Comment fonctionnent les différences

Le différentiel est un dispositif qui divise le couple du moteur de deux manières, permettant à chaque sortie de tourner à une vitesse différente.

Le différentiel se trouve sur toutes les voitures et camions modernes, ainsi que dans de nombreux véhicules à traction intégrale (quatre roues motrices à plein temps). Ces véhicules à traction intégrale ont besoin d'un différentiel entre chaque ensemble de roues motrices, et ils en ont également besoin entre les roues avant et arrière, car les roues avant parcourent une distance différente dans un virage que les roues arrière..

Les systèmes à quatre roues motrices à temps partiel n'ont pas de différentiel entre les roues avant et arrière; au lieu de cela, ils sont verrouillés ensemble de sorte que les roues avant et arrière doivent tourner à la même vitesse moyenne. C'est pourquoi ces véhicules sont difficiles à tourner sur du béton lorsque le système à quatre roues motrices est engagé.

Nous commencerons par le type de différentiel le plus simple, appelé un différentiel ouvert. Nous devons d'abord explorer la terminologie: l'image ci-dessous étiquette les composants d'un différentiel ouvert.

Lorsqu'une voiture roule tout droit sur la route, les deux roues motrices tournent à la même vitesse. le pignon d'entrée fait tourner la couronne dentée et la cage, et aucun des pignons de la cage ne tourne - les deux engrenages latéraux sont effectivement verrouillés sur la cage.

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Animation avec l'aimable autorisation des animations vectorielles de Geebee

Notez que le pignon d'entrée est un engrenage plus petit que la couronne dentée; c'est la dernière réduction de vitesse de la voiture. Vous avez peut-être entendu des termes comme rapport de pont arrière ou rapport de transmission final. Ceux-ci se réfèrent au rapport d'engrenage dans le différentiel. Si le rapport de démultiplication final est de 4,10, alors la couronne a 4,10 fois plus de dents que le pignon d'entrée. Voir Fonctionnement des engrenages pour plus d'informations sur les rapports de démultiplication.

Quand une voiture fait un virage, les roues doivent tourner à des vitesses différentes.

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Dans la figure ci-dessus, vous pouvez voir que les pignons de la cage commencent à tourner lorsque la voiture commence à tourner, ce qui permet aux roues de se déplacer à des vitesses différentes. La roue intérieure tourne plus lentement que la cage, tandis que la roue extérieure tourne plus vite.

Différentiel ouvert - droit (600 Ko)

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Différentiel ouvert - Tournage (1,1 Mo)

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Le différentiel ouvert applique toujours la même quantité de couple à chaque roue. Il existe deux facteurs qui déterminent le couple pouvant être appliqué aux roues: l'équipement et la traction. Dans des conditions sèches, lorsqu'il y a beaucoup de traction, la quantité de couple appliqué aux roues est limitée par le moteur et la transmission; dans une situation de faible traction, comme lors de la conduite sur glace, la quantité de couple est limitée à la plus grande quantité qui ne fera pas patiner une roue dans ces conditions. Ainsi, même si une voiture peut produire plus de couple, il doit y avoir suffisamment de traction pour transmettre ce couple au sol. Si vous donnez plus d'essence à la voiture après que les roues commencent à patiner, les roues tourneront plus vite.

Marcher sur des oeufs

Si vous avez déjà conduit sur la glace, vous connaissez peut-être une astuce qui facilite l'accélération: si vous commencez en deuxième, voire en troisième, au lieu de la première, en raison de l'engrenage de la transmission, vous aurez moins de couple disponible. aux roues. Cela facilitera l'accélération sans faire patiner les roues.

Maintenant, que se passe-t-il si l'une des roues motrices a une bonne traction et l'autre est sur la glace? C'est là qu'intervient le problème des différentiels ouverts.

