接続する共通アキュムレータ通路（２６６）を備えてもよい。【選択図】図２

Description

本開示は、エネルギー回収システム全般に関し、特に、一体型ブーム／スイング回路を備えたエネルギー回収システムに関する。

例えば、油圧掘削機及びフロントショベル等のスイング式掘削機械は、採掘位置から排出位置まで資材を移動するため、相当な油圧と流量を必要とする。このような機械は、スイングを開始する度に荷積された作業ツールを加速するために、スイングモーターにより、スイング回路のエンジン駆動ポンプから高圧流体を押し出した後、スイングを終了させる度に作業ツールを減速して停止するため、スイングモーターからの流量を制限する。さらにこのような機械は一般的に、専用のポンプを備えたブーム回路と、スイング動作と同時又は独立して、ともに作業ツールを昇降させるよう機能するアクチュエータとを備える。

この種の油圧機構に関連の問題の一つに、効率が挙げられる。特にスイングを終了させる度にスイングモーターから流出する流体、及び／又は、作業ツールを下降させる間にリフトアクチュエータから流出する流体は、荷積された作業ツールの推進力及び／又は重量が故に、比較的高い圧力下に置かれ得る。高圧流体に関連のエネルギーは、回収されなければ、浪費されることがある。さらにスイングを減速する間、この高圧流体に制限を加えることにより、結果として流体を加熱し得ることとなり、機械の冷却能力を強化しなければならなくなる。

スイング式機械の効率を改善する試みの１つとして、２０１１年３月１５日発行のＳｔｅｐｈｅｎｓｏｎらによる米国特許第７，９０５，０８８号の開示がある（‘０８８号特許）。この‘０８８号特許は特に、シャトル弁、圧力作動弁、及び制御弁によってスイング回路に関連付けられたブーム回路を有するエネルギー回収システムを開示している。機械のスイング回転が停止に近づくと、スイング回路からの加圧流体がシャトル弁及び圧力作動弁を通じて押し進み、ブーム回路のアキュムレータに流入する。ここで貯留された流体は、ブーム回路によって用いられることにより、ブームシリンダの動きを補助することもでき、或いはスイングポンプからの流体の流れの代わりとして、若しくは、スイングポンプからの流体の流れを補うべく、制御弁を介してスイング回路のスイングモーターを通じて戻すこともできる。

‘０８８号特許のエネルギー回収システムは、加圧流体の貯留及び再利用により、状況によってはスイング式機械の効率の改善に役立つこともあるが、依然として最適ではない。特に、余剰の貯留流体が存在するのに、ブームもスイング回路も流体を必要としないこと、若しくは、余剰の流体の圧力が確保及び再利用に相応しくないこともある。このとき、追加でエネルギー確保を遂行することはできず、関連のエネルギーが浪費されることもある。さらに‘０８８号特許の単一のアキュムレータは、双方の回路から利用可能な流体のすべてを確保するため、非常に大型でなければならないこともある。このようなアキュムレータのサイズにより、パッケージ化を困難にすることもあり、関連機械のサイズ及びコストの増加に繋がることもある。さらに、‘０８８号特許のエネルギー回収システムによると、確保したエネルギーの再利用に使える動作の数が限定されることもある。

本開示のエネルギー回収システムは、以上に述べた問題及びその他の従来の問題のうちの１つ以上を解決することを目的としている。

本開示の一様態は、エネルギー回収システムに関する。前記エネルギー回収システムは、作業ツールを移動させる少なくとも１つの線形アクチュエータ、及び前記少なくとも１つの線形アクチュエータから加圧流体を選択的に収集し、前記少なくとも１つの線形アクチュエータに前記加圧流体を排出して戻すブームアキュムレータを有するブーム回路を備えてもよい。前記エネルギー回収システムはまた、前記作業ツールを移動させるスイングモーター、及び前記スイングモーターから加圧流体を選択的に収集し、前記スイングモーターに前記加圧流体を排出して戻すスイングアキュムレータを有するスイング回路を備えてもよい。前記エネルギー回収システムはさらに、前記ブームアキュムレータと前記スイングアキュムレータとを流体接続する共通アキュムレータ通路を備えてもよい。

本開示の他の様態は、エネルギーの回収方法に関する。前記方法は、作業ツールを移動させるため、加圧流体を線形アクチュエータに送るステップと、前記線形アクチュエータからの加圧流体をブームアキュムレータ内に貯留するステップとを備えてもよい。前記方法はまた、前記作業ツールを移動させるため、加圧流体をスイングモーターに送るステップと、前記線形アクチュエータからの加圧流体をスイングアキュムレータに貯留するステップとを備えてもよい。前記方法はさらに、前記ブームアキュムレータ及び前記スイングアキュムレータを選択的に連通するステップを備えてもよい。

図１は、運搬車両とともに、作業現場で動作する本開示の一例としての機械を示す図である。 図２は、図１に示す機械とともに使用されてもよい、本開示の一例としてのエネルギー回収システムの概略図である。 図３は、図１に示す機械とともに使用されてもよい、本開示の一例としてのエネルギー回収システムの概略図である。 図４は、図１に示す機械とともに使用されてもよい、本開示の一例としてのエネルギー回収システムの概略図である。

図１は、土砂資材を掘削し、付近の運搬車両１２に積載するよう協働する複数のシステム及び構成要素を備えた一例としての機械１０を示す。図示の例によると、機械１０は、油圧式掘削機である。しかしながら機械１０は、代わりに、バックホー、フロントショベル、引網式掘削機、クレーン、又はその他の同様の機械等、他のスイング式掘削機又は資材取扱い機械として具体化できると考えられる。機械１０は、中でも、採掘溝内又は採掘山の採掘箇所１８と、例えば運搬車両１２上等の排出箇所２０との間で作業ツール１６を移動させる実装システム１４を備えてもよい。機械１０はまた、実装システム１４を手動制御するためのオペレータステーション２２を備えてもよい。機械１０は、所望により、吊り上げ、溝掘り、資材取扱い等、トラック積載以外の動作を実施してもよいと考えられる。

実装システム１４は、作業ツール１６を移動させるため、流体アクチュエータによって作用される連結構造を備えてもよい。具体的には、実装システム１４は、一対の隣接する複動式油圧シリンダー２８（図１では１つのみ示す）により、作業面２６に対して垂直に旋回可能なブーム２４を備えてもよい。実装システム１４はまた、単一の複動式油圧シリンダー３６により、ブーム２４に対して水平旋回軸３２周りを垂直に旋回するスティック３０を備えてもよい。実装システム１４はさらに、スティック３０に対して水平旋回軸４０周りで垂直に作業ツール１６を傾斜させるために、作業ツール１６に対して動作可能に連結された単一の複動式油圧シリンダー３８を備えてもよい。ブーム２４は、機械１０のフレーム４２に対して旋回可能に接続されてもよく、フレーム４２は、車台部材４４に対して旋回可能に連結され、スイングモーター４９により、垂直軸４６周りをスイングしてもよい。スティック３０は、旋回軸３２及び４０により、作業ツール１６をブーム２４に対して旋回可能に接続してもよい。所望により、実装システム１４内に設けられる流体アクチュエータの数はこれより多くても少なくてもよく、前述の方法以外の方法で連結されてもよいと考えられる。

複数の異なる作業ツール１６を、単一の機械１０に取り付け可能であってもよく、オペレータステーション２２を介して制御可能であってもよい。作業ツール１６には、例えば、バケット、フォーク機構、ブレード、ショベル、粉砕機、せん断装置、グラップル、グラップルバケット、磁石、又は従来既知のその他のタスク実施装置等、特定のタスクを実施するために使用される任意の装置が含まれてもよい。図１の実施形態において、作業ツール１６は、機械１０に対して上昇し、スイングし、且つ傾斜するよう接続されるが、代替又は追加として、回転、スライド、伸張、開閉、又は従来既知のその他の方法で動いてもよい。

オペレータステーション２２は、作業ツールの所望の動きを示す、機械オペレータからの入力を受信してもよい。具体的には、オペレータステーション２２は、例えば、オペレータの座席（図示せず）付近に配置された単軸又は複軸のジョイスティックとして具体化される１つ以上の入力装置４８を備えてもよい。入力装置４８は、作業ツールの所望の速度及び／又は特定方向への力を示す作業ツール位置信号を生成することにより、作業ツール１６を配置及び／又は配向する比例型コントローラであってもよい。位置信号を使用して、油圧シリンダー２８、３６、３８及び／又はスイングモーター４９のうちのいずれか１つ以上を駆動してもよい。例えば、ホイール、ノブ、プッシュプル装置、スイッチ、ペダル、及び従来既知のその他のオペレータ入力装置等、異なる入力装置が代替又は追加としてオペレータステーション２２内に含まれてもよいと考えられる。

図２に示すように、機械１０は、実装システム１４を動かすよう協働する複数の流体構成要素（図１参照）を有したエネルギー回収システム５０を備えてもよい。特に、エネルギー回収システム５０は、スイングモーター４９と関連付けられたスイング回路５２と、油圧シリンダー２８と関連付けられたブーム回路５４と、油圧シリンダー３６及び３８と関連付けられた少なくとも１つの他の回路（図示せず）を備えてもよい。

