(57)【要約】【課題】蓄電手段の電圧を最低限確保しつつアイドルストップの機会をより拡大する。【解決手段】本発明は、アイドルストップ機能を備えた車両のエンジン１から動力を得て発電する発電手段（２）と、発電手段により発電された電力を蓄える蓄電手段（３）とを備えた車両用電源装置に関する。蓄電手段（３）は、アイドルストップによるエンジン１の停止中、車両に備わる電気負荷４に電力を供給する。エンジン１の停止後に蓄電手段（３）の電圧が所定の下限値を下回ると、その時点でエンジン１が再始動されるとともに、そのエンジン再始動によって蓄電手段（３）の電圧が充分に回復したと判断できる特定条件が成立した時点で、エンジン（１）は再び停止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイドルストップ機能を備えた車両のエンジンから動力を得て発電する発電手段と、発電手段により発電された電力を蓄える蓄電手段と、上記エンジンの停止および再始動と上記発電手段の発電動作とを制御する制御手段とを備えた車両用電源装置であって、
上記蓄電手段は、アイドルストップによるエンジンの停止中、車両に備わる電気負荷に電力を供給し、
上記制御手段は、上記エンジンの停止後に上記蓄電手段の電圧が所定の下限値を下回った時点でエンジンを再始動させるとともに、そのエンジン再始動によって上記蓄電手段の電圧が充分に回復したと判断できる特定条件が成立した時点で、上記エンジンを再び停止させる、ことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両用電源装置において、
上記蓄電手段はキャパシタであることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の車両用電源装置において、
上記特定条件は、上記蓄電手段の電圧が上記下限値よりも高い所定の閾値を超えることである、ことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項４】
請求項３記載の車両用電源装置において、
上記所定の閾値は、上記エンジンの停止中に低下する上記蓄電手段の電圧の低下率に応じて可変的に設定される、ことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項５】
請求項１または２記載の車両用電源装置において、
上記特定条件は、上記再始動されたエンジンの運転時間が所定時間に達したことである、ことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項６】
請求項５記載の車両用電源装置において、
上記制御手段は、アイドルストップ後のエンジンの合計停止時間が所定の上限値に達するとアイドルストップを解除し、且つ、このエンジンの合計停止時間の上限値から、上記蓄電手段の電圧が上記下限値を下回るまでにエンジンが停止していた時間を差し引いた値を残時間として、この残時間に応じて上記所定時間を可変的に設定する、ことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
上記制御手段は、エンジンが停止してから上記蓄電手段の電圧が上記下限値を下回るまでに経過した時間に応じて、再始動後のエンジン回転速度を可変的に設定する、ことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
上記制御手段は、上記エンジンの停止中に低下する上記蓄電手段の電圧の低下率に応じて、再始動後のエンジン回転速度を可変的に設定する、ことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項９】
アイドルストップ機能を備えた車両のエンジンから動力を得て発電する発電手段と、発電手段により発電された電力を蓄える蓄電手段とを備え、アイドルストップによるエンジンの停止中に上記蓄電手段から車両の電気負荷に電力が供給されるように構成された車両用電源装置を制御する方法であって、
上記エンジンの停止後に上記蓄電手段の電圧が所定の下限値を下回った時点でエンジンを再始動させるステップと、
上記エンジンの再始動によって上記蓄電手段の電圧が充分に回復したと判断できる特定条件が成立した時点で、上記エンジンを再び停止させるステップとを含む、ことを特徴とする車両用電源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アイドルストップ機能を備えた車両のエンジンから動力を得て発電する発電手段と、発電手段により発電された電力を蓄える蓄電手段とを備えた車両用電源装置、およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電手段と蓄電手段とを備えた車両用電源装置として、例えば下記特許文献１のものが公知である。この特許文献１に開示された電源装置は、エンジンを自動的に停止させたり再始動させたりする、いわゆるアイドルストップ機能を備えた車両を対象としたもので、上記蓄電手段として、化学反応を併用したプロセスにより蓄電する大容量のキャパシタ（ハイブリッドキャパシタ）を備えている。
【０００３】
下記特許文献１で用いられるキャパシタ（ハイブリッドキャパシタ）は、電圧が低くなり過ぎると劣化し易くなるという性質がある。そこで、このキャパシタの寿命が低下するのを防止するために、特許文献１では、キャパシタの電圧が所定の閾値以下に低下した場合に、アイドルストップを禁止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８０１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、アドルストップによってエンジンが停止した場合、エンジン停止中にも稼動する電気負荷（例えばエアコンやオーディオ等）によって消費される電力が、上記キャパシタに充電された電力によって賄われることがある。この間、キャパシタの電圧は徐々に低下するため、仮にアイドルストップによるエンジンの停止時間が長期に及んだ場合は、キャパシタの電圧が大幅に低下してしまい、劣化が起こり易い電圧以下になるか、最悪の場合には、電気負荷に供給できる電力が枯渇して電気負荷が停止してしまう。
