A furadeira com câmbio manual provavelmente é familiar. motor. embreagem. Transmissão. Quando você tira o pé da embreagem, o motor para. Pise fundo e você se move. Este é um aperto de mão mecânico que é interrompido quando necessário. Mas que tal bater a porta no automático? Não há pedal de embreagem. Sem desconexão. Porém, quando o carro está parado, o motor zumbe.
Como é que isso funciona?
A resposta é um conversor de torque.
Embora pareça uma maravilha tecnológica complexa, é essencialmente um acoplamento fluido. Substitui a embreagem mecânica em uma transmissão manual. Sem isso, o carro automático iria parar toda vez que o freio fosse acionado. Isso permite que o motor gire independentemente das rodas. Isso não é mágica. Isto é mecânica dos fluidos.
Física da Torção
Vamos deixar uma coisa clara. Torque não é velocidade. É a força de torção.
Girar o virabrequim produz torque. Mais torque significa que você pode acelerar mais rápido. É a energia por trás do movimento. Uma transmissão manual conecta o torque do motor diretamente à transmissão. As rodas estão girando. O motor está funcionando. Eles estão trancados juntos.
Este não é o caso da transmissão automática.
O conversor de torque está localizado entre o motor e a caixa de câmbio. Ele usa fluido de transmissão para transferir energia. Quando você para em um sinal vermelho, o motor acelera. O conversor gira. Mas o eixo de entrada da transmissão não precisa. O fluido permite deslizamento. Esse deslizamento é a chave para não desligar o motor.
A maioria das pessoas confunde transmissões automáticas com transmissões CVT modernas ou transmissões semimanuais. Estamos falando aqui de uma automática planetária tradicional. O tipo que você provavelmente dirige desde 1950. Estes sistemas são completamente dependentes deste acoplamento fluido. Novas tecnologias, como transmissões continuamente variáveis (CVTs), usam correias e polias. O conversor de torque não é usado. Mas e as transmissões automáticas clássicas? É tudo uma questão de líquidos.
Dentro do conversor
Este dispositivo parece uma porca grande e pesada de metal. Isso é tudo que você pode ver de fora. Mas por dentro, três componentes principais funcionam juntos.
- Rotor da bomba (conectado ao motor)
- Turbina (conectada à caixa de câmbio)
- Estator (posicionado no meio)
O motor gira a bomba. A bomba injeta fluido de transmissão na turbina. A turbina está girando. A turbina gira o eixo de entrada da transmissão. O carro se move.
Mas é aqui que fica interessante. Se fosse apenas uma bomba e uma turbina teriam um rendimento muito baixo. O poder seria perdido. Entre no estator.
O estator muda a direção do fluido que retorna da turbina. Amplifique o torque. É por isso que é chamado de “conversor de torque”. Em baixas velocidades, o conversor de torque multiplica o torque do motor. Isso lhe dá um impulso inicial quando você pisa no pedal do acelerador quando parado. Sem essa multiplicação, os carros automáticos pareceriam lentos.
O estator permanece em uma direção com a ajuda de uma embreagem unidirecional. Isso permite alterar efetivamente a direção do fluido durante a aceleração. Assim que o carro ganha velocidade, o fluxo de fluido muda. O estator gira livremente. Ele para de multiplicar o torque. Em velocidades de rodovia, o conversor
O princípio mecânico de uma embreagem hidráulica
Pense no conversor de torque como uma ponte hidráulica entre o motor e a transmissão. Ela não está firmemente engatada como uma embreagem manual de carro. Em vez disso, utiliza fluido de transmissão automática para transferir energia. Esta configuração permite que o motor fique em marcha lenta sem parar todo o sistema de transmissão.
Quando você para em um semáforo, o motor acelera, mas quase nada se move em direção às rodas. O fluido escorrega. Como resultado, parar o carro nos semáforos parece fácil e você quase não precisa pisar no pedal do freio. A transferência de torque é mínima.
Ligue o gás. A velocidade de rotação aumenta. A bomba do conversor trabalha mais e bombeia mais fluido para o sistema. Isso coloca potência real na transmissão. Se os freios não forem pressionados com força, o carro dará uma guinada para frente. Isto não é uma avaria. É a física fazendo exatamente o que foi projetada para fazer.
Dentro do conversor de torque
Dentro do próprio conversor, três componentes principais trabalham juntos. Eles não se encaixam. Eles têm uma reação em cadeia.
O primeiro é o impulsor (ou bomba). Conecta-se diretamente ao volante do motor. Quando o motor gira, o impulsor também gira. Funciona como uma bomba centrífuga e lança fluido para fora.
Esse fluido atinge então outro componente, a turbina. A turbina está conectada ao eixo de entrada da transmissão. O fluido do impulsor atinge as pás da turbina e as faz girar. É assim que a potência é transferida do motor para a caixa de câmbio.
