Circuits électroniques pour la vibrolyse de l'eau

Sommaire de la page

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Abréviations utilisées dans cette page

α = rapport cyclique du signal
AOP = Amplificateur Opérationnel
A1 = armature intérieure (n°1, potentiel +14V)
A2 = armature extérieure (n°2, potentiel 0V)
CC = Circuit de Contrôle
CI = Circuit Intégré
DC = tension continue (Direct Coupling)
LED = Diode électroluminescente (c'est une petite lampe).

Nota : Sur les schémas électroniques, l'on simplifiera la notation en ne mettant pas l'unité, par exemple 100 kohms se noteront 100k, et 10 microFarad seront notés 10u ou 10μ.

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Comment réaliser un montage

Je vous propose ci-dessous une rapide initiation à l'électronique et une explication de la nomenclature que je vais utiliser dans mes schémas. Ces schémas ne respectent pas forcément le formalisme de l'électronique, mais ont pour but d'être lisibles par une majorité de personnes. De même que mes explications ressembleront parfois à un cours pour débutant en électronique, mais rapide pour ne pas alourdir les explications.

Pour chaque circuit, je vous proposerais en premier lieu un schéma-bloc, qui montre en gros les principales fonctions du circuit, afin de comprendre le fonctionnement de celui-ci. Vient ensuite le schéma ou dessin de principe, plus précis que le schéma-bloc, où sont dessinés les composants, et où sont données leurs valeurs. C'est le plan du circuit. Puis enfin, le schéma de montage, où est montré l'implantation des composants sur une plaquette d'essai, image du montage réel.

Lecture des schémas de montage

Pour la réalisation des circuits électroniques, je vous propose de passer par une plaquette d'essai, ce qui revient moins cher que de faire faire le circuit imprimé chez un magasin spécialisé (seul problème, les trous assez gros rendant difficile la soudure).
Pour cabler une plaquette d'essai, rien de plus facile.
Cette plaquette est composée de deux faces (normal pour une plaque me direz-vous) :
- Un côté où il y a des bandes de cuivres (les pistes) collées en surface, c'est le "côté cuivre".
- L'autre côté étant le "côté composants".
Par le côté composant, on insère les pattes métalliques des composants dans les trous. Ces pattes vont donc dépasser de l'autre côté de la plaquette, côté cuivre. On maintient le composant en pliant les pattes, puis on pose la plaquette sur une table, côté composant. Il ne nous reste plus qu'a souder à l'étain les pattes sur la piste en cuivre.

Dans la plupart des cas, je vous montrerais la plaquette d'essais vu du dessus (côté composants). Les trous en orange correspondents à ceux de la plaquette d'essai, les pistes oranges horizontales sont alors vues par transparence à travers la plaquette (en réalité, on ne les voient pas, elles sont en dessous).
Dans certain cas, je vous montrerais les plaquettes d'essais vue de par dessous, (côté cuivre). Cette vue est dite "côté cuivre". Cela permettra de comparer avec votre montage pour s'assurer que les coupures on été réalisées aux bons endroits.

La légende des schémas est la suivante :

Je vous conseille de remplacer les fils de jonctions (en bleu) entre deux pistes voisines par un gros pâté d'étain à l'arrière de la plaquette, côté cuivre (par exemple pour les CI dont deux pattes se touchent).
Les coupures en mauve ne sont pas nécessaires, mais peuvent éviter ultérieurement des problèmes si l'on décide de rajouter des composants à côté.
Que l'on soude directement le CI ou que l'on utilise un support, on ne soudera pas les broches de CI qui n'interviennent pas dans le montage, ce qui diminue le risque de ponts entre les pattes, une surchauffe inutile du composant lors de la soudure, ainsi que l'arrivée d'une tension parasite en cas d'utilisation ultérieure de la piste en oubliant de couper la piste. Certaines pattes ne servant à rien sont soudées quand même, pour permettre un bon maintien du composant.

Les montages que je propose sont assez compacts, vous pouvez sans problèmes en cas de difficulté espacer les composants entre eux. La taille du circuit prendra par compte plus de place dans la voiture (les circuits qui tiennent tous dans la paume de la main risquent de faire 1cm de plus, donc rien de bien méchant)..

Les CI, assez fragiles et risquant d'être détruits s'ils chauffent trop lors du soudage, peuvent être montés sur des supports à raccords tulipe (les raccords lyres risquent de ne pas tenir plus de quelques mois avec les vibrations de la voiture).

Réalisation des montages

Préparation du matériel

Pour souder, prendre un fer à souder avec une panne (l'embout en cuivre) assez fine. Nettoyer avec du papier de verre la panne si elle est sale, faire chauffer le fer, puis étamer la panne (faire fondre un tout petit peu d'étain sur la panne pour la "mouiller").
Un petit support d'électronicien avec ses deux pinces croco est bien utile lorsque la troisième main dont la nature nous a privée serait bien utile (comme tenir à la fois le composant, le fer et le fil d'étain).

Préparation de la plaquette d'essai

Monter les composants à "blanc" (on les pose juste sur le circuit) afin de vérifier qu'ils vont tous s'emboiter les uns à côté des autres, qu'il n'y en ai pas un qui soit tros gros et nécessite plus d'espace autour de lui que ce qui est prévu dans mes schémas.
Bien veiller à faire les découpes sur les pistes (en jaune sur le schéma du montage) avant de souder. Nettoyer les pistes justes avant la soudure pour que l'étain adhère bien au cuivre (difficile s'il y a des traces de doigts).