スイング回路５２は、中でも、ポンプ５８からスイングモーター４９に、またスイングモーター４９から低圧タンク６０に、加圧流体の流れを規制するよう接続されたスイング制御弁５６を備えてもよい。この流体規制は、入力装置４８を介して受信したオペレータのリクエストに応じて、作業ツール１６を軸４６周り（図１参照）にスイングさせるよう機能してもよい。

スイングモーター４９は、インペラ６４のいずれかの側に配置された第１チャンバ及び第２チャンバ（図示せず）を少なくとも部分的に形成するハウジング６２を備えてもよい。第１チャンバが（例えば、ハウジング６２内に形成された第１チャンバ通路６６を介して）ポンプ５８の出力に接続され、第２チャンバが（例えば、ハウジング６２内に形成された第２チャンバ通路６８を介して）タンク６０に接続される場合、インペラ６４は、第１の方向（図２に示す）に回転するよう駆動されてもよい。逆に、第１チャンバが第１チャンバ通路６６を介してタンク６０に接続され、第２チャンバが第２チャンバ通路６８を介してポンプ５８に接続される場合、インペラ６４は、反対方向（図示せず）に回転するよう駆動されてもよい。インペラ６４を通る流体の流量はスイングモーター４９の回転速度に関連してもよく、インペラ６４を横切る圧力差はその出力トルクに関連してもよい。

スイングモーター４９には、補給機能及び逃し機能が内蔵されてもよい。特に、補給通路７０及び逃し通路７２は、第１チャンバ通路６６と第２チャンバ通路６８の間で、ハウジング６２内に形成されてもよい。対向する一対の逆止弁７４と対向する一対の逃し弁７６は、各々、補給通路７０及び逃し通路７２内に配されてもよい。低圧通路７８は、逆止弁７４の間と逃し弁７６の間との位置において、補給通路７０及び逃し通路７２の各々と接続されてもよい。低圧通路７８と第１チャンバ通路６６及び第２チャンバ通路６８との間の圧力差に基づき、逆止弁７４の一方を開放し、低圧通路７８から第１チャンバ及び第２チャンバのうちのより圧力が低い方へ流体を流してもよい。同様に、第１チャンバ通路６６及び第２チャンバ通路６８と低圧通路７８との間の圧力差に基づき、逃し弁７６の一方を開放し、第１チャンバ及び第２チャンバのうちのより圧力が高い方から低圧通路７８へ流体を流してもよい。通常、実装システム１４がスイング動作を行う間、第１チャンバと第２チャンバの間には相当な圧力差が存在することもある。

ポンプ５８は、タンク６０から入口通路８０を介して流体を引き出し、この流体を所望のレベルまで加圧し、この流体を排出通路８２を介してスイング回路５２内へ排出するよう、機械１０のエンジン５９によって駆動されてもよい。所望により、ポンプ５８からスイング回路５２内への加圧流体の一方向の流れを提供するため、逆止弁８３を排出通路８２内に配してもよい。ポンプ５８は、例えば、可変変位ポンプ（図２に示す）、固定変位ポンプ、又は従来既知のその他のソースとして具体化されてもよい。ポンプ５８は、例えば、副軸（図示せず）、ベルト（図示せず）、電気回路（図示せず）、又はその他の好適な方法により、機械１０のエンジン５９又はその他の電源に対して駆動可能に接続されてもよい。或いは、ポンプ５８は、トルク変換器、減速ギアボックス、電気回路、又はその他の好適な方法により、機械１０のエンジン５９に間接的に接続されてもよい。ポンプ５８は、少なくとも部分的に、オペレータのリクエストした動きに対応する、スイング回路５２内のアクチュエータの要求によって判定される圧力レベル及び／又は流量を有する加圧流体の流れを生成してもよい。排出通路８２は、スイング回路５２内で、スイング制御弁５６と、スイング制御弁５６とスイングモーター４９の間に延びる第１チャンバ導管８４及び及び第２チャンバ導管８６とを各々介して、第１チャンバ通路６６及び第２チャンバ通路６８に接続されてもよい。

タンク６０は、流体の低圧供給を維持する容器を構成してもよい。流体には、例えば、専用油圧オイル、エンジン潤滑油、変速機潤滑油、又は従来既知のその他の流体が含まれてもよい。機械１０内の１つ以上の油圧回路が、タンク６０から流体を引き出し、タンク６０に流体を戻してもよい。エネルギー回収システム５０は、所望により、複数の個別の流体タンク（図２に示す）又は単一のタンクに接続されてもよい。タンク６０は、復帰通路８８を介してスイング制御弁５６に流体接続されてもよく、スイング制御弁５６と第１チャンバ導管８４及び第２チャンバ導管８６とを各々介して第１チャンバ通路６６及び第２チャンバ通路６８に流体接続されてもよい。タンク６０はまた、低圧通路７８に接続されてもよい。所望により、タンク６０内に向かう流体の一方向の流れを促進し、且つ／又は、所望の逆流圧力を維持するために、１つ以上の逆止弁９０を復帰通路８８内に配してもよい。

スイング制御弁５６は、スイングモーター４９の回転と実装システム１４の対応するスイング動作とを制御するよう移動可能な要素を有してもよい。具体的には、スイング制御弁５６は、第１チャンバ供給要素９２と、第１チャンバ排液要素９４と、第２チャンバ供給要素９６と、第２チャンバ排液要素９８とを備えてもよく、これらはすべて共通のブロック又はハウジング９７内に配される。第１チャンバ供給要素９２及び第２チャンバ供給要素９６は、ポンプ５８からの流体による各チャンバの充填を規制するべく、排出通路８２と並列に接続されてもよく、第１チャンバ排液要素９４及び第２チャンバ排液要素９８は、各チャンバからの流体の排液を規制すべく、復帰通路８８と並列に接続されてもよい。例えば、逆止弁当の補給弁９９は、排出通路８２と第１チャンバ排液要素９４の出口との間、且つ、排出通路８２と第２チャンバ排液要素９８の出口との間に配されてもよい。

第１方向（図２に示す）へ回転するようスイングモーター４９を駆動するため、第１チャンバ供給要素９２は、ポンプ５８からの加圧流体が排出通路８２及び第１チャンバ導管８４を介してスイングモーター４９の第１チャンバに入るようにシフトされてもよく、第２チャンバ排液要素９８は、スイングモーター４９の第２チャンバからの流体が第２チャンバ導管８６及び復帰通路８８を介してタンク６０に排液されるようにシフトされてもよい。反対方向へ回転するようにスイングモーター４９を駆動するため、第２チャンバ供給要素９６は、ポンプ５８からの加圧流体でスイングモーター４９の第２チャンバと連通するようにシフトされてもよく、第１チャンバ排液要素９４は、流体がスイングモーター４９からタンク６０に排液されるようシフトされてもよい。スイング制御弁５６の供給機能及び排液機能は双方とも（すなわち、４つの異なる供給要素及び排液要素の機能）、所望により、代わりに、第１チャンバに関連付けられた単一の弁要素と第２チャンバに関連付けられた単一の弁要素とにより、若しくは、第１チャンバ及び第２チャンバの双方に関連付けられた単一の弁要素により実施されてもよい。

スイング制御弁５６の供給要素及び排液要素９２〜９８は、コントローラ１００によって発行された流量及び／又は位置に関するコマンドに応じて、ばね付勢に対抗してソレノイド移動できてもよい。特に、スイングモーター４９は、第１チャンバ及び第２チャンバに出入りする流体の流量と対応する速度で回転してもよい。従って、オペレータの望むスイング速度を達成するため、推定又は測定した圧力降下に基づくコマンドを供給要素及び排液要素９２〜９８のソレノイド（図示せず）に送ることにより、スイングモーター４９内への流体の流れに必要な量、これらを開放するようにしてもよい。このコマンドは、コントローラ１００によって発行される、流量コマンド又は弁要素位置コマンドの形態であってもよい。

スイング回路５２は、スイングモーター４９によって排出される廃液からエネルギーを選択的に抽出及び回収するエネルギー回収モジュール（ＥＲＭ）１０４に装着されてもよい。ＥＲＭ１０４は、中でも、ポンプ５８とスイングモーター４９の間で流体接続可能な回収弁ブロック（ＲＶＢ）１０６と、ＲＶＢ１０６を介してスイングモーター４９と選択的に連通するスイングアキュムレータ１０８と、スイングモーター４９と選択的且つ直接的に連通する補給アキュムレータ１１０とを備えてもよい。本開示の実施形態において、ＲＶＢ１０６は、例えばハウジング６２と直接、且つ／又は、ハウジング９７と直接接続するよう、スイング制御弁５６及びスイングモーター４９の一方又は双方と固定的且つ機械的に接続可能であってもよい。ＲＶＢ１０６は、第１チャンバ導管８４と流体接続可能な内部第１通路１１２と、第２チャンバ導管８６と流体接続可能な内部第２通路１１４とを備えてもよい。スイングアキュムレーター１０８は、導管１１６を介してＲＶＢ１０６に流体接続されてもよく、補給アキュムレータ１１０は、タンク６０と並列に、導管１１８を介して低圧通路７８及び復帰通路８８に流体接続可能であってもよい。

