TORSI KONVERTER DAN CARA KERJANYA

Torsi Konverter dan Cara Kerjanya

Torsi Konverter (Torque Converter) adalah suatu komponen pemindah tenaga (power train) yang bekerjanya secara hidrolis. Prinsip kerja dari torsi konverter adalah merubah tenaga mekanis dari engine menjadi energi kinetis (oil flow) dan merubahnya lagi menjadi tenaga mekanis pada shaft output-nya.

Fungsi Torsi Konverter

Fungsi torsi konverter 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.

Jika kopling fluida hanya terdiri atas pompa impeler (pump impeller) yang dihubungkan dengan mesin dan turbine runner yang dihubungkan dengan input transmisi, pada torsi konverter terdapat penambahan komponen yang dipasangkan diantara pump impeller dan turbine runner yang disebut dengan stator. Untuk memaksimalkan kerja stator maka pada poros stator dipasangkan OWC (one way clutch) yang berfungsi untuk mencegah putaran balik stator yang dapat menghambat aliran fluida untuk menggerakkan turbine runner.

Prinsip Kerja Torsi Konverter

Pada dasarnya, kopling fluida dan torsi konverter mempunyai prinsip kerja yang sama. Jika dua kipas angin ditempatkan saling berhadapan satu sama lain, dan salah satu kipas angin dinyalakan, angin yang ditimbulkan akan menggerakkan sirip kipas angin satunya (kipas angin yang tidak dinyalakan) dan akhirnya keduanya berputar.

Sirip kipas angin yang berputar pertama kali akan berputar secara bertahap lebih cepat sampai pada akhirnya kedua kipas angin berputar dengan kecepatan yang sama.

Apa yang terjadi dengan torsi konverter adalah mirip dengan kejadian di atas. Kipas angin digantikan dengan dua roda yang bersirip. Dua roda bersirip tersebut diletakkan saling berdekatan dalam sebuah casing yang berbentuk lingkaran dan dibautkan pada roda gila (flywheel) mesin. Casing tersebut diisi dengan ATF (Automatic Transmission Fluid) yang berfungsi sebagai media yang menggantikan fungsi angin dalam gambaran kerja dua kipas angin.

Torsi konverter terbuat dari plat baja yang dipasang pada drive plate poros engkol sehingga torsi konverter berputar sesuai dengan putaran mesin.

Komponen Torsi Konverter

1. Pompa Impeler (Pump Impeller)

Pompa impeler disatukan dengan converter case dan converter case dihubungkan ke poros engkol melalui drive plate, hal ini berarti pompa impeler akan berputar saat poros engkol berputar. Pompa impeler berfungsi untuk melemparkan Automatic Transmission Fluid (ATF) ke turbine runner agar turbine runner ikut berputar. Pompa impeler terdiri dari vane dan guide ring. Guide ring berfungsi untuk memberikan celah yang memperlancar aliran minyak.

2. Turbine Runner 

Turbine runner dihubungkan dengan overdrive input shaft transmisi, hal ini berarti turbine runner berfungsi untuk menerima lemparan fluida dari pompa impeler dan menggerakkan input shaft transmisi. Turbine runner terdiri dari vane dan guide ring. Arah vane pada turbine runner berlawanan dengan vane pump impeller.

Turbine runner dihubungkan dengan input shaft transmisi dan berputar bersama saat kendaraan berjalan dan shift selector diposisikan ke “D”, “2” “L” atau “R”. Namun turbine runner tidak akan berputar pada saat kendaraan berhenti dengan selector masih berada di salah satu di antara keempat posisi tersebut. Ia akan berputar bebas bersama pump impeller pada posisi “N” dan “P”.

3. Stator

Stator ditempatkan di tengah-tengah antara pump impeller dan turbine runner. Dipasang pada poros stator yang diikatkan pada transmission case melalui one-way clutch. Stator berfungsi untuk mengarahkan fluida dari turbine runner agar menabrak bagian belakang vane pump impeller, sehingga memberikan tambahan tenaga pada 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.

Pemindahan Tenaga Pada Torsi Konverter

Seperti prinsip yang telah dijelaskan di atas, di mana 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 pump impeller.

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 torsi konverter, stator berperan sebagai air duct tersebut.

