Si vous connaissez les transmissions manuelles, vous savez que le moteur est relié à la transmission par l’intermédiaire d’un embrayage. Sans cette connexion, une voiture ne pourrait pas s’arrêter complètement sans tuer le moteur. Les voitures équipées d’une boîte de vitesses automatique n’ont pas d’embrayage qui déconnecte la boîte de vitesses du moteur. Au lieu de cela, elles utilisent un dispositif appelé convertisseur de couple. Ce dispositif n’a l’air de rien, mais il y a des choses très intéressantes qui se passent à l’intérieur.
La rotation du vilebrequin du moteur d’une voiture produit un couple (c’est-à-dire l’énergie que vous créez en tordant quelque chose). C’est le couple qui vous permet d’accélérer votre voiture. Plus le moteur produit de couple, plus la voiture roule vite. Un convertisseur de couple permet au moteur d’une voiture équipée d’une boîte de vitesses automatique de continuer à tourner même lorsque les roues s’arrêtent.
Dans cet article, nous verrons pourquoi les voitures à transmission automatique ont besoin d’un convertisseur de couple, comment fonctionne un convertisseur de couple et quels sont ses avantages et ses inconvénients. Les boîtes de vitesses automatiques auxquelles nous faisons référence sont les boîtes traditionnelles qui équipent les voitures depuis les années 1950 environ. Les nouveaux types de transmission automatisée, comme la boîte de vitesses semi-manuelle et la CVT, utilisent d’autres méthodes de transmission de la puissance et n’incluent pas de convertisseur de couple.
| 🔧 Rôle principal | Permet au moteur de tourner sans arrêter la voiture |
| 🔄 Fonctionnement | Transfert de couple via un couplage fluidique |
| 🛑 Quand la voiture est arrêtée | Couple transmis faible, maintien facile avec frein |
| 🚀 Accélération | Augmente le couple vers les roues |
| 🧩 Composants internes | Hélice, turbine, stator, fluide de transmission |
| 🔄 Cycle du fluide | Fluide projeté, change de direction dans la turbine, impacte le stator |
| 🔗 Stator | Redirige le fluide, augmente l’efficacité |
| 🚗 À haute vitesse | Turbine et roue quasi à même vitesse, stator en roue libre |
| 💪 Avantages | Augmentation du couple au démarrage, permet d’arrêter sans caler |
| 🔻 Inconvénients | Moins efficace à haute vitesse, perte de puissance et de chaleur |
| 🔧 Embrayage de blocage | Minimise la perte de puissance à haute vitesse |
| 📈 Améliorations modernes | Plus de rapports avant pour optimiser la transmission de puissance |
Notions de base sur les convertisseurs de couple
Un convertisseur de couple est un type de couplage fluidique qui permet au moteur de tourner indépendamment de la transmission. Si le moteur tourne lentement, par exemple lorsque la voiture tourne au ralenti à un feu rouge, le couple transmis par le convertisseur de couple est très faible, de sorte qu’une légère pression sur la pédale de frein suffit à maintenir la voiture immobile.
Si vous appuyez sur la pédale d’accélérateur alors que la voiture est à l’arrêt, vous devrez appuyer plus fort sur le frein pour empêcher la voiture de bouger. En effet, lorsque vous appuyez sur l’accélérateur, le moteur accélère et envoie plus de liquide dans le convertisseur de couple, ce qui augmente le couple transmis aux roues.
L’intérieur d’un convertisseur de couple
Le boîtier très solide du convertisseur de couple contient quatre composants :
- l’hélice
- la turbine
- stator
- le fluide de transmission
Le boîtier du convertisseur de couple est boulonné au volant du moteur, de sorte qu’il tourne à la vitesse du moteur. Les ailettes qui constituent la pompe du convertisseur de couple sont fixées au boîtier, de sorte qu’elles tournent également à la même vitesse que le moteur. La coupe ci-dessous montre comment tout est connecté à l’intérieur du convertisseur de couple.
La roue à l’intérieur d’un convertisseur de couple est un type de pompe centrifuge. Lorsqu’elle tourne, le liquide est projeté vers l’extérieur, tout comme le cycle d’essorage d’une machine à laver projette l’eau et les vêtements à l’extérieur de la cuve. Lorsque le fluide est projeté vers l’extérieur, il se crée un vide qui aspire davantage de fluide au centre.
Le liquide pénètre alors dans les pales de la turbine, qui est reliée à la transmission. La turbine fait tourner la transmission, envoyant la puissance à travers les arbres, les différentiels et jusqu’aux roues motrices. Vous pouvez voir sur le graphique de gauche que les pales de la turbine sont incurvées. Cela signifie que le fluide, qui entre dans la turbine par l’extérieur, doit changer de direction avant de sortir par le centre de la turbine. C’est ce changement de direction qui fait tourner la turbine.
Pour changer la direction d’un objet en mouvement, vous devez appliquer une force à cet objet, qu’il s’agisse d’une voiture ou d’une goutte de liquide. Et ce qui applique la force qui fait tourner l’objet doit également ressentir cette force, mais dans la direction opposée. Ainsi, lorsque la turbine fait changer le fluide de direction, le fluide fait tourner la turbine.
