Archive pour catégorie Electronique

Injection Française avant l’heure

500 Motobécane 1974 Injection (Photo Motobécane-Passion)

Un petit complément d’information sur ce sujet passionnant qu’est l’injection électronique et qui va encore m’occuper un bon moment je pense.

2Temps Motobécane. Patrick Barrabes.Suite à la lecture d’un livre passionnant “Les 2 temps Motobécane” de M.Patrick Barrabès, livre que je conseille aux passionnés. Près de la moitié de ce livre est consacré à l’aboutissement de la technique du 2 temps chez Motobécane :  les 125 LT, 350 M3 et “la 500 injection” de 74. Je n’avais avant cette lecture,  pas trouvé la moindre info sur ce que le BE de M.Moutet et M.Jaulmes (pour la mécanique) avait imaginé comme solution pour réaliser ce petit miracle mécanique et électronique, au début des années 70… avec des moyens naissants. ( Le balbutiement des ampli opérationnels gourmand, fragiles et imprécis. Le µA741 entre autre.) Monsieur Moutet aux études chez NOVI, était bien en avance sur son temps. Son équipe et lui  était déjà à l’origine des allumages à décharge de condensateur en 1965!!!  On comprend bien que les japonais de cette époque s’inspirait de nos réalisations. Preuve cet article publié chez eux en 1974 suite à la présentation de la 500 injection au salon cette année là. Et quand on sait que cet allumage à été monté de série par nos amis Nippons que dans les années 80 et que ce principe est toujours d’actualité…. Motobécane en était il l’inventeur?

Et mécaniquement? Comment réaliser une prouesse pareille sur un 2 temps? Chose encore jamais réalisée sur ce type de moteur. Impossible pas Français. Du moins à cette époque bénie. Citroën toujours en avance aussi commercialisait déjà la DS21 injection. Un haut de gamme à la Française! Alors pourquoi pas une moto?

Photo Motobécane-Passion

Et cette 500 injection? En fait elle n’a jamais existé! Du moins en tant que prototype fonctionnel. Des moteurs ont existé, un à même cassé sur un banc de test. mais visiblement aucune 500 n’a réellement roulé. C’était une base de 350 qui avait été présenté sur le salon. Horreur malheur… Moi qui croyait qu’il y avait eu 4 ou 5 protos! Mon père qui connaissait bien ces motos (il a longtemps roulé  en 350 Tobec) et qui avait lu les Moto Revues de l’époque, me l’avait dit. (Effectivement on en retrouve trace dans les revue de ces années.) Mais on a bien trace de moto qui ont roulé, l’injection marchait, elle était au point, mais sur des bases de 350! Ouf l’honneur est sauf, car sans la crise pétrolière qui a donné le coup de grâce au 2T, elle serait bien réellement sortie, ces belles 500. Quel gâchis…  Le plus fou, il y a même eu des 125 injection. Injection et monocylindre, ça fait rêver. Qu’est-ce que j’aurais aimé essayer ces motos!

Mécaniquement :

Du génie et je le dis ça sans bouillir! (Comme disait Pierre Desproges…) Injection directe électronique? impossible pour l’époque, les injecteurs pilotés n’existaient qu’en basse pression. Et pourtant ils on choisit d’injecter dans les cylindres!  (Voir le schéma) Ils ont utilisé justement des injecteurs de marque Bosh, (ceux de la DS au début pour réaliser des prototypes, lit-on).
L’astuce à été de positionner l’injecteur à l’arrière du cylindre, perpendiculaire à son axe, juste au dessus de l’admission. La sortie d’injection débouchait dans un transfert supplémentaire, réalisé avec un tube traversant le conduit d’admission en provenance du bas moteur. Ce conduit  et l’injecteur débouchait par un petit trou, dans le cylindre, quelques mm au dessus au dessus des transferts principaux.
A la descente du piston, lors du cycle de pré-compression, la pression dans le bas moteur est maximale juste avant l’ouverture du petit transfert d’injection -le premier à s’ouvrir.  C’est  à ce moment précis que l’injecteur est piloté et le créneau temporel d’injection est très court. On est à un peu moins de 45° du point mort bas. jusqu’à l’ouverture des transfert principaux. L’injection ne vaporise pas encore d’essence car l’injecteur est lent à cette échelle du temps.  (surtout à cette époque, injecteur très selfique et transistors de commande bipolaire, très lents…)
Les transferts principaux ont déjà empli copieusement le cylindre… d’air et commence à chasser les gaz d’échappement. La vaporisation d’essence commence réellement aux alentours du point mort bas. (d’après les schémas du livre de M.Barrabes) Et il reste un peut moins de 45° avant la fermeture de la lumière d’injection. Le génie du système c’est que grâce au balayage et au retard du moment d’injection,  c’est de l’air sans carburant qui est perdu à l’échappement avant que la lumière d’échappement se ferme et que la compression commence.
De ce fait, ce 2 temps était très économique. 30 % d’économie de carburant. Les ingénieurs de ce projet visait de tutoyer les consommation des 4 temps. Incroyable!