【０００６】
そこで、上記のような事態を防ぐために、エンジン停止中の電圧の低下分を見越して上記閾値を設定し、その閾値以下になったときにはアイドルストップを禁止することが提案される。しかしながら、このようにすると、キャパシタの電圧がかなり高いときにしかアイドルストップが行われなくなるため、アイドルストップが行われる頻度が大幅に減少してしまい、燃費削減等の効果が著しく減殺されてしまう。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、蓄電手段の電圧を最低限確保しつつ、アイドルストップの機会をより拡大することが可能な車両用電源装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、アイドルストップ機能を備えた車両のエンジンから動力を得て発電する発電手段と、発電手段により発電された電力を蓄える蓄電手段と、上記エンジンの停止および再始動と上記発電手段の発電動作とを制御する制御手段とを備えた車両用電源装置であって、上記蓄電手段は、アイドルストップによるエンジンの停止中、車両に備わる電気負荷に電力を供給し、上記制御手段は、上記エンジンの停止後に上記蓄電手段の電圧が所定の下限値を下回った時点でエンジンを再始動させるとともに、そのエンジン再始動によって上記蓄電手段の電圧が充分に回復したと判断できる特定条件が成立した時点で、上記エンジンを再び停止させる、ことを特徴とするものである（請求項１）。
【０００９】
本発明によれば、アイドルストップによるエンジンの停止中であっても、蓄電手段の電圧が下限値を下回れば、エンジンが強制的に再始動されて発電手段による発電が再開されるので、エンジン停止中に低下した蓄電手段の電圧を回復させることができる。そして、蓄電手段の電圧が上記下限値よりも大きい閾値をさらに上回り、蓄電手段の電圧が充分に回復した時点で、エンジンが再び停止されるので、キャパシタの電圧を常に下限値以上に維持しながら（それによって電気負荷の稼動を保障しながら）、燃費を効果的に削減することができる。
【００１０】
上記蓄電手段はキャパシタであることが好ましい（請求項２）。
【００１１】
電荷を物理的に吸着するキャパシタは、上記発電手段で発電された電力を急速に充電することが可能で、しかもリニアな充放電特性をもつため、上記蓄電手段として好適に用いることができる。なお、キャパシタの概念には、キャパシタとして一般的な電気二重層キャパシタだけでなく、例えばリチイムイオンキャパシタのような、化学反応を併用したプロセスにより蓄電するハイブリッドキャパシタも含まれる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、上記特定条件は、上記蓄電手段の電圧が上記下限値よりも高い所定の閾値を超えることである（請求項３）。
【００１３】
この構成によれば、蓄電手段の電圧に基づいて上記特定条件の成立（蓄電手段が充分に充電されたこと）を適正に判断することができる。
【００１４】
上記所定の閾値は、上記エンジンの停止中に低下する上記蓄電手段の電圧の低下率に応じて可変的に設定することとしてもよい（請求項４）。
【００１５】
この構成によれば、エンジンの停止、再始動が頻繁に繰り返されることに起因して乗員が煩わしさを感じることを回避できる。
【００１６】
上記特定条件は、上記再始動されたエンジンの運転時間が所定時間に達したことであることとしてもよい（請求項５）。
【００１７】
このように、上記特定条件の成立は、再始動後のエンジンの運転時間によっても適正に判断することができる。
【００１８】
上記構成において、より好ましくは、上記制御手段は、アイドルストップ後のエンジンの合計停止時間が所定の上限値に達するとアイドルストップを解除し、且つ、このエンジンの合計停止時間の上限値から、上記蓄電手段の電圧が上記下限値を下回るまでにエンジンが停止していた時間を差し引いた値を残時間として、この残時間に応じて上記所定時間を可変的に設定する（請求項６）。
【００１９】
この構成によれば、エンジンの再始動によって蓄電手段に充電される電力を、その後に予定されるエンジンの停止時間（残時間）が長いほど多くすることができ、その停止時間の間に消費される電力に見合った電力を発電手段で発電することができる。
【００２０】
本発明において、好ましくは、上記制御手段は、エンジンが停止してから上記蓄電手段の電圧が上記下限値を下回るまでに経過した時間に応じて、再始動後のエンジン回転速度を可変的に設定する（請求項７）。
【００２１】
あるいは、上記制御手段は、上記エンジンの停止中に低下する上記蓄電手段の電圧の低下率に応じて、再始動後のエンジン回転速度を可変的に設定する（請求項８）。
【００２２】
これらの構成によれば、蓄電手段の電力が消費されるスピード（電気負荷が単位時間あたりに消費する電力の大小）に応じて再始動後のエンジン回転速度が変化するので、例えば、電力の消費スピードが速いほど発電手段の発電効率を高める等により、充電手段の電圧を回復させるのに要する時間を電気負荷の稼働状況にかかわらず一定の範囲に収めることが可能になる。
【００２３】
また、本発明は、アイドルストップ機能を備えた車両のエンジンから動力を得て発電する発電手段と、発電手段により発電された電力を蓄える蓄電手段とを備え、アイドルストップによるエンジンの停止中に上記蓄電手段から車両の電気負荷に電力が供給されるように構成された車両用電源装置を制御する方法であって、上記エンジンの停止後に上記蓄電手段の電圧が所定の下限値を下回った時点でエンジンを再始動させるステップと、上記エンジンの再始動によって上記蓄電手段の電圧が充分に回復したと判断できる特定条件が成立した時点で、上記エンジンを再び停止させるステップとを含む、ことを特徴とするものである（請求項９）。
【００２４】
この方法によっても、上述した電源装置の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明の車両用電源装置およびその制御方法によれば、蓄電手段の電圧を最低限確保しつつ、アイドルストップの機会をより拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる電源装置を搭載した車両の概略構成を示す図である。
