Stop and Start

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Description détaillée

Le système "stop and start" parfois appelé "micro-hybride" vise à réduire la consommation de carburant et donc les rejets de polluants et de gaz à effet de serre (CO2).

Pour ce faire, ce système arrête le moteur (stop), lors de chaque arrêt du véhicule, et redémarre (start) dès que le conducteur va relâcher la pédale de stop, embrayer ou accélérer. La vitesse de redémarrage fait que, pour le conducteur, il n'y a pas d'à-coups ni même la sensation d'avoir redémarré.

Il existe plusieurs systèmes de "stop and start", par démarreur spécifique avec une gestion de pilotage moteur adaptée (Bosch et Valéo), un alterno-démarreur intégré entre le moteur et la boîte de transmission (Honda Civic Hybride), un alterno-démarreur à entraînement par courroie en lieu et place d'un alternateur classique (Valéo).

Les deux systèmes les plus répandus (car moins cher) sont ceux de Bosch et de Valéo.

Pour Bosch, le Smart Electronic Start-Stop affiche des résultats allant jusqu'à 8% de réduction de carburant et de rejet de CO2 en cycle urbain.

Le système se compose d'un démarreur très robuste, du calculateur de gestion moteur avec coordinateur Start/Stop intégré et d'un capteur pour déterminer les niveaux de charge actuels et futurs de la batterie. Comme les éléments  du système ne sont pas plus encombrants que des composants traditionnels, le système Start/Stop de Bosch  s'intègre facilement dans la quasi-totalité des véhicules.

Ce premier système a  été monté sur des séries 1, séries 3 de BMW et sur des MINI.

Pour Valéo, le même type de système que celui développé par Bosch, nommé "Restart", existe également, mais un autre système spécifique a été mis au point :

Il s'agit du STARS, ou "Starter-Alternator Reversible System" soit "Système de démarreur-alternateur réversible".

Ce système s'installe à la place de l'alternateur classique. Il est entraîné par une courroie, et peut se substituer au démarreur. Il s'adapte à toutes les boîtes de vitesses manuelles et automatiques et les motorisations d'une cylindrée jusqu'à 2 L pour les moteurs à essence et 1,6 L pour les moteurs Diesel.

Étant donné l'architecture électrique du système, il peut même réaliser une récupération d'énergie lors des freinages et la possibilité de couper-redémarrer le moteur lors des déplacements à vitesse réduite est offerte (à moins de 8 km/h avec une boîte robotisée, sinon à 20 km/h avec une boîte manuelle).

Ce système a été mis en oeuvre au départ sur la C3 en 2004, mais depuis, il a été mis en oeuvre sur Citroën C3, C2, Mercedes Classe A et B et sur la Smart Fortwo.

D'ailleurs le système de 2^e génération " i-STARS" où l'électronique de commande est intégrée à la machine électrique, a été mis en oeuvre sur divers modèles du groupe PSA (C5 et nouvelle C4 modèles 2010) à motorisation 1,6 L et 1,4 L HDi nommé "e-HDi".

Les avantages pour l'utilisateur du "Smart Electronic Start-Stop" de Bosch:

·  Consommation de carburant jusqu'à 8 % inférieure, d'où diminution des émissions de CO2.

· Redémarrage du moteur confortable et sans à-coups.

· Système Start/Stop évolutif compatible avec la quasi-totalité des cylindrées.

· Adaptation facile du groupe motopropulseur.

· Solution robuste et économique provenant d'un seul et unique fournisseur.      

Les avantages pour l'utilisateur du "STARS" de Valéo:

• Consommation et émissions de CO2 réduites de l'ordre de 6 % et jusqu'à 8 % en cycle mixte européen et jusqu'à 25 % en conduite urbaine chargée.

• Coupure et redémarrage automatiques du moteur.

• Redémarrage du moteur immédiat (en moins de 350 ms, soit 2 fois plus rapide qu'un redémarrage manuel à clé).

• Redémarrage du moteur totalement silencieux.

• Bruit et vibrations du moteur éliminés lors de l'arrêt momentané, soit en moyenne pendant près de 35 % du temps en conduite urbaine.