Et l’électronique de M. Moutet et de son équipe?

Peux d’infos malheureusement sur ce magnifique ouvrage. Mais un petit tour sur internet m’a permis de trouver quelques réponses. Un magnifique article sur ce sujet existe sur le site Motobécane-Passion (je mettrai le lien complet en bas de cet article) .

Photo Motobécane-Passion

Et le plus incroyable, c’est que M.Moutet à participé à la rédaction de cette article. Je suis jaloux!  Je me régalerais tant de pourvoir passer un moment à discuter” histoire électronique” avec ce monsieur!
Ce qu’on apprend en lisant dans le livre et sur ce site, c’est que le principe de cette injection -pour l’électronique du moins- les bases actuels étaient déjà là.  Mesure d’ouverture du papillon, (Une guillotine en fait sur cette machine) et évaluation de la vitesse moteur (Un intégrateur sur le signal du top d’allumage?) Ces 2 informations peuvent pointer sur un tableau en x et y, et permettre de déterminer un temps d’impulsion pour la commande de l’injecteur. Ça, c’est le principe général et avec un Arduino c’est un programme d’une dizaine de lignes. Mais en 73…

En fait on voit toute l’astuce le l’inventeur ici. Cette cartographie, était mémorisé sur un support optique. Un négatif photo en somme, en forme de disque plus ou moins opaque (du noir au transparent) une façon astucieuse de transcoder la richesse. La cartographie pouvant être changée sans modifier l’électronique. Cette information était lue optiquement par un photo transistor fixé sur un bras mobile. A la façon d’une tête de lecture d’un disque dur moderne . Incroyable… La position de cette “tête de lecture” et de ce bras était mécaniquement liée, par un câble, à l’ouverture des gaz! Pas de potentiomètre, ça simplifie encore l’électronique. Et la rotation du disque? En fait un intégrateur effectivement. Il positionne ce disque angulairement, sur une valeur proportionnelle au régime moteur… Mais là encore, pas d’électronique. Un mécanisme de compte tour, bien amorti, fait l’affaire! Le disque en lieu et place de l’aiguille.

Photo Motobécane-Passion

Le principal de la fonction est là. Mais encore une idée géniale des ingénieurs de chez NOVI, qui maîtrisaient mieux les alternateurs que les batteries : faire fonctionner cette injection sans batterie. Uniquement sur le volant magnétique, ce pour permettre un démarrage du moteur sans énergie stockée. Là encore le génie. Calquer ce fonctionnement sur celui déjà éprouvé de l’allumage (CDI) à décharge de condensateur, dans la bobine de commande de l’injecteur, à  la place de la bobine d’allumage. La commande d’un thyristor – composant très rapide pour l’époque- initie une montée de tension franche sur l’injecteur. L’injecteur s’ouvre alors (assez) rapidement. (self) Et le temps d’ouverture est proportionnel à l’énergie préalablement stocké dans la capa. Et c’est là que le système de lecture optique intervient. Le photocoupleur commande une série de transistors qui règle la charge de cette capa. Bravo c’est simple.
Mais bon ce schéma n’est pas le plus complet. Je pense qu’il y est sûrement un des 1er. On ne voit apparaître ni info de dépression, ni température (starter) évoqué dans le texte. Mais c’est déjà tellement super, merci M.Moutet.

