Le différentiel est un engrenage de compensation qui permet aux roues motrices des véhicules à quatre roues et plus de tourner à des vitesses différentes dans les virages.
Légende
Pourquoi un engrenage différentiel est-il nécessaire ?
Le différentiel permet aux véhicules à quatre roues et plus, c’est-à-dire aux véhicules légers, aux poids lourds ou aux bus par exemple, d’avoir une vitesse de rotation différente sur les roues motrices, notamment dans les virages. Lorsqu’un véhicule à quatre roues prend un virage, la roue extérieure au virage doit parcourir une plus grande distance. Le différentiel permet aux roues de tourner à des vitesses différentes et assure une répartition uniforme des couples d’entraînement. Sans différentiel, les deux roues tourneraient toujours à la même vitesse dans un virage.
Structure d’un différentiel
L’engrenage différentiel est généralement monté dans un boîtier distinct entre les roues motrices d’un essieu sur les véhicules à moteur à quatre roues et plus. Selon la construction du véhicule, d’autres emplacements sont possibles. Il est également possible d’intégrer le différentiel dans la boîte de vitesses du véhicule.
À l’intérieur du boîtier de différentiel ou cage se trouvent quatre pignons coniques opposés par paires et rotatifs, qui s’engrènent les uns dans les autres. Une paire de ces pignons coniques, appelés satellites, est reliée à la cage de différentiel et tourne avec celle-ci. La deuxième paire, les planétaires, constituent les extrémités des demi-arbres d’entraînement reliés aux roues. Une grande roue dentée conique est fixée de l’extérieur à la cage. Dans cette grande couronne s’engrène, à un angle de 90 degrés, un pignon conique plus petit dont l’arbre sort à l’extérieur de la cage de différentiel.
Fonctionnement d’un différentiel
Lorsqu’un véhicule équipé d’un différentiel avance ou recule en ligne droite, le couple moteur est transmis par l’arbre de transmission au petit pignon conique situé à l’entrée de la cage de différentiel. Ce pignon entraîne la couronne et donc la cage. À l’intérieur de la cage, les satellites sont immobiles sur eux-mêmes et entrainent les planétaires, et donc les roues, dans un mouvement de rotation. Les deux roues du véhicule tournent à la même vitesse.
Lorsqu’un véhicule prend un virage, les satellites tournent dans des sens opposés et permettent ainsi aux roues de tourner à des vitesses différentes.
Inconvénients des différentiels traditionnels
Si le frottement statique est différent, la roue qui a le moins d’adhérence reçoit un couple supérieur. Il peut arriver que cette roue patine alors que l’autre roue reste immobile. La vitesse de rotation de la roue qui patine est alors deux fois plus grande que la vitesse de la cage de différentiel. Cette situation extrême peut par exemple se produire en hiver sur une chaussée partiellement verglacée. Mais la même chose se produit également dans un virage avec une adhérence inégale entre les deux roues motrices.
Des engrenages différentiels spéciaux, appelés différentiels à glissement limité, compensent cet inconvénient en freinant, de manière mécanique ou électronique, une augmentation soudaine de la vitesse de rotation d’une roue. On les utilise dans les véhicules où le patinage des roues serait nuisible à la sécurité de conduite et à la qualité d’utilisation du véhicule, comme dans les véhicules tout-terrain ou les voitures de sport. Le différentiel à glissement limité améliore le démarrage dans les virages, la stabilité en ligne droite et la tenue de route sur des surfaces à adhérence variable.
