Un différentiel est un système mécanique qui a pour fonction de distribuer une vitesse de rotation de façon adaptative aux besoins d'un ensemble mécanique.

Fonctionnement

Boîte de vitesses de différentiel (Un différentiel est un système mécanique qui a pour fonction de distribuer une vitesse de rotation de façon adaptative aux besoins d'un ensemble mécanique.)

Différentiel du Porsche Cayenne (Le Cayenne Porsche est le premier 4x4 fabriqué par Porsche. Appelé également 955 [réf. nécessaire], il est décliné en cinq motorisations essence (un V6...)

Sur ces deux images la motricité en provenance du moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou travail.[réf. nécessaire]) est représentée par la grande flèche rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) et s'exerce sur l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble, désigne intuitivement une collection d’objets (que l'on appelle éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme l'énonçait, le créateur de cette théorie,...) bleu :

1. Sur l'image de gauche, les deux arbres de sortie (à gauche/rouge et à droite/jaune) tournent à la même vitesse (La vitesse est une grandeur physique qui permet d'évaluer l'évolution d'une quantité en fonction du temps.). L'effort de rotation est donc réparti équitablement et le pignon intermédiaire vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont la bande passante...) (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 (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :) 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.

Sous sa forme la plus fréquente le différentiel est composé d'un pignon conique (Les coniques constituent une famille très utilisée de courbes planes algébriques, qui peuvent être définies de plusieurs manières différentes, toutes équivalentes entre elles.) (solidaire de l'arbre moteur) entraînant perpendiculairement une couronne dentée conique supportant une cage de pignons satellites (Satellite peut faire référence à :), ceux-ci entraînant deux pignons planétaires solidaires des arbres entraînés.

Le différentiel mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un...) fut inventé en 1827 par le mécanicien français Onésiphore Pecqueur (1792-1852). Il fut employé dès 1860 sur les premiers véhicules routiers à vapeur ().

Cas d'utilisation

Le cas d'utilisation le plus répandu est l'entraînement d'un véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un point à un autre, sur des distances variables.). Dans un virage, la roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) située à l'intérieur (du côté où l'on tourne), ayant une distance plus faible a parcourir, tourne moins vite que la roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) 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 (La tenue de route est une expression mal définie, décrivant le comportement routier d'un véhicule (automobile ou motocyclette essentiellement).) (sans différentiel, un véhicule tend à aller tout droit) et permet de limiter l'usure des pneumatiques.

Il a aussi existé des véhicules sans différentiel, choix parfois dicté par l'économie de poids : la Lancia (Lancia est un des plus fameux et des plus anciens constructeur automobile italiens, créé à Turin en 1906, qui fait aujourd'hui partie du groupe italien Fiat Automobiles...) 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 (Le karting est une discipline de sport automobile, qui se pratique sur des circuits de 700 m à 1 200 m environ et d'une largeur de 8 m pouvant accueillir jusqu'à 30 karts simultanément lors d'une...) est un autre exemple de véhicule à quatre roues sans différentiel, mais comme les essieux sont très courts, le défaut induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) en virage est moins important que sur les automobiles ordinaires.

Différentiel à glissement limité mécanique

La faiblesse du différentiel ordinaire réside dans le fait que si une roue du train (En transport ferroviaire, un train consiste en une suite de véhicules qui circulent le long de guides pour transporter des voyageurs ou des marchandises d'un point à un autre. Ces guides sont le plus...) moteur n’adhère pas (par exemple roue sur la neige, dans la boue), l’ensemble de la transmission du couple se fait sur cette roue, et le véhicule n'avance plus correctement, voire plus du tout. Pour résoudre ce problème, certains différentiels sont conçus pour se limiter à partir d'un certain seuil de glissement (par exemple détectant un écart de couple entre les deux demi arbres fixés aux satellites), ce sont les différentiels à glissement limité (DGL en français ou LSD en anglais).

Les véhicules tout-terrain utilisent souvent ces dispositifs car ils sont prévus pour aller dans des terrains très meubles (boue, neige, etc.). Pour les véhicules puissants qui développent en général beaucoup de couple, il peut être nécessaire d'utiliser un (ou des) DGL. Dans ce cas, le véhicule peut modifier son comportement en virage, et au lieu de déraper, il conserve son adhérence mais peut modifier sensiblement la trajectoire prévisible. Il faut alors plus " piloter " que conduire !

