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Accueil > Electronique > Un boitier magique pour rouler a l'éthanol E85

Un boitier magique pour rouler a l'éthanol E85


Avertissement

Attention ! Si vous utilisez mon montage, dont je ne garantis ni le matériel, ni le logiciel, c'est à vos risques et périls, vous prenez vos propres responsabilités !

De plus, ce montage n'est prévu pour fonctionner que sur des véhicules à essence dont les injecteurs ont une résistance interne supérieure à 10 ohms. Donc avec un multimètre réglé en ohmmètre, vérifiez la résistance de vos injecteurs avant de fabriquer et d'installer ce montage !


Lundi 06 octobre 2008


Comme je l'explique ici dans la section économies de carburant, il faut un petit montage électronique pour pouvoir rouler avec 100% d'éthanol E85 sur un véhicule essence.

Je décris ici la réalisation d'un boîtier, que j'ai nommé la E85box. J'ai simplifié le schéma au maximum pour faciliter la construction et les mises au point. Si j'avais dû réaliser un tel appareil dans le domaine professionnel, le montage aurait été un peu plus complexe pour être "idiot proof" et supporter les erreurs de câblages, les inversions de polarités, les courts circuits, etc...

Si vous avez lu la page dont le lien est un peu plus haut, vous aurez compris qu'un des moyens pour enrichir le mélange air/carburant pour tourner à 100% d'éthanol E85 est d'allonger le temps d'ouverture des injecteurs d'un certain pourcentage.

Le montage décrit ici est prévu pour cette tâche. Il s'intercale entre le calculateur de la voiture et les injecteurs (ou l'injecteur unique dans le cas d'une injection monopoint).

Le montage reçoit d'un coté les impulsions de commande provenant du calculateur, et les répercute en sortie, en allongeant d'un certain pourcentage la longueur de l'impulsion.
C'est tout simple, voici le principe en image :




Le point A, c'est la sortie de l'injecteur, normalement connecté directement au point B sans passer par la E85box. Quand le calculateur pilote le transistor de sortie, le courant circule dans la bobine de l'injecteur (ce n'est qu'un électroaimant en fait).

En intercalant la E85box entre le calculateur et les injecteurs, on peut détecter quand le calculateur désire piloter l'injecteur (le signal A passe à 0V), et donc le faire à sa place. Quand le signal remonte à 12V, c'est que le calculateur veut arrêter d'injecter du carburant. En ayant mesuré Tnormal, la E85box peut alors savoir combien de temps en plus (Tsup) elle doit piloter l'injecteur pour injecter un pourcentage supplémentaire de carburant.

Le principe est jeté, il suffit maintenant de faire le schéma électronique que voici :


Cliquez sur l'image pour l'agrandir

Le schéma (version pdf ici) est très simple :

- En haut à gauche c'est l'arrivée d'alimentation grâce à une masse et un +APC (+après contact) de la voiture. Ce 12V arrive dans IC1, qui est un régulateur 5V. Il va créer l'alimentation 5V de la partie logique de la carte.

- A gauche, les 6 entrées qui doivent aller vers le calculateur (Points A de l'illustration sur le principe de fonctionnement de la E85box). En fonction du nombre d'injecteurs de la voiture il suffit de ne pas utiliser les entrées en trop.

- A droite, les transistors de puissance de sortie, qui permettent de piloter les injecteurs (Points B sur l'illustration du principe de fonctionnement de la E85box)

- Au milieu, le microcontrôleur, ici un PIC16F627-I/P, qui sera le cerveau de la E85box.

- Juste au dessus du microcontrôleur, une entrée pour connecter un bouton poussoir, et une sortie pour connecter une led. Ca permettra de basculer du mode sans plomb 95 au mode éthanol E85 et vice versa (voire régler le pourcentage de richesse supplémentaire).


Comme vous pouvez le voir, j'ai prévu 6 entrées ce qui permet d'utiliser la E85box sur un moteur essence 6 cylindres à injection multipoint. Si vous réalisez la E85box, et que vous n'avez qu'un seul injecteur, il vous suffit de ne pas câbler les entrées (et donc les sorties correspondantes) qui ne vous servent à rien. Dans ce cas, attention toutefois à rajouter des résistance de pull-up entre les signaux INx non utilisés et le +5V, pour ne pas avoir de potentiels flottants sur les entrées du microcontrôleur.


