Mesure et gestion du taux d'Ethanol
DESCRIPTION
FONCTION
Le dispositif décrit ici permet :
- De mesurer en permanence le taux d'éthanol du carburant qui rentre dans les injecteurs
- D'évaluer le volume de carburant nécessaire pour refaire le plein.
Dans le but :
- De déterminer le mélange de carburant à ajouter pour faire un nouveau plein, en obtenant un taux d'éthanol souhaité.
ou,
- De prédire le taux d'éthanol que l'on obtiendra si on ajoute au carburant restant dans le réservoir des quantités diverses de carburant, sans obligatoirement faire le plein.
Description du dispositif
Ce dispositif comprend :
- Un capteur d'éthanol (pour VW, acheté 16 € sur internet, fin 2020) qui mesure en permanence le taux d'éthanol et la température du carburant qui passe dans la durite qui alimente les injecteurs.
- Un module électronique réalisé à partir d'une carte ARDUINO NANO et d'un transmetteur Bluetooth HC06, qui fait le traitement du signal capteur, et qui envoie l'information "taux d'éthanol" à un smartphone Android, via une liaison Bluetooth (l'information de température n'est pas utilisée).
- Une Application Android, développée sous App Inventor, à charger sur son smartphone, qui comporte 3 écrans différents :
1) Un écran INFOS
Cet écran, que l'on peut regarder en roulant, indique en temps réel les informations suivantes à partir des caractéristiques du carburant qui arrive aux injecteurs :
. le taux d'éthanol pur
. le taux équivalent de E85 ou de E65 (en hiver)
. une évaluation du LTFT de l'ECU du véhicule, en fonction du rapport "Taux d'éthanol / LTFT", que l'on peut ajuster suivant ses observations personnelles.
2) Un écran pour faire le PLEIN
Cet écran permet de calculer le mélange de carburants pour faire un nouveau plein, en visant un taux d'éthanol souhaité.
Pour un taux d'éthanol visé la calculette donne les volumes des carburants choisis pour faire le plein.
Dans certains cas le taux d'éthanol espéré n'est pas possible, dans ce cas la calculette donne le taux d'éthanol qui pourra être effectivement atteint avec les paramètres choisis.
3) Un écran AJOUT
Cet écran permet de calculer le taux d'éthanol que l'on obtiendra si on ajoute des quantités de divers carburants dans le réservoir.
Cette fonction est utile si l'on souhaite faire un ajout partiel de carburants, sans nécessairement faire le plein, car on pourra connaitre l'incidence qu'aura cet ajout sur le taux d'éthanol dans le réservoir.
Boutons de commande
Au bas de l'écran on trouve en permanence :
- Les boutons INFOS, PLEIN, et AJOUT qui permettent de changer de mode.
Un appui long sur n'importe lequel de ces 3 boutons rétablit la connexion Bluetooth sur le circuit préprogrammé par défaut dans l'application.
- Le bouton RAZ qui permet :
. D'effacer les informations "Distance Parcourue" et "Consommation moyenne" quand on est en mode PLEIN.
. D'effacer les informations "Carburant ajouté" quand on est en mode AJOUT.
. De déconnecter la liaison Bluetooth par un appui long, pour ne pas avoir le pop-up d'anomalie quand le contact est coupé.
- Le bouton Connex qui permet éventuellement de choisir d'autres circuit Bluetooth à des adresses différentes pour d'autres véhicules.
Tout en bas de l'écran se trouvent des informations sur la liaison Bluetooth, et sur la nature des informations affichées.
En particulier on sait si les informations affichées sont calculées à partir d'une mesure en cours, ou d'une mesure préalablement mémorisée.
Observations pour moteur 1.6 VVT
Le taux d'éthanol cible est à déterminer "en conscience" par chacun, suivant le moteur du véhicule, s'il est équipé ou non d'un "boitier E85", suivant la saison, etc., ...
En gros, les observations que j'ai faites jusqu'à ce jour pour mon moteur 1.6 VVT, sans boitier E85 ni reprogrammation, sont les suivantes :
-
Contrairement à ce que l'on pourrait penser, après un plein de carburants mélangés, le mélange s'homogénéise rapidement (dès les tous premiers km) grâce au retour de la pompe de gavage, mais le LTFT met beaucoup plus de temps à se stabiliser (des dizaines de km).
-
La relation entre le taux d'éthanol et le LTFT n'est pas biunivoque, d'autres paramètres entrent en jeu (nature du parcours, charge du moteur, température, ...).
Même en régime stabilisé il semble que le LTFT ait plusieurs valeurs en mémoire suivant différents paramètres, en particulier la charge moteur.
D'autre part, comme il est dit précédemment le LTFT prend un temps assez long pour se stabiliser.
J'ai constaté que en régime quasi stable le rapport "Taux d'éthanol pur / LTFT" pouvait varier de 2,7 à 3 (et même temporairement dépasser ces valeurs).