【図２】上記車両の制御系を示すブロック図である。
【図３】上記第１実施形態におけるアイドルストップ時の制御動作を示すタイムチャートである。
【図４】上記第１実施形態におけるアイドルストップ時の制御動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態におけるアイドルストップ時の制御動作を示すタイムチャートである。
【図６】上記第２実施形態におけるアイドルストップ時の制御動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
＜実施形態１＞
（１）車両の全体構成
図１は、本発明の第１実施形態にかかる電源装置を搭載した車両の概略構成を示す図である。本図に示される車両は、走行用の動力源であるエンジン１と、エンジン１から動力を得て発電するオルタネータ２（本発明にかかる発電手段に相当）と、オルタネータ２と電気的に接続され、オルタネータ２で発電された電力を蓄えるキャパシタ３（本発明にかかる蓄電手段に相当）と、エンジン１を始動する際にエンジン１に回転力を付与するスタータモータ７と、エアコン、オーディオ、各種ランプや計器類等からなる電気負荷４と、電気負荷４とオルタネータ２との間に介設されたＤＣ／ＤＣコンバータ５と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５に接続されたバッテリ６とを備えている。
【００２８】
上記スタータモータ７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５と電気的に接続されており、両者を接続する配線の途中には、スタータリレー８が介設されている。スタータリレー８は、エンジン１を始動する際にＯＮされ、それ以外のときはＯＦＦとされる。エンジン１の始動時にスタータリレー８がＯＮされると、バッテリ６に充電されている電力がＤＣ／ＤＣコンバータ５を介してスタータモータ７に供給され、その電力によってスタータモータ７が駆動される。スタータモータ７は、エンジン１の出力軸（クランク軸）に一体に取り付けられたリングギヤを強制的に回転させ、エンジン１に回転力を付与する。
【００２９】
ここで、当実施形態の車両は、イグニッションがＯＮであっても所定の条件下でエンジン１を自動的に停止させる、いわゆるアイドルストップ機能付きの車両である。このため、上記スタータモータ７は、イグニッションがＯＦＦからＯＮにされたときだけでなく、自動的に停止したエンジンを再始動させる際にも駆動されることになる。
【００３０】
上記エンジン１は変速機１０と連結されており、変速機１０の出力側にはドライブシャフト１１および車輪１２が設けられている。車両が加速しているときには、エンジン１の出力トルクが変速機１０を経由してドライブシャフト１１および車輪１２に伝達され、車輪１２が回転駆動される。一方、車両が減速しているときには、エンジン１自身はトルクを出力しないものの、惰性で回転する車輪１２およびドライブシャフト１１によってエンジン１が回転させられる。
【００３１】
上記オルタネータ２は、エンジン１から動力を得るためにエンジン１の出力軸とベルト等を介して連結されている。具体的に、オルタネータ２は、エンジン１の出力軸と連動して回転するロータと、ロータの周囲に配置されたステータコイルとを有しており（いずれも図示省略）、上記ロータには磁界を発生させるためのフィールドコイルが巻装されている。オルタネータ２による発電時には、このフィールドコイルに電流が印加され、それによって生成された磁界中をロータが回転することにより、誘導電流が発生するようになっている。
【００３２】
上記オルタネータ２には、オルタネータ２で発電された交流電力を直流電力に変換する整流器２ａが内蔵されている。つまり、上記オルタネータ２で発電された電力は、この整流器２ａで直流に変換された後にキャパシタ３に送られる。
【００３３】
上記バッテリ６は、車両用バッテリとして一般的な鉛電池等からなる二次電池である。このようなバッテリ６は、化学反応によって電気エネルギーを蓄えるものであるため、急速な充放電には不向きであるが、比較的大量の電力を蓄えることができる（つまり充電容量が大きい）という特性がある。
【００３４】
上記キャパシタ３は、最大２５Ｖまで充電可能な大容量の電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）である。このようなキャパシタ３は、上記バッテリ６のような二次電池と異なり、電解質イオンの物理的な吸着によって電気を蓄えるものであるため、比較的急速な充放電が可能で、内部抵抗も少ないという特性がある。
【００３５】
上記オルタネータ２による発電は、車両の減速時に集中的に行われ、そのときの発電電力（回生電力）は一旦キャパシタ３に充電される。キャパシタ３に充電された最大２５Ｖの電力は、上記ＤＣ／ＤＣコンバータ５によって１２Ｖまで降圧された後に、電気負荷４またはバッテリ６に供給される。したがって、車両が減速する頻度が多いときは、オルタネータ２によって多くの電力が発電されるので、車両の走行中に必要な電力はほぼ全て上記回生電力によって賄われることになる。例えば、車両が市街地走行をしているときには、頻繁に車両の加減速が繰り返されるため、多くの場合、キャパシタ３に充電された電力が完全に枯渇する前に再び車両が減速して回生電力が確保されることとなり、バッテリ６から持ち出される電力（バッテリ６からの放電によって電気負荷４に供給される電力）はほとんど不要になる。
【００３６】
一方、車両の加速時は、オルタネータ２からエンジン１に加わる抵抗トルクをできるだけ少なくするために、基本的にオルタネータ２による発電は行われない。このとき、電気負荷４での消費電力は、上記キャパシタ３に既に充電されている電力と、必要に応じてバッテリ６から放電される電力とによって賄われる。
【００３７】
