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Histoire de la boîte automatique conventionnelle



par François Dovat

L’origine des trains planétaires se perd dans la nuit des temps. Les Grecs connaissaient les engrenages et on ne voit pas de raison qui les aurait empêchés de découvrir ce type de montage. Un mécanisme en bronze incrusté de corail apparemment destiné à modéliser le mouvement des planètes fut repêché près de l’île d’Antikythera en 1901 ; il été daté de 80 environ avant J. C. et il semble certain qu’il comprenait des engrenages épicycloïdaux.

Figure 1: Modèle du mécanisme planétaire d'Antikythera

En 1878, un brevet fut pris par Scott & Philott pour des changements de vitesses de ce type destinés à des cycles, sur lesquels ils sont aujourd’hui encore utilisés dans les moyeux de roue. Auparavant, en 1827, le mécanicien Onésiphore Pecqueur avait inventé le différentiel, qui n’est rien d’autre qu’un train planétaire à pignons coniques.

De tels pignons ont d’ailleurs été utilisés pour obtenir 4 rapports et marche arrière dans la boîte automatique à convertisseur d’Automotive Products montée sur les fameuses Mini de la BMC. Benz équipa une voiturette d’une boîte épicycloïdale en 1893. En 1902, les Cadillac possédaient une boîte planétaire à 2 vitesses dont les rapports étaient de 3, 1 (prise directe) et 3 en marche arrière. A partir de 1903 les Ford A, suivies du modèle T en 1908, comportaient, elles aussi, une telle transmission. La boîte présélective Wilson des Daimler et Talbot apparue en 1928 procurait 4 rapports avant, de même que la Cotal française de 1934 montée sur les Delage et Delahaye. Cette dernière autorisait des changements de rapports sous charge et elle était commandée par un petit commutateur qui dirigeait le courant vers les freins et embrayages électro-magnétiques des trains planétaires. Ces boîtes à vitesses disparurent vers 1954-55 avec les marques qui les utilisaient.

En 1939, GM sortit la version initiale de l’Hydramatic qui fut la première transmission véritablement automatique construite en grande série. De 1942 à 1945, toute sa production fut destinée à des chars d’assaut et autres engins militaires. Ses 4 vitesses étaient obtenues par deux trains épicycloïdaux simples (plus un de marche arrière) en série derrière un embrayage (ou coupleur) hydraulique. Cet organe est un convertisseur de couple sans stator, de sorte qu’il ne multiplie pas le couple ; il permet néanmoins de démarrer simplement en accroissant la charge et le régime du moteur thermique et il absorbe tout aussi bien les vibrations de torsion que les chocs lors des changements de rapports. Son invention, vers 1920, est postérieure à celle du convertisseur de couple et elle est due à l’ingénieur Bauer, qui cherchait alors un type d’embrayage capable de démarrer des camions ou des locomotives sans usure ni échauffement tout en présentant un meilleur rendement que les convertisseurs.

Le premier convertisseur hydrodynamique de couple fut brevetée en tant que réducteur pour arbre d’hélice en 1904 et réalisée en 1908 par l’ingénieur Hermann Föttinger. A partir de 1934 les bus de Londres, puis de New York (1937), furent équipés de convertisseurs Leyland et GM à réacteur monté sur roue libre et qui étaient basés sur des recherches effectuées notamment à l’Ecole Polytechnique de Karlsruhe et sur des brevets de Hans Kluge (1929, 1932), Allan Coats (1930) et Sensaud de Lavaud (1932). La révolutionnaire Traction Citroën, la « 7 », présentée elle aussi en 1934, devait être équipée d’une transmission Sensaud de Lavaud à convertisseur nommée La turbine. Mais ce fut un échec total et elle ne put être mise au point, si bien que le bureau d’études, travaillant dit-on jour et nuit grâce à trois équipes, dut concevoir en catastrophe une boîte mécanique. Ce ne sera qu’en 1948 que Buick produira des convertisseurs automobile en grande série pour sa transmission Dynaflow disponible en option et dont l’architecture sera reprise pour quasiment toutes les transmissions automatiques ultérieures.

La Dynaflow comportait un réacteur en 3 parties dont les roues libres se libéraient successivement. Ainsi la multiplication du couple atteignait 2,24 conjointement avec un rendement estimé satisfaisant sur une large plage de conditions de fonctionnement. La boîte à train planétaire Ravigneaux n’était adjointe que pour la marche arrière et un rapport lent destiné à des circonstances exceptionnelles. Si la douceur et la progressivité étaient inégalables, le démarrage était mou et l’huile du convertisseur tendait à surchauffer dans les longues côtes ; la consommation était majorée.

Figure 2: Chevrolet Powerglide

La Powerglide de Chevrolet apparut en 1950 en tant que version simplifiée de la Dynaflow mais elle reçut des critiques semblables, aussi Chevrolet en produisit dès 1953 une variante qui démarrait automatiquement sur le rapport court et qui comportait un convertisseur plus gros à un seul stator. Les différentes versions de cette Powerglide eurent une longue vie ; l’une d’elles, dérivée de celle montée sur les Chevrolet Corvair à moteur arrière, remporta même les 12 heures de Sebring en 1965 avec Jim Hall et « Hap » Sharp au volant de leur Chaparral. Cette année là, la voiture accumula 16 victoires en 21 courses. Les saisons suivantes, les Chaparral automatiques conçues par le brillant ingénieur et pilote Hall renouèrent avec la victoire, notamment aux 1000 km du Nurburgring 1966 avec Phil Hill et Joakim Bonnier ainsi qu’aux 500 Miles de Brands Hatch 1967 grâce à Hill et Mike Spence.

