JP2005207243A - アイドルストップ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コンデンサの電力を有効に使うことにより、エンジン再始動を適切に行い他の電機系統に影響を与えないアイドルストップ制御装置を提供する。
【解決手段】インバータ140、コンデンサ130とバッテリ110との両正極間に、スイッチ121及びダイオード122を有するスイッチユニット120を設ける。ダイオード122は、バッテリ110からコンデンサ130方向を順方向とする。アイドルストップに移行する際は、スイッチ121を開放しバッテリ110を電気的に切断し、インバータ140で相対的に高い電圧で発電し、これをコンデンサ130にのみ充電する。エンジン始動時は、コンデンサ130から高電圧の電力がインバータ140に供給されるのでエンジン200がスムースに始動される。コンデンサ130の放電が進み出力電圧がバッテリ110の出力電圧となってもエンジン200が始動されない時にのみ、バッテリ110からインバータ140に電力が供給される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、アイドルストップ方式の自動車等の車両においてアイドルストップ時のエンジン及び電源系統の制御を行うアイドルストップ制御装置に関する。
自動車の燃費や排気性能の改善等を目的として、アイドルストップ方式の自動車が使用されつつある。アイドルストップ方式は、車両が交差点等で一時的に停止する時にエンジンを自動的に停止(アイドルストップ)し、発進する時にはモータージェネレータにより自動的にエンジンを始動する方式である。
このアイドルストップ方式においては、アイドルストップ解除後のエンジンの始動の際に、短時間ではあるが大電流が必要となる。この時二次電池(以後、単にバッテリと称する場合もある)から大電流が放電されると、バッテリ電圧が低下し、エンジン始動時に所望の特性が十分に発揮されない可能性がある。また、他の電気系統やシステムの動作に影響を与える可能性がある。
これに対処するため、電気二重層キャパシタ(EDLC)等のコンデンサをバッテリと並列に接続し、エンジン始動初期の大電流をこのコンデンサの放電により賄うことによりバッテリの負荷を軽減する方法が考えられている。しかしながら、単にコンデンサをバッテリに並列に接続したのみでは、コンデンサからの効率よい放電が得られず、バッテリの負荷の軽減が十分に行えない。
そこで、コンデンサとバッテリとの間にインダクタを配置し、また、さらに電圧検出回路やリレー等のスイッチ素子を設けた装置も提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示の装置においては、モーター始動時の大電流必要時において、モーター始動開始時点ではコンデンサからの電力のみをモーターへ供給し、その後はコンデンサからの電力に加えてバッテリからの電力をモーターへ供給するようにしている。これにより、放電電流を瞬時に流せるが短時間で電圧が低下するコンデンサの特性をバッテリで補いつつ、バッテリの負荷も軽減するようにしている。
特開2002−266730号公報
しかしながら、そのような従来の装置においては、いずれも相当に大容量のコンデンサを具備する必要があるという問題がある。仮に、コンデンサの容量が不十分な場合には、コンデンサからの放電電流が急速に減少してしまい、バッテリから相当量の電流の供給を受ける必要が生じ、結局バッテリに相当の負荷を与えることとなる。また、コンデンサからの放電が十分ではなく瞬間的に大電流を流せなければ、モーターを所望の特性で駆動できないという問題も生じる。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであって、その目的は、例えばエンジン始動時等にモーターに大電流を供給する時でも、コンデンサの電荷を効率よく使用することにより、二次電池(バッテリ)からの放電を抑えて他の電気系統への影響を防ぎ効率よくモーターを駆動することが可能なアイドルストップ制御装置を提供することにある。
前記課題を解決するために、本発明に係るアイドルストップ制御装置は、モータージェネレータ装置、第1の容量性装置、第2の容量性装置、切り換え回路及び制御装置を有する。
モータージェネレータ装置は、エンジンに駆動されて発電する発電機能と、供給される電力により駆動されエンジンを駆動するモーター機能とを有する。これは、発電機及び電動機(モーター)を別個に具備する構成であっても、両機能を兼ね備える1つの例えば回転電機を具備する構成であってもよい。