上記エンジン１を含むパワートレイン系の部品は、図２に示すＰＣＭ１０により統括的に制御される。ＰＣＭ１０は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサであり、本発明にかかる制御手段に相当するものである。
【００３８】
上記ＰＣＭ１０には、車両に設けられた複数のセンサから種々の情報が入力される。すなわち、車両には、車両の走行速度（車速）を検出するための車速センサＳＷ１と、図外のブレーキペダルの操作力（踏力）を検出するためのブレーキセンサＳＷ２と、図外のアクセルペダルの踏込み量に応じたアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサＳＷ３と、エンジン１の出力軸の回転速度を検出するためのエンジン速度センサＳＷ４と、キャパシタ３の電圧（端子間電圧）を検出するためのキャパシタ電圧センサＳＷ５とが設けられており、これら各センサＳＷ１〜ＳＷ５と上記ＰＣＭ１０とが電気的に接続されている。
【００３９】
また、ＰＣＭ１０は、エンジン１に備わる各種制御対象機器（例えば燃料を噴射するインジェクタや点火プラグ等）、オルタネータ２のフィールドコイル、ＤＣ／ＤＣコンバータ５、およびスタータリレー８と電気的に接続されており、これらの機器に駆動用の制御信号を出力する。
【００４０】
すなわち、ＰＣＭ１０は、上記各センサＳＷ１〜ＳＷ５から入力される種々の情報に基づいて、車両の走行状態に応じた適切なトルクが得られるようにエンジン１の燃焼を制御したり、車両の走行状態に応じてオルタネータ２の発電量を制御したり、オルタネータ２で発電された電力の電気負荷４またはバッテリ６への供給を制御したりする。
【００４１】
また、当実施形態の車両はアイドルストップ機能付きの車両であるから、上記ＰＣＭ１０は、所定の条件下でエンジン１を自動的に停止させ、または停止したエンジンを再始動させる機能を有している。
【００４２】
（２）アイドルストップ時の発電制御
次に、アイドルストップによってエンジンが停止した場合のオルタネータ２の発電制御について具体的に説明する。図３は、アイドルストップ時のキャパシタ３の電圧およびエンジン回転速度の変化を示すタイムチャートであり、図４は、アイドルストップ時にＰＣＭ１０が行う制御動作の手順を示すフローチャートである。
【００４３】
図４に示すフローがスタートすると、ＰＣＭ１０は、各種センサ値を読み込む処理を実行する（ステップＳＡ１）。具体的に、ＰＣＭ１０は、上記車速センサＳＷ１、ブレーキセンサＳＷ２、アクセル開度センサＳＷ３、エンジン速度センサＳＷ４、およびキャパシタ電圧センサＳＷ５からそれぞれの検出信号を読み込み、これらの信号に基づいて、車速、ブレーキペダルの踏力、アクセル開度、エンジン回転速度、キャパシタ３の電圧等の各種情報を取得する。
【００４４】
次いで、ＰＣＭ１０は、アイドルストップフラグＦが０であるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳＡ２）。アイドルストップフラグＦとは、後述するアイドルストップ条件およびアイドルストップ解除条件の成否によって変化する値であり、アイドルストップ条件が成立してからアイドルストップ解除条件が成立するまでの間に限り「１」とされる値である。このため、例えば、車両の運転が開始されてから最初のアイドルストップ条件が成立するまでの間、および、アイドルストップ解除条件が成立してからその次にアイドルストップ条件が成立するまでの間は、いずれもアイドルストップフラグＦが「０」とされる。
【００４５】
上記ステップＳＡ２でＹＥＳと判定されてアイドルストップフラグＦ＝０であることが確認された場合、ＰＣＭ１０は、上記ステップＳＡ１で取得された情報に基づいて、エンジンを自動的に停止させることを許可する条件であるアイドルストップ条件が成立したか否かを判定する処理を実行する（ステップＳＡ３）。例えば、車両が停止状態にあること、アクセル開度がゼロであること（アクセルＯＦＦ）、ブレーキペダルが所定の踏力以上で踏み込まれていること（ブレーキＯＮ）、キャパシタ３の電圧が所定値よりも高いこと、等の複数の要件が全て揃ったときに、上記アイドルストップ条件が成立したと判定する。
【００４６】
ここで、上記ステップＳＡ３での判定基準のうち、キャパシタ３の電圧が所定値より高いという要件については、エンジン停止中の電気負荷４の消費電力をキャパシタ３によってある程度の期間賄うことを意図したものである。この要件における「所定値」は、電気負荷４での消費電力等を考慮して適宜設定可能であるが、例えば、後述する閾値Ｖｒと同一の値に設定することができる。
【００４７】
上記ステップＳＡ３でＹＥＳと判定されてアイドルストップ条件が成立したことが確認された場合、ＰＣＭ１０は、エンジン１に供給される燃料をカットしてエンジン１を停止させるとともに、アイドルストップフラグＦを０から１に書き換える処理を実行する（ステップＳＡ４，ＳＡ５）。
【００４８】
図３のタイムチャートにおいて、時点ｔ０は、アイドルストップ条件が成立した時点を示している。本図に示すように、この時点ｔ０でアイドルストップ条件が成立して燃料カットが実行されると、その後、エンジン１はわずかの間惰性で回転し、時点ｔ０よりも遅い時点ｔ１で完全停止に至っている（つまりエンジン回転速度がゼロになっている）。また、アイドルストップフラグＦについては、アイドルストップ条件が成立する時点ｔ０以前にＦ＝０であったものが、条件成立と同時にＦ＝１に書き換えられている。
【００４９】
上記のようにしてアイドストップ条件の成立を境にフラグＦが０から１に書き換えられると、上述したステップＳＡ２でＮＯと判定されるようになる。ここでＮＯと判定された場合、ＰＣＭ１０は、上記ステップＳＡ１で取得された情報に基づいて、アイドルストップ解除条件が成立したか否かを判定する処理を実行する（ステップＳＡ６）。例えば、ブレーキペダルの踏力が所定値未満になったこと（ブレーキＯＦＦ）、アクセルペダルが踏み込まれたこと（アクセルＯＮ）、アイドルストップ後の合計停止時間が所定の上限値に達したこと、等の複数の要件のうち少なくとも１つが成立したときに、上記アイドルストップ解除条件が成立したと判定する。
【００５０】
