El ejercicio con palanca de cambios probablemente le resulte familiar. motor. embrague. Transmisión. Cuando sueltas el pie del embrague, el motor se detiene. Písalo y te mueves. Se trata de un apretón de manos mecánico que se interrumpe cuando es necesario. Pero ¿qué tal si damos un portazo a una automática? No hay pedal de embrague. Sin desconexión. Sin embargo, cuando el coche está parado, el motor zumba.
¿Cómo funciona esto?
La respuesta es un convertidor de par.
Aunque parezca una maravilla tecnológica compleja, es esencialmente un acoplamiento fluido. Reemplaza el embrague mecánico en una transmisión manual. Sin esto, el coche automático se pararía cada vez que se aplicara el freno. Esto permite que el motor gire independientemente de las ruedas. Esto no es magia. Esta es la mecánica de fluidos.
Física de la torsión
Dejemos una cosa clara. El par no es velocidad. Es la fuerza de torsión.
Al girar el cigüeñal se produce par. Más torque significa que puedes acelerar más rápido. Es la energía detrás del movimiento. Una transmisión manual conecta el par del motor directamente a la transmisión. Las ruedas están girando. El motor está en marcha. Están encerrados juntos.
Este no es el caso de la transmisión automática.
El convertidor de par está ubicado entre el motor y la caja de cambios. Utiliza líquido de transmisión para transferir potencia. Cuando te detienes en un semáforo en rojo, el motor acelera. El convertidor gira. Pero el eje de entrada de la transmisión no tiene por qué hacerlo. El fluido permite el deslizamiento. Este deslizamiento es la clave para no matar el motor.
La mayoría de la gente confunde las transmisiones automáticas con las modernas transmisiones CVT o semimanuales. Estamos hablando de una automática planetaria tradicional. Del tipo que probablemente haya conducido desde los años cincuenta. Estos sistemas dependen completamente de este acoplamiento hidráulico. Las nuevas tecnologías, como las transmisiones continuamente variables (CVT), utilizan correas y poleas. No se utiliza el convertidor de par. Pero ¿qué pasa con las transmisiones automáticas clásicas? Se trata de líquidos.
Dentro del convertidor
Este dispositivo parece una tuerca de metal grande y pesada. Eso es todo lo que puedes ver desde el exterior. Pero en el interior, tres componentes principales trabajan juntos.
- Impulsor de la bomba (conectado al motor)
- Turbina (conectada a la caja de cambios)
- Estator (sentado en el medio)
El motor hace girar la bomba. La bomba inyecta líquido de transmisión en la turbina. La turbina está girando. La turbina hace girar el eje de entrada de la transmisión. El auto se mueve.
Pero aquí es donde se pone interesante. Si fuera solo una bomba y una turbina tendrían una eficiencia muy baja. Se perdería el poder. Introduzca el estator.
El estator cambia la dirección del fluido que regresa de la turbina. Amplifica el torque. Por eso se llama “convertidor de par”. A bajas velocidades, el convertidor de par multiplica el par del motor. Esto le da un impulso inicial cuando pisa el acelerador desde parado. Sin esta multiplicación, los coches automáticos se sentirían lentos.
El estator permanece en una dirección con la ayuda de un embrague unidireccional. Esto le permite cambiar efectivamente la dirección del fluido durante la aceleración. Una vez que el automóvil aumenta la velocidad, el flujo de fluido cambia. El estator gira libremente. Deja de multiplicar el par. A velocidades de autopista, el convertidor
El principio mecánico de un embrague hidráulico.
Piense en el convertidor de par como un puente hidráulico entre el motor y la transmisión. No está tan apretado como el embrague manual de un automóvil. En cambio, utiliza líquido de transmisión automática para transferir potencia. Esta configuración permite que el motor funcione en ralentí sin que se cale toda la transmisión.
Cuando te detienes en un semáforo el motor acelera pero casi nada se mueve hacia las ruedas. El líquido se desliza. Como resultado, detener el coche en los semáforos se siente sin esfuerzo y apenas es necesario pisar el pedal del freno. La transferencia de par es mínima.
