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• Felipe Barrera Catalán

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2. Convertidor de Torque 2.1 Términos para el convertidor de torque

Elemento

Un factor tiene la función de multiplicar y transmitir la potencia mediante los flujos de aceite. (Impulsor, Turbina, Reactor (Estator): 3 Elementos)

Etapa

El número de turbina (elemento de salida)

Fase

El número del cambio funcional dentro del convertidor de torque.

DIÁMETRO Máx. Camino del Flujo

Del

El factor tiene efecto en la capacidad del convertidor de torque ( 230,  240)

Diseño del Camino

El camino del aceite válido promedio para definir el ángulo, radio del álabe de entrada y de salida

Sección del Toro

La sección direccional del eje del circuito del flujo dentro del convertidor de torque

Impulsor

El elemento de entrada de la potencia (generalmente se llama “bomba”)

Turbina

El elemento de salida de la potencia

Estator

El elemento de reacción (Determina la capacidad del OWC (Embrague Unidireccional)

Casco

La pared exterior de la sección del toro La pared interior de la sección del toro

Núcleo

DIÁMETRO Máximo del Camino del Flujo

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Al igual que los automóviles con transmisión mecánica, los automóviles con transmisiones automáticas necesitan una forma para dejar girar el motor mientras las ruedas y los engranajes de la transmisión llegan a detenerse. Los automóviles con transmisión mecánica usan un embrague, el cual desconecta completamente el motor desde la transmisión. Los automóviles con transmisión automática usan un convertidor de torque. Un convertidor de torque es un tipo de acoplamiento de líquidos, el cual permite que el motor gire en cierto modo en forma independiente de la transmisión. Si el motor está girando lentamente, tal como cuando el automóvil está funcionando en ralentí en un semáforo, la cantidad de torque que pasa a través del convertidor de torque es muy pequeña, por lo tanto, mantener el automóvil quieto requiere sólo una presión leve en el pedal del freno. Si tuviera que presionar el pedal del acelerador mientras el automóvil está detenido, tendría que presionar más fuerte en el freno para evitar que el automóvil se mueva. Esto se debe a que cuando pisa el acelerador, el motor aumenta la velocidad y bombea más líquido dentro del convertidor de torque, haciendo que se transmita más torque hacia las ruedas. Turbina Impulsor

Embrague del amortiguador Estator

Además del trabajo muy importante de permitir que su automóvil se detenga por completo sin detener el motor, el convertidor de torque realmente entrega al automóvil más torque cuando acelera para salir de una detención. Los convertidores modernos de torque pueden multiplicar el torque del motor en dos a tres veces. Este efecto sólo sucede cuando el motor está girando mucho más rápido que la transmisión. A velocidades mayores, la transmisión alcanza al motor, finalmente moviéndose casi a la misma velocidad. Idealmente, aunque, la transmisión se mueva exactamente a la misma velocidad que el motor, debido a esta diferencia en velocidad pierde potencia. Esta es parte de la razón por la cual los automóviles con transmisión automática rinden menos kilómetros por litro que los automóviles con transmisión mecánica. Para contrarrestar este efecto, algunos automóviles tienen un convertidor de torque con un embrague de bloqueo. Cuando las dos mitades del convertidor de torque se levantan para acelerar, este embrague los bloquea juntos, eliminando el patinamiento y mejorando la eficiencia.

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2.2 Conexión con la Bomba de Aceite Cuerpo de la bomba de aceite

Convertidor de torque

Placa de

Cubierta de la bomba de aceite

transmisión

Estator

Desde el Motor

Embrague unidireccional

Eje de entrada de la T/A

Embrague del amortiguador (embrague de bloqueo)

Impulsor de la bomba Roldana de la turbina

2.3 Tres Elementos del Convertidor de Torque Los tres elementos en que consiste el convertidor de torque son un impulsor, una turbina y un conjunto del estator. El impulsor es una pieza Estator integral del cuerpo del convertidor de torque la cual también incluye la turbina y el estator. La turbina está chaveteada al eje de entrada de la transmisión. El conjunto del estator incorpora un embrague unidireccional que está montado a una extensión del cuerpo delantero de la bomba. Esta extensión se llama el eje de reacción. Cigüeñal del motor

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Impulsor

Flujo del vórtice

Turbina

Cubo del convertidor de torque Conjunto de la bomba Soporte del eje de reacción

Embrague unidireccional (cubo del estator)

Eje de entrada de la transmisión

2.4 Impulsor de la Bomba del Convertidor de Torque

2.5 Turbina La turbina es el conjunto impulsado o conjunto de salida del convertidor. El diseño de la turbina es similar a aquél del impulsor excepto que los álabes de la turbina están curvados en la dirección opuesta a los álabes del impulsor. El líquido proveniente del impulsor golpea los álabes de la turbina y hace que la turbina gire junto con el impulsor, girando de esta forma el eje de entrada de la transmisión en la misma dirección del cigüeñal del motor.