ＲＶＢ１０６は、切替弁１２０、スイングアキュムレータ１０８に関連付けられた充填弁１２２、スイングアキュムレータ１０８に関連付けられ、充填弁１２２と並列に配された排出弁１２４とを収容してもよい。切替弁１２０は、第１通路１１２及び第２通路１１４の圧力に基づき、第１通路１１２及び第２通路１１４の一方を充填弁１２２及び排出弁１２４と自動的に流体連通してもよい。充填弁１２２及び排出弁１２４は、流体を充填又は排出する目的で、スイングアキュムレータ１０８を切替弁１２０に流体連通するため、コントローラ１００からのコマンドに応じて選択的に移動可能であってもよい。

切替弁１２０は、第１通路１１２及び第２通路１１４の流体圧力に応じて（すなわち、スイングモーター４９の第１チャンバ及び第２チャンバ内の流体圧力に応じて）自動的に移動可能なパイロット操作の２位置３方向弁であってもよい。特に、切替弁１２０は、第１通路１１２が内部通路１２８を介して充填弁１２２及び排出弁１２４に流体連結される第１位置（図２に示す）から、第２通路１１４が通路１２８を介して充填弁１２２及び排出弁１２４に流体接続される第２位置（図示せず）へ向かって移動可能な弁要素１２６を備えてもよい。第１通路１１２が通路１２８を介して充填弁１２２及び排出弁１２４と流体接続される場合、第２通路１１４を通じた流体の流れは、切替弁１２０によって禁じられてもよく、逆も然りである。第１パイロット通路１３０及び第２パイロット通路１３２は、第１通路１１２及び第２通路１１４のうちのより圧力が高い方により、弁要素１２６を動かし、対応の通路を通路１２８を介して充填弁１２２及び排出弁１２４に流体接続させるよう、第１通路１１２及び第２通路１１４からの流体を弁要素１２６の両端に連通してもよい。

充填弁１２２は、通路１２８からの流体をスイングアキュムレータ１０８に入れるというコントローラ１００からのコマンドに応じて移動可能な、ソレノイド操作の可変位置２方向弁であってもよい。特に、充填弁１２２は、通路１２８からスイングアキュムレータ１０８内への流体の流れを禁じる第１位置（図２に示す）から、通路１２８がスイングアキュムレータ１０８と流体連結する第２位置（図示せず）に向かって移動可能な弁要素１３４を備えてもよい。弁要素１３４が第１位置から離間し（すなわち、第２位置にあるか、第１位置と第２位置の間の中間位置にある）、通路１２８内の流体圧力がスイングアキュムレータ１０８内の流体圧力を上回った場合、通路１２８からの流体がスイングアキュムレータ１０８に満たされる（すなわち、充填される）。弁要素１３４は、第１位置に向かってばね付勢され、コントローラ１００からのコマンドに応じて第１位置と第２位置の間の任意の位置に移動可能であり、これによって通路１２８からスイングアキュムレータ１０８内への流体の流量を変化させてもよい。逆止弁１３６は、充填弁１２２とスイングアキュムレータ１０８の間に配され、充填弁１２２を介してアキュムレータ１０８内への流体の一方向の流れを提供してもよい。

排出弁１２４は、構成が充填弁１２２と略同一であり、コントローラ１００からのコマンドに応じて、スイングアキュムレータ１０８からの流体を通路１２８に入れる（すなわち、排出する）よう選択的に移動可能であってもよい。特に、排出弁１２４は、スイングアキュムレータ１０８から通路１２８内への流体の流れが禁じられる第１位置（図示せず）から、スイングアキュムレータ１０８が通路１２８と流体接続される第２位置（図２に示す）に向かって移動可能な弁要素１３８を備えてもよい。弁要素１３８が第１位置から離間し（第２位置にあるか、又は第１位置と第２位置の間の中間位置にある）、スイングアキュムレータ１０８内の流体圧力が通路１２８内の流体圧力を上回った場合、スイングアキュムレータ１０８からの流体が通路１２８内に流れ込んでもよい。弁要素１３８は、第１位置にばね付勢されてもよく、コントローラ１００からのコマンドに応じて、第１位置と第２位置との間の任意の位置に移動可能であることにより、スイングアキュムレータ１０８から通路１２８内への流体の流量を変化させてもよい。逆止弁１４０は、スイングアキュムレータ１０８と排出弁１２４の間に配され、排出弁１２４を介してアキュムレータ１０８から通路１２８内に流体の一方向の流れを提供してもよい。

所望により、追加の圧力センサ１０２が、スイングアキュムレータ１０８に関連付けられ、スイングアキュムレータ１０８内の流体圧力を示す信号を生成してもよい。本開示の実施形態において、追加の圧力センサ１０２は、スイングアキュムレータ１０８と排出弁１２４の間に配されてもよい。しかしながら、追加の圧力センサ１０２は、所望により、代わりにスイングアキュムレータ１０８と充填弁１２２の間に配されるか、若しくは、スイングアキュムレータ１０８に直接接続されてもよい。追加の圧力センサ１０２からの信号は、コントローラ１００に送られ、充填弁１２２及び／又は排出弁１２４の動作を規制する際に使用されてもよい。

スイングアキュムレータ１０８及び補給アキュムレータ１１０は各々、スイングモーター４９で後に使用するために加圧流体を貯留しておく、圧縮ガスを充填した圧量容器として具体化されてもよい。圧縮ガスには、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、又はその他の適切な圧縮ガスが含まれてもよい。スイングアキュムレータ１０８及び補給アキュムレータ１１０と連通する流体がスイングアキュムレータ１０８及び補給アキュムレータ１１０の圧力を上回ると、流体がアキュムレータ１０８及び１１０内に流れ込んでもよい。内部のガスが圧縮性であるため、流体がスイングアキュムレータ１０８及び補給アキュムレータ１１０に流れ込む際、この内部のガスはばねのように振る舞って圧縮する。導管１１６及び１１８内に流体圧力が下降してスイングアキュムレータ１０８及び補給アキュムレータ１１０の圧力を下回ると、圧縮ガスは膨張し、流体をスイングアキュムレータ１０８及び補給アキュムレータ１１０内から押し出す。スイングアキュムレータ１０８及び補給アキュムレータ１１０は、所望により、代わりに膜／ばね付勢又はブラダ型のアキュムレータとして具体化されてもよい。

本開示の実施形態において、スイングアキュムレータ１０８は、補給アキュムレータ１１０に比して大型（すなわち、約５〜２０倍大きい）で高圧（すなわち、約５〜６０倍の高圧）のアキュムレータであってもよい。具体的には、スイングアキュムレータ１０８は、約３００バールの範囲の圧力を有する流体を蓄積してもよく、補給アキュムレータ１１０は、約５〜３０バールの範囲の圧力を有する、スイングアキュムレータ１０８の流体の約２０〜２５％を蓄積してもよい。このような構成によると、スイングアキュムレータ１０８は、主としてスイングモーター４９の動きを補助し、機械効率を向上するために使用され、補給アキュムレータ１１０は、主としてスイングモーター４９での廃棄率を低減する一助となる補給アキュムレータとして使用されてもよい。しかしながら、所望により、スイングアキュムレータ１０８及び／又は補給アキュムレータ１１０にはその他の容量及び圧力の流体が収容されてもよいと考えられる。

コントローラ１００は、スイングアキュムレータ１０８に選択的に充填及び排出を行わせることにより、機械１０の性能を改善してもよい。特に、スイングモーター４９によって導入される実装システム１４の通常のスイング動作は、スイングモーター４９が実装システム１４のスイング動作を加速している時間セグメントと、スイングモーター４９が実装システム１４のスイング動作を減速している時間セグメントとから成る。加速セグメントでは、従来ならポンプ５８によりスイングモーター４９に供給される加圧流体によって実現された、スイングモーター４９からの相当のエネルギーが必要となり、減速セグメントでは、従来ならタンク６０への排出によって浪費された加圧流体の形態で相当なエネルギーを生成してもよい。加速セグメント及び減速セグメントでは双方とも、スイングモーター４９が相当量の油圧エネルギーをスイング動作エネルギーに転換したり、またその逆を行ったりする必要があってもよい。しかしながら、減速している間にスイングモーター４９を通過する加圧流体は、依然として大きなエネルギーを蓄えている。減速セグメントの間、スイングモーター４９を通過する流体がスイングアキュムレータ１０８内に選択的に収集されれば、このエネルギを回復（すなわち、排出）することができ、次の加速セグメントでスイングモーター４９によって再利用することができる。スイングモーター４９は、選択的にスイングアキュムレータ１０８により、（排出弁１２４、通路１２８、切替弁１２０、及び第１チャンバ導管８４及び第２チャンバ導管８６のうちの適切な一方を介して）スイングモーター４９のより高圧の方のチャンバ内に加圧流体を単独又はポンプ５８からの高圧流体とともに排出させることで、ポンプ５８のみを介して排出した場合に比して、より少ないポンプ動力で同一又はそれ以上の割合でスイングモーター４９を推進することにより、加速セグメントの間に補助されることが可能である。スイングモーター４９は、選択的にスイングアキュムレータ１０８により、スイングモーター４９を流出した流体で充填を行うことで、スイングモーター４９の動きにさらなる抵抗を与え、スイングモーター４９を流出した流体の規制とそれに関連の冷却の要求を緩和することにより、減速セグメントの間に補助されることが可能である。