また、発電機能として、モータージェネレータ装置は、相対的に低い電圧での発電と高い電圧での発電とが選択的に行える構成となっている。そして、制御装置により、例えば通常のエンジン駆動状態で第2の容量性装置にも充電を行う場合には低い電圧で発電を行い、アイドルストップ状態となる直前であって第1の容量性装置にのみ充電を行う場合には高い電圧で発電を行うように制御される。
また、モーター機能として、モータージェネレータ装置は、制御装置の制御により例えば第1の容量性装置から電力の供給を受けた場合には自発的に駆動され、エンジンをカ行回転させ、点火可能な状態とする。すなわちエンジンを始動させる。
第1の容量性装置は、例えばコンデンサである。
また、第2の容量性装置は、例えば車両の他の電機系統等に電力を供給するために設けられるバッテリである。
これら第1及び第2の容量性装置は、各々モータージェネレータ装置に接続され、モータージェネレータ装置で発電が行われた場合には、この電力が供給されて充電可能な構成となっている。また、エンジンを始動させる場合には、必要に応じて電力をモータージェネレータ装置に供給し得る構成となっている。
切り換え回路は、モータージェネレータ装置と第2の容量性装置との間に設けられ、制御装置からの信号に基づいてこれらの装置間の電気的な接続状態を切り換える。具体的には、アイドルストップ状態となる直前において、例えばモータージェネレータから第2の容量性装置方向には電流が流れない状態とされ、モータージェネレータで発電された電力が第2の容量性装置には供給されない、すなわち充電されない状態に切り換えられる。これにより、結果的に、アイドルストップ状態となる直前において、モータージェネレータ装置で発電された電力は、第1の容量性装置にのみ供給されこれに充電されることとなる。なお、この時モータージェネレータ装置においては、前述したように相対的に高い電圧で発電が行われるので、第1の容量性装置はこの高い電圧で充電が行われることとなる。
制御装置は、前述したように、エンジンをアイドルストップする状態を検出した場合には、モータージェネレータ装置において発電された電力が第2の容量性装置には充電されず第1の容量性装置に充電されるように切り換え回路を切り換える。また、モータージェネレータ装置を制御し、第2の容量性装置にも充電を行う時の電圧よりも高い電圧で発電を行わせる。従って、この場合には第1の容量性装置には相対的に高い電圧で、また、第2の容量性装置には相対的に低い電圧で電力が充電されることとなる。そして、制御装置は、第1の容量性装置にその高い電圧で十分な電力が充電されたら、エンジンを停止させる。これにより、車両はアイドルストップ状態となる。
また、制御装置は、アイドルストップした状態を終了し前記エンジンを始動する状態を検出した場合には、第1の容量性装置に充電されている電力をモータージェネレータ装置に供給して前記エンジンを始動させる。この時、第1の容量性装置には相対的に高い電圧が印加されているので、これがモータージェネレータ装置のモーター駆動に供され、この高い電圧の十分な電力により、容易にモータージェネレータ装置のモーター機能が駆動され、エンジンの始動が開始される。
この時、第2の容量性装置の端子電圧はモータージェネレータ装置のモーター駆動部分の端子電圧よりも低い電圧であるため、この第2の容量性装置からはモータージェネレータ装置には電力が供給されず、モータージェネレータ装置への電力供給は、第1の容量性装置に充電されていた電力のみで行われる。その結果、例えば第2の容量性装置に例えば車両の電装品等の他の電機系統が接続されている場合、これらの電機系統への電力供給は何らエンジン始動の影響を受けずに、安定して行われる。
また、仮に、第1の容量性装置からの放電が進み第1の容量性装置の出力電圧が低下し、第2の容量性装置より低くなった場合には、モータージェネレータ装置のモーター駆動部分の端子電圧も同様に低くなるため、これに接続されている第2の容量性装置からもモータージェネレータ装置に電力が供給され始める。従って、第1の容量性装置に充電された電力のみではエンジンの始動が不十分な場合でも、第2の容量性装置の電力も供給され、エンジンの始動は適切に行われる。
本発明によれば、例えばエンジン始動時等にモーターに大電流を供給する時でも、コンデンサの電荷を効率よく使用することにより、二次電池(バッテリ)からの放電を抑えて他の電気系統への影響を防ぎ効率よくモーターを駆動することが可能なアイドルストップ制御装置を提供することができる。
本発明の一実施形態について、図1〜図10を参照して説明する。
本実施形態においては、アイドルストップ方式の自動車に搭載され、アイドルストップ時にエンジン、モーター及び電源系統を制御するアイドルストップシステムを例示して本発明を説明する。
まず、本実施形態のアイドルストップシステムの構成について図1〜図3を参照して説明する。
図1は、本実施形態のアイドルストップシステムの構成を示す回路図である。