Réalisation des soudures

Coller la panne à la fois contre la patte du composant et contre la piste de cuivre, puis un court moment après (il faut que la patte et la piste soient chaudes, environ 1 seconde),appliquer le fil d'étain sur la panne, contre la patte du composant. Le fil d'étain va fondre, le retirez rapidement dès qu'une petite boule s'est formée au pied, de même que la panne.
Il ne faut pas rester trop longtemps, pour ne pas endommager le composant en le chauffant de trop. Pour les CI par exemple, il ne faut pas les chauffer plus de 5 secondes. De même, trop chauffées les pistes se décollent.
Pour la soudure, il faut pourtant que la patte et la piste soient chaudes pour que l'étain se colle bien et s'étale bien. Un bonne soudure doit avoir un aspect lisse et brillant. Si ce n'est pas le cas (aspect terne et piquré), on réaspire avec une pompe à vide et on recommence, sinon avec le temps la soudure va se fissurer et se décoller, il y aura alors plein de faux contact.
J'ai remarqué que lorsque l'étain était chauffé trop longtemps ou réchauffé après son refroidissement, la soudure avait un mauvais aspect, cela s'explique par la disparition du décapant. Il faut alors remettre une couche d'étain neuf.
Pour les CI, il faut souder toutes les pattes, l'automobile étant le siège d'importantes vibrations, il vaut mieux que le composant soit solidement fixé au circuit.

Vérification du montage

Veiller à ce que les composants ne se touchent pas. Faire attention à ce que les pattes des composants, qui sont dénudées, ne se touchent pas entre elles si elles ne sont pas au même potentiel. Regarder du côté cuivre qu'il n'y ait pas de pont d'étain entre pistes, un bout métallique qui traîne, etc. Comparer une dernière fois le montage avec les schémas de montage. C'est une recherche minutieuse, mais le temps perdu ici est 1000 fois moins important que celui passé en cas de détérioration de composant. Brancher le circuit, et vérifier que sa consommation électrique reste proche de ce que j'indique, et que les signaux ou le fonctionnement est correct. Si ce n'est pas le cas, débrancher immédiatement et refaire une inspection visuelle du circuit.

Finition du montage

Coller les endroits où les fils touchent les composants, afin que les vibrations ne les dénudent pas à la longue. De même que les composants qui peuvent bouger (comme les résistances placées debout).

Régulation du niveau d'eau dans la chambre

But de la régulation de niveau

Il faut que l'on ai une réserve de gaz au sommet de la chambre (réserve de puissance pour les accélérations), mais cette réserve ne doit pas être trop importante (sécurité en cas d'explosion).
Le but est de maintenir le niveau constant, afin que l'eau ne rentre pas dans le circuit d'admission, et surtout que le haut des armaturesne soit pas dénudé, risquant de créer des arcs électriques qui feraient sauter l'ensemble.

Principe des plans d'origine

Voir les figures 1 et 2 ci-dessous, pour le système de contrôle du niveau d'eau dans la chambre :

C'est tout ce qu'il y a sur le montage d'origine.
Nous pouvons déjà voir une lacune très forte au niveau de la pompe, c'est qu'il n'y a pas de diode de roue libre en paralèle de la pompe, alors que son moteur est inductif et génère une fem induite à la fermeture du moteur, tendant à prolonger le courant malgré la coupure. Le transistor en prend un sacré coup, et ne dure pas longtemps sans cette diode.
Je vais maintenant vous proposer une régulation de niveau avec capteur magnétique.

Principe du montage avec capteur magnétique

Comme je ne sais pas ce qu'est un capteur de niveau, ni comment m'en procurer facilement, je propose le montage suivant, fait à partir du capteur de roue d'un compteur de vitesse pour vélo. L'avantage de mon montage est de ne pas percer la chambre, ce qui diminue le risque de fuites du gaz.
Pour le capteur de niveau, on ne peut pas utiliser un contacteur classique, ou un interrupteur de niveau, comme celui de niveau de liquide de frein, car ils ne sont pas étanches (ne pas oublier que la chambre est sous pression), et il y a génération d'étincelles lors des coupures, dans un milieu chargé de gaz hautement inflammables.

Fonctionnement du capteur magnétique de vélo :
Lorsque ce capteur n'est pas soumis à un champ magnétique, il se comporte comme un interrupteur ouvert. Lorsqu'un aimant passe devant le capteur, le capteur devient conducteur et laisse passer le courant. Ce courant alimente la base du transistor, ce qui a pour effet de relier la pompe à la masse et donc de permettre son fonctionnement. Je précise que le fusible et l'interrupteur n°1 placé au tableau de bord ne sont pas les même que ceux du circuit de contrôle.

Fonctionnement et construction du capteur

Un aimant sera placé dans le réservoir sur un rail, tout contre la paroi pour être le plus près possible du capteur, collé de l'autre côté, à l'extérieur.
Une plaque vissée sur l'aimant fera office de flotteur, car sera collé sur cette petite plaque de plastique un objet qui flotte (morceau de mousse expansée, polystyrène expansé (prendre dans ce cas de la colle epoxy et pas le la colle scotch qui fait fondre le polystyrène)).
Lorsque le niveau descend, l'aimant se place devant le capteur, ce dernier devenant conducteur d'un faible courant : la pompe se met en route. La pompe, en remplissant la chambre, fait monter le niveau de l'eau, l'aimant remonte, le capteur ne conduit plus, la pompe s'arrête.
Le capteur sera monté à l'extérieur, avec de la colle epoxy. On le colle d'abord puis ensuite on place en fonction l'aimant et son guidage à l'intérieur. Ce capteur étant prévu pour les projections de boues des VTT, ainsi que de fortes vibrations, il n'aura pas besoin d'être protégé outre mesure.
Le flotteur sera réglable en hauteur, pour que lors des essais l'on puisse modifier la hauteur du niveau de l'eau dans la chambre (ce qui permet d'augmenter ou diminuer la réserve de gaz dans la partie haute de la chambre).