Intéressant sur la photo ci dessous : le disque optique mémoire cartographie injection. On voit aussi les 3 gros condensateurs qui devaient stocker l’énergie nécessaire à l’ouverture des injecteurs. Hé oui, il en faut un peu plus que pour faire une étincelle!!

Document Motobécane-Passion

Motobécane, tout un pan de notre histoire de France motocycliste, et merci à ces valeureux ingénieurs et techniciens. Merci à vous tous.

Je remercie M.Patrick Barrabès, et ma fille qui m’a offert ce beau livre “Les 2 temps Motobécane” qui m’a appris plein de choses sur une de mes prochaines restaurations. Une M3.

Et aussi un grand merci à M. Moutet et a ce magnifique site http://www.motobecane-passion.fr géré par de valeureux passionnés.

Motobécane injection : https://www.motobecane-passion.fr/injection_electronique.htm

Les 350 M3 : http://www.motobecane-passion.fr/nouvellepage3.htm

L’injection libre

Rampe injection de Suzuki GSX-R

Introduction

Après quelques travaux sur l’allumage auto-moto ces dernières années pour approfondir mes connaissances, je complète mes recherches dans le domaine incontournable de nos jours de l’injection. Avec une idée derrière la tête. enfin plusieurs. On verra plus tard…
Étant de formation électronique, je m’ intéresse aux détails de réalisation, plus qu’aux principes que je connaissais déjà un peu. En effet je suis tout cela depuis pas mal d’années et j’ai une K100 avec une injection Bosh L-Jextronic que j’ai eu l’occasion de dépanner 3 fois en près de 200 000Km!
Mais les choses on bien évoluées en près de 40 ans. Et ce qui était confidentiel chez les constructeurs auto et moto, s’est normalisé, vulgarisé. L’électronique à évolué et offre de nos jours des possibilités inimaginables. Les microcontrôleurs ont  envahit notre quotidien, sont de plus en plus puissants et ne coûtent plus rien. De même que les capteurs optiques, effet-Hall, pression, position, eux aussi abordables et simples à mettre en œuvre. Bref, toutes ces fonctions, électroniques et informatiques jadis compliquées, existent de nos jours sous forme de” briques”. Il n’y a qu’a empiler! C’est presque aussi simple que ça.
Linux, l’open source, et depuis quelques années, l’open hardware permettent de former nos “petits jeunes”. Mais aussi pour les plus expérimentés d’entre nous, tout cela permet de mettre en œuvre rapidement, à peu près n’importe quel projet complexe. Merci Mr Jim Stallman ! Sans qui l’open source et la licence GPL -ce qui permet le partage- n’existerait pas. Linux non plus n’aurait pas vu le jour. Savez vous que sans Linux le web n’existerait probablement pas non plus? Du moins sous cette forme libre et quasis gratuite! Vos voitures et motos seraient probablement plus chères, et moins sophistiquées. Car une très grande partie des programmes contiennent du code Linux et open source. Comme beaucoup d’appareils du quotidien. C’est ce qu’on appelle “l’embarqué”, et on en trouve de nos jours dans à peu près  dans n’importe quel appareil électronique. Même nos téléphones portables contiennent un noyau Linux.
Tout cela a été écrit en langage C, ( GCC = GNU Compilateur C) un langage des années 70.  Et devinez qui à écrit la première version de GCC? M. Jim Stallman, lui même! Et savez vous pourquoi? Il développait lui aussi un système d’exploitation qui n’a pas vu le jour, mais ce compilateur a permit à Linus Torvald  de créer LINUX!  Deux des plus grands “hommes de partage” de ces détestables 50 dernières années fric!

Mais Je m’égare. Re-concentrons  nous sur notre sujet : l’injection,  en prenant pour cible l’ouverture : Open source et Arduino. Il y a déjà bien à faire avec tout cela. Décortiquer et comprendre ce que de géniaux concepteurs, ont réalisés, et publiés sur internet.

