Types d'embrayages et leurs principes de fonctionnement dans les véhicules

L'embrayage étant un composant majeur de la voiture, il existe en plusieurs types pour répondre à divers besoins. Dans une leçon précédente, l'embrayage a été défini comme un dispositif mécanique qui engage et désengage la transmission de puissance de l'arbre moteur vers l'arbre mené. Il comporte deux arbres : l'un relié au moteur (membre conducteur), l'autre fournissant la puissance de sortie (membre mené).

Aujourd'hui, nous examinons les différents types d'embrayage et leur principe de fonctionnement.

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Les différents types d'embrayage :

• Embrayage à friction
• Embrayage hydraulique
• Embrayage centrifuge
• Embrayage semi-centrifuge
• Embrayage à cône
• Embrayage à diaphragme
• Embrayage électromagnétique
• Embrayage à griffes et cannelures (dog and spline)
• Embrayage à dépression (vide)
• Embrayage à roue libre (freewheel)

Embrayage à friction :

Deux sous-types : embrayage monodisque et embrayage multidisque.

Embrayage monodisque : le plus courant sur véhicules légers modernes. Transmet le couple du moteur à l'arbre d'entrée de la boîte. Un seul disque, monté sur les cannelures du moyeu. Disque mince avec garnitures de friction des deux faces.

Embrayage multidisque : utilise plusieurs disques pour le contact de friction avec le volant moteur. Transmet la puissance entre l'arbre moteur et l'arbre de boîte. Le nombre de surfaces de friction détermine la capacité de couple. Monté sur l'arbre moteur et l'arbre de boîte. Fonctionne comme le monodisque : pédale enfoncée = débrayage. Utilisé en compétition, poids lourds, motos pour fort couple.

L'embrayage multidisque peut être à sec (sans huile) ou à bain d'huile (humide). Les embrayages humides sont courants dans les boîtes automatiques.

Embrayage hydraulique :

Même principe que l'embrayage à dépression, mais utilise la pression d'huile au lieu du vide. Composants principaux : accumulateur, électrovanne, pompe, cylindre avec piston, réservoir.

En fonctionnement, la pompe (entraînée par le moteur) envoie l'huile du réservoir vers l'accumulateur. L'accumulateur est relié au cylindre par l'électrovanne, commandée par un contacteur sur le levier de vitesses. Le piston est relié à l'embrayage par une tringlerie.

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Quand le conducteur tient le levier pour changer de rapport, le contacteur ouvre l'électrovanne : l'huile sous pression pousse le piston, désengageant l'embrayage. Si le levier est relâché, le contacteur ferme l'électrovanne et l'embrayage se réengage.

Embrayage centrifuge :

Utilise la force centrifuge (et non des ressorts) pour l'engagement. Fonctionne automatiquement selon le régime moteur, supprimant la pédale d'embrayage. Avantage : on peut arrêter le véhicule sur n'importe quel rapport sans caler. Démarrage possible sur n'importe quel rapport en appuyant sur l'accélérateur.

Fonctionnement : des masses (A) pivottées sur (B) s'écartent par force centrifuge quand le régime augmente. Elles actionnent des leviers de cloche qui pressent le plateau (C). Celui-ci compresse le ressort (E) qui plaque le disque d'embrayage (D) sur le volant contre le ressort (G). L'embrayage est engagé. Le ressort (G) assure le débrayage à bas régime (~500 tr/min). La butée (H) limite le déplacement des masses.

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Embrayage semi-centrifuge :

Combine force centrifuge et force de ressort pour maintenir l'engagement. Composé de leviers, ressorts d'embrayage, plateau de pression, garnitures, volant et disque. Leviers et ressorts répartis uniformément sur le plateau. Les ressorts transmettent le couple à régime normal, la force centrifuge prend le relais à haut régime.

