Depuis 2019, plus de la moitié des voitures vendues ont des systèmes de transmission avec des boîtes de vitesses qui permettent des changements de vitesse automatiques (vous pouvez consulter notre article qui présente les
voitures automatiques). Alors, si vous, ami mécanicien, n'avez toujours pas eu l'occasion de vous mettre à jour, c'est le bon moment pour vous renseigner sur les caractéristiques de fonctionnement d'une transmission automatique. Les véhicules manuels se font de plus en plus rares chez les concessionnaires et cette évolution du parc va se répercuter sur les prestations qui arrivent dans votre atelier.
Cependant, dans ce nombre de véhicules vendus, toutes les transmissions "AT" n'ont pas la même technologie : il y a la transmission CVT, d'autres transmissions automatiques à double embrayage et la transmission automatique épicycloïdale - celles-ci, oui, la transmission automatique "classique" présente sur le marché depuis des décennies, mais qui a maintenant atteint un volume de ventes important comme jamais auparavant dans notre pays.
Pour illustrer le fonctionnement d'une transmission automatique épicycloïdale, l'instructeur technique Paulo Stevanatto, du Bosch Automotive Training Center situé à Campinas/SP, a utilisé un exemple de transmission à section transversale, permettant la visualisation de tous les détails qui composent le système. Le modèle est la Mercedes-Benz NAG3 (9G-Tronic), qui a fait ses débuts sur le marché en 2013 dans la berline E 350 BlueTec (vendue en Europe) et est produite par la société allemande elle-même.
Cette boîte de vitesses comporte neuf rapports de marche avant et un rapport de marche arrière et est conçue pour supporter un couple allant jusqu'à 700 Nm (71,4 kgfm). Depuis lors, il a été utilisé dans presque toutes les gammes Mercedes-Benz et a également été produit par JATCO sous le code JR913E pour une utilisation dans les véhicules Nissan et Infiniti.
COUPLAGE DU SYSTÈME DE TRANSMISSION AU MOTEUR
Le convertisseur de couple est chargé de transmettre la puissance du moteur à l'arbre de transmission automatique. Dans certaines situations, le convertisseur multiplie ce couple généré pour la transmission, de sorte que le véhicule gagne en vitesse ou sort de l'inertie, et lorsque le véhicule est déjà en mouvement, l'ensemble va égaliser la rotation de sortie du groupe motopropulseur.
Ce qui transmet le mouvement du moteur au convertisseur de couple, c'est son carter (également appelé boîtier ou chambre), qui est fixé au disque métallique qui sert de volant moteur. L'accouplement entre l'arbre d'entrée de puissance dans le châssis et la sortie de la turbine du convertisseur de couple n'est pas mécanique, mais hydraulique.
A l'intérieur du carter rempli d'huile se trouvent deux hélices : une dans le carter lui-même (entrée) et une autre dans la turbine (sortie) .
De plus, le carter est relié à un engrenage à chaîne qui entraîne la pompe à huile de transmission.
Lorsque le moteur commence à tourner, le carter tourne avec lui et entraîne également la pompe. Le flux d'huile généré par la pompe pénètre dans le carter en passant par son hélice, qui, avec ce mouvement, entraîne le flux d'huile sur les pales de l'hélice de la turbine, générant une pression qui la fait également tourner, déplaçant également le rotor unidirectionnel allumé vers le arbre de sortie de la transmission automatique. Après avoir traversé la turbine, l'huile va à la boîte de vitesses, tombe dans le carter, retourne à la pompe, est propulsée à nouveau dans le carter et ainsi de suite.
Pour comprendre le concept, Paulo Stevanatto donne l'exemple de deux ventilateurs positionnés l'un contre l'autre, l'un allumé et l'autre non. "Le ventilateur allumé soufflera le vent contre ce qui est immobile. Le flux d'air déplacera l'hélice du ventilateur éteint jusqu'au moment où les rotations des deux coïncideront presque. Le convertisseur de couple fonctionne plus ou moins sur ce principe », compare-t-il.
Lorsque le véhicule tourne au ralenti, le rotor intérieur ne tourne pas, mais il y a de la pression d'huile à l'intérieur. Dans les situations de sortie d'inertie, le couple produit par le moteur est transféré au convertisseur. Mais comme la demande de puissance est élevée dans cette situation, le convertisseur agit comme un multiplicateur de couple, c'est-à-dire qu'il augmente le couple afin que le système de transmission ait suffisamment de force pour que la voiture soit mise en mouvement, explique l'instructeur technique de Bosch. . « À mesure que le véhicule prend de la vitesse, la rotation interne de la transmission augmente également. Il peut arriver un moment où cette rotation du rotor de la turbine est égale à celle du rotor du carter », décrit-il.