Les avantages pour l'utilisateur du "Restart" de Valéo:

• Consommation et émissions de CO2 réduites de l'ordre de 4 % en cycle mixte européen

• Coupure et redémarrage automatiques du moteur.

• Bruit et vibrations du moteur éliminés lors de l'arrêt momentané, soit en moyenne pendant près de 35 % du temps en conduite urbaine.

Dans le système Bosch :

Le maître de la fonction est le calculateur moteur. Celui-ci va récupérer les informations du capteur de batterie intelligent afin d'adapter les phases de fonctionnement avec le niveau de charge et la tension réelle du véhicule.

Les véhicules à injection directe essence ou injection directe diesel (DI-Motronic) développés par Bosch, mettent en œuvre une cartographie dite DI-Start.

Dans une injection directe, le carburant est injecté directement dans les cylindres. Pendant la phase de démarrage, grâce à une cartographie adaptée (programmation) et à la présence d'un capteur de régime intelligent qui permet d'obtenir l'angle exact du moteur, couplé au démarreur stop/start spécifique, le temps de démarrage est diminué de 50%.

Caractéristiques du démarreur Bosch :

•      Augmentation des performances pour raccourcir le temps de démarrage, renforcement des supports les plus sollicités.

•      Autres améliorations du train épicycloïdal.

•      Utilisation d'un mécanisme d'engrènement renforcé.

•      Optimisation du collecteur pour une plus grande longévité.

Certaines conditions sont requises pour valider l'arrêt du moteur, il y en a environ une vingtaine, par exemple :

· Pédale d'embrayage non enfoncée.

· Niveau de charge batterie suffisant.

· Etc.

Voici un exemple de déroulement sur une série 1:

1. Déplacement du véhicule.
2. Une vitesse est engagée et l'accélérateur est actionné.
3. Le moteur fonctionne. Les informations sont affichées dans le combiné.
4. Le conducteur freine jusqu'à l'arrêt du véhicule.
5. Le conducteur met au point mort et relâche la pédale d'embrayage.
6. Le moteur est arrêté et le symbole « Start/Stop » s'affiche dans le combiné.
7. Le conducteur repart.
8. Il enfonce la pédale d'embrayage, le moteur redémarre.
9. La vitesse peut être engagée, le symbole Start/Stop disparaît.

Dans certains cas, le moteur redémarre seul :

• Batterie trop fortement déchargée.
• Dépression dans le système de freinage insuffisante.
• Véhicule à l'arrêt sur un plan incliné et qui commence à reculer.
• Etc.

Dans le système STARS de VALEO:

Le maître de la gestion de l'énergie est toujours le calculateur moteur.

Il va devoir gérer le sens de rotation de l'alterno-démarreur STARS en l'entraînant par une courroie d'accessoires posée sur un tendeur réversible (qui entraîne donc aussi le compresseur de climatisation, et autres…).

Il peut donc piloter pour le faire fonctionner en démarreur (= consommateur d'énergie) ou le faire fonctionner en alternateur-générateur (= source d'énergie).

Pour optimiser les phases de fonctionnement et tenir compte de l'état du véhicule, différents paramètres sont pris en compte tout comme dans le système de Bosch.

De fait, il y a également un capteur de batterie intelligent qui fournit le niveau de charge batterie (entre autres).

La batterie est généralement de type AGM, afin de répondre aux exigences de nombreux redémarrages. (Voir la fiche "les batteries GEL et AGM").

Pour le i-STARS, des supercapacités ont été rajoutées, couplées à une électronique de puissance. Cet ensemble assure 2 fonctions :

- Boost de la batterie pour alimenter l'alternateur réversible au démarrage.

- Soutien de la tension électrique du véhicule au démarrage.

Par rapport au « STARS » de première génération, celui-ci a les caractéristiques suivantes :

-      Couple supérieur de 70 % au STARS 1^re génération.

-      Électronique de puissance intégrée.

-      Pilotage de l'alternateur pour récupérer l'énergie au freinage ou à la décélération (appelé "Volt control" chez PSA).

Voici un synoptique du système i-STARS :

Les avantages pour le constructeur de l'utilisation du système "STARS" :

• Rapport coût/baisse de la consommation et des émissions de CO2 très favorable.