N'oubliez pas que le différentiel ouvert applique toujours le même couple aux deux roues et que la quantité maximale de couple est limitée à la plus grande quantité qui ne fera pas patiner les roues. Il ne faut pas beaucoup de couple pour faire glisser un pneu sur la glace. Et lorsque la roue avec une bonne traction n'obtient que le très petit couple qui peut être appliqué à la roue avec moins de traction, votre voiture ne bougera pas beaucoup.

Hors route

Une autre fois que les différentiels ouverts peuvent vous causer des ennuis, c'est lorsque vous conduisez hors route. Si vous avez un camion à quatre roues motrices, ou un VUS, avec un différentiel ouvert à l'avant et à l'arrière, vous pourriez vous retrouver coincé. Maintenant, rappelez-vous - comme nous l'avons mentionné à la page précédente, le différentiel ouvert applique toujours le même couple aux deux roues. Si l'un des pneus avant et l'un des pneus arrière décrochent du sol, ils tourneront tout simplement impuissants dans les airs et vous ne pourrez plus bouger du tout.

La solution à ces problèmes est la différentiel à glissement limité (LSD), parfois appelé positraction. Les différentiels à glissement limité utilisent divers mécanismes pour permettre une action différentielle normale lors des virages. Lorsqu'une roue patine, elles permettent de transmettre plus de couple à la roue antidérapante.

Les prochaines sections détailleront certains des différents types de différentiels à glissement limité, y compris le LSD de type embrayage, l'accouplement visqueux, le différentiel de blocage et le différentiel Torsen..

Le LSD de type embrayage est probablement la version la plus courante du différentiel à glissement limité

Ce type de LSD a tous les mêmes composants qu'un différentiel ouvert, mais il ajoute un pack de printemps et un ensemble de embrayages. Certains d'entre eux ont un embrayage à cône qui ressemble aux synchroniseurs d'une transmission manuelle.

Le pack de ressorts pousse les engrenages latéraux contre les embrayages, qui sont fixés à la cage. Les deux engrenages latéraux tournent avec la cage lorsque les deux roues se déplacent à la même vitesse et que les embrayages ne sont pas vraiment nécessaires - le seul moment où les embrayages interviennent, c'est quand quelque chose arrive à faire tourner une roue plus vite que l'autre, comme dans un tour. Les embrayages combattent ce comportement, voulant que les deux roues roulent à la même vitesse. Si une roue veut tourner plus vite que l'autre, elle doit d'abord maîtriser l'embrayage. La rigidité des ressorts combinée au frottement de l'embrayage détermine le couple nécessaire pour le maîtriser.

Revenons à la situation dans laquelle une roue motrice est sur la glace et l'autre a une bonne traction: avec ce différentiel à glissement limité, même si la roue sur la glace n'est pas capable de transmettre beaucoup de couple au sol, l'autre roue va toujours obtenir le couple dont il a besoin pour se déplacer. Le couple fourni à la roue non sur la glace est égal à la quantité de couple nécessaire pour maîtriser les embrayages. Le résultat est que vous pouvez avancer, mais toujours pas avec la pleine puissance de votre voiture.

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Le couplage visqueux se trouve souvent dans les véhicules à traction intégrale. Il est couramment utilisé pour relier les roues arrière aux roues avant de sorte que lorsqu'un ensemble de roues commence à patiner, le couple sera transféré à l'autre ensemble.

Le couplage visqueux a deux ensembles de plaques à l'intérieur d'un boîtier scellé qui est rempli d'un fluide épais, comme illustré ci-dessous. Un jeu de plaques est connecté à chaque arbre de sortie. Dans des conditions normales, les deux ensembles de plaques et le fluide visqueux tournent à la même vitesse. Lorsqu'un jeu de roues essaie de tourner plus vite, peut-être parce qu'il patine, le jeu de plaques correspondant à ces roues tourne plus vite que l'autre. Le fluide visqueux, coincé entre les plaques, essaie de rattraper les disques les plus rapides, entraînant les disques les plus lents. Cela transfère plus de couple aux roues plus lentes - les roues qui ne glissent pas.

