Vous êtes-vous déjà demandé comment votre transmission sait changer de vitesse ? Pourquoi est-ce que lorsque vous vous arrêtez, le moteur ne s’éteint pas ? Nous sommes ici pour vous montrer comment fonctionnent les voitures. Nous avons récemment regardé transmissions manuelles. Cette semaine, c’est l’heure habituelle de la slushbox.
Cette histoire a été initialement publiée le 1er juillet 2013
Les transmissions automatiques – c’est à peu près de la magie noire. Le grand nombre de pièces mobiles les rend très difficiles à comprendre. Simplifions un peu pour comprendre comment tout cela fonctionne dans un système traditionnel basé sur un convertisseur de couple.
Votre moteur se connecte à votre transmission à un endroit appelé cloche. La cloche contient un convertisseur de couple pour les véhicules équipés d’une transmission automatique, par opposition à un embrayage sur les véhicules manuels. Le convertisseur de couple est un coupleur hydraulique dont le rôle est de relier votre moteur à votre transmission et donc à vos roues motrices. La transmission contient des trains planétaires chargés de fournir différents rapports de démultiplication. Pour bien comprendre le fonctionnement de l’ensemble du système de transmission automatique, examinons les convertisseurs de couple et les trains planétaires.
Convertisseur de couple
Tout d’abord, la plaque flexible de votre moteur (essentiellement un volant d’inertie pour une boîte automatique) se connecte directement à un convertisseur de couple. Ainsi, lorsque le vilebrequin tourne, le boîtier du convertisseur de couple tourne également. L’objectif du convertisseur de couple est de fournir un moyen par lequel connecter et déconnecter la puissance du moteur à la charge entraînée. Le convertisseur de couple prend la place d’un embrayage sur une transmission manuelle conventionnelle. Comment fonctionne le convertisseur de couple ? Eh bien, regardez la vidéo ci-dessus. Il explique les principes de base d’un coupleur hydraulique. Une fois que vous avez regardé cela, continuez à lire pour voir en quoi un convertisseur de couple diffère d’un accouplement hydraulique standard.
Les principaux composants d’un convertisseur de couple sont : la roue, la turbine, le stator et l’embrayage de verrouillage. La roue fait partie du boîtier du convertisseur de couple, qui est relié au moteur. Il entraîne la turbine via des forces visqueuses. La turbine est reliée à l’arbre d’entrée de la transmission. Essentiellement, le moteur fait tourner la roue à aubes qui exerce des forces sur un fluide, qui fait ensuite tourner la turbine, envoyant un couple à la transmission.
Le fluide de transmission s’écoule en boucle entre l’impulseur et la turbine. Le couplage hydraulique dans la vidéo ci-dessus souffre de graves pertes de barattage (et de l’accumulation de chaleur qui en résulte) car le fluide revenant de la turbine a une composante de sa vitesse qui s’oppose à la rotation de la roue. C’est-à-dire que le fluide revenant de la turbine agit contre la rotation de la roue et donc contre le moteur.
Le stator se situe entre la roue et la turbine. Son objectif est de minimiser les pertes de barattage et d’augmenter le couple de sortie en redirigeant le fluide lors de son retour de la turbine vers la roue. Le stator dirige le fluide de sorte que la majorité de sa vitesse soit dans la direction de la roue, aidant la roue à se déplacer, et ajoutant ainsi au couple produit par le moteur. Cette capacité à multiplier le couple est la raison pour laquelle nous les appelons convertisseurs de couple, et non coupleurs hydrauliques.
Le stator repose sur un embrayage unidirectionnel. Il ne peut tourner que dans un seul sens lorsque la turbine et la turbine se déplacent à peu près à la même vitesse (comme lors de la conduite sur autoroute). Le stator tourne avec la roue ou pas du tout. Les stators ne multiplient pas toujours le couple, cependant. Ils vous fournissent plus de couple lorsque vous êtes soit au décrochage (en appuyant sur les freins à un feu stop, par exemple) ou lors de l’accélération, mais pas pendant la croisière sur l’autoroute.
En plus de l’embrayage unidirectionnel dans le stator, certains convertisseurs de couple contiennent un embrayage de verrouillage dont le travail consiste à verrouiller la turbine avec le boîtier du convertisseur de couple afin que la turbine et la roue soient mécaniquement connectées. L’élimination du coupleur hydraulique et son remplacement par une connexion mécanique garantit que tout le couple du moteur est transmis à l’arbre d’entrée de la transmission.