代替としての実施形態において、コントローラ１００は、スイングモーター４９を流出する流体とは対照的に、ポンプ５８を流出する流体によるスイングアキュムレータ１０８の充填を選択的に制御してもよい。つまり、ピークシェービングモード、すなわち経済的動作モードの間、コントローラ１００は、ポンプ５８及びエンジン５９が余剰の容量（すなわち、オペレータによるリクエストのとおり、作業ツール１６を動かすためにスイング回路５２によって要求される容量を上回る容量）を有する場合、スイングアキュムレータ１０８により、（例えば、制御弁５６、第１チャンバ導管８４及び第２チャンバ導管８６のうちの適切な一方、切替弁１２０、通路１２８、及び充填弁１２２）を介して、ポンプ５８から流出する液体で充填を行わせてもよい。この充填が行われる間、残りの流れがスイングアキュムレータ１０８に押し込まれるように、スイングモーター４９の出口の流れをポンプ５８からの流体の最大流量より少なく制限する必要があってもよい。そしてポンプ５８がスイングモーター４９に十分な電力を供給するのに十分な容量を有していない場合、事前にポンプ５８からスイングアキュムレータ１０８内に回収された高圧流体を上述の方法で排出することにより、スイングモーター４９を補助してもよい。このような動作により、適用例によっては、エンジン５９の小型化を容易にしてもよい。

コントローラ１００は、機械１０の掘削、資材取扱い、又はその他の作業サイクルの現在の、すなわち進行中のセグメントに基づいて、スイングアキュムレータ１０８の充填及び排出を規制してもよい。特に、コントローラ１００は、１つ以上の性能センサ１４１から受信した入力に基づき、機械１０によって実施される通常の作業サイクルを、複数のセグメント、例えば、採掘セグメント、スイング〜荷降ろしの加速セグメント、スイング〜荷降ろしの減速セグメント、荷降ろしセグメント、スイング〜採掘の加速セグメント、スイング〜採掘の減速セグメント等に分割してもよい。コントローラ１００は、現在実施中の掘削作業サイクルのセグメントに基づき、選択的にスイングアキュムレータ１０８に充填又は排出を行わせることにより、加速セグメント及び減速セグメント中にスイングモーター４９を補助してもよい。

センサ１４１から掘削作業サイクルの異なるセグメントへ送られる信号に関連した１つ以上のマップ及び／又は動的要素が、コントローラ１００のメモリ内に記憶されてもよい。これらのマップは各々、表、グラフ、及び／又は一般式の形態で収集データを含んでもよい。動的要素には、積分器、フィルタ、レートリミッタ、及び遅延要素が含まれてもよい。一例によると、閾値速度、シリンダ圧力、及び／又は１つ以上のセグメントの開始及び／又は終了に関連付けられたオペレータの入力（すなわち、レバー位置）が、このマップ内に記憶されてもよい。他の例によると、閾値動力、及び／又は、１つ以上のセグメントの開始及び／又は終了に関連付けられたアクチュエータの位置とが、マップ内に記憶されてもよい。コントローラ１００は、現在実行中の掘削作業サイクルのセグメントを判定するため、マップとともにセンサ１４１からの信号とメモリ内に記憶されたフィルタとを参照し、これに応じて、スイングアキュムレータ１０８の充填及び排出を規制してもよい。コントローラ１００は、所望により、セグメント分割及びアキュムレータ制御に影響するよう、機械１０のオペレータにこれらのマップを直接修正させ、且つ／又は、コントローラ１００のメモリ内に記憶された利用可能な関係マップから特定のマップを選択させてもよい。マップは、所望により、追加又は代替として、機械の動作モードに基づいて自動選択可能であってもよいと考えられる。

センサ１４１は、スイングモーター４９によって課される作業ツール１６の略水平方向のスイング動作（すなわち、車台部材４４に対するフレーム４２の動作）に関連付けられてもよい。例えば、センサ１４１は、スイングモーター４９の動作に関連付けられた回転位置センサ又は回転速度センサ、フレーム４２と車台部材４４の間の旋回接続に関連付けられた角度位置センサ又は角速度センサ、作業ツール１６を車台部材４４に接続する任意の連結部材又は作業ツール１６自体に関連付けられたローカル座標又はグローバル座標の位置センサ又は速度センサ、オペレータ入力装置４８の動きに関連付けられた変位センサ、若しくは機械１０のスイング位置、速度、動力、又はその他のスイング関連パラメータを示す信号を生成する従来既知のその他の種別のセンサとして具体化されてもよい。センサ２４１によって生成された信号は、各掘削作業サイクルの間、コントローラ１００に送られ、記録されてもよい。コントローラ１００は、所望により、センサ１４１からの位置信号と経過時間とに基づき、スイング速度を導出してもよいと考えられる。

代替又は追加として、センサ１４１は、油圧シリンダ２８によって課される作業ツール１６の垂直旋回動作と関連付けられてもよい（すなわち、フレーム４２に対するブーム２４の昇降動作に関連付けられてもよい）。具体的には、センサ１４１は、ブーム２４とフレーム４２の間の旋回接合に関連付けられた角度位置センサ又は角速度センサ、油圧シリンダ２８に関連付けられた変位センサ、作業ツール１６をフレーム４２に接続する任意の連結部材又は作業ツール１６自体に関連付けられたローカル座標又はグローバル座標の位置センサ又は速度センサ、オペレータ入力装置４８の動きに関連付けられた変位センサ、若しくは、ブーム２４の旋回位置又は旋回速度を示す信号を生成する従来既知の他の種別のセンサであってもよい。コントローラ１００は、所望により、センサ１４１からの位置信号と経過時間とに基づき、旋回速度を導出してもよいと考えられる。

さらに他の実施形態において、センサ１４１は、油圧シリンダ３８によって課される作業ツール１６の傾斜力に関連付けられてもよい。具体的には、センサ１４１は、油圧シリンダ３８内の１つ以上のチャンバに関連付けられた圧力センサ、若しくは作業ツール１６の採掘及び荷降ろし動作中に生じる機械１０の傾斜力を示す信号を発生する従来既知の他の種別のセンサであってもよい。

コントローラ１００は、第１チャンバ導管８４、第２チャンバ導管８６、及びスイングアキュムレータ１０８内の流体圧力により、スイングアキュムレータ１０８の充填及び排出を行う間、制限されることに留意しなければならない。すなわち、特定モードでの動作中、機械１０の作業サイクルの特定セグメントがスイングアキュムレータ１０８の充填又は排出を必要としたとしても、コントローラ１００は、関連の圧力が対応する値を有する場合にのみ、このアクションを実施することが許容されてもよい。例えば、センサ１０２がスイングアキュムレータ１０８内の流体圧力が第１チャンバ導管８４内の流体圧力を下回っていることを示す場合、コントローラ１００は、スイングアキュムレータ１０８から第１チャンバ導管８４内への排出を開始することが許容されなくてもよい。同様に、センサ１０２が第２チャンバ導管８６内の流体圧力がスイングアキュムレータ１０８内の流体圧力を下回っていることを示す場合、コントローラ１００は、第２チャンバ導管８６からの流体でスイングアキュムレータ１０８の充填を開始することが許容されなくてもよい。関連の圧力が不適切である場合に一例としてのプロセスを特定回数実施するのが不可能となるのみならず、このプロセスを実施しようとする試みが望ましくない機械性能に繋がる可能性がある。

スイングアキュムレータ１０８からスイングモーター４９に加圧流体を排出する間、スイングモーター４９を流出する流体は、依然として上昇する圧力を有しており、タンク６０内への廃液が許容されると、浪費されることもある。このとき、補給アキュムレータ１１０は、スイングアキュムレータ１０８がスイングモーター４９に流体の排出を行っている任意のタイミングで、スイングモーター４９を流出する流体の充填を行ってもよい。さらにスイングアキュムレータ１０８を充填している間、スイングモーター４９はポンプ５８から僅かにしか流体を受容することができず、対応がなされなければ、このような条件下でポンプ５８からスイングモーター４９への流体の供給が不十分であることにより、スイングモーター４９が空洞を生じる可能性がある。従って補給アキュムレータ１１０は、スイングアキュムレータ１０８がスイングモーター４９からの流体で充填を行っている任意のタイミングで、スイングモーター４９への排出を行ってもよい。

上述のとおり、補給アキュムレータ１１０は、低圧通路７８内の圧力が降下して補給アキュムレータ１１０内の流体圧力を下回る任意のタイミングで流体を排出してもよい。従って、補給アキュムレータ１１０からスイング回路５２内への流体の排出は、コントローラ１００により直接規制されなくてもよい。しかしながら補給アキュムレータ１１０は復帰通路８８内の圧力が補給アキュムレータ１１０内の流体圧力を上回る度にスイング回路５２からの流体で充填されるため、また制御弁５６は復帰通路８８内の圧力に影響を及ぼすため、コントローラ１００は、制御弁５６を介したスイング回路５２からの流体による補給アキュムレータ１１０の充填に関して、何らかの制御を及ぼしてもよい。