Flujo de aceite dentro de la sección de la turbina

Aspa de la turbina

Rotación del motor

Rotación del motor

Eje de entrada

Parte de la cubierta del convertidor de torque

Construcción del aspa

2.6 Conjunto del Estator El líquido que sale de la turbina vuelve al impulsor por medio de un tercer conjunto de álabes conocido como el conjunto del estator. El estator está montado en un eje estacionario que es una pieza integral de la bomba de aceite. El embrague unidireccional permite que el estator gire sólo en la misma dirección que el impulsor. El embrague engancha el estator al eje con el propósito de entregar el efecto de multiplicación de torque.

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Menor que ‘A’

Anillo exterior Cuña Mayor que ‘A’

Guía interior Guía interior (Conjunto de rotación)

Liberación de la cuña Cuña

Ubicación del embrague de la cuña en el estator

Instalación de la cuña Anillo exterior (Conjunto estacionario)

¾ de visión del costado del motor del estator que muestra la curvatura del aspa

2.7 Acción del Estator dentro del Convertidor de Torque Cuando el vehículo está estacionario, la turbina también está estacionaria. A medida que el motor comienza a girar, el aceite es tirado dentro de la turbina desde el impulsor con una gran cantidad de fuerza; debido al diferencial de velocidad entre los dos conjuntos. Existe la tendencia para un efecto de recuperación de fuerza, como se explicó anteriormente. Con esta condición, el aceite está saliendo de los bordes traseros de las aspas de la turbina en una dirección “hacia atrás”. Es decir, si no se cambiara su dirección antes de entrar al impulsor, tendería a disminuir la velocidad del impulsor. Bajo condiciones de detención, el aceite golpea las caras de las aspas del estator y trata de volver la rotación del estator opuesta a la del motor. El embrague unidireccional engancha y mantiene el estator estacionario. Ahora, a medida que el aceite golpea las aspas del estator, se gira en una dirección “de ayuda” antes de que entre en el impulsor. Esta circulación desde el impulsor hacia la turbina, desde la turbina hacia el estator y desde el estator de vuelta hacia el impulsor puede producir una multiplicación máxima de torque de aproximadamente 2,17: 1. A medida que aumenta la velocidad del vehículo, la velocidad de la turbina se aproxima a la velocidad del impulsor y la multiplicación del torque baja 1: 1. En este punto, el aceite comienza a golpear las partes traseras de las aspas del estator. Esto hace que el estator comience a girar en rueda libre o a girar libre. De hecho, el estator sale del camino del aceite y con eso ya no entra en la acción del convertidor de torque. Entonces el convertidor actúa como un acoplamiento de líquidos.

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El estator de dirección se engancha debido al empuje del aceite contra las aspas del estator El estator de dirección se engancha debido al empuje del aceite contra las aspas del estator

El ángulo aumenta a medida que el aceite golpea el aspa

Detenido

El flujo atraviesa casi más directamente (el ángulo es menor)

Crucero Parte delantera del motor

2.8 Flujo de los Líquidos en la Etapa de Acoplamiento A medida que aumenta la velocidad de la turbina para igualar la velocidad del impulsor, o la velocidad del motor, la mayor parte del aceite que había estado en un vórtice violento, y flujo de rotación, no está en la parte exterior de ambos conjuntos. Aún hay un flujo de rotación y de vórtice que ocurre en el convertidor de torque, pero es una cantidad muy limitada. Es en este punto que el estator está girando libre y el convertidor es realmente un acoplamiento de líquidos. La actividad que ocurrió en estado detenido ha disminuido inmensamente a una velocidad de crucero (aproximadamente 20 km/h (12 mph) y mayor) donde ocurre esta etapa de acoplamiento. Flujo de Rotación

Flujo muy pequeño en el vórtice en la etapa de acoplamiento

Hay dos tipos de flujos dentro del convertidor de torque que dependen de su velocidad y fase.

