TRANSMISI OTOMATIS PADA MOBIL

TRANSMISI OTOMATIS PADA MOBIL

Pada artikel sebelumnya saya telah bahas tentang Transmisi Manual pada kendaraan mobil, kali ini saya akan membahas tentang Transmisi Otomatis yang digunakan pada kendaraan mobil.

Keuntungan dari transmisi otomatis daranya adalah :

a. Tidak adanya pedal kopling, sehingga pengoprasian kendaraan lebih mudah.

b. Perpindahan kecepatan dapat dilakukan secara lembut

c. Tidak terjadinya hentakan pada saat perpindahan kecepatan

               Gambar : Transmisi Otomatis

1.         Fungsi dan macam transmisi otomatis

Transmisi otomatis adalah transmisi yang perpindahan giginya terjadi secara otomatis berdasarkan beban mesin (besarnya penekanan pedal gas) dan kecepatan kendaraan. Transmisi otomatis dapat dibedakan dalam sistem perpindahan gigi dan waktu lock up yaitu :

• Full hydraulic

Waktu perpindahan gigi dan waktu lock up diatur sepenuhnya secara hidraulis.

• Electronic Control Transmission (ECT)

Waktu perpindahan gigi dan waktu lock up diatur secara elektronik. Tipe ini menggunakan data (shift and lock pattern) yang tersimpan dalam ECU sebagai kontrolnya, juga terdapat fungsi diagnosa dan fail-safe.

Transmisi otomatis juga bekerja pada lima atau enam tingkat sebagaimana berikut :

1.      Netral                   : (N)

2.      Low Range           : (L) = mobil mulai bergerak, kecepatan rendah, mendaki dan menurun

3.      Drive Range          : (D) = Kecepatan tinggi pada jalan normal

4.      Reverse Range      : (R) = untuk mundur

5.      Parking Range       : (P)  = berhenti atau parker

6.      Angka 2                : digunakan untuk menurun

 

Perubahan kecepatan pada transmisi otomatis bergantung kepada injakan pedal gas dan kecepatan poros kopel(profeller shaft). Dengan demikian jika tuas pengatur terpasang pada posisi Low range, kendaraan akan mulai berjalan dari low gear dan secara otomatis berpindak ke hight gear (kecepatan tinggi). Kemudian apabila diperlukan momen yang besar, dengan menekan pedal akselerasi transmisi akan segera berpindah dari hight gear ke low gear. Perpindahan secara otomatis ini dapat dicapai sampai kecepatan 60 Km/jam. Diatas kecepatan 60 tidak akan terjadi pemindahan walaupun pedal akselerasi ditekan dalam-dalam. Hal tersebut dimaksudkan agar pada mesin tidak terjadi kecepatan putar yang berlebihan.

Automatic Transmission terdiri dari :

1.      Full hydraulic

2.      ECT meliputi :

a.       Pengaturan shift dan lock up timing

b.      Fungsi Diagnosa

c.       Fungsi fail-safe

d.      Lain-lain

 

                       Gambar : Macam-macam transmisi

2.      KEUNTUNGAN TRANSMISI OTOMATIS (FULL HYDRAULIC)

Dibandingkan dengan transmisi manual, transmisi otomatis mempunyai beberapa keuntungan sebagai berikut:

• Mengurangi kelelahan pengemudi karena tidak ada pengoperasian pedal kopling dan pemindahan gigi.

• Perpindahan gigi terjadi secara otomatis dan lembut.

• Mengurangi beban mesin karena mesin dan pemindah daya dihubungkan melalui fluida secara hidraulis (torque converter).

3.         KEUNTUNGAN ECT

Dibandingkan dengan transmisi otomatis full hydraulic, ECT mempunyai beberapa keuntungan sebagai berikut:

• Pengemudi dapat memilih mode penggendaraan.

• Mengurangi getaran perpindahan gigi

• Pemakaian bahan bakar lebih irit

• Mempunyai fungsi diagnosa dan memori

• Mempunyai fungsi fail safe

  

          Gambar : Konstruksi transmisi otomatis

 

4.         JENIS-JENIS TRANSMISI OTOMATIS

Transmisi otomatis dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

• Automatic transaxle, digunakan untuk kendaraan FF (Front-engine, Front-wheel-drive).