Une autre caractéristique de la transmission automatique est l'embrayage de verrouillage, qui fonctionne à des moments où il y a peu de charge et l'ensemble n'a pas besoin d'agir en multipliant le couple - comme, par exemple, le véhicule roulant à vitesse de croisière sur une autoroute . Ce système est composé d'un ensemble de disques qui, pressés par un piston (commandé par une électrovanne), fonctionnent comme un embrayage, et permettent la prise dite « directe » : le taux de change en sortie devient le identique au moteur. L'avantage de ce moyen est d'éviter les pertes dues au glissement entre les éléments du convertisseur, d'éviter les échauffements et de réduire la consommation de carburant.
COMMENT SONT LES ENGRENAGES DANS UNE TRANSMISSION AUTOMATIQUE ?
A l'intérieur du dérailleur se trouvent des moyeux dentés avec des groupes de disques à l'intérieur et à l'extérieur. Au total, dans cette transmission Mercedes-Benz NAG3, il y a six groupes de disques (trois pour l'engagement et trois pour le freinage) dont la combinaison d'accouplements permet le passage d'une vitesse à l'autre.
Chacun des neuf rapports de marche avant est composé d'une combinaison d'au moins trois groupes de disques menés
. Ces activations sont réalisées par des pistons hydrauliques commandés par le corps de vanne, comme nous le verrons plus loin.
Dans cette boîte de vitesses, la transmission de rotation à l'arbre de sortie de la transmission se fait par quatre groupes de pignons épicycloïdaux (d'où le nom de ce type de boîte de vitesses) qui se trouvent à l'intérieur des moyeux. Chaque groupe d'engrenages se compose d'une couronne annulaire, d'engrenages satellites et d'un planétaire.
« Ces engrenages permettent de faire tourner les moyeux reliés à un même arbre à différentes vitesses. Grâce à ce système épicycloïdal, il est possible de bloquer certains groupes de disques et de continuer à transmettre la rotation aux autres jusqu'à ce qu'il y ait une rotation de sortie pour le
différentiel », explique Paulo. À son tour, la marche arrière est effectuée avec un moyeu spécifique qui, à l'extérieur, a une piste lisse et une courroie interne qui freine le moyeu de sorte que son ensemble épicycloïdal inverse la direction de l'arbre de sortie, composant ainsi la marche arrière. équipement.
L'instructeur technique Bosch complète en notant que la boîte de vitesses NAG3 est conçue pour les groupes motopropulseurs longitudinaux et la propulsion arrière, c'est pourquoi elle n'a pas de différentiel intégré. Il précise également que le nombre de groupes de disques, de moyeux et d'engrenages varie en fonction du nombre d'engrenages et de la conception de chaque boîte de vitesses.
Le mode "P" (parking) est une serrure de sécurité mécanique pour assurer l'immobilisation du véhicule lors d'un stationnement en pente par exemple. Lorsque la boîte de vitesses est compacte, le verrou « P » va directement au berceau dit de différentiel, où se trouve la couronne, qui transmettra la rotation aux roues. Dans le cas de la boîte de vitesses NAG3, le verrou est situé en sortie de cardan.
COMPOSITION DES DISQUES ET IMPORTANCE DE L'HUILE
Chaque disque est un anneau en acier dont la surface reçoit une couche d'un matériau dit composite
. "Ce matériau est extrêmement sensible à l'eau", prévient l'instructeur technique de Bosch. "Si de l'eau pénètre dans la boîte de vitesses, elle contaminera l'huile et détruira le matériau de friction des disques. Par conséquent, l'étanchéité complète de la boîte est très importante », précise-t-il, soulignant l'importance de l'étanchéité de l'évent de la boîte.
« Si le propriétaire du véhicule dit qu'il sent les vitesses patiner comme s'il y avait un embrayage à friction, oui, c'est vrai. Si le disque perd du matériau de friction, il n'a plus d'adhérence et, lorsqu'une pression hydraulique est appliquée sur les pistons qui vont bloquer ces disques, il n'y aura plus de transmission de puissance aux roues. C'est comme si l'embrayage patinait vraiment », décrit Paulo.
Par conséquent, en plus de sceller l'échange afin qu'il n'y ait pas de contamination par l'eau, il est important d'appliquer la bonne huile, de l'inspecter et de la remplacer comme déterminé par le constructeur du véhicule. « Chaque véhicule a une spécification de changement de vitesse différente. Et chaque transmission a une huile adaptée avec ses caractéristiques, tout comme l'huile moteur. Chaque boîte est remplie d'une huile différente selon ses besoins », commente le spécialiste Bosch.
Aussi important que la qualité du liquide d'échange est de maintenir votre filtre à jour. Paulo montre le point d'aspiration de la pompe où, dans la boîte de vitesses utilisée, le filtre à huile est accouplé . « C'est un filtre à tamis pour que la pompe n'aspire pas les impuretés qui pourraient provenir de l'usure des disques ou des engrenages. Toute saleté qui passe à travers la pompe et pénètre dans le corps de vanne bloquera une vanne et compromettra tout le fonctionnement de l'échange », prévient Paulo. En cas de remplacement d'huile, le filtre doit également être changé.
