Remerciements : - Département de physique, UFR Sciences et

Transcription

Projet de fin d’étude Master Mécatronique
Asservissement d’un injecteur
Remerciements :
Suite à la réalisation du boitier d’injection, je tiens à exprimer toute ma
reconnaissance à toutes les personnes qui ont contribué à l’élaboration de ce
projet :
Messieurs ALIZON et MARMOITON du LASMEA (Laboratoire des
Sciences et Matériaux pour l’Electronique et l’Automatique) pour leurs précieux
conseils en matière d’électronique et de programmation.
Monsieur DUMAS, chef du bureau d’études à l’Université Blaise Pascal,
ainsi que ses collègues Messieurs LAMPRE et SANTOS, qui ont contribué par
leur travail et leurs conseils à la réalisation du porte injecteur et des pièces
mécaniques du boitier.
Monsieur BEAUNE, technicien à l’Université Blaise Pascal, qui a
contribué par son travail à la réalisation des cartes électroniques ainsi qu’à
l’approvisionnement en composants électronique.
Monsieur MIKOLAJCZYK, du département des Sciences
Technologies de l’Université Blaise Pascal, pour ses différentes interventions.
-1-
et
Contexte du projet :
Depuis 2007, l’IUP Génie des Systèmes Industriels participe à la compétition
annuelle et européenne de l’Eco Marathon Shell. Grâce à l’équipe pédagogique de l’école
d’ingénieurs Polytechnique Clermont-Ferrand (CUST) nous possédons un véhicule
prototype. Ce véhicule demande cependant un certain nombre d’améliorations (comme la
gestion de la gestion du carburant qui est le but de ce projet) pour pouvoir envisager des
performances raisonnables.
Ayant participé à l’édition 2007 en tant que pilote de l’équipe de l’IUP, j’ai choisit ce
sujet d’étude car il s’agit d’un projet qui à mon sens représente une formidable promotion
pour notre école qui reste malheureusement méconnue. Il est donc primordial pour moi que
ce projet soit mené à son terme. Il présente également le formidable intérêt de toucher de
très prés à la compétition automobile.
Ce projet n’est pas partit de zéro. En effet, depuis le début de l’aventure, 2 équipes
de projet se sont succédées sur des thèmes similaires. La 1ère équipe (de Mater 2ème année)
devait réaliser un système d’injection pour faire fonctionner le véhicule avec du carburant
GPL (Gaz de Pétrole Liquéfié). Quant à la 2ème équipe (composée de 2 étudiants de Licence)
leur travail était axé sur l’acquisition et le traitement du signal issu du capteur de position
installé sur le moteur.
Il a donc été nécessaire de réaliser cette étude en plusieurs étapes et dans
plusieurs domaines:
1) Définition du cahier des charges de l’injection
-
Définition des grandeurs d’entrée/sortie du boitier d’injection
Choix et mise en place de capteurs appropriés
Choix et mise en place d’un microcontrôleur
Choix d’un moyen de réglage et de diagnostique du boitier d’injection.
2) Réalisation et mise au point :
-
Carte de puissance de l’injecteur.
Carte d’acquisition et de traitement du signal capteur inductif.
Carte de commande de l’injecteur (carte microcontrôleur)
Algorithme de gestion de l’injection
Création d’un logiciel d’acquisition des données moteur
Conception d’une pipe d’admission (porte injecteur)
3) Phases de tests:
-
Test des cartes électroniques séparément.
Test du dispositif d’injection.
Test du boitier d’injection dans les conditions de la compétition (essais en charges et
test du software de diagnostique)
-2-
Sommaire :
1.
L’Eco Marathon Shell : ........................................................................................ 4
1.1.
1.2.
1.3.
2.
Qu’est-ce que l’Eco Marathon Shell ? ....................................................................4
Historique :..............................................................................................................4
Les règles : .............................................................................................................5
Le moteur à explosion : ...................................................................................... 7
2.1.
2.2.
Généralités : ...........................................................................................................7
Le moteur 4 temps : ................................................................................................9
2.2.1. Étude thermodynamique ....................................................................... 9
2.2.2. Les soupapes...................................................................................... 11
2.2.3. La synchronisation des soupapes ....................................................... 11
2.3.
La carburation : .....................................................................................................12
2.3.1.
2.3.2.
2.3.3.
2.3.4.
2.4.
Rôle :................................................................................................... 12
Le dosage : ......................................................................................... 12
L’homogénéité :................................................................................... 13
L’automaticité : .................................................................................... 13
Qu’est-ce que l’injection ? .....................................................................................13
2.4.1. Qu’est-ce qu’un injecteur ? :................................................................ 13
2.5.
3.
2.5.1. Mono point : ........................................................................................ 15
2.5.2. Multipoint :........................................................................................... 16
2.5.3. En résumé :......................................................................................... 18
Problématique : ................................................................................................. 20
3.1.
3.2.
3.3.
4.
Types d’injection : .................................................................................................14
Mise au point d’un cahier des charges : ................................................................20
Définition des grandeurs d’entrée/sortie : ..............................................................20
Choix technologiques :..........................................................................................22
3.3.1. La gestion de l’injection :..................................................................... 22
3.3.2. Les capteurs :...................................................................................... 23
3.3.3. L’injecteur :.......................................................................................... 24
Réalisation :....................................................................................................... 24
4.1.
Electronique :........................................................................................................24
4.1.1. Carte acquisition et traitement du signal capteur : .............................. 25
4.1.2. Carte microcontrôleur :........................................................................ 26
4.1.3. Alimentation de l’injecteur : ................................................................. 28
4.2.
Informatique :........................................................................................................29
4.2.1. Programmation PIC :........................................................................... 29
4.2.2. Réalisation d’un soft de diagnostique moteur :.................................... 33
4.3.
5.
Mécanique : ..........................................................................................................34
Avancement du projet :...................................................................................... 37
5.1.
Diagramme prévisionnel et effectif du projet : .......................................................38
6. Bilan et évolutions nécessaires : ....................................................................... 39
Conclusion................................................................................................................ 40
-3-
1. L’Eco Marathon Shell :
1.1.
Qu’est-ce que l’Eco Marathon Shell ?
L’Eco Marathon Shell est une compétition automobile annuelle organisée par la
société pétrolière Shell. Cette compétition est réservée aux étudiants de tous niveaux (du
collège aux grandes écoles). Le but de cette compétition est de réaliser le plus grand
nombre de kilomètres avec 1 litre d’essence.
1.2.
Historique :
A la fin des années 30, des scientifiques du laboratoire de recherches Shell en
Illinois, Etats-Unis, lance un pari amical... le gagnant sera celui qui aura créé la voiture
réalisant le plus de miles par gallon.
Ainsi naît le " Shell International Mileage Marathon ".
Pendant l'ère de la crise pétrolière de 1973, le centre de recherches britannique de
Shell à Thornton reprend le concept de leur compatriote américain et organise la 1ère écocourse de véhicules spécialement pour le personnel du centre de recherches.
En 1977, a lieu le " Shell Mileage Marathon ", évènement ouvert aux étudiants se
déroulant au Mallory Park dans le Leicestershire.
La première course ouverte au monde entier est survenue en Finlande en 1976 au
circuit de Keimola près d'Helsinki en Finlande.
Shell France, s'inspirant de ces différentes courses organise le 1er Marathon Shell
français en 1985 sur le circuit Paul Ricard au Castellet et rassemble une vingtaine de
participants (scolaires, étudiants ou indépendants).
Depuis 2000, le Shell Eco-Marathon français se passe sur le circuit Paul Armagnac
à Nogaro (cf. Annexe 1).
L'épreuve est maintenant devenue internationale : la Grande-Bretagne, la Finlande
et la Belgique se rencontrent en Europe. La Tunisie et le Japon organisent aussi leurs
compétitions.
En 2002, on comptait environ 1000 équipes dans le monde.
Ainsi, dès la création du Shell Eco-Marathon, la société SHELL s'est impliquée dans
la recherche d'innovation en recherchant des technologies de basse consommation
d'énergie pour pallier aux problèmes de l'environnement tel que la pollution et l'économie
d'énergie. De plus, pour développer des applications commerciales des énergies
renouvelables, SHELL a créé " Shell Renewables " en 1997.
-4-
1.3.
Les règles :
Pour ce faire, chaque équipe conçoit et réalise un véhicule dont les caractéristiques
dépendent d’une part de la classe dans laquelle celui-ci court mais également du type
d’énergie employé pour le faire fonctionner.
Il existe deux classes de véhicules :
-les « Prototypes » : généralement représentés par des véhicules à 3 ou 4 roues
dont les dimensions sont limitées par un règlement. La conception de ces véhicules reste
cependant assez libre.
-les « Urban concepts » : ces véhicules se rapprochent plus des voitures de série
pouvant circuler en agglomération. Le règlement leur impose des dimensions strictes, quatre
roues, un volant, un système de freinage hydraulique et des phares.
Quatre catégories d’énergie sont disponibles :
biomasse
L’essence
Le diesel
Le GPL
Energies alternatives (énergies non fossiles) : hydrogène, éolien, solaire ou
Après avoir passé le contrôle technique et celui de sécurité, le véhicule est autorisé
à faire ses essais libres et, pendant le week-end, ses 4 tentatives officielles.
Lors des tentatives qualificatives, le pilote doit effectuer 7 tours du circuit Paul
Armagnac correspondant à une distance de 25.272 km (3.636 km par tour, diminués de la
distance entre les lignes d'arrivée et de départ) en moins de 50 minutes et 34 secondes, soit
une vitesse moyenne minimale de 30km/h.
A tout moment, le stand peut communiquer avec le pilote par liaison radio (en
respectant la législation française et en ne perturbant pas les liaisons radio de l'Organisation)
pour donner des informations telles que le nombre de tours restant, la durée écoulée, ...
