TORQUE CONVERTER
ALIRAN FLUIDA PADA TRANSMISI
TUGAS MATA KULIAH : MEKANIKA FLUIDA
DOSEN
: ADHETYA KURNIAWAN, M.PD.
NAMA MAHASISWA
: ARIF DIMYATI
N I M
: 142170117
TAHUN
: 2014 / 2015
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOREJO
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK OTOMOTIF
Alamat : Jl. K.H.A Dahlan 3, Telp./Fax (0275)321494 Purworejo Home page : Http://www.um-pwr.ac.id, email : info@um-pwr.ac.id
Torque converter adalah suatu komponen power train yang bekerjanya secara hydrolis. Prinsip kerja dari torque converter adalah merubah tenaga mekanis dari engine menjadi energi kinetis (oil flow) dan merubahnya lagi menjadi tenaga mekanis pada shaft outputnya.
Fungsi torque converter adalah sebagai berikut:
Sebagai kopling otomatis (automatic clutch) untuk meneruskan engine torque ke input
transmisi.
Meningkatkan (multiflies) torque yang dibangkitkan oleh engine.
Meredam getaran puntir (torsional vibration) dari engine dan drive train. Meratakan (smoothes) putaran engine.
Komponen utama pada torque converter:
Pump (impeller) Turbine (runner) Stator (reactor)
Freewheel (one way clutch)
1. Fungsi Pump (impeller) adalah:
Pump yang dihubungkan dengan flywheel engine melalui drive case menghasilkan energi kinetis berupa gaya sentrifugal pada oli dengan cara melempar oli yang berada didalam sudu-sudu pump kearah turbin.
2. Fungsi Turbin (runner) adalah:
Merubah energi kinetis dari oli yang diberikan oleh pump menjadi tenaga mekanis pada output nya.
3. Fungsi Stator (reactor) adalah:
Mengarahkan oli flow dari turbin kembali ke pump agar arahnya sesuai, sehingga oli yang masih mempunyai energi kinetis membantu mendorong/ memperingan kerja pump.
Mengarahkan putaran stator ke satu arah saja sesuai yang di inginkan dengan tujuan untuk menaikkan efisiensi dari torque coverter.
Apabila stator tidak dilengkapi freewheel, jika turbin berputar cepat hingga speed ratio nya mendekati satu, maka arah aliran oli akan berubah, sehingga oli yang keluar dari turbin akan memukul punggung sudu-sudu stator. Keadaan demikian akan mengakibatkan aliran oli menjadi tidak beraturan dan efiensi torque converter akan turun.
Prinsip Kerja Torque Converter
Pada dasarnya antara kopling fluida dan torque converter mempunyai prinsip kerja yang sama. Jika sebuah cawan ber-isi air dan diputar, maka air yang terdapat dalam cawan akan terlempar keluar.
Hal tersebut terjadi karena adanya gaya sentrifugal. Selanjutnya jika bagian atas cawan tersebut ditutup dengan cawan lain yang posisinya ter-gantung, dan cawan bagian bawah diputar maka pada putaran tertentu cawan bagian atas akan berputar pula.
Pada torque converter, cawan bagian bawah tersebut sama dengan pump impeller, sedangkan cawan bagian atas disebut turbine runner. Diantara pump impeller dan turbine runner dipasangkan stator.
1. Pump Impeller
2. Turbine Runner
Turbine runner dihubungkan dengan over drive input shaft transmisi, hal ini berarti turbine runner berfungsi untuk menerima lemparan fluida dari pump impeller dan menggerakkan input shaft transmisi. Turbine runner terdiri dari vane dan guide ring. Arah vane pada turbine runner berlawanan dengan vane pump impeller.
One way clutch memungkinkan stator hanya berputar searah dengan poros engkol. Oleh karena itu, stator akan berputar atau terkunci tergantung dari arah dorongan minyak pada vane stator.
Ada pun cara kerja dari outer race ialah sebagai berikut.
a. Saat outer race berputar searah putaran poros engkol
Saat outer race berputar searah putaran poros engkol, ia akan bergerak miring mendekati bagian atas sprag. Karena panjang l1 lebih pendek dari l maka outer race berputar
b. Saat outer race berputar berlawanan arah putaran poros engkol
Bila outer race berputar berlawanan arah putaran poros engkol, sprag tidak dapat miring karena panjang l2 lebih panjang dari l. Akibatnya sprag berfungsi pengunci yang mengunci outer race dan mencegahnya berputar. Retainer spring dipasang untuk menjaga posisi sprag sedikit menghadap ke atas pada arah hampir mengunci outer race.
