Mécanique

Le squelette de la majorité des 4x4 est un cadre en acier très solide sur lequel viennent s'attacher tous les éléments mécaniques. La carrosserie vient habiller le tout et ne joue aucun rôle dans la rigidité de l'ensemble, contrairement à une structure monocoque (caisse autoporteuse: berline classique, et certains 4x4, rav4, lada,...).

Sur un 4x4 non permanent, on roule en deux roues motrices seulement (roues arrières) sur le goudron ou sur la piste roulante. Les véhicules sont équipés de moyeux débrayables, qui permettent de désolidariser les roues avants des demi arbres de transmission avant qui sont eux mêmes libres en position 4x2 (non accouplé à la boîte par l'intermédiaire de l'arbre de transmission avant). Cela économise la transmission et, dans une moindre mesure, abaisse la consommation de carburant.

Avec un enclenchable, pas de problème si vous roulez tout droit en position 4x4, mais au premier virage serré, le 4x4 aura tendance à aller se diriger vers l'extérieur du virage. En effet en position 4x4, la boîte de transfert fait tourner les deux ponts à la même vitesse ; un virage (des inégalités du terrain) provoque des différences de rotation entre les roues avants et arrières et comme les arbres de transmission tournent à la même vitesse (pas de différentiel inter-pont ou comme si le différentiel central était bloqué s'il en avait un), cela créé un glissement d'un essieu par rapport à l'autre, qui entraîne une perte d'adhérence, qui réduit le pouvoir directeur du train avant. La solution est la suivante : quelques mètres avant le virage, vous repassez en 4x2; vous entrez dans la courbe, donnez un peu de gaz pour faire patiner et glisser le train arrière, relâchez l'accélérateur, repassez en 4x4 et voilà.
Avec un enclenchable en position 4x4, les deux ponts tournent à la même vitesse mais le couple peut être différent sur chacune des roues (sur chacun des ponts); cela dépend de l'adhérence au sol (couple pont 1 + couple pont 2 = couple max transmissible). Si l'adhérence au sol est nulle, la roue tourne sans contrainte, sans fournir d'effort, donc le couple transmis est nul. Mais elle consommera de la puissance (W) pour tourner. Si l'adhérence n'est pas nulle, il faut fournir un effort pour annuler les contraintes exercées par le sol (frottement). Dans ce cas la roue utilisera du couple (même raisonnement pour les ponts).

En 1970, le Range Rover a été le premier 4x4 de grande série à disposer du système des quatre roues motrices en permanence. Ils sont plus sécurisants sur la route et ils ont l'avantage d'être constamment en configuration tout terrain. Ils sont équipés d'un différentiel inter-pont.

- les vrais permanents = les quatres roues sont motrices tout le temps (Range, Lada,...). Ils sont équipés d'un différentiel inter-pont.

- les supers permanents = ils peuvent rouler avec deux roues arrières motrices, avec quatre roues motrices avec différentiel inter-pont libre ou bloqué (comme pour les vrais permanents); ils font partie à la fois de la famille des enclenchables et des permanents (Pajero génération 2 et 3, Pinin, Cherokee 4.0L limited,...)

- les semi-permanents = les roues avants sont motrices, et les roues arrières sont également motrices mais que si l'adhérence est mauvaise (aux USA ce sont les roues arrières qui sont motrices si l'adhérence est bonne). En clair, en conditions normales de roulage, ce sont de simples deux roues motrices (pas de couple sur l'autre essieu ou très peu). Lorsque l'une des deux roues de cet essieu moteur perd de l'adhérence, le véhicule passe progressivement en quatre roues motrices. Ils ne sont pas équipés d'un différentiel inter-pont mais d'un dispositif d'accouplement (coupleur multidisque hydraulique ou électromagnétique ou électromécanique, embrayage multidisque). Par exemple, un viscocoupleur est un coupleur multidisque dont la répartition d'origine de couple est de l'ordre de 10% / 90% (et peut devenir 90% / 10% suite à un problème d'adhérence). Le viscocoupleur permet de légères différences de rotation des deux axes de sorties mais en privilégiant toujours un essieu par rapport à l'autre, et il joue le rôle d'autobloquant lorsque la différence de rotation entre les deux axes de sorties est trop grande (il se durcit pour devenir presque un axe rigide). Par exemple pour un semi-permanent privilégiant la traction, donc une répartition de couple 90% / 10%, si le train avant manque d'adhérence, le viscocoupleur bloque en durcissant les deux arbres de sorties, et les fait tourner à la même vitesse. Donc le couple n'est plus obligatoirement fixe entre les deux essieux et peut varier progressivement de 90/10 à 10/90 (pour continuer la progression, il faut du couple à l'arrière, là ou il y a de l'adhérence).
Ils ont un inconvénient lors des descentes avec mauvaise adhérence, en effet dans ce cas le pont arrière n'est pas moteur puisque le système ne se rend pas compte que l'adhérence n'est pas bonne (le pont arrière n'est pas moteur comme le véhicule roule sans effort), vous vous retrouvez donc au volant d'une simple berline (Honda CRV et HRV, Scénic RX4).

