Types de différentiels expliqués : fonctions et avantages pour les véhicules

Il existe plusieurs types de différentiels adaptés à des véhicules spécifiques, tous destinés à transmettre la puissance du moteur aux roues. Dans un article précédent, le différentiel a été défini comme un mécanisme qui transmet le couple du moteur aux roues en le répartissant, permettant aux roues de tourner à des vitesses différentes.

Aujourd'hui, nous examinons en détail les différents types de différentiels et leurs principes de fonctionnement.

Types de différentiels

Voici les principaux types rencontrés sur les automobiles :

• Différentiel ouvert
• Différentiel bloqué
• Différentiel soudé (spool)
• Différentiel à glissement limité (LSD)
• Différentiel Torsen
• Différentiel actif
• Différentiel à vectorisation de couple

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Différentiel ouvert :

Sa forme basique comprend deux demi-arbres avec un engrenage chacun, reliés par un troisième engrenage formant trois côtés d'un carré. Un quatrième engrenage (couronne) renforce l'ensemble et transmet la puissance via le pignon d'attaque. L'avantage principal : il permet aux roues de tourner à des vitesses différentes en virage (la roue extérieure parcourt plus de chemin). Il est peu coûteux à produire et très répandu.

Inconvénient : le couple est réparti à parts égales. La puissance transmise est limitée par la roue ayant le moins d'adhérence.

Différentiel bloqué :

Souvent utilisé en tout-terrain. C'est un différentiel ouvert dont l'essieu peut être verrouillé (manuellement ou électroniquement) pour devenir solidaire. Avantage : bien meilleure traction, car le couple n'est pas partagé 50/50 ; plus de couple peut aller vers la roue qui adhère.

Inconvénient : le « blocage » (binding) survient quand un couple excessif s'accumule dans la transmission et doit être libéré (roue qui décolle ou déverrouillage manuel).

Différentiel soudé (spool) :

Similaire au bloqué, mais le verrouillage est permanent par soudure d'un différentiel ouvert. Les deux roues tournent toujours ensemble, destiné au drift. Inadapté à toute autre condition : la soudure affaiblit la pièce et risque une rupture catastrophique (engrenages brisés traversant le carter).

Différentiel à glissement limité (LSD) :

Combine les avantages des différentiels ouverts et bloqués via un système plus complexe. Deux catégories :

• LSD à embrayages mécaniques
• LSD visqueux

LSD à embrayages mécaniques :

Contient l'engrenage de base d'un différentiel ouvert avec deux bagues de pression. Celles-ci appuient sur des jeux de disques d'embrayage placés de part et d'autre des engrenages, créant une résistance à la rotation indépendante des roues et transformant l'effet d'ouvert à bloqué, augmentant la traction.

Les bagues de pression entourant les engrenages centraux sont écartées par les goupilles du satellite. Sous la rotation, elles poussent sur les surfaces inclinées et pressent les bagues dans les garnitures d'embrayage (jaune et bleu) de chaque côté, générant une résistance et verrouillant l'essieu.

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Le LSD mécanique se décline en sous-types selon le moment où la pression s'exerce :

• LSD unidirectionnel : pression seulement en décélération (comporte comme un ouvert en virage). En accélération, le frottement des disques les bloque pour plus de traction.
• LSD bidirectionnel : pression aussi en décélération, améliore la stabilité au freinage sur routes variables.
• LSD un et demi directionnel : combine les deux, forte pression en accélération, moindre en décélération.

LSD visqueux :

Utilise un fluide épais au lieu d'embrayages pour créer la résistance nécessaire au passage d'ouvert à bloqué. Moins de pièces mobiles, fonctionnement plus progressif : la résistance augmente avec la différence de vitesse des roues. Transfère le couple vers la roue qui a le plus d'adhérence. Si une roue patine, la différence de vitesse dans le différentiel crée plus de résistance sur la roue lente, y dirigeant plus de couple.

Inconvénients : le fluide chauffe et perd en viscosité (moins de résistance), et ne peut pas verrouiller totalement comme un LSD mécanique.

Différentiel Torsen :

Utilise un engrenage hélicoïdal (vis sans fin) ajouté à l'engrenage planétaire d'un différentiel ouvert pour produire l'effet de glissement limité, sans embrayage ni fluide. Les vis sans fin en prise constante via un engrenage droit assurent le transfert de couple immédiat, rendant le système très réactif aux conditions changeantes. Capable de diriger un fort pourcentage de couple vers une roue selon le rapport d'engrenage, contrairement à l'ouvert qui partage à 50/50. L'engrenage peut être usiné pour offrir des rapports de résistance différents en accélération et décélération (comme un LSD 1,5), de manière purement mécanique. C'est le meilleur système mécanique réunissant les qualités des autres types.

Différentiel actif :

Similaire au LSD mais les embrayages sont commandés électroniquement au lieu de forces purement mécaniques. L'électronique modifie artificiellement les forces mécaniques selon les conditions de conduite, rendant le système contrôlable et programmable. Des capteurs permettent à l'ordinateur de détecter quelle roue doit recevoir la puissance et quand. Performant sur routes difficiles et pour conditions changeantes rapides, mais nécessite une gestion électronique continue.

Différentiel à vectorisation de couple (TVD) :

Utilise aussi un système piloté électroniquement pour modifier l'angle (vecteur) du véhicule. Incite des roues spécifiques à prendre plus de couple quand nécessaire, améliorant le comportement en virage. En activant un embrayage opposé, on peut assister la direction tout en mettant plus de puissance au sol, corrigeant les défauts du LSD.

En virage, un LSD multi-directionnel résiste sur les deux roues jusqu'à verrouillage partiel et stabilise au freinage, puis relâche quand la vitesse des roues chute et que le véhicule tourne. Le TVD, lui, maintient l'embrayage sur la roue extérieure seulement, augmentant sa résistance et y dirigeant plus de couple. Ce déséquilibre de puissance fait tourner le véhicule plus net, réduisant le sous-virage.

Quand la résistance persiste tout au long du virage, à la sortie (après le point de corde), le TVD continue de forcer le couple vers la roue extérieure, là où un LSD multi-directionnel normal reverrait le couple vers la roue intérieure (perçue comme ayant plus d'adhérence). En surchargeant l'embrayage extérieur, le système détourne plus de couple vers lui, augmentant la puissance applicable et réduisant le sous-virage en accélération.

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Les différentiels à vectorisation de couple peuvent transmettre 100 % du couple disponible par une seule roue dans les cas extrêmes. Leur limitation : complexité et coût très élevés, réservés aux applications course/piste pour leur potentiel en virage rapide.

Chaque type de différentiel a ses avantages et inconvénients. J'espère que vous connaissez maintenant les différents types. Posez vos questions en commentaire et partagez cet article avec d'autres étudiants techniques. Merci !