• Puissance de démarrage élevée : jusqu'à 2,5 kW-3 kW sous

14 volts.

• Rendement électrique plus élevé que celui d'un alternateur conventionnel.

• Coupure du moteur avant l'arrêt complet du véhicule pour optimiser le gain en consommation.

• Redémarrage du moteur possible en cours d'arrêt, par exemple si le conducteur change d'avis inopinément.

• Installation identique à celle d'un alternateur conventionnel grâce à l'électronique intégrée qui permet un montage facile sur le bloc moteur.

• La longueur du groupe motopropulseur n'est pas accrue, contrairement au cas d'un alterno-démarreur incorporé dans la ligne d'arbre.

· Une fiabilité testée jusqu'à 600 000 redémarrages.

Les avantages du démarreur renforcé "ReStart" de Valéo ou "Smart Electronic Start-Stop" de Bosch  pour le constructeur :

• Rapport coût/baisse de la consommation et des émissions de CO2 très favorable.

• Installation identique à celle d'un démarreur conventionnel.

• La longueur du groupe motopropulseur n'est pas accrue, contrairement au cas d'un alterno-démarreur incorporé dans la ligne d'arbre.


Quelques compléments techniques:

L'alterno-démarreur STARS (première génération) en détail :

-      1 alterno-démarreur :

L'alterno-démarreur STARS a pour base une machine synchrone triphasée avec rotor à griffes, refroidie par air.

-      1 convertisseur DC/DC :

Il fournit les courants triphasés (déphasés de 120°) en mode démarreur. Pour ce faire il tient compte de la position réelle du rotor grâce aux 3 capteurs de position qui sont intégrés à la machine.

Le courant de pilotage que peut délivrer le convertisseur lors des phases de démarrage peut s'élever à 600 A pour fournir le couple très élevé requis au démarrage.

Les tests ont permis d'établir que le redémarrage est réalisé en mois de 0,4 s.

Dès le démarrage (ou redémarrage) réalisé, il passe en mode alternateur. Il va ainsi délivrer les 12 V nécessaires au réseau de bord.

Pour ce faire il va redresser les phases délivrées dans le mode alternateur par l'alterno-démarreur en utilisant des transistors à effet de champ MOSFET.

Le rendement de ce système est d'environ 82% (pour une moyenne de 70% pour un alternateur classique).

Le courant débité maximum du système est de 180 A.

Voici un exemple de synoptique électronique interne à un convertisseur de ce type (appelé ECU dans la photo ci-dessus) :

On peut voir la présence requise d'un capteur intégré de position de l'élément rotor : TLE 5011, et la double détection de courant : TLE 4990.

Ces capteurs informent le calculateur de gestion qui va, en fonction des phases de vie, piloter en conséquence :

Mode alternateur :

Il va piloter les demi-ponts de puissance BTN 7970 (réalisation de l'électro-aimant), et, en sachant la vitesse du rotor, les transistors MOS (OptiMOS), pour redresser les courants induits.

Mode démarreur :

Pour assurer la  fonction démarreur triphasé, il va piloter les transistors MOS (OptiMOS), le tout conformément à la position réelle du rotor pour réaliser les phases U, V, W et alimenter le rotor par les demi-ponts de puissance BTN 7970 pour réaliser la polarisation du rotor.

Système Bosch : "Smart Electronic Start/stop", avec un démarreur et un alternateur piloté, utilisé chez BMW et Mini : (moteurs 4 cylindres avec boîte manuelle).

Le maître de la fonction est le calculateur de contrôle moteur, DME pour un moteur essence (Digital Motor Electronics) ou DDE pour un moteur diesel (Digital Diesel Electronics). Celui-ci aura donc dans sa cartographie, un sous-programme "start/stop".

