Dispositiu i principi de funcionament d’un convertidor de parell modern

El primer convertidor de parell va aparèixer fa més de cent anys. Després d’haver sofert moltes modificacions i millores, aquest eficient mètode de transmissió suau del parell s’utilitza avui en moltes àrees de l’enginyeria mecànica i la indústria de l’automòbil no n’és una excepció. Conduir ara és molt més fàcil i còmode ja que ja no cal utilitzar el pedal de l’embragatge. El dispositiu i el principi de funcionament del convertidor de parell, com tot el que és enginyós, és molt senzill.

La història de la

Per primera vegada, el principi de transferir el parell mitjançant la recirculació de líquids entre dos impulsors sense connexió rígida va ser patentat per l'enginyer alemany Hermann Fettinger el 1905. Els dispositius que funcionen sobre la base d’aquest principi s’anomenen acoblaments de fluid. En aquell moment, el desenvolupament de la construcció naval va obligar els dissenyadors a trobar una manera de transferir gradualment el parell d’una màquina de vapor a enormes hèlixs de vaixells a l’aigua. Quan està ben acoblada, l’aigua va frenar la sacsejada de les fulles durant l’arrencada, creant una càrrega inversa excessiva al motor, als eixos i a les seves articulacions.

Posteriorment, els acoblaments de fluids modernitzats van començar a utilitzar-se als autobusos londinencs i a les primeres locomotores dièsel per tal d’assegurar-ne l’inici sense problemes. I fins i tot més tard, els acoblaments fluids van facilitar la vida als conductors de cotxes. El primer cotxe de producció amb convertidor de parell, l’Oldsmobile Custom 8 Cruiser, va sortir de la línia de muntatge de General Motors el 1939.

Dispositiu i principi de funcionament

El convertidor de parell és una cambra tancada de forma toroidal, a l'interior de la qual es col·loquen coaxialment uns impulsors de bombament, reactors i turbines. El volum intern del convertidor de parell s’omple de fluid per a transmissions automàtiques que circulen en cercle d’una roda a l’altra. La roda de la bomba es fa a la carcassa del convertidor i està connectada rígidament al cigonyal, és a dir, gira amb la velocitat del motor. La roda de la turbina està connectada rígidament a l’eix d’entrada de la transmissió automàtica.

Entre ells hi ha la roda del reactor, o l’estator. El reactor està muntat sobre una roda lliure que li permet girar només en una direcció. Les pales del reactor tenen una geometria especial, a causa de la qual el flux de fluid retornat de la roda de la turbina a la roda de la bomba canvia de direcció, augmentant així el parell de la roda de la bomba. Aquesta és la diferència entre un convertidor de parell i un acoblament de fluid. En aquest últim, el reactor està absent i, per tant, el parell no augmenta.

Com funciona? El convertidor de parell es basa en la transferència del parell motor del motor a la transmissió mitjançant un flux de fluid recirculant, sense connexió rígida.

Un impulsor motriu, connectat al cigonyal giratori del motor, crea un flux de fluid que colpeja les pales de la roda de la turbina oposada. Sota la influència del fluid, es posa en moviment i transmet el parell a l’eix d’entrada de la transmissió.

Amb un augment de la velocitat del motor, augmenta la velocitat de rotació de l’impulsor, cosa que comporta un augment de la força del flux de fluid que transporta la roda de la turbina. A més, el líquid, que torna a través de les pales del reactor, rep una acceleració addicional.

El flux de fluid es transforma en funció de la velocitat de rotació del rodet. En el moment de l’equalització de les velocitats de les rodes de la turbina i de la bomba, el reactor impedeix la lliure circulació del líquid i comença a girar a causa de la roda lliure instal·lada. Les tres rodes giren juntes i el sistema comença a funcionar en mode d’acoblament de fluid sense augmentar el parell. Amb un augment de la càrrega a l’eix de sortida, la velocitat de la roda de la turbina disminueix en relació amb la roda de bombament, el reactor es bloqueja i torna a començar a transformar el flux de fluid.

Avantatges

1. Moviment suau i arrencada.
2. Reduir les vibracions i les càrregues de la transmissió per un funcionament desigual del motor.
3. Possibilitat d'augmentar el parell del motor.
4. No necessita manteniment (substitució d’elements, etc.).

Limitacions

1. Baixa eficiència (a causa de l’absència de pèrdues hidràuliques i de connexió rígida amb el motor).
2. Mala dinàmica del vehicle associada al cost de la potència i el temps per desconnectar el flux de fluid.
3. Alt cost.

Mode de bloqueig

Per fer front als principals desavantatges del convertidor de parell (baixa eficiència i poca dinàmica del vehicle), s’ha desenvolupat un mecanisme de bloqueig. El seu principi de funcionament és similar al clàssic embragatge. El mecanisme consisteix en una placa de bloqueig, que es connecta a la roda de la turbina (i, per tant, a l’eix d’entrada de la caixa de canvis) a través de les molles de l’amortidor de vibracions torsionals. La placa té un revestiment de fricció a la seva superfície. Al comandament de la unitat de control de transmissió, la placa es pressiona contra la superfície interna de la carcassa del convertidor mitjançant pressió de fluid. El parell comença a transmetre's directament des del motor a la caixa de canvis sense afectació de líquid. Així, s’aconsegueix una reducció de les pèrdues i una major eficiència. El pany es pot habilitar en qualsevol engranatge.

Mode lliscament

El bloqueig del convertidor de parell també pot estar incomplet i funcionar en l'anomenat "mode lliscament". La placa de bloqueig no està totalment pressionada contra la superfície de treball, cosa que proporciona un lliscament parcial del coixinet de fricció. El parell es transmet simultàniament a través de la placa de bloqueig i del fluid circulant. Gràcies a l’ús d’aquest mode, les qualitats dinàmiques del cotxe augmenten significativament, però al mateix temps es manté la fluïdesa del moviment. L’electrònica garanteix que l’embragatge de bloqueig s’engegui tan aviat com sigui possible durant l’acceleració i es desenganchi el més tard possible quan es redueixi la velocitat.

No obstant això, el mode de lliscament controlat té un inconvenient significatiu associat a l'abrasió de les superfícies de l'embragatge, que, a més, estan exposades a efectes de temperatura severos. Els productes de desgast entren a l’oli i perjudiquen les seves propietats de treball. El mode lliscant permet que el convertidor de parell sigui el més eficient possible, però al mateix temps redueix significativament la seva vida útil.