Introduction Avant d`apprendre à analyser le fonctionnement des

CHAPITRE 1
ÉLÉMENTS COMMUNS
Introduction
Avant d’apprendre à analyser le fonctionnement des organes de transmission, il faut connaître le
rôle et la position de chacun dans la chaîne cinématique. De plus, les organes de transmission
renferment divers dispositifs communs, dont les roulements, l’embrayage multidisque et le viscocoupleur, qu’il importe d’étudier au préalable.
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1.1 CHAÎNE CINÉMATIQUE
La chaîne cinématique d’un véhicule est constituée de l’ensemble des organes qui transmettent
l’énergie du moteur aux roues motrices. Ces organes peuvent transmettre le mouvement directement, tel un arbre de transmission, ou intervenir comme le fait la boîte de vitesses en inversant la
direction ou en multipliant le couple moteur. La nature de ces organes dépend directement d’une
caractéristique des moteurs à combustion interne. Ce type de moteur ne développe une puissance
suffisante qu’à la condition de tourner à un certain régime, d’où le besoin d’un embrayage au départ. De plus, le rendement optimal ne s’obtient qu’à une plage de régimes relativement étroite,
disons par exemple de 2500 à 3500 tr/min. La boîte de vitesses doit donc offrir un nombre de rapports suffisant pour exploiter cette plage de régimes du moteur, du départ jusqu’à la vitesse maximale. Enfin, comme il est impossible de monter un tel moteur dans chacune des roues, il faut
disposer d’un organe permettant à une roue d’un même essieu de parcourir une distance différente de celle de l’autre en virage; c’est là le rôle du différentiel.
Par ailleurs, dans le cas des véhicules à propulsion, la transmission de l’énergie exige la présence
d’un arbre de transmission et d’un renvoi d’angle. Ces organes transmettent le mouvement produit par le moteur aux roues motrices tout en changeant sa direction.
COUPLE
Tout au long de ce guide, il sera question de couple, de couple moteur et de couple résistant. Il est
donc important, avant d’entreprendre l’étude des organes de transmission, de s’entendre sur des
définitions précises, ce qui éliminera la confusion souvent associée à ce concept.
Le couple est un effort de torsion résultant d’un système de deux forces égales, parallèles et de
sens contraire agissant sur un corps rigide. Un mouvement peut ou non résulter de ces deux forces, qui incitent le corps à la rotation. Par exemple, considérez le couple développé pour ouvrir le
couvercle d’un bocal de confiture; sa valeur augmentera graduellement pour se stabiliser seulement après avoir égalé la résistance à la rotation du couvercle. Souvent, le couvercle refusera de
tourner, même si le couple appliqué est élevé.
Le serrage d’un écrou à l’aide d’une clé dynamométrique constitue un autre exemple concret du
couple (figure 1.1). Dans ce cas, il est possible de le mesurer, car un cadran indique directement le
moment (valeur) du couple. Le moment d’un couple de forces est égal au produit de l’une de ces
forces par la distance qui les sépare.
COUPLE = FORCE × LONGUEUR DU BRAS DE LEVIER
1.2
Mécanique automobile
Module 17
ÉLÉMENTS COMMUNS
CHAPITRE 1
L’unité de mesure du SI pour exprimer le couple est le newton-mètre (N•m). Un couple de un
newton-mètre (N•m) correspond à une force de un newton (N) agissant à l’extrémité d’un bras de
levier de un mètre de longueur (m). Au niveau de la mer, une force de 1 N correspond à une
masse de 9,806 65 kg.
Figure 1.1 Clé dynamométrique
F = Force appliquée
2-1-0-1-2
L = Longueur du bras de levier
C = Couple (force en rotation)
Le couple résistant correspond à la résistance à la Figure 1.2 Production du couple moteur
rotation. Dans le cas de l’exemple précédent, c’est
l’adhérence du couvercle au bocal. Le couple résistant détermine directement la valeur du couple
E
appliqué; théoriquement, il est donc impossible
d’exercer un couple plus élevé que le couple résistant.