En plus, ce système requiert les éléments suivants :

•Capteur de point mort

•Capteur de dépression de frein

•Touche "fonction start/stop" appelée "MSA"

•Contacteur d'embrayage

•Contacteur de capot moteur

•Contacteur de boucle de ceinture (conducteur)

•Convertisseur DC/DC

•Batterie AGM

Synoptique du système :

1.           Capteur  (dé)pression circuit freinage

2.           Capteur point mort

3.           Calculateur moteur

4.           Convertisseur DC/DC

5.           Entrée/sortie du convertisseur DC/DC vers le calculateur de distribution

6.           Distribution puissance-boîtier de jonction

7.           Électronique du boîtier de jonction

8.           Capteur de batterie intelligent (IBS) sur cosse de masse

9.           Bouton "start/stop" ou "MSA" sur console centrale

10.       Système de climatisation automatique

11.       Combiné d'instruments

12.       Contacteur d'embrayage

13.       Contacteur de capot

14.       Système CAS : Car Access System, Système d'accès véhicule

15.       Démarreur

Description des éléments :

Capteur point mort :

Ce capteur est placé sur le haut de la boîte de vitesses. Il informe de la position "point mort" du levier de vitesse.

Capteur (dé)pression circuit de freinage :

Afin d'assurer une dépression suffisante dans le circuit de freinage pour faire face à toutes les situations, le servofrein est équipé d'un capteur.

Remarque :

En cas de dépression trop faible, le système MSA fait redémarrer le moteur indépendamment de l'action du conducteur.

Bouton MSA :

Cette fonction est déconnectable par un appui sur le bouton "MSA" situé sur la console centrale. Un nouvel appui sur le bouton réactive la fonction, tout comme une coupure-remise du contact.

Contacteur d'embrayage :

Ce capteur, situé sur la pédale, est également utilisé par le système MSA. Il permet de détecter les actions sur l'embrayage par le conducteur.

Contacteur de capot :

Ce paramètre est utilisé en tant que sécurité uniquement dans la gestion de la fonction MSA. Si le capot est ouvert, la fonction stop/start est inhibée afin de ne pas démarrer-arrêter le moteur alors qu'il y a peut-être un intervenant en plein travail sur le bloc moteur !

Remarque :

Si le contacteur de capot moteur est défaillant, la fonction MSA est désactivée ! De même, si le contacteur est actionné alors que le capot est ouvert, la fonction va alors être réactivée !

Contacteur de ceinture (conducteur) :

Si le conducteur n'enclenche pas sa ceinture, la fonction MSA va réagir ainsi :

• Moteur tournant, cela sera une cause de non-arrêt moteur (enregistré dans les paramètres en tant qu'inhibiteur de la fonction).
• Moteur à l'arrêt, la fonction MSA est inhibée. Un redémarrage n'est possible qu'en utilisant le bouton de démarrage du véhicule (START-STOP).

Convertisseur DC/DC :

En raison d'un nombre de démarrages beaucoup plus important, la charge électrique entraîne souvent des sous-tensions sur le réseau de bord du véhicule. Pour stabiliser la tension, et ainsi préserver les composants électroniques sensibles, on utilise un convertisseur DC/DC.

Ce convertisseur fournit des tensions stabilisées aux relais "terminal 30g_DC/DC" et terminal 30g-f_DC/DC" du boîtier de jonction lors des démarrages.

Ce convertisseur est implanté dans le boîtier E-BOX (fusibles-relais-puissance) du compartiment moteur.

À travers des mesures internes sur les lignes d'entrée et la ligne 50 (démarrage), l'électronique interne va décider si la puissance doit être fournie à travers le by-pass interne ou à travers le convertisseur DC/DC (stabilisé).

En mode by-pass, la tension du réseau de bord du véhicule ne dépend pas des stabilisateurs internes du convertisseur, mais est directement reliée à la tension batterie. En mode "boost", la tension dépend du convertisseur (stabilisée).

Batterie AGM :

En raison du très grand nombre de charges et de démarrages que va devoir subir la batterie, il faut qu'elle puisse tenir ce régime exigeant. La résistance des batteries AGM (voir fiche "les batteries GEL et AGM") permet de répondre à cette demande sans dégrader les capacités pour une durée de vie qui sera comparable à celle d'une batterie classique dans un système non MSA.

Remarque :

Les caractéristiques de la batterie doivent être indiquées dans les éléments de gestion de la fonction MSA pour que la fonction stop/start fonctionne correctement. De plus, l'alternateur est forcément à gestion multiplexée pour être piloté conformément aux besoins (alternateur intelligent, réseau BSD pour BMW).