上記ステップＳＡ６でＮＯと判定されてアイドルストップ解除条件が未だ成立していないことが確認された場合、ＰＣＭ１０は、上記ステップＳＡ１で取得されたキャパシタ３の電圧（図中ではＶｃａｐとも表記する）が、予め設定された下限値Ｖｓよりも小さいか否かを判定する処理を実行する（ステップＳＡ９）。ここで、下限値Ｖｓは、車両に搭載された各種電気負荷４（エアコンやオーディオ等）を正常に作動させるのに必要な最低限の電圧であり、この下限値Ｖｓ以上の電圧がキャパシタ３に確保されていれば、上記電気負荷４の作動が保障される。上記下限値Ｖｓは、より正確には、各種電気負荷４のうち現在稼動しているものの消費電力を考慮して決定され、稼働中の電気負荷４の数が多く消費電力が多いほど大きい値に設定され、逆に、稼働中の電気負荷４の数が少なく消費電力が少ないほど小さい値に設定される。
【００５１】
上記ステップＳＡ９でＹＥＳと判定されてキャパシタ３の電圧（Ｖｃａｐ）が上記下限値Ｖｓを下回ったことが確認された場合、ＰＣＭ１０は、エンジン１を再始動させる処理を実行する（ステップＳＡ１０）。つまり、ＰＣＭ１０は、スタータリレー８をＯＮしてスタータモータ７を駆動しつつ、エンジン１への燃料供給を復帰させることにより、エンジン１を再始動させる。
【００５２】
図３のタイムチャートでは、キャパシタ３の電圧が下限値Ｖｓを下回った時点をｔ２としている。アイドルストップによりエンジン１が停止した時点ｔ１の後、この時点ｔ２に至るまでの間は、オルタネータ２による発電が停止されてキャパシタ３への供給電力がなくなる上に、キャパシタ３に充電されていた電力が電気負荷４によって消費される。このため、上記時点ｔ１からｔ２までの間、キャパシタ３の電圧は徐々に低下する。そして、上記時点ｔ２で、キャパシタ３の電圧が下限値Ｖｓを下回り、これをきっかけにエンジン１が再始動されている。
【００５３】
上記時点ｔ２でエンジン１が再始動されると、エンジン１の回転速度が上昇してアイドリング運転に移行する。すると、オルタネータ２での発電が再開されるので、その発電電力がキャパシタ３に供給されることで、時点ｔ２以降、キャパシタ３の電圧が徐々に上昇していく。
【００５４】
なお、上記時点ｔ２でエンジン１は再始動されるが、この再始動は、上述したアイドルストップ解除条件（ＳＡ６）の成立による再始動ではないので、アイドルストップフラグＦは１のまま変化しない。
【００５５】
上記エンジン１の再始動によってキャパシタ３の電圧が回復すると、キャパシタ３の電圧は上記下限値Ｖｓ以上になるので、上述したステップＳＡ９でＮＯと判定されるようになる。すると、ＰＣＭ１０は、エンジン１が停止中であるか否か、つまりエンジン１の回転速度がゼロであるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳＡ１１）。
【００５６】
エンジンが再始動された上記時点ｔ２の後、エンジン１の回転速度は当然ゼロよりも大きいから、上記ステップＳＡ１１での判定はＮＯとなる。すると、ＰＣＭ１０は、キャパシタ３の電圧（Ｖｃａｐ）が予め定められた閾値Ｖｒより大きいか否かを判定する処理を実行する（ステップＳＡ１２）。この閾値Ｖｒは、キャパシタ３が充分に充電されたことを確認するための値であり、上記下限値Ｖｓよりも高い値に設定されている。なお、この閾値Ｖｒよりも大きい値までキャパシタ３の電圧が回復したということは、本発明における特定条件が成立したことに相当する。
【００５７】
上記ステップＳＡ１２でＹＥＳと判定されてキャパシタ３の電圧が上記閾値Ｖｒを上回ったことが確認された場合、ＰＣＭ１０は、エンジン１に供給される燃料をカットして再びエンジン１を停止させる処理を実行する（ステップＳＡ１３）。
【００５８】
図３のタイムチャートでは、キャパシタ３の電圧が上記閾値Ｖｒを上回った時点をｔ３としている。この時点ｔ３で燃料がカットされることで、エンジン１は、時点ｔ３からわずかな時間をおいて完全停止に至っている。これにより、オルタネータ２での発電が停止されるので、キャパシタ３の電圧は再び減少に転じている。
【００５９】
その後もキャパシタ３の電圧が監視され、仮にキャパシタ３の電圧が上述した下限値Ｖｓを再び下回ったら、その時点で、キャパシタ３の充電のために再びエンジン１が再始動されるが、図３の例では、キャパシタ３の電圧が下限値Ｖｓを下回る前に、時点ｔ４で、アイドルストップ解除条件（ＳＡ６）が成立している。
【００６０】
アイドルストップ解除条件が成立すると（つまりステップＳＡ６での判定がＹＥＳになると）、ＰＣＭ１０は、スタータモータ７を駆動しつつエンジン１への燃料供給を復帰させることにより、エンジン１を再始動させる処理を実行する（ステップＳＡ７）。また、これと同時に、アイドルストップフラグＦを１から０に書き換える処理を実行する（ステップＳＡ８）。これにより、図３のタイムチャートの時点ｔ４以降に示すように、エンジン１の運転が再開され、再びアイドルストップ条件が成立するまでの間、エンジン１の運転が継続される。
【００６１】
（３）作用等
以上説明したように、本発明の第１実施形態では、アイドルストップ機能付きの車両に搭載されたエンジン１から動力を得て発電するオルタネータ２（発電手段）と、オルタネータ２により発電された電力を蓄えるキャパシタ３（蓄電手段）と、エンジン１の停止および再始動とオルタネータ２の動作を制御するＰＣＭ１０（制御手段）とを備えた車両用電源装置において、次のような特徴的な構成を採用した。
【００６２】
アイドルストップによりエンジン１が停止すると、その停止中、車両の各種電気負荷４（エアコンやオーディオ等）にはキャパシタ３から電力が供給される。ＰＣＭ１０は、上記エンジン１の停止後にキャパシタ３の電圧が下限値Ｖｓを下回った時点（図３のｔ２）でエンジン１を再始動させるとともに、その再始動によりキャパシタ３の電圧が上昇して閾値Ｖｒを超えた時点（図３のｔ３）で、エンジン１を再び停止させる。このような構成によれば、キャパシタ３の電圧を最低限確保しつつ、アイドルストップの機会をより拡大できるという利点がある。
【００６３】