Si on prend le rapport défavorable de 2,7 :
. pour 50 % d'éthanol pur (soit environ 60 % de E85) on obtient un LTFT proche de 20.
En pratique c'est à mon avis les valeurs limites à ne pas trop dépasser, pour mon moteur 1.6 VVT sans boitier, si on ne veut pas un allumage voyant.
- pour 85 % d'éthanol (donc pour du E85 pur), on obtient un LTFT de 31 % qui très probablement allumera le voyant moteur !
CONSTITUTION MATERIELLE
Cet analyseur se décompose en 3 parties matérielles distinctes :
Le Capteur d'éthanol
Dans mon cas il s'agit d'un capteur "SV7 Continental", utilisé notamment pour les véhicules Volkswagen.
Ce capteur comporte 3 bornes : +12V, OV, et sortie signal.
La sortie signal est une sortie "collecteur ouvert" qui délivre un signal carré cyclique, qui est codé pour donner 2 informations.
- Le pourcentage d'éthanol, qui est une fonction linéaire de la fréquence entre 50 et 150 Hz :
. 50 Hz : 0 % d'éthanol
. 150 Hz : 100 % d'éthanol
- La température du carburant, qui est donnée par la durée des impulsions :
. 1 ms : - 40 °C
. 5 ms : 125 °C
Cette information n'est pas utilisée ici.
Le module électronique
Son rôle est de :
-
Lire le pourcentage d'éthanol transmit par le capteur
-
De transmettre cette information par liaison Bluetooth à un smartphone Android.
Le schéma est le suivant :
Nomenclature :
Régulateur de tension 9 V : L7809
Carte microcontrôleur Arduino Nano
Module de liaison Bluetooth HC06 (ou HC05)
Résistances : R1 = 1 kΩ ; R2 = 2,2 kΩ ; R3 = 4,7 kΩ
Condensateurs : C1 = 330 nF ; C2 = 100 nF
La carte Arduino est alimentée par un régulateur analogique 9 Volts (L7809) pour ne pas subir les variations et les parasites du 12 V Contact de la voiture. C1 et C2 sont les condensateurs de filtrage nécessaires au L7809.
La tension du régulateur interne 5 V de la carte Arduino est utilisée pour polariser la sortie du capteur d'éthanol (de type collecteur ouvert), via la résistance R3.
Le pont résistif R1/R2 abaisse la tension 5 V de la sortie D12 de la carte Nano, à environ 3 V, pour être compatible avec les entrées du HC06 de niveau 3,3 V (même si ce circuit est alimenté en 5 V).
Nota :
Les valeurs de composants ne sont pas critiques, la résistance de pull-up du signal capteur pourra être abaissée si la mesure est instable à cause de parasites.
Certains concepteurs font l'impasse sur le pont diviseur pour l'adaptation du niveau d'entrée de l'HC06. Même si ce n'est pas très académique, j'ai essayé, et ça fonctionne ...
Le fonctionnement général est simple :
-
La carte Arduino mesure la fréquence du signal issu du capteur d'éthanol, qui est présent sur son entrée D2.
-
Cette fréquence est décodée en pourcentage d'éthanol par le logiciel de la carte Nano, puis cette valeur est envoyée à la carte HC06, grâce aux sorties D11 et D12, pour finalement être transmise au smartphone par voie hertzienne Bluetooth.
Logiciel Arduino
Ce logiciel étant amplement commenté, on pourra facilement s'approprier son fonctionnement pour éventuellement le modifier
Pour mesurer la fréquence on compte un certain nombre de fronts montants (ici 300), et on lit le temps que ça a pris.
A partir de ces données on peut calculer la fréquence, puis le taux d'éthanol correspondant.
Plus la mesure se fait sur un nombre important de périodes, meilleures seront la précision et la fiabilité de cette mesure, mais le temps de rafraichissement de celle-ci sera plus long. (au maximum 2 s pour 100 mesures, quand le signal capteur est à 50 Hz)
Si une anomalie a lieu (temps de comptage trop long, valeurs aberrantes) on transmet la valeur 100 % d'éthanol, qui est impossible, est qui sera considérée comme un signal d'anomalie par le logiciel du smartphone.
Le dialogue bidirectionnel entre la carte Arduino Nano et le transmetteur Bluetooth HC06 se fait par une liaison série asynchrone, sur 2 fils (Rx et Tx), grâce à la bibliothèque "SoftwareSerial.h". Cette liaison est ainsi indépendante de l'UART propre à la carte, utilisé pour le dialogue avec un ordinateur via la prise USB.
Télécharger ce logiciel en cliquant ici.
L'application Android "Mesure & Gestion E85"
Le logiciel de cette application, développé sous App Inventor du "Massachusetts Institute of Technology" (MIT), est pratiquement impossible à documenter sur le fichier source.
Ci-dessous une petite partie de ce logiciel :
Comme on l'a vu précédemment cette application comporte 3 fonctions distinctes qui font l'objet de 3 écrans distincts, et de 3 blocs différents dans le logiciel.