Descriptions des fonctions assurées par le MSA :

Activation, désactivation et conditions d'opérations :

Après chaque démarrage moteur, la fonction est automatiquement activée et en attente. Le bouton MSA peut être utilisé pour désactiver la fonction manuellement. Lorsque l'on appuie sur ce bouton, un témoin visuel (LED) s'allume.

Une désactivation permanente de la fonction n'est autorisée que dans des situations extrêmes exceptionnelles (codage avec outil : du bouton MSA, du calculateur de climatisation auto).

Lors des sessions de diagnostic, la fonction MSA est temporairement désactivée pour des raisons de sécurité (soit jusqu'à la prochaine « coupure-remise du contact ») afin d'éviter le démarrage automatique du moteur lors de travaux sur celui-ci. L'état "désactivation temporaire" peut être lu dans les paramètres :"détection de désactivation MSA". De plus, l'état de "détection/non-détection de la présence fonction MSA" sur le véhicule peut être lu dans le module de contrôle en recherchant le paramètre "vérifier la présence de MSA" ou "état codage MSA".

Conditions d'opérations :

Le moteur est arrêté si :

• Le véhicule est à l'arrêt (vitesse < 3 km/h) ;
• Le véhicule a roulé à plus de 5 km/h depuis le dernier arrêt moteur ;
• Le levier de vitesse est sur le point mort ;
• La pédale d'embrayage n'est pas actionnée.

Un arrêt moteur est également inhibé en fonction de paramètres environnementaux, de conditions moteurs et véhicules. Par exemple :

·         Condition moteur : température moteur trop froide, moteur en phase de démarrage.

·         État batterie : niveau de charge faible, température de batterie trop élevée, niveau de charge non plausible, sous-tension trop importante lors du dernier redémarrage MSA.

·         Demande énergétique importante du réseau de bord (nombre de consommateurs activés).

·         Besoins énergétiques de la climatisation

·         Dépression du circuit de freinage insuffisante.

·         Paramètres de sécurité divers : mouvements de la direction à assistance assistée (besoins énergétiques), etc.

Le logiciel interne de gestion de la stratégie MSA supervise les actions suivantes:

• Redémarrage automatique : par les demandeurs de redémarrage (EA), inhibeurs de redémarrage (EV) et désactivateurs de la fonction MSA.
• Arrêt automatique : par les demandeurs d'inhibiteurs d'arrêt (AV) et les demandeurs d'arrêt (AA), demandeurs de redémarrage (EA) et les désactivateurs de la fonction MSA.
• Demande trop élevée de la climatisation : le moteur est démarré, et pris en compte en tant que "demandeur de redémarrage automatique" (EA clim auto).

Pour le diagnostic, les paramètres EA, EV, AA et AV peuvent être lus dans les paramètres "vérifier système MSA" ou "historique des inhibiteurs".

Affichage conducteur :

Le conducteur sait l'état dans lequel se trouve le système grâce à l'affichage d'un pictogramme dans le combiné d'instruments :

1. Arrêt automatique moteur
2. Défaut MSA
3. MSA désactivé

Gestion de l'alimentation :

L'état batterie qui est calculé par le Module de Gestion Avancé de la Puissance (APM) est un des principaux paramètres pris en compte pour la gestion du système MSA. L'objectif est d'obtenir un redémarrage fiable du moteur après une période déterminée d'arrêt (et donc de consommation).

Le module APM prend en charge :

• Niveau de charge batterie.
• Température batterie.
• Chute de tension au démarrage.
• Besoin énergétique total des consommateurs activés.

La vérification de tous ces paramètres permet de déterminer un état d'inhibition ou d'activation du MSA.

Par exemple, dans le cas d'un moteur arrêté contact mis, pour éviter une consommation importante, tous les gros consommateurs sont réduits ou diminués :

• Dégivrage lunette arrière.
• Dégivrage rétroviseur.
• Chauffage des sièges.
• Soufflerie du chauffage habitacle.

Remarque :

Le système MSA va redémarrer le moteur si, malgré ces actions, la tension du réseau de bord continue de baisser et passe sous un seuil critique.

Paramètres a

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Méthodes et pratiques

Opérateur service rapide : remplacement de courroie.

