transmission (mécanique).

transmission (mécanique). 1 PRÉSENTATION transmission (mécanique) ensemble des organes -- boîte de vitesses, assemblage d'arbres, engrenages, et autres pièces -- qui transmettent la puissance aux roues d'un véhicule. La transmission permet au véhicule d'accélérer, en avant ou en arrière, ou de maintenir des vitesses de déplacement élevées -- tout en assurant au moteur un fonctionnement à régime efficace et à l'intérieur de limites déterminées de sécurité. Traditionnellement, la boîte de vitesses est placée directement derrière le moteur. Elle transmet la puissance du moteur à un arbre de transmission, qui entraîne l'essieu arrière, arbre sur lequel sont fixées les roues. Certains véhicules modernes possèdent un système transaxle où la boîte de vitesses est située au niveau de l'essieu arrière, procurant une meilleure répartition du poids. Les systèmes « transaxle « sont plus couramment utilisés sur les véhicules à roues avant motrices. Que la transmission soit conventionnelle ou de type transaxle, les engrenages et les autres pièces qui transmettent aux roues la puissance du moteur fonctionnent de la même manière. 2 TYPES DE TRANSMISSION Les transmissions existent sous deux formes : manuelle ou automatique. Une transmission manuelle est manoeuvrée par le conducteur, au moyen d'un levier de changement de vitesse et d'un embrayage. Le levier de changement de vitesse sélectionne un rapport de démultiplication déterminé : rapports inférieurs (première ou seconde) pour les faibles vitesses ou pour les charges élevées, rapports supérieurs (troisième, quatrième, cinquième) pour les vitesses stabilisées, et marche arrière pour reculer. L'embrayage déconnecte le moteur de la transmission pour permettre de changer de rapport. Une transmission automatique possède également plusieurs rapports de démultiplication avant et une marche arrière, mais le conducteur n'a pas besoin de manoeuvrer lui-même l'embrayage et le levier pour changer de rapport. La transmission change de rapport automatiquement pour adapter la puissance du moteur à la vitesse du véhicule et à l'effort demandé. 2.1 Caractéristiques de fonctionnement Les transmissions manuelles demandent au conducteur davantage de dextérité et d'attention que les transmissions automatiques. Le changement de rapport s'effectue à la main, et l'embrayage est commandé par une pédale. Les transmissions manuelles équipent environ la moitié des voitures neuves, en particulier les modèles économiques. Habituellement, les transmissions manuelles sont moins coûteuses à fabriquer ; cependant, on les trouve aussi bien sur certaines voitures coûteuses à hautes performances. Certains conducteurs préfèrent les transmissions manuelles pour le meilleur contrôle des changements de rapport et pour la sensation de pilotage plus physique qu'elles procurent. D'autres préfèrent l'automatisme, afin de ne pas avoir à se soucier des changements de rapport. 2.2 Fiabilité Il fut un temps où la complexité des transmissions automatiques les rendait moins attrayantes que les transmissions manuelles à embrayage. Cependant, leur fiabilité s'est suffisamment améliorée pour que de nombreux propriétaires de voiture en arrivent à préférer les transmissions automatiques. Les transmissions automatiques demandent simplement au conducteur de choisir entre marche avant, marche arrière, ou point mort (stationnement). Ensuite, c'est la transmission qui s'occupe de tous les changements de rapport, lesquels dépendent de la vitesse de déplacement, du degré d'accélération, et de l'effort sur le moteur. La plupart des transmissions automatiques permettent également au conducteur de sélectionner un rapport inférieur, empêchant la boîte de monter un rapport de façon intempestive. Ce dispositif est utile dans certaines conditions de conduite ; par exemple, quand on veut maintenir une vitesse de rotation élevée pour le moteur, tandis que le véhicule tire lentement un supplément de poids dans une côte. 2.3 Économie de carburant Dans le passé, les transmissions manuelles assuraient une meilleure économie de carburant que les transmissions automatiques. Avec les systèmes de gestion électronique du moteur et autres nouvelles technologies, les transmissions automatiques offrent maintenant une économie de carburant similaire à celle des transmissions manuelles. 