Esprit Land 25

Les boîtes automatiques : une prouesse technologique

La boîte automatique est une alternative attrayante à la boîte manuelle, l’embrayage est supprimé et les vitesses passent automatiquement. Une telle prouesse technique est possible grâce à un convertisseur de couple et un système complexe d’engrenage, radicalement différent de celui d’une boîte manuelle.

 

                        Une boîte de vitesses automatique, grâce au convertisseur de couple, est un système de transmission assumant, à la fois, les fonctions d’un embrayage et d’une boîte de vitesses. Cet organe se monte sur un Land comme son homologue manuel, entre le moteur et la boîte de transfert. Le conducteur n’a plus à se soucier de changer les rapports de vitesses. En effet, pour qu’un moteur fonctionne sans inconvénient, il doit tourner entre un régime minimum et un régime maximum. Sur un Land, avec une boîte manuelle, c’est au conducteur de choisir le meilleur rapport de boîte afin de préserver le moteur tout en transmettant un couple suffisamment élevé pour faire tourner les roues.

Avec une boîte automatique, il suffit de mettre le sélecteur en position D (drive), pour que le choix du rapport se fasse automatiquement en fonction de la vitesse du véhicule, du régime du moteur et de la position de l’accélérateur. Le moteur fonctionne à un bon régime, généralement compris entre 2000 et 5000 tr/min, restant ainsi dans les normes établies par le constructeur pour une moindre consommation de carburant et une plus grande durée de vie. Ce type de boîte, composé de trois ensembles - cloche de boîte, carter de la boîte et carter de prolonge - se caractérise également par la disparition de l’embrayage. Un convertisseur de couple accolé à la boîte automatique se charge de l’accouplement du moteur et de la transmission. Le conducteur n’a ainsi pas à se soucier d’embrayer ou de débrayer pour changer les rapports, avec le risque de caler.

Le convertisseur transmet de manière progressive et continue le couple à la chaîne cinétique. Cet organe, situé dans la cloche de boîte, se compose de trois éléments - le volant pompe, le volant turbine et le stator - le tout enfermé dans une enveloppe étanche. Le volant pompe et le volant turbine sont deux pièces demi toriques munies d’ailettes radiales se faisant face. Le volant pompe est relié à l’arbre de sortie du moteur alors que le volant turbine est fixé sur l’arbre d’entrée de la boite automatique. Le couplage entre les deux est assuré par la circulation d’un fluide - en l’occurrence de l’huile ATF pour «automatic transmission fluid », la fameuse huile rouge - à travers le stator, une roue à ailettes de petite dimension disposée entre les deux volants et reposant sur une roue libre. Le principe de fonctionnement de l’ensemble est simple. Lorsque le volant pompe, entraîné par le moteur, se met à tourner, la force centrifuge rejette l’huile vers l’extérieur, créant une dépression au centre. Le fluide est alors projeté vers le volant turbine en biais, ce qui assure progressivement l’entraînement de cette turbine. Guidée par les alvéoles de cette dernière, l’huile passe à travers le stator. Cette pièce accélère le fluide et le renvoie vers le volant pompe, ce qui augmente sa vitesse de rotation. Ainsi, à bas régime, le convertisseur distribue plus de couple à la transmission qu’il n’en reçoit du moteur. La différence de vitesse de rotation entre ces trois éléments diminue avec l’augmentation du régime moteur. Lorsqu’ils tournent à la même vitesse, on dit qu’ils ont atteint le point d’accouplement. Le convertisseur ne contribue pas au changement de vitesses. Il sert simplement à transmettre le couple avec progressivité. On dit qu’il transforme l’énergie du moteur en énergie hydrocinétique. L’arbre d’entrée de la boite supportant le volant turbine traverse une plaque intermédiaire, avant de pénétrer dans le carter de boîte. Le mouvement circulaire de cet arbre est envoyé à un système à trains épicycloïdaux, constitué d’une couronne à denture interne, d’un satellite et de planétaires mobiles. Ces pièces sont toujours en prise et peuvent se bloquer individuellement. Suivant l’immobilisation d’un satellite ou la solidarisation de la couronne avec les planétaires, on obtient des rapports de transmission différents, et même une inversion du sens de rotation pour disposer d’une marche arrière. Ces immobilisations ou ces solidarisations sont obtenues par un système d’embrayage de type multidisque, commandé par pression hydraulique ou par des freins. Cette architecture interne apporte plusieurs avantages. Cela donne de grandes démultiplications dans un faible encombrement. On obtient de nombreuses combinaisons de vitesses sans déplacements latéraux de pignons. L’asservissement automatique est facilité. A l’extrémité du carter de boîte, vient se fixer le carter de prolonge. Cette pièce relie la boîte de vitesses à la boite de transfert via un arbre cannelé assurant la transmission du mouvement. Un joint spi, disposé à son extrémité, assure l’étanchéité. Sur le coté du carter de prolonge, un reniflard empêche toute surpression. Sous les trains épicycloidaux, au-dessus du carter d’huile de boite, est localisé le boîtier de soupapes. Cet organe contrôle la circulation de l’huile à l’intérieur de la boîte afin d’assurer le passage des vitesses. En son sein, plusieurs vannes actionnent l’engagement des différents embrayages à disques, blocages d’embrayage et freins nécessaires à la sélection des éléments du train épicycloïdal.