Mécanicien automobile : remplacement de courroie et de machine tournante.

Respecter le kilométrage et  la tension préconisés par le constructeur pour remplacer la courroie.

Électricien et électronicien automobile : tous types de réparation.

Dépose et repose de pièces.

Respecter les procédures des constructeurs lors du remplacement des éléments de la réparation des faisceaux.

Utiliser l'outil de diagnostic pour diagnostiquer et paramétrer le système.

Vérifier toujours que la fonction est inhibée avant de réaliser des travaux sur le compartiment moteur ! (Sauf si c'est ce système que vous diagnostiquez, etc.)

Étant donné les conditions de fonctionnement et d'activation/désactivation de ces systèmes, il faut vérifier tous les paramètres de tension et les valeurs dans l'outil de diagnostic lorsqu'un client se plaint du non-fonctionnement de son système ! En effet, cela peut être dû à un problème électrique ou tout simplement à une condition normale de fonctionnement que le client ne connaît pas !

Les défauts enregistrés entraînent le plus souvent l'arrêt de la fonction.

Système Valéo, 1^re génération PSA :

Faisceau dérivateur N° 4221T pour se connecter au convertisseur DC/DC (calculateur)

Ref P.R du calculateur stop & start : 1939Q5

·         En cas de dépose du connecteur 48 Voies il faut changer le joint d'étanchéité. (Ref P.R : 6541V5).

·         En cas de dépose du calculateur réversible, il faut revisser aux couples les 4 connectiques (M21, BM02, MC01, borne triphasée) (17 m.N).

Il existe un outil spécifique pour comprimer le galet tendeur : Outil T-4388.

Système Bosch BMW :

1. L'ouverture ou la fermeture de la porte conducteur coupe la présence du 15 (APC).

Si vous appuyez sur le bouton START-STOP dans la foulée, vous allez mettre le contact indéfiniment.

ð  Il faut réaliser cette opération avant d'entrer en session diag ou de réaliser un téléchargement !

2. Remplacement du capteur de point mort :

Il faut suivre les indications de l'outil de diagnostic, sinon la fonction MSA sera en défaut ou inactive, etc.

De plus, vous devez faire cette manipulation après son échange ou celui du calculateur moteur, car les données concernant ce capteur sont stockées dans ce dernier.

3. Gestion d'énergie et remplacement batterie :

Étant donné la surveillance continue de la tension du réseau de bord, si on déconnecte la batterie, qu'on la remplace ou que l'on remplace le calculateur de gestion moteur, les données sont perdues et le système MSA est désactivé !

Pour que le système stop/start (MSA) soit à nouveau fonctionnel, il faut que le système réalise une mesure de courant de consommation au repos pendant approximativement 6 heures ! Il faut donc que le véhicule soit complètement endormi et pas réveillé pendant cette mesure de calibration. Dès le contrôle terminé et concluant, le système MSA redevient automatiquement fonctionnel.

Il faut prévenir les techniciens et les utilisateurs de cette procédure, etc.

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Impact sur les compétences en atelier

L'intervention sur ces systèmes exige des techniciens :

• de connaître la structure des réseaux multiplexés ;
• de connaître les protocoles et leurs modes dégradés ;
• de maîtriser la lecture des schémas électriques ;
• de maîtriser toutes les fonctions de l'outil de diagnostic ;
• de maîtriser toutes les fonctions de l'oscilloscope et du multimètre ;
• de connaître les différentes procédures liées à l'entretien et à la réparation de ce système.

Les non techniciens doivent être en mesure de:

• connaître les procédures de configuration et de paramétrage.
• déposer et reposer les pièces
• réaliser les étapes d'initialisation

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Exemple d’outillage approprié

Outil de diagnostic
Outil de décharge d'ultracapacité
Appareil de mesure de tension de courroie.
Chez PSA en 3ème génération:
Pour la dépose de la courroie, deux outils sont nécessaires ainsi que deux piges pour bloquer les tendeurs en position comprimée. Voici des exemples PSA :
Outil de tension : 0194-E faisant partie du coffret moteur DV4
Outil de tension : 0188-Z
2 piges de blocage en position démontage : 0194-F