Détail de l'entrée IN1 (fonctionnement identique pour les autres)

La résistance R7 de 15r reliée entre la +12V et la sortie injecteur du calculateur permet de simuler la présence de l'injecteur. Sinon il se peut que le calculateur se mette en défaut.
Cette résistance permet également d'envoyer un niveau logique 1 sur l'entrée du microcontrôleur, par l'intermédiaire de R8 et D3. Ce réseau résistance + zener permet de rabaisser la tension de 12V en 4.7V, pour ne pas griller l'entrée du microcontrôleur, qui ne supporte pas plus de 5V !

Détail de la sortie OUT1 (fonctionnement identique pour les autres)

Au démarrage du microcontrôleur, les ports d'entrées/sorties sont configurés en entrée, le potentiel est donc flottant. Pour éviter que le transistor Q1 ne se déclenche, la résistance de pull-down R2 permet de fixer le potentiel de la gate du transistor (c'est un Mosfet) à 0V, le temps que le programme du microcontrôleur démarre et passe le port OUT1 en sortie (et au niveau logique 0).
La résistance R1 permet de limiter le courant d'appel sur la sortie du microcontrôleur lorsque la sortie change d'état. En effet, la gate d'un transistor mosfet comporte une capacité parasite. Sans résistance de limitation, le courant de sortie pourrait dépasser les spécification du fabricant à chaque commutation (passage du niveau logique 1 vers 0, ou 0 vers 1).

Détail de l'entrée bouton poussoir

Le bouton poussoir sera cablé entre X1-3 et une masse du véhicule. Quand il sera relaché, il y aura un niveau logique 1 sur l'entrée du microcontrôleur grâce à la résistance de pull-up R3. Quand le bouton sera pressé, l'entrée du microcontrôleur se retrouvera au potentiel d'un seuil de diode (0.6V), donc au niveau logique 0. R6 ne sert pas à grand chose mais j'en avais besoin comme strap sur le circuit imprimé...
La diode D1 sert à protéger le microcontrôleur si X1-3 touche par hasard du 12V.

Détail de la sortie led

La led sera connecté entre X1-2 et une masse du véhicule (cathode de la led à la masse véhicule). La résistance R9 permet de fixer le courant de led, ici (5V-0.6V)/470r = 9mA.
La diode D2 sert à protéger le microcontrôleur si X1-2 touche par hasard du 12V.

Le routage de la carte

Voilà le routage que j'ai effectué ce midi (j'utilise le logiciel Eagle en version freeware) :


Cliquez sur l'image pour l'agrandir

Le circuit est en simple face, et fait 106mm par 46mm.

Voici les documents pour la construction de la carte :
Bien entendu, il est fortement conseillé de monter le PIC sur un support !

Installation

Voici le plan de câblage pour l'installation du boîtier dans la voiture :


Cliquez sur l'image pour l'agrandir

Les liaisons en pointillés correspondent aux liaisons entre le calculateur et les injecteurs que vous devrez couper afin de pouvoir y intercaler le boîtier. Essayez de placer le boîtier de manière à rallonger le moins possible les fils.
De la même manière, pour le fil de masse essayez de mettre le fil le plus court possible, et veillez à vous connecter à une bonne masse.

L'idéal est de placer le bouton poussoir et la led dans l'habitable, pour pouvoir régler et avoir un oeil sur le mode en cours ainsi que la valeur de l'enrichissement lorsque vous êtes en mode E85.
Vous pouvez prendre les masses nécessaires pour la led et le bouton poussoir directement dans l'habitable, ça permet de n'avoir que 2 fils à passer.

Avant d'installer le système, je vous conseille fortement de tester le boîtier pour voir s'il fonctionne correctement !

Pour vérifier le bon fonctionnement du boîtier, il faut simuler l'installation dans la voiture. Il vous faut des résistances de 10K, une alimentation 12V, le bouton poussoir et la led.

Connectez l'alimentation 12V sur le boîtier ( +12V et masse), le bouton poussoir et la led. Connectez ensuite les résistances de 10K entre les sorties injecteurs et le +12V (afin de simuler la présence des injecteurs).

Mettez l'alimentation 12V sous tension : si tout va bien, toutes les 2s la led doit flasher 6 coups, car par défaut le boîtier est en mode E85 avec 30% d'enrichissement.

Ensuite coupez l'alimentation, remettez la en route et restez appuyé plus de 3 secondes sur le bouton poussoir : si tout va bien la led va rester allumé fixe, car vous êtes passé en mode SP95.
Appuyez à nouveau plus de 3s pour revenir en mode E85. Attention le changement de mode et le réglage d'enrichissement ne peuvent se faire que pendant 10s après la mise sous tension.