À régime normal, puissance faible : les ressorts maintiennent l'embrayage engagé, les leviers lestés n'appuient pas. À haut régime, puissance forte : les masses s'écartent, les leviers pressent le plateau, verrouillant l'embrayage. Ressorts moins raides, le conducteur ne ressent pas d'effort excessif.

Embrayage à cône :

Surfaces de friction coniques (deux surfaces) pour transmettre le couple. L'arbre moteur porte un cône femelle et un cône mâle. Le cône mâle coulisse sur l'arbre cannelé du disque. Sa surface conique est garnie.

À l'engagement, le ressort plaque le cône mâle dans le cône femelle. En appuyant sur la pédale, le cône mâle recule contre le ressort, désengageant. Avantage : force normale sur la surface de friction supérieure à la force axiale. Inconvénients : risque de grippage cône mâle/femelle (débrayage difficile) ; faible usure modifie la course axiale, rendant l'engagement difficile.

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Embrayage à diaphragme :

Utilise un ressort diaphragme conique (type couronne ou doigts) fixé sur le plateau de pression pour l'engagement. La puissance moteur passe du vilebrequin au volant (garniture de friction). Le plateau de pression est derrière le disque d'embrayage car il y applique la pression.

Au débrayage, le palier de butée appuie sur le diaphragme vers le volant. Le diaphragme repousse le plateau de pression en arrière, libérant la pression sur le disque -> débrayage. Pédale relâchée : plateau et diaphragme reviennent en position -> embrayage engagé.

Avantages : pas de leviers de débrayage (le ressort les remplace), effort pédale moindre pour maintenir le débrayage (la pression du ressort hélicoïdal augmente moins à la course).

Embrayage électromagnétique :

Commandé électriquement, mais transmission mécanique. Pas de liaison mécanique pour l'engagement -> action rapide et douce. Commande à distance possible.

Alimentation par batterie, bobine sur le volant. Courant -> champ électromagnétique -> plaque le plateau de pression -> engagement. Coupure courant -> désengagement.

Un contacteur sur le levier de vitesses coupe le courant de la bobine lors du changement de rapport, provoquant le désengagement.

Embrayage à griffes et cannelures (dog and spline) :

Utilisé pour connecter un engrenage à un arbre ou verrouiller deux arbres. Composé d'une pièce à griffes (dents extérieures) et d'une bague coulissante à cannelures intérieures. Les arbres tournent à la même vitesse sans glissement. Engagé quand les deux arbres sont connectés. Désengagé quand la bague recule sur l'arbre cannelé. Courant sur boîtes manuelles pour verrouiller les rapports.

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Embrayage à dépression (vide) :

Utilise le vide du collecteur d'admission. Composé : réservoir, clapet anti-retour, cylindre à vide avec piston, électrovanne. Réservoir relié au collecteur par clapet. Cylindre à vide relié au réservoir par électrovanne. Électrovanne alimentée par batterie, contacteur sur le levier de vitesses.

Quand le conducteur change de rapport, le contacteur ferme le circuit, l'électrovanne ouvre le passage vide/réservoir. La différence de pression déplace le piston, qui via tringlerie désengage l'embrayage. Si le levier n'est pas actionné, le contacteur ouvert maintient l'embrayage engagé par les ressorts.

Embrayage à roue libre (freewheel) :

Aussi appelé embrayage à ressort, unidirectionnel ou de surmultiplication. Transmet la puissance dans un seul sens (comme une bicyclette). Situé derrière la boîte. L'arbre principal transmet la puissance à l'arbre de sortie quand les planétaires sont en surmultiplication. Composé d'un moyeu (canelures intérieures sur arbre principal) et d'une cage extérieure (12 cames tenant 12 rouleaux). La cage extérieure est cannelée sur l'arbre de surmultiplication.

Ceci termine l'article « Différents types d'embrayage et leur fonctionnement ». J'espère que vous avez acquis les connaissances. Merci de commenter, partager et recommander ce site aux étudiants techniques. Merci !