Lorsqu'une voiture tourne, la différence de vitesse entre les roues n'est pas aussi grande que lorsqu'une roue patine. Plus les plaques tournent rapidement l'une par rapport à l'autre, plus le couplage visqueux transfère de couple. L'accouplement n'interfère pas avec les virages car la quantité de couple transféré pendant un virage est si petite. Cependant, cela met également en évidence un inconvénient de l'accouplement visqueux: aucun transfert de couple ne se produira jusqu'à ce qu'une roue commence réellement à glisser.

Une simple expérience avec un œuf aidera à expliquer le comportement du couplage visqueux. Si vous placez un œuf sur la table de la cuisine, la coquille et le jaune sont tous deux stationnaires. Si vous faites soudainement tourner l'œuf, la coquille se déplacera à une vitesse plus rapide que le jaune pendant une seconde, mais le jaune rattrapera rapidement. Pour prouver que le jaune tourne, une fois que l'œuf tourne, arrêtez-le rapidement, puis relâchez-le - l'œuf recommencera à tourner (sauf s'il est dur). Dans cette expérience, nous avons utilisé la friction entre la coquille et le jaune pour appliquer une force sur le jaune, l'accélérant. Lorsque nous avons arrêté la coque, cette friction - entre le jaune toujours en mouvement et la coque - a exercé une force sur la coque, la faisant accélérer. Dans un couplage visqueux, la force est appliquée entre le fluide et les ensembles de plaques de la même manière qu'entre le jaune et la coque.

le blocage différentiel est utile pour les véhicules tout-terrain sérieux. Ce type de différentiel a les mêmes pièces qu'un différentiel ouvert, mais ajoute un mécanisme électrique, pneumatique ou hydraulique pour verrouiller les deux pignons de sortie ensemble.

Ce mécanisme est généralement activé manuellement par interrupteur, et lorsqu'il est activé, les deux roues tournent à la même vitesse. Si une roue se retrouve hors du sol, l'autre roue ne le saura pas et ne s'en souciera pas. Les deux roues continueront de tourner à la même vitesse que si rien n'avait changé.

le Différentiel Torsen* est un appareil purement mécanique; il n'a pas d'électronique, d'embrayages ou de fluides visqueux.

-Le Torsen (à partir de Torque Sensing) fonctionne comme un différentiel ouvert lorsque la quantité de couple allant à chaque roue est égale. Dès qu'une roue commence à perdre de l'adhérence, la différence de couple provoque la liaison des engrenages du différentiel Torsen. La conception des engrenages du différentiel détermine le rapport de polarisation de couple. Par exemple, si un différentiel Torsen particulier est conçu avec un rapport de polarisation de 5: 1, il est capable d'appliquer jusqu'à cinq fois plus de couple à la roue qui a une bonne traction..

Ces dispositifs sont souvent utilisés dans les véhicules à traction intégrale hautes performances. Tout comme l'accouplement visqueux, ils sont souvent utilisés pour transférer la puissance entre les roues avant et arrière. Dans cette application, le Torsen est supérieur à l'accouplement visqueux car il transfère le couple aux roues stables avant le glissement réel..

Cependant, si un jeu de roues perd complètement la traction, le différentiel Torsen ne pourra pas fournir de couple à l'autre jeu de roues. Le rapport de polarisation détermine la quantité de couple pouvant être transférée, et cinq fois zéro équivaut à zéro.

*TORSEN est une marque déposée de Zexel Torsen, Inc.

Le HMMWV, ou Hummer, utilise des différentiels Torsen® sur les essieux avant et arrière. Le manuel du propriétaire du Hummer propose une nouvelle solution au problème d'une roue qui décolle du sol: appliquer les freins. En appliquant les freins, un couple est appliqué à la roue qui est dans l'air, puis cinq fois ce couple peut aller à la roue avec une bonne traction.

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