• Automatic transmission, digunakan untuk kendaraan FR (Front-engine, Rear-wheel-drive)

 

                               Gambar : Jenis-jenis Transmisi

5.         KOMPONEN-KOMPONEN UTAMA

Transmisi otomatis terdiri dari beberapa komponen utama sebagai berikut:

• Torque converter

• Planetary gear unit

• Hydraulic control unit

• Manual linkage

• Automatic transmission fluid

6.      TORQUE CONVERTER

Torque converter dan kopling fuida mempunyai konstruksi dan prinsip kerja yang sama. Seperti halnya pada kopling fluida, torque converter dipasang pada sisi input shaft transmisi dan diikat dengan baut terhadap bagian belakang poros engkol mesin melalui drive plate. Sedikit perbedaan dengan kopling fluida, torque converter dilengkapi dengan sudu-suduyangberbentuk kurva dan dilengkapi dengan sebuah stator yang dipasangkan diantara pump impeller dan turbine runner.

Pada torque converter, stator merubah aliran minyak ini sama dengan arah putaran pompa impeller dan ini tidak memungkinkan merubah momen dengan menggunakan tenaga yang tertinggal di dalam minyak. Bila terdapat perbedaan putaran yang besar antara pompa impeller dan turbine runner, seperti halnya pada waktu mesin hidup dan propeller shaft masih dalam keadaan berhenti maka aliran minyak diantara kedua bagian menjadi lebih kuat dan stator akan segera menyesuaikan diri untuk emncapai momen yang besar. Pada saat kecepatan turbine mendekati kecepatan pompa, putaran minyak akan mengalir berangsur-angsur berkurang sampai mencapai perbandingan 1 : 1, maka titik. Torque converter merubah momen dalam langkah yang tidak terbatas.

Pada putaran idling atau dalam keadaan di rem, di dalam coverter tetap terjadi sirkulasi minyak, tetapi tidak memberikan penambahan momen (tergelincir atau slip) dan berfungsi sebagai kopling seperti halnya kopling fluida.

Fungsi torque converter adalah:

• Memperbesar momen

• Sebagai kopling otomatis

• Meredam getaran perpindahan daya

• Sebagai flywheel

• Mengerakkan pompa oli

 

Komponen utama :

1. Torque converter

2. Transmission case

3. Transmission input shaft

4. Drive plate

  

Gambar : Komponen-komponen torque converter 
 

Keterangan :

1. Stator shaft                                                              5. Converter case

2. Stator                                                                      6. Oil pump

3. Pump Impeller                                                         7. Transmission input shaft

4. Turbine Runner                                                        8. One – Way Clutch

6.1.      Prinsip Kerja :

6.1.1.   Kendaraan berhenti , mesin idling

Pada saat mesin idle moment yang dihasilkan oleh mesin adalah minimum . Bila rem dioperasikan ( parking / foot brake ) beban pada turbine runner menjadi besar karena tidak dapat berputar . Akibat kendaraan berhenti, maka perbandingan kecepatan antara pompa impeller dan turbine runner nol sedangkan torque rationya maksimum . Oleh karena itu, turbine runner akan selalu siap untuk berputar dengan moment yang dihasilkan oleh mesin.

 

                 Gambar : Prinsip kerja Torque converter 

 

6.1.2.   Kendaraan mulai bergerak

Pada saat rem dibebaskan, maka turbine runner dapat berputar dengan poros input transmisi. Dengan menekan pedal Akselerator, maka turbine runner akan berputar dengan moment yang lebih besar dari yang dihasilkan oleh mesin, jadi kendaraan mulai bergerak.

6.1.3. Kendaraan berjalan dengan kecepatan rendah.

Bila kecepatan kendaraan bertambah, putaran turbine runner dengan cepat mendekati pompa impeller. Torque rationya dengan cepat mendekati 1,0. Pada saat perbandingan putaran turbine runner dan pompa impeller mendekati angka tertentu ( Clutch Point ) , stator mulai berputar . Dengan kata lain Torque Converter mulai bekerja sebagai kopling fluida. Oleh karena itu kecepatan kendaraan naik hampir berbanding lurus dengan putaran mesin.

6.2.         KONSTRUKSI

6.2.1.   PUMP IMPELLER

Pump impeller disatukan dengan converter case dan converter case dihubungkan ke poros engkol melalui drive plate, ini berarti pump impeller akan berputar saat poros engkol berputar. Pump impeler berfungsi untuk melemparkan fluida (ATF) ke turbine runner agar turbine runner ikut berputar. Pump impeller terdiri dari vane dan guide ring. Guide ring berfungsi untuk membentuk celah yang memperlancar aliran minyak.

6.2.2.   TURBINE RUNNER

Turbine runner dihubungkan dengan over drive input shaft transmisi, ini berarti turbine runner berfungsi untuk menerima lemparan fluida dari pump impeller dan memutarkan over drive input shaft transmisi. Turbine runner terdiri dari vane dan guide ring. Arah vane pada turbine runner berlawanan dengan vane pump impeler

6.2.3.   STATOR

Stator ditempatkan di tengah-tengah antara pump impeller dan turbine runner. Dipasang pada poros stator yang diikatkan pada transmission case melalui one way clutch. Stator berfungsi mengarahkan fluida dari turbine runner agar menabrak bagian belakang vane pump impeller, sehingga memberikan tambahan tenaga pada pump impeller.

