La version
Light connectée.
Fonctionnement
identique à la version avec logger mais plus de liaison Smartphone ni
enregistrement de données.
Il est assez surprenant que 9 composants électroniques (+ 2capteurs et 2 sondes) suffisent à gérer complètement une injection…
Détails en
Annexe.
*************************************Essais sérieux de l’injection, enfin ça marche!***********************************
Après
un
démarrage quasi miraculeux le 10/7/20 (
vidéo en fin d'article),
il a fallu 4 mois de tâtonnements, debugging, mise au point,
essais
pour enfin arriver à un résultat valable, c’est-à-dire largement
aussi
bon qu’avec
les Weber :
Vers
3000t/mn, le péché véniel des Weber en'existe plus, on a une totale continuité
dans l’accélération
--Démarrage
à
froid (6°C) immédiat, sans accélérer et ralenti parfaitement
stable à 700t/mn, puis ensuite à chaud
Le
boitier
en Version 3, avec les deux Arduino, pour
l’injection à gauche, et pour le log
(enregistrement) à
droite.
Le
connecteur
AMP à 14 broches est un classique du
genre pour boitiers d’injection.
Aucun
des 4 transistors
IGBT commandant les injecteurs ne
chauffe, le régulateur 5V est à peine tiède.
Pour
l’Arduino
d’injection :
Le
croquis
utilise 7384 octets (24%) de l'espace de stockage de programmes. Le
maximum est
de 30720 octets.Les variables globales utilisent 396 octets (19%) de
mémoire
dynamique, ce qui laisse 1652 octets pour les variables locales.
Pour
l’Arduino
de log :
Le
croquis
utilise 22832 octets (74%) de l'espace de stockage de programmes. Le
maximum
est de 30720 octets.Les variables globales utilisent 1285 octets (62%)
de
mémoire dynamique, ce qui laisse 763 octets pour les variables locales.
Le
premier
est donc utilisé au ¼ de ses capacités démontrant qu’une puce à moins
de 3€ suffit
amplement pour gérer une injection, sans
gérer l’allumage.
Rappelons
que celui-ci est géré
indépendamment aussi par un Arduino.
L'Arduino-logger
lit les mêmes données en entrée que l'Arduino-injecteur ainsi que
les durées d'injection calculées par ce dernier.
Il
émet ensuite ces données vers un smartphone Androïd, via un
module
Bluetooth HC 05/06
En entrant « l »
au
clavier, on peut lancer un enregistrement de ces données sur la carte
SD via le
module situé au-dessus du HC05/06.
En entrant « a »
on arrête
cet enregistrement qui se présente comme fichier texte xxx.csv,
exploitable sous
Excel.
********************************************Test
des injecteurs *******************************************
Pour
tester
les injecteurs in situ c'est à dire dans les conditions
réelles sur l’auto
avec la pompe, le filtre, les durits et le
régulateur avec son réglage, on utilise ce petit montage.
La
rampe est éloignée
des boitiers papillons.
Les
injecteurs sont maintenus contre la rampe par deux tôles (trous D = 14mm), et serrés par 4 colliers Colson.
L’essence
est
recueillie dans 4 verres identiques pour faciliter la comparaison des
débits.
Ces
verres
sont collés à l’epoxy sur deux embases en tôle.
Le banc de
test est piloté au choix par deux potentiomètres ou par smartphone
(plus
précis).
On
fixe un régime
en t/mn et une durée d’injection en microsecondes.
Le
banc de
test ‘simule’ le signal du capteur Hall de la poulie d’arbre à
cames.
Sous
smartphone on impose en outre le nombre total d’injections, en général
autour de 1000.
En
comparant
le volume recueilli et le volume théorique calculé, on peut vérifier le
débit
réel de chaque injecteur et donc aussi les comparer.
La version 3.0 est complète du point de vue matériel, avec tous les capteurs.
Les injecteurs sont indépendant avec chacun
leur IGBT d'excitation.