図1に示すように、アイドルストップシステム100は、バッテリ(第2の容量性装置)110、スイッチユニット(切り換え回路)120、コンデンサ(第1の容量性装置)130、インバータ140、モータージェネレータ(M/G)150、アイドルストップコントローラ170及びエンジンコントローラ160を有する。
なお、アイドルストップシステム100は、図1に示すように、自動車のエンジン200、ブレーキスイッチ(ブレーキSW)210、車速センサ220及び車両電装品240等と例えば図示のごとく接続され、これらの各構成部と協働して全体として自動車のアイドルストップ機能を実現し、所望の状態に制御する。
バッテリ110は、接続される自動車の車両電装品240、すなわち、エンジンコントロールユニット等のコントローラ、電動ポンプ等の車体補機、アクセルセンサ・ブレーキセンサ・車速センサ等のセンサ類、ヘッドライト等の照明系、あるいは、オーディオ等のアクセサリ類等の自動車の種々の電機系統に電力を供給する二次電池である。本実施形態において、バッテリ110は、12Vの鉛酸二次電池である。
バッテリ110には、通常にエンジン200が回転している状態であって後述するスイッチユニット120がオン状態の時に、M/G150において発電された電力がインバータ140により例えば14V程度に調整されスイッチユニット120を介して供給される。これにより、バッテリ110は充電される。
また、例えばアイドルストップ等の状態で後述するスイッチユニット120がオフ状態の時には、インバータ140側からバッテリ110方向への電流の流れはスイッチユニット120により遮断される。従って、バッテリ110への充電は行われない。
また、この状態からの(アイドルストップ後の)エンジン200の再始動時には、バッテリ110は必要に応じてインバータ140を介してM/G150に電力を供給し、コンデンサ130によるM/G150の駆動を補助する。すなわち、バッテリ110は、スイッチユニット120によりバッテリ110からインバータ140方向を順方向とするダイオードによりコンデンサ130に接続されているので、コンデンサ130の出力電圧がバッテリ110の両端電圧より低くなった状態において、コンデンサ130方向へ放電を行う。
スイッチユニット120は、バッテリ110とコンデンサ130及びインバータ140の直流出力との正極間に設置され、アイドルストップコントローラ170から入力される制御信号(スイッチON/OFF指令信号)に基づいて、バッテリ110とこれらインバータ140側との通電状態を切り換える。
スイッチユニット120は、図1に示すように、スイッチ121、ダイオード122及び電圧計123を有する。
スイッチ121は、アイドルストップコントローラ170から印加されるスイッチON/OFF指令信号に基づいて、バッテリ110とインバータ140側の正極間の接続状態を切り換える。通常にエンジン200が回転している時、スイッチ121は、M/G150で発電された電力をバッテリ110に充電すべく閉じた状態(接続状態)とされ、それ以外の例えばアイドルストップ状態あるいはその後の再始動時等においては、スイッチ121は開放状態(切断状態)とされる。
ダイオード122は、バッテリ110とインバータ140側との正極間をバッテリ110からコンデンサ130への方向を順方向として接続するダイオードである。ダイオード122は、スイッチ121が開放状態である例えばアイドルストップ状態後の再始動時等に、コンデンサ130からバッテリ110方向への電流を遮断し、バッテリ110からコンデンサ130方向にのみ電流を流すように作用する。
電圧計123は、バッテリ110の両端電圧(放電電圧)とコンデンサ130の両端電圧(放電電圧)との電圧差(すなわち電圧)を計測し、アイドルストップコントローラ170に出力する。計測した電圧は、アイドルストップコントローラ170において、エンジン200の制御状態中のアイドルストップ遷移状態からアイドルストップ状態に移行するための状態検出のために用いられる。
このような構成によりスイッチユニット120は、通常にエンジン200が駆動された状態でスイッチON/OFF指令信号がONの時は、スイッチ121を閉じインバータ140側からバッテリ110方向に電流を流し、M/G150で発電された電力をバッテリ110に供給する。また、アイドルストップ時等でスイッチON/OFF指令信号がOFFの時は、スイッチ121は開放され、ダイオード122の作用により、コンデンサ130からバッテリ110方向への電流は遮断される。そして、アイドルストップ後の再始動時にコンデンサ130の両端電圧が低くなった場合に、バッテリ110からインバータ140方向に電流が流れ、バッテリ110の電力がインバータ140に供給される。