Pour le chronométrage, le véhicule est équipé d'une balise et d'un transpondeur
électromagnétique
(prêtés
par
l'Organisation
du
Shell
Eco-Marathon).
Pour contrôler la consommation (dans le cas d'un véhicule à essence) :
Avant le départ, le circuit d'alimentation est complètement vidé puis, sur la zone de
départ, un commissaire technique le remplit.
A l'arrivée, un commissaire technique effectue le " plein " du véhicule : la quantité
nécessaire pour faire ce " plein " constitue la base de calcul de la consommation.
A l'issue des 7 tours l'Organisation nous communique précisément le temps qui
nous a été nécessaire pour effectuer notre tentative, ainsi que la consommation de carburant
correspondante.
Le meilleur résultat des deux jours exprimé en kilomètres par litre (distance théorique
parcourue) est retenu pour le classement final.
-5-
Equipements des pilotes
- Poids minimum du pilote : 45 kg (pesée au départ et à l'arrivée de chaque
tentative) sinon un lest est placé dans le véhicule.
- Objet de 10 cm de haut situé à 3 m devant le véhicule visible lorsque le pilote est
installé dans le véhicule.
- Port d'un casque protecteur conforme aux normes (NF S72305) ou de qualité
supérieure (casques en vigueur pour les motocyclistes et les vélomoteurs)
-Vêtements et sous-vêtements en coton, combinaison à manches longues.
Vêtement en matière synthétique interdit.
Règles de conduite
Pendant les essais :
- Un vélo est autorisé à suivre le véhicule en ne gênant aucunement les autres
concurrents
Pour la course :
- Seuls les véhicules possédant les 2 autocollants remis après les contrôles
techniques et de sécurité peuvent accéder à la piste.
- Les concurrents doivent être libres de dépasser tout autre véhicule : le véhicule se
faisant dépasser doit utiliser son rétroviseur et ne pas changer de trajectoire brusquement et
le véhicule doublant doit utiliser son avertisseur sonore avant le dépassement.
- Aucun arrêt volontaire sur la piste n'est autorisé, en cas d'arrêt sur la piste le
véhicule doit être stoppé et freiné.
- Un véhicule immobile lors d'une de ses tentatives dont :
Le moteur est tournant, peut repartir dans les 30 secondes suivant son arrêt sinon
sa tentative est annulée et son véhicule est pris en charge par la sécurité et retourne aux
stands
Le moteur est calé et non tournant, se voit annuler sa tentative, est pris en charge
par la sécurité et retourne aux stands
-6-
2. Le moteur à explosion :
2.1.
Généralités :
Le moteur à explosion est un type de moteur à combustion interne, il est principalement
utilisé pour la propulsion des véhicules de transport (avion à hélice, automobile, moto,
camion, bateau), ainsi que pour une multitude d'outils mobiles (tronçonneuse, tondeuse à
gazon) ou des installations fixes (groupe électrogène, pompe).
Le terme moteur à explosion, consacré par l'usage est impropre car il ne rend pas
compte de tous les phénomènes se produisant dans ces moteurs, pour lesquels la
dénomination à combustion interne est nettement plus adéquate.
La détonation, forme particulière d'une explosion (vitesse du front de flamme supérieur
au km/s), a parfois lieu, mais c'est un défaut (sauf lors du démarrage de la combustion des
moteurs Diesel). Normalement c'est une déflagration qui se produit au sein de ces moteurs.
Ce moteur se différencie du moteur Diesel car il nécessite, contrairement à ce dernier,
une étincelle pour le déclenchement de la combustion du mélange. Il utilise comme
carburant de l'essence, de l'alcool, ou un gaz (GPL ou autre). Le déclenchement du temps
moteur est dépendant d'une source d'énergie externe (bougie...).
A noter qu'il a existé des moteurs sans soupapes, celles-ci étant remplacées par
des chemises mobiles dites "louvoyantes" découvrant des lumières (cf. Annexe 2 : Moteur 2
temps). Ce principe a été utilisé avec succès (excellente fiabilité, très bon rendement, silence
de fonctionnement) sur les moteurs d'avion Bristol qui furent construits sous licence par la
SNECMA jusque dans les années 70 pour l'équipent des avions de transport militaire
Noratlas.
Ce principe étant par conception (inerties) limité à des régimes de fonctionnements
ne dépassant pas les 4000tr/min, et augmentant la consommation d'huile, n'a pas été
développé d'avantage.
Le moteur que nous utilisons sur le véhicule est GX31 de la marque HONDA. Il
s’agit d’un moteur monocylindre de 31cm3 à 4 temps.
-7-
1. CAME: (Rouge)
Monté sur un arbre, cette pièce non circulaire
sert à transformer un mouvement rotatif en
mouvement de poussé.
2. SOUPAPE: (Orange)
Obturateur mobile maintenu en position fermée
par un ressort. Elle s'ouvre momentanément
sous la pression de la came.
3. BOUGIE: (Jaune)
Elle fait jaillir une étincelle qui met le feu au
mélange air/essence, créant un explosion.
4. PISTON: (Bleu)
Pièce cylindrique mobile, qui sert à comprimer
les gaz en vue d'une explosion, et qui après
l'explosion transforme un énergie thermique
en énergie mécanique.
5. BIELLE: (Turquoise)
Tige rigide, articulée à ses deux extrémités.
Elle transforme un mouvement linéaire en mouvement rotatif.
6. VILEBREQUIN: (Vert)
Arbre articulé en plusieurs paliers excentrés.
Transmet indirectement l'énergie mécanique à la boîte.
7. DISTRIBUTION: (Violet)
Mécanisme de régulation d'entré et de sortie des gaz à
travers la chambre de combustion. Créant un parfaite
coordination entre les arbre à came et le vilebrequin.
Figure 1 : Le moteur à explosion
8. CHAMBRE DE COMBUSTION: (Gris)
Chambre hermétique où est injecté le mélange air/essence
pour y être comprimé, enflammé, et créer un énergie mécanique.
9. LUBRIFICATION: (Marron)
Les pièces situées sous le piston baignent dans l'huile.
Cette huile n'est jamais en contact avec le dessus du piston.
Elle lubrifie: Vilebrequin, Bielle, Piston, et parfois c'est la même qui lubrifie la boîte de
vitesse. (A la différence des 2 temps, ou la boite est séparée du moteur.)
-8-
2.2.
Le moteur 4 temps :
Le cycle de Beau de Rochas ou cycle à quatre temps est un cycle
thermodynamique théorique. Son principal intérêt pratique réside dans le fait que les
moteurs à explosion à allumage commandé, généralement des moteurs à essence tel ceux
utilisés dans les automobiles, ont un cycle thermodynamique pratique qui peut être
représenté de manière approchée par le cycle de Beau de Rochas (figure 2). Son principe a
été défini par Beau de Rochas puis implémenté successivement par Nikolaus Otto, Étienne
Lenoir et Rudolf Diesel.
2.2.1. Étude thermodynamique
On modélise le cycle par des transformations particulières :
L'admission est modélisée par une isobare 0-1.
La compression 1-2 est supposée adiabatique.
L'explosion se déroule à volume constant sur 2-3, la détente 3-4 est adiabatique.
L'ouverture de la soupape est modélisée par l'isochore 4-5, et l'échappement par
l'isobare 5-0.
Figure 2 : Cycle thermodynamique de Beau de Rochas
On appelle α le taux de compression
. Le rendement du cycle réversible (rapport
. (γ
du travail fourni par le transfert thermique de la combustion) est alors
rapport des capacités calorifiques à pression constante et volume constant est supposé
constant).
-9-
Description :
Ce cycle est caractérisé par quatre temps ou mouvements linéaires du piston :
1) Admission
2) Compression
3) Combustion et détente
4) Échappement
Position initiale, admission, compression.
Le carburant est enflammé, détente, échappement.
Figure 3 : Les cycles d’un moteur 4 temps
- 10 -
1) Le cycle commence à un Point Mort Haut, quand le piston est à son point le plus élevé
Point Mort Haut). Pendant le premier temps le piston descend (admission), un mélange d'air
et de carburant est aspiré dans le cylindre via la soupape d'admission (à une pression de
-0,1 à -0,3 bar).
2) La soupape d'admission se ferme, le piston remonte (compression) comprimant le
mélange admis dans la chambre de combustion jusqu'à 12 à 18 bars et 400 à 500 °C.
3) Le mélange air-carburant est alors enflammé, habituellement par une bougie d'allumage,
aux environs du deuxième point mort haut (remontée complète du piston).L'expansion des
gaz portés à haute température (et à une pression moyenne de 40 bars) lors de la
combustion force le piston à descendre pour le troisième temps (détente). Ce mouvement
est le seul temps moteur (produisant de l'énergie directement utilisable).
4) Lors du quatrième et dernier temps (l'échappement) les gaz brulés sont évacués du
cylindre via la soupape d'échappement poussés par la remontée du piston.
2.2.2. Les soupapes
Les soupapes sont actionnées par un arbre à cames. C'est un axe comportant des
bossages de forme oblongue appelés cames. L'arbre à cames entraîné par l'arbre moteur ou
vilebrequin, est relié à ce dernier par une liaison sans glissement (pignon, chaîne, courroie
dentée divisant par deux la vitesse de rotation (deux tours de l'arbre moteur = un tour d'arbre
à cames).
Les cames sont en liaison avec les soupapes qu'elles poussent par l'intermédiaire
de poussoirs ou de culbuteurs, les faisant s'ouvrir au moment opportun. Les soupapes sont
munies de ressorts qui les referment lorsque les cames les libèrent.