Si tout est bon jusque là, vous pouvez tester les entrées/sorties injecteurs. Mesurez au multimetre entre la masse et chaque sortie injecteur : vous devez avoir 12V sur toutes les sorties, car les transistors de puissance ne sont pas pilotés, et les résistances de 10K renvoient du 12V sur votre multimetre.
Ensuite forcez une par une à la masse les entrées injecteurs, et vérifiez que la sortie correspondante passe bien à 0V, puis à +12V lorsque vous enlevez la liaison entre l'entrée et la masse.

Si vous êtes arrivés jusque là sans encombre, le boîtier est fonctionnel !


Mercredi 06 octobre 2008

UPS est passé aujourd'hui, j'ai reçu les composants. Si tout va bien samedi je fabrique le circuit imprimé et je câble la carte.

Mardi 14 octobre 2008

Finalement samedi je suis allé à la pêche, alors j'ai câblé la carte hier soir. Et cette nuit j'ai eu quelques insomnies donc j'en ai profité pour avancer le logiciel interne au microcontrôleur. Je l'ai d'ailleurs tellement bien avancé qu'il est terminé !

Il a fallu que je trouve un système pour pouvoir scruter, chronométrer et gérer l'enrichissement en parallèle des 6 entrées injecteurs. Le tout avec un seul timer !

De plus, une fois le chronométrage fait, il n'est pas possible de faire une division pour calculer le temps de pilotage restant de l'injecteur. Et oui pas de multiplication/division matérielle dans un PIC16F627A !

Du coup voici le principe de base que j'ai utilisé (je le détaille pour 1 injecteur, ça marche de la même manière pour les autres).

Toutes les 25us je scrute l'entrée injecteur et j'effectue les choses suivantes :


- Si l'entrée est à 0 (le calculateur pilote l'injecteur), je pilote aussi l'injecteur, et j'incrémente une variable nommée "chrono"
- Si l'entrée est à 1 (le calculateur ne pilote plus l'injecteur), je travaille sur la variable chrono :
     - Si elle est supérieure à 0, je la décrémente et je pilote l'injecteur
     - Sinon je coupe l'injecteur

En admettant que l'incrément et le décrément soient de 1, voilà ce qu'il se passe si le calculateur pilote l'injecteur pendant 1ms :

- L'entrée passe à 0, je suis dans le 1er cas, donc je commande aussi l'injecteur, et j'augmente de 1 la variable chrono.

- L'entrée passe à 1 au bout de 1ms. Comme l'entrée est scrutée toutes les 25us, ma variable chrono vaut à présent 40. L'entrée étant à 1 on se retrouve dans le 2eme cas. Tant que la variable chrono est différente de 0, je la décrémente et je pilote la sortie injecteur. Du coup l'injecteur est piloté pendant encore 40 cycles de 25us, soit 1ms.

Conclusion avec un incrément de 1 et un décrément de 1 l'enrichissement est de 100%.
En réglant l'incrément et le décrément je peux alors choisir l'enrichissement que je veux :

incrément = 1 et décrement = 2 : enrichissement 50%
incrément = 2 et décrement = 5 : enrichissement 40%
increment = 3 et decrement = 10 : enrichissement 30%
incrément = 1 et décrement = 5 : enrichissement 20%
etc...

Comme mon pas de mesure est de 25us, la précision de mesure de la largeur d'impulsion venant du calculateur est de +/-25us. Autant dire que c'est négligeable vu que l'injecteur n'est jamais piloté moins de 2ms. Du coup ça me fait une "imprécision" de mesure maximum de 1.25%.

Le truc sensible c'est que le code doit être très optimisé car la fonction qui scrute et gère les 6 entrées/sorties injecteurs est appelée par l'interruption timer toutes les 25us. Il ne faut donc pas que la fonction dure plus de 25us, même dans le pire des cas de figure ! Actuellement je suis à 20us dans le pire des cas, donc ça laisse du temps machine de libre pour faire autre chose, notamment gérer la led et le bouton poussoir pour la sélection du mode SP95 / E85 et le réglage de l'enrichissement.

