Les exercices avec levier de vitesse sont probablement familiers. moteur. embrayage. Transmission. Lorsque vous relâchez votre pied de l’embrayage, le moteur s’arrête. Écrasez-le et vous bougez. Il s’agit d’une poignée de main mécanique qui est interrompue lorsque cela est nécessaire. Mais qu’en est-il de claquer la porte d’une automatique ? Il n’y a pas de pédale d’embrayage. Aucune déconnexion. Cependant, lorsque la voiture est arrêtée, le moteur ronronne.
Comment cela marche-t-il?
La réponse est un convertisseur de couple.
Bien que cela ressemble à une merveille technologique complexe, il s’agit essentiellement d’un couplage fluidique. Remplace l’embrayage mécanique dans une transmission manuelle. Sans cela, la voiture automatique calerait à chaque fois que le frein est appliqué. Cela permet au moteur de tourner indépendamment des roues. Ce n’est pas de la magie. C’est la mécanique des fluides.
Physique de la torsion
Mettons une chose au clair. Le couple n’est pas la vitesse. C’est la force de torsion.
Faire tourner le vilebrequin produit du couple. Plus de couple signifie que vous pouvez accélérer plus rapidement. C’est l’énergie derrière le mouvement. Une transmission manuelle relie le couple du moteur directement à la transmission. Les roues tournent. Le moteur tourne. Ils sont enfermés ensemble.
Ce n’est pas le cas de la transmission automatique.
Le convertisseur de couple est situé entre le moteur et la boîte de vitesses. Il utilise du liquide de transmission pour transférer la puissance. Lorsque vous vous arrêtez à un feu rouge, le moteur s’accélère. Le convertisseur tourne. Mais l’arbre d’entrée de la transmission n’est pas obligé de le faire. Le fluide permet le glissement. Ce glissement est la clé pour ne pas tuer le moteur.
La plupart des gens confondent les transmissions automatiques avec les transmissions CVT modernes ou les transmissions semi-manuelles. Nous parlons ici d’un automatique planétaire traditionnel. Le genre que vous conduisez probablement depuis les années 1950. Ces systèmes dépendent entièrement de ce couplage fluidique. Les nouvelles technologies telles que les transmissions à variation continue (CVT) utilisent des courroies et des poulies. Le convertisseur de couple n’est pas utilisé. Mais qu’en est-il des transmissions automatiques classiques ? Tout est question de liquides.
À l’intérieur du convertisseur
Cet appareil ressemble à un gros écrou en métal lourd. C’est tout ce que vous pouvez voir de l’extérieur. Mais à l’intérieur, trois composants principaux travaillent ensemble.
- Troue de pompe (connectée au moteur)
- Turbine (reliée à la boîte de vitesses)
- Stator (assis entre les deux)
Le moteur fait tourner la pompe. La pompe injecte du liquide de transmission dans la turbine. La turbine tourne. La turbine fait tourner l’arbre d’entrée de la transmission. La voiture bouge.
Mais c’est ici que cela devient intéressant. S’il ne s’agissait que d’une pompe, une turbine aurait un rendement très faible. Le pouvoir serait perdu. Entrez dans le stator.
Le stator change la direction du fluide revenant de la turbine. Amplifier le couple. C’est pourquoi on l’appelle “convertisseur de couple”. À bas régime, le convertisseur de couple multiplie le couple du moteur. Cela vous donne un premier coup de pouce lorsque vous appuyez sur la pédale d’accélérateur depuis un arrêt. Sans cette multiplication, les voitures automatiques sembleraient lentes.
Le stator reste dans une direction à l’aide d’un embrayage unidirectionnel. Cela vous permet de changer efficacement la direction du fluide lors de l’accélération. Une fois que la voiture prend de la vitesse, le débit du fluide change. Le stator tourne librement. Il arrête de multiplier le couple. À vitesse d’autoroute, le convertisseur
Le principe mécanique d’un embrayage hydraulique
Considérez le convertisseur de couple comme un pont hydraulique entre le moteur et la transmission. Il n’est pas fermement engagé comme un embrayage manuel de voiture. Au lieu de cela, il utilise du liquide de transmission automatique pour transférer la puissance. Ce réglage permet au moteur de tourner au ralenti sans caler l’ensemble de la transmission.
