Transmission, boite, embrayage ...

Transmission finale :

Je commencerai, pour évoquer les différents éléments participant à la transmission de la puissance à la roue (pas forcément arrière) d'une moto, par la transmission ... finale.
Par contradiction ? Sûrement pas. Plus simplement, les premières motos ne disposaient pas de boite de vitesse et encore moins d'embrayage. Certaines, même, ne disposaient d'aucune transmission. Comme ce fut le cas des Hildebrand et Wolfmuller de 1891 ou de la Holden de 1896, dont les bielles actionnaient directement des manivelles situées sur le moyeu de la roue arrière, cette dernière faisant office de volant moteur. Pas de transmission, non plus, pour la Millet "Soleil" ou la Mégola (ci-contre) dont les moteurs sont directement fixés sur la roue. Arrière pour la Millet et avant pour la Mégola.
Megola. Doc.G.Largis
Vous savez certainement que les premières transmissions, comme celle de la Perreaux à vapeur, utilisaient une courroie en cuir. Anecdotiquement, son ancêtre - un tricycle conçu par le même Perreaux - disposait d'une chaudière située sur l'axe des roues arrières et d'une traction avant.
Il n'est pas aisé d'établir une chronologie stricte, puisque certaines techniques vont cohabiter soit pour des raisons économiques, soit parce que les fabricants n'étaient pas convaincus par une solution donnée.

Dans un premier temps, la tension de ces courroies était fixe. Elles étaient censées jouer un certain rôle d'embrayage grâce à un effet de patinage sur la poulie jante. Pourtant, lorsqu'on arrêtait la moto, la plupart du temps, le moteur stoppait également.

Une première amélioration sera apportée à ce système en y adjoignant des poulies mobiles permettant de régler la tension de la courroie, comme sur la "Moto-Rève" Suisse de 1902, ci-contre.

Moto-Rève 1902. Doc. Marc Boniface
C'est la firme Belge F.N., qui était alors un des plus actifs constructeurs du début du siècle - précédant - qui apportera une amélioration à ce système sous la forme d'un tendeur bien plus précis, tel que celui que l'on voit sur le document ci-joint.

Entre-temps, une autre avancée fut effectuée avec l'introduction de la courroie trapézoïdale, "importée" des Etats-Unis en Europe par un coureur de l'équipe Clément. Cette forme trapézoïdale permet, par rapport à une courroie plate, d'obtenir la même surface de contact pour une largeur inférieure de 2/3. Mieux encore, elle a une faculté d' "auto serrage" sur la poulie jante autorisant une tension inférieure à celle d'une courroie plate.

Dispositif de tension de courroie FN. Doc. Marc Boniface
C'est en 1901 que l'on voit apparaître la chaîne comme transmission finale sur une moto, sur une "Pétrocyclette" de fabrication Française. Pour autant, la chaîne est connue depuis plusieurs années sur des vélos ou, par exemple, sur la "Motocylette" des Frères Werner de 1897. Sur cette dernière, le moteur, placé devant le guidon, entraîne la roue avant via une courroie. Mais c'est bien une chaîne qui entraîne la roue arrière afin de lancer l'engin. Dans le même ordre d'idée, on verra nombre de motos avec un pédalier entraînant la roue arrière grâce à une chaîne et, du côté opposé, une courroie permettant au moteur d'entraîner la roue, comme sur la Terrot de 1906.

Pourquoi avoir attendu aussi longtemps pour utiliser une chaîne pour la transmission finale ? Apparemment, parce que la courroie faisait (plus ou moins) office d'embrayage ou bien par manque de fiabilité. La chaîne ne commencera, d'ailleurs, à se généraliser qu'avec l'adoption de boites des vitesses.

