La voiture est toujours amenée à affronter des parcours de nature variée, sur lesquels il convient de moduler le couple que le moteur est capable de générer. Le moteur, en lui-même, n’est pas en mesure de permettre au véhicule d’aborder montées, virages et lignes droites comme le souhaite le conducteur. C’est pour cela qu’existe la boîte de vitesses, un mécanisme grâce auquel le conducteur peut moduler le couple selon les besoins. Lorsque l’on parle de ce mécanisme, il existe deux grandes familles, définies selon le mode d’engagement du rapport.
• Boîte manuelle
• Boîte automatique
Dans cet article, nous parlerons de la :
Boîte manuelle
Sur l’image : boîte manuelle à quatre rapports d’une FIAT Balilla.
La boîte manuelle est historiquement le premier mécanisme permettant de moduler le couple demandé et elle est appréciée des automobilistes qui privilégient le plaisir de conduite et l’amusement au confort. Avec ce mécanisme, le rapport est engagé au moyen de l’embrayage, commandé par la pédale prévue à cet effet. L’embrayage (ensemble 2-3-4) est un assemblage de composants de forme circulaire, installé sur l’arbre d’entrée de la boîte au moyen de cannelures appropriées (5). Sur la photo : vue en coupe d’un embrayage à ressort à diaphragme.
Au moment du changement de rapport, le conducteur appuie sur la pédale d’embrayage, entraînant le déplacement axial vers le vilebrequin (1) de la butée de débrayage (6). La butée, en se déplaçant, appuie sur le ressort à diaphragme (3, derrière le couvercle fixé sur le volant moteur), provoquant la séparation du disque mené (4) d’avec le disque menant, fixé sur le volant moteur (2). Sur la figure : animation du fonctionnement de l’embrayage.
Au moment où le disque mené est complètement séparé du disque menant, le conducteur peut changer de rapport à l’aide du levier de vitesses. Le levier de vitesses gère les engrenages et leur engagement au moyen de tringleries appropriées et complexes. Ces leviers gèrent les synchroniseurs, qui sont des dispositifs installés sur l’arbre de sortie de la boîte et qui permettent la transmission du mouvement provenant du moteur vers l’arbre de transmission ou vers le différentiel. Sur la photo : synchroniseur désengagé (en haut) et engagé (en bas).
Sur la figure : animation du fonctionnement de la boîte manuelle.
La modulation du couple s’effectue au moyen de l’engrènement de roues dentées, dont le nombre de dents est déterminé en fonction du rapport de transmission que l’on veut obtenir. Observons l’animation : à l’extrémité de l’arbre d’entrée (vert) est montée une roue dentée qui met en mouvement l’arbre intermédiaire (rouge). L’arbre intermédiaire, à son tour, met en mouvement l’arbre de sortie (bleu clair) par l’intermédiaire d’un autre couple de roues dentées, déterminé par le synchroniseur (violet) sélectionné par le levier de vitesses. Comme on peut le voir sur l’animation, les nombres de dents des roues employées déterminent le rapport de transmission i. Le premier rapport entraîne une multiplication du couple sortant du moteur, avant de voir peu à peu le rapport se réduire, jusqu’à ce que le couple soit démultiplié.
Monter un rapport entraîne une baisse de puissance et de régime en raison des manœuvres à effectuer pour le changement de rapport (relâchement de l’accélérateur, temps de séparation de l’embrayage d’avec le volant moteur…). La boîte à double embrayage permet de réduire ces baisses. Le principe de fonctionnement de cette boîte repose sur deux embrayages, installés sur autant d’arbres de sortie coaxiaux entre eux, qui s’engagent sur le volant moteur chacun à leur tour : un embrayage est engagé sur les rapports pairs, l’autre sur les rapports impairs. Les deux arbres de sortie sont toujours en mouvement grâce à l’arbre intermédiaire, mais ce sont les synchroniseurs qui permettent la transmission du mouvement hors de la boîte. Plus précisément, lorsqu’un rapport est engagé, le synchroniseur qui permet la transmission du rapport suivant est déjà engagé, prêt pour la transmission du mouvement. Avec l’évolution de l’électronique, les boîtes à double embrayage sont commandées par des palettes disposées derrière le volant, qui permettent l’engagement par l’intermédiaire du calculateur, sans recourir à la pédale d’embrayage. L’évolution de l’électronique est telle qu’il est possible d’adopter des boîtes à double embrayage automatisées, c’est-à-dire dépourvues de commandes d’engagement à la portée du conducteur, car le changement de rapport est totalement sous le contrôle du calculateur. La boîte manuelle devient alors une boîte automatique, même si en réalité une telle boîte est proprement définie, y compris dans la version à palettes, comme une boîte robotisée.
Un exemple de boîte à double embrayage : l’Audi S tronic
(Images tirées de “L’Autotelaio-Progetto dei componenti”, di Giancarlo Genta e Lorenzo Morello, Ed. ATA)
Testo: Riccardo Casini
Foto: © Car-Shooters (Image GIF embrayage https://media.giphy.com/media/P5zExhL8c8rZe/source.gif, Image GIF boîte manuelle https://imgur.com/gallery/RYyS1, Photo synchroniseur By A7N8X – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7997162, Photo S-Tronic: Press Office Audi)