Lorsque vous vous arrêtez à un feu tricolore, le moteur tourne mais presque rien ne bouge vers les roues. Le fluide glisse. Par conséquent, arrêter la voiture aux feux de circulation se fait sans effort et vous n’avez pratiquement pas besoin d’appuyer sur la pédale de frein. Le transfert de couple est minime.
Ouvrir le gaz. La vitesse de rotation augmente. La pompe du convertisseur travaille plus fort et pompe plus de liquide dans le système. Cela donne une réelle puissance à la transmission. Si les freins ne sont pas fortement appuyés, la voiture fera une embardée vers l’avant. Il ne s’agit pas d’un dysfonctionnement. C’est la physique qui fait exactement ce pour quoi elle a été conçue.
À l’intérieur du convertisseur de couple
À l’intérieur du convertisseur lui-même, trois composants principaux fonctionnent ensemble. Ils ne s’assemblent pas. Ils ont une réaction en chaîne.
Le premier est la turbine (ou pompe). Se connecte directement au volant moteur. Lorsque le moteur tourne, la turbine tourne également. Cela fonctionne comme une pompe centrifuge et projette le fluide vers l’extérieur.
Ce fluide frappe ensuite un autre composant, la turbine. La turbine est reliée à l’arbre d’entrée de la transmission. Le fluide provenant de la turbine frappe les pales de la turbine et les fait tourner. C’est ainsi que la puissance est transférée du moteur à la boîte de vitesses.
Cependant, les premiers convertisseurs gaspillaient de l’énergie. Le fluide tourne simplement à travers la turbine, perdant son élan et retourne au moteur. Voici la troisième partie : Stator.
Le stator est situé entre la turbine et la roue. Il ne peut pas tourner librement à basse vitesse. Le réacheminement du fluide de retour vers la turbine nécessite une certaine ingéniosité. Cela ajoute de la force au flux entrant. C’est ce couple accru qui permet aux voitures automatiques d’accélérer si facilement à partir d’un arrêt, malgré une connexion plus glissante qu’un embrayage manuel.
“Le stator dirige le fluide de retour à basse vitesse pour augmenter le couple, fournissant ainsi efficacement de la puissance libre pendant l’accélération.”
À des vitesses élevées, le stator tourne librement lorsque la vitesse de la turbine atteint la vitesse de la roue. Il arrête d’ajouter du couple et continue de tourner. Cela réduit la traînée sur l’autoroute et améliore le rendement énergétique. Le convertisseur devient essentiellement un embrayage à fluide de verrouillage avec très peu de glissement.
Embrayages de verrouillage
Les transmissions modernes ont résolu le problème d’efficacité du patinage grâce à un embrayage de verrouillage. Lorsque la vitesse de croisière est atteinte, la pression hydraulique engage le disque d’embrayage dans le convertisseur de couple. Cela verrouille mécaniquement la turbine à la roue.
Le moteur et la boîte de vitesses tournent exactement à la même vitesse. Le glissement sera proche de zéro. L’économie de carburant augmente. La quantité de chaleur produite diminue. Bénéficiez de la fiabilité d’une connexion fiable et de la commodité d’une conduite autonome lente.
Tous les convertisseurs ne se bloquent pas immédiatement. Certains n’engagent que des vitesses supérieures pour économiser du carburant. Certains ont mis en place une phase de « verrouillage partiel » pour fluidifier les déplacements. Le comportement spécifique dépend du calibrage du fabricant et de l’utilisation prévue du véhicule. Les camions lourds peuvent laisser les convertisseurs de couple ouverts pendant de longues périodes pour gérer la chaleur et le couple. Les berlines sport peuvent se verrouiller presque instantanément pour maximiser la réactivité.
Symptômes de panne du convertisseur
À l’intérieur de l’épaisse coque en acier, quatre éléments se disputent la suprématie. Vous avez une turbine. La turbine. stator. Il existe également du liquide de transmission. Il agit comme de la colle et maintient le désordre ensemble.
Le carter est boulonné directement sur le volant moteur. Cela signifie que vous n’avez pas à vous soucier de la sélection des vitesses. Il tourne à n’importe quel régime moteur. Les ailettes de la pompe sont fixées sur ce boîtier. Il tourne avec le moteur. Période.
Le diagramme en coupe ci-dessous montre exactement comment ces pièces sont connectées.
