ARCHITECTURES ET SONS DE MOTEURS

Le type de transmission joue un rôle très important dans le caractère ressenti, la sonorité, l'efficacité, le plaisir ou le confort de conduite d'un véhicule à moteur thermique.

La boîte de vitesse permet de faire varier la démultiplication entre le vilebrequin et la ou les roues motrices.

La prolifération des boîtes automatiques de différentes technologies permet une plus grande efficacité sans effort du conducteur mais ne remplace pas sur un engin sportif les sensations procurées par une boîte manuelle permettant de "jouer" librement avec le régime moteur et l'ouverture des gaz comme d'un instrument de musique :

- coups de gaz avec montée en régime à vide au point mort ou moteur débrayé

- montée en régime en accélération à pleine charge jusqu'à la zone rouge avec fréquence et intensité du son proportionnelle à la prise de vitesse, renouvelée à chaque passage du rapport supérieur après chute du régime, avec une efficacité maximale en accélération si le régime reste proche du régime de puissance et compris entre le régime de couple maximum et la zone rouge, avec une sonorité plus pleine lorsque le régime correspond à un bon accord admission/échappement, avec une démultiplication finale qui doit permettre d'atteindre une vitesse maximale au régime de puissance

- choix d'un rapport de boîte en fonction de l'allure souhaitée et de la plage de fonctionnement du moteur avec modulation de la sonorité d'admission et d'échappement suivant variation de l'ouverture des gaz et du régime, avec changement de fréquence et de tonalité du moteur, en particulier en accélération à pleine charge, lors de l'utilisation du frein moteur, et lors des reprises, lorsque le profil de la route (ou off road) permet ou impose de nombreux changements de rythme et de vitesse (virages, déclivités), surtout avec un moteur atmosphérique avec cylindrée ou plage de régime réduite qui, à défaut de pouvoir '"enrouler" avec vigueur sur le couple à bas régime avec un rapport de boîte supérieur, permet plus facilement d'exploiter toute la plage de régime en évitant le manque de sensation voire la frustation de ne pouvoir exploiter à fond un moteur plus puissant, en particulier sur route ouverte.

BOITE DE VITESSE MECANIQUE A PRISE CONSTANTE (nécessitant un embrayage)

AVEC TRAINS DE PIGNONS PARALLELES

Liste non exhaustive de différents types de boîtes à prise constante :

- à commande manuelle avec rapports synchronisés (automobile de tourisme), à 2 axes de pignons à taille hélicoïdale avec pignons solidaires de l'arbre primaire et engagement des rapports par verrouillage d'un des pignons fou sur l'arbre de sortie par déplacement d'un baladeur (avec bague de synchronisation) à l'aide de fourchettes de sélection commandées par la tringlerie du levier de vitesse, avec plusieurs types de construction :

    . à carter d'huile séparé du bloc moteur permettant l'utilisation d'une huile plus épaisse avec des vidanges beaucoup plus espacées que celles du moteur :

            - boulonnée au bloc moteur (cas général)

            - séparée du bloc moteur (cas particulier du système transaxle à moteur avant et arbre de transmission entraînant un ensemble boîte-pont avec embrayage sur l'essieu arrière et permettant une meilleure répartition des masses, par exemple sur Lancia Aurelia, Porsche 928, 944, ou Alfa des années 70)

    . intégrée au carter moteur avec lubrification par la même huile (cas particulier du premier 4 cylindres en ligne type X produit par la Française de Mécanique dans les années 70/80, incliné de 72° vers l'arrière, avec boîte de vitesse sous les cylindres et sifflement caractéristique de la transmission primaire par engrenages (triplette de pignons à taille hélicoïdale), monté sur Peugeot 104,  Renault 14, ...)

- séquentielle (montée et descente des rapports un par un) non synchronisée, à 2 axes de pignons à taille droite avec engagement des rapports par crabots, plus rapide et plus compacte qu'une boîte manuelle synchronisée, mais plus brutale et bruyante (motos, autos de compétition), avec en moto des fourchettes de sélection guidées par barillet rotatif entrainé par sélecteur au pied et avec plusieurs types de construction :

     . intégrée au carter moteur 4 temps généralement à plan de joint horizontal, avec lubrification par la même huile (technique la plus courante, appliqué en moto depuis les années 60 et désignée "unit" en anglais) et permettant une simplification mécanique, une meilleure étanchéité, un gain d'encombrement et de poids par rapport à une boîte séparée, en association avec un embrayage multidisque dans le même carter humide (avec réserve d'huile dans le carter) ou carter sec plus compact (avec circuit d'huile participant au refroidissement avec réservoir séparé et si nécessaire un radiateur sur le circuit)

     . séparée du carter moteur 4 temps et du carter de transmission primaire (généralement à chaîne) reprenant un embrayage multidisque (technique encore utilisée sur les plus gros V-twin Harley Davidson et sur les motos anciennes, désignée "pré unit" en anglais pour les BSA et Triumph) et permettant un réglage simple de la tension de chaîne par recul de la boîte, une huile et une périodicité de vidange adaptées pour chacun des 3 carters ne se polluant pas mutuellement, avec un accès  indépendant à chaque organe de transmission, mais avec plus de complexité mécanique, d'encombrement et de poids, et plus de risque de fuite (fréquent sur anciennes motos anglaises).