すなわち、上記第１実施形態では、アイドルストップによるエンジン１の停止中にキャパシタ３の電圧が下限値Ｖｓを下回れば、アイドルストップ解除条件が未成立であってもエンジン１が強制的に再始動されて、オルタネータ２による発電が再開されるので、エンジン停止中に低下したキャパシタ３の電圧を回復させることができる。そして、キャパシタ３の電圧が上記下限値Ｖｓよりも大きい閾値Ｖｒをさらに上回り、キャパシタ３の電圧が充分に回復した時点で、エンジン１が再び停止されるので、キャパシタ３の電圧を常に下限値Ｖｓ以上に維持ながら（それによって電気負荷４の稼動を保障しながら）、燃費を効果的に削減することができる。
【００６４】
例えば、キャパシタ３の電圧を下限値Ｖｓ以上に維持するために行われる一時的なエンジン再始動（図３の時点ｔ２〜ｔ３での再始動）が仮になかったとすれば、図３の時点ｔ２以降、キャパシタ３の電圧が下限値Ｖｓよりもさらに低い値まで低下し、車両の電気負荷４が正常に稼動しなくなってしまう。もちろん、電圧が下限値Ｖｓ未満になった後、電気負荷４への電力の供給元をキャパシタ３からバッテリ６に切り替えることも考えられるが、バッテリ６の電力は、エンジン１の再始動時にスタータモータ７を駆動させるために消費されて急減するので、電気負荷４への電力の供給をバッテリ６に頼っていると、エンジン１の再始動時にやはり電気負荷４が正常に作動しなくなるおそれがある。そこで、上記実施形態では、エンジン１の停止中の電気負荷４の消費電力を、バッテリ６ではなくキャパシタ３からの供給電力によって賄うようにしている。ただし、この場合は、電気負荷４を正常に作動させるためにキャパシタ３の電圧を下限値Ｖｓ以上に維持する必要があるので、たとえアイドルストップ解除条件の成立前であっても、エンジン１を一時的に再始動させてキャパシタ３の電圧を回復させるようにしている。
【００６５】
上記のような一時的なエンジン１の再始動によらず、キャパシタ３の電圧を下限値Ｖｓ以上に維持しようとすれば、エンジン停止前のキャパシタ３の電圧をよほど高くする（例えばキャパシタ３が満充電状態になければアイドルストップを許可しない）か、または、キャパシタ３の電圧が下限値Ｖｓに低下するまでの期間しかアイドルストップを継続しないようにするしかない。しかしながら、前者のようにするとアイドルストップが行われる頻度が著しく少なくなってしまうし、後者のようにすると、アイドルストップの上限継続時間が短くなって燃費削減効果が薄れてしまう。
【００６６】
これに対し、上記実施形態では、アイドルストップによるエンジン停止中にキャパシタ３の電圧が低下したとしても、一時的なエンジン再始動によりキャパシタ３の電圧を回復させ、その後再びエンジンを停止させるようにしたため、キャパシタ３の電圧を最低限確保しながらも、アイドルストップの機会をより拡大することが可能になる。
【００６７】
なお、上記実施形態では、アイドルストップによるエンジン停止中にエンジンを一時的に再始動させる際の回転速度、より具体的には、時点ｔ２（再始動の開始時点）の後エンジン回転が安定してから再び燃料カットされるまでの間の回転速度をどの程度の値に設定するかについて特に言及しなかったが、時点ｔ２以降の再始動後の回転速度を、電気負荷４による消費電力の大小によって可変的に設定してもよい。
【００６８】
例えば、エンジン１が停止してからキャパシタ３の電圧が下限値Ｖｓを下回るまでの経過時間（図３の時点ｔ１から時点ｔ２までの時間）を調べ、この時間が短いほど、時点ｔ２以降の再始動後のエンジン回転速度を高くすることが考えられる。
【００６９】
また、エンジン１の停止中（時点ｔ１〜ｔ２）に低下するキャパシタ３の電圧の低下率、つまり図３に示す勾配αを調べ、この低下率（勾配）αが大きいほど、時点ｔ２以降の再始動後のエンジン回転速度（時点ｔ２〜ｔ３の回転速度）を高くすることが考えられる。
【００７０】
これらの態様によれば、キャパシタ３の電力が消費されるスピードが速いほど、エンジン回転速度が高められて、オルタネータ２での発電効率が向上するので、電力の消費スピード（電気負荷４が単位時間あたりに消費する電力の大小）に見合った適切な効率で発電を行うことができ、例えばキャパシタ３の電圧を閾値Ｖｒ以上に回復させるのに要する時間（時点ｔ２〜ｔ３）を電気負荷４の稼働状況にかかわらず一定の範囲に収めることが可能になる。
【００７１】
さらに、エンジン１の停止中（時点ｔ１〜ｔ２）に低下するキャパシタ３の電圧の低下率、つまり図３に示す勾配αを調べ、この低下率（勾配）αが大きいほど、エンジンを再停止する閾値（時点ｔ３の閾値Ｖｒ）を高くすることが考えられる。
【００７２】
この態様によれば、キャパシタ３の電力が消費されるスピードが速いほど、エンジン再始動によるキャパシタの蓄電量が増加されるので、エンジンの停止、再始動が頻繁に（例えば３回以上）繰り返されることに起因して乗員が煩わしさを感じることを回避できる。
【００７３】
また、上記第１実施形態では、エンジン停止中のキャパシタ３の電圧を回復させるために時点ｔ２でエンジン１を再始動させた後、キャパシタ３の電圧が閾値Ｖｒを上回った時点ｔ３で、エンジン１を再び停止させるようにしたが、このエンジン停止のタイミングは、キャパシタ３の電圧が充分に回復したと推定できるタイミングであればよく、必ずしもキャパシタ３の電圧に基づき上記タイミングを計る必要はない。その一例を、次に第２実施形態として説明する。
【００７４】
＜実施形態２＞
図５および図６は、本発明の第２実施形態を説明するためのタイムチャートおよびフローチャートである。なお、この第２実施形態では、前提となる車両の構成は全て同じであるため、それに関する説明は省略する。
【００７５】
図６のフローがスタートすると、ＰＣＭ１０は、各種センサ値を読み込み（ステップＳＢ１）、アイドルストップフラグＦが０であるか否かを判定する（ステップＳＢ２）。そして、Ｆ＝０であれば、アイドルストップ条件が成立しているか否かを判定し（ステップＳＢ３）、ここでＹＥＳと判定されれば、燃料カットを実行してエンジン１を停止させるとともに（ステップＳＢ４）、上記アイドルストップフラグＦを０から１に書き換える（ステップＳＢ５）。なお、これらステップＳＢ１〜ＳＢ５の処理は、先の第１実施形態のフローチャート（図４）におけるステップＳＡ１〜ＳＡ５の処理に対応している。