Terrot 1906 à transmission par courroie
Les premières chaînes utilisées pour la transmission étaient toujours en cuir et plates, mais formées de plusieurs éléments rivetés. On vit rapidement apparaître des chaînes métalliques, fort semblables à celles que l'on connaît aujourd'hui et qui résolvent pas mal de problèmes, particulièrement celui du patinage. (A moins que la chaîne ou les pignons ne soient très usés. Ne riez pas : on en a vu ! )
En l'absence de tout élément de suspension arrière, ou lorsque le débattement de cette dernière est faible, cette solution est quasiment parfaite. Mais lorsque les bras se sont mis à osciller, s'est posé un problème : la tension de la chaîne n'est pas constante, puisque le pignon de sortie de boite et l'axe du bras oscillant ne sont pas coaxiaux. Ce qui participe à l'usure de la chaîne. Quant à sur tendre la chaîne pour limiter le problème, cela aurait rapidement des conséquences graves pour les roulements de roue et pour la boite de vitesses.
L'idéal serait d'aligner la sortie de boite avec l'axe du bras oscillant. Solution qu'adoptera, par exemple, Bimota sur ses SB2 et SB3 (ci-contre), mais qui est peu compatible avec une production en grande série.
Bimota SB2
Autre inconvénient de la chaîne : Travaillant à l'air libre, elle est la cible privilégiée des intempéries (pluie) et autres éléments extérieurs (sable, boue). On a pu voir certaines motos équipées d'un carter composé de deux parties symétriques. Tant que la moto était neuve, tout allait bien, mais suite à des démontages et remontages les demi carters perdaient de leur étanchéité et le remède était pire que le mal : la lubrification de la chaîne était alors assurée (?) par l'eau stagnant au fond du carter. Kaaden adoptera sur ses MZ une solution vraiment efficace avec une protection en caoutchouc. Dispositif qui fut développé en priorité pour les motos d'enduro mais qui profitera ensuite aux motos de série... les moins chères du marché. Protection de la transmission sur une MZ. Doc.G.Largis
C'est Georges Largis qui me rappelle qu'on a vu d'autres carters de chaîne de construction "sérieuse", qui nous viennent encore d'Allemagne, plus précisément de chez Mammuth.
Friedl Munch vient d'ailleurs récemment de nous concocter une moto "gigantesque" dans l'esprit des réalisations à moteur NSU qui le rendirent célèbre. La "petite dernière" (?) est équipée d'un moteur Opel à injection de pas moins de 2 litres. Il valait mieux, dans ces conditions, préserver la chaîne de transmission.
Au passage, nombreux sont ceux qui traitent Friedl Munch de "vieux fou". Mais des fous comme lui, heureusement qu'il y en a. Sinon, la vie serait bien triste.
Mammuth à moteur 2 litres Opel. Doc.G.Largis
Dès le début du 20ème siècle, F.N. a déjà inventé la transmission acatène pour ses 4 cylindres.

Petite parenthèse concernant la terminologie. Sans vouloir jouer les professeurs  : je me suis précédemment fait "reprendre" sur ce point par des correspondants bien plus compétents que moi !
Le terme "acatène" employé ci-dessus est partiellement inapproprié, puisqu'il signifie, littéralement "sans chaîne". Les premières transmissions par courroie sont donc également "acatènes".

Détail transmission FN début 1900
Une autre confusion courante consiste à appeler "transmission par cardan", un dispositif qui est avant tout une transmission par arbre. Tant que la moto ne dispose pas de suspensions, le(s) cardan(s) ne s'impose(nt) pas. Ils ne feront leur apparition que plus tard.
Arbre que l'on retrouve également sur la Pierce-Arrow Américaine de 1909 (ci-contre). Rien de très étonnant lorsque l'on sait que Pierce s'inspira de F.N. pour concevoir ses motos. Plus amusant est le fait de voir associé, ici, un pédalier de vélo avec transmission par chaîne pour lancer le moteur et un arbre pour la transmission finale.
Pierce-Arrow 1909
Dans la "mémoire collective" du motard, la transmission par arbre ne fut quasiment utilisée que sur des machines allemandes (B.M.W., Zundapp) ou sur quelques rares productions britanniques telles les Vélocette (avec la "LE") ou les Sunbeam..