Accolée à la boîte de vitesse, cet élément mécanique appelé aussi réducteur, délivre la puissance moteur aux arbres de transmission avant et arrière, et permet au conducteur de choisir entre les rapports courts ou longs. En position longue, l'effet est nul, et en position courte, la transmission tourne deux fois (dépend du rapport du réducteur) moins vite que la boîte. Le moteur donne alors toute sa puissance (maximum de couple) mais les roues ne peuvent pas tourner vite. Les vitesses courtes offrent un frein moteur important. Le changement long/court se fait à l'aide d'un levier ou un bouton. Sur certains 4x4, il faut effectuer cette manoeuvre à l'arrêt (pour les autres, le changement doit être effectué à une vitesse inférieure à 100 km/h).
La réduction s'exprime sous la forme d'un rapport par exemple 2,56:1. Ce chiffre signifie que pour 2,56 tours d'arbre d'entrée de la boîte de transfert, l'arbre de sortie de la boîte de transfert effectue 1 tour (plus le rapport s'éloigne de 1, plus la réduction est importante).

Un différentiel (non bloqué) est un dispositif mécanique qui permet de transmettre de la puissance en répartissant le couple de façon uniforme et constante tout en permettant une différence de rotation entre les deux axes de sorties.

Dans chaque essieu, le différentiel permet de transmettre le mouvement aux roues tout en laissant la possibilité à celles-ci d'avoir des vitesses de rotation différentes, ce qui est le cas en virage où la roue intérieure parcourt un distance moindre que la roue extérieure.

, or le différentiel (non bloqué) répartit le couple entre les deux axes de sortie de façon uniforme (répartition du couple 50/50 pour un différentiel AV et AR non bloqué). Donc le couple de la roue ayant de l'adhérence est nul et donc ne bouge pas. Plusieurs dispositifs existent pour lutter contre ce phénomène; le blocage de différentiel (mécanique ou pneumatique) rend les deux roues solidaires, ce qui permet de franchir un obstacle, les roues tournant de façon identique pour passer, même si une perd de l'adhérence. En clair, les deux roues tournant à la même vitesse, le couple peut être différent sur chacune des roues, le couple étant dépendant de l'adhérence au sol. Si l'adhérence est nulle, la roue tourne sans contrainte, sans effort, le couple transmis est nul. Avec le blocage de différentiel, l'autre roue (bonne adhérence au sol) peut avoir un couple différent du couple de la roue sans adhérence et donc un couple différent de 0. Le couple transmis à la roue avec bonne adhérence ira jusqu'à 100 % (100, si la roue non adhérente à 0%). le couple varie donc de 0/100 à 100/0 si une roue n'a pas d'adhérence et que le différentiel est bloqué.
Le blocage est actionné par un bouton; ne pas enclencher le blocage de différentiel en virage; si le différentiel est bloqué, accélérer en douceur, la direction est lourde. avec les différentiels auto-bloquants ou à glissement limité, le blocage se fait alors tout seul, de manière moins radicale, plus progressive.