状況によっては、スイングアキュムレータ１０８及び補給アキュムレータ１１０の双方により加圧流体で同時充填を行うことが可能であってもよい。このような状況は、例えば、ピークシェービングモードでの動作に対応してもよい。特に、補給アキュムレータ１１０は、ポンプ５８がスイングモータ４９及びスイングアキュムレータ１０８の双方に加圧流体を提供している際、加圧流体の同時充填が可能であってもよい。このような時、ポンプ５８から流出した流体はスイングアキュムレータ１０８に送られてもよく、スイングモーター４９から流出した流体は補給アキュムレータ１１０に送られてもよい。

補給アキュムレータ１１０はまた、所望により、ブーム回路５４を介して充填されてもよい。特に、ブーム回路５４からの廃液（すなわち、ブーム回路５４からタンク６０へ排液される流体）が補給アキュムレータ１１０の閾値圧力を上回る圧力を有する任意のタイミングで、廃液が補給アキュムレータ１１０内に収集されてもよい。同様に、補給アキュムレータ１１０内の加圧流体は、ブーム回路５４内の圧力が下降して補給アキュムレータ１１０内に収集された流体の圧力を下回った場合、ブーム回路５４内に選択的に排出されてもよい。補給アキュムレータ１１０とブーム回路５４の間の接続について、以下により詳細に説明する。

コントローラ１００は、機械１０の動作を規制するため、スイング回路５２の異なる構成要素と連通してもよい。例えば、コントローラ１００は、スイング回路５２内のスイング制御弁５６の要素と連通してもよい。コントローラ１００は、以下に詳細に述べるとおり、種々のオペレータ入力及び監視パラメータに基づき、オペレータの要求する実装システム１４の動作を効果的に実行するよう調整された方法で、制御弁５６を選択的に作動してもよい。

コントローラ１００は、本開示に準じたタスクを達成するために協働するメモリ、二次記憶装置、クロック、及び１つ以上のプロセッサを備えてもよい。数多くの市販のマイクロプロセッサが、コントローラ１００の機能を実施することができる。コントローラ１００は、機械１０のその他多数の機能を制御することのできる一般的な機械コントローラとして容易に具体化することができることを理解しなければならない。信号調整回路、通信回路、及びその他の適切な回路を含む種々の既知の回路が、コントローラ１００に関連づけられてもよい。またコントローラ１００は、本開示に係る機能を果たせるように、アプリケーション専用集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コンピュータシステム、及び論理回路のうちの１つ以上を備えてもよい。

一実施形態において、コントローラ１００によって監視される動作パラメータには、スイング回路５２及び／又はブーム回路５４内の流体圧力が含まれてもよい。例えば、１つ以上の圧力センサ１０２が、第１チャンバ導管８４及び／又は第２チャンバ導管８６内に戦略的に配置され、各通路の圧力を感知し、コントローラ１００へ送るための圧力を示す対応信号を生成してもよい。任意の数の圧力センサ１０２が、所望に応じて、スイング回路５２及びブーム回路５４内の任意の位置に配置されてもよいと考えられる。さらに所望により、例えば、速度、温度、粘度、密度等、その他の動作パラメータを追加又は代替で監視し、エネルギー回収システム５０の動作の規制に使用してもよいと考えられる。

ブーム回路５４は、中でも、ポンプ２０４から油圧シリンダ２８へ、また油圧シリンダ２８からタンク６０への圧力流体の流れを規制するようコントローラ１００によって変調されるブーム制御弁２０２を備えてもよい。この流体の規制は、入力装置４８を介して受信されたオペレータのリクエストに応じて、関連の水平軸（図１参照）周りに作業ツール１６を昇降運動させるよう機能してもよい。

油圧シリンダ２８は、各々、筒状ハウジングと、ハウジング内に２つの個別の圧力チャンバ（例えば、ヘッドチャンバ及びロッドチャンバ）を形成するよう配置されたピストンアレンジとを有する線形アクチュエータとして具体化されてもよい。筒状ハウジング内でピストンアセンブリを変位させることにより、油圧シリンダ２８の有効長さを変化させるため、圧力チャンバには、選択的に加圧流体が供給及び排出されてもよい。圧力チャンバを出入りする流体の流量は油圧シリンダ２８の速度と関連してもよく、２つの圧力チャンバ間の圧力差は、油圧シリンダ２８により関連の連結部材に付与される力に関連してもよい。油圧シリンダ２８の伸縮は、作業面２６に対して作業ツール１６を昇降させるよう機能してもよい。

ブーム制御弁２０２は、ヘッドエンド通路２０６及びロッドエンド通路２０８により、油圧シリンダ２８に接続されてもよい。ブーム制御弁２０２の動作位置に基づき、ヘッドエンド通路２０６及びロッドエンド通路２０８の一方がブーム制御弁２０２を介してポンプ２０４に接続され、ヘッドエンド通路２０６及びロッドエンド通路２０８の他方がブーム制御弁２０２を介してタンク６０に同時に接続されることにより、油圧シリンダ２８内にピストンアセンブリに亘る圧力差を生じ、その伸縮を発生させてもよい。通常、作業ツール１６の昇降動作中、特に、作業ツール１６に著しい荷積がなされて居る場合の下降動作中、ヘッドチャンバとロッドチャンバの間には相当な圧力差が存在することもある。つまり、下降動作中、ロッドエンド通路２０８は、ヘッドエンド通路２０６内で同時に搬送される流体に比して非常に高い圧力を有する流体を搬送してもよい。

本開示の一例としての実施形態において、ポンプ２０４は、スイング回路５２のポンプ５８と略同一であってもよい。特に、ポンプ２０４は、入口通路２１２を介してタンク６０から流体を引き出し、この流体を所望のレベルに加圧し、排出通路２１４を介してブーム回路５４内にこの流体を排出するように、エンジン５９によって駆動されてもよい。所望により、排出通路２１４内に逆止弁２１６を配して、ポンプ２０４からブーム回路５４内への加圧流体の一方向の流れを提供してもよい。ポンプ２０４は、例えば、可変変位ポンプ（図２に示す）、固定変位ポンプ、又は従来既知のその他のソースとして具体化されてもよい。ポンプ２０４は、例えば、副軸（図示せず）、ベルト（図示せず）、電気回路（図示せず）、又はその他の好適な方法により、機械１０のエンジン５９に対して駆動可能に連結されてもよい。或いは、ポンプ２０４は、トルク変換器、減速ギアボックス、電気回路、又はその他の好適な方法を介して、機械１０のエンジン５９に間接的に接続されてもよい。ポンプ２０４は、少なくとも部分的にオペレータのリクエストする動作に対応する、ブーム回路５４内のアクチュエータの要求により判定される圧力レベル及び／又は流量を有する加圧流体のストリームを生成してもよい。排出通路２１４は、ブーム回路５４内で、ブーム制御弁２０２を介してヘッドエンド通路２０６及びロッドエンド通路２０８に連結されてもよい。

本開示の一例としての実施形態において、ブーム制御弁２０２は、スイング制御弁５６と略同一であってもよい。特に、ブーム制御弁２０２は、油圧シリンダ２８の伸縮と実装システム１４の対応する昇降とを制御するよう動作可能な要素を備えてもよい。具体的には、ブーム制御弁２０２は、ヘッドエンド供給要素２１８、ヘッドエンド排液要素２２０、ロッドエンド供給要素２２２、及びロッドエンド排液要素２２４を備えてもよく、これらはすべて共通ブロック又はハウジング２２６内に配されてもよい。ヘッドエンド供給要素２１８及びロッドエンド供給要素２２２は、ポンプ２０４からの流体による各チャンバの充填を規制すべく、排出通路２１４に並列に接続されてもよく、ヘッドエンド排液要素２２０及びロッドエンド排液要素２２４は、各チャンバからタンク６０への流体の排液を規制すべく、復帰通路２２８と並列に接続されてもよい。例えば逆止弁当の補給弁２３０は、復帰通路２２８とヘッドエンド排液要素２２０の出口の間、且つ、復帰通路２２８とロッドエンド排液要素２２４の出口の間に配されてもよい。

油圧シリンダ２８（図２に示す）を伸張するためには、ヘッドエンド供給要素２１８は、ポンプ２０４からの加圧流体が排出通路２１４及びヘッドエンド導管２０６を介して油圧シリンダ２８のヘッドチャンバに入り込むようにシフトされてもよく、ロッドエンド排液要素２２４は、ロッドチャンバからの流体がロッドエンド導管２０８及び復帰通路２２８を介してタンク６０内に排出されるようにシフトされてもよい。油圧シリンダ２８を後退させるためには、ロッドエンド供給要素２２２は、ロッドチャンバをポンプ２０４からの加圧流体の連通させるようシフトされてもよく、ヘッドエンド排液要素２２０は、ヘッドチャンバからタンク６０内へ流体を排出させるようシフトされてもよい。ブーム制御弁２０２の供給機能及び排出機能（すなわち、４つの異なる供給要素及び排液要素の機能）の双方は、所望により、代わりに、ヘッドチャンバに関連付けられた単一弁要素とロッドチャンバに関連付けられた単一の弁要素とにより、若しくは、ヘッドチャンバ及びロッドチャンバの双方に関連付けられた単一の弁要素によって実施されてもよい。