Le fluide sort de la turbine par le centre, en se déplaçant dans une direction différente de celle dans laquelle il est entré. Le fluide sort de la turbine en se déplaçant dans le sens opposé à celui dans lequel la pompe (et le moteur) tournent. Si le fluide pouvait atteindre la pompe, il ralentirait le moteur, ce qui entraînerait une perte de puissance. C’est pourquoi un convertisseur de couple est doté d’un stator.
Le stator
Le stator se trouve au centre du convertisseur de couple. Son rôle est de rediriger le fluide qui revient de la turbine avant qu’il n’atteigne à nouveau la pompe. Cela augmente considérablement l’efficacité du convertisseur de couple.
Le stator est doté de pales très agressives qui inversent presque complètement le sens du fluide. Un embrayage unidirectionnel (à l’intérieur du stator) relie le stator à un arbre fixe dans la transmission (le sens dans lequel l’embrayage permet au stator de tourner est indiqué dans la figure ci-dessus). En raison de cette disposition, le stator ne peut pas tourner avec le fluide – il ne peut tourner que dans la direction opposée, ce qui oblige le fluide à changer de direction lorsqu’il frappe les pales du stator.
Un phénomène un peu plus délicat se produit lorsque la voiture se met en mouvement. À la vitesse de l’autoroute, la roue et la turbine tournent presque à la même vitesse (la pompe tourne toujours un peu plus vite). À ce stade, le fluide revient de la turbine et entre dans la pompe en se déplaçant déjà dans la même direction que la pompe, de sorte que le stator n’est pas nécessaire.
Même si la turbine change la direction du fluide et le projette à l’arrière, le fluide finit toujours par se déplacer dans la direction où tourne la turbine parce que la turbine tourne plus vite dans une direction que le fluide n’est pompé dans l’autre direction. Si vous vous trouviez à l’arrière d’un pick-up roulant à 96 km/h et que vous lanciez une balle à l’arrière de ce pick-up à 64 km/h, la balle continuerait d’avancer à 32 km/h. Ce phénomène est similaire à celui qui se produit dans la turbine. Ce phénomène est similaire à celui qui se produit dans la turbine : Le fluide est projeté à l’arrière dans une direction, mais pas aussi vite qu’au départ dans l’autre direction.
À ces vitesses, le fluide heurte en fait les faces arrière des pales du stator, ce qui fait tourner le stator en roue libre sur son embrayage unidirectionnel afin de ne pas gêner le fluide qui le traverse.
Avantages et inconvénients d’un convertisseur de couple
Outre sa fonction très importante qui consiste à permettre à votre voiture de s’arrêter complètement sans que le moteur ne cale, le convertisseur de couple donne à votre voiture plus de couple lorsque vous accélérez après un arrêt. Les convertisseurs de couple modernes peuvent multiplier le couple du moteur par deux ou trois. Cet effet ne se produit que lorsque le moteur tourne beaucoup plus vite que la transmission.
Dans certaines applications de performance, les voitures sont équipées de ce que l’on appelle un convertisseur de couple à calage élevé. Par rapport à un convertisseur normal, ce composant transmet la puissance aux roues à un régime beaucoup plus élevé (tours par minute). Cela signifie que l’effet multiplicateur de couple du convertisseur se produit lorsque le moteur est proche de sa puissance maximale, ce qui lui permet d’accélérer fortement en sortie de ligne. Toutefois, cet effet n’est pas souhaitable dans la circulation quotidienne.
À des vitesses plus élevées, la transmission tourne à environ 90 % du régime moteur. Dans l’idéal, cependant, la transmission tournerait exactement à la même vitesse que le moteur, car cette différence de vitesse gaspille de l’énergie et fait perdre de la chaleur à l’ensemble. C’est en partie pour cette raison que les voitures équipées d’une boîte de vitesses automatique ont parfois un rendement énergétique inférieur à celui des voitures à boîte de vitesses manuelle.
Pour contrer cet effet, certaines voitures sont équipées d’un convertisseur de couple avec embrayage de blocage. Lorsque les deux moitiés du convertisseur de couple prennent de la vitesse, cet embrayage les bloque ensemble, ce qui garantit que le moteur et la boîte de vitesses tournent à la même vitesse et minimise la perte de puissance. De nombreuses boîtes de vitesses automatiques modernes ont également ajouté jusqu’à 10 rapports avant afin d’optimiser la transmission de la puissance et d’égaler l’efficacité des anciennes boîtes de vitesses manuelles.
Tableau comparatif des avantages et inconvénients
| Caractéristique | Avantages | Inconvénients |
|---|---|---|
| Fonction de base | Permet l’arrêt complet sans caler le moteur 🛑 | – |
| Multiplication du couple | Augmente le couple lors de l’accélération après un arrêt 🚗 | Effet limité à des régimes moteur élevés 🔧 |
| Convertisseur à calage élevé | Meilleure accélération à puissance maximale 🏎️ | Moins pratique dans la circulation quotidienne 🚦 |
| Efficacité à haute vitesse | Transmet une majorité de la puissance du moteur ⚙️ | Perte d’énergie due à la différence de vitesse 🌪️ |
| Embrayage de blocage | Minimise la perte de puissance en bloquant les deux moitiés du convertisseur 🔗 | N/A |
| Modernisation des boîtes automatiques | Ajout de jusqu’à 10 rapports pour optimiser la transmission et l’efficacité 🔄 | Moindre efficacité comparée aux boîtes manuelles sans ces améliorations 📉 |