C'est pour cette raison qu'en 4x4, même sur sol glissant, qu'il est plus difficile de tourner (rayon de braquage supérieur). Un 4x4 permanent est équipé d'un différentiel inter-pont situé dans la boîte de transfert, qui permet aux roues avants et arrières de tourner à des vitesses différentes (le couple est réparti de façon uniforme) (sur un différentiel inter-pont non bloqué la répartition de couple n'est pas obligatoirement de 50/50 mais peut être par exemple de 40/60 ou de 60/40). Il peut donc rouler indifféremment sur goudron ou sur sol moins adhérent. Ce différentiel inter-pont est équipé la plupart du temps d'un blocage (les deux essieux tourneront alors à la même vitesse et le couple pourra être différent entre les deux essieus). Ceci est utile si par exemple une roue d'un essieu arrière patine (toute la puissance du différentiel arrière est envoyée vers cette roue), l'essieu arrière est immobilisé, et le différentiel inter-pont envoie toute la puissance moteur vers l'essieu arrière (et vers la roue arrière qui patine); le 4x4 est immobilisé (même principe que le différentiel avant et arrière). Si le blocage inter-pont est enclenché, le couple des deux ponts pourra être différent. Comme l'essieu arrière n'a pas d'adhérence, son couple transmis est nul, donc le couple dispo pour l'essieu avant est de 100%. Si le blocage inter-pont est enclenché, le couple disponible est donc répartit 100% / 0% si l'essieu arrière n'a pas d'adhérence au sol, et 0% / 100% si c'est l'essieu avant qui n'a pas d'adhérence. Attention, les blocages ne doivent être actionnés que si aucune roue tourne (sinon reprise d'adhérence soudaine, et rupture de transmission).

- Le différentiel à glissement limité de type visco-coupleur (différentiel + viscocoupleur pour le glissement limité) : c'est un différentiel inter-pont mais sans blocage (différentiel à glissement limité). Le viscocoupleur joue le rôle de dispositif autobloquant au différentiel. Lorsque l'adhérence est correcte, le visco-coupleur (associé au différentiel inter-pont) n'entre pas en action. Dès qu'une différence de rotation entre les deux ponts est relevée (perte d'adhérence d'un des deux essieux), le glissement des disques d'embrayage empilés à l'intérieur du visco-coupleur, provoque une élévation de température du liquide hydraulique, entraînant une augmentation de la résistance au frottement des disques, jusqu'au blocage du différentiel (blocage de l'ordre de plus de 90%).

Le blocage de différentiel arrière peut être actionné sur un chemin très gras en montée ou en croisement de ponts. Si le blocage arrière ne suffit pas, enclenchez le blocage de différentiel avant, seulement en croisement de ponts ou en montée très raide.
Surtout n'enclenchez pas de blocage (arrière et/ou avant) en dévers. Sans blocage, en dévers, vous sentirez la limite à ne pas dépasser lorsque vos roues amonts vont amorcer un début de patinage. Avec un blocage (arrière et/ou avant), cette limite ne sera plus perceptible.

Pour augmenter la puissance et le couple d'un moteur sans changer sa cylindrée, il faut accroître le débit en gazole (débit de la pompe) et le débit en air (turbocompresseur). Le rapport pour une bonne explosion doit être de 26g d'air pour un gramme de gazole. Un turbo est composé d'une turbine mise en rotation par les gaz d'échappements du moteur. Cette turbine est reliée à un compresseur centrifugé qui aspire l'air, envoyé après (par l'intermédiaire d'un collecteur) sous pression aux chapelles d'admission. Le gain d'un turbo est de l'ordre de 30%. Après un long trajet, laisser le moteur tourner une minute à l'arrêt pour le refroidissement de l'huile du turbo. Au démarrage, laisser le moteur tourner au ralenti 30 secondes (aspiration d'huile dans le turbo), et ne pas solliciter le turbo avant que le moteur ne soit à bonne température (meilleure fluidité de l'huile).

L'augmentation de puissance obtenu par un turbo est limitée par la chaleur de l'air comprimé par le turbo. En effet la compression élève la température de l'air de l'ordre de 120°C. Pour refroidir cet air comprimé, il suffit d'intercaler (entre le turbo et le collecteur d'admission) une sorte de radiateur appelé intercooler (échangeur air/air) qui met en contact l'air comprimé avec de l'air frais prélevé par une prise extérieur (abaissement de 60°C). L'air étant moins chaud, cela améliore le remplissage des cylindres (augmentation de densité). L'intercooler permet un gain de 15 à 30%. Il permet de réduire la consommation de carburant, et la charge thermique sur le moteur (augmentation de la longévité d'un TD).