Le couple moteur représente l’effort développé
par le moteur, qui tend à faire avancer le véhicule.
Le couple moteur résulte de la pression exercée
sur les pistons par la combustion du carburant
(figure 1.2). Une bielle transmet cette force au
maneton du vilebrequin. La longueur du maneF × L = couple moteur
ton du vilebrequin détermine la longueur du bras
de levier sur lequel la force est appliquée, et par
conséquent, l’importance du couple. Les concepteurs choisissent donc la longueur du maneton en
fonction de l’usage du moteur. Théoriquement, le
couple moteur ne peut excéder le couple résistant.
La valeur du couple résistant dépend de tous les
L
F
éléments qui s’opposent à l’avance du véhicule
(adhérence des roues motrices à la chaussée, profil de la route, résistance de l’air, etc.). Le surplus
de puissance d’un moteur, lorsque le couple moteur peut facilement excéder le couple résistant,
ne provoque que du patinage et le surplus se transforme en fumée.
Module 17
Mécanique automobile
1.3
CHAPITRE 1
ÉLÉMENTS COMMUNS
DISPOSITION DES ORGANES
Au fil des ans, différentes dispositions furent retenues par les concepteurs d’automobiles. Durant
plusieurs décennies, la propulsion des roues arrière par un moteur monté longitudinalement à
l’avant était la disposition adoptée dans la majorité des automobiles. La disposition des organes
de la chaîne cinématique était la suivante : embrayage et boîte de vitesses fixés au moteur à l’avant
et reliés par un arbre de transmission au différentiel monté à l’arrière (figure 1.3). Aujourd’hui, ce
mode de transmission se trouve surtout dans des grosses voitures, des sportives de luxe ou des véhicules utilitaires.
Figure 1.3 Véhicule à propulsion – moteur à l’avant (OLF)
Arbre de
transmission
Boîte de
vitesses
Différentiel
Embrayage
Moteur
L’augmentation du prix du carburant imposa une nouvelle tendance, observable en Amérique du
Nord vers la fin des années 70 : tout à l’avant. Cela se traduisit par des véhicules à traction avec un
moteur disposé longitudinalement ou transversalement accouplé à un ensemble, appelé boîtepont, regroupant la boîte de vitesses et le différentiel. Pour la très grande majorité des voitures à
traction, le moteur se situe à l’avant des roues motrices (figure 1.4).
Figure 1.4 Véhicules à traction avant : moteur transversal et moteur longitudinal (OLF)
Moteur transversal
Embrayage
Roues
motrices
Boîte de
vitesses
Roues
motrices
Moteur longitudinal
Moteur
Boîte de
vitesses
Embrayage
Moteur
En plus de ces deux grandes catégories, il y a toujours eu place pour d’autres dispositions propres
à une minorité de véhicules, notamment le tout à l’arrière (figure 1.5). Il est encore possible de
subdiviser ce type de disposition en deux : moteur à l’arrière des roues motrices ou moteur à
1.4
Mécanique automobile
Module 17
ÉLÉMENTS COMMUNS
CHAPITRE 1
l’avant des roues motrices. Dans ce dernier cas, l’appellation « à moteur central » désigne aussi
cette disposition (Toyota MR2).
Figure 1.5 Véhicules à propulsion – moteur à l’arrière (OLF)
Moteur à l'arrière des roues motrices
Roues
motrices
Boîte de
vitesses
Moteur
Embrayage
Roues
directrices
Moteur à l'avant des roues motrices
Boîte de Embrayage
Roues vitesses
motrices
Différentiel
Moteur
Boîte de vitesses distancée du moteur
Pour assurer une distribution favorable de la masse, certains véhicules à propulsion à caractère
sportif présentent des dispositions différentes de celles déjà décrites. Pour ces véhicules, le moteur
est monté à l’avant, et la boîte de vitesses, à l’arrière (figure 1.6). À nouveau, ce n’est pas la norme,
puisque dans certains cas, l’embrayage est fixé au moteur à l’avant (Porsche 928), et dans d’autres,
à la boîte de vitesses à l’arrière (Corvette 1997).