No entanto, os primeiros conversores desperdiçaram energia. O fluido simplesmente gira pela turbina, perdendo impulso, e retorna ao motor. Aí vem a terceira parte: Estator.
O estator está localizado entre a turbina e o impulsor. Não pode girar livremente em baixas velocidades. Redirecionar o fluido de retorno de volta ao impulsor requer alguma engenhosidade. Ele adiciona força ao fluxo de entrada. É esse torque aumentado que permite que os carros automáticos acelerem tão facilmente a partir da paralisação, apesar de terem uma conexão mais escorregadia do que uma embreagem manual.
“O estator direciona o fluido de retorno em baixas velocidades para aumentar o torque, fornecendo efetivamente energia livre durante a aceleração.”
Em altas velocidades, o estator gira livremente quando a velocidade da turbina atinge a velocidade do impulsor. Ele para de adicionar torque e continua girando. Isso reduz o arrasto na rodovia e melhora a eficiência do combustível. O conversor torna-se essencialmente uma embreagem fluida de travamento com muito pouco deslizamento.
Embreagens de bloqueio
As transmissões modernas resolveram o problema de eficiência do deslizamento com uma embreagem de travamento. Quando a velocidade de cruzeiro é atingida, a pressão hidráulica engata o disco da embreagem no conversor de torque. Isso trava mecanicamente a turbina no impulsor.
O motor e a caixa de câmbio giram exatamente na mesma velocidade. O deslizamento será próximo de zero. A economia de combustível aumenta. A quantidade de calor produzida diminui. Obtenha a confiabilidade de uma conexão confiável e a conveniência de uma direção autônoma lenta.
Nem todos os conversores travam imediatamente. Alguns só engatam marchas mais altas para economizar combustível. Alguns implementaram a fase de “bloqueio parcial” para suavizar as mudanças. O comportamento específico depende da calibração do fabricante e do uso pretendido do veículo. Caminhões pesados podem deixar os conversores de torque abertos por longos períodos para gerenciar o calor e o torque. Os sedãs esportivos podem travar quase instantaneamente para maximizar a capacidade de resposta.
Sintomas de falha do conversor
Dentro da espessa carcaça de aço, quatro coisas competem pela supremacia. Você tem impulsor. A turbina. estator. Há também fluido de transmissão. Ele atua como a cola que mantém a bagunça unida.
A carcaça é aparafusada diretamente ao volante do motor. Isso significa que você não precisa se preocupar com a seleção de marchas. Ele gira em qualquer velocidade do motor. As aletas da bomba estão fixadas neste alojamento. Ele gira com o motor. Período.
O diagrama de seção transversal abaixo mostra exatamente como essas peças estão conectadas.
O princípio mecânico de um acoplamento fluido
A maioria das pessoas pensa nos conversores de torque nada mais do que um acoplamento hidráulico. Não é. É um multiplicador de torque. Esta distinção é importante quando se tenta entender por que o carro não para num semáforo.
O impulsor é a bomba. Alimentado por um motor. Ele lança fluido para fora. Este fluido atinge a turbina. A turbina está conectada ao eixo de entrada da transmissão. Quando o fluido atinge, a turbina gira. A potência é transferida do motor para a caixa de câmbio.
Muito simples, certo?
Fica complicado no meio.
O estator está localizado entre o impulsor e a turbina. Esta é a sua arma secreta. O estator muda a direção do líquido. A direção do fluxo muda. Essa mudança de direção causa uma multiplicação do torque em torque. Especialmente em baixas velocidades.
Sem um estator, você perde muito ruído de baixo custo. O líquido simplesmente gira à toa. O estator pega. Envie-o de volta para o impulsor. Este ciclo se repete.
Por que a habitação gira
A casca é a âncora. Ele é parafusado em uma placa flexível. A placa flexível é aparafusada ao virabrequim. Portanto, quando o motor gira, a carcaça também gira. Sem escorregar. Não há atrasos.
A bomba está dentro desta caixa. A lâmina está fixada na parede interna. Eles giram na velocidade do motor. Isso causa estresse. A pressão faz o fluido se mover. O fluido aciona a turbina.
Se a carcaça não estiver bem conectada ao motor, tudo desmoronará. literalmente.
Seção transversal
Você pode ver o layout observando o diagrama da seção transversal.
- Anel Externo : Casca. Parafusos no volante.
- Bomba interna : Conectada ao invólucro externo. fluido de condução.
- Estator : Conectado a uma embreagem unidirecional. Não pode girar livremente. A turbina só gira para frente se girar mais rápido que o impulsor.
- Turbina : Conectada à caixa de engrenagens. Aciona as rodas (indiretamente).
O fluido circula. Em. Fora. Em volta.