コンデンサ130は、アイドルストップ後にエンジン200を再始動する際に、M/G150に瞬間的に大量の電力を供給するための電気二重層コンデンサである。
通常にエンジン200が駆動されている時、コンデンサ130にはM/G150において発電された電力がインバータ140を介してバッテリ110とともに供給され、電荷が蓄積される。なお、この時、インバータ140からは、14Vの電圧(第1の電圧)で電力が供給される。
また、エンジン200が通常の駆動状態からアイドルストップ状態に遷移する状態の時にも、コンデンサ130にはM/G150において発電された電力がインバータ140を介して引き続き供給される。この時インバータ140からは、後述するように16Vの電圧(第2の電圧)で電力が供給される。なお、この時はスイッチユニット120のスイッチ121が開放されることにより、バッテリ110へは電力は供給されない。
また、アイドルストップ状態からエンジン200を再始動する時には、コンデンサ130は蓄積した電荷を放電し、M/G150を回転させるためにインバータ140を介してM/G150に電力を供給する。
インバータ140は、アイドルストップコントローラ170から入力されるクランキング指令信号がオンの場合(アイドルストップ後等にエンジン200を始動する場合)、コンデンサ130から供給される、あるいはコンデンサ130とバッテリ110との両方から供給される直流電力を交流電力に変換し、これをM/G150へ供給し、M/G150を力行運転させる。
また、インバータ140は、アイドルストップコントローラ170から入力されるクランキング指令信号がオフの場合(例えば、エンジン200が通常に回転している場合)、M/G150から送られる交流電力を直流電力へ変換し、バッテリ110とコンデンサ130との両方に、あるいは、コンデンサ130のみに出力する。
この際、アイドルストップコントローラ170から入力される発電電圧指令信号がLowレベルの場合、インバータ140は14Vの電圧(第1の電圧)の直流電力を発電し、発電電圧指令信号がHighレベルの場合、インバータ140は16Vの電圧(第2の電圧)の直流電力を発電する。前述したスイッチユニット120の機能により、14Vの電圧で発電された電力はバッテリ110及びコンデンサ130の両方に供給され、16Vの電圧で発電された電力はコンデンサ130にのみ供給される。
なお、実際の発電電圧の制御は、M/G150の回転磁界の強さを加減して行う。
M/G150は、エンジン200と機械的に連結されたモータージェネレータ(電動発電機)である。M/G150は、アイドルストップ後のエンジン始動時等にインバータ140からの交流電力により力行運転され、エンジンを点火可能な状態まで回転させる。また、エンジン始動後は、エンジンと連れ回りし、回転磁界により交流電力を発生し、発電した交流電力をインバータ140へ送出する。
エンジンコントローラ160は、アイドルストップコントローラ170からのアイドルストップ指令信号に基づいて、エンジン200を制御する。エンジンコントローラ160は、アイドルストップ指令信号がONとなった時、エンジン200を停止する。また、エンジンコントローラ160は、アイドルストップ後のエンジンの再始動開始状態においてM/G150のカ行にてエンジン200が回されている状態を検出し、エンジン200の点火制御を行い、エンジン200を駆動状態にする。
アイドルストップコントローラ170は、自動車の走行状態、運転者の操作状態及びアイドルストップシステム100内における電力の蓄積状態等に基づいて、エンジン200が適切にアイドルストップ状態へ移行するように、また適切にアイドルストップ状態が解除されて再始動されるように、アイドルストップシステム100の各部を制御する。
アイドルストップコントローラ170は、図2に示すように、エンジン駆動状態(ステップS31)、アイドルストップ遷移中状態(ステップS32)、アイドルストップ状態(ステップS33)、エンジン再始動状態(ステップS34)、及び、コンデンサ電圧調整状態(ステップS35)の各状態を順に遷移する。
そして、各状態において、図3に示すような各制御信号をアイドルストップコントローラ170、インバータ140及びスイッチユニット120等に出力し、エンジン200のアイドルストップ動作を制御する。
例えばアイドルストップコントローラ170は、アイドルストップ状態(ステップS33)においてエンジンコントローラ160に出力するアイドルストップ指令信号をONにし、エンジン200をアイドルストップさせる。また、エンジン再始動状態(ステップS34)においてインバータ140に出力するクランキング指令信号をONにし、コンデンサ130に充電された電力によるモータージェネレータ150のカ行運転を開始させる。