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- Flujo del Vórtice (Velocidad de Circulación): El flujo de circulación dentro de las aspas debido a la fuerza centrífuga desde el impulsor. - Flujo de rotación: El aceite confinado dentro de las aspas fluye hacia la dirección de rotación del impulsor. [Los flujos del vórtice o de rotación] Flujo del Vórtice o Velocidad de Circulación

Impulsor

Turbina Flujo de Rotación

[Flujo del vórtice del impulsor] Flujo de Rotación Flujo del Vórtice

Impulsor

Se pueden analizar aquellos dos tipos de flujos (del vórtice y de rotación) mediante un diagrama de vectores de la siguiente forma. [El diagrama de vectores del flujo del vórtice y de rotación]

Rotación

Vórtice

Fuerza resultante

Ángulo de Impacto en Los Álabes de la Turbina

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[El diagrama de vectores depende de la relación de velocidad „e‟]

(Enganche)

[Los flujos dependen de la relación de velocidad „e‟] Flujo del Vórtice

Flujo de Rotación

Flujo de Rotación

Flujo de Rotación (Enganche)

2.9 Rendimiento del convertidor de torque Factor de capacidad (Cf): Capacidad del convertidor de torque Cf = Ti / Ni2 (Ti: Torque de entrada, Ni: RPM de entrada) Relación de torque (Tr) (Ti: Torque de entrada, To: Torque de Tr = To / Ti salida) Relación de velocidad (e) (No: RPM de salida, Ni: RPM de e = No / Ni entrada) Eficiencia (η) (Tr: Relación de torque, e: Relación η = Tr X e de velocidad)

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Zona de multiplicación del torque

Zona de acoplamiento

Eficiencia η (%)

Relación de torque (Tr)

Factor de capacidad Cf (x 10 – 6 Nm / rpm2)

Relación de velocidad e

2.10 Diseño óptimo (selección) del convertidor de torque Cuando el diseñador del automóvil selecciona el convertidor de torque, las rpm de detención del convertidor de torque se deben poner entre 2.000 rpm y 2.600 rpm en la condición de la mariposa totalmente abierta. Si las rpm de detención están sobre la zona, hay algunas deficiencias como sigue. En el caso de 2.000 rpm o menos: El factor de capacidad (Cf) es alto. (Debido a que el torque de entrada es alto pero las rpm son bajas) En este caso, el consumo de combustible en condiciones de funcionamiento del motor en ralentí es deficiente y el esfuerzo de frenada del pie será alto en la situación de funcionamiento en ralentí debido a un torque mayor de entrada. En el caso de 2.600 rpm o más: El factor de capacidad (Cf) es bajo. (Debido a que el torque de entrada es bajo pero el ingreso de las rpm es alto) En este caso, el consumo general de combustible será deficiente y producirá mayor ruido del motor.

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Torque del Motor

Cf (alto) Cf (bajo)

Torque de Partida (alto) Torque de Partida (bajo) Punto de partida del vehículo

Velocidad del motor (rpm)

rpm en detención

La igualación de la relación del cambio con el motor es crítica en las transmisiones automáticas. Definimos velocidad de detención como la velocidad del impulsor (rpm) cuando se produce la multiplicación máxima del torque. Para entregar el torque máximo a las ruedas de transmisión, nos gustaría que la velocidad de detención fuera la misma que la velocidad del motor cuando produce el torque máximo. Las rpm del torque máximo del motor deben igualar las rpm de velocidad de detención del convertidor de torque para un rendimiento óptimo. Si el convertidor de torque es demasiado grande o demasiado pequeño para la aplicación, se puede reducir seriamente el rendimiento en la conducción. Si el convertidor tiene muy poca capacidad para el motor, el motor funcionará a rpm mayores que las óptimas cuando transmita el torque máximo. Si el convertidor es demasiado grande, y tiene demasiada capacidad para el motor, el motor no será capaz de llevar al impulsor al punto de torque máximo. La práctica normal es igualar la velocidad de detención y las rpm del torque máximo del motor. El mensaje es que los mecánicos del ramo no deben tratar de alterar el tamaño del convertidor del motor para igualar lo diseñado por el fabricante.