L'aimant à l'intérieur de la chambre possédera un blocage pour l'empêcher de descendre plus bas que le capteur (dans ce cas, le niveau de l'eau descend (pompe HS, fuite des canalisations d'eau, aimant descendu trop bas lors d'un virage et qui se retrouve coincé sous le capteur, etc.) alors que la LED du tableau de bord indique que le niveau est bon. Le risque est de dénuder le haut des armatures au bout d'un moment, et d'augmenter dangereusement la réserve de gaz).
De la même façon un blocage l'empêchera de monter trop haut pour que l'aimant ne sorte pas des rails.

Utilisation du circuit de régulation

Pour contrôler le fonctionnement de la pompe, on montera au tableau de bord une LED rouge qui s'allumera lorsque la pompe est en marche.
On montera à côté de cette LED rouge, une deuxième LED, verte, qui indiquera à quel moment le capteur est conducteur (niveau bas).
Ces deux LED devront donc fonctionner en même temps, sinon cela indiquera un problème de fonctionnement, nécessitant l'emploi de l'interupteur n°2 pour passer en mode manuel puis de l'interrupteur n°1 pour gérer manuellement le niveau de l'eau. On fera de même si ces LED ne s'allument plus ou au contraire restent allumées trop longtemps.
Les deux interrupteurs montés sur le tableau de bord servent à pallier à deux problèmes pouvant arriver :
- Si l'aimant se bloque lors de sa course ascendante, la pompe restera toujours activée, ce qui peut conduire à un remplissage du circuit de gaz, une fatigue de la pompe, etc... On pourra alors couper la pompe avec l'interrupteur n°1 si l'on s'aperçoit que la LED reste allumée trop longtemps.
- Si le capteur ne se déclenche plus ou que l'aimant se bloque dans sa course descendante (LED éteinte trop longtemps), le niveau de l'eau va baisser (haut des armatures découvert, augmentation réserve de gaz). Dans ce cas, on positionnera l'interrupteur n°2 en position manuelle, puis on régulera le remplissage grâce à l'interrupteur n°1.

Transistor 2N3055

Pompe

L'idéal serait de prendre une pompe de refoulement servant à alimenter les injecteurs essence, mais je ne sais pas si les matériaux à l'intérieur résisteront à l'eau, prévus pour l'essence. Cette pompe sera placée en bas du réservoir d'eau, car elle à un faible pouvoir d'aspiration. L'intérêt c'est que ces pompes font parties d'un bloc qui contient un clapet anti-retour en sortie, bien utile quand il y a 4 bars de l'autre côté.

J'ai quand à moi décidé, pour des raisons de coûts et de simplicité dans un premier temps, d'utiliser une pompe électrique de lave-glace.
Comme la pompe travaillera plus longtemps et plus souvent que l'usage pour lequel elle a été prévue (liquide lave-glace), et qu'avec le principe du niveau et les mouvements de l'eau en virage la pompe reçoit de petites impulsions d'allumage qui n'ont pas le temps d'enclencher le moteur, il faudra en prendra une de rechange au cas où elle tomberait en panne (membrane percée) ou chaufferait (moteur grillé).
Il ne faut pas oublier aussi que la pompe subie une contre pression équivalente aux pertes de charges en temps normal, et ici cette contre-pression monte à 4 bars (plus les pertes de charges).

La vanne une-voie (ou clapet anti-retour, c'est la même chose) évite que l'eau ne retourne dans le réservoir sous l'effet de la pression dans la chambre, lorsque la pompe n'est plus alimentée. Pour les pompes lave-glace, si celle-ci marche suivant le principe d'une membrane et de deux clapets, je pense que la vanne une-voie n'est plus nécessaire. Mais à ce moment-là il faut placer la pompe au niveau de la chambre, sans quoi tout le tuyau sera à la pression de 4 à 5 bars au lieu du 0 bar (relatif) pour lequel il est prévu.

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Construction du circuit de contrôle (CC)

Description du circuit électronique des plans d'origine

Voir le schéma-bloc fig. 3, et le dessin de principe fig. 4.

Le circuit de contrôle n'est rien d'autre qu'un simple hacheur, dont le principe est le suivant :
A l'aide d'un interrupteur, on interrompt pendant plus ou moins de temps l'alimentation d'un récepteur (par exemple un moteur). On ouvre puis on ferme le circuit à une fréquence très rapide, la période de découpage ou de hachage devant être très petite en regard de la constante mécanique du système, afin que le fonctionnement de celui-ci ne soit pas perturbé (le moteur aurait des variations de vitesse par exemple). Pour le cas des charges inductivezs (avec une bobine qui s'oppose au changement du courant, comme un moteur), il faut mettre en paralèle de la charge une diode de roue libre, qui lorsqu'on est en période de circuit ouvert (non alimenté par la batterie), doit permettre le passage du courant induit (comme le condensateur dans l'allumage classique qui permet le passage du courant induit par la bobine d'allumage lors de l'ouvertrure des vis platinés).