Les illustrations montrent un moteur avec deux arbres à cames en tête (les arbres à
cames sont au-dessus du cylindre).Une soupape est composée de 3 parties: la tête, la tige,
et le collet.
2.2.3. La synchronisation des soupapes
Pour la grande majorité des moteurs à quatre temps, les soupapes sont fermées par
le rappel de ressorts. À mesure que la vitesse de rotation du moteur augmente, le temps mis
par le ressort pour refermer la soupape ne peut plus être négligé, ce qui affecte la
synchronisation et les performances du moteur.
Pour les moteurs de compétition, la vitesse de rotation peut atteindre 19 000
tours/minute d'où une fréquence d'action de plus de 300 Hertz pour les soupapes.
- 11 -
Une solution à ce problème est le système de synchronisation à soupape
desmodromique (Fabio Taglioni). Cette amélioration mécanique d'ouverture et de fermeture
des soupapes est dite positive, car elle accompagne mécaniquement le mouvement de la
soupape lors de son ouverture et de sa fermeture. La soupape est poussée par une came
(ouverture) puis tirée (fermeture) par un levier asservi à la même came, et non plus laissée à
la seule action du ressort de rappel.
La course de la soupape est ainsi entièrement contrôlée par la came de commande.
Le nom desmodromique est d'ailleurs composé par les racines grecques desmo qui signifie
lien, chaîne -dans le sens de asservi, contrôlé- et dromo qui signifie course. Les moteurs
peuvent alors tourner beaucoup plus vite sans que l'on ait à craindre la « danse » des
ressorts et un affolement des soupapes.
L'inconvénient du système est sa complexité et, donc son coût accru. Un fabricant
employant ce système est Ducati, pour certains de ses moteurs de moto.
En Formule 1, fut expérimenté un système de rappel des soupapes fonctionnant au
gaz, ce qui permet aussi d'obtenir des régimes de rotation élevés sans affolement de
soupapes.
2.3.
La carburation :
2.3.1. Rôle :
Un moteur à besoin de carburant pour fonctionner, tel que l'essence, le diesel ou le
GPL. Le rôle de la carburation est de fournir au moteur un mélange air/essence dans les
proportions appropriées. Quels que soient le régime moteur, l'ouverture des gaz, l'altitude,
etc...
Pour une carburation correcte on doit respecter trois conditions:
2.3.2. Le dosage :
C'est à dire le respect d'une proportion air/essence de façon à obtenir une
combustion rapide et complète du mélange carburé. Le dosage détermine ce que l'on
appelle la richesse.
En théorie: On estime qu'il faut brûler une proportion air / essence de 14,7g / 1g.
En pratique: Pour obtenir une combustion aussi complète que possible et donc une
économie de carburant, on brûle une proportion air / essence d'environ 18g / 1g.
- 12 -
Mélange riche: Si on à une proportion de - 18g / 1g. Il n'y a pas assez d'air pour
brûler l'essence, les imbrûlés se traduiront par une fumée noire à l'échappement et par une
consommation excessive. A l'extrême, le moteur risque de caller.
Mélange pauvre: Si on à une proportion de + 20g / 1g d'essence. C'est un mélange
qui sera long à brûler, la combustion devenant trop longue les gaz continueront de brûler
pendant toute la descente du piston, ce qui provoquera un échauffement du moteur
préjudiciable à son rendement thermique. Et à l'extrême, on risque de brûler les soupapes et
de détériorer les bougies.
2.3.3. L’homogénéité :
Le mélange gazeux résultant de l'air et de l'essence vaporisé doit être parfait. Son
dosage doit être le même en tous points de la veine gazeuse.
2.3.4. L’automaticité :
Elle permet une régulation du dosage quelque soit le régime. En effet, plus le
régime augmente et plus l'essence se laisse facilement aspirer par rapport à l'air. On risque
donc d'avoir un mélange trop riche. Pour remédier à cela on utilise des dispositifs
d'automaticité comme une arrivée d'air additionnel ou une régulation du débit d'essence
comme le carburateur (cf. Annexe 3 : Le carburateur) ou bien évidemment un système
d’injection.
2.4.
Qu’est-ce que l’injection ?
Afin d’aborder la problématique de remplacer un carburateur par un dispositif
d’injection électronique, il est nécessaire de s’intéresser au principe d’injection existant sur
les véhicules essence commercialisés tels que les voitures, et les motos.
2.4.1. Qu’est-ce qu’un injecteur ? :
Injecteur: Dispositif assurant l'arrivée directe du carburant dans les cylindres d'un
moteur, sans l'intermédiaire d'un carburateur.
Offrant de meilleurs résultats qu’un carburateur, un injecteur peut mieux contrôler le
débit d'essence grâce à la gestion électronique qui gère un grand nombre de paramètres
pour limiter la consommation et ajouter de la souplesse au moteur. Ce système est donc
idéal pour courir au Marathon Shell puisque le but est de parcourir un maximum de
kilomètres avec un litre d’essence.
- 13 -
1)
2)
3)
4)
5)
Filtre à essence
Connexion électrique
Enroulement magnétique
Noyau magnétique
Aiguille
Figure 4 : L’injecteur
De plus, une essence injectée donne un mélange carburé beaucoup plus homogène
que par un carburateur. Il en résulte donc une meilleure combustion. Donc on consomme
moins d'essence à rendement égal, où on obtient plus de performance pour un volume égal
d'essence.
D'une injection par rapport à un carburateur: on notera un meilleur rendement et
une pollution moindre.
Un injecteur se présente comme un électro-aimant dont le noyau est solidaire d'une
aiguille qui (comme sur le carburateur) libère ou obture le passage de l'essence en fonction
des impulsions électriques envoyées par le boitier électronique.
Le boitier d'allumage et le boitier électronique sont reliés pour assurer l'injection en
fonction du régime moteur.
2.5.
Types d’injection :
Il existe de nombreux types d’injection. On peut les classifier en plusieurs catégories
dans un organigramme. Par la suite nous verrons quelques généralités sur un certain
nombre d’entre elles, à savoir les injections électroniques mono point et multipoint ainsi que
les injections directes et indirectes (faisant partie des injections multipoint).
- 14 -
Figure 5 : Les différents types d’injection
2.5.1. Mono point :
L'injection mono point est une injection commandée électroniquement. Il n'y a qu'un
seul injecteur qui prend place dans le boîtier papillon à la place du carburateur. Ce système
d'injection est assez précis mais trop éloigné du cylindre, il tend donc à disparaître.
- 15 -
Figure 6 : L’injection mono point
2.5.2. Multipoint :
Contrairement à l'injection mono point, un système d'injection multipoint est une
injection commandée électroniquement qui comprend autant d'injecteurs qu'il y a de
cylindres. L'injection peut être indirecte (dans les tubulures d'admission de chaque cylindre)
ou directe (dans chaque chambre de combustion).
- 16 -
Figure 7 : L’injection multipoint
Directe :
L'injection directe est une technologie utilisée dans les moteurs à combustion
interne. Elle consiste à diffuser le carburant directement dans la chambre de combustion
plutôt qu'en amont dans la tubulure d'admission pour les moteurs à allumage commandé, ou
dans une préchambre pour les moteurs diesel.
L'injection directe est apparue en grande série tout d'abord sur les moteurs diesel.
Elle est aujourd'hui très répandue sur ce type de motorisation.
Les systèmes d'injection directe diesel ou essence utilisent largement l'électronique
pour piloter la quantité de carburant introduite dans la chambre de combustion. Les plus
récents sont de type à rampe commune (appelé aussi communément Common rail en
anglais ou injection directe haute pression).
Figure 8 : L’injection multipoint directe
- 17 -
Indirecte :
Système qui injecte le carburant vaporisé dans la tubulure d'admission ou dans une
chambre de précombustion. Le carburant se mélange à l'air avant d'être admis dans la
chambre de combustion. On parle également de "carburation externe".
Figure 9 : L’injection multipoint indirecte
2.5.3. En résumé :
Pour conclure sur le fonctionnement global d’un moteur à injection, il est intéressant
de faire un petit récapitulatif grâce au schéma suivant (figure 10).
Chaine d’injection
minimale
Figure 10 : La chaine d’injection
- 18 -
Le fonctionnement de cette chaine est simple. Dans un premier temps, l’air et
l’essence seront mélangés dans en proportions adéquates (14,7 mg d’air pour 1 mg
d’essence). Le fait que l’essence soit pulvérisée à 3 bars améliore l’homogénéité du mélange
améliorant ainsi la combustion de celui-ci (qui aura lieu dans le moteur). On peut également
remarquer la présence du capteur PMH (Point Mort Haut) qui permet au système d’injection
de se synchroniser sur le moteur. Il est intéressant d’ajouter que ce capteur aurait pu
indiquer le PMB (Point Mort Bas) au lieu du PMH, le principal étant de rendre compte de la
position du piston dans le moteur.
Après cette étape, les gaz d’échappement sont envoyés vers le convertisseur
catalytique (pot catalytique) qui servira à absorber un maximum de particules polluantes
(nous n’étudierons pas cette partie dans l’étude).
Il est facilement remarquable sur ce schéma qu’avant d’atteindre le convertisseur
catalytique les gaz d’échappement passeront par une sonde Lambda (cf. Annexe 4). Cette
sonde va analyser la teneur en oxygène présente dans les gaz et renverra cette information
au calculateur. Celui-ci modulera la quantité d’essence (temps d’injection) afin de se
rapprocher au maximum des conditions stœchiométriques. La sonde permet donc d’asservir
le moteur (fonctionnement en boucle fermée).
Pour faire fonctionner un moteur en boucle ouverte (chaine minimale d’injection), il
suffit d’ôter la sonde Lambda.