Não é uma conexão forte. É hidráulico. Há um deslize. Você pode sentir isso. Em marcha lenta, o motor gira a carcaça. A turbina está parada. O fluido apenas gira. Sem transferência de energia.
Quando você pressiona o pedal do acelerador?
O impulsor gira mais rápido. A velocidade do fluido aumenta. A pressão aumenta. A turbina começa a girar. A embreagem de travamento engata mais tarde no ciclo para evitar deslizamento. Mas antes disso? É sobre mecânica dos fluidos.
O estator permanece aterrado. Mude a direção do líquido que retorna. Isso aumenta o torque. Portanto, você pode avançar no trânsito sem parar. O conversor duplica a potência do motor.
É muito confuso. Isso
Princípio de funcionamento do impulsor do conversor de torque
O impulsor funciona como uma bomba centrífuga. Ele está localizado dentro do conversor de torque. Quando o motor gira, o fluido é espirrado na borda externa. Pense na sua máquina de lavar. O ciclo de centrifugação atinge a água e as roupas contra as paredes do tambor. O impulsor faz a mesma coisa com o fluido de transmissão.
Essa força externa cria um vácuo no centro.
O vácuo absorve mais líquido. Este é um ciclo contínuo. O líquido sai. Mais fluido entra. Este ciclo cria a pressão hidráulica necessária para transferir a potência do motor para a transmissão. Sem este poder de sucção, o conversor não funcionará. O líquido deve continuar a fluir. Caso contrário, a transferência de energia será interrompida.
Quando o fluido da transmissão sai da bomba, ele atinge as pás da turbina. Este não é apenas um movimento passivo. A turbina está travada no eixo de entrada da transmissão, portanto, quando o fluido atinge essas palhetas, força o eixo a girar. A potência é transmitida através de eixos e diferenciais e finalmente chega às rodas motrizes.
Observe o formato da lâmina. Eles são curvos. O fluido vem da borda externa e deve fluir de volta para sair pelo cubo central. Mudanças na trajetória criam torque.
A terceira lei de Newton aplica-se aqui sem exceção. Quando você muda a direção de um objeto, uma força é aplicada a ele. Os objetos exercem forças iguais e opostas. As pás da turbina forçam o fluido para dentro e revertem seu fluxo. O fluido empurra a lâmina para trás. Esse empurrão faz com que a turbina gire.
No entanto, há um problema com o fluxo de saída. Quando o fluido sai da turbina, seu movimento é exatamente oposto ao sentido de rotação da bomba ou motor. Quando o fluido que flui atinge novamente o impulsor da bomba, ele atua como um freio. Isso consome energia do motor e reduz sua eficiência.
É por isso que um conversor de torque requer um estator.
O papel do estator na conversão de torque
O estator está localizado entre a turbina e a bomba. Ele não gira tão livremente quanto os outros dois componentes. Sua função é redirecionar o fluido que sai da turbina para que atinja a bomba na direção certa.
Sem estator, o conversor de torque é apenas uma embreagem fluida. Ele transfere energia, mas não adiciona energia. Com a ajuda do estator, o conversor pode aumentar o torque do motor, principalmente em baixas velocidades. É por isso que você sente o aumento de potência ao acelerar a partir de uma paralisação. O estator trava e inverte a direção do fluxo, criando um circuito de feedback que amplifica a força.
Quando o estator é bloqueado?
O estator nem sempre permanece travado. À medida que a velocidade do carro aumenta, a turbina se aproxima da velocidade da bomba. O fluido que sai da turbina não flui mais fortemente para trás para se beneficiar da mudança de direção. Neste momento, a embreagem unidirecional do estator é liberada.
O estator começa a girar junto com o resto do conjunto. Quase não há resistência. O conversor de torque é na verdade uma embreagem fluida. Isso reduz o arrasto e melhora a eficiência do combustível em velocidades de rodovia.
Multiplicação de torque e acionamento direto
Compreender o estator explica por que as transmissões manuais parecem mais lentas que as automáticas. O conversor de torque aumenta o torque do motor sob a influência do estator. As embreagens manuais dependem apenas da rotação do motor e do material de fricção. Os conversores suavizam a transmissão enquanto aumentam a potência.
Esta opção de design tem vantagens e desvantagens. As embreagens fluidas são inerentemente menos eficientes que as embreagens mecânicas. Sempre haverá algum deslize. Mas a chave é a compensação entre suavidade e maior torque.
O estator é o herói anônimo da transmissão automática. Isso aumenta o torque e faz com que os veículos pesados pareçam mais leves fora da linha. Sem isso, todos os carros automáticos precisariam de motores enormes para funcionar, assim como os carros manuais de pequena cilindrada.
A seção a seguir descreve os detalhes mecânicos da embreagem unidirecional do estator.