Au niveau de l'interface homme/machine (led + bouton poussoir), j'ai défini les choses suivantes :
  • Le changement de mode (SP95/E85) se fait par un appui long (supérieur à 3s) sur le bouton poussoir.
  • L'affichage du mode SP95 (aucun enrichissement) correspond à un allumage permanent de la led
  • L'affichage du mode E85 correspond à des cycles de clignotements de la led : le nombre de clignotements de la led correspond à l'enrichissement actuel (1 clignotement = enrichissement de 5%). Par exemple 7 clignotements correspondent donc au mode E85 avec 35% d'enrichissement.
  • Le réglage de la richesse ne peut se faire que dans le mode E85, et se fait en donnant des impulsions sur le bouton poussoir, chaque impulsion correspondant à un enrichissement de 5%. Pour régler un enrichissement de 25% par exemple, il suffit de donner 5 impulsions rapides (intervalles d'appuis inférieurs à une seconde) sur le bouton poussoir. L'enrichissement est plafonné à 50%.
Pour une question de sécurité j'ai fait en sorte que la configuration du mode et le réglage d'enrichissement ne puissent se faire que dans les 10s après avoir mis le contact. Comme ça les modifications ne peuvent se faire qu'à l'arrêt du véhicule, car une seconde d'inattention à regarder la led en roulant ou compter les clignotement c'est déjà beaucoup trop !

J'ai également fait en sorte que le réglage du mode et l'enrichissement soient mémorisés lors de la coupure du contact. Comme ça au démarrage suivant pas besoin de reconfigurer le mode et l'enrichissement, le boîtier utilisera la configuration stockée en mémoire.

Samedi 18 octobre 2008

Aujourd'hui j'ai effectué le montage du boîtier dans la voiture ! Voir les détails ici.
Il fonctionne bien, mais je n'ai pas encore essayé de rouler à l'E85 car ma batterie est très faiblarde et j'ai peur de ne pas pouvoir démarrer correctement.

En revanche l'électronique est fonctionnelle et le logiciel aussi (il respecte le fonctionnement que j'ai défini plus haut), donc je peux maintenant le mettre à disposition :


Attention ! Si vous utilisez mon montage, dont je ne garantis ni le matériel, ni le logiciel, c'est à vos risques et périls, vous prenez vos propres responsabilités !


Mercredi 29 octobre 2008


Après plus d'une semaine d'utilisation du montage, il s'avère qu'il y a une petite modification à faire ! Les résistances de 15r (R7, R12, R16, R20, R23, R26) qui servent à simuler les injecteurs chauffent beaucoup trop ! Elles ont complètement noircies, et le boîtier plastique à même été déformé ! Il faut absolument augmenter leur valeur pour éviter ce problème. J'ai mis des 1.8K en 1/4W qui traînaient, et ça fonctionne très bien. Mon calculateur ne se plaint pas si les impédances connectées à ses sorties injecteurs sont trop importantes.

Vous devez impérativement faire cette modification également pour éviter des problèmes ! Vous pouvez monter des résistances standards 225mW (1/4W), entre 1K et 2.2K, ça fera parfaitement l'affaire. J'ai mis à jour la nomenclature (téléchargeable plus haut).

Je vous conseille également de bloquer mécaniquement avec du pistolet à colle tous les composants susceptibles de vibrer, les transistors mosfet, le régulateur 5V, les condensateurs, les résistances montées verticalement, etc...
Par contre évitez de mettre de la colle sur la partie métallique des mosfets, pour que le contact avec l'air se fasse bien (pour éviter la chauffe des mosfets).

Sinon hier matin la température était de 1°c, et avec 20% d'enrichissement, la voiture a bien démarré mais après 3-4 secondes de démarreur. Ce matin la température était de 1°c également, et avant de démarrer j'ai réglé l'enrichissement à 50%. Démarrage impeccable au quart de tour ! J'ai rebasculé tout de suite après sur 20% d'enrichissement.

J'ai donc implémenté dans le logiciel interne du microcontrôleur le starter automatique, qui enrichit à 50% pendant 10s après la mise du contact pour faciliter le démarrage (lorsque le boîtier est configuré en mode E85). Après le délai de 10s, l'enrichissement revient automatiquement à la valeur que vous avez configurée. Je viens de mettre à jour le fichier hex et le code source du projet (passage en version 1.0B).


Lundi 17 novembre 2008

J'ai mis à jour le fichier pdf du circuit imprimé pour faciliter la fabrication artisanale du circuit imprimé. Les pastilles étaient trop petites et rendaient difficile la gravure du circuit imprimé, et  rendaient le perçage délicat. J'ai grossi les pastilles et retiré les trous de perçage sur le pdf. Ca rend la gravure plus facile. Car contre maintenant pour le perçage des pastilles il faut dans un premier temps faire un petit pointage avec un outil pointu pour que le forêt reste bien au centre.

J'ai déjà reçu plusieurs messages d'internautes qui ont réalisé et installé ce montage avec succès, alors pourquoi pas vous !?