ブーム制御弁２０２の供給要素及び排液要素２１８〜２２４は、コントローラ１００によって発行された流量及び／又は位置に関するコマンドに応じて、ばね付勢に対抗してソレノイド移動可能であってもよい。特に、油圧シリンダ２８は、ヘッドチャンバ及びロッドチャンバを出入りする流体の流量に対応する速さで伸縮してもよい。従ってオペレータの望む上昇速度を達成するためには、推定又は測定した圧力降下に基づくコマンドを供給要素及び排液要素２１８〜２２４のソレノイド（図示せず）に送ることにより、油圧シリンダ２８での必要な流量に対応する量だけ開放するようにしてもよい。このコマンドは、コントローラ１００によって発行された、流量コマンド又は弁要素位置コマンドの形態であってもよい。

いくつかの実施形態において、圧力補償器２３２がブーム回路５４内に設けられ、ブーム制御弁２０２と関連付けられてもよい。本開示の例によると、圧力補償器２３２は、排出通路２１４内の、ブーム制御弁２０２の上流位置に配される。圧力補償器２３２は、この位置において、ブーム回路５４とスイング回路５２の相互動作によって供給圧力に変動が生じている間、ブーム制御弁２０２に略一定の流量の流体を供給してもよい。

スイング回路５２と同様に、ブーム回路５４もまた、油圧シリンダ２８によって排出される廃液からエネルギーを選択的に抽出及び回収するエネルギー回収モジュール（ＥＲＭ）２３４に装着されてもよい。ＥＲＭ２３４は、中でも、第１充填弁２３８及び第２充填弁２４０を介して油圧シリンダ２８と選択的に連通するブームアキュムレータ２３６と、蓄積された流体によって選択的に駆動されるモーター２４１とを備えてもよい。ヘッドエンド通路２０６から充填弁２３８を通じてブームアキュムレータ２３６へ通路２４２が延びてもよく、復帰通路２２８から充填弁２４０を通ってブームアキュムレータ２３６へ通路２４４が延びてもよい。通路２４２及び２４４の内側には各々、１つ以上の逆止弁２４６が配され、ブームアキュムレータ２３６への流体の一方向の流れを促進してもよい。第１充填弁２３８及び第２充填弁２４０は、流体を充填する目的で、ヘッドエンド通路２０６及び／又は復帰通路２２８をブームアキュムレータ２３６と流体連結するため、コントローラ１００からのコマンドに応じて選択的に移動可能であってもよい。

ブーム回路５４のブームアキュムレータ２３６は、スイング回路５２のスイングアキュムレータ１０８及び補給アキュムレータ１１０と同様であってもよい。特に、ブームアキュムレータ２３６は、油圧シリンダ２８によって後に使用するために加圧流体を貯留する、圧縮ガスの充填された圧力容器として具体化されてもよい。圧縮ガスには、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、又はその他の適切な圧縮ガスが含まれてもよい。ブームアキュムレータ２３６と連通した流体がブームアキュムレータ２３６の圧力を上回ると、この流体はブームアキュムレータ２３６に流入してもよい。内部のガスが圧縮性であるため、流体がブームアキュムレータ２３６に流入すると、このガスはばねのように振る舞って圧縮する。通路２４４内の流体の圧力が下降してブームアキュムレータ２３６内の圧力を下回ると、圧縮ガスは膨張して、流体をブームアキュムレータ２３６の内部から押し出す。ブームアキュムレータ２３６は、所望により、代わりに、膜／ばね付勢又はブラダ型のアキュムレータとして具体化されてもよいと考えられる。

本開示の実施形態において、ブームアキュムレータ２３６は、スイングアキュムレータ１０８とおおよそ同一のサイズであってもよいが、より低圧の流体を保持してもよい。具体的には、ブームアキュムレータ２３６は、約５０〜１００Ｌの容量を有し、約８０〜１５０バールの圧力を収容してもよい。しかしながら、所望により、他の容量及び圧力の流体がブームアキュムレータ２３６に収容されてもよいと考えられる。

第１充填弁２３８及び第２充填弁２４０は各々、各通路からブームアキュムレータ２３６に流体を入れるというコントローラ１００からのコマンドに応じて移動可能なソレノイド操作の可変位置２方向弁であってもよい。特に、各充填弁２３８及び２４０は、ブームアキュムレータ２３６内への流体の流れを禁じる第１位置（図２に示す）から、弁要素により実質的に規制されないブームアキュムレータ２３６に流体が自在に流入してもよい第２位置（図示せず）へ向かって移動可能な弁要素を備えてもよい。弁要要素が第１位置から離間し（すなわち、第２位置にあるか、又は第１位置と第２位置の間の中間位置にある）、各通路内の流体圧力がブームアキュムレータ２３６内の流体圧力を上回った場合、流体は、ブームアキュムレータ２３６に流れ込んで満たす（すなわち、充填する）。弁要素は、第１位置に向かってばね付勢されてもよく、コントローラ１００からのコマンドに応じて、第１位置と第２位置との間の任意の位置に移動することにより、ブームアキュムレータ２３６への流体の流量を変化させてもよい。

いくつかの実施形態において、排圧機構２４６がブームアキュムレータ２３６と関連付けられてもよい。排圧機構２４６は、制限部２５０と並列に配される排圧弁２４８を備え、双方がアキュムレータ２３６とタンク６０の間に配置されてもよい。排圧弁２４８は、通常閉鎖されており、ブームアキュムレータ２３６内の流体圧力を逃すため、流動通過位置に選択的に移動されてもよい。制限部２５０は、ブームアキュムレータ２３６からタンク６０に一部の流体を連続的に漏らしてもよい。コントローラ１００に送られる対応の圧力信号を生成するため、追加の圧力センサ１０２がブームアキュムレータ２３６と排圧機構２４６の間の位置においてブームアキュムレータ２３６に関連付けられてもよい。

モーター２４１は、ブームアキュムレータ２３６内で加圧流体の形態で貯留されているエネルギーを機械エネルギーに変換するよう機能してもよい。具体的には、モーター２４１は、通路２４４及び充填弁２４０を介して復帰通路２２８（逆止弁２４６の下流）とブームアキュムレータ２３６の双方に並列に流体接続されてもよい。この構成によると、いずれかの通路からの流体がモーター２４１を通って送られることにより、モーター２４１の駆動に使用されてもよい。

図示の例によると、モーター２４１は、エンジン５９及びブームポンプ２０４に機械的に連結される可変変位油圧モーターである。この連結により、モーター２４１は、加圧流体によって駆動されると、エンジン５９及び／又はブームポンプ２０４を機械的に補助する。モーター２４１は、ポンプ２０４が正の変位を有する場合、ポンプ２０４及びエンジン５９を補助し、或いは、ポンプ２０４が中立な変異を有する場合、エンジン５９のみを補助してもよい。さらにいくつかの実施形態において、エンジン５９は、モーター２４１を通じて送られる流体の圧力を上昇するため、モーター２４１を選択的に駆動してもよい。

モーター制御弁２５２は、モーター２４１の出口に関連付けられ、モーター２４１の動作の規制に使用されてもよい。特に、モーター制御弁２５２は、モーター２４１から流出した流体をタンク６０に送るか、若しくは、逆支弁２５６を通じて復帰通路２５４に送る。モーター２４１を流出した流体がタンク６０内に送られる場合、モーター２４１に亘って最大圧力差が生じ、これが最大量の流体エネルギーを機械エネルギーに変換するよう機能してもよい。流出した流体が復帰通路２５４内に送られる場合、この流体は他の目的のために再利用されてもよい。状況によっては、復帰した流体（すなわち、復帰通路２５４内の流体）からは一部のエネルギーが取り除かれ、モーター２４１に流入する際により低圧となってもよい。しかしながら、復帰した流体がエネルギーの一部を追加し、モーター２４１に流入する際により高圧となる状況があってもよい。排圧弁２５８は、所望により、モーター２４１の出口と関連付けられ、後者の状況の際の動作中、システムの構成要素を保護してもよい。復帰した流体の使用については、以下にさらに詳細に説明する。

スイング回路５２及びブーム回路５４は、流れを共有し、エネルギーを回復する目的で、相互接続されてもよい。例えば、共通供給通路２６０が、スイング回路５２とブーム回路５４との間に延びて排出通路８２及び２１４を接続し、合流弁２６２が共通供給通路２６０内に配されてもよい。合流弁２６２は、従来既知の形態を採って、ポンプ５８及び２０４の双方の出力を結合することにより、スイング回路５２のみ、ブーム回路５４のみ、又はスイング回路５２及びブーム回路５４の双方に流体を供給するように、コントローラ１００によって選択的に移動されてもよい。共通復帰通路２６４もまた、スイング回路５２とブーム回路５４の間に延びてもよい。共通復帰通路２６４は、スイング回路５２からの復帰通路８８をブーム回路５４からの復帰通路２２８に接続してもよい。このように、補給アキュムレータ１１０は、回路５２及び５４の双方からの流体で充填されてもよく、同様に、補給アキュムレータ１１０は、逆支弁２４６を介して回路５２及び５４の双方とモーター２４１とに流体を供給してもよい。最終的に、共通アキュムレータ通路２６６が、スイング回路５２のスイングアキュムレータ１０８から延び、ブーム回路５４の通路２４４と接続してもよい。このような構成によると、スイングアキュムレータ１０８からの加圧流体が、共通アキュムレータ通路２６６、通路２４４、及び第２充填弁２４０を介してブームアキュムレータ２３６に通過してもよく、逆も然りである。同様に、スイングアキュムレータ１０８からの加圧流体が、共通アキュムレータ通路２６６及び通路２４４を介して、モーター２４１を通過してもよく、このモーター２４１によって機械エネルギーに変換されてもよい。

