SEMESTER 3

POWER TRAIN 2

TORQUE CONVERTER

ANNA AULIYA MUTTAQIN

POWER TRAIN 2

Torque Converter

A. Pengertian dan fungsi Torque Converter

Torque converter adalah suatu komponen power train yang bekerjanya

secara hidrolis. 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.

.

1 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

Jika kopling fluida hanya terdiri atas pump impeller yang dihubungkan

dengan mesin dan turbine runner yang dihubungkan dengan input transmisi ,

sedangkan pada torque converter 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.

B. Prinsip Kerja Torque Converter

Pada dasarnya, kopling fluida dan torque converter 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.

2 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

Apa yang terjadi dengan torque converter 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 yang berfungsi sebagai media menggantikan fungsi angin dalam

gambaran kerja dua kipas angin.

Torque Converter terbuat dari plat baja yang dipasang pada drive plate

poros engkol sehingga torque converter berputar sesuai dengan putaran mesin.

C. Komponen Torque Converter

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.

3 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

Pump impeller terdiri dari vane dan guide ring. Guide ring berfungsi

untuk memberikan celah yang memperlancar aliran minyak.

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.

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”.

4 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

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 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

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.

6 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

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.

7 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

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.

Vortex Flow

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.

8 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

Rotary Flow

PEMINDAHAN TENAGA PADA TORQUE CONVERTER

Seperti prinsip yang telah dijelaskan di halaman awal, 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

9 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

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 torque converter, stator berperan sebagai air duct tersebut.

10 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

Pada torque converter, aliran ATF yang mengalir dari pump impeller ke

turbine runner dan melewati stator vane dan kembali ke pump impeller

merupakan prosespembesaran 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.

Torque Ratio dan Transmission Efficiency

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 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.

11 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

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

12 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

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

13 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

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 %.

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.

14 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

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 kea rah converter case.

Hal ini berakibat lock-up clutch dan front cover akan berputar bersama,

15 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

16 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

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)

17 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

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), dimana pelipatan maksimal terjadi saat posisi diam (stall).

Gambar 2 - Sirkulasi Oli saat Akselerasi

18 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

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.

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).

19 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

Lock-up

Lock-up converter digunakan pada ECT (Electronically Controlled

Transmission) untuk menurunkan konsumsi BBM sewaktu cruising. ECT

memiliki konstruksi serupa dengan konventional kecuali Lock-up clutch yang

terhubung ke turbin melalui pegas damper yang menyerap getaran putaran

(torsional vibration) dari mesin ketika kopling mengunci (enggage).

Gambar 4 - Sirkulasi Oli saat Lepas "Lock-Up" Torque Converter

Lock-up Release

20 | T o r q u e C o n v e r t e r

POWER TRAIN 2

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 konventional.

Gambar 5 - Sirkulasi saat Terjadi "Lock-Up" Torque Converter

Lock-up Applied

Ketika PCM/TCM/TCU (Transmission Control Module/Unit) memerintahkan

selenoid 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.

21 | T o r q u e C o n v e r t e r