La première transmission automatique à neuf rapports avec convertisseur de couple, la 9G-TRONIC, pour véhicules haut de gamme, célèbre en ce moment ses débuts : la E 350 BlueTEC sera équipée avec cette boîte de vitesses.

L’élément d’entraînement d’une transmission automatique classique est le convertisseur de couple hydrodynamique. Dans la nouvelle 9G-TRONIC, les ingénieurs ont amélioré le circuit hydraulique dans le convertisseur de couple et ont augmenté son efficacité à un maximum de 92 pour cent. Ce chiffre est important pour la consommation de carburant, car les pertes imposées par la physique lors du transfert du couple moteur à l’arbre d’entrée de la transmission doivent être réduites au minimum. En bref : la 9G-TRONIC convertit une grande partie de la puissance du moteur en puissance de traction. Dans la première génération 7G-TRONIC datant de 2003, l’efficacité du convertisseur de couple était de seulement 85 pour cent.

La chaleur générée pendant le fonctionnement est dissipée par l’intermédiaire du refroidisseur d’huile de transmission. A l’inverse, la 9G-TRONIC ne nécessite pas de radiateur supplémentaire pour réchauffer l’huile de transmission lors de démarrages dans des conditions de grand froid.

Un amortisseur de torsion à double turbine avec pendule centrifuge

L’un des composants ayant le plus d’impact sur le confort et la consommation de carburant dans une transmission automatique est l’amortisseur de torsions, qui compense les excentricités et les vibrations à l’intérieur de la transmission. Une loi physique intervient dans ce cas : plus la vitesse de rotation, la vitesse véhicule et le nombre de cylindres sont faibles, plus les acyclismes et vibrations peuvent être forts. Il en résulte un conflit d’objectifs entre le confort et la consommation de carburant. Ce compromis est résolu par l’utilisation d’un amortisseur de torsion à double turbine muni d’un pendule centrifuge qui, en fonction de la vitesse de rotation, déplace le centre de gravité de l’amortisseur.

De plus, l’amortissement optimisé permet la réduction du glissement de l’embrayage de verrouillage (lock-up) du convertisseur de couple, ce qui contribue également à un meilleur rendement.

Un ressort de rappel a été intégré dans l’embrayage de verrouillage du convertisseur de couple de la 9G-TRONIC alors que cet embrayage multi-disques était uniquement commandé hydrauliquement par le passé. L’utilisation du ressort de rappel permet un verrouillage  même à très bas régime.

Nouvelle configuration spécifique des rapports brevetée

Une analyse système et des prototypes ont permis de réaliser une transmission à neuf rapports avec quatre trains planétaires et six éléments de changement de rapport. Mercedes-Benz a obtenu un brevet mondial pour cette configuration spécifique, que les ingénieurs Mercedes considèrent comme étant la meilleure possible.

Un ensemble d’engrenages planétaires est composé de la couronne extérieure, du pignon central intérieur et entre eux, du porte-satellites avec les quatre pignons planétaires et leurs roulements. Quatre pignons planétaires sont nécessaires dans la 9G-TRONIC de sorte que le couple allant jusqu’à 1000 Nm puisse être transféré dans les futures combinaisons moteur/transmission.

La couronne, le porte-satellites et le pignon central d’un train épicycloïdal sont reliés par des supports et des embrayages multi-disques, ou freinés par des freins à disques multiples qui sont supportés par le carter de transmission. Ceci permet aux engrenages planétaires de transférer le couple d’entraînement provenant de la denture intérieure de la couronne ou de la denture extérieure du pignon central. Il en résulte plusieurs rapports de réduction, et en même temps la possibilité d’inverser le sens de rotation, par exemple pour la marche arrière.

Le rapport de réduction est le rapport entre le nombre de dents de l’engrenage menant et celui de l’engrenage mené. En fonction des trains d’engrenages planétaires qui sont connectés en série, bloqués ou libres, en multipliant les rapports de réduction de chaque train épicycloïdal, on obtient le rapport de réduction global qui correspond au rapport engagé associé. Dans la 9G-TRONIC, les pignons individuels sont engagés par trois embrayages multi-disques et trois freins à disques multiples. Le but des embrayages multi-disques est de transférer le couple d’entraînement entre les deux composants par une liaison à friction.

La configuration des rapports de réduction entre le premier et le neuvième rapport offre une ouverture de 9,15. A iso-performances par rapport aux transmissions précédentes, la vitesse de rotation moteur est abaissée – aussi appelé phénomène de downspeeding – et le confort en bruit et en vibration des modèles équipés avec la 9G-TRONIC est amélioré.

Approvisionnement en huile réalisé par 2 pompes

Pour assurer l’approvisionnement de l’huile moteur synthétique de 2ème génération, la 9G-TRONIC est équipée de deux pompes. La pompe principale mécanique installée « en axe décalé » est située à côté de l’arbre principal et est entraînée par l’intermédiaire d’une chaîne. Dans une transmission automatique telle que la 7G-TRONIC, la pompe à huile principale est reliée à l’arbre de transmission par un pignon et est entraînée directement. Cela signifie que le diamètre important de l’arbre de transmission empêche la pompe d’être de dimension réduite. Pour cette raison, la pompe à palettes est maintenant placée à côté de l’arbre principal (« off-axis »), et est plus petite et plus adaptée aux besoins.

