Après avoir illustré les caractéristiques et le fonctionnement de la boîte manuelle, nous parlerons à présent de la boîte automatique, considérée comme son antagoniste en vertu de son principe de fonctionnement, qui dépend exclusivement de la dynamique et de la vitesse du véhicule.
Sur la figure : vue en coupe d’une boîte automatique
La boîte automatique représente plus qu’une alternative : une évolution de la boîte manuelle. Les mécanismes qui composent la boîte automatique et leur fonctionnement sont en effet totalement différents de ceux de la boîte mécanique. Ils sont plus sophistiqués, ce qui garantit un fonctionnement performant sans qu’il y ait d’intervention du conducteur, lequel peut donc conduire le véhicule plus confortablement, sans avoir à se soucier de changer de rapport en fonction des caractéristiques de la route.
Dans ce type de boîte, l’embrayage et sa pédale sont absents : à leur place se trouve un convertisseur de couple.
Sur la figure : convertisseur de couple – À gauche, le schéma de principe. À droite, les éléments constitutifs. De haut en bas : pompe, stator, turbine.
Le convertisseur est un mécanisme hydraulique constitué de trois éléments, tous pourvus d’aubages courbes :
- La pompe P, reliée au vilebrequin. Elle a pour tâche de conférer au flux d’huile la poussée et la direction nécessaires au fonctionnement de la turbine.
- La turbine T, reliée à l’arbre d’entrée de la boîte. Cet élément est actionné précisément par le flux d’huile orienté par la pompe.
- Le stator S, relié au carter de boîte par une roue libre, coaxiale à l’arbre d’entrée de la boîte. Il a pour tâche de dévier le fluide provenant de la turbine afin d’éviter qu’il n’entrave le mouvement de la pompe.
Lorsque le moteur transmet le mouvement à la pompe, celle-ci commence à tourner, imprimant un mouvement centrifuge au fluide. Par ce mouvement, le fluide passe à la turbine, dont il active la rotation en s’engageant entre les aubages. Le fluide, une fois l’énergie échangée avec la turbine, redescend et se dirige vers le stator. La présence du stator modifie la direction du flux de manière à fournir une poussée supplémentaire à la pompe. Cela signifie un fluide davantage sous pression, qui permet une poussée plus importante du fluide sur la turbine, augmentant sa vitesse de rotation, jusqu’à ce qu’elle tourne à la même vitesse que la pompe. La rotation à la même vitesse de la pompe et de la turbine correspond à l’engagement de l’embrayage de la boîte manuelle. Étant donné la nature hydraulique du convertisseur, il est difficile que la pompe et la turbine tournent exactement à la même vitesse pour des vitesses du véhicule moyennes à élevées, à cause des phénomènes de glissement. C’est pourquoi le calculateur commande l’enclenchement d’un embrayage lock-up, qui relie rigidement la pompe et la turbine.
La particularité du convertisseur permet la suppression de la pédale d’embrayage. Cela tient précisément à la construction même du convertisseur : véhicule à l’arrêt, le fluide n’a pas assez d’énergie pour faire tourner la turbine à des vitesses importantes, si bien que nous pouvons immobiliser le véhicule par une simple pression sur le frein quand cela est nécessaire, ou bien en enclenchant la position P, qui bloque mécaniquement la transmission. Le fluide se contente donc de s’écouler entre les aubages et de revenir à la pompe, sans créer les situations de calage caractéristiques d’une boîte manuelle.
Dans la boîte automatique, il n’y a pas de synchroniseurs, car le principe de fonctionnement du carter de boîte repose sur l’emploi de trains épicycloïdaux. Le train épicycloïdal est un engrenage complexe constitué de la couronne, à denture intérieure, du planétaire, à denture extérieure et qui reçoit le mouvement du convertisseur, et des satellites, qui font le pont entre la couronne et le planétaire et transmettent le mouvement par un porte-satellites à la sortie du carter de boîte. Selon l’élément qui remplit la fonction d’élément fixe, ou stator, il est possible d’obtenir un rapport de transmission différent, et donc un rapport de boîte différent.
Train épicycloïdal d’origine automobile.
Pour des raisons de contraintes de conception et d’encombrement, il est nécessaire d’employer plus d’un train épicycloïdal pour disposer d’un nombre de rapports différent. Pour disposer de rapports différents, on emploie des embrayages multidisques et des freins à bande afin d’autoriser ou de bloquer certaines rotations. Prenons comme référence l’image ci-dessous pour comprendre le fonctionnement de base. Rapport par rapport, sont illustrés le cheminement du mouvement depuis le convertisseur jusqu’à la sortie du carter de boîte (ligne verte) et les éléments bloqués (ligne rouge).
Schéma de fonctionnement d’une boîte automatique. B1 et B2 sont des freins à bande. C1 et C2 sont des embrayages multidisques
Partons de l’enclenchement du premier rapport. Dans ce cas, le calculateur commande le blocage du paquet d’embrayages C1 et du frein B2. Ce frein bloque la rotation du porte-satellites de gauche et les satellites correspondants sont contraints de ne se mouvoir qu’autour de leur propre axe. Cette contrainte amène le mouvement à passer par les satellites du train de droite, puis au porte-satellites correspondant avant de sortir du carter de boîte.
Sur la figure : boîte automatique, premier rapport
Le deuxième rapport est enclenché. Dans ce cas, le frein B1 s’active et bloque les planétaires. Le cheminement du mouvement est le même, mais des changements étant intervenus dans l’état de mouvement de certains composants, la variation du rapport de transmission s’est produite.
Sur la figure : boîte automatique, deuxième rapport
Le troisième rapport représente dans cet exemple la prise directe. En effet, les deux paquets d’embrayages sont activés et les freins désactivés. Cela amène l’ensemble du mécanisme à tourner à la même vitesse d’entrée provenant du convertisseur et permet la transmission d’un mouvement égal à celui reçu à l’entrée du carter de boîte.
Sur la figure : boîte automatique – troisième rapport
Sur la figure : boîte automatique – marche arrière
Comme dans la boîte manuelle, la marche arrière est également prévue dans la boîte automatique. Le paquet C2 et le frein B2 sont activés pour permettre l’inversion du mouvement provenant du moteur.
Testo: Riccardo Casini
Foto: © Car-Shooters et ensuite :
Image en coupe de la boîte automatique : By Silverxxx (talk) 04:33, 1 March 2009 (UTC) – File:Lexus IS F 07.JPG, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=39178588
Images tirées de “L’Autotelaio-Progetto dei componenti”, di Giancarlo Genta e Lorenzo Morello, Ed. ATA
Train épicycloïdal tiré de www.fourwheeler.com/how-to/0706or-automatic-transmission-tech/photo-20.html