Fonctionnement d’une transmission manuelle
Les voitures ont besoin de transmissions en raison de la physique du moteur à essence. Tout d’abord, tout moteur a une ligne rouge – une valeur maximale de régime au-dessus de laquelle le moteur ne peut pas aller sans exploser. Deuxièmement, si vous avez lu (Comment fonctionne la puissance en chevaux-vapeur), alors vous savez que les moteurs ont des plages de régimes étroites où la puissance et le couple sont à leur maximum. Par exemple, un moteur pourrait produire sa puissance maximale à 5 500 tr / min.
La transmission permet au rapport de démultiplication entre le moteur et les roues motrices de changer au fur et à mesure que la voiture accélère et ralentit. Vous changez de vitesse pour que le moteur reste au-dessous de la ligne rouge et près de la bande de régime de sa meilleure performance.
Idéalement, la transmission serait si souple dans ses rapports que le moteur pourrait toujours fonctionner à sa seule valeur de régime de la meilleure performance. C’est l’idée derrière la transmission à variation continue (CVT). Nous en reparlerons ensuite.
Comment fonctionnent les transmissions manuelles
Transmissions à variation continue
Une transmission à variation continue (CVT) a une gamme presque infinie de rapports d’engrenage. Dans le passé, les transmissions CVT ne pouvaient pas concurrencer les transmissions à quatre et cinq vitesses en termes de coût, de taille et de fiabilité, de sorte que vous ne les voyiez pas dans les automobiles de série. De nos jours, les améliorations apportées à la conception ont rendu les CVT plus courantes.
La transmission est reliée au moteur par l’intermédiaire de l’embrayage. L’arbre d’entrée de la transmission tourne donc à la même vitesse que le moteur, ce qui améliore à la fois la puissance et l’économie de carburant. Les CVT sont devenues courantes dans les voitures hybrides, car elles sont considérablement plus efficaces que les transmissions automatiques manuelles et traditionnelles, et leur popularité est montée en flèche, les constructeurs automobiles se disputant les meilleures cotes d’économie de carburant. À la fin de 2016, une voiture sur quatre vendue aux États-Unis était équipée d’une TVC.
La CVT a ses inconvénients; Plus particulièrement, il peut être lent à conduire, car il est conçu pour l’efficacité plutôt que de s’amuser. Cependant, comme de nombreux conducteurs choisissent de s’éloigner de la boîte manuelle, ce qui réduit le nombre de manuels offerts, la CVT continue d’accroître sa présence. La CVT fonctionne également mieux dans les petites voitures avec de petits moteurs, ce qui explique pourquoi la plupart des camions et des gros VUS continuent d’utiliser des systèmes automatiques traditionnels.
Vous pouvez lire Comment CVT fonctionnent pour encore plus d’informations sur la façon dont les transmissions variables en continu fonctionnent. Maintenant, regardons une simple transmission.
Une transmission très simple
Pour comprendre l’idée de base d’une transmission standard, le schéma de gauche montre une transmission très simple à deux vitesses au neutre. Regardons chacune des parties de ce diagramme pour comprendre comment elles s’emboîtent:
- L’arbre vert vient du moteur à travers l’embrayage. L’arbre vert et l’engrenage vert sont connectés en une seule unité. (L’embrayage est un dispositif qui vous permet de connecter et de déconnecter le moteur et la transmission.) Lorsque vous enfoncez la pédale d’embrayage, le moteur et la transmission sont déconnectés afin que le moteur puisse fonctionner même si la voiture est immobile. Lorsque vous relâchez la pédale d’embrayage, le moteur et l’arbre vert sont directement connectés l’un à l’autre. L’arbre vert et le pignon tournent au même régime que le moteur.
- L’arbre et les engrenages rouges sont appelés l’arbre intermédiaire. Ceux-ci sont également connectés en une seule pièce, de sorte que tous les engrenages sur l’arbre de transmission et l’arbre de transmission lui-même tournent comme une unité. L’arbre vert et l’arbre rouge sont directement reliés par leurs engrenages maillés de sorte que si l’arbre vert tourne, il en est de même de l’arbre rouge. De cette manière, l’arbre intermédiaire reçoit sa puissance directement du moteur lorsque l’embrayage est engagé.
- L’arbre jaune est un arbre cannelé qui se connecte directement à l’arbre d’entraînement à travers le différentiel aux roues motrices de la voiture. Si les roues tournent, l’arbre jaune tourne.
- Les engrenages bleus roulent sur des roulements, alors ils tournent sur l’arbre jaune. Si le moteur est arrêté mais que la voiture est en roue libre, l’arbre jaune peut tourner à l’intérieur des engrenages bleus alors que les engrenages bleus et l’arbre de transmission sont immobiles.