Enciende el gas. La velocidad de rotación aumenta. La bomba convertidora trabaja más y bombea más fluido al sistema. Esto pone potencia real en la transmisión. Si los frenos no se presionan con fuerza, el automóvil se tambaleará hacia adelante. Esto no es un mal funcionamiento. Es la física haciendo exactamente aquello para lo que fue diseñada.
Dentro del convertidor de par
Dentro del convertidor, tres componentes principales trabajan juntos. No se unen. Tienen una reacción en cadena.
Primero está el impulsor (o bomba). Se conecta directamente al volante del motor. Cuando el motor gira, el impulsor también gira. Funciona como una bomba centrífuga y arroja líquido hacia afuera.
Este fluido luego llega a otro componente, la turbina. La turbina está conectada al eje de entrada de la transmisión. El fluido del impulsor golpea las palas de la turbina y las hace girar. Así es como se transfiere la potencia del motor a la caja de cambios.
Sin embargo, los primeros convertidores desperdiciaron energía. El fluido simplemente gira a través de la turbina, pierde impulso y regresa al motor. Aquí viene la tercera parte: Estator.
El estator está ubicado entre la turbina y el impulsor. No puede girar libremente a bajas velocidades. Redirigir el fluido de retorno al impulsor requiere algo de ingenio. Agrega fuerza al flujo entrante. Es este mayor par lo que permite que los coches automáticos aceleren desde parado con tanta facilidad, a pesar de tener una conexión más deslizante que un embrague manual.
“El estator dirige el fluido de retorno a bajas velocidades para aumentar el par, proporcionando efectivamente potencia libre durante la aceleración”.
A altas velocidades, el estator gira libremente cuando la velocidad de la turbina alcanza la velocidad del impulsor. Deja de agregar torque y continúa girando. Esto reduce la resistencia en la carretera y mejora la eficiencia del combustible. Básicamente, el convertidor se convierte en un embrague de fluido de bloqueo con muy poco deslizamiento.
Embragues con bloqueo
Las transmisiones modernas han resuelto el problema de la eficiencia del deslizamiento con un embrague de bloqueo. Cuando se alcanza la velocidad de crucero, la presión hidráulica activa el disco del embrague en el convertidor de par. Esto bloquea mecánicamente la turbina al impulsor.
El motor y la caja de cambios giran exactamente a la misma velocidad. El deslizamiento será cercano a cero. La economía de combustible aumenta. La cantidad de calor producida disminuye. Obtenga la confiabilidad de una conexión confiable y la conveniencia de una conducción autónoma lenta.
No todos los convertidores se bloquean inmediatamente. Algunos sólo introducen marchas más altas para ahorrar combustible. Algunos han implementado una fase de “bloqueo parcial” para suavizar los turnos. El comportamiento específico depende de la calibración del fabricante y del uso previsto del vehículo. Los camiones pesados pueden dejar los convertidores de par abiertos durante largos períodos de tiempo para gestionar el calor y el par. Los sedanes deportivos pueden bloquearse casi instantáneamente para maximizar la capacidad de respuesta.
Síntomas de falla del convertidor
Dentro de la gruesa carcasa de acero, cuatro cosas compiten por la supremacía. Tienes impulsor. La turbina. estator. También hay líquido de transmisión que actúa como pegamento y mantiene todo el desorden unido.
La carcasa está atornillada directamente al volante del motor. Esto significa que no tiene que preocuparse por la selección de marcha. Gira a cualquier velocidad del motor. Las aletas de la bomba están unidas a esta carcasa. Gira con el motor. Período.
El siguiente diagrama de sección transversal muestra exactamente cómo están conectadas estas piezas.
El principio mecánico de un acoplamiento hidráulico.
La mayoría de la gente piensa que los convertidores de par no son más que un acoplamiento hidráulico. Que no es. Es un multiplicador de par. Esta distinción es importante cuando se trata de entender por qué el coche no se detiene en un semáforo.