Un 4ème bloc gère la liaison Bluetooth.
- Liaison Bluetooth
Au lancement de l'application, celle-ci cherche à se connecter au module HC06 dont l'adresse a été programmée.
Si cette tentative initiale de connexion a échoué (par exemple contact non mis au lancement de l'application), il faudra relancer la connexion par un appui long sur un des boutons AJOUT, PLEIN, ou INFOS.
Si on veut se connecter à un autre transmetteur Bluetooth il faudra cliquer sur le bouton "Connex" pour choisir ce nouvel appareil dans la liste des appareils Bluetooth possibles.
Le bloc Bluetooth a pour fonction de surveiller l'état de le liaison hertzienne, et la cohérence de l'information reçue.
Ces informations sont données en bas de l'écran par différents messages :
"Attente", "Lecture", "Déconnecté", "Déconnecté ou Erreur", "Mesure Valide", "Mesure Mémorisée"
- La fonction "Tableau de bord"
Elle donne principalement (en temps réel si la liaison bluetooth est valide) le taux d'éthanol qui arrive aux injecteurs, et aussi quelques autres indications qui en découlent directement : les taux de E85 ou de E65 équivalents, et le LTFT de l'ECU.
Attention :
Le LTFT n'est donné qu'à titre indicatif en fonction du rapport "Taux d'Eth / LTFT" que l'on aura rentré en fonction de ses propres observations..
- La fonction "Plein"
A partir des données d'entrée suivantes :
-
Valeur mesurée du taux d'éthanol,
-
Distance parcourue depuis le dernier plein,
-
Consommation moyenne depuis le dernier plein,
-
Contenance du réservoir (mise par défaut à 47 litres pour un Vitara ).
le bloc qui traite cette fonction calcule :
-
le carburant restant dans le réservoir,
-
les quantités d'éthanol pur et d'essence pure dans le réservoir,
-
le volume de carburant nécessaire pour faire à nouveau le plein.
Ensuite, avec les données :
- "Taux d'éthanol souhaité", et
- "Choix des carburants" (E85 et E0 ; E85 et E10 ; E65 et E0 ; E65 et E10),
un algorithme détermine par approches successives les volumes des carburants choisis à ajouter pour satisfaire au taux d'éthanol souhaité.
Dans la partie "Résultats", on trouvera donc :
-
Le nouveau taux d'éthanol obtenu après ce nouveau plein. Il peut être différent du taux souhaité si ce dernier est impossible à atteindre compte-tenu des données d'entrée. Eventuellement on pourra jouer sur le couple de carburants à ajouter pour améliorer le résultat.
-
Le carburant total à ajouter.
- Les volumes des 2 carburants choisis à ajouter.
- La fonction "Ajout"
Le bloc de calcul de la fonction ajout exploite les données d'entrée de la fonction PLEIN pour connaitre les caractéristiques en volume et nature du carburant restant dans le réservoir.
A partir de ces données, et des volumes de carburants que l'on désire ajouter (sans forcément faire le plein), ce bloc recalcule le nouveau taux d'éthanol que l'on obtiendra.
Téléchargements
Le fichier ".apk" est ici :
Si vous avez des difficultés pour le charger (antivirus, pare-feu, ...), chargez le fichiers suivant :
puis le décompresser, et le renommer en ".apk"
Enfin copier le fichier apk sur le téléphone, et le lancer pour qu'il s'installe.
Je peux fournir le fichier source .aia à ceux qui le désirent, ou le modifier pour qu'il se connecte directement à un autre transmetteur Bluetooth
INSTALLATION SUR LE VEHICULE
Le capteur est installé du côté de l'arrivée d'essence (à gauche quand on ouvre le capot moteur).
Si possible achetez ce capteur avec le connecteur complet, et les adaptateurs de durites !
Dans mon cas, comme je disposais du capteur nu et que je n'ai pas trouvé son connecteur complémentaire, j'ai soudé des fils sur les broches pour y adapter un connecteur étanche volant que j'avais.
J'ai trouvé des embouts de durites assez bien adaptés, mais je les ai sécurisé avec un collier plastique.
Le circuit électronique est composé d'un bout de circuit imprimé standard vert à trous, sur lequel sont fixés les 2 rampes support de la carte Arduino.
Les quelques composants sont soudés sur le CI, sous la carte Arduino.
Le HC06 est soudé dessous, sur l'autre face du CI.
Un petit connecteur de CI permet de déposer facilement ce module pour une intervention (reprogrammation, ...)
Ce circuit rentre dans un gros tube d'aspirine raccourci, que j'ai placé à proximité de la boîte à fusibles du compartiment moteur.
Le +12 V Contact est repiqué sur l'alimentation d'un relais principal de cette boite à fusibles, et le 0V sur une vis de fixation.
Bien que le compartiment moteur ressemble à une cage de Faraday, il laisse néanmoins passer les ondes Bluetooth, et on reçoit parfaitement le signal sur un smartphone placé dans l'habitacle.
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