Ce projet portera donc seulement sur cette chaine minimale. Le moteur fonctionnera
donc sur 2 positions : au ralenti (aux alentours de 1800 trs/min) et au couple maximum (aux
alentours de 5000 trs/min).
On peut également faire un état des lieux sur le moteur dont nous disposons. Il
s’agit d’un moteur GX31 (monocylindre de 31 cm3) de marque HONDA fonctionnant en 4
temps. Nous nous baserons donc sur le principe d’une injection indirecte car l’architecture de
ce moteur ne nous permettra pas d’utiliser un autre principe sans avoir d’énormes
modifications à réaliser.
Figure 11 : Le HONDA GX31
- 19 -
3. Problématique :
3.1.
Mise au point d’un cahier des charges :
Lorsque j’ai pris en main ce projet, il m’a fallu dans un premier temps établir un
cahier des charges précis du système d’injection. Il a été assez compliqué de mettre en
évidence les grandeurs d’entrée et de sortie du système. L’aide des enseignants a été d’un
très grand secours pour débuter ce projet.
Pour commencer la rédaction du cahier des charges, il fallait déjà avoir une idée
précise du type de capteurs que nous allions employer ainsi que leur nombre (déterminant
donc le nombre d’entrées et le type de ces entrées).
Au départ, il était prévu de réaliser un boitier d’injection complet intégrant ainsi un
retour d’information de richesse par l’intermédiaire d’une sonde lambda ainsi que pourquoi
pas un allumage commandé.
Malheureusement, étant le seul étudiant sur ce projet très conséquent, il m’a fallu
faire des choix restrictifs. En effet, j’ai opté pour un système évolutif bas niveau. Je compte
donc réaliser le système minimal qui permettra de faire fonctionner le moteur tout en
permettant d’augmenter ou de diminuer le temps d’injection et par conséquent la richesse
manuellement. Pour l’instant, le retour d’information fournit par la sonde lambda est donc mis
entre parenthèse. Notre moteur fonctionnera alors en boucle ouverte (dans un premier
temps). Toujours dans un premier temps, l’injection se fera à chaque tour. L’allumage
commandé ne se fera également pas dans cette étude car il s’agit d’un vaste sujet à part
entière.
Mon but est donc de réaliser un boitier d’injection simple, efficace et surtout
réutilisable par mes successeurs.
3.2.
Définition des grandeurs d’entrée/sortie :
Figure 12 : Les grandeurs d’entrée/sorties du calculateur
- 20 -
Lorsque j’ai débuté ce projet, il a été primordial de me documenter afin de
comprendre comment fonctionnait un système d’injection.
Par la suite il a fallu identifier et isoler le système afin d’en définir les grandeurs
d’entrée et de sortie. Cette étape a été cruciale pour la suite du projet car elle a conditionné
la totalité des choix technologiques.
Comme on peut le remarquer sur la figure 11, le boitier d’injection devra
impérativement être alimenté en énergie électrique. Pour le signal d’entrée, nous avons
décidé d’envoyer au système la position du Point Mort Haut (PMH). Notre sortie sera quant à
elle matérialisée par un « top » injection modulable dans le temps (durée d’injection).
Figure 13 : Diagramme pieuvre du boitier d’injection
Sur ce diagramme (figure 13) on peut observer que la fonction principale FP1 du
boitier sera de piloter l’injecteur à partir du capteur. La fonction de contrainte numéro 1 (FC1)
imposera au système une maintenance aisée. Avec la FC2, l’injecteur et le boitier seront
obligatoirement alimentés par la batterie (les règles du Marathon Shell étant l’obligation de
n’utiliser qu’une batterie). La fonction de contrainte 3 (FC3) sera la modification du temps
d’ouverture de l’injecteur en fonction du papillon d’air.
- 21 -
3.3.
Choix technologiques :
3.3.1. La gestion de l’injection :
Pour pouvoir gérer le temps d’ouverture ainsi que le moment de l’ouverture, il y avait
plusieurs possibilités. Il aurait été envisageable d’utiliser un montage électronique
(analogique) qui aurait permit de gérer l’injection. Cependant, dans un souci de souplesse et
surtout de possibilités d’amélioration, mon choix c’est tourné vers l’utilisation d’un
microcontrôleur.
J’ai choisi de ne pas reprendre le travail de mes prédécesseurs de Master 2 (qui
comme je l’ai expliqué en introduction avait porté sur la réalisation d’un système d’injection
de GPL avec un microcontrôleur du type C164CI) car il aurait fallu intégrer sur le véhicule la
carte d’évaluation du microcontrôleur (qui coute 1500€). Cette carte est très fragile et en cas
de mauvaise manipulation, on risquerait de l’endommager la rendant inutilisable car le
microcontrôleur y est intégré.
J’ai donc opté pour un PIC 18F4550 qui intègre de nombreuses fonctionnalités qui
m’ont paru très intéressantes.
La solution alternative que j’ai choisi permet d’une part une interchangeabilité très
intéressante pour ce genre d’application. Si pour quelque raison que se soit le composant
venait à « griller » il serait très simple de le changer (il suffit de le retirer et d’en placer un
nouveau).
Le 4550 (figure 14) présente également l’avantage d’être un composant « basse
consommation ». Il intègre aussi des fonctionnalités comme la gestion des connections USB
(Universal Serial Bus) permettant ainsi le transfert « rapide » de données vers un ordinateur
mais également plusieurs convertisseurs Analogiques/Numériques (permettant de faire
évoluer un programme en fonction d’une variation de courant) par exemple. Son faible cout
présente également un avantage non négligeable comparé à d’autres microcontrôleurs (4€).
Cependant, comme toute solution présente des inconvénients, le 18F4550 a le
désavantage certain d’être plus lent qu’un C164CI par exemple. Il est donc nécessaire
d’optimiser l’algorithme pour réduire au maximum le temps de calcul.
Figure 14 : Le 18F4550
- 22 -
3.3.2. Les capteurs :
Le choix des capteurs a également été primordial pour la suite des événements.
J’ai choisi dans un premier temps de réutiliser le capteur inductif déjà présent sur le
véhicule. Par contre, au lieu d’utiliser les 30 dents présentes sur le volant moteur (voir figure
15 schéma de droite), j’ai opté pour n’en utiliser qu’une placée au point mort haut (voir figure
15 photo de gauche). Il serait donc possible de connaitre le régime moteur (laps de temps
entre 2 tours) ainsi que par conséquent le moment ou l’injecteur devrait s’ouvrir.
Vis détectable
par le capteur
Capteur
inductif
Figure 15 : Le capteur inductif et l’arbre moteur
Pour détecter la quantité d’air absorbée par le moteur, j’ai décidé d’utiliser un
potentiomètre monté sur le papillon d’admission d’air (cf. chapitre 4.3)
- 23 -
3.3.3. L’injecteur :
Nous allons réaliser une injection mono point du type indirect (cf. 2.6.2). L’injecteur
qui a été choisi est un modèle BOSCH (figure 16) spécialement étudié pour l’Eco Marathon
Shell. Il a le grand avantage d’avoir été développé pour des moteurs de petite cylindrée
(comme le GX31 que nous utilisons). Les caractéristiques détaillées de l’injecteur se trouvent
Annexe 4.
Figure 16 : L’injecteur BOSH
4. Réalisation :
4.1.
Electronique :
Pour mener à bien ce projet, il m’a fallu réaliser une chaine de traitement de
données. En effet, cette chaine se compose de 3 fonctions (représentées sur la figure 17) à
savoir :
1) Mise en forme du signal du capteur Point Mort Haut.
2) Traitement des données par l’intermédiaire d’un microcontrôleur.
3) Alimentation de l’injecteur.
La première question qui se pose est pourquoi avoir choisi de réaliser le système
d’injection sur 3 cartes différentes plutôt que sur une seule ?
Et bien la raison principale est que si le système venait à évoluer dans les
prochaines années (changement du capteur inductif par exemple), il serait très simple de
changer la carte concernée par un nouveau module. La 2ème raison (plus évidente) est que
de travailler sur plusieurs cartes différentes permet de pouvoir les « débugger » plus
aisément.
- 24 -
Figure 17 : La chaîne électronique d’injection
4.1.1. Carte acquisition et traitement du signal capteur :
Comme il a été expliqué précédemment, lorsque le volant du moteur tourne, une vis
placée à la position du Point Mort Haut (cf. 2.3.1) passe devant le capteur inductif. Le signal
sortant de ce capteur n’est pas directement exploitable par le microcontrôleur. Il est donc
nécessaire de traiter et d’amplifier ce signal pour le rendre exploitable par le PIC.
Cette carte a fait l’objet d’un projet de Licence (en 2006/2007). Les étudiants ayant
travaillé sur ce sujet ont donc réalisé un schéma de cette carte. Il m’a cependant été
nécessaire de reprendre ce schéma afin d’y ajouter quelques résistances pour obtenir des
tensions bien précises. Il m’a également été nécessaire de tracer le circuit imprimé et de
réaliser la carte. Pour plus d’informations sur ce schéma (figure 18), je vous invite à
consulter le rapport des étudiants de Licence « Asservissement d’un injecteur ».
Le typon de cette carte se trouve annexe 6 et la liste des composants se trouve
annexe 9.
Figure 18 : Acquisition et traitement du signal capteur
- 25 -
Comme il est expliqué dans le rapport des étudiants ayant travaillé sur ce schéma,
la tension VREF doit être comprise entre 1,12V et 1,18V. Il a donc fallu prévoir un pont
diviseur de tension permettant d’obtenir cette valeur. Les résistances R9 et R10 ont donc été
ajoutées (ci-après : les calculs de ces résistances).
Calcul du Pont Diviseur de tension :
V1=5V
V2=1,12V
On peut fixer R1 à 1 KΩ.