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2.11 Convertidores de Enganche La idea del convertidor de torque de enganche no es nueva ha estado presente durante una cantidad de años. Los beneficios del sistema de enganche son tres: 1. Mejor economía de combustible. 2. Menor temperatura de funcionamiento de la transmisión durante el funcionamiento en carretera. 3. Menor velocidad del motor durante el funcionamiento en carretera. La característica de enganche se ha agregado sin pérdida alguna en el funcionamiento suave normal de la transmisión, de hecho, la mayoría de los conductores de automóviles no se darán cuenta en absoluto de la acción del enganche. 2.12 Todos los acoplamientos de líquidos se deslizan un poco A pesar de que los acoplamientos de líquidos proporcionen potencia suave sin impactos ni transferencia del torque, es natural que todas las transmisiones de líquidos se deslicen de alguna forma, incluso en la conducción. El embrague de enganche mejora la economía de combustible eliminando el patinamiento del convertidor de torque en directa sobre una velocidad determinada previamente. Con un convertidor convencional en transmisión directa, el impulsor y la turbina están girando aproximadamente a la misma velocidad. El estator está girando en rueda libre y no se produce ni se necesita la multiplicación del torque. Si ahora podemos enganchar juntos la turbina y el impulsor, podemos lograr una condición de cero deslizamiento en la transmisión directa. 2.13 El pistón engancha la turbina al impulsor Se agregó un pistón movible a la turbina y se agregó material para el roce en el interior de la caja del impulsor. Ahora, por medio de la presión del aceite, se puede forzar el pistón de la turbina contra el material para el roce del impulsor dando como resultado el enganche total del convertidor. [El embrague del convertidor de torque tiene una fuerza de aproximadamente 800 libras (363 kilogramos) cuando se aplica. Este valor es menor que aquél de un embrague de transmisión mecánica, debido a que el embrague de enganche se aplica sólo en la transmisión directa con el vehículo en movimiento. Ésta es una carga mucho menor que la requerida para enganchar una transmisión mecánica desde una detención muerta. No se requiere una fuerza mayor para enganchar juntos los dos conjuntos del convertidor de torque con el vehículo en velocidad.] El resultado es una conexión mecánica 1: 1 directamente a través del motor y de la transmisión más la eliminación de todo el deslizamiento del líquido hidráulico en la transmisión directa. 2.14 Resortes del Amortiguador Puesto que el modo de enganche ha eliminado el efecto de amortiguación de la vibración del acoplamiento convencional de los líquidos, cualquier carga de vibración de torsión transmitida por el motor ahora es absorbida por ocho resortes del amortiguador entre el pistón de enganche y la turbina. El modo de enganche se activa sólo en la transmisión directa. Aunque haya algún deslizamiento hidráulico en todas las marchas, no se puede aplicar la característica de enganche en las marchas bajas y segunda debido a que el 11

enganche elimina la multiplicación del torque necesario para la aceleración. Esto significa que el enganche sólo ocurre después del cambio hacia arriba de 2ª a 3ª. [El enganche podría ocurrir en los cambios inferiores si se atasca la * válvula a prueba de fallas. Los cambios hacia arriba serían más ásperos de lo normal, y habría una pérdida de rendimiento en los cambios inferiores debido a la pérdida de la multiplicación del torque en el convertidor de torque]. * Válvula a prueba de fallas: Válvula solenoide de control del embrague del amortiguador.

Resorte del amortiguador

Cuerpo de la válvula (no se cambiará)

Válvula solenoide

Embrague del amortiguador

Módulo de control (Se cambiará el ROM)

2.15 ATF (Líquido de la Transmisión Automática) Cuando está nuevo, el ATF (Líquido de la Transmisión Automática) debe ser rojo. Se agrega el tinte rojo para distinguirlo del aceite de motor o del anticongelante. A medida que se conduce el vehículo, el líquido de la transmisión comenzará a verse más oscuro. El color puede aparecer finalmente café claro. Además, el tinte, el cual no es un indicador de la calidad del líquido, no es permanente. Por lo tanto, no tome el color del líquido como un criterio para reemplazar el líquido de la transmisión. Sin embargo, se requiere mayor investigación de la transmisión automática si, ● El líquido está café oscuro o negro. ● El líquido tiene olor a quemado. Las partículas de metal se pueden ver o sentir en la varilla para medir la profundidad.

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- Temperatura del ATF VERSUS Nivel de Aceite

Nivel de aceite (mm)

Límite de inspección

(Cº)

Nivel de aceite (mm)

Temperatura del ATF

Temperatura del ATF (Cº)

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