Ceci
permettra d'experimenter differentes stratégies d'activation au
cours d'un cycle de 720° : semi-sequentielle, batch, sequentielle, semi
full group,...
******************Les
sondes de température**************************( avec
l'aide de Gérard Alquier, mon mentor dans le domaine de l'injection!)
Celle
de température moteur, c’est-à-dire du liquide de
refroidissement
dans la culasse, a pour rôle de prendre en compte la variation de
rendement moteur aux différentes températures.
Le rendement de la combustion du mélange air-essence croit avec la température des parois de la chambre de combustion (homogénéité du mélange air-essence, vaporisation de l’essence, condensation sur les parois).
Pour
compenser cette variation de rendement, on est amené à injecter, pour
un régime
donné, plus de carburant à froid qu'à chaud (environ 30 à 50%). C'est
l'équivalent du starter pour le carburateur.
La
sonde de température moteur permet de faire cette correction pendant la
phase de démarrage sur les moteurs à injection.
Elle
n'est utile que pendant la
phase de montée en température. On ne prend plus en compte les effets
de la
variation de rendement au-delà de 75 ou 80°C.
La
table des durées d’injection ( associable à une table VE pour
Volumetric
Efficiency) est en effet établie pour cette température .
Celle
de température d’air en entrée de cornet permet de
prendre en
compte la variation de la masse volumique de
l'air
( synonyme de densité, en g/l) en fonction de sa
température.
La
masse volumique varie de 20% entre 20°C et 80°C.
Pour déterminer la quantité d’essence à injecter, on détermine une image du volume d'air aspiré en fonction de la position du papillon (ou de la pression dans le collecteur d'admission si l'on a choisi ce paramètre) et du régime moteur.
Pour avoir une image de la masse d'air injecté on prend en compte sa masse volumique, donc sa température.
En
termes
familiers, plus l'air est chaud, plus les molécules d’oxygène s’agitent
et donc
occupent un plus grand volume.
A
volume donné, on décompte moins de molécules "chaudes" que de molécules
"froides".
D’où
la nécessité d’injecter
moins d’essence lorsque l'air est chaud.
Nota : Pour le carburateur, cette correction est automatique, la dépression au venturi dépend de la vitesse de l'air (volume), mais aussi de sa masse volumique (température) pour moduler le débit d'essence qui passe par le gicleur principal: plus l'air est dense, donc froid, plus il "entraine" d'essence.
Merveilleux carburateur !!!!
C'est
l'occasion de préciser un peu les choses:
Stricto
sensu,
la richesse, c’est-à-dire le ratio air/essence dans la chambre de
conduction (AFR, Air to Fuel Ratio)
est l’objectif à
maintenir constant autour de 13 pour des performances
optimales.
C’est pour maintenir cette richesse constante que l’on augmente à froid la quantité d’essence injectée car l’essence se pulvérise moins facilement et se condense sur les parois du circuit d’admission.
Il faut donc en injecter plus afin d’obtenir la richesse désirée dans la chambre combustion.
Il est donc incorrect de dire que " l'on augmente la richesse à froid comme le fait un starter " : on augmente certes la quantité d’essence mais c’est pour obtenir une richesse correcte au moment de l'explosion.
Cela
dit, dans la
pratique il faut reconnaitre que l’on utilise abusivement " enrichir "
comme synonyme d’augmenter la quantité d’essence et "appauvrir" pour la
diminuer.
Pour
la sonde
moteur, le relevé de la courbe
Resistance/Température
peut se faire avec de l'eau bouillante que l’on laisse refroidir.
Pour
la sonde
de température d’air, on peut utiliser un décapeur thermique.
Ces
courbes ressemblent
à des hyperboles mais sont bien plus complexes.
Ce circuit imprimé, réalisé avec gravure par eau oxygénée et acide chlorhydrique
(http://www.loutrel.org/CIRCUITIMPRIME.php) est une première étape vers une électronique fiabilisée.