Formule du pont diviseur de tension :
V2 = R2
V1
R1+R2
1,12
5
= ( R2 )
1000+R2
0,224 = ( R2 )
1000+R2
224 + 0,224.R2 = R2 224 = 0,776.R2
R2 = 224 = 288 Ω
0,776
On sait que 288 Ω n’est pas une valeur normalisée.
Si on refait le calcul avec 300 Ω (valeur normalisée)
V2 = V1 x
R2
= 5x
300
= 1,15V
R1+R2
1000+300
On peut trouver le typon de cette carte annexe 7 et la liste des composants se
trouve annexe 9.
4.1.2. Carte microcontrôleur :
Cette carte électronique est le cœur du système d’injection. Pour des questions
pratiques, j’ai choisi d’y intégrer également certaines connectique qui nous permettrons par
la suite d’agir sur le système facilement. Par exemple, j’ai intégré un connecter RJ12
permettant ainsi de pouvoir brancher directement le programmateur de PIC évitant ainsi
d’avoir à enlever le microcontrôleur (ce qui évitera d’avoir à démonter les cartes du boitier et
surtout d’abimer le 4550 en l’enlevant de la carte). J’y ai également ajouté un connecteur
USB qui nous permettra de pouvoir vérifier les valeurs du temps d’injection en branchant le
boitier sur un micro ordinateur.
Comme on peut le remarquer sur la figure 19, j’ai également intégré un régulateur
de tension (LM7805) permettant d’obtenir et de distribuer du 5V (à la carte PIC et à la carte
capteur) à partir du 12V de la batterie du véhicule.
- 26 -
Il est également prévu d’implanter 2 potentiomètres (1 pour le papillon et 1 pour le
réglage du temps d’injection).
Pour des raisons de sécurité mais aussi d’amplification du signal, j’ai choisi
d’implanter un CD4050. En effet, le signal sortant du microcontrôleur est de l’ordre de 4,2V.
Or pour que le transistor conduise, il est indispensable que la tension soit de 5V au
minimum. Le 4050 permet de sortir le signal à 5V et en cas de « remontée de courant » en
provenance de la carte de puissance de l’injecteur, il ferra office de fusible.
L’entrée provenant de la carte capteur sera connectée à l’entrée RB0 (entrée
d’interruptions) et la sortie du signal d’injection se ferra sur RB2. Pour que les signaux
entrants et sortants soient «visibles », j’ai choisi d’implanter des Diodes Electro
Luminescentes (LED) sur les ports RB0, RB1 et RB2.
Tous les autres composants intégrés à cette carte ont été préconisés par le
fabricant de microcontrôleur (à savoir le quartz de 20MHz et les différentes capacités de
découplages).
La liste des composants de cette carte se trouve annexe 9 et le typon annexe 8.
Figure 19 : La carte PIC 18F4550
- 27 -
4.1.3. Alimentation de l’injecteur :
Cette partie est primordiale pour faire fonctionner l’injecteur. Il est en effet
impossible d’ouvrir l’injecteur directement avec le signal de sortie du PIC. Ceci est dû au fait
que l’injecteur soit un dipôle (contenant une résistance interne et une bobine cf. 2.5.1) se
commandant avec une tension de 12V. Il est donc nécessaire de mettre au point une carte
électronique de puissance permettant de piloter cet injecteur. On connait dors et déjà ses
caractéristiques (cf. annexe 5 : caractéristiques de l’injecteur). On sait que sa résistance
interne est de 14,5 Ω et que son inductance est de 15mH. Pour activer son ouverture il est
donc nécessaire de passer par un transistor commandé en tension car les sorties du
microcontrôleur sont des sorties logiques (0 et 5V). Lorsque le PIC enverra un signal logique
0 (0V), le transistor restera bloqué empêchant ainsi l’injecteur de s’ouvrir. Lors d’un envoi de
signal logique 1 (5V), le transistor sera saturé et provoquera l’ouverture de l’injecteur.
Comme on peut le remarquer sur la figure 21, le transistor pilote la masse de l’injecteur.
Figure 20 : Le BUZZ11A
On utilisera donc un MOSFET (qui se commande en tension et non en courant
comme les transistors plus courants) du type BUZZ 11 A (figure 20) qui est un transistor de
puissance. Son intérêt réside également dans le fait que ce composant résiste à des
tensions et des courants assez importants (±20V pour une tension grille-source et 50V pour
une tension drain-source et 26A de courant de drain). Il est également primordial dans un
souci de protection des composants d’intégrer au schéma une diode de roue libre. En effet,
elle a pour rôle d’éviter que le courant résultant de l’activation de la bobine (pouvant
atteindre plusieurs milliers de Volts) soit redirigé vers la batterie (permettant ainsi de rester
dans l’esprit de l’Eco Marathon Shell en gaspillant le moins d’énergie possible). Le
condensateur permet quant à lui de lisser cette tension.
Injecteur
Figure 21 : Carte de puissance de l’injecteur
- 28 -
4.2.
Informatique :
4.2.1. Programmation PIC :
Après avoir choisi un microcontrôleur en fonction du type d’information à traiter et
surtout du temps de calcul et des fonctionnalités, il m’a fallu prendre en main la
programmation spécifique à ces microcontrôleurs à savoir les PIC 18F4550. Pour cela, mon
camarade Alexandre WALTER a été d’un grand secours. Ayant réalisé son stage avec ce
type de microcontrôleur, il a su m’expliquer la manière de procéder avec ces PIC.
Le 18F4550 a aussi une particularité non négligeable : il est capable de gérer les
connections USB (Universal Serial Bus ou Bus Série Universel en français). Cette
fonctionnalité était en effet très intéressante car je comptais réaliser un soft qui permettrait
d’afficher sur un ordinateur les différentes courbes inhérentes au moteur à savoir le régime,
le pourcentage d’ouverture du papillon d’arrivée d’air (et donc la quantité d’air admise), le
temps d’injection (temps d’ouverture de l’injecteur).
Figure 22 : Angles d’ouverture/fermeture des soupapes
Dans un premier temps, j’ai réalisé un programme très basique. Cet algorithme avait
pour but de commander l’ouverture de l’injecteur à chaque tour et ceci pendant une durée
fixée. En effet, si l’on observe les temps du moteur que nous utilisons sur le véhicule de l’Eco
Marathon Shell (à savoir un HONDA GX 31) sur la figure 22 on s’aperçoit que sur un tour de
moteur (en phase d’admission) la soupape commence à s’ouvrir vers 10° et se referme
totalement à 210°. La soupape est donc totalement o uverte pendant 50° de 80° à 130°.
L’échappement se fait donc le tour suivant pendant 210°. L’injection devra donc se
faire idéalement lorsque la soupape d’admission sera totalement ouverte. Il a également été
nécessaire de faire des relevés de vitesses de rotation du moteur avec un tachymètre. J’ai
ainsi pu relever que le moteur démarrait à 700 tours/minute. Après d’autres relevés j’ai pu
me rendre compte que le moteur tourne 1800 trs/min au ralenti et que sa vitesse de rotation
- 29 -
maximale est de 7500 trs/min. Il est nécessaire de connaître la plage de fréquence des
impulsions envoyées au calculateur. Sachant que dans notre cas le moteur enverra une
impulsion par tour :
Plage de fréquence des impulsions du volant moteur :
7500trs/min => 7500 = 125 trs/s=>1tr = 1 = 0.008s
60
125
f= 1 = 1
= 125Hz
T 0,008
700trs/min=> 700 = 11,66 trs/s => 1tr = 1
= 0,08576s
60
11,66
f= 1 =
1
= 11,66Hz
T
0,08576
La plage de fréquence du moteur est donc comprise entre 11,66 Hertz et 125 Hertz.
Figure 23 : Courbe de performances du GX31
Le système d’acquisition de la position du piston qui était composé d’un capteur
inductif et de 32-2 dents montées sur le volant moteur a été également modifié. En effet,
- 30 -
nous avons réduit le nombre de dents du volant à une seule dent. J’ai choisi cette solution
plus simpliste car si on augmente le nombre de dents, on augmente également le nombre
d’informations envoyées au PIC, d’autant qu’une dent peut suffire à piloter l’injecteur au bon
moment. Après de nombreuses recherches infructueuses sur les lois d’injection, nous
sommes parti du principe que les paramètres d’injection ne changeaient pas c'est-à-dire que
le temps d’injection resterait le même du au fait que nous ferrions tourner le moteur au
couple maximum c'est-à-dire entre 4000 et 5000 tours/minute. La figure 23 représente les
courbes puissance/régime et couple/régime.
Figure 24 : Algorithme de fonctionnement de l’injection
- 31 -
Comme on peut le remarquer sur la figure 24, l’algorithme de fonctionnement de
l’injection est assez simple. Les entrées/sorties du microcontrôleur utilisées ici sont :
B0 pour l’entrée du capteur
B2 pour la commande de l’injecteur
A0 pour la lecture du potentiomètre
En effet, dans un premier temps le microcontrôleur va lire en permanence le port B0
(on ne rentre donc pas dans la phase d’injection puisque PMH = 0).
Figure 25 : Signal d’entrée du PIC
Lorsque la vis va passer devant le capteur inductif et donc que le point mort haut
sera atteint (cf. figure 25), le PIC va alors entrer dans la phase d’injection. S’en suivra la
lecture du potentiomètre de réglage du temps d’injection ainsi que l’envoi de la commande
d’ouverture sur la carte de puissance de l’injecteur (cf. figure 25) et cela pendant un temps
fixé par le potentiomètre (plage de réglage du temps d’injection comprise entre 0 et 8,5 ms).