J’ai repéré 4 clients sérieux qui valent la peine d’être cités. Un boulot magnifique, malgré des buts et ambitions très éloignées. Mais commençons par le début et un peu de vulgarisation sur les principes actuels de l’injection avec un site orienté moto…

1-Site incontournable : le repaire des motards .com

Un super article de vulgarisation sur l’injection, et son fonctionnement :

Les photos ci-dessus sont issues de cette article sur l’injection. Il faut lire absolument cet article à la fois très complet et très simple à comprendre. Et on sera prêt à aller plus loin.

http://www.lerepairedesmotards.com/technique/mecanique/injection-electronique.php

1-1 Quelques compléments personnels

On remonte un peu le temps :
J’ai vu l’injection évoluer au fil des années. Les premières injections que j’ai pu voir étaient des injections mécaniques. On parle ici que d’injection pour moteurs essence. Peugeot dans les 70, avait équipé des 404, les DS injection électronique, puis 504 à injection mécaniques directes (dans la chambre de combustion). Pour la moto, le premier constructeur que je connaisse qui ait réalisé une étude d’injection électronique, c’est le constructeur Français Motobécane! Avec sa 500 présenté au salon de Paris en 74. Cette version d’injection était fonctionnelle, et a malheureusement équipée que 4 de motos. (voir les quelques images en fin d’article). Cette injection, très astucieuse, était indirecte (basse pression) mais l’injecteur émettait son jet dans le cylindre. Solution un peut différente des motos actuelles. Les japonais ont suivit dans les années 80 et on installé leur premières injections, sur les premières motos turbo, Honda en 81 sur sa CX500T et Kawa sur sa 750 turbo. Puis en atmo,  sur Z1000 et Z1300 vers 82, et en 83 BMW sur la K100. Rien d’étonnant pour cette dernière, car c’est l’expérience automobile qui a été appliquée à cette moto. Mais c’est plus tard, que l’injection a dû se généraliser pour respect des normes environnementales. (90..2000)

Mieux qu’un carburateur :
Les premières injections n’avait pas de sonde “Lambda” à l’échappement. (comme ma K100) le but étant juste de faire mieux que les carburateurs. L’information principale de ce type d’injection est juste la mesure de la quantité d’air à un instant “t”. Cette grandeur permet par un calcul (processeur) de connaître la quantité d’essence à mélanger (pulvériser) dans ce volume d’air, ce pour une combustion optimale.   14.7g d’air pour 1g d’essence, ce sont les proportions exactes. Des corrections sont ensuite apportées à cette base, la température de l’air, et celle du moteur, principalement pour enrichir à froid (starter). La dépression dans l’admission, qui permet de donner une information sur la charge du moteur (besoin de puissance) et permet aussi de corriger l’avance à l’allumage. Cette dépression peut aussi devenir positive (pression) dans le cas de l’utilisation d’un turbo. Il faut enrichir dans ce cas, quand le turbo compresse (il entre plus de volume d’air). La pression atmosphérique elle aussi est a prendre en compte. Plus pour la variation dû a l’altitude que celle dû à la variation de temps (voir les tables en annexe) En montage par exemple, il y a moins d’air pour un même volume.  Et enfin la sonde lambda (capteur d’oxygène), elle permet un contrôle et une ultime correction  (si besoin mais pas toujours)