SYSTÈME DE GESTION DE LA TRANSMISSION
L'ensemble des performances des disques, des moyeux, du convertisseur et du débit d'huile est coordonné par le corps de soupape de la boîte de vitesses. Selon la commande envoyée par l'unité de gestion électronique (ECU) de la transmission, le corps de soupape contrôle le débit et la pression d'huile pour engager le rapport approprié à la cylindrée du véhicule, comme l'explique Paulo Stevanatto.
Selon l'instructeur technique, l'ECU de transmission (qui peut être un module exclusif ou un programme au sein de l'ECU du moteur) sélectionne les rapports en fonction du signal de régime moteur, de la vitesse du véhicule et de la sélection de couple via la demande de la pédale d'accélérateur.
"Lorsque vous appuyez sur l'accélérateur et demandez le couple moteur, cette information est transmise à l'ECU du moteur, qui répondra à la demande en ouvrant le papillon, en injectant plus de carburant et en avançant le calage de l'allumage. Mais pour que ce couple atteigne les roues, il doit passer par le système de transmission. Ensuite, cette information est également envoyée à l'ECU de la transmission, qui vérifiera la vitesse de sortie de la boîte de vitesses, ou la vitesse des roues, et appliquera le rapport le plus approprié », décrit l'instructeur technique de Bosch.
C'est par cette logique que la transmission automatique "comprend" qu'elle doit réduire les rapports en situation de reprise de vitesse pour dépasser sur autoroute par exemple, ou maintenir un rapport de vitesse plus long lorsque le véhicule reste en vitesse de croisière avec peu de sollicitation de l'accélérateur . Déjà utilisé dans des circulations denses ou des reliefs accentués à des vitesses urbaines, selon Paulo, l'idéal est de conserver l'échange dans les modes de sélection « 3 », « 2 » ou « 1 », lorsqu'ils sont disponibles. Ainsi, seules les vitesses les plus courtes seront engagées.
"Lorsque le levier est sur 'D' (conduite), vous indiquez à la transmission que vous souhaitez utiliser tous les rapports. En circulation urbaine ce n'est pas légal, car la boîte de vitesse va essayer de monter les vitesses pour tenter d'atteindre le régime idéal de travail du moteur, qui n'est souvent pas si élevé. Cependant, cela peut trop forcer l'échange, provoquant une usure prématurée, une surchauffe interne et réduisant la durée de vie de tous les composants », souligne le spécialiste. A ce stade, consultez le manuel du véhicule pour comprendre les meilleures conditions d'utilisation de ces modes.
Le corps de soupape est le cœur de la transmission automatique : un ensemble de soupapes à bille et de solénoïdes électromagnétiques dans un bloc en aluminium avec des canaux d'huile internes qui ressemblent à un labyrinthe
.
Les solénoïdes sont les composants qui reçoivent le signal (PWM) de l'ECU de transmission pour agir sur les vannes nécessaires et déplacer les tiges (ou "bobines") pour détourner le flux d'huile à travers les galeries de bloc vers les pistons qui appliquent une pression sur les disques.
Par exemple, lorsque la commande est de passer de la deuxième à la troisième vitesse, il est nécessaire de découpler un jeu de disques et d'en engager un autre. Ensuite, lors de la réception du signal, les solénoïdes déplacent les tiges pour supprimer la pression hydraulique des deuxièmes disques d'engrenage et diriger cette pression vers les troisièmes ensembles d'engrenages. Pour désengager les disques de deuxième vitesse, il y a des ressorts de récupération sur les pistons pour renvoyer l'huile dans le carter. Lorsque la pression d'huile cesse, ces ressorts surmontent la résistance et poussent le piston dans la direction opposée, rejetant l'huile, libérant les disques.
En plus des solénoïdes d'engagement de vitesse, il y a aussi le solénoïde d'engagement d'embrayage de verrouillage, le solénoïde d'engagement "P" et, dans le cas de la transmission NAG3, deux soupapes de surpression dans le bloc.
L'instructeur technique Bosch prévient que toute maintenance sur l'échange doit inclure une intervention dans le bloc hydraulique. « A chaque démontage de la transmission, il faut démonter cet ensemble de soupapes, enlever les billes et ressorts d'étanchéité, et nettoyer cet ensemble, enlever toutes les impuretés. C'est parce que les lacunes dans le bloc sont minimes. Toute saleté laissée ici compromettra le fonctionnement de la transmission », prévient Paulo.
Également sous la transmission, il est possible de voir deux raccords rapides du refroidisseur d'huile d'échange, qui dans ce cas est similaire à un radiateur externe, à travers lequel seul le fluide de transmission passe . D'autres transmissions ont un échangeur de chaleur compact connecté au système de refroidissement du moteur.
"La température de l'huile doit être très bien contrôlée car elle peut modifier sa viscosité et sa fluidité et peut compromettre l'application des embrayages", explique Paulo. « Si la température de l'huile est trop élevée, elle devient moins visqueuse, c'est-à-dire plus fluide, et se déplace plus facilement. Cela peut entraîner une modification de la pression de travail et affecter le déplacement des pistons des pistons, entraînant des à-coups ou un mauvais enclenchement des vitesses », conclut l'instructeur technique de Bosch.