La première utilisation de connecteurs un peu
serieux dont voici le mode d'emploi, aucun document n'étant fourni.
Le logger (enregistreur de données sur carte SD) a été intégré à la platine car il me semble indispensable, en tous cas à
ce point du développement.
Il
assure
aussi la liaison Bluetooth avec un smartphone, indispensable pour la
mise au
point sur route.
Le
hardware comme
le logiciel étant en pleine évolution, me contacte pour les dernières
versions.
Le coup du matériel électronique est de l'ordre de 40€, capteur compris
***Pour revenir à la page d’accueil** ICI
Bon cette chance
exceptionnelle
du démarrage n'a pas durée, c'était un bug qui faisant débiter
anormalement les
injecteurs avait permis ce petit miracle...!
Il a fallu 15 jours de travail pour enfin tenter une sortie (sans panne!) à 100 m du garage.
Et
15 jours
de plus pour conjurer les fuites, panne de pompe (attaquée par des
débris dans
le réservoir avant de poser une crépine) et surtout les bugs du
logiciel.
Mais
les
2/9/20 essais satisfaisants, le traitement de l’accélération
(enrichissement au-delà
d’une vitesse d’ouverture de papillon > 25%/s) est
OK sauf à haut régime : accélération
à partir de 4500t/mn qui est trop pauvre avec un AFR de 17.
Sinon
l’AFR
est autour de12.5 à 13 en général.
Cette
mise au
point est nettement facilitée :
--par
la
sonde Innovate large bande. Respect pour
les Anciens qui developpaient des injections sans cet outil
fondamental...
--l’affichage
au smartphone des valeurs d’injection en temps réel pendant les runs
--l’enregistrement
(log) des données sur une carte SD de 32MB, relue au PC sous Excel
Prochaines
étapes :
--créer
un
circuit imprimé car le funambulisme électronique n’a qu’un temps
Cela
dit,
aucun parasite ressenti malgré le fouillis de fils proche des câbles HT.
L’Arduino
Nano à 2.50€ est vraiment remarquable à ce point de vue
--connecter
une sonde de température moteur qui améliorera surtout la phase de
chauffage
moteur.
Aujourd’hui,
elle est comparable au cas des carbus : après 3 mise/arrêts du
contact qui
injectent en simulant les pompes de reprise, il faut maintenir le
régime l’accélérateur
tant que le moteur est froid.
Avec
la sonde
de température moteur il doit être possible d’arriver au démarrage puis
ralenti
vers 1300t/mn sans action sur l’accélérateur comme les autos modernes.
25/8/20
Coté plomberie:
-- montage de
durits renforcé
(en métal, 15 bars) jusqu'au détendeur, pose d'un filtre convenable, bricolage d'une crépine pour protéger la pompe
à l'aspiration, durit de retour vers la prise d'air du réservoir,
doubler les
colliers oublés entre la sortie de pompe
et entrée du détendeur.
Coté logiciel:
--pour aider au
démarrage,
quand le régime est < 400t/mn (donc sous démarreur) on multiplie par
5 le
débit des injecteurs.
Si les papillons
sont ouverts
à plus de 80%, on est en mode dénoyage (très utile pendant toute cette
mise au
point...!), donc pas d'injection.
--En outre un
bouton-poussoir
a été ajouté pour injecter manuellement pendant 50ms soit 0.2cc,
équivalent à un jet de pompe de reprise.
--Un potard permet
de multiplier
les temps d'injection par un facteur compris entre 0.5 et 4: en
observant la
jauge AFR, ceci permettra à terme d'ajuster les temps d'injection dans
la
table.
Cette
platine prototype démontre que l'Arduino n'est
guère sensible aux parasites des fils de bougie pourtant assez
proches...
***************************PRESENTATION
DU PROJET******************************************
Ce projet est une tentative de création d’un
boitier/calculateur d’injection electronique.