Figure 1.6 Véhicules à propulsion à boîte de vitesses située à l’arrière (OLF)
Boîte de
vitesses
Différentiel
Arbre de
propulsion
Embrayage
Boîte de
vitesses
Différentiel
Embrayage
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Moteur
Arbre de
propulsion
Moteur
1.5
CHAPITRE 1
ÉLÉMENTS COMMUNS
TRANSMISSION INTÉGRALE
Le déplacement de tous les véhicules présentés jusqu’à maintenant n’est assuré que par deux roues
motrices. Toutefois, pour couvrir l’ensemble du parc automobile, il importe de traiter de la
« transmission intégrale ». La popularité de cette catégorie de véhicules, dont les roues avant et arrière sont motrices, a fortement augmenté depuis une décennie. L’expression « transmission
intégrale » englobe les deux catégories de transmissions suivantes : temporaire et permanente.
Transmission intégrale temporaire
La transmission intégrale temporaire, souvent appelée « 4 × 4 », se trouve habituellement dans
des véhicules utilitaires, surtout des camionnettes, conçues pour être normalement propulsées par
les deux roues arrière. Au besoin, l’automobiliste peut enclencher, par divers moyens, une fonction qui entraîne aussi les deux roues avant. En plus d’exiger un différentiel supplémentaire à
l’avant, cette fonction commande la présence d’un nouvel organe : le boîtier de transfert. Le boîtier de transfert, situé à la sortie de la boîte de vitesses, dirige l’énergie vers les roues arrière et commande au besoin l’entraînement des roues avant (figure 1.7).
Figure 1.7 Localisation d’un boîtier de transfert (Ford)
Transmission
automatique
Boîtier de
transfert
Pont
avant
Arbre de
transmission
avant
Arbre de
transmission
arrière
Ce type de boîtier ne renferme aucun mécanisme tolérant une différence de vitesse entre les roues
avant et les roues arrière; l’usage de la fonction « quatre roues motrices » se limite donc à des
chaussées glissantes. Sur une chaussée sèche, tous les éléments du rouage d’entraînement devraient subir, en virage, des efforts de torsion importants. Ces efforts de torsion proviennent de
l’écart entre la distance parcourue par les roues avant et les roues arrière.
La traction intégrale temporaire se trouve également dans des familiales, normalement à traction.
L’ordre des organes est simplement inversé; l’engagement supplémentaire touche alors les roues
arrière. On trouve aussi sur le marché des « 4 × 4 » temporaires à engagement automatique. L’engagement est alors commandé par un visco-coupleur inséré dans le circuit.
1.6
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ÉLÉMENTS COMMUNS
CHAPITRE 1
Transmission intégrale permanente
La transmission intégrale permanente Figure 1.8 Localisation des organes d’une transmission intégrale
permanente (Ford)
(figure 1.8) se trouve habituellement dans
des véhicules utilitaires plus luxueux ou des
Commande
automobiles à haute performance. Le boîtier
de verrouillage
de transfert renferme alors un différentiel
sphérique ou à train planétaire chargé de
partager le couple moteur, au besoin, selon
le couple résistant du train avant et du train
arrière. Avec un tel boîtier, le couple moteur
transmis ne peut cependant pas excéder le
Palier
couple résistant du train ayant la plus faible
Boîtier de
Pont
central
transfert
Arbre de
arrière
adhérence, soit le couple résistant le plus
transmission
faible. Les boîtiers de transfert de ce type
possèdent un mécanisme chargé de verrouiller les arbres de transmission avant et arrière. Ce verrouillage empêche, par exemple, que le
train avant posé sur une surface glacée patine pendant que celui arrière, profitant d’une bonne
adhérence, demeure immobile. Ce dispositif de verrouillage peut être manuel ou automatique.
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1.7