Le principe mécanique d’un coupleur hydraulique
La plupart des gens considèrent les convertisseurs de couple comme rien de plus qu’un accouplement hydraulique. Ce n’est pas le cas. C’est un multiplicateur de couple. Cette distinction est importante lorsqu’on essaie de comprendre pourquoi la voiture ne cale pas à un feu rouge.
La turbine est la pompe. Propulsé par un moteur. Il projette le fluide vers l’extérieur. Ce fluide atteint la turbine. La turbine est reliée à l’arbre d’entrée de la transmission. Lorsque le fluide frappe, la turbine tourne. La puissance est transférée du moteur à la boîte de vitesses.
Assez simple, non ?
Au milieu, ça se complique.
Le stator est situé entre la roue et la turbine. C’est votre arme secrète. Le stator change la direction du liquide. La direction du flux change. Ce changement de direction provoque un couple multiplié en couple. Surtout à basse vitesse.
Sans stator, vous perdez beaucoup de puissance dans les bas de gamme. Le liquide tourne pour rien. Le stator l’attrape. Renvoyez-le à la turbine. Ce cycle se répète.
Pourquoi le logement tourne
La coquille est l’ancre. Il est boulonné sur une plaque flexible. La plaque flexible est boulonnée au vilebrequin. Par conséquent, lorsque le moteur tourne, le carter tourne également. Pas de glissement. Il n’y a aucun retard.
La pompe se trouve à l’intérieur de ce boîtier. La lame est fixée à la paroi intérieure. Ils tournent au régime moteur. Cela provoque du stress. La pression fait bouger le fluide. Le fluide entraîne la turbine.
Si le boîtier n’est pas étroitement relié au moteur, tout s’effondrera. littéralement.
Coupe transversale
Vous pouvez voir la disposition en regardant le diagramme en coupe.
- Anneau extérieur : Coque. Boulons au volant.
- Pompe interne : Connectée à la coque externe. fluide moteur.
- Stator : Attaché à un embrayage unidirectionnel. Il ne peut pas tourner librement. La turbine ne tourne vers l’avant que si elle tourne plus vite que la turbine.
- Turbine : Connectée à la boîte de vitesses. Entraîne les roues (indirectement).
Le fluide circule. Dans. Dehors. Autour.
Ce n’est pas une connexion forte. C’est hydraulique. Il y a un glissement. Vous pouvez le sentir. Au ralenti, le moteur fait tourner le boîtier. La turbine est toujours. Le fluide tourne simplement. Aucun transfert de puissance.
Quand vous appuyez sur la pédale d’accélérateur ?
La turbine tourne plus vite. La vitesse du fluide augmente. La pression monte. La turbine se met à tourner. L’embrayage de verrouillage s’enclenche plus tard dans le cycle pour éviter tout glissement. Mais avant cela ? Il s’agit de mécanique des fluides.
Le stator reste mis à la terre. Changez la direction du liquide qui revient. Cela augmente le couple. Vous pouvez ainsi avancer dans la circulation sans caler. Le convertisseur double la puissance du moteur.
C’est très compliqué. Il
Principe de fonctionnement de la roue du convertisseur de couple
La roue fonctionne comme une pompe centrifuge. Il est situé à l’intérieur du convertisseur de couple. Lorsque le moteur tourne, le liquide est projeté vers le bord extérieur. Pensez à votre machine à laver. Le cycle d’essorage frappe l’eau et les vêtements contre les parois du tambour. La roue fait la même chose avec le liquide de transmission.
Cette force extérieure crée un vide au centre.
Le vide absorbe plus de liquide. Il s’agit d’un cycle continu. Le liquide sort. Plus de liquide entre. Ce cycle crée la pression hydraulique nécessaire pour transférer la puissance du moteur à la transmission. Sans cette puissance d’aspiration, le convertisseur ne fonctionnera pas. Le liquide devrait continuer à couler. Sinon, le transfert de puissance s’arrête net.
Lorsque le liquide de transmission quitte la pompe, il heurte les aubes de la turbine. Il ne s’agit pas simplement d’un mouvement passif. La turbine est verrouillée sur l’arbre d’entrée de la transmission, de sorte que lorsque le fluide frappe ces aubes, il force l’arbre à tourner. La puissance est transmise via les essieux et les différentiels et atteint finalement les roues motrices.
