Qu’est-ce qu’un différentiel et comment fonctionne-t-il ?

Qu’est-ce qu’un différentiel ?

En termes simples, un différentiel est un système qui transmet le couple d’un moteur à la roue. Le différentiel prend la puissance du moteur et la divise, permettant aux roues de tourner à des vitesses différentes dans les virages, mais en même temps, il donne un couple égal à chaque roue lorsque les deux roues ont la même traction. Un système d’engrenages dans le différentiel est disposé de telle manière qu’il relie l’arbre de transmission à l’essieu arrière.

Le différentiel se retrouve sur toutes les voitures et camions modernes ainsi que sur de nombreux véhicules à traction intégrale à prise permanente. En 1927, le premier différentiel automobile conventionnel a été inventé par l’horloger français Sephora Pecker et utilisé dans les véhicules à vapeur. En 1932, Porsche a utilisé le premier différentiel à glissement limité.

Pourquoi un différentiel est-il nécessaire ?

Lorsque le véhicule tourne, le différentiel permet à la roue extérieure de tourner plus vite que la roue intérieure. Ceci est essentiel lorsque le véhicule tourne, ce qui amène la roue à sortir de la courbe de braquage pour rouler plus loin et plus vite que l’autre.

Le différentiel permet aux roues de tourner à différentes vitesses afin que la voiture puisse prendre les virages sans user excessivement les pneus. Si l’essieu ne permet pas aux roues de tourner indépendamment les unes des autres. Le pneu d’une roue sera tiré sur le sol.

Pièces du différentiel :

• Engrenages latéraux différentiels
• Engrenages solaires
• Engrenages plantés
• Engrenages araignée
• Couronne dentée
• Roue de couronne
• Arbre de transmission
• Pignon conique
• Axe ou demi-arbres

Fonctionnement de leurs pièces :

La couronne dentée transmettra la puissance aux pignons planétaires, aux engrenages solaires et enfin aux demi-arbres afin que la puissance soit utilisée pour entraîner les roues. Deux pignons satellites ou parfois quatre pignons satellites sont placés en face l’un de l’autre et s’engrènent avec les planétaires pour transmettre la puissance aux roues arrière par des demi-arbres.

La puissance de la boîte de vitesses est transmise à l’arbre d’hélice ou à l’arbre d’entraînement et ainsi au pignon conique. La fonction du pignon conique est de transmettre la puissance de l’arbre d’hélice pour entraîner la couronne dentée. Il n’y a pas un seul arbre qui relie deux roues arrière, mais deux demi-arbres sont utilisés pour relier deux roues arrière dans l’automobile et la couronne est libre de tourner sur le demi-arbre. 

Ces demi-arbres sont cannelés sur chacun des engrenages solaires. Deux engrenages solaires sont utilisés pour le fonctionnement du différentiel opposé l’un à l’autre et ces engrenages solaires sont reliés aux demi-arbres pour entraîner la puissance.

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Comment fonctionne le différentiel ?

La puissance du moteur est transférée à la couronne dentée via un pignon. La couronne dentée est reliée à un engrenage araignée qui est au cœur du système de travail différentiel . L’araignée est libre de tourner de deux manières différentes, une avec la couronne et deux sur son axe. L’engrenage araignée engrène avec deux engrenages latéraux afin que la puissance du moteur circule du pignon vers les roues gauche et droite.

Considérons quelques cas ;

Le véhicule se déplace tout droit :

Lorsque le véhicule se déplace en ligne droite, la vitesse des roues arrière est la même dans le sens où les deux tournent à la même vitesse.

Dans ce cas, les engrenages solaires, les engrenages araignées et les couronnes dentées agiront comme une seule unité et les deux demi-arbres tourneront à la même vitesse. Dans cette situation où toutes les parties du différentiel agissent comme une seule unité, il n’y a pas de mouvement relatif entre elles et c’est la raison pour laquelle toutes les roues arrière se déplacent à la même vitesse.

Le véhicule prenant un virage :

Le véhicule prend un virage. La transmission Spider joue ici un rôle important. Parallèlement à la rotation de la couronne, celle-ci tourne sur son axe. L’engrenage araignée a donc une rotation combinée.