Pada generasi sekarang, torque converter dilengkapi dengan sebuah komponen yang bernama TCC (Torque Converter Clutch). TCC berfungsi untuk menghubungkan langsung putaran dari mesin ke transmisi tanpa melalui media fluida dan bekerja pada kondisi tertentu.
Seperti prinsip yang dapat kita lihat di sekeliling kita, misalnya terdapat dua buah kipas angin, satunya dicolokkan ke listrik lalu dinyalakan, dan satunya berada di hadapan kipas yang dicolokkan ke listrik tersebut. Jika kipas yang kita colokkan ke listrik kita hidupkan, maka kipas yang ada di hadapannya itu ikut berputar. Dalam kasus seperti itu, pump impeller
bertindak sebagai kipas yang dicolokkan ke listrik, sementara turbine runner bertindak sebagai kipas yang ada di hadapannya.
Jika pump impeller diputar oleh crankshaft, ATF yang ada didalamnya akan ikut berputar bersama dengan arah yang sama pula. Semakin cepat putaran pump impeller, semakin besar gaya sentrifugal yang berakibat ATF akan terpental keluar dari pump impeller. ATF yang terpental tersebut akan membentur vane pada turbine runner dan turbine runner tersebut akan berputar searah dengan pump impeller. Pada saat ATF mengenai bagian dalam permukaan
turbine runner, maka ATF tersebut akan diarahkan kembali ke pumpimpeller.
PEMBESARAN (PELIPATGANDAAN) MOMEN
Masih sama dengan prinsip kipas angin yang saling berhadapan tersebut, namun sekarang ditambahkanlah air duct di belakang kipas.
Dengan ditambahkannya air duct ini maka aliran yang mengalir ke kipas B akan dialirkan kembali menuju kipas A sehingga putaran kipas A semakin cepat. Dalam torque converter,
stator berperan sebagai air duct tersebut.
1. Bila vortex flow besar
Arah ATF yang mengalir dari turbine runner ke stator tergantung perbedaan kecepatan putar
pump impeller dengan turbine runner. Jika perbedaannya besar, maka ATF yang mengalir dari turbine runner akan mengenai bagian permukaan depan dari stator vane, sehingga stator
cenderung berputar berlawanan dengan pump impeller. Namun, pada saat ini one-way clutch
bekerja dengan cara menahan stator agar tidak berputar berlawanan dengan pump impeller. Dengan kondisi seperti itu, aliran yang menuju ke pump impeller lagi justru akan membantu putaran pump impeller itu menjadi lebih cepat.
2. Bila vortex flow kecil
Bila kecepatan putar turbine runner hampir menyamai pump impeller, maka kecepatan ATF yang berputar dengan turbine runner pada arah yang sama akan semakin bertambah. Hal ini berakibat aliran ATF tersebut sama seperti arah putaran pump impeller, sehingga ATF mengenai bagian depan permukaan stator vane. Pada posisi ini, one-way clutch tidak akan mengunci stator, karena stator sekarang berputar searah dengan pump impeller.
Vortex flow: aliran ATF yang dipompakan oleh impeller saat ia mengalirkan ATF ke turbine runner lalu ke stator dan kembali kepadanya. Aliran semakin kuat bila perbandingan kecepatan putar antara pump impeller dan turbine runner semakin besar. Contohnya pada saat kendaraan di-start dari sebelumnya dalam keadaan diam.
Rotary flow: aliran ATF di dalam torque converter searah dengan putaran torque converter
juga. Aliran ini besar jika perbedaan putaran turbine runner dengan pump impeller kecil. Contohnya saat kendaraan dibawa dengan kecepatan konstan. Aliran semakin kecil sebanding dengan perbedaan kecepatan putar pump impeller dengan turbine runner.