Regardez la forme de la lame. Ils sont courbés. Le liquide provient du bord extérieur et doit refluer pour sortir par le moyeu central. Les changements de trajectoire créent un couple.
La troisième loi de Newton s’applique ici sans exception. Lorsque vous changez la direction d’un objet, une force lui est appliquée. Les objets exercent des forces égales et opposées. Les pales de la turbine poussent le fluide vers l’intérieur et inversent son écoulement. Le fluide repousse la lame. Cette poussée fait tourner la turbine.
Cependant, il existe un problème de flux de sortie. Lorsque le fluide sort de la turbine, son mouvement est exactement opposé au sens de rotation de la pompe ou du moteur. Lorsque le fluide qui coule heurte à nouveau la turbine de la pompe, il agit comme un frein. Cela consomme de l’énergie du moteur et réduit son efficacité.
C’est pourquoi un convertisseur de couple nécessite un stator.
Le rôle du stator dans la conversion du couple
Le stator est situé entre la turbine et la pompe. Il ne tourne pas aussi librement que les deux autres composants. Son rôle est de rediriger le fluide sortant de la turbine afin qu’il atteigne la pompe dans la bonne direction.
Sans stator, le convertisseur de couple n’est qu’un embrayage fluide. Il transfère de l’énergie mais n’en ajoute pas. A l’aide du stator, le convertisseur peut augmenter le couple du moteur, notamment à bas régime. C’est pourquoi vous sentez la puissance augmenter lors de l’accélération à partir de l’arrêt. Le stator se verrouille et inverse le sens du flux, créant une boucle de rétroaction qui amplifie la force.
Quand le stator est-il verrouillé ?
Le stator ne reste pas toujours verrouillé. À mesure que la vitesse de la voiture augmente, la turbine se rapproche de la vitesse de la pompe. Le fluide sortant de la turbine ne reflue plus fortement vers l’arrière pour bénéficier du changement de direction. A ce moment, l’embrayage unidirectionnel du stator est relâché.
Le stator commence à tourner avec le reste de l’ensemble. Il n’y a pratiquement aucune résistance. Le convertisseur de couple est en fait un embrayage fluide. Cela réduit la traînée et améliore le rendement énergétique à vitesse d’autoroute.
Multiplication de couple et entraînement direct
Comprendre le stator explique pourquoi les transmissions manuelles semblent plus lentes que les automatiques. Le convertisseur de couple augmente le couple du moteur sous l’influence du stator. Les embrayages manuels dépendent uniquement du régime moteur et du matériau de friction. Les convertisseurs adoucissent la transmission tout en augmentant la puissance.
Cette option de conception comporte des compromis. Les embrayages fluides sont intrinsèquement moins efficaces que les embrayages mécaniques. Il y aura toujours un dérapage. Mais la clé réside dans le compromis entre douceur et couple accru.
Le stator est le héros méconnu de la transmission automatique. Cela augmente le couple et rend les véhicules lourds plus légers dès le départ. Sans cela, toutes les voitures automatiques auraient besoin d’énormes moteurs pour fonctionner ainsi que de voitures manuelles de petite cylindrée.
La section suivante décrit les détails mécaniques de l’embrayage unidirectionnel du stator.
Le stator est situé au point mort du convertisseur de couple. Il redirige le fluide revenant de la turbine avant qu’il n’atteigne à nouveau la pompe. Cette mesure simple augmente l’efficacité.
Les aubes du stator sont agressives. Ils inversent presque complètement le flux de liquide. Un embrayage unidirectionnel dans le stator le verrouille sur un arbre fixe à l’arbre fixe. La direction dans laquelle l’embrayage permet la rotation est certaine. Ce réglage signifie que le stator ne peut pas tourner avec le fluide. Seule l’inversion est possible. Cela fait changer de direction le liquide lorsqu’il touche la lame.
Les choses deviennent délicates dès que les choses peuvent devenir difficiles. Sur autoroute, la turbine et la turbine tournent à peu près à la même vitesse. La pompe est toujours un peu plus rapide. Mais ils sont proches. Un stator n’est pas nécessaire pour le moment.
Le liquide revenant de la turbine entre dans la pompe, qui se déplace déjà dans le même sens que la pompe.
