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

0

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOREJOFAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK OTOMOTIFAlamat : Jl. K.H.A Dahlan 3, Telp./Fax

(0275)321494 PurworejoHome page : Http://www.um-pwr.ac.id, email : info@um-

pwr.ac.id

Torque converterTorque 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)

1

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.

4. Fungsi Freewheel (one way clutch) adalah:

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.

2

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

Pump Impeller disatukan dengan converter case dan converter

case dihubungkan ke poros engkol melalui drive plate, hal ini

berarti pump impeller akan berputar saat poros engkol

berputar. Pump impeller berfungsi untuk melemparkan fluida

(ATF) ke turbine runner agar turbine runner ikut berputar.

Pump impeller terdiri dari vane dan guide ring. Guide ring

berfungsi untuk memberikan celah yang memperlancar aliran

minyak.

3

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.

4

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.

5

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.

6

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).

7

TCC berfungsi untuk menghubungkan langsung putaran dari mesin

ke transmisi tanpa melalui media fluida dan bekerja pada

kondisi tertentu.

PEMINDAHAN TENAGA PADA TORQUE CONVERTER

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

8

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 torque converter, stator berperan

sebagai air duct tersebut.

Pada torque converter, 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 dputarkan 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.

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 stator9

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

10

Pelipatgandaan momen oleh torque converter akan terjadi sebanding

dengan semakin tingginya vortex flow. Kerja torque converter 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.

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 Efficiency11

 Maksud dari Transmission Efficiency ini adalah menunjukkan

keefektifan torque converter 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 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

12

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

Akselerasi : Aliran Oli bergerak spiral mengelilingi Converter.

13

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).

14

 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).

 

 

Gambar 4 – Sirkulasi Oli saat Lepas “Lock-Up” Torque Converter

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.

15

 

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 lock-up untuk menahan plat

kopling terhadap housing. Pada kondisi ini putaran 1:1 tercapai

dan tidak ada pelipatan tenaga puntir (torque) dapat terjadi.

16