La pompe mécanique principale, qui assure l’alimentation en huile de la transmission automatique à commande électrohydraulique lorsque le moteur à combustion interne est en cours d’opération, est assistée par une pompe électrique auxiliaire séparée. D’une part, cette conception permet d’adapter le débit de lubrification et de refroidissement aux besoins, et d’autre part cela signifie que la 9G-TRONIC peut bénéficier d’un système Stop&Start. Dans des applications hybrides futures, ce débit d’huile supplémentaire permet également de faire du Stop&Start en roulant, c’est à dire de maintenir une vitesse véhicule constante sans utiliser le moteur à combustion interne.

Lorsque le moteur est arrêté en mode Stop&Start – par exemple à un feu rouge – la pompe auxiliaire électrique est actionnée, assurant une pression de base définie et garantissant ainsi que toutes les fonctions nécessaires sont maintenues dans la boîte de vitesses. Lorsque le conducteur veut repartir, le débit d’huile assuré par la pompe électrique garantit l’accélération du véhicule après le démarrage du moteur. Dans certains états de fonctionnement avec moteur en marche, la pompe auxiliaire assiste également la pompe principale, par exemple à des régimes moteur très bas ou à des températures très élevées. Dans ce cas, le débit d’huile est augmenté au besoin pour assurer des changements de rapport en douceur ou lorsque les besoins en refroidissement sont élevés.

Ce concept d’alimentation en huile utilisant une pompe mécanique principale et une pompe auxiliaire électrique, ainsi qu’un contrôle basé sur la demande, représente environ 54 pour cent du potentiel total d’économies de carburant de la 9G-TRONIC. La relation est claire : moins l’huile doit être déplacée à l’intérieur de la transmission par des pompes, plus l’efficacité globale est élevée.

L’arbre de transmission principal à lubrification et refroidissement intégrés

L’arbre de transmission principal comporte une autre innovation technique. Tout d’abord, il est l’un des plus longs arbres dans toute l’industrie automobile avec 550,9 millimètres. En second lieu, il exécute d’autres fonctions en plus de sa fonction principale de transmission de puissance : en utilisant un système de conduits internes sophistiqués, l’arbre effectue également diverses fonctions de lubrification, de refroidissement et de contrôle.

Côté moteur, un grand trou creux percé axialement qui mesure quelques centimètres approvisionne le train épicycloïdal avant en huile, qui atteint les endroits ciblés via des petits trous transversaux. Trois trous parallèles mesurant chacun 6,1 mm de profondeur sont percés dans l’arbre de transmission avec un diamètre de 16 millimètres à une profondeur allant jusqu’à 361,5 millimètres. Ces trois trous profonds ont différentes fonctions dans le 9G-TRONIC : via les trous transversaux, ils assurent un débit d’huile défini pour lubrifier et refroidir les trains d’engrenages planétaires et les éléments de changement de rapport. Ils ont également une fonction de contrôle importante en transférant la pression de changement de rapport aux embrayages multi-disques et aux freins.

Nouveau processus de perçage

L’usinage d’un tel arbre est un défi d’ingénierie de production. Les exigences sont particulièrement élevées lors du perçage des trois trous précédemment décrits. Pour illustrer ces exigences : sur toute leur longueur maximale de 361,5 mm, les trous percés doivent satisfaire aux exigences de tolérances de quelques millièmes de millimètre. L’usinage doit suivre des spécifications géométriques bien définies :

• la distance et le parallélisme des trous par rapport aux autres
• la distance et le parallélisme des trous par rapport à la surface extérieure de l’arbre
• éviter la torsion pendant le processus de perçage
• le positionnement radial des trois trous percés pour assurer une bonne circulation dans les trous transversaux
• une profondeur correcte de chaque trou
• un perçage sans résidus, sans copeaux restant dans les trous

Une transmission conçue pour être compacte et légère

Avec le changement de génération entre la boîte 7G-TRONIC et la 9G-TRONIC, les ingénieurs ont mis davantage l’accent sur le domaine de la « conception compacte et légère ». Malgré deux rapports supplémentaires et un couple maximum transférable allant jusqu’à 1000 Nm, la nouvelle transmission automatique nécessite le même espace d’installation que la boîte 7G-TRONIC PLUS, et est un kg plus légère.

Une conception du carter en deux parties a été choisie : le carter du convertisseur de couple est réalisé en alliage d’aluminium léger. Le carter de la transmission, avec un carter d’huile en matière plastique, est fait d’un alliage de magnésium et d’aluminium.

Source : Mercedes

L’avis de Romain:

Cette boîte ressemble à un chef-d’œuvre d’ingénierie. Cependant, il comprend un grand nombre de composants, beaucoup de nouveaux procédés de fabrication et beaucoup de complexité. Pensez-vous que cette boîte de vitesses automatique soit assez mature pour aller sur le marché dès aujourd’hui ? Ne pensez-vous pas qu’il est risqué d’un point de vue fiabilité de n’utiliser que quatre trains planétaires et six éléments de commande ?