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Conversor de torque e suas principais características técnicas e novas tecnologias – Parte 1

maio 30, 2021

Sempre pensamos no conversor de torque como uma abóbora mágica que se esconde entre o motor e a transmissão, mas este é um dos componentes vitais da transmissão automática que o mecânico não abre

Confiamos em nosso fornecedor de conversores de torque remanufaturado porque esta é uma área da transmissão em que raramente vamos inspecionar. Quando tiramos nosso conversor remanufaturado da sua embalagem, damos uma boa olhada crítica através de nosso olho clínico; inspecionamos a pintura, esperando que não haja nenhum problema de aquecimento com ele, talvez observando o pescoço do conversor para ver seu acabamento e damos até uma pequena balançada nele. Finalmente, nós o abençoamos e esperamos pelo melhor.

Abençoar nem sempre funciona, e algumas vezes terminamos com um temido código de falha de Lock Up ou reclamações de dirigibilidade. Este é o ponto em que o jogo de culpas começa. Será o conversor? Ou algum controle do conversor, como os solenoides, válvulas, o TCM/PCM? Ou será algum vazamento através de alguma bucha ou vedador?

Pode ser quaisquer destas coisas e, portanto, aí entra o conhecimento em jogo. Este é o propósito desta matéria, ajudar o técnico a definir qual é o problema real. 

Funcionamento básico

Antes de avançar muito na análise dos problemas, projetos, falhas e causas, é importante entender como o conversor de torque opera. Eis aqui algumas explicações. Primeiro e mais importante, entendemos que, a não ser quando a embreagem do Lock Up está aplicada, o fluido realiza todo o trabalho no conversor de torque. Conforme mostrado na figura 2, o impulsor (bomba do conversor), que está ligado ao eixo de manivelas do motor, gira e então transfere a energia rotacional do impulsor ao fluido, sendo que o impulsor dispara o fluido para a turbina. A turbina é conectada ao eixo de entrada da transmissão e recebe torque daquela força.

As palhetas da turbina absorvem a força do fluido, e qualquer energia remanescente que se perde é direcionada ao estator.

Durante a multiplicação de torque, o estator, que está travado, redireciona este fluido de volta para o impulsor na mesma direção da rotação do motor. Este é fundamentalmente o princípio de funcionamento do conversor e da multiplicação de torque. Na imagem da esquerda para a direita temos: tampa, pistão, turbina, estator e impulsor. 

O fluido viaja rapidamente em um fluxo de vortex, no qual o fluido se move do impulsor para a turbina, passando pelo estator, e de volta para o impulsor. O momento do fluido redirecionado pelo estator ajuda o impulsor (leia-se motor) a girar mais. Não é uma analogia perfeita, mas é como andar de bicicleta com o vento em nossas costas – Você anda um pouco mais rápido.

Quando o impulsor (rotação do motor) e a turbina (rotação do eixo de entrada do câmbio) estão aproximadamente à mesma velocidade, o conversor de torque entra na “fase de acoplamento” e o fluido age mais como um “fluxo rotativo”. Durante esta condição, a energia do fluido proveniente da turbina atinge a parte traseira das lâminas do estator, fazendo com que o estator comece a girar a fim de evitar que suas lâminas freiem o fluido contra a rotação do impulsor.

Eis o porquê o estator possuir uma roda livre (embreagem de uma via) – para permitir que o estator trave durante a fase de multiplicação de torque e gire livremente quando o veículo se encontra em velocidade de cruzeiro. A imagem mostra o fluxo do fluido durante a multiplicação de torque. 

Brasagem para maior eficiência

No decorrer dos anos, os conversores sofreram algumas modificações. Os fabricantes estão tornando os conversores mais leves para reduzir a massa em movimento e melhorar a economia de combustível. Muitos conversores utilizados em transmissões de tração dianteira utilizam um projeto elíptico, conforme mostrado na figura 4.

Este formato é usualmente chamado de formato panqueca. Este formato permite uma carcaça do conversor de torque menor e mais espaço na transmissão para engrenagens e embreagens adicionais. Precisamos apertar estas novas transmissões de 10 marchas de alguma maneira. Na imagem à esquerda está a transmissão 41TE e à direita temos a 62TE.

Alguns conversores utilizam conjuntos de turbinas brasadas em que as palhetas são brasadas em sua carcaça. As turbinas que têm suas palhetas fixas por processo de brasagem são mais resistentes, possuem menor descentralização lateral e são mais eficientes. Em uma turbina não brasada, as palhetas são crimpadas através de reentrâncias na carcaça do conversor.