Les Paramètres et O.D.G. (ordre de grandeur)
Il est de multiples manières d’évaluer le volume d’air, mais au final il ne faut pas oublier le but d’estimer le poids de cette quantité d’air. D’où toutes ces corrections de pression et température. Le rapport est précisément de 14.7 en terme de poids. On trouve aussi sur internet un rapport entre volume Air/essence , qui je pense est indicatif et plus un ordre de grandeur. Il faut environ 10 000l d’air pour 1l d’essence. (voir mes calcul plus précis en annexe)  Mais pour une combustion correcte, l’important c’est le comburant : l’oxygène. Et il est connu que cette quantité varie pour un même volume d’air : exemple en fonction de l’altitude ou de la pression. Je n’arrive pas trop à trouver l’influence sur le poids  de l’eau dans l’air, ou taux d’humidité,  mais intuitivement imagine bien que plus il y a d’humidité, plus il faut enrichir. Il faut avoir à l’esprit que le taux d’oxygène dans de l’air sec est d’environ 21%, le reste se compose essentiellement d’azote. (qui ne sert a rien pour nos moteurs) Masse volumique de l’oxygène 1,427 soit 1.4g par litre pour mémoire. Quelques valeurs de la masse volumique de l’air et influence de la température :  1 litre ce même volume d’air sec, au niveau de la mer et à 0°C sa masse est de 1.292g,  alors qu’à 25°C elle est de 1.184g. On voit donc avec cet exemple que ces variations sont loin d’être négligeables. Phénomène que l’on remarque avec les carburateurs : une température (souvent relativement fraîche) favorise un bon rendement (moteur agréable).
Masse volumique de l’essence : 0.775g par litre pour mémoire. Tout cela n’est pas simple ! Beaucoup de paramètres sont à prendre en compte si on veut être rigoureux…  (Voir tables en annexe de cet article)

Quelques principes de débit-mètres :
* Le premier système de mesure de quantité d’air que j’ai pu démonter est le système adopté par BMW sur ma K100. En fait constitué d’un volet,  rappelé par un ressort, et qui dans le flux d’air d’admission se met en équilibre sur une position pour un flux constant. Et dont la position d’ouverture évolue en fonction de la demande du moteur. Donc une relation existe entre cette position de volet et la quantité (volume) d’air aspiré. Un potentiomètre avec une courbe précisément définie, et qui compense la position du volet, donne une tension finalement proportionnelle au débit d’air.
* Un autre système que j’ai pu étudier, et qui est notamment utilisé dans l’Automobile, est un système à fil chaud. Un fil est chauffé par un courant régulé et  placé dans le flux d’air d’admission. Et on mesure la tension au borne de ce fil. Plus le flux d’air augmente, plus le fil est refroidi, sa résistance diminue, et la tension aussi. La tension, en suivant une loi physique simple, diminue avec l’augmentation du débit. Une compensation doit être opérée sur la température de l’air ambiant. (vue sur moteur Peugeot HDI, utilisé aussi dans le médical sur des respirateurs artificiels)
* Autre système : papillon commandé et capteur de dépression. Le principe est de mesurer la différence de pression avant et après le papillon. Pour une ouverture donnée du papillon, cette différence de pression correspond à un débit. Le papillon est commandé par un moteur pas a pas, dont le calculateur connaît précisément la position, il peut donc en déduire par une table ou par un calcul, le débit d’air en fonction de la différence des pressions. (vu sur des moteurs Renault)
* Système plus simple et largement utilisé sur nos motos actuelles : mesure de l’angle d’ouverture du papillon grâce à un potentiomètre et corrélation avec le régime du moteur. En effet un moteur, c’est une pompe, plus il tourne vite, plus il aspire de l’air. Si le papillon l’autorise, donc en fonction de son ouverture, on a une idée précise du volume d’air que le moteur aspire. Un capteur de dépression permet d’affiner le calcul (et de gérer l’avance) C’est ce  principe qui est utilisé dans les projets qui vont suivre.
Aller, passons dans le monde libre…

2-Projets Injections Arduino  : action !

2-1 Projet Fuelino

Réalisé par un ingénieur Italien passionné, ce projet d’étude consiste à comprendre et à corriger l’injection d’une Honda CBR suite adjonction d’un Kit 160cc. Un projet qui à notamment évolué vers un bicylindre 749 Ducati. Très instructif et relativement simple ce projet est riche d’enseignement. Malgré une programmation objet tout est bien écrit et optimisé pour tourner sur un Arduino Nano.  Très instructif. Plein d’autres choses sur son site. On est pas loin, avec ce projet, d’une vrai injection. En tout cas les bases sont jetées. Et en toute simplicité.

https://www.monocilindro.com/fuelino/

2-2 Projet Combiduino :