Il existe plusieurs marques de différentiels à glissement limité (DGL) mécaniques. De nombreux brevets sont encore actifs, les solutions du marché comportent donc des différences notables. Parmi les modèles les plus courants, on peut citer les différentiels :

• Torsen (Gleason Works fabricant américain de pigons et engrenages, a déposé la marque Torsen, pour " TORque SENsing ", utilisant une vis sans fin, principe inventé au milieu du XX^ème siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une...) par l'ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature technologique, concrets et souvent complexes, liés à la conception, à la réalisation et à la...) américain Vernon Gleasman),
• Quaife (fabricant anglais, soit en OEM chez Ford (Ford Motor Company, généralement appelée simplement Ford, est un constructeur automobile américain.) notamment, soit en pièce de remplacement),
• GKN Driveline (fabricant japonais de DGL et de visco coupleurs à glissement limité).

On dit souvent que le DGL est taré à xx %, pour signifier qu'il tolère un écart de couple de 100-xx % entre les demi arbres. Il est à noter qu'un DGL ne force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force...) pas les demi arbres à être solidaires en cas de patinage d'une roue motrice ce qui serait une opération mécaniquement très contraignante (risque de casse importante).

Autres systèmes complémentaires

Il existe d'autres systèmes à glissement limité se plaçant en amont d'un différentiel. Un exemple remarquable est le célèbre système Quattro des Audi (Audi est un constructeur automobile allemand. Audi est la marque des routières du groupe Volkswagen AG, et lui appartient. Le nom officiel de l'entreprise est Audi AG, et son siège se situe à Ingolstadt en Bavière.) et Volkswagen (Volkswagen est une marque automobile allemande appartenant au groupe Volkswagen AG. L'actuel président de la marque s'appelle Wolfgang Bernhard (juillet 2005). Il remplace Peter Hartz, qui a donné sa démission. Rappelons tout de même que Volkswagen...) à moteur transversal qui repose sur un embrayage (L'embrayage est un dispositif d'accouplement temporaire entre un arbre dit moteur et un autre dit récepteur. Du fait de sa transmission par adhérence, il offre une mise en charge progressive de l'accouplement qui évite les à-coups qui...) sophistiqué :

• le système Haldex Limited Slip Coupling de la société Haldex Traction AB (ABS est un sigle qui désigne :), embrayage à disques multiples tournant dans un bain d'huile dont la pression (La pression est la force exercée sur une surface donnée.) est régulée électro-hydrauliquement par un système électronique.

Il permet de coupler partiellement ou totalement les essieux avant et arrière (en général il est monté juste en amont de l'essieu (Dans un véhicule à roues, un essieu est un arbre placé transversalement sous la caisse et supportant par l'intermédiaire des fusées les roues situées à ses...) arrière). Cette architecture (L’architecture, terme issu du latin architectura, mot tiré du grec αρχιτεκτων (« maître-maçon ») de αρχι (« chef ») et...) est extrêmement performante (certains vont jusqu'à dire trop) et permet de gérer l'adhérence des quatre roues en parfaite compatibilité avec les ABS, EPS et autres systèmes électroniques. La performance essentielle du système réside dans son temps (Le temps est un concept développé pour représenter la variation du monde : l'Univers n'est jamais figé, les éléments qui le composent bougent, se transforment et évoluent pour l'observateur qu'est l'homme. Si on considère l'Univers comme un...) de réaction extrèmement court (une roue ne patine qu'environ un dixième de tour avant la réaction de l'Haldex). Ce système est aussi capable de prendre en compte, en temps réel, des paramètres subtils comme le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.) différent de chaque roue (chaque pneu n'est jamais exactement du même diamètre, une " galette " roue de secours peut être utilisée).

La critique principale portée contre les systèmes du type Haldex est la consommation de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) plus importante que dans les systèmes mécaniques sans fluide (Les fluides sont des milieux parfaitement déformables. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans certaines...). Toutefois, contrairement aux systèmes mécaniques qui sont toujours actifs (et dissipent de ce fait toujours de la puissance), il peut ne pas être actif en condition normale et préserver un rendement moyen supérieur aux DGL.