3 TRANSMISSION MANUELLE La boîte de vitesses de type quatre rapports possède un logement en alliage d'aluminium, le carter de boîte, un arbre d'entrée entraîné par le moteur et un arbre de sortie qui transmet la puissance à l'essieu. À l'intérieur du carter de boîte, 11 pignons en acier de diverses tailles sont disposés sur des arbres. Les dents des différents pignons engrènent de conserve, permettant à un pignon d'entraîner l'autre. Certains des pignons sont disposés sur un troisième arbre, l'arbre auxiliaire. Le levier de changement de vitesse commande les fourchettes de sélection qui déplacent les pignons le long des arbres et les font engrener. Les pignons tournent dans un bain d'huile pour transmission, destinée à supporter les fortes charges. 3.1 Fonctionnement Le couple du vilebrequin est transmis par une liaison mécanique à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses (« moment des forces de rotation «). Un pignon fixé à l'extrémité de cet arbre d'entrée engrène avec un pignon de l'arbre auxiliaire, entraînant la rotation de ce dernier. Des pignons de différentes tailles, solidaires de l'arbre auxiliaire, entraînent d'autres pignons de l'arbre d'entrée ou de l'arbre de sortie. Le levier de changement de vitesse permet au conducteur de sélectionner différentes combinaisons d'engrenage pour déterminer la vitesse de rotation, et le couple, transmis à l'arbre de sortie. Du fait qu'ils sont reliés par des engrenages et par d'autres systèmes, la rotation de l'arbre de sortie entraîne l'arbre de transmission, les axes et les roues. 3.2 Rapports de boîte Chaque combinaison de pignons d'acier dans la boîte constitue un engrenage. Dans chaque engrenage, un pignon de grand diamètre engrène avec un pignon de plus petit diamètre. La différence de taille entre ces deux pignons détermine un rapport de boîte. La valeur du couple transmis à l'arbre de sortie est fonction de la valeur de ce rapport. Sur le rapport le plus bas (qu'on appelle habituellement « la première «), un petit pignon en entraîne un plus grand. Ce rapport de boîte fait que l'arbre de sortie tourne plus lentement que l'arbre d'entrée, mais avec un couple plus élevé. En troisième ou en quatrième, suivant la boîte, le système fait engrener deux pignons possédant le même nombre de dents, ne provoquant aucune modification du couple et de la vitesse. En surmultipliée, qu'on peut aussi appeler « cinquième «, suivant la boîte, un grand pignon en entraîne un plus petit. Ce rapport réduit le couple, mais il permet à l'arbre d'entrée de tourner plus lentement que l'arbre de sortie. La surmultipliée est utile quand la vitesse de déplacement est assez élevée et qu'il suffit d'une faible puissance pour la maintenir. En marche arrière, une combinaison spéciale de pignons permet à l'arbre de sortie de tourner en sens inverse de l'arbre d'entrée, ce qui fait reculer le véhicule. Les boîtes possèdent aussi une position « point mort «, dans laquelle aucun couple n'est transmis à l'arbre de sortie. 3.3 Synchronisation Les transmissions manuelles modernes sont complètement synchronisées, ce qui signifie qu'elles sont conçues de façon à ce que les pignons engrènent en douceur lors des changements de rapport. Cela est obtenu, soit en faisant tourner les pignons à la même vitesse avant de les engrener, soit en utilisant des engrenages en prise constante et en faisant appel à une sorte de sélecteur pour choisir le couple de pignons approprié. La synchronisation rend plus faciles les changements de rapport et allonge la durée de vie des dents des pignons. 