Lorsque le véhicule tourne à droite, la distance parcourue par la roue gauche est supérieure à la distance parcourue par la roue droite et la vitesse de la roue gauche est supérieure à la vitesse de la roue droite. La rotation du planétaire fera tourner l’autre planétaire dans le sens opposé, c’est-à-dire si le planétaire gauche tourne pendant une période donnée. 

Ensuite, le planétaire droit tournera également dans la même période mais dans le sens opposé. Le couple de la transmission finale est divisé entre deux demi-arbres et les engrenages en étoile sont reliés à l’aide d’une goupille transversale qui est libre de tourner autour d’elle et ne modifie pas le couple entre les roues.

Par conséquent, l’engrenage araignée agit comme un équilibre et divise le couple de manière égale entre les deux roues de l’essieu, même lorsque leurs vitesses sont différentes. De cette façon, le couple est transmis là où le véhicule prend les virages.

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Types de différentiel :

Les différents types de différentiel sont :

• Différentiel ouvert
• Différentiel à glissement limité
• Différentiel verrouillable
• Différentiel de vecteur de couple
• Différentiel Torsen
• Différentiel soudé

Différentiel ouvert :

Ces types de différentiels sont les plus essentiels et permettent uniquement de modifier la vitesse ou le patinage des roues individuelles. Dans de bonnes conditions routières, cela permet à la roue extérieure de tourner à une vitesse plus rapide que la roue intérieure.

Le problème survient lorsque les conditions routières ne sont pas bonnes, par exemple sur de la neige mouillée, de la glace ou du sable. L’utilisation d’un différentiel ouvert dans le moteur de votre voiture est transférée même si la roue n’a aucune traction afin que le pneu coulissant puisse tourner librement. 

Ce type de différentiel se retrouve souvent dans les berlines familiales et les voitures économiques. Si un pneu perd de la traction, l’autre perdra de la puissance pour maintenir la traction.

Avantages du différentiel ouvert :

• Le différentiel ouvert permet différentes vitesses sur le même essieu, il n’y aura donc pas de patinage des roues.

• Lorsque vous prenez un virage, comme le pneu extérieur se déplacera plus loin du point de vue de l’efficacité, il y aura moins de différentiel ouvert par rapport aux autres types.

Inconvénients du différentiel ouvert :

• Limite la quantité d’énergie produite par le véhicule.
  • Lorsque la traction est réduite dans une roue, cela diminue considérablement la quantité de puissance produite par le véhicule.
• Si une roue ne peut pas dissiper autant de puissance, l’autre roue reçoit une quantité de couple tout aussi faible.

Différentiel à glissement limité.

Un différentiel à glissement limité fonctionne de la même manière qu’un différentiel ouvert. Ils transfèrent le couple à chaque roue indépendamment dans de bonnes conditions routières. Un différentiel ouvert peut faire glisser le pneu dans des virages serrés ou une forte accélération. 

Mais un différentiel à glissement limité empêche la quantité de couple de passer dans le pneu coulissant, celui qui présente le moins de résistance. Cela se fait grâce à l’utilisation d’embrayages et de disques dans le différentiel. Cela permet au véhicule de franchir les virages alors qu’un véhicule doté d’un différentiel opérationnel ne le peut pas. Les voitures de course, les véhicules tout-terrain et autres véhicules de performance utilisent un différentiel à glissement limité.

Avantages du différentiel à glissement limité :

• Le différentiel à glissement limité permet différentes vitesses de roue sur un essieu, réduisant ainsi l’usure des pneus par rapport à un différentiel bloqué.
• Cela permet également à la roue d’envoyer du couple avec plus de traction.
• Il permet un fonctionnement très fluide et ne présente pas d’encombrement à basse vitesse. Généralement associé à d’autres types de différentiels à glissement limité qui naviguent dans une zone restreinte.

Inconvénients du différentiel ouvert :

• Il ne peut pas se verrouiller complètement car le système nécessite une différence de vitesse entre les deux côtés pour transférer le couple lorsqu’il est utilisé efficacement. Le différentiel à glissement limité effectif sera réduit.

Différentiel bloqué :

Ces types de différentiel utilisent un embrayage et des ressorts pour actionner le verrou qui envoie la même quantité de puissance à chaque roue, quelle que soit la condition de traction. Il forme essentiellement un axe solide. Un différentiel verrouillable peut obtenir une plus grande traction car la totalité du couple est toujours disponible pour une roue et n’est pas limitée par la traction inférieure d’une seule roue. 