Le hacheur doit permettre de faire varier le rapport cyclique α du signal, afin que si α est élevé, la moyenne de la tension soit élevée aussi. Si ce rapport est bas, la moyenne est basse. Le hacheur permet donc de modifier la tension moyenne appliquée à la charge, ainsi que le courant. C'est ce principe que nous allons utiliser pour générer plsu ou moins de gaz, en modifiant le rapport cyclique.

L'interrupteur est constitué par un interrupteur de puissance (capable de faire passer des courants de 5 A, et de faible gain en amplification, ce qui n'est pas important car il doit travailler en commutation), qui est alimenté par un transistor de commande. Le but de ce dernier est de permettre une montée et une descente de la tension le plus droit possible, afin d'avoir un signal qui soit le plus carré possible. La commutation est alors dite rapide. Si ce n'est pas le cas, nos impulsions auront une forme arrondie, ce qui nuit à la précision de la commande du système, ainsi qu'a son rendement.

Liste des composants du circuit de contrôle

Résistances:
3 x 1 k
2 x 10 k
Potentiomètres :
2 x 2 k
1 x 20 k
1 x 100 k (position pédale)
Diodes :
1 x 1N4007
Condensateurs:
1 x .01 μF
1 x .1 μF
1 x 10 μF
1 x .03 μF
1 x 3300 pF
Circuits Intégrés (CI) :
1 x NE555
1 x LM 741 (en boitier de format dip 8)
3 x CD 4069 (????)
Divers:
1 x 4 dipswitch
1 x MOSFET IFR510TR3 (trouvé sous la référence IRF 510 en France), avec un radiateur aluminium (une simple plaque métallique percée peut suffire, voir la photo du montage). Il faudra veiller à isoler ce radiateur.
1 x MOSFET DRIVER TC4420CPA (très difficile à trouver en France, Voir chez JMB-Electronique à Gap (www.JMB-Electronique.com)). On peut le remplacer par 3 résistances de 2,7 k, 3 résistances de 10 k, et 2 transistors 2N 2221 ou 2222 (transistors NPN). Voir mon schéma perso ci-dessous.
1 LED

Ce schéma comporte un 555 monté en monostable (à chaque front descendant envoyé par l'oscillateur (train d'impulsions), il déclenche une impulsion de tension +12V et de durée déterminée. Cette durée dépend de :
- la valeur de la résistance R (ici une résistance variable de 2,5.10³ Ohms) et par la capacité C du condensateur (ici de 0,1.10^-6 Farad), selon la formule T (durée de l'impulsion) = 1,1*(R.C), avec R en Ohms et C en Farads.
- La tension sur l'entrée 5 du monostable, variant avec la position de l'accélérateur.

Ce montage est remarquable de par l'utilisation de la broche 5 du 555 (monostable à modulation de période ((pulse width modulator)), qui permet d'élargir ou de diminuer la durée de l'impulsion, ce qui nous permet de contrôler l'énergie envoyée aux électrodes, donc de faire varier le flux.

Modification du plan original

Principe du circuit (schéma-bloc) :

Fig. 6 : Schéma-bloc modifié du circuit de contrôle.

Le coeur de ce montage est donc le NE555, les autres parties du circuit ne sont là que pour lui envoyer des envoyer ou pour mettre en forme sa sortie. Voyons de plus près ce composant :

Le signal issu du 555 est inversé par rapport au signal qui va arriver aux armatures.
D'après les plans originaux :
L'impulsion électrique est décrite sous forme d'ampérage. Or, la forme du signal du courant est forcément inversée par rapport au signal en tension : quand la tension est à 12V, c'est que le transistor est coupé, donc pas de courant qui circule. Quand elle est à 0V, c'est que le transistor conduit et met la tension à ses bornes à zéro, ce qui fait que la tension arrivant à A2 est celle de la masse. Il y a un courant qui circule, dû à l'eau qui est conductrice.
Le rapport cyclique du courant dans l'armature A2 (donc A1 forcément) est le même que le rapport cyclique de la tension en sortie du 555. Pour ne pas mélanger le lecteur avec de fastidieuses précisions sur le rapport cyclique, celui-ci sera par rapport à l'évolution de la tension, et non du courant. Je me baserais donc maintenant sur le rapport cyclique en tension que l'on mesure en sortie du 555.
Plus on envoie du courant, plus le débit de gaz produit est élevé. Donc, un faible α aux armatures (α élevé en sortie du 555) correspond à la pleine charge de l'accélérateur.
La forme du signal en sortie du 555 est donc plus intuitive pour comprendre le fonctionnement :
α=10% en sortie du 555 => ralenti
α=90% en sortie du 555 => plein gaz
Plus la tension de commande sur la broche 5 du 555 est élevée, plus le circuit RC du 555 mettra du temps à l'atteindre, et plus l'impulsion sera donc large. On peut donc voir la variation de la puissance grâce à l'entrée 5 du 555, dont la tension est Vcontrole :
Vcontrole=1V => ralenti
Vcontrole=4V => plein gaz
Ces deux points du circuits seront donc à mesurer lors des essais, Vcontrole étant une façon simple (lecture d'une tension) pour estimer la quantité de gaz produite.
Si l'on utilise un milieu peu conducteur comme l'eau déminéralisée, l'établissement et la coupure de la tension de A2 (armature intérieure) va prendre plus de temps, ce qui va provoquer une impulsion en forme de triangle, cette impulsion diminuant d'amplitude au fur et à mesure que le rapport cyclique diminue. De plus, le rapport cyclique est ainsi modifié entre le signal vers A2 et la sortie du 555.
On peut estimer par calcul l'intensité qui va passer en fonction du rapport cyclique en tension α du 555 (c'est le rapport cyclique inverse de celui en tension de l'armature A2, le courant évoluant à l'inverse de la tension mesurée au drain du transistor de puissance T3), car Imoy= α555.Imax. Imax est trouvé tout simplement en mettant directement A2 à la masse, et en mesurant le courant de l'électrolyse ainsi produite. On peut aussi estimer le débit de gaz fourni par cette électrolyse, et le comparer à celui obtenu par la vibrolyse. On s'aperçoit que le débit de la vibrolyse est bien plus élevé (mes premiers essais ont montrés un rapport de 2) et le courant bien plus faible (dans certains cas extrêmes la consommation de courant est de l'ordre de 30 mA, soit la consommation du circuit seul).
Pour résumer les différents points de fonctionnement :
ralenti => Vcontrôle=1V, α du 555 = 10%, α de A2 = 90%, moy= α555 . Imax=0,1.Imax
plein gaz => Vcontrôle=4V, α du 555 = 90%, α de A2 = 10%, moy= α555 . Imax=0,9.Imax