Engrenages planétaires
Donc, maintenant que nous avons compris comment le moteur envoie de la puissance à la transmission, il est temps de comprendre comment il change de vitesse. Sur une transmission conventionnelle, le changement de vitesse est le travail d’un ensemble d’engrenages planétaires composés. Comprendre le fonctionnement des ensembles d’engrenages planétaires est un peu délicat, alors jetons un coup d’œil à un ensemble d’engrenages planétaires de base.
Un engrenage planétaire (également connu sous le nom d’engrenage épicycloïdal) se compose d’un engrenage solaire au centre, d’engrenages planétaires qui tournent autour de l’engrenage solaire, d’un porte-satellites qui relie les engrenages planétaires et d’une couronne à l’extérieur qui s’engrène avec le engrenages planétaires. L’idée de base derrière un train planétaire est la suivante : en utilisant des embrayages et des freins, vous pouvez empêcher certains composants de bouger. Ce faisant, vous pouvez modifier l’entrée et la sortie du système et ainsi modifier le rapport de démultiplication global. Pensez-y de cette façon : un ensemble d’engrenages planétaires vous permet de changer de rapport de vitesse sans avoir à engager des vitesses différentes. Ils sont tous déjà fiancés. Tout ce que vous avez à faire est d’utiliser des embrayages et des freins pour changer les composants qui tournent et ceux qui restent immobiles.
Le rapport de démultiplication final dépend du composant fixé. Par exemple, si la couronne est fixe, le rapport d’engrenage sera beaucoup plus court que si la roue solaire est fixe. Connaissant très bien les risques associés au placement d’une équation ici, je vais en mettre une de toute façon. L’équation suivante vous indiquera vos rapports de démultiplication en fonction des composants fixes et des composants en mouvement. R, C et S représentent la couronne, le support et la roue solaire. Omega représente simplement la vitesse angulaire des engrenages et N est le nombre de dents.
La façon dont cela fonctionne est la suivante : disons que nous avons décidé de garder le porte-satellites immobile et de faire de la roue solaire notre entrée (la couronne dentée est donc notre sortie). Les planètes peuvent tourner, mais elles ne peuvent pas bouger car le porteur ne peut pas bouger. Omega_c est égal à zéro, donc le côté gauche de l’équation ci-dessus a disparu. Cela signifie que lorsque nous faisons tourner la roue solaire, elle envoie un couple à travers les engrenages planétaires à la couronne dentée. Pour déterminer quel serait le rapport d’engrenage, nous résolvons simplement l’équation ci-dessus pour Omega_r/Omega_s. Nous nous retrouvons avec -N_s/N_R, c’est-à-dire le rapport d’engrenage lorsque nous fixons le support et faisons de la couronne notre sortie et la roue solaire notre entrée est simplement le rapport du nombre de dents entre la roue solaire et la couronne. Ceci est négatif, car la couronne tourne dans le sens opposé du planétaire.
Vous pouvez également verrouiller la couronne et faire de la roue solaire votre entrée et vous pouvez verrouiller la roue solaire et faire du support votre entrée. En fonction de ce que vous verrouillez, vous obtiendrez différents rapports de démultiplication, c’est-à-dire que vous obtiendrez différentes « vitesses ». Pour obtenir un rapport de démultiplication de 1:1, il vous suffit de verrouiller les composants ensemble (vous n’avez qu’à en verrouiller deux pour ce faire) afin que le vilebrequin tourne à la même vitesse que l’arbre de sortie de la transmission.
Alors, comment les freins et les embrayages se déplacent-ils pour changer de vitesse ? Eh bien, le convertisseur de couple est également chargé d’entraîner la pompe à liquide de transmission. La pression du fluide est ce qui active les embrayages et les freins dans le train planétaire. La pompe est souvent un pompe de type géroter (une pompe à engrenages) ce qui signifie qu’un rotor tourne dans un carter de pompe et qu’en tournant, il « s’engrène » avec le carter. Ce « maillage » crée des chambres qui changent de volume. Lorsque le volume augmente, un vide est créé – c’est l’entrée de la pompe. Lorsque le volume diminue, le fluide est comprimé ou pompé par l’engrènement des engrenages – c’est la sortie de la pompe. Une unité de commande hydraulique envoie des signaux hydrauliques pour changer de vitesse (via des freins à bande et des embrayages) et pour verrouiller le convertisseur de couple.
Notez que la plupart des transmissions automatiques modernes utilisent un Engrenages planétaires composés Ravigneaux. Cet ensemble d’engrenages comprend deux engrenages solaires (un petit et un grand), deux ensembles de planètes (intérieure et extérieure) et un porte-satellites. Il s’agit essentiellement de deux engrenages planétaires simples en un.
Maintenant que nous avons examiné les convertisseurs de couple et les engrenages planétaires, regardons la vidéo ci-dessous pour voir comment tout cela se passe :