El impulsor es la bomba. Impulsado por un motor. Arroja líquido hacia afuera. Este fluido golpea la turbina. La turbina está conectada al eje de entrada de la transmisión. Cuando el fluido golpea, la turbina gira. La potencia se transfiere del motor a la caja de cambios.
Bastante simple, ¿verdad?
Se complica en el medio.
El estator está ubicado entre el impulsor y la turbina. Esta es tu arma secreta. El estator cambia la dirección del líquido. La dirección del flujo cambia. Este cambio de dirección provoca un par multiplicado en par. Especialmente a bajas velocidades.
Sin un estator, se pierden muchos sonidos graves. El líquido simplemente gira en vano. El estator lo atrapa. Envíelo de regreso al impulsor. Este ciclo se repite.
Por qué gira la vivienda
El caparazón es el ancla. Está atornillado a una placa flexible. La placa flexible está atornillada al cigüeñal. Por tanto, cuando el motor gira, la carcasa también gira. Sin resbalones. No hay retrasos.
La bomba está dentro de esta carcasa. La hoja está unida a la pared interior. Giran a la velocidad del motor. Esto causa estrés. La presión hace que el fluido se mueva. El fluido impulsa la turbina.
Si la carcasa no está bien conectada al motor, todo se desmoronará. literalmente.
Sección transversal
Puede ver el diseño mirando el diagrama de sección transversal.
- Anillo exterior : Concha. Pernos al volante.
- Bomba interna : Conectada a la carcasa externa. fluido de conducción.
- Estator : Unido a un embrague unidireccional. No puede girar libremente. La turbina sólo gira hacia adelante si gira más rápido que el impulsor.
- Turbina : Conectada a la caja de cambios. Impulsa las ruedas (indirectamente).
El fluido circula. En. Afuera. Alrededor.
No es una conexión fuerte. Es hidráulico. Hay un desliz. Puedes sentirlo. Al ralentí, el motor hace girar la carcasa. La turbina está quieta. El fluido simplemente gira. Sin transferencia de poder.
¿Cuando presionas el pedal del acelerador?
El impulsor gira más rápido. La velocidad del fluido aumenta. La presión aumenta. La turbina comienza a girar. El embrague de bloqueo se activa más adelante en el ciclo para evitar el deslizamiento. ¿Pero antes de eso? Se trata de mecánica de fluidos.
El estator permanece puesto a tierra. Cambie la dirección del líquido que regresa. Esto aumenta el par. Por lo tanto, puede avanzar lentamente en el tráfico sin detenerse. El convertidor duplica la potencia del motor.
Es muy complicado. eso
Principio de funcionamiento del impulsor del convertidor de par
El impulsor funciona como una bomba centrífuga. Está ubicado dentro del convertidor de par. Cuando el motor gira, el líquido salpica hacia el borde exterior. Piensa en tu lavadora. El ciclo de centrifugado golpea el agua y la ropa contra las paredes del tambor. El impulsor hace lo mismo con el líquido de la transmisión.
Esta fuerza hacia afuera crea un vacío en el centro.
El vacío absorbe más líquido. Este es un ciclo continuo. Sale el líquido. Entra más líquido. Este ciclo crea la presión hidráulica necesaria para transferir potencia del motor a la transmisión. Sin esta potencia de succión, el convertidor no funcionará. El líquido debe seguir fluyendo. De lo contrario, la transferencia de energía se detiene por completo.
Cuando el líquido de transmisión sale de la bomba, golpea las palas de la turbina. Esto no es sólo un movimiento pasivo. La turbina está bloqueada al eje de entrada de la transmisión, por lo que cuando el fluido golpea estas paletas, obliga al eje a girar. La potencia se transmite a través de ejes y diferenciales y finalmente llega a las ruedas motrices.
Mira la forma de la hoja. Son curvos. El líquido proviene del borde exterior y debe fluir hacia atrás para salir por el cubo central. Los cambios en la trayectoria crean torsión.