- Le but du collier est de connecter l’un des deux engrenages bleus à l’arbre d’entraînement jaune. Le collier est relié, à travers les cannelures, directement à l’arbre jaune et tourne avec l’arbre jaune. Cependant, le collier peut coulisser à gauche ou à droite le long de la tige jaune pour engager l’un ou l’autre des engrenages bleus. Des dents sur le collier, appelées dents de chien, s’insèrent dans les trous sur les côtés des engrenages bleus pour les engager.
- Maintenant, voyons ce qui se passe quand vous passez en première vitesse.
Passage en première vitesse
L’image à gauche montre comment, lorsqu’il est déplacé en première vitesse, le collier violet engage l’engrenage bleu à sa droite. Comme le montre le graphique, l’arbre vert du moteur fait tourner l’arbre intermédiaire, ce qui fait tourner l’engrenage bleu vers la droite. Cet engrenage transmet son énergie à travers le collier pour entraîner l’arbre d’entraînement jaune. Pendant ce temps, l’engrenage bleu sur la gauche tourne, mais il tourne librement sur son palier de sorte qu’il n’a aucun effet sur l’arbre jaune.
Lorsque le collier est entre les deux vitesses (comme indiqué sur la figure de la page précédente), la transmission est au point mort. Les deux engrenages bleus roue libre sur l’arbre jaune à des vitesses différentes contrôlées par leurs rapports à l’arbre intermédiaire.
De cette discussion, vous pouvez répondre à plusieurs questions:
- Lorsque vous faites une erreur en changeant de vitesse et que vous entendez un horrible grincement, vous n’entendez pas le son des engrenages. Comme vous pouvez le voir sur ces schémas, toutes les dents d’engrenage sont entièrement maillées à tout moment. Le broyage est le son des dents du chien qui tentent sans succès d’engager les trous dans le côté d’un engrenage bleu.
- La transmission montrée ici n’a pas de « synchros » (discutées plus tard dans l’article), donc si vous utilisiez cette transmission vous auriez à double embrayage. Le double-embrayage était commun dans les voitures plus anciennes et est encore commun dans certaines voitures de course modernes. En double embrayage, vous devez d’abord appuyer une fois sur la pédale d’embrayage pour désengager le moteur de la transmission. Cela prend la pression sur les dents de chien afin que vous puissiez déplacer le collier au neutre. Ensuite, vous relâchez la pédale d’embrayage et tournez le moteur à la «bonne vitesse». La vitesse correcte est la valeur de régime à laquelle le moteur devrait tourner dans la vitesse suivante. L’idée est de faire tourner le pignon bleu du pignon suivant et le collier à la même vitesse afin que les dents du chien puissent s’enclencher. Ensuite, vous poussez à nouveau la pédale d’embrayage et verrouillez le collier dans la nouvelle vitesse. À chaque changement de vitesse, vous devez appuyer et relâcher l’embrayage deux fois, d’où le nom «double-embrayage».
- Vous pouvez également voir comment un petit mouvement linéaire dans le pommeau de levier de vitesse vous permet de changer de vitesse. Le pommeau de levier de vitesse déplace une tige reliée à la fourche. La fourche glisse le collier sur l’arbre jaune pour engager l’un des deux engrenages.
Dans la section suivante, nous verrons une vraie transmission.
Une transmission réelle
Les transmissions manuelles à quatre vitesses sont en grande partie désuètes, avec des transmissions à cinq et six vitesses prenant leur place comme les options les plus courantes. Certaines voitures de performance peuvent offrir encore plus de vitesses. Cependant, ils fonctionnent tous plus ou moins de la même manière, quel que soit le nombre d’engrenages. En interne, cela ressemble à ceci:
Il y a trois fourches commandées par trois tiges qui sont engagées par le levier de vitesse. En regardant les barres de changement de vitesse par le haut, elles ressemblent à ceci en marche arrière, première et seconde:
Gardez à l’esprit que le levier de vitesse a un point de rotation au milieu. Lorsque vous poussez le bouton vers l’avant pour engager la première vitesse, vous tirez la tige et la fourche pour la première vitesse.
Vous pouvez voir que lorsque vous déplacez le levier vers la gauche et la droite, vous engagez différentes fourches (et par conséquent des colliers différents). Le déplacement du bouton vers l’avant et vers l’arrière déplace le collier pour engager l’un des engrenages.
La marche arrière est maniée par un petit pignon de renvoi (violet). En tout temps, l’inverseur bleu de ce schéma ci-dessus tourne dans une direction opposée à toutes les autres vitesses bleues. Par conséquent, il serait impossible de lancer la transmission en marche arrière pendant que la voiture avance; les dents de chien ne s’engageraient jamais. Cependant, ils vont faire beaucoup de bruit.