3.4 Rapports multiples Pratiquement, toutes les boîtes manuelles modernes possèdent quatre ou cinq vitesses (en plus de la marche arrière) ; et certaines en ont davantage. Les gros camions nécessitent un nombre de rapports notablement plus élevé pour obtenir, selon les diverses conditions de conduite, la traction maximale à partir de la puissance du moteur. Beaucoup possèdent jusqu'à 20 vitesses avant et plusieurs rapports de marche arrière. 4 TRANSMISSION AUTOMATIQUE Une transmission automatique est essentiellement constituée d'une boîte de vitesses et d'un convertisseur de couple, lequel utilise un liquide pour transmettre à la boîte l'énergie du moteur. Une transmission automatique est conçue pour ajuster automatiquement sa démultiplication en fonction de la vitesse et de l'accélération du véhicule, d'une part, et de l'effort moteur, d'autre part. Les composants sont enclenchés ou déconnectés par des variations de la pression d'une huile spéciale, le liquide de transmission. Des capteurs, des modules de commande et des soupapes gèrent le flux du liquide de transmission. 4.1 Convertisseur de couple La puissance du moteur est transmise à la boîte de vitesses par un convertisseur de couple, que remplit le liquide de transmission. Le liquide transfère l'énergie d'une turbine à une autre, toutes deux étant situées à l'intérieur du convertisseur. L'une d'elles, la turbine motrice, est solidaire du moteur et tourne avec le vilebrequin. L'autre, la turbine réceptrice, qui fait face à la turbine motrice, est solidaire de l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses. Un autre dispositif, le stator, contribue à diriger le flux de liquide de la turbine motrice vers les aubes de la turbine réceptrice. Ainsi, quand la turbine motrice tourne, le stator renvoie le liquide vers les aubes de la turbine réceptrice, entraînant la rotation de la turbine réceptrice et de l'arbre d'entrée de boîte. Lors des accélérations, il existe un décalage entre la vitesse de rotation de la turbine motrice et celle de la turbine réceptrice, mais toutes deux finissent par tourner à la même vitesse. Quand la vitesse du véhicule augmente, le glissement diminue, tandis que la boîte monte ses rapports, en utilisant la pression fournie par la pompe du liquide de transmission pour adapter le rapport de démultiplication. 4.2 Convertisseurs verrouillables Parmi les plus récentes boîtes automatiques, beaucoup possèdent des systèmes de contrôle électronique associés à des convertisseurs de couple verrouillables, qui verrouillent les deux turbines, de sorte qu'il ne subsiste aucun glissement aux vitesses pratiquées sur autoroute. Il en résulte une économie de carburant. Cet équipement fait partie des systèmes modernes de gestion électronique des moteurs qui prennent en charge, non seulement les interactions entre le moteur et la transmission, mais aussi le fonctionnement interne du moteur, les émissions à l'échappement, et l'économie de carburant. 4.3 Boîte de vitesses d'une transmission automatique La boîte de vitesses d'une transmission automatique contient généralement deux trains d'engrenages planétaires. Chaque train est constitué d'un pignon central, de satellites qui tournent autour du pignon central et d'une couronne qui tourne autour des satellites. Chaque pignon tourillonne sur son propre axe quand il tourne autour du pignon central. En rendant solidaires de différentes façons les deux trains d'engrenages, on obtient trois rapports de démultiplication avant et une marche arrière. 4.4 Passage hydraulique des vitesses Dans une boîte automatique, les changements de rapports sont commandés par des variations de pression hydraulique, en l'occurrence la pression créée par la turbine motrice dans l'huile de transmission. Une valve de pilotage dirige l'huile sous pression vers des vérins qui commandent l'embrayage et les bandes de freinage assurant le passage et le verrouillage des vitesses. Les vérins contiennent des pistons qui vont et viennent, en fonction de la valeur de la pression hydraulique. Quand la vitesse du véhicule varie, la valve de pilotage modifie la pression hydraulique du vérin adéquat pour déclencher un changement de rapport.