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Présentation du fonctionnement d’une boîte de vitesses automatique (BVA) Ce pos

Présentation du fonctionnement d’une boîte de vitesses automatique (BVA) Ce post a pour but de présenter les grandes lignes du fonctionnement d’une BVA en prenant appuie sur un modèle 6 rapports actuelle. Il est loin d'être complet, mêmes si les grands principes de fonctionnement sont communs à toutes les BVA, d'une génération à l'autre et d'un constructeurs à l'autre, les solutions techniques peuvent différer. La chaîne cinématique de ce modèle est représentée par le schéma ci dessous . Cette cinématique fait l’objet d’un dépôt de brevet réalisé par Le pelletier. Ce schéma est en faite une ½ vue en coupe de la cinématique de la BVA. Il y a donc symétrie par rapport à l’axe central. Sont repérés sur le schéma le convertisseur (P la pompe, T la turbine et R le réacteur). Le premier train planétaire simple (1er organe de réduction) avec en série le deuxième train de planétaire double (le deuxième et dernier organe de réduction). Les embrayages sont repérés A, B et E et les freins C et D. On va voir comment se transmet le mouvement si on est en première vitesse par exemple. L’embrayage A et le frein D sont utilisés (cf. tableau plus bas). Le mouvement d’entrée 1 du convertisseur se fait par la pompe et ressort par la turbine 2 (il y a une explication plus détaillée au chapitre suivant). (sorry pour la qualité du doc, mais paintbrush est le seul truc pas compliqué que je sache utiliser ) . L’embrayage E étant ouvert le mouvement passe intégralement par la réduction du 1 train planétaire. La couronne H1 entraîne les satellites P1 (pignons autour du central). Le planétaire S1 (pignon central) est fixe par construction. Les satellites vont donc tourner autour de lui transmettant par conséquence le mouvement démultiplié au porte satellites (en bleu ciel sur lequel se trouvent A et B) qui sera donc l’organe de sortie du mouvement 3. A est fermé B et E ouvert, le mouvement d’entré 4 du train planétaire double se fait donc par le planétaire S3. Cette fois-ci le porte satellites des courts (P3) et des longs (P2) est fixe par le frein D. S3 transmet donc son mouvement à P3 (une démultiplication). Par construction P2 et P3 sont engrenés. Donc P3 transmet son mouvement à P2 (une autre démultiplication). Le satellite P2 finit de transmettre le mouvement (dernière démultiplication) à la couronne H2 qui est l’organe de sortie de la boîte 5. Voilà l’explication de ce schéma cinématique en prenant exemple de la 1ere vitesse. C’est le même raisonnement pour les 5 autres rapports (plus marche arrière). 1 Le convertisseur hydraulique Cette boîte est accouplée au moteur via un embrayage hydraulique du type convertisseur biphasé à réacteur sur roue libre (cf. image au dessus). Celui ci se compose d’un impulseur aussi appelé pompe solidaire du volant moteur, d’une turbine solidaire du reste de la transmission et d’un réacteur ou stator monté sur une roue libre. La pompe et la turbine ne sont pas en liaison mécanique, la transmission du couple s’effectue grâce aux propriétés de viscosité de l’huile. La pompe entraînée par le moteur, imprime à l’huile du convertisseur un mouvement circulaire. Ce flux d’huile est dirigé sur la turbine puis se trouve dévié dans le sens de l’écoulement. L’huile est expulsée de la turbine au niveau de l’arbre et est amenée sur le stator. Elle y subit à nouveau une déviation pour être dirigée sur la pompe dans le sens de l’écoulement approprié (cf. image plus bas). L’inversion du courant d’huile crée un couple au niveau du stator, dont le couple de réaction entraîne une augmentation de celui de la turbine. Le rapport entre le couple de la turbine et le couple de la pompe est appelé terme de conversion (cf. schéma plus bas). Plus la différence de régime entre la pompe et la turbine est grande, plus le terme de conversion sera important. Celui-ci atteint sa valeur maximale lorsque la turbine est à l’arrêt. En contrepartie lorsque le régime de la turbine est égal à environ 85% du régime de la pompe le terme de conversion tends vers 1, le couple de la turbine est égal à celui de la pompe. Dans cette situation, le stator qui est monté sur roue libre tourne librement dans le flux d’huile. Le convertisseur fonctionne maintenant uniquement comme un embrayage hydraulique. Pendant l’opération de conversion, le stator reste fixe bloqué par la roue libre. 