A partir des Range P38 et les Discovery Td5, les vannes sont remplacées par des électrovannes, elles-mêmes commandées par un boîtier électronique de gestion appelé EAT ( « electronic automatic transmission »). Grâce à divers capteurs, ce module de gestion compare la programmation emmagasinée dans sa mémoire aux informations qu’il reçoit - vitesse du véhicule, régime du moteur, désir du conducteur pour changer les vitesses. Désormais, sur les Land récents, l’EAT fonctionne conjointement avec I’ECM, le boîtier de gestion moteur, afin d’optimiser le choix des vitesses. Cette stratégie, qui consiste, entre autres, à réduire le couple du moteur au passage des vitesses, permet une meilleure progressivité au changement de rapport et une plus grande fiabilité de la boîte de vitesses elle-même. L’huile, avant d’arriver au boîtier de soupapes, est mise sous pression par la pompe à huile située sur la plaque intermédiaire. Elle est aspirée dans le carter inférieur par un tuyau en acier et passe au travers d’un filtre. Le dernier composant d’une boite automatique est le sélecteur situé dans l’habitacle. Cet élément, relié à la boite par un câble de transmission sous gaine souple - dit Bowden, du nom de son inventeur en 1902 - dispose de plusieurs positions. Le cran P correspond à la position parking avec la boîte de vitesses bloquée, N à la mise au point mort, R pour la marche arrière et D pour le passage automatique des rapports. Le conducteur peut «verrouiller» un rapport en mettant le sélecteur sur l’une des positions intermédiaires, 1,2 ou 3. Quand le sélecteur est sur le cran 2, le changement de vitesses se fait uniquement entre la première et la seconde. Le conducteur peut également modifier l’automatisme de la boite grâce à la pédale d’accélérateur. En appuyant à fond dessus, un signal est envoyé à la boîte pour passer le rapport inférieur au régime maximal établi par le constructeur ou pour rétrograder, assurant ainsi une bonne accélération. Cette manoeuvre est appelé « kick down ». Avec une accélération en douceur, les changements de vitesses se produisent au contraire à des régimes plus bas.

 


Historique

L’histoire de la boite de vitesse automatique commence en 1908 par l’invention du coupleur hydraulique pour un usage marin par Hermann Fôttinger. En 1926, en Grande-Bretagne, la firme Leyland adopte sur les autobus londoniens un coupleur hydraulique évolué par rapport à celui de 1908. En 1930, La firme britannique Daim construit une transmission semi-automatique formée d’un coupleur hydraulique accouplé à une boîte épicycloïdale électromagnétique Wilson. Mais le coût de production élevé et un manque de fiabilité n’autorisent pas une production de masse. General Motors présente en 1939 l’HydroMatic Drive, un modèle constitué d’un coupleur hydraulique et d’une boîte épicycloïdale à quatre rapports. A l’après-guerre, les transmissions automatiques se perfectionnent et le coupleur laisse place au convertisseur hydraulique. Très rapidement, ce type de transmission est proposé par les constructeurs américains. Buick, dès 1947, propose la Dynaflow; Ford, la Borg Warner, en 1949, et General Motors, la Powerglide en 1950. Le Range Rover Classic a reçu la première boîte automatique montée sur les Land. Il s’agissait de la Chrysler TE 727 trois rapports en 1982. Elle fut très vite remplacée par un modèle 4HP22 à 4 rapports, du fabricant ZF (Zahnradfabrik-Friedrichshafen) en 1985.

