Différentiel

n|3 |Boîtier de différentiel |Solidaire de la couronne, il entraîne l'axe des satellites |

|4 |Axe des satellites |Libre en rotation, fixe en translation |

|5 |Satellites |Pignon libre en rotation, fixe en translation sur leur axe |

|6 |Planétaires |Pignon des demi arbres en prise avec les satellites |

|7 |Arbres de roue |Solidaire des roues |

Fonctionnement d’un différentiel

Image 1 Image 2

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Sur ces deux images la motricité en provenance du moteur est représentée par la grande flèche rouge et s'exerce sur l'ensemble bleu qui entraîne les deux arbres rouge et jaune à la même vitesse :

1. Sur l'image de gauche, les deux arbres de sortie (à gauche/rouge et à droite/jaune) tournent à la même vitesse. L'effort de rotation est donc réparti équitablement et le pignon intermédiaire vert (appelé satellite) ne tourne pas.

2. Sur l'image de droite, l'arbre rouge est ralenti. Le pignon intermédiaire est alors entraîné et transfère une rotation supplémentaire à l'arbre jaune qui tourne alors à une vitesse supérieure.

Le système fonctionne de manière adaptative : lorsqu'on freine « légèrement » un des deux arbres (pincement, frottement…) la vitesse de rotation de cet arbre se trouve ralentie et la vitesse de l'autre augmente d'autant.

Ce procédé présente le désavantage de transférer le couple, c'est-à-dire l'effort en rotation, dans le même sens. Dans la plupart des cas d'utilisation, il serait plutôt souhaitable d'appliquer un couple supérieur sur l'arbre opposant la plus grande résistance, par exemple lorsque l'autre roue est posée sur du verglas.

Sous sa forme la plus fréquente le différentiel est composé d'un pignon conique (solidaire de l'arbre moteur) entraînant perpendiculairement une couronne dentée conique supportant une cage de pignons satellites, ceux-ci entraînant deux pignons planétaires solidaires des arbres entraînés.

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Cas d’utilisation du différentiel

Le cas d'utilisation le plus répandu est l'entraînement d'un véhicule. Dans un virage, la roue située à l'intérieur (du côté où l'on tourne), ayant une distance plus faible à parcourir, tourne moins vite que la roue située à l'extérieur. Grâce au différentiel, la motricité est maintenue tout en autorisant la différence de vitesse entre les roues. Il assure ainsi une meilleure tenue de route (sans différentiel, un véhicule tend à aller tout droit) et permet de limiter l'usure des pneumatiques.

Lorsque la roue patine :

Le défaut du différentiel sera de chercher la facilité, c'est à dire qu'il privilégiera toujours la roue tournant le plus facilement. Du coup, si une roue se trouve sans adhérence, le différentiel lui enverra toute la puissance, et le véhicule sera immobilisé. Solutions :

Ne pas insister pour ne pas perdre le peu d'adhérence qu'il reste, reculer et recommencer en tentant une autre trajectoire.

Accélérer un peu (pas trop pour ne pas perdre d'adhérence) tout en freinant légèrement du pied gauche. Ca marche en cas de difficulté légère.

Disposer d'un différentiel un peu plus élaboré, comme ceux dont nous allons vous expliquer le fonctionnement dans les pages qui suivent.

Il a aussi existé des véhicules sans différentiel, choix parfois dicté par l'économie de poids : la Lancia Lambda de 1921, la Voisin Laboratoire de 1923, l'Isetta de 1953. Dans ces deux derniers cas, le problème était résolu par une voie arrière très réduite. Le karting est un autre exemple de véhicule à quatre roues sans différentiel, il est remplacé par le fait que lorsque les roues avant sont tournées, la roue arrière se situant à l'intérieur du virage se soulève légèrement. Ajouté au fait que les essieux sont très courts, le défaut induit en virage est moins important que sur les automobiles ordinaires. Une autre solution est de ne motoriser qu'une roue. Toutefois, le véhicule risque de dévier un peu, et cette solution n'est quasiment utilisée que pour les jouets.

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Les différents type de différentiel

Le différentiel à glissement limité à disques

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Ci-dessus, un différentiel à glissement limité à disques. On remarque qu'entre la cage (en gris) et les planétaires (en rouge ou bleu), il y a des successions de disques. Lors du patinage d'une roue, les planétaires qui s'affolent, s'éloignent très légèrement des satellites, augmentant la pression sur les disques. Cette pression augmente ainsi les frottements internes et donc ralentit la roue qui patine et transfère du couple à la roue ayant de l'adhérence. L'efficacité du différentiel à glissement limité est exprimée en pourcentage de report de couple (elle est fonction de la conicité des planétaires et satellites, et du pré-tarage). Elle varie généralement entre 20 et 75 %. Ce type de différentiel est principalement utilisé dans les ponts avant ou arrière.

Le visco coupleur et ses dérivés

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Ci-dessus, la version schématique d'un visco-coupleur. Des disques sont liés alternativement à l'arbre d'entrée et à l'arbre de sortie, le tout baignant dans une huile à base de silicone qui se dilate et s'épaissit à la chaleur. Lorsqu'il y a une différence de vitesse entre les deux arbres, les disques cisaillent l'huile qui s'échauffe, se dilate et s'épaissit. La pression sur le disques augmente et ils finissent par s'entraîner mutuellement comme sur le point de patinage d'un embrayage. Il y a deux montages possibles. Le premier correspond à la première figure du haut. On appelle ça un montage en ligne directe c'est-à-dire que le visco-coupleur est un élément principal de transmission et sert à la fois de différentiel et d'autobloquant. C'est ce montage que l'on retrouve sur les 4x4 faussement permanents comme différentiel central.

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Le second montage correspond à la figure ci-dessus. Ici le visco-coupleur sert uniquement d'autobloquant à un vrai différentiel. On dit souvent que le différentiel est couplé au visco-coupleur. Ce montage peut éventuellement se retrouver au niveau d'un pont.

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Les autres coupleurs multidisques, qu'ils soient hydrauliques (géré ou non par électronique), électromagnétiques ou encore électromécaniques, fonctionnent sur le même principe. La seule différence provient du moyen d'obtenir la pression sur les disques, qui vient soit d'une pompe hydraulique, d'une bobine électroaimant ou d'une came commandée par un moteur électrique. Une exception : le coupleur hydraulique du Kangoo 4x4. Il y a bien une pression hydraulique qui fait pression pour entraîner le pont arrière mais il n'y a pas d'embrayage multidisques...

Le différentiel Torsen et ses dérivés

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Le dernier type de différentiel à glissement limité est le différentiel à vis sans fin. Contrairement aux mécanismes précédents son principe ne repose pas sur une différence de rotation mais sur une détection du couple résistant (c'est à dire de l'adhérence réelle). Le plus connu est bien évidemment le différentiel Torsen dont la société Zexel a déposé le brevet. Nous ne rentrerons pas dans les détails du fonctionnent qui est particulièrement complexe et faisant entrer en compte des forces axiales.

A la différence d'un différentiel classique, les frottements internes sont nettement plus élevés, ce qui contribue à son effet glissement limité. Il faut savoir qu'il existe d'autres différentiels reposant plus ou moins sur le même principe et souvent de façon un peu plus simple. Nous citerons le différentiel Detroit Truetrac et Quaïfe ATB. Ce type de différentiel peut être monté dans une boîte de transfert, en différentiel inter-pont, aussi bien que dans les ponts.

Le Varilock

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