A figura 5 mostra a diferença entre uma turbina brasada e uma turbina crimpada, lado a lado. As reentrâncias nas turbinas crimpadas não são precisas, e assim existem folgas relativamente grandes ao redor da crimpagem, como podemos observar na figura 5. Estas reentrâncias permitem que o fluido passe através delas, o que reduz a eficiência do conversor. Ademais, conforme podemos imaginar, este desenho não é estruturalmente rígido como uma turbina brasada. Podemos dizer que o fluido que vaza através da turbina, que é chamado de “lavagem”, se torna um fator de perda de energia e pode aumentar o calor gerado pelo conversor.

Condução de calor:

O conversor de torque é a fonte principal de calor gerado em uma transmissão automática. Um conversor operando em stall (rotação máxima do motor X rotação da turbina) gera uma grande quantidade de calor, e um conversor em que o lock up está totalmente aplicado gera uma quantidade de calor mínima. Na imagem temos a turbina crimpada à esquerda e a brasada à direita. 

Aberturas na turbina de um conversor crimpado. O fluido que vaza através destas aberturas é chamado de “lavagem” e reduz sua eficiência. 

É comum nos conversores de torque modernos o lock up estar parcialmente aplicado já na 2ª marcha (e às vezes até em primeira). Uma vez aplicado, o lock up pode não desaplicar totalmente até que o veículo esteja completamente parado ou operando sobre carga muito alta. Isto é especialmente verdade no caso das transmissões CVT.

A programação do TCM mantém o lock up aplicado tanto quanto possível para aumentar a economia de combustível. Isto é possível através de um programa sofisticado de controle do conversor e de materiais de fricção melhorados. Observando a tela do osciloscópio no caso de um veículo HONDA de 10 marchas, podemos ver que ele aplica totalmente o lock up a 20 km/h em 3ª marcha.

Começa a aplicar em 2ª marcha a 15 km/h. uma vez aplicado, perceba que nunca desaplica durante o teste.

Dados do escanner mostrando a aplicação do lock up em uma transmissão HONDA 10 marchas. O lock up começa a aplicar a 15 km/h em segunda marcha e aplica totalmente a 25 km/h. 

• Roxo – rotação do motor;
• Marrom – rotação do eixo de entrada;
• Verde – velocidade do veí­culo;
• Vermelho marcha aplicada ;
• Azul – comando do lock up.

Como nota suplementar, em alguns conversores tais como o da transmissão 6L80, a baixa velocidade e baixa RPM do lock up junto com a desativação do cilindro podem causar um stress adicional no material de fricção da cinta e nas molas de amortecimento/retentores das molas. As molas de amortecimento geram trincas nas janelas de apoio das molas. Existe uma placa atualizada de retenção das molas porque este problema ocorre muito frequentemente nos conversores. Seria bom verificar com sua empresa de remanufatura de conversores se eles estão a par destas atualizações e as aplicam durante o processo de reforma do conversor.

O material utilizado nas cintas do lock up costuma ser de papel (celulose) ou material de carbono. Vamos ver como estes dois materiais se portam com o calor. Utilizando um multímetro, podemos perceber que a cinta de carbono possui uma resistência muito baixa entre o material e a tampa do conversor (metálica), indicando que ela age como um condutor. Ao passo que a cinta de celulose (papel ou compósito) tem resistência infinita entre o material e carcaça do conversor, indicando que ela é um isolante. A cinta de carbono, agindo como condutor, pode transferir melhor o calor para a tampa que o material de papel, que age como isolante.

Embora a condução térmica e elétrica não sigam as mesmas regras, aprendemos que o material de carbono pode se comportar melhor na condução do calor que o material de compósito. As cintas de carbono são trançadas de maneira que permitam que o fluido se movimente entre as fibras mesmo quando o lock up está aplicado. O movimento do fluido ajuda na remoção do calor.

O problema com as cintas de carbono é que, embora elas lidem muito bem com o calor, não suportam muito impacto. O carbono é sensível a contatos irregulares e pode fraturar mais facilmente. Por exemplo, com o conversor da transmissão 6L80 sob carga, as orelhas de fixação do flexplate podem defletir (devido à tampa ser muito fina) e causar pontos altos onde o material de fricção toca a carcaça.

Os pontos altos causam stress na fibra de carbono e com o tempo a fibra vai fraturar ocasionando falha do material. Existe uma grande variedade de conversores que utilizam cinta de material de fricção de compósito (papel). Estes conversores trabalham com cavidades e cortes no material de fricção para amplo fluxo de fluido, para mantê-los resfriados. Na figura 8, podemos ver os cortes de alívio do fluido para permitir um fluxo constante de óleo passando pela cinta e que ajuda a reduzir o calor durante a aplicação parcial da embreagem do lock up e os materiais de fricção de compósito e fibra de carbono. 

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