Vérifier l’huile pour un bon entretien

Une boite automatique ne nécessite pas un entretien particulier. Il suffit de respecter les préconisations du constructeur concernant le changement de l’huile et du filtre à huile. L’huile ATF ( automatic transmission fluid ») est très importante, car elle assure le passage des vitesses et la lubrification, mais aussi le refroidissement de la boîte et contribue au bon fonctionnement du boîtier de soupapes. L’huile sous pression permet de commander les embrayages, qui, s’ils ne sont pas soumis à une pression suffisante, patinent et se détériorent rapidement. S’il vient à en manquer, les rapports ne passeront plus. Lorsqu’on procède à la vidange de la boite, tous les 40 000km, il ne faut pas oublier de remettre l’aimant à l’intérieur du carter car il épure l’huile de toute particule métallique indésirable. Le filtre à huile doit être remplacé également tous les 40000km. Si ce changement n’est pas effectué, il risque de se colmater, ce qui se traduit par un débit moindre de l’huile dans la boite. Employez une huile de qualité, comme la Dexron 3. Autre chose à ne pas négliger : le reniflard, situé à l’arrière de la boite. Il ne doit pas être bouché pour éviter toute surpression.

Références des modèles pour les Land

Véhicules

Modèles

Range   Rover Classic

TF   727

Range   Rover Classic

ZF   4HP22

Range   Rover P38 2.5 TD

ZF   4HP22

Range   Rover P38 V8 4.0

ZF   4HP22

Range   Rover P38 V8 4.6

ZF   4HP24

Range   Rover L322

GM   5L40-E

Range   Rover L322 TD

ZF   5 HP24

Discovery   td5

ZF   411P22

Discovery   V8

ZF   4HP22

Discovery   300 tdi

ZF   4HP22

Freelander

Jatco   JF5O6E

Freelander   2

Aisin   AW

Defender   50th V8

ZF   4HP22

 

 

 

Le saviez-vous ?

  • La boîte 2F      4HP22 équipant les moteurs Diesel et les V8 de 41 sont de conceptions      proches. Ils différent sur des points de détails comme la forme de cloche      de boîte.
  • La boîte 2F      4HP22 du Range V8 4 l est d’architecture similaire au modèle ZF 4HP24      monté sur les Range V8 4,6 l. Seul le carter de prolonge plus long les      distingue, ce qui permet d’adopter une pompe à huile plus large.
  • Le terme ZF      4HP22 ne désigne pas un modèle de boîte mais un type d’architecture. En      effet, entre une 4HP22 de Range Classic et celle du Defender 50th, la      démultiplication des rapports est différente.
  • La boîte de      vitesses du nouveau Range est produite par General Motors pour le modèle      Diesel et la marque ZF pour le modèle essence.
  • Depuis      1999, les Land équipés d’un moteur V8 de 4 l et d’un V8 de 4,6 l disposent      du convertisseur de 280 mm alors qu’avant, le 4 l était équipé d’un convertisseur      de 260mm.

Les avantages

Utiliser une boîte automatique offre des bénéfices certains dans nombre de situations.

  • Le véhicule      démarre, en toutes circonstances, de manière très progressive. Il ne peut      pas y avoir d’à-coups lors des changements de rapport, risquant de      détériorer la mécanique.
  • On ne cale      pas, même en démarrage en côte, c’est très appréciable en tout terrain.
  • Le choix du      rapport enclenché est toujours le meilleur car il préserve le moteur et      réduit la consommation de carburant.
  • Sur les      derniers modèles de boîte automatique contrôlée électroniquement, des      sécurités sont installées, évitant tout surrégime en cas de sélection      manuelle d’un mauvais rapport.
  • Au niveau      de confort d’utilisation, dans les embouteillages, le conducteur n’a pas à      manipuler le levier pour changer de rapport.

Steptronic : un modèle à part

La boite automatique équipant les Freelander est le modèle JF5O6E du fabricant Jatco. C’est une boite à cinq rapports â contrôle électronique se comportant comme une boite automatique classique. Elle peut aussi s’utiliser comme une boite semi-automatique, en basculant le levier de sélection vers la droite, De cette façon, on passe soit en mode sport, soit en mode manuel. En mode sport, le boîtier de gestion de la boîte, l’EAT, (electronic automatic transmission) adopte une programmation particulière. Le passage des rapports s’effectue à un régime moteur plus élevé, Le mode manuel permet au conducteur de choisir lui-même ses rapports. Lorsqu’il pousse le sélecteur vers l’avant, il monte les rapports et inversement vers l’arrière. Cette boite est entièrement contrôlée par électronique, via I’EAT, et le boîtier de gestion moteur ECM. Le boîtier de gestion de la boite reçoit des informations via I’ECM sur le fonctionnement du moteur et via divers capteurs. Grâce à ces données, il adopte le meilleur rapport de boite, conformément â sa programmation, et il contrôle neuf électrovannes pour assurer le bon fonctionnement, la lubrification de la boite ainsi que l’enclenchement des embrayages et des freins du train épicycloïdal.

 

Date de dernière mise à jour : 16/10/2015

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