La concurence sera forte car les carburateurs Weber DCOE 45 présentent beaucoup d'avantages: le look, le son, l’efficacité, la simplicité, la fiabilité ...
Comparons les deux solutions pour alimenter nos moteurs à essence.
****************INJECTION******************
-Plomberie
Une
pompe capable de 6 bars, un régulateur à 3 bars,
durits renforcées (métallique) , un circuit de retour vers le
réservoir, un
filtre spécifique,4
injecteurs.
En
théorie il faut même ajouter un réservoir tampon anti-déjeaugeage
mais ici
on fera l’impasse.
-Electronique
Capteur
Hall (sur l’arbre à cames), potentiomètre sur l’axe
des papillons, capteur de température moteur, un microcontrôleur (ici
un
Arduino) , et enfin le logiciel d’un certain niveau de complexité.
***********************CARBURATEURS*******************
-Plomberie
Une
pompe 0.3bars,
filtre et durits basiques
-Deux
carburateurs
Pour
être retenue l’injection devra donc présenter de
sérieux avantages en termes de
--performances
-optimisation
du ratio air/essence à tous les régimes
-facilité
de démarrage à froid
-et
éventuellement consommation (peu important)
Ceci
étant posé, le challenge est que le bidouillage
décrit ci-après permettra de trancher entre ces deux solutions.
L'allumage est géré par un aepl-duino
et reste indépendant.
Une gestion Régime/Angle papillon a été choisie, avec couplage des injecteur 1/4 et 2/3.
Le mode est, au choix, soit semi-séquentiel (une injection par cycle de 720°), soit semi-full-group ( injection en deux fois par cycle).
La partie matérielle ressemblera à ceci ( à priori sans les tubes bleus qui captent la depression ) :
Un potentiomètre permet de connaitre la position des 4 papillons des deux boîtiers porte-injecteurs.
Une première maquette sur établi , la Version 1.0 fonctionne correctement mais
sans capteurs de température moteur et
température d’air ambiant.Donc sans correction de la durée d’injection
pour le démarrage, la montée en température, la température de l’air
etc.Ces domaines délicats seront abordés plus tard.
la table des durées d’injection (
minimale : 6 x 6 ) est
limitée à 3300 t/mn et une ouverture papillon de 35%.
On l’espère suffisante pour sortir l’auto du garage.
L’interpolation en 2 dimensions dans la table des durées d’injection
L’algorithme d’interpolation en 2 dimensions pour la table des durées d’injection est implémenté. Ce fut un petit challenge mais finalement il se réduit quelques lignes de code ce qui est à la fois bon signe et un peu frustrant...
Pour les amateurs, voir les 3 fonctions CalcReg(), CalcPap() et Prep_Dinj().
Une correction de +/- 1 à 5 ms de la durée d’injection est applicable via un potard.
Un generateur de signaux carrés simule les impulsions qui viendront du capteur Hall visant la cible sur la poulie d’arbre à cames. Cette cible sera calée sur le PMH allumage du cylindre 2.
L’image du scope correspond à 6000 t/mn vilo (3000 AàC) la période (cycle de 720° soit 2 tours de vilo) est donc de 20 ms.
L’injection de la paire 1/4 débute dès la detection de la cible.Un délai ajustable est prévu pour des essais.Dans la pratique il semble que ceci ne soit pas un paramètre très sensible.On verra bien.
un Arduino
un circuit de gestion de carte mémoire
micro SD (idem celle des telephones ou appareil photo)
un module Bluetooth ( déplacé depuis la
platine d’injection) vers un smartphone/tablette
A chaque cycle moteur correspond une ligne de données (N t/mn, Angle papillon, AFR etc).
Les 3 fonctions possibles sont :
d pour Durée du run imposée en secondes
l pour Log démarre un run avec une
durée par défaut de 10 s (paramétrable)
a pour Arrêt du run en en cours
Ces lignes sont enregistrables dans un fichier, par exemple "61.xls", au format compatible pour Excel.