     . boulonnée ou intégrée au bloc moteur mais avec carter et lubrification séparée, souvent associée à un embrayage monodisque ou bidisque à sec sur motos 4 temps à vilebrequin longitudinal (BMW K75, K100, K1100, et flat-twins avant 2013, V-twin MOTO GUZZI refroidis par air), appliquée également à partir des années 60 sur certaines motos anglaises à vilebrequin transversal (désignée "semi unit" en anglais), et sur moteurs 2 temps dont le carter moteur n'a pas de réserve d'huile (graissage par mélange d'huile à l'essence avec ou sans réservoir d'huile séparé)

- séquentielle avec shifter et sélecteur de vitesse au pied (moto) permettant de couper l'allumage à la montée des rapports (et à la descente si poignée de gaz électronique de type ride by wire)

- séquentielle robotisée à simple embrayage assisté (sans levier d'embrayage), avec sélecteur au pied ou commodo au guidon sur Yamaha FJR 1300 AS avec système YCC-S

- séquentielle de type seamless (en F1, moto GP, et autres compétitions) sans rupture de couple lors du passage manuel des rapports

- automatique robotisée à double embrayage (type DSG, PDK, DCT, ...) avec mode séquentiel par palettes au volant ou commodo au guidon, avec diverses cartographies proposant des lois de passage de rapports à différents régimes

- automatique ou semi-automatique robotisée à simple embrayage (automobile), avec mode séquentiel par levier ou par palettes au volant

BOITE DE VITESSE A REDUCTEURS PLANETAIRES (TRAINS EPICYCLOIDAUX)

Les réducteurs planétaires ou trains épicycloïdaux sont formés de 2 planétaires reliés par des satellites montés sur un porte-satellite coaxial avec les planétaires, avec modification du rapport de transmission par blocage d'un des 3 axes. Ils suppriment les ruptures de charge lors des changements de rapport et sont compacts mais consomment plus de puissance qu'une boîte à prise constante à trains de pignons parallèles. Ils sont utilisés dans des boites semi-automatiques ou automatiques sur les motorisations hybrides, les véhicules agricoles ou industriels, sur les vélos à changement de vitesses dans le moyeu, et également sur les différentiels (avec pignons coniques)

BOITE DE VITESSE AUTOMATIQUES

ne nécessitant pas d'embrayage

Liste non exhaustive de différents types de boîtes automatiques sans embrayage :

- automatique à convertisseur de couple hydraulique et changement de rapports par trains épicycloïdaux (réducteurs planétaires), avec mode automatique ou séquentiel

- automatique à variation continue CVT (mobylettes, scooters, automobiles de faible puissance) avec le plus souvent un système à courroie sur poulies dont le diamètre varie en fonction de l'écartement des flancs internes, soit avec la force centrifuge (mobylette), soit par pilotage électronique, avec sensation de patinage à l'accélération avec absence de montée en régime proportionnelle à la vitesse et peu de frein moteur. Le régime dépend de la charge plutôt que de la vitesse. Lors d'une accélération continue à pleine charge, le moteur se cale très rapidement au régime de couple maxi et y reste jusqu'à atteinte de la démultiplication maximale avant d'augmenter le régime jusqu'au maxi.

Voir page Wikipedia :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Variateur_de_vitesse_m%C3%A9canique#/media/Fichier:R%C3%A9gime_CVT.png

- automatique à variation continue hydromécanique sans convertisseur de couple type HTF Honda (moto DN-01 de 2008), avec plusieurs modes, automatique ou séquentiel, permettant moins de glissement qu'une CVT et le maintien du frein moteur

EMBRAYAGE

L'embrayage permet d'accoupler progressivement le vilebrequin (ou le volant moteur en bout de vilebrequin) à la boîte de vitesses à trains de pignons parallèles après engagement d'un rapport (embrayer) et de désaccoupler (débrayer) de nouveau le vilebrequin lors du passage des rapports ou à chaque fois qu'il ne doit pas être accouplé aux roues motrices avec un rapport engagé (à l'arrêt, lors d'un freinage d'urgence ou d'un problème moteur, etc...)

