Le dispositif et le principe de fonctionnement d'un convertisseur de couple moderne

Le premier convertisseur de couple est apparu il y a plus de cent ans. Ayant subi de nombreuses modifications et améliorations, cette méthode efficace de transmission en douceur du couple est aujourd'hui utilisée dans de nombreux domaines de la construction mécanique, et l'industrie automobile ne fait pas exception. La conduite est désormais beaucoup plus facile et confortable car il n'est plus nécessaire d'utiliser la pédale d'embrayage. Le dispositif et le principe de fonctionnement du convertisseur de couple, comme tout ce qui est ingénieux, est très simple.

L'histoire de

Pour la première fois, le principe du transfert de couple par recirculation de liquide entre deux roues sans liaison rigide a été breveté par l'ingénieur allemand Hermann Fettinger en 1905. Les dispositifs fonctionnant sur la base de ce principe sont appelés accouplements hydrauliques. À cette époque, le développement de la construction navale obligeait les concepteurs à trouver un moyen de transférer progressivement le couple d'une machine à vapeur vers d'énormes hélices de navire dans l'eau. Lorsqu'elle est étroitement couplée, l'eau ralentit la secousse des pales pendant le démarrage, créant une charge inverse excessive sur le moteur, les arbres et leurs articulations.

Par la suite, les coupleurs hydrauliques modernisés ont commencé à être utilisés sur les bus de Londres et les premières locomotives diesel afin d'assurer leur démarrage en douceur. Et même plus tard, les accouplements hydrauliques ont facilité la vie des automobilistes. La première voiture de série équipée d'un convertisseur de couple, l'Oldsmobile Custom 8 Cruiser, est sortie de la chaîne de montage de General Motors en 1939.

Dispositif et principe de fonctionnement

Le convertisseur de couple est une chambre fermée de forme toroïdale, à l'intérieur de laquelle des roues de pompage, de réacteur et de turbine sont placées coaxialement à proximité l'une de l'autre. Le volume interne du convertisseur de couple est rempli de fluide pour les transmissions automatiques circulant en cercle d'une roue à l'autre. La roue de pompe est réalisée dans le boîtier du convertisseur et est reliée rigidement au vilebrequin, c'est-à-dire tourne avec la vitesse du moteur. La roue de turbine est solidaire de l'arbre d'entrée de la transmission automatique.

Entre eux se trouve la roue du réacteur, ou stator. Le réacteur est monté sur une roue libre qui lui permet de tourner dans un seul sens. Les aubes du réacteur ont une géométrie spéciale, grâce à laquelle le flux de fluide renvoyé de la roue de turbine vers la roue de pompe change de direction, augmentant ainsi le couple sur la roue de pompe. C'est la différence entre un convertisseur de couple et un accouplement hydraulique. Dans ce dernier, le réacteur est absent et, par conséquent, le couple n'augmente pas.

Comment ça marche? Le convertisseur de couple est basé sur le transfert de couple du moteur à la transmission au moyen d'un flux de fluide de recirculation, sans liaison rigide.

Une roue motrice, reliée au vilebrequin rotatif du moteur, crée un écoulement de fluide qui frappe les aubes de la roue de turbine opposée. Sous l'influence du fluide, il se met en mouvement et transmet le couple à l'arbre d'entrée de la transmission.

Avec une augmentation de la vitesse du moteur, la vitesse de rotation de la roue augmente, ce qui entraîne une augmentation de la force du flux de fluide qui porte la roue de turbine. De plus, le liquide, revenant par les aubes du réacteur, reçoit une accélération supplémentaire.

Le débit de fluide est transformé en fonction de la vitesse de rotation de la roue. Au moment de l'égalisation des vitesses des roues de turbine et de pompe, le réacteur gêne la libre circulation du liquide et commence à tourner du fait de la roue libre installée. Les trois roues tournent ensemble et le système commence à fonctionner en mode de couplage hydraulique sans augmenter le couple. Avec une augmentation de la charge sur l'arbre de sortie, la vitesse de la roue de turbine ralentit par rapport à la roue de pompage, le réacteur se bloque et recommence à transformer le flux de fluide.

avantages

1. Mouvement fluide et démarrage.
2. Réduction des vibrations et des charges sur la transmission en cas de fonctionnement irrégulier du moteur.
3. Possibilité d'augmenter le couple moteur.
4. Pas besoin de maintenance (remplacement d'éléments, etc.).

Limites

1. Faible efficacité (en raison de l'absence de pertes hydrauliques et de la liaison rigide avec le moteur).
2. Mauvaise dynamique du véhicule associée au coût de la puissance et du temps nécessaire pour dérouler le flux de fluide.
3. Coût élevé

Mode de verrouillage

Afin de faire face aux principaux inconvénients du convertisseur de couple (faible rendement et mauvaise dynamique du véhicule), un mécanisme de verrouillage a été développé. Son principe de fonctionnement est similaire à l'embrayage classique. Le mécanisme est constitué d'une plaque de blocage, qui est reliée à la roue de turbine (et donc à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses) par les ressorts de l'amortisseur de vibrations de torsion. La plaque a une garniture de friction sur sa surface. À la commande de l'unité de commande de transmission, la plaque est pressée contre la surface intérieure du boîtier de convertisseur au moyen d'une pression de fluide. Le couple commence à être transmis directement du moteur à la boîte de vitesses sans intervention de fluide. Ainsi, une réduction des pertes et un rendement plus élevé sont obtenus. Le verrouillage peut être activé dans n'importe quel rapport.

Mode glissement

Le verrouillage du convertisseur de couple peut également être incomplet et fonctionner dans un «mode glissement». La plaque de blocage n'est pas complètement pressée contre la surface de travail, assurant ainsi un glissement partiel du patin de friction. Le couple est transmis simultanément à travers la plaque de blocage et le fluide calorigène. Grâce à l'utilisation de ce mode, les qualités dynamiques de la voiture sont considérablement augmentées, mais en même temps la douceur du mouvement est maintenue. L'électronique garantit que l'embrayage de verrouillage est engagé le plus tôt possible lors de l'accélération et désengagé le plus tard possible lorsque la vitesse est réduite.

Cependant, le mode de glissement contrôlé présente un inconvénient important lié à l'abrasion des surfaces d'embrayage qui, de plus, sont exposées à des effets de température sévères. Les produits d'usure pénètrent dans l'huile, altérant ses propriétés de travail. Le mode de glissement permet au convertisseur de couple d'être aussi efficace que possible, mais en même temps réduit considérablement sa durée de vie.