Je suis désolé, mais je n'ai absolument rien compris aux explications des plans initiaux qui disent que les impulsions de A2 doivent être "riches" aux plein gaz. Est-ce qu'il s'agit d'impulsion en courant ou en tension?
Apparemment, je dois être plus bouché que la moyenne. Je vous donne donc la façon dont moi j'ai compris le système, à vous de me dire ensuite où je me suis trompé (si c'est le cas).

Comme il est impossible avec les plans initiaux de descendre en-dessous d'un rapport cyclique de 50% en sortie du 555, j'ai rajouté un condo et une résistance de 27 kOhm pour n'obtenir que de brefs passages à l'état bas. En effet le CD4069 envoyant un rapport cyclique de 50%, cela veut dire que on ne peut couper la sortie 3 du 555 tant que son entrée 2 est à l'état bas. Voilà pourquoi on ne peut à l'origine descendre en dessous de rapport cyclique = 50%. Cette modif ayant été rajoutée sur le tard, ceci explique l'aspect bricolage à la va vite, et que les composants ne soient pas cablés sur la platine. Finalement je ne les ai pas mis, mais il faudra le faire un jour. j'ai mis dans une petite boîte cylindrique transparente la résistance de 33kohm (orange-orange-orange)et le condo céramique bleu hautes fréquences (102)

Le meilleur rendement de conversion se situera vers les 90% de rapport cyclique au 555 (donc à plein gaz).

Schéma de principe :

On peut remarquer les condos de filtrage (ceux de 0,1 μF), ainsi que le condo de filtrage principal pour tout le circuit (10μF).
Ces condos deviennent inutiles si l'on place en entrée du circuit un régulateur de tension 7809 ou 7810, qui est impératif sinon la fréquence va osciller avec les ondulations du circuit électrique.
La diode en sortie de l'IRF510 est une diode de roue libre, nécessaire quand on contrôle une charge ayant un caractère inductif (bobine qui à la coupure tend à générer un courant quand même) comme un moteur par exemple. Ici, comme la charge est de nature résistive (électrolyse = passage d'un courant) et capacitive (le couple d'armatures se comportant comme un condensateur), je ne vois pas bien l'utilité de cette diode. Dans le brevet de Chamber, il est dit qu'elle est là "au cas où" une fem induite serait générée dans la chambre.

Voici le montage que je propose (10 cm de long sur 2 cm de large), vu du côté composant :

Ici, les fils rouges auront une section de 2mm².

Pour le montage, on veillera avant de couper les pistes pour l'interrupteur DIP que les condensateurs utilisés aient un brochage de 2,54 mm, sinon il faudra reculer la position de l'interrupteur DIP.

Reste à rajouter à ces plans le montage d'une temporisation (voir chapitre 4).

Pour vous faciliter la vérification du montage, voici le montage vu côté cuivre, pour vérifier les coupure à effectuer (à gauche, le côté où se trouve l'IRF 510) :

Capteur d'ouverture des gaz

Si votre voiture dispose déjà d'un capteur de position pédale ou papillon (cas des voitures à injection), vous pouvez récupérer le signal à partir du capteur lui-même ou de la connection au boîtier de contrôle du véhicule.

Pour les voitures sans capteurs (à carburateur), on peut utiliser un potentiomètre POT relié à la pédale d'accélérateur ou au papillon du carbu (dans ce cas-là, vérifier que le potard peut supporter les températures de l'habitacle moteur). Le problème des potentiomètres c'est qu'ils ne sont pas top précis, les données obtenues dépendent de la chaleur, et leur usure rapide suite au frottement ne fait aucun doute. C'est pourquoi je préconiserais l'emploi d'un codeur optique, qui remédie à tous ces problèmes, pour une consommation électrique moindre. Attention à le monter de façon stable et sûre, il ne faut pas qu'il puisse tomber de son support, bloqué en position plein gaz alors que vous voulez freiner!

