Le convertisseur de couple et le pontage (lock-up)

La boîte automatique classique n'a pas d'embrayage : entre le moteur et l'arbre primaire, il y a un coupleur hydraulique rempli d'huile. Comprendre son fonctionnement explique la moitié des symptômes de transmission après une augmentation de couple.

Trois roues dans un carter d'huile

Le convertisseur contient trois éléments à aubes, tous immergés dans l'huile de boîte :

• l'impulseur (ou pompe), solidaire du carter, donc du vilebrequin : il projette l'huile vers l'extérieur ;
• la turbine, solidaire de l'arbre d'entrée de la boîte : elle reçoit ce flux et le renvoie vers le centre ;
• le réacteur (ou stator), monté sur une roue libre : il redirige l'huile qui revient de la turbine dans le sens de rotation de l'impulseur.

C'est le réacteur qui distingue un convertisseur d'un simple coupleur. En redirigeant le flux de retour, il ajoute un couple de réaction : le couple sortant devient supérieur au couple entrant. C'est la multiplication de couple, et elle est maximale à l'arrêt.

Multiplication, calage et point de couplage

À l'arrêt, roues bloquées, le rapport de multiplication vaut couramment 1,8 à 2,5 selon la conception. C'est ce qui donne le décollage franc d'une automatique malgré un moteur à couple modeste à bas régime.

Le régime de calage — le régime que le moteur atteint pleins gaz, frein bloqué — se situe typiquement entre 1 800 et 2 500 tr/min sur une application routière ; les convertisseurs de performance montent volontairement plus haut pour placer le moteur dans sa plage utile. Il dépend à la fois du convertisseur et de la capacité du moteur à monter en couple : un moteur suralimenté reprogrammé décale ce point.

À mesure que la turbine rattrape l'impulseur, la multiplication décroît. Au point de couplage, la roue libre du réacteur se débloque, il tourne librement et le convertisseur ne fait plus que transmettre, avec un rapport de 1 et un glissement résiduel de quelques pour cent.

Le glissement, c'est de la chaleur

Un convertisseur non ponté transmet toujours en glissant. La puissance perdue vaut le couple transmis multiplié par l'écart de vitesse angulaire, et elle se retrouve intégralement en chaleur dans l'huile. C'est la principale source d'échauffement d'une boîte à convertisseur : traction d'une remorque, montée longue, circulation dense.

Ordres de grandeur sur l'huile de boîte : un fonctionnement normal se situe entre 80 et 100 °C. Au-delà d'environ 120 °C, la dégradation de l'huile s'accélère nettement, et la règle empirique des transmissionnistes veut que chaque dizaine de degrés supplémentaire divise sa durée de vie. Les seuils exacts dépendent du fluide et du modèle : l'important est de savoir que la marge entre le régime normal et la zone de destruction est mince.

Le pontage (lock-up)

Pour supprimer cette perte en croisière, un embrayage de pontage — un disque de friction logé dans le convertisseur — vient verrouiller la turbine sur le carter. La liaison devient mécanique, le glissement disparaît, le rendement atteint 1. C'est un gain de consommation important, et c'est pour cela que le pontage s'enclenche très tôt sur les véhicules récents.

Le pilotage est assuré par une électrovanne proportionnelle, commandée en rapport cyclique. Voir la commande PWM. Trois états coexistent :

• ouvert : convertisseur libre, à froid, au ralenti, en manœuvre, en forte accélération sur certaines stratégies ;
• verrouillé : liaison rigide, en croisière stabilisée ;
• glissement contrôlé : la pression est dosée pour laisser subsister un écart de quelques dizaines de tours par minute. C'est le mode le plus employé aujourd'hui, car il filtre les acyclismes du moteur — indispensable sur un diesel à faible régime — tout en limitant les pertes.

Le pontage est généralement inhibé tant que l'huile n'a pas atteint sa température de fonctionnement, et il est relâché au moindre freinage ou changement de rapport.

Ce que change une augmentation de couple

C'est ici que se joue la fiabilité après une optimisation moteur.

• Le disque de pontage devient le maillon faible. Sa capacité dépend de sa surface, de sa garniture et de la pression appliquée. Si le couple transmis dépasse cette capacité, il patine en permanence sans que la boîte le déclare comme un défaut immédiat.
• Le patinage du pontage produit de la poussière de friction qui circule dans l'huile, encrasse le bloc hydraulique et fait coller les électrovannes. C'est un mode de destruction lent et typique.
• Le mode glissement contrôlé chauffe par construction. Sur un moteur au couple augmenté, la puissance dissipée dans ce mode augmente dans la même proportion.
• Le régime de calage se décale, ce qui modifie le comportement au décollage et peut déclencher des codes de performance de convertisseur — la famille P0740 / P0741 dans la nomenclature normalisée. Voir lire un code défaut.

Ce qu'on contrôle avant de valider

Relever la température d'huile de boîte en roulage, comparer le régime moteur au régime de turbine pour mesurer le glissement réel, et regarder la couleur et l'odeur du fluide. Une huile brune et brûlée signe un convertisseur ou des embrayages qui ont déjà travaillé au-delà de leur capacité : c'est un motif de refus, pas un détail d'entretien.

Voir aussi les seuils de passage et la pression de ligne, la demande de réduction de couple et le relevé de données.

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