復帰通路２５４は、モータ２４１から流出した高圧流体をスイング回路５２（例えば、スイングアキュムレータ１０８）及び／又はブーム回路５４（例えば、ブームアキュムレータ２３６）へと送るため、共通アキュムレータ通路２６６に接続してもよい。共通アキュムレータ通路２６６内において、復帰通路２５４との接合部と通路２４４との接合部の間に配された制御弁２７０は、復帰した流体を所望の回路へ送るよう動作可能であってもよい。特に、制御弁２７０が流動遮断位置（図２に示す）にある場合、復帰流体は、スイング回路５２のみに押し流されてもよい。また制御弁２７０が流動通過位置にある場合、復帰流体は、各回路の圧力に応じて、回路５２及び５４の双方に押し流されてもよい。同様に、制御弁２７０は、（例えば通路２４４及び第２充填弁２４０を通って）スイングアキュムレータ１０８からブームアキュムレータ２３６内へ、且つモーター２４１を通って流体の流れを規制してもよい。制御弁２７０は、流体をスイングアキュムレータ１０８から通路２４４内へと選択的に流すというコントローラ１００からのコマンドに応じて、具体的な流動遮断位置から具体的な流動通過位置まで移動可能なオン／オフ式の弁であってもよい。制御弁２７０は、流動遮断位置にばね付勢されてもよい。

コントローラ１００は、ブームアクチュエータ１０８に選択的に充填及び排出を行わせることにより、機械１０の性能を改善してもよい。特に、油圧シリンダ２８によって導入される実装システム１４の動きは、油圧シリンダ２８が実装システム１４を上昇させる時間セグメントと、油圧シリンダが実装システム１４を下降させる時間セグメントとから成る。上昇セグメントでは、従来、ポンプ２０４により油圧シリンダ２８に加圧流体を供給することで実現した、油圧シリンダ２８からの相当のエネルギーを必要とし、下降セグメントでは、従来、タンク６０への排出によって浪費された、加圧流体の形態の相当なエネルギーを生成してもよい。上昇セグメント及び下降セグメントでは双方とも、油圧シリンダ２８が相当量の油圧エネルギーを運動エネルギーに変換する必要があり、その逆も然りであってもよい。しかしながら下降の間、油圧シリンダ２８を通過する加圧流体は、依然として大きなエネルギーを蓄えている。下降セグメントの間、油圧シリンダ２８から排出される流体がブームアキュムレータ２３６内に選択的に収集されれば、このエネルギーを回収（すなわち、排出）して、次の上昇セグメントで油圧シリンダ２８によって再利用することができる。ポンプ２０４（及びエンジン５９）は、選択的にブームアキュムレータ２３６によりモーター２４１を通じて（第２充填弁２４０及び通路２４４を介して）加圧流体を排出させることにより、このようにしなかった場合に可能であったより少ないエンジン動力で、同一又はそれ以上の速度でポンプ２０４を駆動することにより、上昇セグメントの間に補助されることができる。

代替の実施形態において、コントローラ１００は、追加又は代替として、実装システム１４の下降中（又は、その他の任意のタイミング）にブームアキュムレータ２３６から排出された流体をスイング回路５２内（例えば、スイングアキュムレータ１０８内）へと送ることにより、スイングモーター４９の動きを補助してもよい。同様に、コントローラ１００は、追加又は代替として、スウイングアキュムレータ１０８から排出された流体を、ブームアキュムレータ２３６内に、且つ／又は、モーター２４１を通じて送ってもよい。同様に、コントローラ１００は、追加又は代替として、モーター２４１から排出された流体を、スイングアキュムレータ１０８及びブームアキュムレータ２３６のうちの一方又は双方に送ってもよい。

コントローラ１００はまた、ブーム回路５４と関連の形式のピークシェービングを実装してもよい。例えば、コントローラ１００は、ポンプ２０４及びエンジン５９が上昇モードの動作中に余剰の容量を有する場合（すなわち、オペレータのリクエストどおり、ブーム回路５４によって作業ツール１６を動かすのに必要な容量を超える容量）、（例えば、制御弁２０２、ヘッドエンド通路２０６、通路２４２、逆支弁２４６、及び第１充填弁２３８を介して）ポンプ２０４から流出する流体でブームアキュムレータ２３６を充填してもよい。この充填が行われる間、残りの流れがブームアキュムレータ２３６内に押し込まれるように、油圧シリンダ２８の出口の流れをポンプ２０４からの流体の最大流量を下回るように制限する必要があってもよい。そしてポンプ２０４及び／又はエンジン５９が油圧シリンダ２８に十分電力供給を行う容量が不足している場合、上述の方法により、ブームアキュムレータ２３６内においてポンプ２０４から事前に回収された高圧流体をモーター２４１を通じて排出し、エンジン５９及びポンプ２０４を補助してもよい。

コントローラ１００はさらに、スイング回路５２及びブーム回路５４の双方と接続されたピークシェービングを実装してもよい。特に、ポンプ５８及びポンプ２０４からの余剰の流体は、回路間の共通アキュムレータ通路２４４により送られ、スイングアキュムレータ１０８及びブームアキュムレー２３６のいずれかに貯留されてもよい。

代替としてのエネルギー回収システム３００を図３に示す。図２のエネルギー回収システム５０と同様に、図３のエネルギー回収システム３００は、共通供給通路２６０を介してブーム回路５４に流体接続されたスイング回路５２と、共通復帰通路２６４と、共通アキュムレーター通路２６６とを備えてもよい。さらに図３のスイング回路５２は、同一のＥＲＭ１０６を備えてもよく、ブーム回路５４は、異なるＥＲＭ３０２を備えてもよい。図２のＥＲＭ２３４と比べて、図３のＥＲＭ３０２は、共通アキュムレータ通路２６６内において、制御弁２７０とスイングアキュムレータ１０８の間の位置に配された追加のピークシェービングアキュムレータ２７２を備えてもよい。さらに追加の制御弁２７４が、共通アキュムレータ通路２６６内において、ピークシェービングアキュムレータ２７２とスイングアキュムレータ１０８の間に配されてもよい。

ピークシェービングアキュムレータ２７２は、スイングアキュムレータ１０８、補給アキュムレータ１１０、及びブームアキュムレータ２３６と略同様であってもよい。特に、ピークシェービングアキュムレータ２７２は、スイング回路５２又はブーム回路５４のいずれかによって後に使用するための加圧流体を貯留する、圧縮ガスの充填された圧力容器として具体化されてもよい。圧縮ガスには、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、又はその他の適切な圧縮ガスが含まれてもよい。ピークシェービングアキュムレータ２７２と連通する流体がピークシェービングアキュムレータ２７２の圧力を上回った場合、この流体は、ピークシェービングアキュムレータ２７２に流入してもよい。内部のガスが圧縮性であるため、流体がピークシェービングアキュムレータ２７２に流入すると、このガスはばねのように振る舞って圧縮してもよい。共通アキュムレータ通路２６６内の流体圧力が下降してピークシェービングアキュムレータ２６６の圧力を下回った場合、圧縮ガスは膨張し、流体をピークシェービングアキュムレータ２７２内から押し出してもよい。ピークシェービングアキュムレータ２７２は、所望により、代わりに、膜／ばね付勢又はブラダ式のアキュムレータとして具体化されてもよいと考えられる。

ピークシェービングアキュムレータ２７２は、スイングアキュムレータ１０８及びブームアキュムレータ２３６の容量に比して小さい容量を有し、スイングアキュムレータ１０８とブームアキュムレータ２３６の圧力の中間の圧力を有してもよい。例えば、ピークシェービングアキュムレータ２７２は、スイングアキュムレータ１０８の約半分の容量を有し、約２００バール未満の充填前圧力容量を有してもよい。

制御弁２７４は、弁２７０と略同一であってもよい。特に、制御弁２７４は、流体の流れを選択的に共通アキュムレータ通路２６６を通過させるというコントローラ１００からのコマンドに応じて移動可能な、ソレノイド操作の２位置（流動遮断及び流動通過）２方向弁であってもよい。制御弁２７４は、流動遮断位置にばね付勢されてもよい。

制御弁２７０と２７４の間のピークシェービングアキュムレータ２７２の位置により、ピークシェービング動作に及ぼす制御を向上してもよい。例えば、第１動作の間、制御弁２７０はその流動遮断位置にあってもよく、正ｙ後弁２７４はその流動通過位置にあってもよい。このような構成において、スイングアキュムレータ１０８のみからの流体を、共通アキュムレータ通路２６６を通って、且つ、ピークシェービングアキュムレータ２７２内に送ってもよい。第２動作の間、制御弁２７０及び２７４は双方とも、その流動遮断位置にあってもよい。このような構成において、モーター２４１のみからの流体を、ピークシェービングアキュムレータ２７４内に送ってもよい。第３動作の間、制御弁２７０はその流動通過位置にあり、制御弁２７４は、その流動遮断位置にあってもよい。このような構成において、ブームアキュムレータ２３６及びモーター２４１の一方または双方からの流体を、ピークシェービングアキュムレータ２７２内に送ってもよい。同様に、異なる組み合わせで制御弁２７０及び２７４を閉鎖することにより、ピークシェービングアキュムレータ２７２内に貯留された流体を、スイングアキュムレータ１０８、ブームアキュムレータ２３６、及び／又はモーター２４１内に選択的に排出してもよい。