Synchroniseurs
Les transmissions manuelles dans les voitures de tourisme modernes utilisent des synchroniseurs, ou synchrones, pour éliminer le besoin de double embrayage. L’objectif d’un synchro est de permettre au collier et à l’engrenage d’entrer en contact par frottement avant que les dents du chien entrent en contact. Cela permet au collier et à l’engrenage de synchroniser leurs vitesses avant que les dents ne s’enclenchent, comme ceci:
Le cône sur l’engrenage bleu s’adapte dans la zone en forme de cône dans le collier, et les frottements entre le cône et le collier synchronisent le collier et l’engrenage. La partie extérieure du collier glisse alors de sorte que les dents du chien peuvent engager l’engrenage.
Chaque fabricant implémente des transmissions et des synchros de différentes manières, mais c’est l’idée générale.
Qu’en est-il du manuel automatisé?
La transmission S tronic à sept rapports d’Audi permet aux conducteurs d’utiliser les modes D (Drive) ou S (Sport). Les conducteurs peuvent utiliser le levier sélecteur ou les palettes de changement de vitesse sur le volant pour se déplacer. AUDI
La transmission manuelle automatisée est peut-être mieux connue et plus précisément décrite comme l’automatique à double embrayage, et c’est une option de plus en plus populaire. Bien que la transmission automatique à double embrayage est devenue populaire sur les voitures de performance haut de gamme, telles que Porsche et Audis, elle est de plus en plus disponible sur les modèles plus traditionnels.
L’automatique à double embrayage fonctionne via deux embrayages, qui sont contrôlés par le réseau informatique de la voiture et ne nécessitent aucune entrée du conducteur. Comme nous l’avons vu, lorsque l’embrayage d’une boîte de vitesses manuelle est engagé, il déconnecte le moteur de la transmission pour permettre le changement. L’automatique à double embrayage actionne deux engrenages différents à la fois, ce qui complète le changement tout en contournant l’étape de déconnexion de l’alimentation. Cela permet à une boîte de vitesses à double embrayage de compléter les changements de vitesse beaucoup plus rapidement, puisqu’il n’y a pas de «pause» pendant que le moteur et la boîte de vitesses essaient de faire marche arrière.
La voiture est plus rapide car il n’y a pas d’interruption de la puissance, la conduite est plus douce car il est presque impossible de déterminer le moment du changement de vitesse, et l’économie de carburant est meilleure car il n’y a pas de perte de puissance. Vous pouvez en savoir plus sur les transmissions à double embrayage ici.
Il est à noter que certaines voitures à double embrayage automatique offrent un mode de changement de vitesse manuel, généralement par l’intermédiaire de palettes au volant, mais l’expérience n’est pas la même. Certains passionnés de performance peuvent déplorer la perte de l’expérience « rame toi-même », puisque le déplacement manuel est une compétence agréable à pratiquer et à perfectionner, mais si la vitesse est le but ultime, il est difficile de discuter des résultats d’une transmission manuelle automatisée.
Où sont passés les manuels?
Les transmissions manuelles, également connues sous le nom de 5 vitesses, ont connu une baisse de popularité aux États-Unis et représentaient seulement 5% des voitures vendues en 2016.
À la fin de 2016, seulement 5% des nouveaux véhicules étaient vendus avec des transmissions manuelles, selon U.S. News & World Report. C’est en baisse d’un pic d’environ 25 pour cent en 1987.
Même si vous êtes parmi les rares acheteurs de voiture qui préfèrent conduire un manuel, vous aurez du mal à en trouver un la prochaine fois que vous vous rendrez chez un concessionnaire. Certains fabricants conservent le manuel comme une excuse pour facturer plus pour une boîte automatique ou CVT, mais le revers de la médaille c’est qu’il est difficile d’obtenir une voiture bien équipée avec une transmission manuelle. Si vous souhaitez des options telles que les mises à niveau du moteur ou la transmission intégrale, ces fonctions ne sont souvent disponibles que sur les modèles ou les niveaux de finition qui n’offrent pas de transmissions manuelles. Les voitures de sport, qui étaient autrefois des moyens sûrs d’obtenir des transmissions manuelles, se tournent également vers des options automatiques plus rapides et plus efficaces.
Les constructeurs automobiles affirment que les transmissions automatiques sont tout simplement meilleures à tous égards, en particulier les options CVT et double embrayage que nous avons abordées dans les pages précédentes. L’intérêt réel pour posséder une voiture avec une transmission manuelle est également en baisse, d’autant plus que les conducteurs passent plus de temps assis dans une circulation dense, où la mise en drapeau constante d’une pédale d’embrayage peut devenir fatigante. Comme l’a rapporté U.S. News, «à mesure que les automobilistes rencontrent plus de ces excellentes automatismes modernes, moins d’entre eux sont intéressés à apprendre à conduire un manuel».