Dans tous les cas, elle se rencontre rarement. A ceci, plusieurs raisons :

  • Non seulement sa fabrication est onéreuse mais elle demande, en plus, la conception d'un moteur spécifique, ce qui ne fait qu'ajouter aux coûts.
  • Elle est consommatrice de puissance. Mais l'argument est relatif puisqu'une chaîne mal tendue consomme autant qu'un arbre et une chaîne reste rarement bien tendue très longtemps.

Pourtant, l'arbre connaîtra une certaine vogue aux alentours des années 1930. Rien qu'en France, on pouvait trouver :

Bridier-Charron, qui a fourni nombre de constructeurs en boites de vitesses les plus diverses, propose dans les années '20 une "boite pour bloc-moteur à cardan" adaptable sur un moteur existant.
Moteurs adaptables que l'on trouvera, équipés d'une transmission par arbre, sur les "Dédé-Moussard" en 1922 et que l'on vit même engagées au Bol d'Or, ou sur des Helyett (350 cm3, 1929),

Certains constructeurs iront plus loin dans cette démarche, comme Monsieur Billon sur ses Ultima, en 1930, avec un splendide bloc-moteur de 350 cm3, Gnome-Rhône avec ses "V2" (qui étaient des "Flat-Twin") en 1932 ou encore Dollar et ses fameuses "V4". On avait presque l'embarras du choix !

Boite Bridier-Charron (Doc Marc Boniface)

Bloc 350 Ultima (Doc Marc Boniface)

Dollar V4 (Doc Marc Boniface)
Les arbres de transmission se retrouvent bien moins fréquemment en compétition, où la perte de puissance, due à l'utilisation d'une multitude de renvois d'angles est, bien plus que pour les motos de tourisme, un frein à son utilisation.

Il est d'autant plus étonnant, alors, d'en trouver chez un constructeur réputé pour son conservatisme comme Vélocette, qui en équipa son bicylindre de Grand-Prix, connu sous le surnom de "Roarer". Celle-ci, équipée d'un seul cardan, doit être affublée du même comportement étrange que les BMW séries 2 et 5, dont l'arrière se soulève à l'accélération. Pour contrer l'excès de puissance, peut-être ?

Comportement qui sera corrigé bien plus tard par le même BMW. Pas tout à fait, puisque MV-Agusta essaya également une transmission par arbre et cardans sur une de ses 500-4cylindres. Apparemment, les mécaniciens de MV, confrontés au même problème, avaient déjà trouvé la parade en utilisant deux bras parallèles et deux cardans (au lieu d'un seul). Conception a priori en mesure d'annihiler ces mouvements parasites... mais également très lourde. Ce qui conduisit à l'abandon de cette solution, puisqu'une masse excessive à ce niveau implique d'autres anomalies comportementales influençant négativement la tenue de route.

On ne reverra quasiment plus de transmission par arbre en compétition; si ce n'est dans des épreuves d'endurance, avec BMW et Guzzi). Ce qui se conçoit très bien. Par contre, il est difficilement compréhensible que ce genre de transmission ne se retrouve plus que très rarement sur les motos routières contemporaines.

Velocette "Roarer". Doc.Georges Largis

MV 4/500, transmission par arbre et cardans

Difficile d'évoquer les différents modes de transmission finale sans évoquer une des plus simples (ou simplistes, selon les sensibilités) : La transmission par galet, utilisée à partir de 1945 sur le "Velo-Solex".

Utilisée, mais pas inventée puisqu'on la vit pour la première fois sur le "Cyclotracteur" de 1920.
On peut se demander pourquoi avoir ressorti une solution aussi archaïque en 1942. Mais Goudard et Mennesson ont prouvé qu'ils n'avaient pas tort puisque leur invention fait partie des engins les plus vendus de la planète.
Après tout, pourquoi faire compliqué ? Et puis, qui est déjà tombé en panne de transmission avec un "Solex" ?