Un travail sur le sujet des plus abouti. Le but étant d’équiper un Combi Wolkswagen essence d’une injection et d’un allumage moderne. L’allumage est un module standard Ford qui utilise un capteur vilebrequin 36 dents -1. Et l’injection est réalisée à partir d’un Nano et d’une carte porteuse de sa conception. L’injection utilise les infos du capteur 36 dents-1 et génère la commande des injecteurs ainsi que l’avance à l’allumage, grâce à une information numérique produite par l’Arduino. Les réglages sont accessibles par une appli sur smartphone et par Bluetooth. Dommage que ce soit une pomme! Pas grave, l’important c’est le reste.
Présentation :
https://forum.arduino.cc/index.php?topic=413700.0

Page Combi :
http://www.old-droppers.com/index.php?showtopic=38723&page=1

Sources :
https://github.com/sarahconnors1/combiduino

2-3 injection expérimentale sur A110 :

Un autre projet un peu expérimental, (aux dires de son concepteur, M.Philippe Loutrel) mais qui peut aussi servir de base pour une conception simple.

http://www.loutrel.org/Injection.php

Coté Allumage :

Ce monsieur Philippe fait aussi plein d’autres chose avec Arduino sur ses belles mécaniques. Il a notamment exécuté un travail considérable sur l’allumage. Et en toute simplicité!
Beaucoup d’expérience sur cette page :

  • multiples sondes et capteurs.
  • allumage reparti (multi bobines)

http://loutrel.org/aeduino.php

2-4 Projet Speeduino :

Un (grand) projet d’équipe collaboratif, et qui s’est étalé sur plusieurs années d’études. (Site Hackaday, le site des projets ambitieux et Hi-Tech)
Le projet sur base Arduino Mega 256, se veut polyvalent, puissant, et paramétrable. Un logiciel multiplate-forme,  pour réaliser la mise au point-et même sous Linux. Paramétrage des capteurs, et  réglage, assisté par une interface graphique à cadrans analogiques pour l’affichage des grandeurs en temps réel. Comme les pros!

Les principes
https://speeduino.com/wiki/index.php/Overview
https://hackaday.io/project/4413-speeduino
http://wiki.speeduino.com/en/home

Le manuel
https://speeduino.com/Speeduino_manual.pdf

Code et installation
http://wiki.speeduino.com/en/Installing_Firmware
https://wtmtronics.com/product/no2c-v0-2-x/

Interface graphique

http://www.tunerstudio.com/index.php/downloads

Les schémas
https://hackaday.io/project/4413/files
https://github.com/noisymime/speeduino/tree/master/reference/hardware/v0.4
https://raw.githubusercontent.com/noisymime/speeduino/master/reference/hardware/v0.4/schematic%20v0.4.3_schem.png

Remarque pour mémoire: le capteur pression analogique MPX4250: gamme de 20 à 250Kpa (0,2 à 2,5Bar)

Doc microcontrôleur du Arduino ATMEL AT-MEGA 2560

Brochage Arduino ATmega-2560

Ci-dessous exemples réalisations du CI Speeduino sur 3 versions. On trouve ces CI nus, en Kit, ou tout équipées.

Hardware V0.2

Hardware V0.3

Hardware V0.4


ANNEXE

Mes notes sur mes recherches internet.  Besoin de référence pour me repérer, pour juger de l’influence des différents paramètres.

1/ Une petite synthèse et quelques calculs pour voir et comprendre. (c’est partiel, mais c’est une base)
Composition de l’air.

  • Éléments de références et conversions Température, masse, volume.
  • Le mélange air essence optimal, calculs volume et masse.
  • Influence sur la richesse de la température, et de la pression.

Télécharger Feuille de calcul des grandeurs de bases de l’injection.(Calc Open office)

2/ Une 2eme campagne de recherche pour se documenter sur le dimensionnement des composants de l’injection.

J’ai trouvé un site aux US qui traite du sujet avec des formules empiriques, et plutôt dédié gros moteurs industriels.
Mais très instructives, et riche de simplicité (et de bon sens) J’ai extrapolé quelques calculs, et pris en exemple ma moto (K100 BM) et on retombe sur les bonnes valeurs… plutôt rassurant.

Télécharger le fichier de calcul des éléments (Calc Open office)