L' embrayage peut être :

- monodisque ou bidisque à sec avec volant moteur généralement en bout de vilebrequin et hors carter moteur (automobiles et anciennes motos à vilebrequin longitudinal type flat-twins conçus avant 2013 ou V-twin MOTO GUZZI sauf V100, ou BMW séries K 75/100/1100 avec transmission par engrenage entre vilebrequin décalé à droite et volant moteur), très bon rendement mais encombrant avec une inertie importante et une endurance limitée (échauffement) en cas de patinage prolongé 

- multidisque en bain d'huile pour moins d'inertie, plus de compacité, de durabilité, d'endurance, de prévisibilité et de douceur de fonctionnement, mais avec une perte de rendement consécutive au fonctionnement en bain d'huile, avec risque de pollution de l'huile moteur si dans le même carter (motos sauf Moto Guzzi et flat twins BMW d'anciennes générations, certaines autos sportives)

- multidisque à sec, compact avec un bon rendement mais très bruyant en position débrayée (motos de course type Ducati)

La commande de l'embrayage peut être :

- manuelle, avec transmission mécanique à câble, ou hydraulique.

- semi-automatique, par système électrique couplée au levier de vitesse (dispense d'actionner l'embrayage en moto avec système type Quick shifter à la montée des rapports, ou dans les 2 sens)

- automatique, par exemple avec système Honda E-Clutch en moto qui dispense d'actionner manuellement l'embrayage (dont le levier de commande subsiste) à la fois au démarrage, en s'arrêtant avec une vitesse enclenchée, et bien sûr lors des changements de rapport.

En moto, l'embrayage peut être antidribble (inauguré en série sur la Honda VF 750 F de 1983) avec un plateau incliné pour éviter le blocage de la roue arrière sous l'effet du frein moteur, ou de type APTC avec accouplement hélicoïdal de la noix d'embrayage favorisant à la fois l'accroche en phase de motricité et le débrayage avec un effet antidribble.

TRANSMISSION PRIMAIRE

Lorsque l'embrayage ou la boîte automatique ne sont pas en bout de vilebrequin (motos en général sauf anciens flat-twins et V-twin MOTO GUZZI à embrayage monodisque ou bidisque à sec, et sauf mono transversal BMW G 450 à rotation inverse et embrayage multidisque en bain d'huile en bout de vilebrequin), la transmission primaire transmet le couple du vilebrequin à ces organes par :

- engrenage à taille droite ou oblique si embrayage en bain d'huile dans le carter moteur

- chaîne à rouleaux ou à denture interne type hy-vo, à largeur simple ou multiple (duplex, triplex) dans carter moteur, ou dans carter d'huile spécifique sur motos à boîte séparée 

- arbre de transmission pour autos à transmission transaxle, couplant le moteur avant à l'embrayage situé avec la boîte-pont arrière

La démultiplication de la transmission primaire permet de réduire la vitesse de la boîte, donc les craquements et difficultés de changement de vitesse.

Sur les motos à vilebrequin longitudinal, le couple de renversement peut être réduit par une transmission primaire entraînant l'embrayage dans un sens opposé à celui du vilebrequin.

Sur les motos 4 temps à boîte séparée, la transmission primaire à chaîne possède son propre carter d'huile reprenant également un embrayage multidisque

TRANSMISSION SECONDAIRE

La transmission secondaire transmet le couple de la boîte de vitesses jusqu'aux roues motrices avec :

- arbre(s) de transmission et cardans, avec renvoi(s) d'angle par couple conique (automobiles, et motos à transmission acatene, généralement de forte cylindrée ou à vilebrequin longitudinal ne nécessitant pas de renvoi d'angle en sortie de boîte), avec couple conique (et différentiel sur automobiles, de type autoblocant sur véhicules sportifs) sur pont arrière, ou sur boîte-pont pour autos dont la boîte est située sur l'essieu moteur

- chaîne (motos à vilebrequin transversal) le plus souvent à joints toriques ou sous carter étanche sur utilitaires

- courroie crantée (motos à vilebrequin transversal de type custom ou utilitaire)

Les  transmissions non automatiques les plus courantes avec boîtes à trains de pignons parallèles sont :

- en automobile la boîte manuelle à 5 rapports synchronisés + marche arrière, à carter séparé du bloc moteur, avec embrayage monodisque à sec en bout de vilebrequin et transmission secondaire par arbre(s) et cardans avec différentiel

- en moto la boîte séquentielle à 6 rapports intégrée au carter moteur, avec transmission primaire, embrayage multidisque en bain d'huile, et transmission secondaire par chaîne à joints toriques