La carte est relue sur un PC sous Excel (ou equivalent) les données brut apparaissant sous forme de colonnes.
Reste à les exploiter et les presenter sous forme de courbes par exemple.
Une carte de 32 Giga Bytes a une capacité d’enregistrement de 5000 heures soit plus de 500 000kms !
Cerise sur le gateau avec ce petit lecteur de carte SD https://www.amazon.fr/gp/product/B0... on peut relire les fichiers sur le smartphone sans la necessité d’un PC.
Quand on accélère énergiquement, avant d’atteindre le régime final, il faut injecter un peu plus d’essence pour éviter un "trou". Dans un carbu, c’est la pompe de reprise qui joue ce rôle.
Pour une injection, en termes savants on parle de l’intervention de la dérivée dN/dt , où N est le régime en t / mn.
Je compte reprendre dans un premier temps le même calcul simple qui va bien dans l’allumage Aepl-duino( en mode Dwell 2, c’est à dire pour le calcul du délai avant de relancer le courant dans une bobine à faible impédance ) où l’on doit aussi tenir compte de l’acceleration d’un cycle à l’autre.
Si D1 est la durée d’injection du cycle precedent et D2 la durée lue dans la table pour le cycle actuel ( après toutes les corrections habituelles ), pour tenir compte de l’accélération on calcul un correctif Delta tel que :
Delta = (D2 - D1) proportionnel à l’augmentation du temps d’injection d’un cycle à l’autre.
Puis on l’applique à D2 :
D2 cor = D2 + Delta = D2 + D2 - D1 = 2*D2 - D1 formule hyper simple finalement.
A charge constante D2=D1 , pas de
correction.
Si la charge augmente D2>D1, on
ajoute du temps à D2.
Et inversement si la charge diminue
C’est rudimentaire mais comme d’habitude on commencera par du simple et on verra sur le terrain s’il faut compliquer...
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Injection_V1.1_021019
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Injection_Logger141019
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Ces mesures
s'effectuent sous 3
bars, avec du white-spirit (l’essence étant vraiment dangereuse avec
les risques
réels de court-circuit de ce montage
sauvage).
Le pilotage par Smartphone du banc d’essais permet d’activer chaque injecteur entre 1 et 20ms, à un régime entre 1000 et 8000 t/mn, et ce répété entre 1 et 10 000 fois.
Durée
(ms) t/mn
Volume (cc) Répété
1000 fois
10
2000
41
5
2000
22
2
2000
8
1.5
2000
3
Les
4
injecteurs sont comparables et donc de débit environ 40cc
pour 10s soit 240cc/mn.
Le
volume injecté
est bien proportionnel au temps mais à partir de 2ms.
En dessous de ce temps, l ‘inertie de l’aiguille rend le débit aléatoire, à éviter donc.
*********************Résumé des essais sur table**************************
Les essais sur table étant terminés, au moins pour l’instant, une présentation des boitiers est effectuée sur le moteur.
Il
reste à :
-fixer
le détendeur
sur la culasse
-fixer
l’électronique
quelque part
-fixer
la pompe
quelque part
-connecter
les injecteurs, le capteur d’ A à C, le potard de papillons
Pour
les
essais de démarrage, pas de connexion du câble d’accélérateur et
probablement
alimentation par un bidon de 1 ou 2 litres situé sur le siège AR gauche.
Si ça marche à peu près, des durits seront installées proprement vers le réservoir d’essence pour poursuivre les essais.
Finalement le test de
démarrage
s'est fait avec bidon d'essence au sol et l’électronique hors de l'auto.
A MA TRES GRANDE SURPRISE,
le moteur
a démarré immédiatement!!!!!
Le mélange était trop
pauvre avec un
AFR de 20.
Il a suffi de modifier une
ligne du
logiciel en ajoutant 0.9ms à tous les temps d’injection pour faire
descendre l’AFR
à 13.5 environ !