また、アイドルストップコントローラ170は、通常にエンジン200が回転しているエンジン駆動状態(ステップS31)においてスイッチユニット120に出力するスイッチON/OFF指令信号をONにし、M/G150で発電された電力がバッテリ110及び車両電装品240に供給されるようにする。また、アイドルストップ遷移中状態(ステップS32)においてインバータ140に出力する発電電圧指令信号をHighにし、コンデンサ130にバッテリ110への充電電圧よりも高い電圧で充電が行われるようにする。
アイドルストップコントローラ170は、例えば、ブレーキSW210より入力される運転者のブレーキ操作状態を示す情報、車速センサ220から入力される自動車の速度を示す情報、アクセルSW230から入力される運転者のアクセル操作状態を示す情報及びスイッチユニット120の電圧計123から入力されるバッテリ110の出力電圧とコンデンサ130の両端電圧の電位差(電圧)を示す情報等を参照して前述した各状態を移行する条件を検出する。
なお、アイドルストップコントローラ170における詳細な処理内容、すなわちアイドルストップコントローラ170によるアイドルストップシステム100の各部の制御内容は、続いて説明するアイドルストップシステム100の全体の動作の説明の中に示す。
以上が、アイドルストップシステム100の各部の構成の説明である。
次に、アイドルストップシステム100の動作について、図2〜図10を参照して説明する。
図2は、前述したようにアイドルストップコントローラ170によるアイドルストップシステム100の制御に係る状態及びその状態遷移の様子を示す図であり、図3は各状態における制御信号の状態を示す図である。
また、図4〜図8は各状態におけるアイドルストップシステム100の回路状態を示す図であり、また、図9及び図10は各状態におけるバッテリ110両端電圧Vbatt、コンデンサ130両端電圧Vcon、インバータ140に係る電流Iinv(発電電流Igen及びモーター駆動電流Imotorを含む総称)、及び、各制御信号の波形を示す波形図である。
まず、エンジン200が停止し自動車が停止した状態(ステップS10(図2))から、イグニッションキースイッチがONされることにより、エンジン200の回転が開始され車両が起動状態となる(ステップS20)。そして、車両の起動が完了し、車両が安定的に駆動され実質的に使用される状態(ステップS30)において、アイドルストップコントローラ170はアイドルストップに係る制御を有効に開始する。
車両が駆動状態とされエンジン200が駆動されている状態(ステップS31)において、アイドルストップコントローラ170は、図3、図4及び図9(D)に示すように、エンジンコントローラ160に対するアイドルストップ指令信号はOFF状態とし、インバータ140に対するクランキング指令信号もOFF状態とし、インバータ140に対する発電電圧指令信号はLowレベルとし、スイッチユニット120に対するスイッチON/OFF指令信号はON状態とする。
その結果、エンジンコントローラ160の制御によりエンジン200の回転は維持され、M/G150及びインバータ140においてバッテリ110の定格電圧より若干高い14Vの電圧で直流電力の発電が行われる。なお、図9(B)にインバータ140に入出力されるインバータ電流Iinv(図4においては発電電流Igenと示す。)を示す。なお、図9(B)においては、インバータ140から出力される電流を負、インバータ140に入力される電流を正で表す。
M/G150及びインバータ140で発電された電力は、コンデンサ130に蓄積されるとともに、スイッチユニット120の接続状態とされたスイッチ121を介してバッテリ110及び車両電装品240に供給される。すなわち、図4に示すように、発電電流Igenがコンデンサ130、バッテリ110及び車両電装品240に供給される。これにより、バッテリ110及びコンデンサ130は、図9(A)に示すように約14Vの電圧で充電される。
エンジン駆動状態(ステップS31)において、アイドルストップコントローラ170は、ブレーキSW210及び車速センサ220からの入力信号を参照し、例えば走行速度が0〔km/h〕でブレーキが操作されている状態が例えば3〔秒〕以上継続した場合、アイドルストップ判定をONにする。すなわち、アイドルストップを行う旨の判定を行う。これにより、アイドルストップ遷移中状態(ステップS32)に移行する。
アイドルストップ遷移中状態(ステップS32)においてアイドルストップコントローラ170は、図3、図5及び図9(D)に示すように、エンジンコントローラ160に対するアイドルストップ指令信号はOFF状態に維持し、インバータ140に対するクランキング指令信号もOFF状態に維持し、インバータ140に対する発電電圧指令信号はHighレベルとし、スイッチユニット120に対するスイッチON/OFF指令信号はOFF状態とする。