Pada torsi konverter, aliran ATF yang  mengalir dari pump impeller ke turbine runner dan melewati stator vane dan kembali ke pump impeller merupakan proses pembesaran momennya.  Dengan kata lain, pump impeller diputarkan oleh mesin dan juga dibantu oleh kembalinya ATF dari turbine runner yang melalui stator vane selaku air duct sehingga putaran pump impeller semakin cepat dan meperbesar momen yang ada padanya.

Fungsi one-way clutch pada stator.

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 lebh 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 torsi konverter searah dengan putaran torsi konverter 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.

Torque Ratio dan Transmission Efficiency

1. Torque Ratio

Pelipatgandaan momen oleh torsi konverter akan terjadi sebanding dengan semakin tingginya vortex flow. Kerja torsi konverter terbagi dalam dua bagian yaitu converter range di mana saat itu terjadi pelipatgandaan momen dan coupling range yang pada saat itu tidak terjadi pelipatgandaan momen. Clutch point adalah garis batas dari kedua bagian itu.
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 torsi konverter dalam menyalurkan energi yang diberikan pump impeller ke turbine runner.

Pada stall point, pompa impeller berputar, namun turbine runner berhenti. Efisiensi transmisi nol karena turbine tidak berputar. Seiring speed ratio bertambah dan turbine runner mulai berputar, efisiensi meningkat tajam hingga mendekati clutch point. Setelah mencapai titik efisiensi maksimum itu perlahan efisiensinya kembali turun karena ATF ada yang mengalir (mengenai) ke bagian belakang permukaan stator vane. Pada clutch point, di mana sebagian besar minyak dari turbine membentur permukaan bagian belakang stator vane mulai berputar mencegah penurunan efisiensi transmisi lebih jauh dan torque converter mulai berfungsi sebagai kopling fluida. Momen dipindahkan pada perbandingan mendekati 1 : 1 dalam kopling fluida, efisiensi transmisi pada coupling range meningkat berbanding lurus dengan speed ratio. Akibat kerugian panas pada ATF, maka efisiensi yang ada pada torsi konverter tidak dapat mencapai 100 % dan biasanya tidak lebih dari 95 %.

LOCK-UP CLUTCH MECHANISM

Tidak berhubungan

Pada saat kendaraan berjalan dengan kecepatan yang relatif rendah, ATF yang bertekanan mengalir ke bagian depan one-way clutch. Akibatnya, tekanan pada bagian depan maupun belakang lock-up clutch menjadi sama, sehingga lock-up clutch tidak berhubungan dengan front cover.

Saat berhubungan

Pada saat kendaraan berjalan dengan kecepatan sedang sampai tinggi (50 km/jam ke atas), ATF yang bertekanan akan mengalir ke bagian belakang lock-up clutch yang menyebabkan lock-up clutch tertekan ke arah converter case. Hal ini berakibat lock-up clutch dan front cover akan berputar bersama,

  

Sirkulasi oli (ATF) pada torsi konverter 

Karter / Bak Oli  -  Pompa Oli - Valve Body - Pump Impeller - Turbine Runner - Stator - Oil Cooler - Karter / Bak Oli

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).

Akselerasi : Aliran Oli bergerak spiral mengelilingi Converter.

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.

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

Lock-up converter digunakan pada ECT (Electronically Controlled Transmission) untuk menurunkan konsumsi BBM sewaktu cruising. ECT memiliki konstruksi serupa dengan konvensional kecuali Lock-up clutch yang terhubung ke turbin melalui pegas damper yang menyerap getaran putaran (torsional vibration) dari mesin ketika kopling mengunci (engage).

Lock-up Release

Pada posisi Release (lepas Lock-up), tekanan torsi konverter dari Valve Body diarahkan antara Lock-Up Clutch dan Housing untuk menahan kopling menjauh dari Housing. Oli selanjutnya mengalir mengitari Plat sehingga terjadi operasi torsi konverter secara konvensional. 

Lock-up Applied

Ketika PCM/TCM/TCU (Transmission Control Module/Unit) memerintahkan solenoid untuk menutup ventilasi pada Valve Body yang menuju torsi konverter, dan melakukan tekanan lock-up untuk menahan plat kopling terhadap housing. Pada kondisi ini putaran 1:1 tercapai dan tidak ada pelipatan tenaga puntir (torque) dapat terjadi.