À des vitesses plus élevées, c’est l’inconvénient, mais en tout-terrain ou en escalade, c’est un énorme avantage. Ces types de différentiels se retrouvent sur de nombreux véhicules tout-terrain et certaines voitures de performance.

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Avantages du différentiel verrouillable :

• Fournit du couple avec plus de traction

Dans diverses conceptions, cela permettra à la majeure partie du couple d’atteindre le sol dans n’importe quelle condition de surface donnée.

• C’est simple et très efficace. Il fournit également une solution aux situations de dérive où il est souhaitable de maintenir constante la vitesse des roues sur l’essieu.

Inconvénients du différentiel verrouillable :

• Un inconvénient du différentiel verrouillable est qu’il ne permettrait pas la différence de vitesse de roue entre les roues droite et gauche, ce qui signifie des roues à pneus supplémentaires ainsi qu’un blocage au sein de la transmission.

Différentiel de vectorisation de couple :

Ce type de différentiel utilise un ensemble de capteurs et d’électronique pour recevoir des données provenant de divers sujets, de la surface de la route, de la position du papillon, du système de direction, etc. afin d’activer un embrayage à commande électronique et un contrôleur. 

Il est également connu sous le nom de différentiel actif . Ils fonctionnent efficacement, ce qui se traduit par une expérience de conduite hautes performances véritablement dynamique.

Une différence de vecteur de couple se retrouve dans les véhicules hautes performances à propulsion arrière et à traction intégrale. Les quatre roues motrices permanentes et la transmission intégrale ont trois différentiels. Un sur l’essieu avant, un deuxième sur l’essieu arrière et le troisième différentiel se trouve au milieu de la transmission, ce qui permet aux roues de tourner aux vitesses différentielles.

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Avantages de la vectorisation du couple :

• Ce différentiel permet à la roue extérieure d’envoyer plus de couple à mesure qu’elle se rapproche du virage.
• Il permet au concepteur de contrôler complètement le système, qui peut choisir dans quelles conditions le véhicule enverra plus de couple à une roue plutôt que d’être réactif.
• Il peut envoyer jusqu’à cent pour cent des autres couples potentiels à une roue.

Inconvénients de la vectorisation du couple :

• Bien qu’il ne présente aucun inconvénient, il touche deux éléments : le coût et la complexité.

Différentiel Torsen :

Torsion signifie détection de couple. Il s’agit de types de différentiel à glissement limité qui utilisent un engrenage accéléré pour produire un impact sans utiliser d’embrayage ou de résistance fluide. Ceci peut être réalisé en ajoutant un ensemble d’engrenages à vis sans fin à une configuration d’engrenages conventionnelle du différentiel ouvert. Ces engrenages à vis sans fin travaillant sur chaque essieu fournissent la résistance nécessaire pour permettre le transfert de couple. 

Ceci est obtenu en plaçant les engrenages à vis sans fin en engrènement continu les uns avec les autres grâce à des engrenages droits connectés. Le maillage continu entre les deux côtés du différentiel a l’avantage de fournir un couple rapide, ce qui le rend sensible aux changements de route et aux conditions de conduite.

Avantages du différentiel Torsen :

• Dès qu’il y a une différence de vitesse entre eux. Il commence à envoyer plus de couple à la roue la plus lente. De plus, il réagit beaucoup plus rapidement qu’un différentiel à glissement limité.
• Ces systèmes ne nécessitent pas d’entretien régulier car l’action différentielle dépend de la friction dans tout l’engrenage.

Inconvénients du différentiel Torsen :

• Lorsqu’une roue est en l’air, un différentiel Torsen fonctionne de la même manière qu’un différentiel ouvert et très peu de couple est transféré à l’essieu moteur.
• Ceci est parfaitement acceptable pour une utilisation sur route, mais cela peut poser problème pour des véhicules plus spécifiques sur piste.

Différentiel soudé :

Il s’agit d’un type de différentiel bloqué, connu sous le nom de différentiel à tiroir . il est soudé de façon permanente à un axe fixe par un jeu ouvert. Cela se fait généralement dans des situations spécifiques où les caractéristiques du différentiel à blocage facilitent le blocage simultané des deux roues.

Ceci n’est généralement pas recommandé car la chaleur dégagée par le soudage peut compromettre la résistance des composants et augmenter le risque de défaillance des pièces.

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