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

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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