その結果、エンジン200の回転は維持され、M/G150及びインバータ140においてエンジン駆動状態(ステップS31)の時よりも2Vほど高い16Vの電圧の直流電力が発電される。その結果、図9(B)に示すように、インバータ140からは発電電流Igenが出力され続ける。
この電力は、スイッチユニット120のスイッチ121が開放状態とされるためバッテリ110及び車両電装品240には供給されず、コンデンサ130にのみ供給される。すなわち、図5に示すように、発電電流Igenはコンデンサ130にのみ供給される。
これにより、図9(A)に示すように、バッテリ110の両端電圧Vbattはバッテリ110の出力電圧である12Vとなり、コンデンサ130の両端電圧Vconは、コンデンサ130への充電が進むに連れてM/G150及びインバータ140の発電電力である16Vに近くなる。
なお、この状態において車両電装品240には、バッテリ110から電力が供給される。
アイドルストップ遷移中状態(ステップS32)において、アイドルストップコントローラ170は、スイッチユニット120の電圧計123から入力される電圧値を参照し、例えばその電圧値が4V以上となった場合、すなわちバッテリ110の出力電圧とコンデンサ130の両端電圧との電圧差(すなわち電圧)が4V以上となった場合、アイドルストップ状態(ステップS33)に移行する。
アイドルストップ状態(ステップS33)においてアイドルストップコントローラ170は、図3、図6及び図9(D)に示すように、エンジンコントローラ160に対するアイドルストップ指令信号をON状態にし、インバータ140に対するクランキング指令信号はOFF状態に維持し、スイッチユニット120に対するスイッチON/OFF指令信号はOFF状態とする。なお、この状態においてM/G150及びインバータ140における発電は停止されるので、インバータ140への発電電圧指令信号は無効となり、これを特定の信号レベルにする必要はない。
その結果、図6に示すように、エンジン200の回転は停止されてアイドルストップ状態となり、これに伴ってM/G150及びインバータ140における発電も停止し、図9(B)に示すようにインバータ電流Iinvは0となる。この状態において、コンデンサ130に蓄積された電力はそのまま維持され、図9(A)に示すように、コンデンサ130の両端電圧Vconもバッテリ110の出力電圧Vbattよりも4V高い状態に維持される。また、車両電装品240には、バッテリ110から電力が供給される。
アイドルストップ状態(ステップS33)において、アイドルストップコントローラ170は、ブレーキSW210及びアクセルSW230からの入力信号を参照し、例えばブレーキが開放されてアクセルが操作されている状態となった場合、再始動判定をONにする。すなわち、アイドルストップを停止しエンジン200を再始動する旨の判定を行う。これにより、エンジン再始動状態(ステップS34)に移行する。
エンジン再始動状態(ステップS34)においてアイドルストップコントローラ170は、図3、図7及び図10(D)に示すように、エンジンコントローラ160に対するアイドルストップ指令信号はOFF状態にし、インバータ140に対するクランキング指令信号をON状態にし、スイッチユニット120に対するスイッチON/OFF指令信号はOFF状態を維持する。なお、この状態においてもM/G150及びインバータ140において発電は行われないので、インバータ140への発電電圧指令信号は無効となり、これを特定の信号レベルにする必要はない。
その結果、インバータ140は、クランキング指令に従ってってコンデンサ130に蓄積された電力を交流電力に変換しM/G150に供給し、M/G150をカ行駆動させる。すなわち、図7に示すようにコンデンサ130から電流Imotorが放電されて、より具体的には図10(B)に示すように瞬間的に大きな値となり徐々に減少していくような波形で電流Iinv(Imotor)が放電されて、インバータ140に供給される。
この時、コンデンサ130の両端電圧Vconは、図10(A)に示すように、瞬間的に大きく低下し、その後も徐々に低下していく。そして、放電によってコンデンサ130の両端電圧(出力電圧)Vconがバッテリ110の出力電圧Vbattよりも低くなると、スイッチユニット120のダイオード122を介してバッテリ110からもインバータ140に電力が供給される。
このようにしてM/G150が駆動され、M/G150に連結されているエンジン200が回転されたら、その回転状態をエンジンコントローラ160が検出する。そして、エンジンコントローラ160は、エンジン200が点火可能状態となったら、エンジン200の駆動制御を開始する。