Le signal issu du capteur ouverture des gaz est une entrée du circuit de contrôle, c'est le contrôle principal (niveau d'accélération = largeur d'impulsion = débit de vapeur).
Au ralenti, la tension récupérée en entrée du LM741 doit être de 1 V. Le LM741, ampli Op, ne va pas prélever de courant sur le pont diviseur dans lequel s'insère le potentiomètre pédale. Le courant dans ce circuit est de 0,4 mA, et ne sert qu'à donner une tension pour commander la largeur des impulsions. On pourrait remplacer ce circuit par un régulateur de tension (4 V) aux bornes duquel on branche un potentiomètre de 1k, et l'on se branche sur sa patte centrale (idée de Jeannot, du site moteuraeau.com).
Le déplacement angulaire de la pédale ne varie pas beaucoup (moins d'un quart de tour sur la deuche). Or, les potards du commerce sont réglables sur presque un tour. La différence de tension que l'on obtient avec 1/4 de tour est donc insuffisante, le but du 741 est d'amplifier cette différence, l'amplification étant réglable avec le potard de réglage d'accélérateur, afin que sur la faible course du potard des gaz on arrive à obtenir la plage de 1 V à 4 V.
Le LM741 fourni donc à la broche 5 du NE555 une tension de 1V au ralenti, et de 4V à la pleine charge. Cette tension de seuil déterminera le temps pendant lequel le NE555 va émettre une impulsion (plus elle est haute, plus la tension du condensateur mettra du temps à l'atteindre). La tension fournie par l'accélérateur permet donc de régler la largeur de l'impulsion (rapport cyclique α).
Une tension de 4 V doit pouvoir générer des signaux carrés aux armatures de rapport cyclique 90%, et une tension d'1 V doit permettre un rapport cyclique de 10%.
Dans ce circuit, vous réglez simplement la fréquence qui effectue la meilleure conversion en vapeur. Retourner ensuite aux spécifications pour vous assurer de connecter la bonne broche d'un CI au bon fil, pour contrôler la fréquence et la largeur d'impulsion. Vous pouvez utiliser les mêmes supports pour essayer différentes valeurs de composants discrets.

Réglage du circuit de contrôle

Une fois la fréquence obtenue :
Mettre le potentiomètre de pédale sur sa valeur de résistance maximale (pédale enfoncée à fond), afin d'obtenir la tension la plus élevée possible en entrée du LM741. Avec le potentiomètre de 20 k de réglage, qui fait la boucle de contre-réaction du LM741, régler afin que la tension en entrée du NE555 (broche 5) soit de 4V. Vérifier ensuite que lorsque la pédale est relâchée, la tension sur la broche 5 du 555 soit d'environ 1 V.
Pédale enfoncée à fond, régler la sortie du NE555 (broche 3) à l'aide du potentiomètre 2,5 k de réglage de la largeur des impulsions, afin que le rapport cyclique soit de 90 %.

Il faut s'assurer que le rapport cyclique au 555 de 10% donne un ralenti stable et pas trop élevé (se référer aux instructions du constructeur de la voiture, dans le livret d'entretien ou dans la revue technique), et que le rapport cyclique de 90 % permet la pleine puissance.

Les plans initiaux disent qu'il faut régler le circuit pour adapter les 10% de α555 au régime de ralenti, et les 90% au régime plein gaz sans générer trop de vapeur qui ferait actionner la soupape de sécurité de la chambre.
D'après ce que j'ai compris, on trouve la fréquence optimale, puis l'on fait varier le rendement avec l'accélérateur en diminuant ou agmentant le rapport cyclique.
Si on modifie la fréquence on modifie aussi le rendement, donc peut-être ils impliquent de sortir de la fréquence optimale si à 90% on génère trop de vapeur, ou de mettre le rapport cyclique max que l'on puisse atteindre pied au plancher à 80% par exemple au lieu de 90%, afin de diminuer le rendement.
C'est ce qui se passe si le système a été surdimensionné lors de la construction, et que l'on veut l'utiliser avec un moteur plus petit.
Ce qui me gène là-dedans c'est le fait de se décaler par rapport au fonctionnement de meilleure efficacité pour ne pas se faire chier.
Je préfère pour ma part me faire, en réglant la plage de fonctionnement à partir d'un système bien dimensionné, c'est à dire avoir une surface de réaction des armatures correspondant au débit max que l'on désire.
Pour résumer, mon point de vue c'est :
- obtenir le plus fort dégagement possible en trouvant la bonne fréquence.
- Obtenir une distance interarmature idéale de 1mm.
- enlever ou rajouter des couples d'armatures pour adapter la surface au débit max.
- Augmenter la tension aux armatures en dernier recours.

Augmentation de puissance

Je vous met en garde ici contre la tentation légitime de donner plus de puissance que d'origine à votre moteur. Non seulement cela est dangereux, mais en plus cela va détruire le moteur et les organes de transmission, ceux-ci étant prévus pour une puissance moindre et se tordraient sous l'effort. Attention notamment aux pieds au plancher lors des bas régime sur les rapports élevés (comme enfoncer l'accélérateur en quatrième à 30 km/h) : Avec le pétrole, le couple est très faible pour les bas régimes (à cause de la mauvaise combustion, du manque de remplissage, etc.), les motoristes en tiennent compte et savent donc que les efforts encaissés ne seront pas violents (c'est comme si vous étiez en vélo sur le plus petit plateau et que vous vouliez démarrer très vite : Si vous vous faites une piqure dopante, vous pourrez forcer beaucoup plus, tellement que la chaîne casserait). Les motoristes font alors des moteurs moins solides, mais largement suffisant pour un fonctionnement à l'essence.
Quand vous fonctionnez à l'hydrogène, vous vous retrouvez avec des cylindres bien trop grand pour la puissance de ce carburant (les 0,600 litre du flat-twin deviennent soudain l'équivalent d'un moteur de 2 litres!)
Donc, prenez garde au fait que la courbe de couple est plus remplie qu'avec l'essence, et que la puissance est instantanée. Pour les deuches, il faudrait monter au moins un vilbrequin de visa, au mieux le bloc-moteur avec ses trois paliers, pour supporter des efforts plus importants.