2 Le train planétaire simple Dans la chaîne cinématique de la boîte de vitesses 6, le premier organe de réduction est le train planétaire simple. Il se compose d’un pignon central –le planétaire en jaune- sur lequel viennent s’engrener trois pignons –les satellites en blanc- montés sur le porte-satellites (en vert clair) tournant sur le même axe que le planétaire. Les satellites engrènent avec la denture intérieure de la couronne (bordeaux). Les rapports de réduction possibles sont régis par la formule de Willis : Avec • P : planétaire np :nombre de dents • C : couronne nc :nombre de dents • Ps : porte satellite . K=Nc/Np Par construction le planétaire (bleu ciel schéma cinématique) est fixe : ωp = 0. Le mouvement d’entrée s’effectue par la couronne, celle ci étant solidaire de la turbine. Le mouvement de sortie peut se réaliser par le porte-satellites, par la couronne en prise direct ou par la combinaison des deux. La transmission de ce mouvement au second train planétaire (cf. image plus haut) s’effectue par deux embrayages -A et B- pour le porte satellite et un seul pour la couronne -le E-. 3 Le train planétaire double du type Ravineaux Dans la chaîne cinématique de la 6HP, ce train est le deuxième organe de réduction. Il se compose de deux planétaires (cf. schéma en rouge et en violet), de deux groupes de satellites –un court en bleu ciel, un long en jaune- partageant en commun le porte-satellites. Les rapports de réduction possibles sont aussi régis par un système à deux équations de Willis : • P2 : planétaire satellites longs Np2 : nombre de dents • P3 : planétaire satellites courts Np3 : nombre de dents • C2 : couronne nc2 : nombre de dents • Ps2 : porte-satellites K2=Nc2/Np2 K3=-Nc2/Np3 Le mouvement d’entrée peut se réaliser par le porte satellite (embrayage E) et par les planétaires courts (embrayage A) et longs (embrayage B). La couronne étant l’organe de sortie du mouvement. Le frein D bloque la rotation du porte-satellites et le C celle des planétaires satellites longs (cf. Image plus haut). La réduction totale de la boîte de vitesses6HP est le résultat de la réduction du train simple conjuguée en série à celle du train Ravineaux. (cf. tableau 2-1) Cette construction par trains planétaires offre le gros avantage de la compacité. En effet avec ses trois satellites, le train planétaire a la propriété de diviser par trois les efforts mis en jeu entre les dents d’engrenage. Cela permet d’obtenir une construction plus compacte comparée à une architecture classique à deux axes parallèles communément employée pour les boites de vitesses mécaniques. 4 La commande hydraulique Comme on a put le voir à travers la lecture des chapitres précédents, les rapports de réduction de la boîte sont le résultat de combinaisons de réductions du train simple conjuguées à celles du train double. Ces combinaisons sont commandées par la fermeture des trois embrayages (A, B, E) et des deux freins (C, D). Sur le plan technique, ces embrayages et ces freins ont la même construction multidisque (cf. images ci dessous). Ils se composent de deux ensembles. Des disques en acier équipés de cannelures extérieures qui les solidarisent en rotation avec la partie menante mais dont la translation reste libre. De même les disques avec garniture sont équipés de cannelures intérieures et montés sur la partie menée. Un piston de commande, en appliquant une force sur le paquet, permet la transmission du mouvement par adhérence entre les disques avec garniture et les disques en acier. Ce piston impose cet effort grâce à l’action de la pression hydraulique qui s’exerce à l’intérieur du cylindre. Elle est régulée et gérée par la commande hydraulique (cf. image plus bas) qui se compose d’un circuit hydraulique interne dont la circulation est contrôlée par des soupapes magnétiques. En fonction de la pression hydraulique à appliquer sur le piston, elles obstruent plus ou moins les conduites d’huile qui canalisent la pression de commande vers ce piston. Cette commande hydraulique est elle même gérée par une commande électronique qui est en liaison permanente avec la gestion électronique du moteur. Cet organe définit les changements de rapport en fonction d’une multitude de paramètres dont les principaux sont le régime moteur, la vitesse de l’arbre de transmission, la charge du moteur et bien sûr la demande du conducteur. uploads/Ingenierie_Lourd/ boite-automatique.pdf