【００７６】
上記ステップＳＢ５でアイドルストップフラグＦを０から１に書き換えた後、ＰＣＭ１０は、エンジン１が完全停止しているか否か、つまりエンジン１の回転速度がゼロであるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳＢ６）。そして、ここでＹＥＳと判定されたエンジン１が完全停止していることが確認された時点で、エンジン１の停止時間Ｔ１を計測するためのタイマーにゼロを入力した後（ステップＳＢ７）、そのタイマーの値を時間経過とともに増やしていくカウントアップの処理を開始する（ステップＳＢ８）。
【００７７】
図５のタイムチャートでは、アイドルストップ条件が成立した時点をｔ０’、その後エンジン１が完全停止した時点をｔ１’としている。図５に示すように、アイドルストップ条件が成立した時点ｔ０’を境に、フラグＦは０から１に書き換えられている。
【００７８】
上記のようにしてフラグＦが０から１に書き換えられると、上述したステップＳＢ２でＮＯと判定されるようになる。ここでＮＯと判定された場合、ＰＣＭ１０は、アイドルストップ解除条件が成立したか否かを判定する処理を実行する（ステップＳＢ９）。このアイドルストップ解除条件には、アクセルやブレーキ操作に関する要件の他、アイドルストップ後の合計停止時間（エンジン１が停止している時間の合計のことで、後述する時間Ｔ１，Ｔ２を足し合わせたもの）が所定の上限値に達したこと、という要件が含まれる。
【００７９】
上記ステップＳＢ９でＮＯと判定されてアイドルストップ解除条件が未だ成立していないことが確認された場合、ＰＣＭ１０は、上記ステップＳＢ１で取得されたキャパシタ３の電圧（Ｖｃａｐ）が、予め設定された下限値Ｖｓよりも小さいか否かを判定する処理を実行する（ステップＳＢ１３）。
【００８０】
上記ステップＳＢ１３でＹＥＳと判定されてキャパシタ３の電圧が下限値Ｖｓを下回ったことが確認された場合、ＰＣＭ１０は、上記停止時間Ｔ１を計測するためのタイマーのカウントアップを停止する処理を実行する（ステップＳＢ１４）。
【００８１】
図５のタイムチャートでは、上記キャパシタ３の電圧が下限値Ｖｓを下回った時点をｔ２’としている。なお、この時点ｔ２’の後はすぐにエンジン１が再始動されるので（後述するステップＳＢ１７）、上記時点ｔ２’は、エンジン１が再始動されるタイミングに相当する。このため、上記ステップＳＢ１４でのカウントアップ停止により確定した時間、つまり、エンジン１が完全停止した時点ｔ１’から電圧が下限値Ｖｓを下回った時点ｔ２’までの経過時間は、エンジン１の停止状態が継続した時間（図５に示すＴ１）ということになる。
【００８２】
次いで、ＰＣＭ１０は、上記ステップＳＢ１４で確定したタイマーの値、つまり時点ｔ１’から時点ｔ２’までのエンジン１の停止時間Ｔ１に基づいて、エンジン停止の残時間Ｔ２を算出する処理を実行する（ステップＳＢ１５）。ここで、残時間Ｔ２とは、エンジン１の合計停止時間が予め定められた上限値に達するまでに残された時間のことであり、上記合計停止時間の上限値からエンジン１の停止時間Ｔ１を差し引くことで算出される。
【００８３】
すなわち、当実施形態では、上述したアイドルストップ解除条件（ステップＳＢ９）の中でも説明したように、アイドリングストップ後の合計停止時間、つまり、アイドルストップ条件が成立してからアイドルストップ解除条件が成立するまでの間にエンジン１が停止していられる合計の時間が、予め定められた上限値までに抑えられるようになっている。これは、エンジン１の再始動性（合計停止時間があまり長期になると再始動が困難になること）などを考慮したためであり、例えば２分程度の時間が上記上限値として設定される。そして、上記ステップＳＢ１５では、この合計停止時間の上限値から、最初の停止時間Ｔ１を差し引いた値を、エンジン停止の残時間Ｔ２として算出する。
【００８４】
上記のようにして残時間Ｔ２が決定されると、次に、ＰＣＭ１０は、後述するステップＳＢ１７で電力確保のための行われるエンジン再始動後の運転目標時間Ｔｗを、上記残時間Ｔ２に基づいて算出する処理を実行する（ステップＳＢ１６）。具体的に、運転目標時間Ｔｗは、上記残時間Ｔ２に比例して長く（つまりＴ２が長いほど長く）設定される。
【００８５】
次いで、ＰＣＭ１０は、スタータモータ７を駆動しつつエンジン１への燃料供給を復帰させることにより、エンジン１を再始動させる処理を実行する（ステップＳＢ１７）。また、これと同時に、上記ステップＳＢ１６で算出された運転目標時間Ｔｗをタイマーの初期値として入力した後、そのタイマー値を時間経過とともに減らしていくカウントダウンの処理を開始する（ステップＳＢ１８）。
【００８６】
上記ステップＳＢ１７でエンジンが再始動されたことにより、オルタネータ２の発電が再開されて、キャパシタ３の電圧は上昇に転じる。このため、上述したステップＳＢ１３ではＮＯと判定されるようになる。ここでＮＯと判定された場合、ＰＣＭ１０は、カウントダウンしていた上記タイマーの値がゼロになったか否か、つまり、エンジン１の再始動後の経過時間が運転目標時間Ｔｗに達したか否かを判定する処理を実行する（ステップＳＢ１９）。そして、ここでＹＥＳと判定されて運転目標時間Ｔｗに達したことが確認された場合、ＰＣＭ１０は、エンジン１への燃料供給をカットしてエンジン１を再び停止させる処理を実行する（ステップＳＢ２０）。なお、上記ステップＳＢ１９での判定がＹＥＳになった（エンジン１がＴｗの間運転された）ということは、キャパシタ３の電圧が充分に回復したということであり、本発明における特定条件が成立したことに相当する。
【００８７】
図５のタイムチャートでは、キャパシタ３の電圧が下限値Ｖｓを下回ってエンジン１が再始動された時点をｔ２’とし、そこから運転目標時間Ｔｗが経過した時点をｔ３’としている。この時点ｔ３’では、時点ｔ２’でカウントダウンが開始されていたタイマーの値がゼロになるので、これをきっかけに燃料カットが実行されて、エンジン１の回転速度が再び低下し始める。その後、エンジン１は、上記時点ｔ３’からわずかな時間をおいて、完全停止に至っている。
【００８８】