Figure 3: Phil Hill, Chaparral 2F , Monza 1967

Auparavant Buick avait perfectionné sa transmission en revenant aussi au stator mono-étage, mais en divisant la turbine, dont les deux parties furent connectées à l’intérieur du convertisseur par un petit train épicycloïdal dont le planétaire était lié au réacteur et la couronne à la 1ère turbine… ainsi celle-ci entraînait le porte-satellite solidaire à la fois de l’arbre secondaire et de la 2e turbine avec démultiplication aux vitesses lentes. La multiplication du couple par le seul convertisseur de la Twin Turbine Dynaflow atteignait la valeur remarquable – en technique automobile – de 3,4.

Non content, Buick présenta sur ses modèles 1958 un véritable chef d’œuvre d’ingéniosité et de technologie qui, aujourd’hui encore, laisse béats d’admiration les ingénieurs spécialisés : la Fligth Pitch Dynaflow. Ses 3 turbines étaient chacune reliées par des arbres concentriques à différents éléments des deux trains planétaires, en sorte que la démultiplication dépendait des vitesses relatives des 3 turbines. Qui plus est, l’incidence des aubes du réacteur était variable et le convertisseur pouvait fonctionner comme ralentisseur à turbulence. Le résultat était une vraie merveille de douceur capable de multiplier le couple en continu entre 4,75 et 1 (ou 4,2 – 1 pour la version adoptée par Chevrolet sous le nom de Turboglide). Une usine flambant neuve fut équipée pour sa production. En 1962, la merveille était abandonnée : sa commercialisation avait été un échec car beaucoup d’acheteurs potentiels, désormais habitués à sentir les changements de rapports automatiques, croyaient qu’elle ne fonctionnait pas… malgré le fait qu’une Chevrolet Impala de 1930 kg équipée de cette transmission et d’un pont de 3.08 derrière un poussif V8 « 348 » de 253 ch bruts nécessitait un pied léger afin de ne pas voir ses pneus arrière transformés en fumée au démarrage pour atteindre 160 km/h en 28 sec ! C'est un problème sur lequel ont buté tous les variateurs progressifs. Peut-être aussi manquait-il à la Turboglide un embrayage de pontage permettant de supprimer tout glissement et d’obtenir ainsi un rendement concurrentiel

Figure 4 : Borg-Warner ( Ford et Studebaker, 1950)

Dès 1949, Borg-Warner ainsi que Packard avec l’Ultramatic, avaient, eux, monté un tel embrayage (dit de Lock-Up) devant le convertisseur de leurs boites automatiques planétaires à 3 rapports. Le premier à avoir concrétisé cette idée avait été un collaborateur de Föttinger nommé Reiseler, en 1927. On ne comprend guère pourquoi cette solution, relativement simple mais particulièrement efficace, fut abandonnée vers 1956. Elle ne fut reprise par Chrysler qu’en 1978 sur les excellentes Torqueflite, puis par Ford avec l’Automatic Overdrive à 4 rapports présentée en 1980 après 14 ans d’études. GM suivit en 1981 et actuellement toutes les transmissions à convertisseur pour automobiles sont dotées d’un embrayage de pontage, intégré soit dans l’enveloppe du convertisseur, soit dans la boite épicycloïdale associée.

Comme les convertisseurs Brockhouse, Leyland et GM installés dans les bus d’avant guerre s’étaient montrés fiables, le gouvernement américain avait décidé en 1935 de financer le développement des transmissions hydrauliques de puissance, notamment pour les chars d’assaut. Un gigantesque programme de recherche fut dès lors lancé avec la collaboration d’ingénieurs et de chercheurs émigrés d’Europe. Avec la guerre, les outillages de production en masse apparurent et se perfectionnèrent cependant que la maîtrise des formes des aubes, du refroidissement, de l’étanchéité et de la qualité du fluide utilisé progressaient à pas de géant. Le convertisseur de la première Dynaflow est dérivé d’un modèle utilisé sur les chars M 18 et M 26, grâce au développement duquel la General Motors avait acquis une expérience technologique considérable. La disponibilité des équipements de production en grande série après la guerre fut certainement elle aussi un facteur qui contribua puissamment à la diffusion des transmissions automatiques Outre-Atlantique.

Plusieurs constructeurs, dont Chrysler (Prest-o-matic, Hy-Drive), Renault (Transfluide), Citroën, Simca, ZF (Transmatic pour poids-lourds), Scania-Vabis et Volvo (poids-lourds également) ont monté le convertisseur devant un embrayage conventionnel et une boîte synchronisée à baladeurs, le tout étant commandé par le conducteur. Il était ainsi possible de conduire une voiture en ne changeant de vitesse que lors de circonstances assez rares telles que fortes rampes ou manœuvres. Cependant il est extrêmement difficile pour un conducteur, même expert, de savoir quel est le rapport à choisir pour que le groupe moteur-convertisseur soit exploité dans sa zone de meilleur rendement. De plus s'il reste sur le rapport supérieur dans une longue côte, laissant le convertisseur effectuer seul la multiplication du couple, la surchauffe du fluide est assurée. Cette solution fut donc abandonnée, excepté pour les poids-lourds.

(© François Dovat)
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Idée & conception © 1999-2011 van Damme Stéphane.


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