La tercera ley de Newton se aplica aquí sin excepción. Cuando cambias la dirección de un objeto, se le aplica una fuerza. Los objetos ejercen fuerzas iguales y opuestas. Las palas de la turbina fuerzan el fluido hacia adentro e invierten su flujo. El líquido empuja la hoja hacia atrás. Este empuje hace que la turbina gire.
Sin embargo, existe un problema con el flujo de salida. Cuando el fluido sale de la turbina, su movimiento es exactamente opuesto al sentido de rotación de la bomba o motor. Cuando el fluido que fluye vuelve a golpear el impulsor de la bomba, éste actúa como freno. Esto consume la energía del motor y reduce su eficiencia.
Es por eso que un convertidor de par requiere un estator.
El papel del estator en la conversión de par
El estator se encuentra entre la turbina y la bomba. No gira tan libremente como los otros dos componentes. Su trabajo es redirigir el fluido que sale de la turbina para que llegue a la bomba en la dirección correcta.
Sin estator, el convertidor de par es sólo un embrague fluido. Transfiere energía pero no agrega energía. Con la ayuda del estator, el convertidor puede aumentar el par del motor, especialmente a bajas velocidades. Por eso se siente que la potencia aumenta al acelerar desde parado. El estator se bloquea e invierte la dirección del flujo, creando un circuito de retroalimentación que amplifica la fuerza.
¿Cuándo se bloquea el estator?
El estator no siempre permanece bloqueado. A medida que aumenta la velocidad del automóvil, la turbina se acerca a la velocidad de la bomba. El fluido que sale de la turbina ya no fluye con fuerza hacia atrás para beneficiarse del cambio de dirección. En este momento, se libera el embrague unidireccional del estator.
El estator comienza a girar junto con el resto del conjunto. Apenas hay resistencia. El convertidor de par es en realidad un embrague fluido. Esto reduce la resistencia y mejora la eficiencia del combustible a velocidades de autopista.
Multiplicación de par y accionamiento directo
Comprender el estator explica por qué las transmisiones manuales se sienten más lentas que las automáticas. El convertidor de par aumenta el par del motor bajo la influencia del estator. Los embragues manuales sólo dependen de la velocidad del motor y del material de fricción. Los convertidores suavizan la transmisión mientras aumentan la potencia.
Esta opción de diseño tiene sus ventajas y desventajas. Los embragues fluidos son inherentemente menos eficientes que los embragues mecánicos. Siempre habrá algún desliz. Pero la clave es el equilibrio entre suavidad y mayor par.
El estator es el héroe anónimo de la transmisión automática. Esto aumenta el torque y hace que los vehículos pesados se sientan más livianos al salir de la línea. Sin esto, todos los coches automáticos necesitarían motores enormes para funcionar, al igual que los coches manuales de pequeña cilindrada.
La siguiente sección describe los detalles mecánicos del embrague unidireccional del estator.
El estator está ubicado en el punto muerto del convertidor de par. Redirige el fluido que regresa de la turbina antes de que vuelva a llegar a la bomba. Esta simple medida aumenta la eficiencia.
Las palas del estator son agresivas. Invierten casi por completo el flujo de líquido. Un embrague unidireccional en el estator lo bloquea a un eje fijo al eje fijo. La dirección en la que el embrague permite el giro es cierta. Este ajuste significa que el estator no puede girar con el fluido. Sólo es posible dar marcha atrás. Esto hace que el líquido cambie de dirección cuando golpea la cuchilla.
Las cosas se ponen complicadas una vez que las cosas pueden ponerse difíciles. En la carretera, el impulsor y la turbina giran aproximadamente a la misma velocidad. La bomba siempre es un poco más rápida. Pero están cerca. En este momento no se necesita un estator.
El líquido que regresa de la turbina ingresa a la bomba, que ya se mueve en la misma dirección que la bomba.