Imaginez-vous debout derrière une camionnette se déplaçant à 60 mph. Vous lancez le ballon par derrière à 40 miles par heure. Le ballon avance toujours à 20 miles par heure. Le même principe s’applique aux turbines. La turbine tourne à grande vitesse dans un sens. Il pulvérise du liquide par derrière, mais pas aussi vite que la vitesse d’avancement d’origine. Le liquide avance toujours par rapport à la pompe.
Lorsque la voiture atteint ces vitesses, le liquide frappe l’arrière des aubes du stator. Le stator tourne librement à l’aide d’un embrayage unidirectionnel. Tournez librement. Ne bloque pas le flux.
Avantages et inconvénients du convertisseur de couple
Astuce de multiplication
Pensez-vous que le freinage arrêtera la voiture ? Faux. Le convertisseur de couple joue ici un rôle important. Empêche le moteur de s’arrêter lorsqu’il est arrêté à un feu rouge. Mais il y a bien plus encore. Cela fonctionne comme un multiplicateur de force.
Le convertisseur de couple augmente le couple du moteur de deux à trois fois lorsque la pédale est enfoncée à l’arrêt. Cette magie ne fonctionne que si le moteur tourne beaucoup plus vite que la transmission. Le glissement crée la multiplication du couple.
Convertisseurs à décrochage élevé expliqués
Les tramways utilisent des convertisseurs standards. Parfait pour voyager. Mais qu’en est-il des coureurs de dragsters ? Ils veulent quelque chose de différent.
Les convertisseurs à décrochage élevé sont la réponse. Ils retardent le confinement. Cela permet au moteur de monter en régime plus haut avant que la puissance ne soit transférée aux roues. On ne perd pas de temps à bas régime. Lorsque le moteur approche de sa puissance maximale, la voiture démarre.
C’est génial pour la piste. Dommage pour le trajet. Dans les situations de circulation quotidiennes, un convertisseur à décrochage élevé peut rendre votre voiture lente. Il chasse les engrenages. Ce sera un gaspillage de carburant. Il s’agit d’un outil de niche pour un travail spécifique.
Efficacité réduite
C’est la triste vérité sur les automatismes. Lors de la conduite sur autoroute, les régimes du moteur et de la transmission sont différents. La transmission est à la traîne. Il tourne généralement à environ 90 % du régime moteur.
Cette différence de 10 % n’est pas gratuite. L’énergie est perdue. La chaleur est générée lorsque le fluide bouillonne à l’intérieur. La puissance est perdue dans l’atmosphère. Pour cette raison, les transmissions automatiques ont généralement une économie de carburant moins bonne que les transmissions manuelles. Le glissement est continu. Cette inefficacité s’additionne.
Solution de verrouillage
Les ingénieurs détestent le gaspillage. Ils ont donc inventé l’embrayage à verrouillage.
Lorsque le convertisseur de couple atteint la vitesse de croisière, l’embrayage s’enclenche. Verrouillez physiquement les deux moitiés ensemble. Le moteur et la boîte de vitesses tournent à la même vitesse. Pas de glissement. Pas de chaleur. Aucune perte de puissance.
Cette simple connexion mécanique peut restaurer l’efficacité perdue. Rapprochez l’automatisation de la performance manuelle.
Guerres de nombre d’équipements
Mais l’embrayage de verrouillage seul ne suffit plus. Les rapports de démultiplication des voitures automatiques modernes sont fous. Jusqu’à 10 vitesses en avant. Pourquoi? Maintient le moteur dans une position optimale. Plus vous avez de vitesses, moins le moteur doit tourner au même régime élevé pour maintenir la vitesse.
Les manuels plus anciens avaient cinq ou six vitesses. Les voitures d’aujourd’hui en ont encore plus. optimiser mieux la fourniture de puissance. Ils imitent l’efficacité des anciennes conceptions manuelles, mais ont également la commodité de l’automatique.
Est-ce parfait ? Non, c’est très compliqué. Mais ça marche. Les convertisseurs de couple sont passés de simples accouplements hydrauliques à des moteurs complexes et efficaces. C’est une merveille de l’ingénierie hydraulique déguisée en un simple composant en forme de bol.
Je ne vois jamais l’embrayage de verrouillage engagé. Vous ne ressentirez pas la multiplication du couple. Cela arrive simplement. sous le capot. Dans le noir. Où il appartient