Pub Cyclotracteur 1920. Doc.Marc Boniface
Pour l'anecdote, je ne pouvais m'empêcher de présenter une moto qui propose une manière originale de contourner tous les problèmes de transmission, puisqu'elle utilise une hélice.
En fait, cette moto, conçue par Mr.Archdeacon et testée à Archères en 1906, n'avait pas pour ambition d'être utilisée un jour telle qu'elle, mais simplement de tester l'hélice. En effet, en cas de problèmes, les dégâts ont de fortes chances d'être bien moindres que si le test s'effectue directement sur un avion.
Plus tard, Anzani, pilote de cet étrange véhicule, utilisera la même solution pour tester le trois cylindres de sa conception qui traversera ensuite la Manche avec Louis Blériot.

L' Embrayage :

L'embrayage a été utilisé dès 1900, sous une forme différente de ce que l'on connaît aujourd'hui, constitué alors de deux cônes s'emboîtant l'un dans l'autre.

Sur la figure jointe est représenté l'ensemble embrayage à disques / boite de vitesse, avec, en rouge, le cheminement du mouvement depuis la sortie du moteur jusqu'au pignon d'entraînement de la chaîne.

  • A : Mécanisme d'embrayage.
  • B : Engrenage, solidaire de l'embrayage, entraîné par le pignon de sortie du moteur.
  • C : Pignons de l'arbre primaire de la boite de vitesse, solidaires de la "noix" d'embrayage
  • D : Ces pignons engrènent ceux de l'axe secondaire.
  • E : L'axe secondaire de boite est lui-même solidaire du pignon entraînant la chaîne de transmission.

doc. par l'auteur

Lorsque l'embrayage est démonté, on distingue les éléments suivants, de gauche à droite :
  • Le levier d'embrayage relié au câble et qui, lorsque ce dernier est tendu, viendra actionner une tige.
  • La tige d'embrayage, passant à l'intérieur de l'axe primaire de la boite et qui viendra pousser le plateau et la noix d'embrayage.
  • La "cloche", entraînée par le pignon de sortie du moteur.
  • Les disques garnis, dont les encoches les rendent solidaire de la cloche dans le sens de rotation, mais libre de coulisser horizontalement.
  • Les disques lisses, solidaires du plateau de pression par leurs encoches, mais coulissant horizontalement.
  • La cloche d'embrayage, solidaire de l'axe primaire de boite.
  • Les ressorts et les vis maintenant les disques comprimés au repos.

Si l'on a suivi la description des éléments, lorsque l'embrayage est au repos, le pignon de sortie du moteur entraîne la boite de vitesse. Lorsque le levier est actionné, il pousse le plateau de pression, via la tige et les disques d'embrayage s'écartent. La cloche d'embrayage n'entraîne plus le plateau de pression, donc le pignon de sortie du moteur n'entraîne plus la boite.

doc. par l'auteur

La boite de vitesses :

Les boites de vitesses ont existé, sur les motos ou tricycles, avant 1900 dans une forme proche de celle que l'on connaît. (En option sur les De Dion et Bouton de 1899, par exemple).

Les principaux éléments sont, de droite à gauche et de bas en haut :

  • Le levier de sélecteur.
  • Le sélecteur lui-même, doté d'encoches.
  • Lorsque le sélecteur est déplacé de haut en bas et de bas en haut, il déplace ces encoches, qui elles-mêmes, déplacent les fourchettes de droite à gauche, et inversement.
  • Les fourchettes déplacent elles-mêmes des crabots coulissant sur l'arbre secondaire et dotés de cannelures qui vont s'enclencher successivement dans les pignons, également libres sur l'arbre secondaire.
  • Les pignons de l'arbre primaire sont solidaires de l'arbre primaire.
    Chaque couple de pignon des axes primaire et secondaire ne se déplacent pas latéralement l'un par rapport à l'autre.

doc. par l'auteur

 

1 ére

2 éme

doc. par l'auteur

3 éme

4 éme

doc. par l'auteur

doc. par l'auteur

 