J’ai choisi de prendre comme valeur maximale 8,5 ms car cela correspond au temps entre 2
tours à un régime de 7000 trs/min.
Figure 26 : Signal en sortie du PIC
Après cela, il est nécessaire de refermer l’injecteur (en effet après le délai
d’injection, il faut envoyer une commande de fermeture sinon l’injecteur restera ouvert).
Après cette opération, on envoie la valeur du potentiomètre sur le port USB permettant ainsi
dans les phases de réglage de connaitre précisément les temps d’injection (le programme en
C commenté et expliqué se trouve Annexe 7).
- 32 -
4.2.2. Réalisation d’un soft de diagnostique moteur :
Lorsque j’ai débuté ce projet, j’ai pensé qu’il serait intéressant de pouvoir connecter
le boitier d’injection sur un ordinateur (via un port USB) afin de récupérer des informations
qui pourraient servir à un réglage optimal des paramètres de l’injection.
La particularité de ce port USB est que l’ordinateur le reconnait en temps que port
série (COM).
Coté logiciel, j’ai choisi d’utiliser Matlab. Le programme que j’ai réalisé permet de
choisir le nombre de points de capture de données et d’en afficher les courbes (approximées
par la méthode des splines cubiques qui permettent un « lissage » de ces courbes).
Figure 27 : Courbes de réglage du temps d’injection
- 33 -
Sur les figures 27, on peut s’apercevoir que la valeur du potentiomètre oscille entre
5350 et 5550 µs. L’erreur que cette oscillation engendre peut donc être estimée à 5%, ce qui
est assez raisonnable. Le problème qui a été assez compliqué à résoudre a été que le PIC
envoie via le port USB des codes ASCII. Il fallait donc que le logiciel ouvre le port désiré,
qu’il reçoive les données, qu’il transforme chaque caractère ASCII en chiffre, qu’il ferme le
port et qu’enfin il affiche les données sur un graphe. Vous trouverez le programme Matlab
entièrement commenté Annexe 11.
4.3.
Mécanique :
Pour que le moteur puisse fonctionner, il est nécessaire que le carburant et le
comburant soient mélangés dans des proportions très précises à savoir très exactement 1
part d’essence pour 14,7 parts d’air (cf. 2.4.2).
Pour ce faire, il est nécessaire que l’air et l’essence puissent se mélanger. Il fallait
donc réaliser une pièce qui permettrait d’une part de supporter l’injecteur et d’autre part de
pouvoir contrôler l’arriver d’air et pourquoi pas de pouvoir quantifier l’air apporté au moteur.
J’ai donc décidé d’implanter un potentiomètre qui renverrait l’angle d’ouverture du papillon
d’arrivée d’air.
Comme on peut le voir sur la figure 28, l’injecteur est monté à 30°. Ce choix n’a pas
été fait au hasard. En effet, pour accroitre l’efficacité d’une injection il est nécessaire que le
point d’injection soit placé au plus près de l’admission tout en maintenant le « brouillard » de
carburant intact. Cela implique qu’il faut éviter que l’essence soit pulvérisée directement
contre une paroi. Le montage à 90° n’était donc pas envisageable. Un autre point important
est que l’injecteur pulvérise un « cône » de carburant de 30°.
Angle de
montage
Angle de
pulvérisation
Figure 28 : Positionnement de l’injecteur
- 34 -
La question qui se pose est : pourquoi ne pas avoir positionné l’injecteur
horizontalement ? Et bien la réponse vient du fait que le flux d’air entrant doit également
subir le moins de pertes de charges possible. Il faut donc que ce flux soit le plus rectiligne
possible et éviter au maximum que l’air passe par des angles. Le meilleur compromis est
alors de placer l’injecteur à 30° (45° aurait entra iné des pertes de charges au niveau du
brouillard et en dessous de 30° des problèmes de fa brication se seraient posés).
Outre l’aspect positionnement de l’injecteur se sont posés quatre autres problèmes
à savoir :
a) La possibilité de réglage du débit d’air.
Pour régler le débit d’air, nous disposions sur le véhicule d’une commande par
câble. Il était donc intéressant de garder ce dispositif. J’ai donc mis au point un système de
papillon rotatif (que l’on peut voir en violet sur la figure 29). Cette pièce est en fait un cylindre
percé qui lorsqu’il sera actionné par la biellette (en vert) tournera et obturera ou ouvrira le
boisseau d’admission d’air.
Support
potentiomètre
Papillon
Potentiomètre
Biellette
Attache câble
d’accélération
Figure 29 : Le papillon d’admission d’air et le potentiomètre
b) L’estimation de l’ouverture de l’air.
Pour cette fonctionnalité, j’ai intégré un potentiomètre sur l’axe du papillon. Ainsi,
lorsque le papillon sera actionné, l’axe du potentiomètre (en liaison encastrement avec le
papillon) tournera également (voir figure 29) et enverra donc au CAN (Convertisseur
Analogique Numérique) du PIC une tension comprise entre 0 et 5V. Celui-ci ferra donc
évoluer la valeur du temps d’injection en fonction du pourcentage d’ouverture de l’air
optimisant ainsi la richesse du mélange.
- 35 -
c) L’obligation de monter l’injecteur « flottant ».
Arrivée
d’essence
Injecteur
Porte injecteur
Réglette de
maintien
Figure 30 : Le montage de l’injecteur « flottant »
Pour que le moteur ne lui transmette pas ses vibrations, l’injecteur doit
impérativement être monté « flottant » (voir figure 30). Son montage est assez compliqué
car il ne possède aucune fixation. Il faut donc qu’il soit prit « en sandwich » entre l’arrivée
d’essence et le porte injecteur (le tout monté pour pouvoir supporter la pression du carburant
qui doit être de 3 Bar). Pour relier l’arrivée d’essence et le porte injecteur, j’ai conçu 2
réglettes avec des trous oblongs permettant ainsi un réglage aisé en longueur.
Sur la figure 31, on peut voir le porte injecteur intégralement monté. Vous trouverez
les dessins de définition Annexe 12.
Figure 31 : Le porte injecteur
- 36 -
5. Avancement du projet :
Après les 100 heures de projet voici l’état des lieux :
Figure 32 : Le boitier d’injection et le porte injecteur
Sur la figure 32 on peut observer le boitier d’injection sous sa forme définitive (photo
de gauche) avec en bas à droite la carte PIC, complètement à gauche la carte de commande
de l’injecteur et tout en haut a gauche la carte capteur. La carte qui se trouve en haut à
droite est une carte d’interface permettant de connecter toutes les fonctionnalités.
Sur la photo de droite, on peut observer la pipe d’admission et l’injecteur montés sur
le moteur.
Après la totalité des séances de projet, le système d’injection fonctionne. Nous
avons réussi à faire fonctionner le moteur. Nous avons également commencé la phase de
réglages qui est sans aucun doute l’un des points les plus compliqués.
Au point de vu de l’électronique et de la mécanique, on peut estimer que les
objectifs du projet sont atteints. Pour ce qui est de la partie informatique, le programme
fonctionne sans problème (que ce soit au niveau de l’injection ou de l’envoi d’informations
par le port USB).
Il serait cependant intéressant d’optimiser l’algorithme du programme d’injection afin
de pouvoir complètement automatiser la gestion du moteur.
- 37 -
5.1.
Diagramme prévisionnel et effectif du projet :
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
SEANCES
13 14 15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Prise en main du sujet
Mise au point du cahier des charges
Mise au point de l'électronique de
puissance
Programmation PIC
Mise au point du logiciel de
diagnostique
Conception d'une pipe d'admission
Réalisation des cartes électroniques et
cablage du boitier
Essais
Réunions
Planning prévisionnel
Planning effectif
Figure 33 : Diagramme de GANTT du projet
Comme on peut le remarquer sur la figure 33, j’ai passé plus de temps que prévu
sur la mise au point du cahier des charges. Il a en effet été assez difficile pour moi au début
de définir les attendus du projet. Après plusieurs réunions avec Messieurs ALIZON,
MARMOITON, DUMAS et BERRY, il a été possible de commencer concrètement le projet.
La programmation du microcontrôleur a pris également du temps. Après avoir
finalisé et testé l’électronique sur des platines d’essai, j’ai donc fait « tirer » les cartes
définitives par Mr BEAUNE. Il m’a également fallu concevoir la pipe d’admission et la faire
usiner par les techniciens de l’atelier.
On pourra noter également que je n’ai pas intégré dans ce diagramme le grand
nombre d’heures passées à l’élaboration de ce projet en dehors des créneaux attribués.
- 38 -
25
6. Bilan et évolutions nécessaires :
Après les100 heures de projet voici l’état des lieux :
Réalisation fonctionnelle des cartes capteur, injecteur et PIC……………. OK
Boitier évolutif …………………………………………………………………..OK
Programme fonctionnel et réglable………………..………………………….OK
Montage Injecteur+alimentation carburant…………………….…………….OK
Essais du véhicule sur piste………………………………………………......OK
Intégration d'une sonde lambda……………………..………………......A FAIRE
Mise en place d'une cartographie moteur………………………….…...A FAIRE
Dans un but d’optimisation et d’automatisation du fonctionnement du moteur, il sera
nécessaire dans un premier temps d’intégrer une sonde Lambda. En effet ce dispositif (cf.
Annexe 4) permet de connaitre la richesse du mélange par l’intermédiaire des gaz
d’échappement. Par ce biais, il serait donc possible de corriger en permanence la richesse
du mélange air/carburant (afin d’être toujours au plus près des conditions stœchiométriques
c'est-à-dire 1 mg d’essence pour 14,7 mg d’air).
Une autre évolution qui pourrait améliorer le rendement du moteur serait de mettre
en place un système d’allumage commandé. En effet, un tel dispositif permettrait en fonction
du régime moteur d’avancer le moment où l’étincelle se produit améliorant ainsi les
performances du moteur.