このように、キャパシタ３の充電のために再始動されたエンジン１は、エンジン停止の残時間Ｔ２に応じて設定された上記運転目標時間Ｔｗの間だけ一時的に運転され、その後に再び停止されるようになっている。そして、この一時的なエンジン１の再始動に伴いオルタネータ２が駆動されてキャパシタ３に電力が供給されることにより、キャパシタ３の電圧は、上記時間Ｔｗの間、時間経過とともに徐々に回復していく。
【００８９】
上記時点ｔ３’でエンジン１が再び停止した後、エンジン１は、最大で、上記ステップＳＢ１５で算出された残時間Ｔ２だけその停止状態を維持できる。この間、仮にキャパシタ３の電圧が再び上述した下限値Ｖｓを下回ったら、その時点で、キャパシタ３の充電のために再びエンジン１が再始動されるが、図５の例では、キャパシタ３の電圧が下限値Ｖｓを下回る前の時点ｔ４’で、既に残時間Ｔ２が経過している。残時間Ｔ２が経過すると、エンジン１の合計停止時間が上限値に達したことになるので、アイドルストップ解除条件（ＳＢ９）が成立したことになる。
【００９０】
アイドルストップ条件が成立すると（つまりステップＳＢ９での判定がＹＥＳになると）、ＰＣＭ１０は、スタータモータ７を駆動しつつエンジン１への燃料供給を復帰させることにより、エンジン１を再始動させる処理を実行する（ステップＳＢ１０）。また、これと同時に、アイドルストップフラグＦを１から０に書き換えるとともに、上述した各時間Ｔ１，Ｔｗ，Ｔ２をクリアーする処理を実行する（ステップＳＢ１１，ＳＢ１２）。これにより、図５のタイムチャートの時点ｔ４’以降に示すように、エンジン１の運転が再開され、再びアイドルストップ条件が成立するまでの間、エンジン１の運転が継続される。
【００９１】
以上説明したように、本発明の第２実施形態では、エンジン１の停止中にキャパシタ３の電圧が下限値Ｖｓを下回ると、キャパシタ３の電圧を回復させるためにエンジン１が再始動され、その後、運転時間が所定の目標時間Ｔｗに達した時点でエンジン１が再び停止されるようになっている。このような構成によれば、先の第１実施形態と同様、キャパシタ３の電圧を最低限確保しつつ、アイドルストップの機会をより拡大できるという利点がある。
【００９２】
すなわち、上記第２実施形態では、キャパシタ３の電圧が下限値Ｖｓを下回るとエンジン１が再始動されるので、キャパシタ３の電圧が常に下限値Ｖｓ以上に維持されるとともに、エンジン再始動後の経過時間が目標時間Ｔｗに達してキャパシタ３の電圧が充分に回復したと推定される時点でエンジン１が再び停止されるので、電気負荷４が正常に稼動できる程度にキャパシタ３の電圧を確保しつつ、アイドルストップによる燃費削減効果を充分に発揮させることができる。
【００９３】
特に、上記第２実施形態では、キャパシタ３の充電のために再始動されるエンジン１の運転目標時間Ｔｗが、アイドルストップ後のエンジン１の合計停止時間が上限値に達するまでに残された時間（エンジン停止の残時間）Ｔ２に応じて可変的に設定されるので、エンジン１の再始動によってキャパシタ３に充電される電力を、その後に予定されるエンジン１の停止時間（残時間）が長いほど多くすることができ、その停止時間の間に消費される電力に見合った電力をオルタネータ２で発電することができる。
【００９４】
また、上記第２実施形態では、アイドルストップによるエンジン停止中にエンジンを一時的に再始動させる際のエンジン回転速度（図５の時点ｔ２’〜ｔ３’の回転速度）をどの程度の値に設定するかについて特に言及しなかったが、先の第１実施形態で説明したのと同様、当該回転速度を電気負荷４による消費電力の大小によって可変的に設定してもよい。すなわち、エンジン１が停止してからキャパシタ３の電圧が下限値Ｖｓを下回るまでの経過時間（図５の時間Ｔ１）を調べるか、または、エンジン１の停止中（時点ｔ１’〜ｔ２’）に低下するキャパシタ３の電圧の低下率αを調べ、そのいずれかの値に応じて、上記一時的な再始動時におけるエンジン回転速度を可変的に設定してもよい。
【００９５】
＜その他の変形例＞
上記第１、第２実施形態では、エンジン１から動力を得て発電する発電手段としてオルタネータ２を用いたが、発電だけでなくエンジン１のトルクアシスト（エンジン１の出力軸にアシスト用のトルクを付与する動作）をも行うことが可能なモータジェネレータを、上記発電手段として用いてもよい。つまり、本発明は、エンジンだけが動力源である一般の車両だけでなく、エンジンとモータ（モータジェネレータ）とを併用したハイブリッド車両にも適用可能である。
【００９６】
また、上記各実施形態では、オルタネータ２（発電手段）で発電された電力を蓄える蓄電手段として電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）を用いたが、蓄電手段は、繰り返し充放電可能なものであればよく、必ずしも電気二重層キャパシタに限られない。
【００９７】
例えば、電気二重層キャパシタ以外の蓄電手段として、リチイムイオンキャパシタを用いることができる。リチウムイオンキャパシタとは、リチウムイオンを電気化学的に吸蔵可能な炭素系材料（リチイムイオン電池の負極と同じ材料）を負極として用いることでエネルギー密度をさらに向上させたものである。このような構成のリチウムイオンキャパシタは、キャパシタとして一般的な電気二重層キャパシタとは異なり、正極と負極とで充放電の原理が異なる（化学反応を併用する）ことから、ハイブリッドキャパシタとも呼ばれる。このリチウムイオンキャパシタを一例とするハイブリッドキャパシタ、および上記電気二重層キャパシタのいずれについても、エネルギー密度が高く、しかもリニアな充放電特性をもつので、本発明にかかる蓄電手段として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００９８】
１  エンジン
２  オルタネータ（発電手段）
３  キャパシタ（蓄電手段）
１０  ＰＣＭ（制御手段）
Ｖｓ  下限値
Ｖｒ  閾値
Ｔｗ  運転目標時間（所定時間）
Ｔ２  残時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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