Pour mieux illustrer le fonctionnement de la boite de vitesses, sachant que différents systèmes ont pu être utilisés, vous trouverez ci-dessous quelques exemples de ce qui se faisait en terme de boites à trois rapports dans les années 1920 :
Doc. Marc Boniface

Humber

Doc. Marc Boniface

Indian

Doc. Marc Boniface

Triumph

Sélecteur :

On l'a évoqué ci-dessus : Pour positionner la boite de vitesse dans la configuration désirée, on fait appel à un sélecteur.
Aujourd'hui, on nomme communément "sélecteur" le levier qui le commande. En fait, il s'agit d'un ensemble de pièces plus ou moins complexe puisque, une fois le rapport enclenché, le sélecteur doit également verrouiller le rapport dans sa position, en faisant en sorte que les pignons constituant la "boite de vitesses", commandés par les fourchettes, reste à sa place. En cas de défaut de fonctionnement du sélecteur, les pignons se désaccouplent et la vitesse "saute".
Sur les premières motos ayant fait appel à une boite de vitesses, le levier était fixé au réservoir et commandait la boite au moyen d'une tringlerie. Si bien que le dispositif était assez simple, puisque le levier était verrouillé dans sa position au moyen d'un secteur cranté. Qu'il fallait déplacer d'avant en arrière pour commander la boite, mais également latéralement pour l'enclencher dans les divers secteurs crantés.
L'ensemble était assez peu pratique lorsque l'on sait que l'accélérateur était commandé par un levier et non par une poignée tournante. Pour changer de rapport, il fallait donc fermer l'arrivée d'air avec le levier, débrayer, puis quitter le guidon de la main droite pour actionner le levier de commande de vitesse, puis remettre les gaz tout en embrayant progressivement.
D'où l'idée, qui semble assez évidente de nos jours, d'actionner le sélecteur au moyen du pied et non de la main. Le problème qui se posa alors fut que le levier de commande ne pouvait plus rester à la place à laquelle on l'avait amené (le pied n'aurait pas été assez souple pour aller actionner le levier sur certains rapports) mais surtout, il était impossible d'envisager de le déplacer latéralement.
Aussi a-t-on inventé un dispositif qui permette de commander la boite, qui puisse se verrouiller automatiquement dans sa position, tout en ramenant le levier à sa position initiale après chaque passage de vitesse.
Les premiers dispositifs étaient des adaptations, d'usine ou proposées par des accessoiristes, effectuées sur des boites de vitesses conçues pour une utilisation avec leviers manuels et le sélecteur à proprement parler était externe à la boite de vitesse (Cette dernière caractéristique a perduré jusque dans les années '70 sur les engins à bas prix, notamment les cyclomoteurs) ce qui justifie certaines configurations assez biscornues comme sur l'ensemble adaptable ci-dessous, équipant la splendide Motoconfort de l'ami Michel.
Notez que le levier à double branche commande le sélecteur (élément rond en bas et au centre de la photo, maintenu par deux écrous). Ce dernier commande un levier horizontal, qui lui même actionne une tringle verticale, déplaçant à son tour une sorte de "T", attaquant ensuite une nouvelle tringle, qui elle-même déplace un levier. Il n'est pas utopique de penser que l'on aurait pu faire plus simple.
Doc. JP Corbier

Automatisme :

Pour beaucoup, la boite de vitesse "classique" ne présente guère d'inconvénients d'autant que l'on connaîtra très tôt des sélecteurs au pied en option ou sur des motos de compétition (vers 1910) et que la faible inertie des pignons permet, la plupart du temps, des changements de rapport "à la volée".