Pour pouvoir automatiser l’injection du véhicule, il sera nécessaire d’implanter une
sonde de température qui permettra d’optimiser les paramètres d’injection en fonction de la
température du moteur (à froid le moteur ne consomme pas de la même manière que
lorsqu’il est chaud).
D’autres améliorations pourraient également être très intéressantes telle que
l’implantation d’un afficheur qui permettrait de connaitre le régime moteur en temps réel ainsi
que la richesse et pourquoi pas la consommation instantanée.
L’implantation d’une mémoire EPROM ou flash (du type carte SD par exemple)
permettrait d’enregistrer les données moteur en condition de course. Ceci permettrait donc
d’avoir un réel historique du fonctionnement du moteur et ainsi ouvrirait de nouvelles
perspectives de réglages encore plus fins.
Il pourrait également être très intéressant d’intégrer une transmission radio a notre
prototype. Il serait donc possible pendant les essais sur piste de connaitre exactement les
paramètres d’injection et pourquoi pas de les modifier à distance.
- 39 -
Conclusion
Après 100 heures de projet et d’innombrables heures de travail personnel, ce projet
qui me tenait particulièrement à cœur a abouti.
Ce sujet qui était très complet (puisqu’il rassemblait de l’électronique, de
l’informatique et de la mécanique) m’a considérablement appris notamment en électronique
et en microcontrôleurs.
Le fait que ce projet touche de très près la compétition automobile a été d’un réel
intérêt pour moi. Il m’a également permit de comprendre réellement le fonctionnement de la
gestion électronique d’un moteur (de part les nombreuses recherches que j’ai du effectuer
pour débuter).
Il est également très important que lors de la compétition à Nogaro (qui aura lieu du
22 au 24 Mai 2008) notre équipe puisse se qualifier. Ceci permettrait à notre formation (qui
reste assez méconnue) de se faire connaitre et pourquoi pas de se faire sponsoriser par des
entreprises.
- 40 -
Liste des figures
Figure 1 : Le moteur à explosion .......................................................................................... 8
Figure 2 : Cycle thermodynamique de Beau de Rochas ........................................................ 9
Figure 3 : Les cycles d’un moteur 4 temps ...........................................................................10
Figure 4 : L’injecteur.............................................................................................................14
Figure 5 : Les différents types d’injection..............................................................................15
Figure 6 : L’injection mono point...........................................................................................16
Figure 7 : L’injection multipoint .............................................................................................17
Figure 8 : L’injection multipoint directe..................................................................................17
Figure 9 : L’injection multipoint indirecte...............................................................................18
Figure 10 : La chaine d’injection ...........................................................................................18
Figure 11 : Le HONDA GX31 ...............................................................................................19
Figure 12 : Les grandeurs d’entrée/sorties du calculateur ....................................................20
Figure 13 : Diagramme pieuvre du boitier d’injection ............................................................21
Figure 14 : Le 18F4550 ........................................................................................................22
Figure 15 : Le capteur inductif et l’arbre moteur ...................................................................23
Figure 16 : L’injecteur BOSH ................................................................................................24
Figure 17 : La chaîne électronique d’injection.......................................................................25
Figure 18 : Acquisition et traitement du signal capteur .........................................................25
Figure 19 : La carte PIC 18F4550 ........................................................................................27
Figure 20 : Le BUZZ11A.......................................................................................................28
Figure 21 : Carte de puissance de l’injecteur........................................................................28
Figure 22 : Angles d’ouverture/fermeture des soupapes.......................................................29
Figure 23 : Courbe de performances du GX31 .....................................................................30
Figure 24 : Algorithme de fonctionnement de l’injection........................................................31
Figure 25 : Signal d’entrée du PIC........................................................................................32
Figure 26 : Signal en sortie du PIC.......................................................................................32
Figure 27 : Courbes de réglage du temps d’injection............................................................33
Figure 28 : Positionnement de l’injecteur..............................................................................34
Figure 29 : Le papillon d’admission d’air et le potentiomètre ................................................35
Figure 30 : Le montage de l’injecteur « flottant » ..................................................................36
Figure 31 : Le porte injecteur................................................................................................36
Figure 32 : Le boitier d’injection et le porte injecteur.............................................................37
Figure 33 : Diagramme de GANTT du projet ........................................................................38
- 41 -
Webographie :
Les informations concernant la théorie des moteurs et les règles de la compétition,
ont été tirées des sites internet suivants :
http://www.shell.com/home/content/eco-marathon-en/welcome_global.html
http://fr.wikipedia.org/
http://www.mecamotors.com/
- 42 -
ANNEXES
- 43 -
Liste des Annexes
Annexe 1 : Le circuit de Nogaro ...........................................................................................45
Annexe 2 : Le moteur 2 temps..............................................................................................47
Annexe 3 : Le carburateur ....................................................................................................49
Annexe 4 : La sonde Lambda...............................................................................................50
Annexe 5 : Caractéristiques de l’injecteur.............................................................................52
Annexe 6 : Typon carte capteur............................................................................................56
Annexe 7 : Typon carte injecteur ..........................................................................................57
Annexe 8 : Typon carte PIC .................................................................................................58
Annexe 9 : Liste des composants.........................................................................................59
Annexe 10 : Programme C ...................................................................................................60
Annexe 11 : Programme Matlab ...........................................................................................63
Annexe 12 : Dessins de définition ........................................................................................64
- 44 -
Annexe 1 : Le circuit de Nogaro
I. Le circuit de Nogaro :
a. Historique :
La Grande Histoire débute le 3 octobre 1960... Pour la première fois le drapeau à
damiers s'abaisse à NOGARO. Au volant de sa Rainerie formule junior, Basini vient de
boucler en vainqueur le dernier tour du nouveau circuit Paul Armagnac : 1752 m, pied au
plancher.
Pour lui, cette victoire marque la fin d'une course. Pour Nogaro, le début d'une
histoire.
D'année en année, le circuit se structure :
En 1973, la piste est allongée à 3120 m. Nogaro prend de l’importance ; de
nouveaux talents s'y profilent. Parmi eux : Arnoux, Berger, Patrese.
En 1974, un inconnu, Alain Prost, remporte les Coupes de Pâques sur Formule
Renault Europe.
L’année suivante, Nogaro accueille son 1er Grand Prix de France Moto, épreuve
du Championnat du Monde. Les sports mécaniques évoluent. Le circuit Paul Armagnac ne
cesse d'embellir.
Elargie à 12 mètres en 1987, la piste s'allonge encore en 1989 : 3636 m. Un tracé
très technique auquel s’ajoutent des structures d'accueil en tout point remarquables.
Aujourd'hui par la qualité de son organisation, Nogaro est devenu un haut lieu
des compétitions professionnelles. Pour les pilotes comme pour un public toujours plus
nombreux, le circuit Paul Armagnac, c'est le rendez-vous DES GRANDES EMOTIONS.
b. Descriptif :
Voici le plan du circuit Paul Armagnac de Nogaro. Il fait exactement 3636 m de long
avec une largeur constante de 12 m. Une succession de lignes droites et de virages allant de
30° à plus de 180° attendent les pilotes des différ ents prototypes.
- 45 -
Le circuit Paul Armagnac
Descriptif du circuit
- 46 -
Annexe 2 : Le moteur 2 temps
II. Principe du moteur 2 temps :
Le cycle à deux temps d’un moteur à combustion interne diffère du plus courant
cycle de Beau de Rochas en ayant seulement deux mouvements linéaires du piston au lieu
de quatre, bien que les même quatre opérations soient toujours effectuées. A savoir :
1) Admission
2) Compression
3) Combustion et détente
4) Échappement
Nous avons aussi un cycle moteur par tour au lieu d'un tous les deux tours pour le
moteur à quatre temps.
Les cycles d’un moteur 2 temps
Le cycle est celui-ci : 1 admission/compression 2 combustion-détente/échappement
(balayage des gaz)
En voici les différentes étapes en détail :
Dans un premier temps (image n°3 : Détente), le pis ton (5) est au point mort haut.
La bougie crée l'explosion et le piston descend en comprimant en même temps le mélange
présent dans le carter, sous le piston. C'est la partie motrice du cycle, le reste du parcours
sera dû à l'inertie créée par cette détente. Cette étape est la détente. Lors de cette descente
du piston, l'entrée (6) du mélange dans le carter se ferme.
Arrivé à proximité point mort bas (image n°1 : Admi ssion et échappement), le piston
débouche les lumières d'échappement (2) et d'arrivée de mélange dans le cylindre (3) : le
mélange en pénétrant dans le cylindre chasse les gaz de l'explosion (zone 1 sur l'image). Il
s'agit de l'étape d'admission - échappement.
- 47 -
En remontant (image n°2 : Compression), le piston c ompresse le mélange dans le
cylindre. Au passage, il rebouche l'échappement (2) et l'entrée de mélange dans le cylindre
(3), tout en créant une dépression dans le carter (4) qui va permettre l'arrivée du mélange
air-essence par la soupape d'arrivée (6) dont l'entrée a été libérée par la position du piston
proche du point mort haut. Cette étape est celle de compression.
Une fois arrivé à nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer à partir du
premier point.
- 48 -
Annexe 3 : Le carburateur
III. Principe d’un carburateur :
C’est un appareil dans le quel un carburant vaporisé est mélangé à de l'air.
C'est en 1876 que Mr Gottlieb Daimler a mis au point le Carburateur tel qu'on le
connait aujourd'hui.
1) Circuit de ralenti.
2) Buse d'air.
3) Boisseau.
4) Aiguille.