エンジン再始動状態(ステップS34)において、アイドルストップコントローラ170は、例えばエンジンコントローラ160又はインバータ140からの出力信号を参照し、エンジン200の始動が完了したことが確認できた場合、再始動判定をOFFにし、コンデンサ電圧調整状態(ステップS35)に移行する。
コンデンサ電圧調整状態(ステップS35)においてアイドルストップコントローラ170は、図3、図8及び図10(D)に示すように、エンジンコントローラ160に対するアイドルストップ指令信号はOFF状態に維持し、インバータ140に対するクランキング指令信号をOFF状態にし、インバータ140に対する発電電圧指令信号はLowレベルとし、スイッチユニット120に対するスイッチON/OFF指令信号はOFF状態とする。
その結果、図8に示すように、エンジンコントローラ160の制御によりエンジン200の回転は維持され、図10(B)に示すようにM/G150及びインバータ140において再び直流電力の電圧14Vで発電が開始される。発電された電力は、スイッチユニット120のスイッチ121が開放状態であるためバッテリ110には供給されず、コンデンサ130にのみ充電される。すなわち、発電電流Igenはコンデンサ130にのみ供給される。
コンデンサ電圧調整状態(ステップS35)において、アイドルストップコントローラ170は、スイッチユニット120の電圧計123から入力される電圧値を参照し、コンデンサ130の両端電圧がバッテリ110の出力電圧以上となったことを検出した場合、元のエンジン駆動状態(ステップS31)に移行する。
エンジン駆動状態(ステップS31)において、アイドルストップコントローラ170は、エンジンコントローラ160に対するアイドルストップ指令信号、インバータ140に対するクランキング指令信号、及び、インバータ140に対する発電電圧指令信号は各々図3、図4及び図9に示すような前の状態を維持し、スイッチユニット120に対するスイッチON/OFF指令信号をON状態とする。
その結果、M/G150及びインバータ140において発電された電圧14Vの直流電力が、コンデンサ130とともにバッテリ110及び車両電装品240にも供給されるようになる。
以下、車両が駆動状態(ステップS30)にある間、このようなアイドルストップ動作を繰り返す。
これらの処理は、例えばイグニッションキーSWがOFFとされ車両の駆動が終了されることにより、エンジン200の駆動も停止され終了する。
このように、本実施形態のアイドルストップシステム100においては、アイドルストップ後のエンジン始動時には、まず、コンデンサ130に蓄積された電力を用いてM/G150を回転させる。コンデンサ130には、バッテリ110より高電圧でM/G150の始動に十分な電荷が蓄積されているので、瞬間的に大きな電流を流すことができ、かつ、エンジン200の始動を適切に行える。
この時、バッテリ110は、コンデンサ130及び大容量の負荷であるM/G150とスイッチユニット120により実質的に分離されており、バッテリ110の電力は使用されない。従って、バッテリ110は、M/G150の起動によるコンデンサ130の放電の影響を何ら受けることなく、安定して他の電気系統に電力を供給し続けることができる。
また、仮にコンデンサ130からの電力のみではエンジン200が始動に至らず、コンデンサ130の出力電圧が低下してしまった場合には、バッテリ110からの電力の供給が開始される。従って、バッテリ110からの電力により、エンジン200を適切に始動できる。
また、そのような動作を行うために、本実施形態のアイドルストップシステム100においては、エンジン駆動状態からアイドルストップ状態に移行する間に、バッテリ110への充電電圧14Vよりも高い16Vの電圧で発電を行いアイドルストップ後のエンジン再始動のための電力をコンデンサ130へ充電するアイドルストップ遷移中状態を設けている。従って、通常のエンジン駆動状態においては、インバータ140の発電電圧は、バッテリ110及び車両電装品240の定格電圧付近、すなわち本実施形態のように14V程度で良いことになる。
このような方式をとらずに通常にコンデンサ130及びバッテリ110が並列接続されたような構成であった場合には、通常のエンジン駆動状態においてインバータ140は電圧18Vで発電運転をしないと、本実施形態のアイドルストップシステム100と同等のバッテリ110の電圧降下の抑制をできない。バッテリ110及び車両電装品240の負荷電流値はどちらも同じとなるため、インバータ140において発電される電力で考えると、本実施形態はそのような場合と比較して28%程度発電電力を抑えることができる。
従って、エンジン200の負荷トルクを小さくすることができ、燃費を向上させることができる。また、M/G150として、容量が小さく構成が小型で軽量なモータージェネレータを使用することができる。