Certains constructeurs ont exploité des voies différentes. On a totalement oublié les tentatives de HVA dans ce domaine, pour l'armée, mais on se rappelle généralement de Honda qui diffusa de 1976 à 1978 une 750 / 4 cylindres à boite automatique qui ne connût aucun succès, pas plus en Europe qu'outre-Atlantique. On se rappelle moins de B.S.A., qui tenta une expérience dans le même sens, sans plus de réussite. La marque Guzzi, par contre, dont les motos avaient une vocation plus touristique, commercialisera plus longtemps - de 1975 à 1984 - sa "1000-Convert" (une 850-T3 réalésée avec convertisseur de couple Sachs). Sa production totale ne dépassera cependant pas les 2468 machines. Pour plus de renseignements : http://perso.wanadoo.fr/rolcat.vm/guzzi/index.html)

 

D'autres, visant une simplification de fabrication et d'utilisation, auront auparavant testé des systèmes d'engrenages épicycloïdaux, placés dans le moyeu arrière (dessins ci-dessous). Système que l'on retrouve, sous une forme plus élaborée sur des voitures de luxe - la plupart du temps françaises - équipées de boites "pré sélectives".

Doc Marc Boniface Doc Marc Boniface
Le constructeur britannique Rudge est resté célèbre pour ses victoires en compétition et ses monocylindres à quatre soupapes.
Mais il a également été, dès 1911, un précurseur dans la domaine de la transmission avec son modèle "Multi" qui proposait un système doté d'une poulie moteur dont le diamètre augmente tandis que celui de la poulie réceptrice, sur la jante, diminue (schéma et dessin ci-dessous). En théorie, on dispose d'une infinité de rapports. Mais le dispositif est commandé par un levier qui propose tout de même vingt positions différentes.
Ce principe se retrouvera bien plus tard, sous une forme mécaniquement bien plus simple, sur les automobiles DAF et sur la Mobylette de Motobécane.
Doc Marc Boniface Doc Marc Boniface

Bien plus récemment, en 2004, la firme Italienne Gilera, dans la mouvance des hybrides mitigés de moto et de scooter de plus en plus puissant, a présenté le modèle "Ferro", dont la "boite" peut être soit entièrement automatique soit commandée par des boutons, de la même manière que sur une Playstation. Seul problème, à mon avis, s'opposant au possible succès d'un tel engin : Si les motards sont prêts à échanger aujourd'hui leurs motos pour un scooter, tout du moins en ville, c'est bien pour le côté pratique. Hors, la "Ferro" allie savamment et simultanément les inconvénients de la moto et du scooter.
Mais on va y arriver sous peu : Honda vient de s'attaquer à nouveau au problème avec un engin qui a l'air fort convainquant. Hormis le moteur dont la conception remonte à 20 ans en arrière. Drôle de manière de convaincre les réticents.

L'embrayage semi-automatique Jawa-CZ :

Ayant possédé une CZ, je me suis toujours demandé pourquoi personne n'avait jamais repris le système d'embrayage semi automatique qui a équipé les motos des deux marques pendant fort longtemps (depuis 1950 environ, jusqu'à la "California" et ses descendantes) et qui était non seulement très efficace et d'une robustesse à toute épreuve, mais également d'une simplicité assez désarmante.
Pour l'anecdote, on notera que sélecteur fait également office de le kick, en poussant le levier vers l'intérieur et en lui faisant effectuer une rotation d'un peu plus d'1/4 de tour. Mais ce n'est pas ce qui nous occupe ici :
Le schéma ci-contre représente la boite et le sélecteur vus de dessus. Lorsque l'on appuie sur le levier (en jaune sur le schéma) vers le haut ou vers le bas, le système actionne le sélecteur de manière classique et fait tourner simultanément l'axe coloré en vert. Ce qui a pour effet de faire monter ou descendre le "doigt" de couleur bleue, qui n'est pas plat, mais muni d'une came qui actionnera le levier orange. Ce dernier, en tournant autour de l'axe rouge, appuie sur la tige rose qui à son tout actionnera l'embrayage.
Ce levier orange et cette tige rose pouvant également être actionnés par le levier d'embrayage classique.
Pour avoir longuement roulé avec une 175 CZ qui en était équipée, je peux témoigner de son efficacité, surtout lorsque le câble d'embrayage casse un dimanche alors qu'il vous reste 500km de route à faire.
Trop simple, trop efficace, probablement. C'est pourquoi le système est tombé dans l'oubli, probablement.

 


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