図４は、スイング回路５２を備えるか、若しくは、備えない、任意の油圧制御システム内で使用されてもよい代替としてのブーム回路４００を示す。上述実施形態のブーム回路５４と同様、ブーム回路４００は、タンク６０、タンク６０から流体を引き出すポンプ２０４、タンク６０、ポンプ２０４、及び油圧シリンダ２８の間で流体の流れを選択的に規制するブーム制御弁２０２を備えてもよい。しかしながら、前述の実施形態と比べると、図４のブーム回路４００は、異なるＥＲＭ４０２を備えてもよい。

ＥＲＭ４０２は、ＥＲＭ２３４と同様に、ブームアキュムレータ２３６、第１充填弁２３６、モーター２４１、制御弁２５２、及び制御弁２７０を備えてもよい。しかしながら、ＥＲＭ２３４と比較して、図４のＥＲＭ４０２は、異なる位置に配されたブームアキュムレータ２３６を有してもよい。特に、ブームアキュムレータ２３６は、復帰通路２５４内の逆止弁２５６の下流位置において、モーター２４１の出力に流体接続されてもよい。この位置において、制御弁２７０は、ブームアキュムレータ２３６と、ヘッドエンド通路２０６及びモーター２４１の間に延びた通路２４４との間に配置されてもよい。さらにＥＲＭ４０２は、制御弁２７０周辺のブームアキュムレータ２３６から通路２４４に向かって延びた一方向バイパス４０４を備えてもよい。

図４の構成は、機械１０のその他の回路を備えてブーム回路５４との相互作用に関わらず、ピークシェービング動作を容易にしてもよい。特に、ＥＲＭ４０２のブームアキュムレータ２３６は、制御弁２５２の位置に基づき、モータ２４１から流出する流体の圧力がブームアキュムレータ２３６内の流体圧力より高い任意のタイミングで、選択的にモーター２４１からの高圧流体で充填されてもよい。モーター１３１を通過してブームアキュムレータ２３６に流入する流体は、追加のエネルギーが流体に付与去れるか否かを問わず、モーター２４１を通って油圧シリンダ２８から送られてもよい。さらに、モーター２４１を通過する、シリンダーから排出された流体から一部のエネルギーを吸収し、以前として、ブームアキュムレータ２３６を充填するのに十分なエネルギーを有することができるようにしてもよい。さらに、油圧シリンダ２８から排出されている流体は、バイパス４０４を介してブームアキュムレータ２３６内に直接流入してもよい。ブームアキュムレータ２３６内に貯留された流体は、その後、制御弁２７０を通じて選択的に送られ、モーター２４１を通って戻されることにより、ポンプ２０４及び／又はエンジン５９にエネルギーを付与してもよい。

本開示のエネルギー回収システムは、作業ツールのスイング動作及び／又は上昇動作を含む、略反復的な作業サイクルを実施する任意の機械に適用されてもよい。本開示のエネルギー回収システムは、作業サイクルの異なるセグメントにおいて、アキュムレータで作業ツールの動きを補助することにより、機械の性能と効率を向上するのに役立てられてもよい。さらに本開示のエネルギー回収システムは、これまで浪費されていたエネルギーを多数の異なる方法で獲得及び再利用することにより、機械の効率を向上するのに役立てられてもよい。

本開示のエネルギー回収システムにはいくつかの利点が関連付けられてもよい。例えば、本開示のシステムは、エネルギーを回収及び再利用する間、スイング回路とブーム回路とを一体化してもよく、より多くのエネルギーを貯留して再利用してもよい。さらに、本開示のシステムは多数の異なるアキュムレータを利用してもよいため、これらのアキュムレータは比較的小型で、安価で、パッケージ化が容易であってもよい。さらに、各アキュムレータのサイズ及び／又は圧力容量は、接続された各回路に対する性能を向上するよう調整されてもよい。最後に、アキュムレータを異なる組み合わせの弁で分離することにより、関連流体を異なる多数の方法で貯留、経路化、圧力上昇、及び／又は変換してもよい。

当業者にとって、本開示のエネルギー回収システムに種々の修正及び変更が加えられることは明らかであろう。当業者にとって、本明細書と本開示のエネルギー回収システムの実践について考慮することにより、他の実施形態も明らかとなるであろう。本明細書及び例は例示のみを目的とするものであり、その真の範囲は以下の請求項及びそれらの同等物によって示される。

Claims (10)

1. エネルギー回収システム（５０）であって、
   作業ツール（１６）を移動させる少なくとも１つの線形アクチュエータ（２８）、及び
   前記少なくとも１つの線形アクチュエータから加圧流体を選択的に収集し、前記少なくとも１つの線形アクチュエータに前記加圧流体を排出して戻すブームアキュムレータ（２３６）を有する
   ブーム回路（５４）と、
   前記作業ツールを移動させるスイングモーター（４９）、及び
   前記スイングモーターから加圧流体を選択的に収集し、前記スイングモーターに前記加圧流体を排出して戻すスイングアキュムレータ（１０８）を有する
   スイング回路（５２）と、
   前記ブームアキュムレータと前記スイングアキュムレータとを流体接続する共通アキュムレータ通路（２６６）とを備えるエネルギー回収システム。
2. 前記ブーム回路はさらに、
   タンク（６０）と、
   前記タンクから流体を引き出し、前記流体を加圧する第１ポンプ（２０４）と、
   前記第１ポンプから前記少なくとも１つの線形アクチュエータに、また前記少なくとも１つの線形アクチュエータから前記タンクに、前記加圧流体を選択的に送るよう移動可能な少なくとも１つの第１制御弁（２０２）とを有し、
   前記エネルギー回収システムはさらに、前記第１ポンプに動力供給するため、前記ブームアキュムレータ及び前記スイングアキュムレータから排出される流体によって選択的に駆動されるモーター（２４１）を備える請求項１に記載のエネルギー回収システム。
3. 前記第１ポンプはエンジンによって駆動され、前記モーターはさらに、前記第１ポンプを駆動するエンジン（５９）に選択的に動力供給する請求項２に記載のエネルギー回収システム。
4. 前記スイング回路はさらに、
   前記タンクから流体を引き出し、前記流体を加圧する第２ポンプ（５８）と、
   前記第２ポンプから前記スイングモーターに、また前記スイングモーターから前記タンクに、前記加圧流体を選択的に送るよう移動可能な少なくとも１つの第２制御弁（５６）とを有し、
   前記モーターは、前記第１ポンプのみに動力供給する請求項２に記載のエネルギー回収システム。
5. 前記共通アキュムレータ通路内に配され、ばね付勢に対抗する流動遮断位置と流動通過位置との間で選択的に移動可能な制御弁（２７０）をさらに備え、
   前記ブームアキュムレータ及び前記モーターは、前記スイングアキュムレータからの流体を受容するための前記共通アキュムレータ通路に並列に接続され、
   前記制御弁は、前記スイングアキュムレータと、前記ブームアキュムレータ及び前記モーターの双方との間に配された第１制御弁で、
   前記エネルギー回収システムは、前記ブームアキュムレータと、前記モーター及び前記第１制御弁の双方との間に配された第２制御弁（２３８）をさらに備え、前記第２制御弁は、ばね付勢に対抗する流動遮断位置から流動通過位置に向かって移動可能である請求項４に記載のエネルギー回収システム。
6. 前記少なくとも１つの第１制御弁を、前記少なくとも１つの第２制御弁及び前記モーターの補給弁（２４６）に接続する共通低圧通路（２６４）と、
   前記共通低圧通路に流体接続される補給アキュムレータ（１１０）とをさらに備える請求項４に記載のエネルギー回収システム。
7. 前記共通低圧通路を前記タンクに対して選択的に流体接続する排圧弁（２５８）をさらに備える請求項６に記載のエネルギー回収システム。
8. 前記共通低圧通路はさらに、前記スイングモーターの補給弁（９９）に接続される請求項６に記載のエネルギー回収システム。
9. 前記第１ポンプの出力を前記第２ポンプの出口に流体接続する共通高圧通路（２６０）と、
   前記共通高圧通路内に配された合流弁（２６２）と、
   前記共通高圧通路及び前記第１ポンプの下流、且つ、前記少なくとも１つの第１制御弁の上流に配された圧力補償器（２３２）とをさらに備える請求項６に記載のエネルギー回収システム。
10. 前記モーターの出口から前記共通アキュムレータ通路へ延びる復帰通路（２５４）と、
    前記復帰通路内に配され、前記モーターの出口が前記タンクに流体接続される、ばね付勢に対抗する第１位置から、前記モーターの出口が前記共通アキュムレータ通路に流体接続される第２位置に向かって移動可能な出口制御弁（２５２）と、
    前記モーターの出口に関連付けられた排圧弁（２５８）とをさらに備える請求項４に記載のエネルギー回収システム。

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