Temporisation de l'alimentation

Je vous propose de construire cette temporisation de toutes pièces.
Comme la temporisation doit couper l'alimentation aussi longtemps que le contact est mis, on écarte d'emblée la solution du NE555.
Pour la phase de démarrage (attente que la pression monte dans la chambre alors que le moteur est à l'arrêt), on court-circuite cette temporisation en installant un contacteur (comme le bouton testeur de frein), qui revient à sa place s'il n'est pas actionné (voir mon plan perso ci-dessus).
Ce contacteur pourra avoir plusieurs étages, afin par exemple de couper l'alimentation de la bobine le temps que l'on appui sur le bouton.
Sur le plan perso, la temporisation et son contacteur de court-circuit sont avant la masse, mais on peut très bien les mettre du côté + de l'alimentation du CC.

Différents montages suivant le type d'allumage

Je prendrais le cas où l'allumage de la deuche est d'origine, et celui où il est transistoré. Dans un allumage transistoré, le courant de la bobine est coupé par un circuit électronique, et ce transistor s'ouvre ou se ferme en fonction de l'information envoyée par les rupteurs d'origine. Les rupteurs reçoivent un courant beaucoup plus faible qu'a l'origine (6V pour un Velleman), alors que le signal prélevé sur le - bobine est parasité par de violentes surtensions.
Dans le cas d'un allumage transistoré, ce n'est pas sur le - bobine que nous allons prélever le signal mais sur le fil allant au rupteur.
Dans le cas d'un allumage normal, il faudra prélever le signal sur le - bobine (qui est relié au rupteur), donc rajouter une diode zéner de 16V pour préserver le montage des surtensions.
Pour résumer, dans les deux cas notre fil "rup" sera relié au fil du rupteur, mais dans le cas de l'allumage d'origine la tension sera de 12V, alors qu'elle est de 6 V dans le cas d'un Velleman. Les seules différences dans le circuit seront des tensions de seuils différentes, donc R1, R2 et R3 de valeurs différentes.
Si vous ne savez pas comment marche votre allumage électronique, et quelle est sa tension aux rupteurs ou aux capteurs, ne vous embêtez pas, on se branche sur le - bobine, ça marche pour tous types d'allumage.

Principe du circuit

Explication du fonctionnement

R1, R2 et R3 sont montés en pont diviseur et servent donc à définir deux tensions de seuils, Vseuil1 (environ 11V pour allumage à rupteur, 5,5V pour un Velleman)  et Vseuil2 (environ 0,8V), selon les formules de pont diviseur suivantes :
Vseuil1=[(R2+R3)*U] / (R1+R2+R3) et Vseuil2=(R3*U) / (R1+R2+R3).
Avec U la tension appliquée (+12VDC à l'arrêt moteur et +14VDC lorsqu'il marche).
Le condensateur C2 et la résistance R4 sont monté en circuit RC :  La tension Vref est celle aux bornes de C2. La résistance sert à limiter le courant de charge du condensateur, ainsi plus R4 est élevée, plus l'intensité du courant de charge est faible, et plus il faudra de temps pour charger C2. La tension aux bornes de C2 évolue de 0 à 12V (6V pour un allumage transistoré Velleman) en fonction de son remplissage. Cette évolution dépend de la constante de temps te du circuit, constante étant donnée par la formule te = R.C, soit te = 0,47 s pour C2 = 4,7 μF et R4 = 100 kΩ.
Vref atteint 63 % de 12V pour une durée de te, et 95 % de 12V pour une durée de 4 fois te, soit 1,8 secondes.
Vref n'atteindra jamais cette valeur, car le circuit RC est alimenté par le rupteur d'allumage, c'est à dire par un signal carré (encore lui) de rapport cyclique 40%. Ce signal est à l'état haut (12V) lorsque le rupteur est ouvert, et à l'état bas (0V) lorsque le rupteur est fermé.
La borne "rup" du montage est alimenté par le signal du rupteur, signal dont la fréquence varie de 0 à 120 Hz. A chaque tour du moteur, le courant dans la bobine est coupé pendant un très bref instant, ce qui provoque le fait que la borne rup, au lieu d'être mise à la masse, est portée brièvement à 12V, comme montré par la forme du signal sur la figure suivante. Le rapport cyclique du signal "rup" est l'inverse du rapport de Dwell de la bobine (Dwell de 60% pour une 2CV6, soit un rapport cyclique à la borne "rup" de 40%).
Voici l'évolution du signal Vref dans le temps :

Vref oscille autour de 2-3 V, fonction du régime moteur. Au démarrage, le régime du moteur est faible, donc les impulsions dure plus de temps, ce qui permet de charger le condensateur à une tension de référence (Vref).

On s'arrangera pour prendre les tensions de seuil le plus près possible des extrémités de l'évolution de Vref (soit entre 0 V et 12V (6V pour un Velleman)). La temporisation sera alors de 2 fois te.
Ce montage est un comparateur à fenêtre, les AOP ne conduiront pas tant que Vref restera entre les deux tensions de seuil, le CC sera donc alimenté.

Schéma de principe

La DZ de 16V n'est à monter que dans le cas d'un branchement sur le - bobine.