Ce début est vraiment
encourageant
mais le plus dur reste à faire : l’optimisation à tous les régimes…
Ceci est un faux Weber DCOE cachant une injection....Existe-t-il une fausse injection cachant un Weber ?
Analyse des données de la carte SD https://www.efianalytics.com/MegaLogViewer/
*****************************INJECTION MINIMALE******************************************
Vu
le petit nombre de composants un circuit imprimé n'est pas
indispensable.
Il suffit d'une plaque à trous sur laquelle on soude les composants
point à point.
ATTENTION
Cette
version
réduite fonctionne comme la version standard avec logger MAIS
n’est pas suffisante pour la mise au
point et les réglages.
En
effet elle
ne comporte pas la les fonctions d’affichage au Smartphone ni surtout
l’enregistrement
des données de run sur carte SD..
****************************************Dans
les
coulisses du projet**************************************************
La
mise au
point de la partie électronique a été effectuée avec les outils
suivant :
--alimentation
régulé 0/50V et 0/5A en courant continu 60€
--oscilloscope
100MHz (mais 20MHz aurait suffi ) 350€
--générateur
de signaux à fréquences ajustable numériquement 50€
--boitier simulant les entrées 10€
Pourquoi
il
ne faut pas de diode de roue-libre pour absorber le pic de 200V+
de surtension
lorsqu’un injecteur est coupé.
*******************************Dépouillement
des runs**************************************************
Pour
aider au
dépouillement des fichiers Excel collectés lors des runs, un outil de
visualisation tel MegaLogViewer
est quasi indispensable.
Très tolérant sur le format .csv , il s'adapte automatiquement aux séparateur de colonnes, séparateur décimal etc.
Il sait lire directement ces fichiers et afficher les courbes en multiples couleurs.
******************Vidéo du démarrage le 10/7/20**************************
Cher Gégé13821
Que voici de bonnes idées !!
pour
le temps (time stamps) c’est facile, il suffit d’ajouter celui les
cycles et créer une nouvelle colonne.
Effectivement ce sera plus facile pour se repérer dans cet océan de
données (euh, pardon, DATA pour être tendance)
encore
plus simple pour les températures air et eau
enfin
pour les
— temps de base (lecture de la table)
— enrichissement warmup (starter)
— enrichissement accélération (pompe de reprise)
— correction température d’air,
Pourquoi pas ? on a à la fois l’espace de stockage et le temps de le faire car une ligne d’enregistrement ne prend que 1.3ms.
Merci encore pour toutes ces suggestions basées sur ta solide expérience dans le domaine...
Pour le logger.
Il me parait intéressant d’enregistrer le temps, pour mieux apprécier la rapidité des phénomènes et pour tracer des courbes en fonction du temps.
Puisque l’espace ne parait pas limité, il est intéressant d’enregistrer les paramètres d’entré du boîtier - température eau, température air, ....... Ces paramètres permettent d’expliquer des écarts entre deux enregistrements avec des conditions différentes.
Pour les temps d’injection, il est intéressant
d’enregistrer les différents paramètres :
temps de base (lecture de la table)
enrichissement warmup (starter)
enrichissement accélération (pompe de reprise)
correction température d’air,
.....
Mais, ce n’est que du détail, l’essentiel est dans la mise au point du dispositif. Bons essais.
Salut Bernard
non je laisse les faux Weber aux amateurs...
Bien sur que je garderai la pompe mécanique d’origine, mais en deco seulement (elle l’est déjà, je roule avec une excellente Pierburg électrique, et note que j’ai t’ai épargné la classique marque Moildard quand on parle de pompe...).
Plutôt que dR/dt, je pense que c’est dTPS/dt qui va déclencher l’equivalent du jet d’une pompe de reprise de carbu au moment d’une acceleration.
En effet TPS est la position en % des papillons, R, le regime n’étant que la consequence
Il faudra donc corriger la durée d’injection ( en %) en plus ou en moins suivant le signe de la dérivée.
C’est pas gagné mais c’est la règle du jeu...