Imagínese estar detrás de una camioneta que se mueve a 60 mph. Lanzas la pelota desde atrás a 40 millas por hora. La pelota sigue avanzando a 20 millas por hora. El mismo principio se aplica a las turbinas. La turbina gira a alta velocidad en una dirección. Rocía líquido desde atrás, pero no tan rápido como la velocidad de avance original. El líquido todavía avanza con respecto a la bomba.
Cuando el automóvil alcanza estas velocidades, el líquido golpea la parte posterior de las paletas del estator. El estator gira libremente con la ayuda de un embrague unidireccional. Gira libremente. No bloquea el flujo.
Ventajas y desventajas del convertidor de par.
Truco de multiplicación
¿Crees que frenar detendrá el coche? Equivocado. El convertidor de par juega aquí un papel importante. Evita que el motor se apague cuando se detiene en un semáforo en rojo. Pero hay más. Funciona como un multiplicador de fuerza.
El convertidor de par aumenta el par del motor de dos a tres veces cuando se pisa el pedal desde parado. Esta magia sólo funciona si el motor gira mucho más rápido que la transmisión. El deslizamiento crea la multiplicación del par.
Explicación de los convertidores de alto bloqueo
Los tranvías utilizan convertidores estándar. Perfecto para viajar. Pero ¿qué pasa con los drag racers? Quieren algo diferente.
Los convertidores de alta pérdida son la respuesta. Retrasan el encierro. Esto permite que el motor acelere más antes de que la potencia se transfiera a las ruedas. No se pierde tiempo a bajas revoluciones. Cuando el motor se acerca a su potencia máxima, el coche arranca.
Esto es genial para la pista. Lástima para el viaje. En situaciones de tráfico cotidianas, un convertidor que se cala demasiado puede hacer que su automóvil se vuelva lento. Busca engranajes. Será un desperdicio de combustible. Esta es una herramienta de nicho para un trabajo específico.
Eficiencia reducida
Ésta es la fea verdad sobre las automáticas. Al conducir por carretera, las velocidades del motor y de la transmisión son diferentes. La transmisión se queda atrás. Por lo general, funciona aproximadamente al 90% de la velocidad del motor.
Esta diferencia del 10% no es gratuita. Se pierde energía. El calor se genera cuando el fluido se agita en su interior. Se pierde energía a la atmósfera. Por esta razón, las transmisiones automáticas suelen tener peor economía de combustible que las transmisiones manuales. El deslizamiento es continuo. Esta ineficiencia se suma.
Solución de bloqueo
Los ingenieros odian el desperdicio. Entonces inventaron el embrague de bloqueo.
Cuando el convertidor de par alcanza la velocidad de crucero, el embrague se activa. Bloquee físicamente las dos mitades juntas. El motor y la caja de cambios giran a la misma velocidad. Sin resbalones. Sin calor. Sin pérdida de energía.
Esta simple conexión mecánica puede restaurar la eficiencia perdida. Acerque la automatización al rendimiento manual.
Guerras de conteo de engranajes
Pero el embrague de bloqueo por sí solo ya no es suficiente. Las relaciones de transmisión en los coches automáticos modernos son una locura. Hasta 10 marchas adelante. ¿Por qué? Mantiene el motor en posición óptima. Cuantas más marchas tenga, menos tendrá que acelerar el motor a la misma velocidad alta para mantener la velocidad.
Los manuales más antiguos tenían cinco o seis marchas. Los coches de hoy tienen aún más. optimizar mejor la entrega de energía. Imitan la eficiencia de los diseños manuales más antiguos, pero también tienen la comodidad de los automáticos.
¿Es perfecto? No, es muy complicado. Pero funciona. Los convertidores de par han evolucionado desde simples acoplamientos de fluido hasta motores complejos y eficientes. Es una maravilla de la ingeniería hidráulica disfrazada de un simple componente con forma de cuenco.
Nunca veo el embrague de bloqueo activado. No sentirás la multiplicación del par. Simplemente sucede. debajo del capó. En la oscuridad. donde pertenece