また、本実施形態いおいては、アイドルストップ後にエンジン200を再始動した後、さらに、コンデンサ電圧調整状態(ステップS35)を設け、M/G150及びインバータ140による発電電力をバッテリ110には充電せずにコンデンサ130にのみ充電する工程を設けている。従って、エンジン200の再始動時に、コンデンサ130の両端電圧がバッテリ110の出力電圧以下となった状態のままでこれらを接続し、その電圧差からバッテリ110から瞬間的に電力が取り出されてバッテリ110が習慣的に電圧降下が生じるのを回避することができる。
この点においても、本実施形態のアイドルストップシステム100は、車両電装品240に安定して電力を供給することができる。
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
図1は、本発明の一実施形態のアイドルストップシステムの構成を示す図である。 図2は、図1に示したアイドルストップシステムのアイドルストップコントローラで行うアイドルストップ制御の制御状態及びその遷移状態を示す図である。 図3は、図1に示したアイドルストップシステムのアイドルストップコントローラからの出力制御信号の状態を示す図である。 図4は、図2に示したエンジン駆動状態におけるアイドルストップシステムの状態を説明するための図である。 図5は、図2に示したアイドルストップ遷移中状態におけるアイドルストップシステムの状態を説明するための図である。 図6は、図2に示したアイドルストップ状態におけるアイドルストップシステムの状態を説明するための図である。 図7は、図2に示したエンジン再始動状態におけるアイドルストップシステムの状態を説明するための図である。 図8は、図2に示したコンデンサ電圧調整状態におけるアイドルストップシステムの状態を説明するための図である。 図9は、図2に示したエンジン駆動状態からアイドルストップ状態までの各制御信号、バッテリ両端電圧、コンデンサ両端電圧及びインバータ電流を示す波形図である。 図10は、図2に示したエンジン再始動状態からエンジン駆動状態までの各制御信号、バッテリ両端電圧、コンデンサ両端電圧及びインバータ電流を示す波形図である。
符号の説明
100…アイドルストップシステム
110…バッテリ
120…スイッチユニット
121…スイッチ
122…ダイオード
123…電圧計
130…コンデンサ
140…インバータ
150…モータージェネレータ(M/G)
160…エンジンコントローラ
170…アイドルストップコントローラ
200…エンジン
210…ブレーキSW
220…車速センサ
230…アクセルSW
240…車両電装品

Claims (3)

  1. エンジンに駆動されて発電する発電機能と、供給される電力により駆動され前記エンジンを駆動するモーター機能とを有するモータージェネレータ装置と、
    各々前記モータージェネレータ装置と電気的に接続され、前記発電された電力が充電される第1の容量性装置及び第2の容量性装置と、
    前記モータージェネレータ装置と前記第2の容量性装置との間に電気的に介在され、前記モータージェネレータ装置と前記第2の容量性装置との間の電気的な接続状態を切り換える切り換え回路と、
    前記エンジンをアイドルストップする状態を検出した場合には、前記モータージェネレータ装置において発電された電力が前記第2の容量性装置には充電されず前記第1の容量性装置に充電されるように前記切り換え回路を切り換え、前記第2の容量性装置にも充電を行う時の電圧よりも高い電圧で発電を行うように前記モータージェネレータ装置を制御し、前記第1の容量性装置に当該高い電圧で電力が充電された後に前記エンジンを停止させアイドルストップ状態とし、当該アイドルストップした状態を終了し前記エンジンを始動する状態を検出した場合には、少なくとも前記第1の容量性装置に充電されている電力を前記モータージェネレータ装置に供給して前記エンジンを始動させる制御装置と
    を有するアイドルストップ制御装置。
  2. 前記第1の容量性装置と前記第2の容量性装置は電気的に並列に接続され、
    前記切り換え回路は、前記第1の容量性装置及び前記第2の容量性装置の各正極側端子間に設置され、前記正極側端子間を導通状態又は切断状態のいずれかに切り換えるスイッチと、前記第2の容量性装置から前記第1の容量性装置への方向を順方向として前記正極側端子間を接続する整流素子と
    を有する請求項1に記載のアイドルストップ制御装置。
  3. 前記第2の容量性装置は、前記充電された電力を少なくとも車両の電気系統に供給する
    請求項1又は2に記載のアイドルストップ制御装置。
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