O estator está localizado no ponto morto do conversor de torque. Ele redireciona o fluido que retorna da turbina antes de chegar novamente à bomba. Esta medida simples aumenta a eficiência.
As lâminas do estator são agressivas. Eles revertem quase completamente o fluxo do líquido. Uma embreagem unidirecional no estator o trava em um eixo fixo no eixo fixo. A direção em que a embreagem permite o giro é certa. Esta configuração significa que o estator não pode girar com o fluido. Somente a reversão é possível. Isso faz com que o líquido mude de direção ao atingir a lâmina.
As coisas ficam complicadas quando podem ficar difíceis. Na rodovia, o impulsor e a turbina giram aproximadamente na mesma velocidade. A bomba é sempre um pouco mais rápida. Mas eles estão perto. Um estator não é necessário neste momento.
O líquido que retorna da turbina entra na bomba, que já se move na mesma direção da bomba.
Imagine estar atrás de uma caminhonete movendo-se a 60 mph. Você joga a bola por trás a 40 milhas por hora. A bola ainda está avançando a 32 quilômetros por hora. O mesmo princípio se aplica às turbinas. A turbina gira em alta velocidade em uma direção. Ele pulveriza líquido por trás, mas não tão rápido quanto a velocidade original de avanço. O líquido ainda avança em relação à bomba.
Quando o carro atinge essas velocidades, o fluido atinge a parte traseira das palhetas do estator. O estator gira livremente com a ajuda de uma embreagem unidirecional. Gire livremente. Não bloqueia o fluxo.
Vantagens e desvantagens do conversor de torque
Truque de multiplicação
Você acha que frear vai parar o carro? Errado. O conversor de torque desempenha um papel importante aqui. Evita que o motor desligue quando parado em um sinal vermelho. Mas há mais do que isso. Funciona como um multiplicador de força.
O conversor de torque aumenta o torque do motor em duas a três vezes quando o pedal é pressionado quando o motor está parado. Essa mágica só funciona se o motor girar muito mais rápido que a transmissão. O deslizamento cria a multiplicação do torque.
Conversores de alta parada explicados
Os bondes usam conversores padrão. Perfeito para viajar. Mas e os pilotos de arrancada? Eles querem algo diferente.
Conversores de alta parada são a resposta. Eles atrasam o bloqueio. Isso permite que o motor aumente a rotação antes que a potência seja transferida para as rodas. Nenhum tempo é perdido com baixas rotações. Quando o motor se aproxima da potência máxima, o carro é lançado.
Isso é ótimo para a pista. Muito ruim para o trajeto. Em situações de trânsito cotidianas, um conversor de alta velocidade pode deixar seu carro lento. Ele caça engrenagens. Será um desperdício de combustível. Esta é uma ferramenta de nicho para um trabalho específico.
Eficiência reduzida
Esta é a horrível verdade sobre a automação. Ao dirigir em rodovias, as velocidades do motor e da transmissão são diferentes. A transmissão fica para trás. Normalmente funciona a cerca de 90% da velocidade do motor.
Essa diferença de 10% não é gratuita. A energia é perdida. O calor é gerado quando o fluido se agita no interior. A energia é perdida para a atmosfera. Por esse motivo, as transmissões automáticas geralmente apresentam pior economia de combustível do que as transmissões manuais. O deslizamento é contínuo. Essa ineficiência aumenta.
Solução de bloqueio
Os engenheiros odeiam desperdício. Então eles inventaram a embreagem lockup.
Quando o conversor de torque atinge a velocidade de cruzeiro, a embreagem engata. Prenda fisicamente as duas metades. O motor e a caixa de câmbio giram na mesma velocidade. Sem escorregar. Sem calor. Sem perda de energia.
Esta simples conexão mecânica pode restaurar a eficiência perdida. Aproxime a automação do desempenho manual.
Guerras de contagem de equipamentos
Mas a embreagem de travamento por si só não é mais suficiente. As relações de transmissão nos carros automáticos modernos são uma loucura. Até 10 marchas à frente. Por que? Mantém o motor na posição ideal. Quanto mais marchas você tiver, menos o motor terá que girar na mesma velocidade alta para manter a velocidade.
Os manuais mais antigos tinham cinco ou seis marchas. Os carros de hoje têm ainda mais. otimizar melhor o fornecimento de energia. Eles imitam a eficiência dos designs manuais mais antigos, mas também têm a conveniência dos automáticos.
É perfeito? Não, é muito complicado. Mas funciona. Os conversores de torque evoluíram de simples acoplamentos fluidos para motores complexos e eficientes. É uma maravilha da engenharia hidráulica disfarçada como um simples componente em forma de tigela.
Nunca vejo a embreagem de travamento engatada. Você não sentirá a multiplicação do torque. Simplesmente acontece. sob o capô. No escuro. Onde pertence