Le carburateur
Principe de base: En accélérant, on soulève le boisseau (3), augmentant le volume
d'air admis. Du même coup on soulève l'aguille (4) qui est solidaire du boisseau. L'air qui
s'engouffre dans le moteur, aspire au passage de l'essence. En relâchant la poignée des gaz
on crée l'effet inverse.
RALENTI
1. Circuit de ralenti Ouvert.
2. Buse d'air Inactive.
3. Boisseau au Minimum.
4. Aiguille fermé.
OUVERTURE DES GAZ
OUVERTURE 1/4 A 3/4
OUVERTURE MAXIMALE
1. Circuit de ralenti Ouvert.
2. Buse d'air Inactive.
3. Boisseau Ouvert 1/4.
4. Aiguille Ouverte 1/4
1. Circuit de ralenti Fermé.
2. Buse d'air Ouverte.
3. Boisseau Ouvert 1/4 à 3/4
4. Aiguille Ouverte 1/4 à 3/4
1. Circuit de ralenti Fermé.
2. Buse d'air Ouverte.
3. Boisseau Ouvert au Maximum
4. Aiguille ouverte au maximum.
Fonctionnement du carburateur
- 49 -
Annexe 4 : La sonde Lambda
IV. Qu’est-ce qu’une sonde Lambda ? :
a. Les fonctions de la sonde Lambda
Pour améliorer les caractéristiques des gaz d’échappement des moteurs essences,
les pots catalytiques ont été mis au point en même temps que les sondes Lambda.
b. Comment fonctionne cette technique?
Nous en connaissons tous le principe : les moteurs brûlent de la matière organique,
sous forme d’essence, et pour cette raison rejettent des gaz, lesquels sont nocifs pour
l’environnement. Pour pallier cet effet indésirable, on emploie un convertisseur catalytique
qui a pour fonction de transformer les émissions polluantes de l’échappement en gaz moins
nocifs pour l’environnement.
Pour cela, la sonde Lambda, installée entre le moteur et le pot catalytique, mesure
la quantité résiduelle d’oxygène contenue dans les gaz d’échappement et transmet ces
informations au bloc de commande moteur. Celui-ci traite ce signal et ajuste en
conséquence le mélange carburant/air optimal au niveau du régulateur de mélange.
Fonctionnement de la sonde Lambda
c. La sonde Lambda
Il s’agit d’un capteur d’oxygène en dioxyde de zirconium (ZrO2), fonctionnant
d’après le principe de W. Nernst (scientifique allemand, 1864-1941). Celui-ci découvrit que le
potentiel normal d’une électrode peut être décrit par une relation de subordination à la
concentration active d’oxygène.
Ce principe appliqué à la sonde Lambda permet de mesurer l’oxygène résiduel
contenu dans les gaz d’échappement grâce aux électrodes de la sonde Lambda.
- 50 -
Technologie
La sonde est positionnée de telle manière dans le flux des gaz d’échappement que
l’électrode extérieure (couche platine extérieure) est immergée dans les gaz d’échappement,
alors que l’électrode intérieure est au contact de l’air ambiant.
Étant donné que les céramiques au dioxyde de zirconium deviennent conductrices
des ions oxygène aux alentours de 300° C, une tensi on de 1 Volt maximum s’établit entre
l’électrode interne et l’électrode externe, selon les différentes teneurs en oxygène relevées
par chacune des électrodes, et ce signal est disponible au connecteur de la sonde.
Les signaux d’une sonde Lambda
Dés que la concentration en oxygène atteint des niveaux différents de part et
d’autre de l’élément, les propriétés intrinsèques de l’élément provoquent la migration des
ions oxygène qui, à leur tour, créent une tension V. Le mouvement constant des ions
oxygènes permet de mesurer le rapport air/carburant. La tension est transmise sous forme
de signal au calculateur qui à son tour fait les ajustements nécessaires. Ce procédé se
répète plusieurs fois par seconde, les réglages sont ajustés tout aussi rapidement. Le signal
de la sonde fait en sorte que le mélange air/carburant soit constamment riche ou pauvre en
carburant, en fonction des besoins, pour atteindre un mélange idéal (λ=1).
- 51 -
Annexe 5 : Caractéristiques de l’injecteur
- 52 -
- 53 -
- 54 -
- 55 -
Annexe 6 : Typon carte capteur
Couche supérieure
Couche inférieure
- 56 -
Annexe 7 : Typon carte injecteur
Couche supérieure
Couche inférieure
- 57 -
Annexe 8 : Typon carte PIC
Couche supérieure
Couche inférieure
- 58 -
Annexe 9 : Liste des composants
Voici la liste des composants pour :
La carte capteur :
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
R1 = 5,6 KΩ
R2 = 10 KΩ
R3 = 39 KΩ
R4 = 3,3 KΩ
R5 = 9,1 KΩ
R6 = 36 KΩ
R7, R8 = 10 KΩ
R9 = 3,3 KΩ
R10 = 1 KΩ
D1, D2 = 1N4148
C1 = 100 nF
LM324 (AOP1)
La carte injecteur :
o
o
o
o
o
o
R1 = 1,1 KΩ
R2 = 22 Ω
R3 = 1,2 KΩ
C1 = 10 µF 63 V
D1 = 1N4007
BUZZ11A
La carte PIC :
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
R1 = 1 KΩ
R2 = 10 KΩ
R3, R4, R5 = 2,2 KΩ
D1 = 1N4148
LED1, LED2, LED3
C1, C5 = 100 nF
C2, C3 = 27 pF
C4 = 470 nF
TL 7805
CD4050
PIC 18F4550
Connecteur RJ12
Connecteur USB-B
Quartz 20 MHz
- 59 -
Annexe 10 : Programme C
#include "D:\IUP\PROJET M2\ Commande.h"
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*
La clock est ici définie a 48 MHZ pour l’utilisation de l’USB
*
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
#fuses USBDIV,CPUDIV1,VREGEN
#use delay(clock=48000000)
#include <usb_cdc.h>
int16 pot,dti;
int8 i=0;
int8 b=0;
int1 point_haut=0;
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*
La fonction suivante permet d’envoyer une valeur sur le port USB. Cette
*
*
valeur sera un code ASCII. Il est donc nécessaire que les données reçues *
*
sur l’ordinateur soient converties en chiffres
*
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
void write_info(int16 tps)
{
int8 i=0,a=0;
char text[10];
sprintf(text,"%ld ", tps);
b=STRLEN(text);
for(i=0;i<b;i++)
{
a=(int)text[i];
usb_cdc_putc(a);//text[i]);
}
}
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*
La Cette fonction permet de mettre la variable point_haut à 1 lors d’une *
*
interruption sur le port B0
*
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
#int_EXT
EXT_isr() //interruption sur rb0
- 60 -
{
point_haut=1;
}
void main()
{
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*
Activation ou désactivation des fonctionnalités du PIC
*-------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
setup_adc_ports( AN0_ANALOG );
setup_adc( ADC_CLOCK_INTERNAL);
set_adc_channel(0);
setup_psp(PSP_DISABLED);
setup_spi(SPI_SS_DISABLED);
setup_wdt(WDT_OFF);
setup_timer_0(RTCC_INTERNAL);
setup_timer_1(T1_INTERNAL|T1_DIV_BY_8);
setup_timer_2(T2_DISABLED,0,1);
ext_int_edge(L_TO_H);
enable_interrupts(INT_EXT);
enable_interrupts(GLOBAL);
setup_comparator(NC_NC_NC_NC);
setup_vref(FALSE);
usb_init();
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*
On s’assure ici que l’injecteur est bien fermé
*
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
output_low(PIN_B2);
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*
Boucle infinie
*
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
while(1)
{
usb_task();
- 61 -
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*
Lecture du potentiomètre (via le Convertisseur Analogique
*
*Numérique qui permet de convertir une tension en valeur)=> la plage du*
*potentiometre est de 1024 (de 0 à 1024). Notre temps d’injection (dti) varie quant à*
*lui de 0 à 8,2ms.
*
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
pot = read_adc(ADC_START_AND_READ); // start wait & read
dti= ((pot << 3)& 0b0001111111111000);// 0-1024 => 0ms-8,2ms
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------* Si point_haut est détecté, on rentre dans la boucle d’injection*
* --------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
if (point_haut)
{
point_haut=0;
output_high(PIN_B2);
delay_us(dti);
output_low(PIN_B2);
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------*
Si USB connecté, on envoie la valeur de pot a la fonction write_info *
* --------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
if(usb_cdc_connected)
{
write_info(pot);
}
}
}
}
- 62 -
Annexe 11 : Programme Matlab
clear;
%Ouverture de la fonction Acquisition qui permet de définir un nombre de points à %capturer
et qui crée également un port COM (COM7 par défaut) nommé a.
a=Acquisition;
%Ouverture du port a.
fopen(a);
%Enregistrement du port a.
record(a);
%Remplissage de idn avec les valeurs de a.
idn = fscanf(a);
%Fermeture du port a.
fclose(a);
%Destruction du port a.
delete(a);
%Permet de converter les codes ASCII en chiffres
O=str2num(idn);
figure(1);
%titre
title('Valeur du potentiomètre Temps d''injection');
%Axe X
xlabel('Nombre de points','fontsize',16);
%Axe Y
ylabel('Temps d''injection (O-8200 µs)','fontsize',12);
hold on;
x=(1:length(O))
xi=(0:.025:length(O))
%Utilisation de la méthode d’interpolation par Splines cubiques
sp=interp1(x,O,xi,'spline');
plot(x,O,'o',xi,sp);
grid on;
hold on;
- 63 -
Annexe 12 : Dessins de définition
- 64 -
- 65 -
- 66 -

Remerciements : - Département de physique, UFR Sciences et

Transcription

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