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La boîte automatique



par François Dovat

Une boîte automatique conventionnelle ne comporte pas d'embrayage, mais plutôt un convertisseur hydrodynamique de couple.

Ce convertisseur, dit aussi hydrocinétique, est généralement installé entre le moteur thermique et une boîte à vitesses planétaire à plusieurs rapports – plus marche arrière – enclenchables sous charge. C'est un organe torique et concentrique rempli d’huile hydraulique et dont le tore est divisé en trois parties : une pompe, une turbine et un réacteur ou stator. La pompe (1), mise en rotation par le vilebrequin (4), centrifuge l’huile contre les aubes de la turbine (3). Comme celle ci tourne moins vite que la pompe et en raison de l’inclinaison des aubes, le flux d’huile retourne à la pompe en passant par le réacteur ou stator (2) – connecté au carter (7) – qui le redirige dans le sens de la rotation.

On obtient ainsi un variateur autorégulant capable de multiplier environ 2 fois le couple du moteur et dont les caractéristiques sont bien adaptées à la traction par roues, d’autant plus que cet organe filtre remarquablement les chocs et autres vibrations de torsion. Naturellement, le rendement de cette turbo-machinerie est bas, passant par un maximum d’environ 85% au point d’adaptation, lorsque le régime de la turbine est de l’ordre de la moitié de celle de la pompe. Mais si l’on monte le réacteur sur roue libre (5), il se met ensuite en rotation libre lorsque le rapport des vitesses atteint une certaine valeur (0,7 à 0,8). Dès lors ledit réacteur devient inactif et le convertisseur fonctionne en coupleur avec un rendement croissant jusqu’à 97% - 98% au régime nominal. On monte néanmoins un embrayage de pontage (lock-up) qui solidarise la pompe et la turbine lorsque le convertisseur n'est pas nécessaire. La pompe à huile est entraînée par le moteur (8).

Afin d'utiliser autant que possible le convertisseur dans sa plage de rendement la plus favorable, cet organe est secondé par une boîte à vitesses. Mais une véritable transmission automatique se doit de changer de rapports – si rapports il y a – sous charge, c’est à dire sans interruption de la force de traction.

Pour cela, elles sont généralement conçues autour d’une boîte à engrenages planétaires, dits aussi épicycloïdaux, dont les éléments en rotation (planétaire 1, porte satellites 3, couronne 4) peuvent être bloqués ou solidarisés au moyen d’embrayages et de freins multidisques (ou à bande directement sur la périphérie de la couronne). Leur commande automatique est confiée à une centrale hydraulique à tiroirs asservie à la position du sélecteur (P-R-N-D-2-1), à la charge du moteur et aux régimes de sortie et d’entrée, parfois conjointement avec une régulation centrifuge. Aujourd’hui, elle est pilotée électroniquement, ce qui permet d’ajuster plus finement les lois de changement de rapport et d’en prévoir plusieurs.

Les figures ci-contre montrent un train planétaire complexe de type Ravigneaux 1. Il permet jusqu'à 4 rapports plus une marche arrière. L’arbre planétaire primaire est en bleu (1), le secondaire en brun (2). Il y a deux trains de 3 satellites, en rose et en vert (4), le porte- satellites est en bleu clair (5) et la couronne solidaire de l’arbre de sortie porte le numéro 6. On voit sur le dessin de gauche un frein multidisques (D) d’immobilisation du porte-satellites, ainsi qu’un dispositif de blocage de la couronne (frein de parcage).

L’éclaté suivant montre ce train avec son groupe de contrôle dans une ZF 3 HP-12, boîtes montées sur les Peugeot 404 entre 1965 et 1975. Les transmissions modernes ne diffèrent guère. En 7 nous avons une roue libre anti-recul pour les départs en côte et en 8 une autre roue libre affectée à l’embrayage C qui permet de bloquer l’arbre planétaire secondaire. Les pistons hydrauliques de commande sont représentés en 9. Les embrayages A et B sont solidaires de l’arbre d’entrée E alors que le D bloque le porte-satellites (5), comme déjà vu sur les figures précédentes. Les parties non rotatives sont représentées en gris.

La tendance actuelle est de confier moins de travail au convertisseur et plus à la boîte planétaire qui lui est associée, car son rendement est meilleur. En plus de l’embrayage de pontage et de la multiplication du nombre de rapports ( jusqu’à 6, comme sur la nouvelle ZF 6 HP-26 et les boîtes automatiques pour poids-lourds ), on a parfois recours à la division de puissance. Elle consiste à ne faire transiter par le convertisseur qu’une partie du couple moteur, par exemple 40%, le reste étant transmis mécaniquement. On obtient ce résultat grâce à l’interposition d’un différentiel planétaire. Par exemple, en le disposant en entrée de la transmission, on accouple son porte-satellites au vilebrequin, sa couronne directement à la boîte épicycloïdale et son planétaire (pignon central) à la pompe du convertisseur. Cette dernière ne reçoit ainsi que la fraction du couple déterminée par les nombres respectifs de dents des différents éléments. Comme la turbine est solidaire de l’arbre d’entrée de la boîte, le couple qu’elle produit s’additionne à celui qui a été directement transmis.

Ainsi, au démarrage, toute la puissance du moteur passe par le convertisseur hydrodynamique puisque la couronne du différentiel est stoppée tant que le véhicule n’avance pas (on sait que la puissance est le produit du couple par le régime ; si l’une des deux composantes est nulle, la puissance le sera aussi). Puis, au fur et à mesure que le véhicule prend de la vitesse, la couronne se met progressivement en rotation et la puissance transmise directement augmente.

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


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