1. Torque Ratio
Pelipatgandaan momen oleh torque converter akan terjadi sebanding dengan semakin tingginya vortex flow. Kerja torque converter terbagi dalam dua bagian yaitu converter range
Yang dimaksud dengan stall point adalah jika mesin hidup akan tetapi turbine runner tidak berputar. Stall point terjadi saat stator turbine runner tidak bergerak atau saat speed ratio (e) nol. Pada posisi ini, momen yang dihasilkan oleh pump impeller paling besar. Sedangkan
clutch point adalah garis pembagi antara converter range dan coupling range. Artinya bila
speed ratio mencapai tingkat tertentu, maka vortex flow mencapai maksimal, jadi torque ratio mendekati 1:1. Hal ini akan membuat torque converter bekerja sebagai kopling fluida pada clutch point untuk mencegah torque ratio menurun di bawah 1.
2. Transmission Efficiency
Maksud dari Transmission Efficiency ini adalah menunjukkan keefektifan torque converter
dalam menyalurkan energi yang diberikan pump impeller ke turbine runner.
speed ratio. Akibat kerugian panas pada ATF, maka efisiensi yang ada pada torque converter
tidak dapat mencapai 100 % dan biasanya tidak lebih dari 95 %.
Sirkulasi oli (ATF) pada Torque Converter
Karter / Bak Oli ⇒ Pompa Oli ⇒Valve Body⇒Pump Impeller⇒Turbine Runner ⇒Stator ⇒Oil Cooler⇒Karter / Bak Oli
Gambar 1 – Sirkulasi Oli saat Posisi Diam (Stall)
STALL / Posisi Diam : Oli mengalir spiral mengelilingi Converter dengan aliran
vortex yang cepat.
Ketika turbin pada posisi diam, Oli memasuki pusat converter menuju impeller dan terlempar ke sisi luar converter karena gaya sentrifugal. Oli menabrak bilah turbin yang melengkung dan oleh sebab turbin diam maka oli kembali ke pusat converter dengan aliran berlawanan arah perputaran mesin. Oli menekan stator yang terkunci oleh kopling searah (one-way clutch). Bilah lengkung dari stator mengarahkan oli kembali ke sisi belakang impeller untuk membantu putaran mesin. Aliran ini menghasilkan pelipatan tenaga puntir (torsi/torque), di mana pelipatan maksimal terjadi saat posisi diam (stall).
Gambar 2 – Sirkulasi Oli saat Akselerasi
Begitu turbin mulai bergerak, kekuatan aliran oli dari turbin ke stator mulai menurun karena turbin mulai terimbas oleh gaya sentrifugal saat aliran oli menuju stator. Pelipatan tenaga puntir (torsi/torque) tertinggi saat stall (kira-kira 2.2:1) dan menurun seiring putaran turbin meningkat. Ketika putaran turbin melambat relatif terhadap impeller disebabkan baik oleh peningkatan beban mesin atau oleh peningkatan rpm mesin, maka pelipatan tenaga puntir (torsi/torque) semakin meningkat.
Gambar 3 – Sirkulasi Oli saat Titik Kopling
Coupling Point : Oli bergerak pada converter dalam aliran melingkar (rotary).
Coupling Point tercapai ketika putaran turbin mencapai sekitar 90% dari kecepatan impeller. Pada titik ini, tekanan oli dari turbin belum mencukupi untuk mengunci stator pada one-way clutch (kopling searah) sehingga stator berputar bersama-sama dengan impeller dan turbin.
Impeller dan turbin melemparkan oli ke bagian luar converter disebabkan gaya sentrifugal sehingga oli memutar converter dalam aliran melingkar (rotary flow).
Lock-up
Gambar 4 – Sirkulasi Oli saat Lepas “Lock-Up” TorqueConverter Lock-up Release
Pada posisi Release (lepas Lock-up), tekanan Torque Converter dari Valve Body diarahkan antara Lock-Up Clutch dan Housing untuk menahan kopling menjauh dari Housing. Oli selanjutnya mengalir mengitari Plat sehingga terjadi operasi Torque Converter secara konvensional.
Gambar 5 – Sirkulasi saat Terjadi “Lock-Up” Torque Converter Lock-up Applied
Ketika PCM/TCM/TCU (Transmission Control Module/Unit) memerintahkan solenoid untuk menutup ventilasi pada Valve Body yang menuju Torque Converter, dan melakukan tekanan