Pour un branchement sur le - bobine (cas d'un allumage à rupteur d'origine), on prendra R1=10kΩ, R2=100kΩ, R3=10kΩ pour avoir les tensions de seuil de 11V et 0,8V. Ces valeurs peuvent être modifiées selon les résistances que vous possédez déjà, à vous de vous assurer que les formules données dans les explications du schéma de principe sont respectées.

Pour un Velleman, les tensions de seuils sont 5,5V et 0,8V, on pourra prendre par exemple R1=100kΩ, R2=82kΩ, R3=5,6kΩ .

Dans les 2 cas (la constante de temps ne dépendant pas de la tension),  R4 sera aux alentours de 100kΩ, dépendant de la capacité réelle du condensateur et du temps que l'on veut.

Ce schéma fait appel au CI LM324, qui possède 4 AOP sur le même CI.
Voici un schéma de principe de l'intérieur de ce CI, avec ses quatres AOP notés de 1 à 4 :

Les AOP n°1 et n°4 de l'étage supérieur du LM324 sont montés en comparateur, et reste à l'état bas en sortie si la tension reste entre 1V et 5,5V à peu près. Cela signifie que le moteur est en marche et que l'impulsion fournie par le rupteur ouvert alimente de temps à autre le condensateur C2.
L'AOP n°2 est monté en comparateur de tension, et sert à ne pas prélever de courant sur le circuit d'allumage, ce qui pourrait perturber le fonctionnement des allumages électroniques.
Le condensateur C1 sert de condensateur de filtrage.
Le condensateur C2 est reliée au rupteur d'allumage, il se charge donc lorsque le rupteur est ouvert (tension de 14V), et se décharge lorsqu'il est fermé (0V, le rupteur faisant office de mise à la masse). Il n'a pas le temps de se charger jusqu'a la valeur de la tension de référence, ce qui fait que l'AOP ne commute pas et le transistor 2N2222 ne conduisantt pas le courant, le relais n'est pas alimenté.
Si le moteur s'arrête, nous avons deux cas possibles :
1/ Le moteur s'arrête alors que le rupteur est fermé : Le condensateur se charge jusqu'a ce que sa tension dépasse 11V, l'AOP commute et alimente la base du 2N2222, le relais s'ouvre et le circuit de contrôle n'est plus alimenté, la génération d'hydrogène s'arrête.
2/ Le moteur s'arrête lorsque le rupteur est ouvert (cas le moins probable) : Le condensateur se décharge, l'AOP 4 commute à l'état et provoque l'ouverture du circuit de contrôle, là aussi la génération d'hydrogène est stoppée.

Si lors de l'accident le cable relié au rupteur est arraché, le montage en suiveur de tension de l'AOP 2 permet de décharger le condensateur C2 et de stopper aussi le CC.

Le montage du relais est le suivant : Lorsque la bobine du relais (entre les bornes 1 et 2 de celui-ci, se référer au dessin de mon schéma et à celui marqué sur votre relais si sur celui-ci les numéros des bornes ne sont pas les mêmes) n'est pas alimentée, le circuit de contrôle C.C. est bien alimenté. Si le moteur s'arrête, le circuit de temporisation va alimenter la bobine du relais, qui va déplacer l'interrupteur entre l'entrée 3 du relais et les sorties 4 et 5, et la borne 3 du relais ne sera plus reliée à la borne 4 mais à la borne 5 (qui dans notre montage n'est reliée à rien). Le C.C. n'est donc plus alimenté.
Normalement, on ne monte pas un relais de cette manière, car en cas de coupure d'alimentation, le circuit de temporisation ne permet plus de couper le circuit. Mais ici, comme l'alimentation de la temporisation est celle du CC, il n'y a pas de problèmes car à ce moment là le CC est lui aussi arrêté et ne peut plus générer de l'hydrogène. Monter l'alimentation du CC sur la borne 4 du relais permet ainsi d'éviter d'avoir tout le temps de fonctionnement un courant d'alimentation de la bobine du relais (ce courant étant relativement important, entre 150 et 200 mA).

Schéma de montage sur plaquette d'essai

Les fils en bleu sont traversés par de très faibles courants, ce sont donc des fils de faible section.
Les fils en violet sont traversés par un courant moyen (200 mA max), donc de section de 0,5 mm² suffit. Les fils en rouge transportent l'ampérage allant aux armatures (5 à 10A), ils sont donc de section de 2 mm².
Le fil de liaison entre R1 et R2 peut être monté du côté cuivre, afin de pouvoir retirer facilement le LM324 qui sera monté sur un support DIP14. La liaison entre les broches 6 et 7 du LM324 se feront avec un pont de soudure d'étain du côté cuivre.
Pour le relais, bien respecter la borne 1 reliée au +12V.

Liste des composants

- Cas de l'allumage à rupteur : R1 = 10kΩ, R2 = 100kΩ, R3 = 10kΩ
- Cas de l'allumage Velleman : R1 = 100kΩ, R2 = 82kΩ, R3 = 5,6kΩ
- Résistances : R4 = 100kΩ, 1 résistance de 1kΩ
- 1 condensateur céramique 0,1 μF.
- 1 condensateur électrolytique 4,7 μF/400V (Attention à la polarité!).
- 3 diodes 1N4007
- 1 transistor 2N2222
- 1 circuit intégré LM324
- 1 relais (12V, 25 A min) possédant 5 bornes (faire bien attention à la présence de la 5 borne au milieu, la plupart des relais pour l'auto trouvés dans les supermarchés n'en comportent pas).

Branchement des différents montages

à suivre...