One way clutch memungkinkan stator hanya berputar searah dengan poros engkol. Oleh karena itu, stator akan berputar atau terkunci tergantung dari arah dorongan minyak pada vane stator.

 

       
         Gmabar : Konstruksi Pump Impeller, Turbine Runner dan Stator

6.3.      CARA KERJA ONE WAY CLUTCH

6.3.1.   Outer Race Berputar Searah Putaran Poros Engkol

Saat outer race berputar searah putaran poros engkol, ia akan mendorong bagian atas sprag. Karena panjang l1 lebih pendek dari l , maka outer race berputar

  

6.3.2.   Outer Race Berputar Berlawanan Arah Putaran Poros Engkol

Bila outer race berputar berlawanan arah putaran poros engkol, sprag tidak dapat miring karena panjang l2 lebih panjang dari l. Akibatnya sprag berfungsi sebagai baji yang mengunci outer race dan mencegahnya berputar.

Retainer spring dipasang untuk menjaga posisi sprag sedikit menghadap ke atas pada arah hampir mengunci outer race.

 

6.4.         PRINSIP PEMINDAHAN TENAGA

Bila kita memasang dua buah kipas angin A dan B berhadapan satu sama lain, kemudian kipas angin A dihidupkan, maka kipas angin B akan ikut berputar dengan arah yang sama. Ini terjadi karena aliran udara dari kipas angin A membentur daun (vane) kipas angin B dan selanjutnya kipas angin B akan terbawa berputar. Dengan kata lain, terjadi pemindahan tenaga dari kipas angin A ke kipas angin B melalui angin sebagai perantara.

Torque converter bekerja dengan cara yang sama, pompa impeller memainkan peranan kipas A dan turbine runner sebagai kipas B. perantaranya adalah fluida (ATF).

Dalam keadaan yang sama, pompa impeller diputarkan oleh mesin yang memberikan energy dinamik pada minyak. Karena gaya centrifugal minyak dengan energy dinamik mengalir sepanjang permukaan kurva pompa impeller dan keluar dari bagian tengah kebagian luar dengan kecepatan yang tinggi, dan dengan sudut yang tertentu mendorong kipas-kipas turbine runner untuk memberikan momen . Momen ini adalah tenaga yang memutarkan turbin sama dengan pompa impeller dan memungkinkan keduanya berputar dalam satu kesatuan. Ini adalah cara kerja kopling fluida.

  
                Gambar : Prinsip PemindahanTenaga

6.5.         PRINSIP PEMBESARAN MOMEN

Pada kedua kipas yang diceritakan sebelumnya ditambahkan air duct, udara yang mengalir ke kipas B akan dikembalikan ke kipas A dari belakang melaui air duct. Ini akan menyebabkan energi yang tertinggal di udara setelah melalui kipas B akan membantu putaran kipas A.

Dalam torque converter, stator berfungsi sebagai air duct

  
              Gambar : Prinsip Pembesaran Momen

7.         Mekanisme Lock Up Clutch (sistem ECT)

Pada coupling range ( tidak ada peningkatan momen puntir ) Torque Converter meneruskan momen input dari mesin ke transmisi pada ratio mendekati 1 : 1. Pada pompa Impeller dan Turbine Runner paling sedikit terdapat perbedaan kecepatan putar 4 sampai 5 %. Oleh sebab itu , Torque Converter tidak memindahkan 100 % tenaga yang dibangkitkan oleh mesin ke transmisi, jadi terdapat kerugian energi. Untuk mencegahnya dan untuk mengurangi penggunaan bahan bakar, lock up clutch secara mekanik menghubungkan pompa Impeller dengan Turbine Runner pada saat kecepatan kendaraan mencapai 60 km/jam atau lebih , dengan demikian hampir 100 % tenaga yang dibangkitkan oleh mesin diteruskan ke transmisi.

Cara kerja

Lock Up Clutch bekerja berdasarkan aliran fluida yang mengalir ke Torque Converter. Saat kendaraan berjalan lambat, Converter Pressure mengalir ke bagian depan Lock Up sehingga Lock Up tidak bekerja .

Engine--- Drive Plate ---Front Cover Pump Impeller --- Turbine Runner ---Turbine Runner Hub--- Input Shaft

  
       Gambar : Cara Kerja Lock Up Clutch Kecepatan sedang/tinggi

 

Saat kendaraan kecepatan sedang s/d tinggi . Aliran fluida menekan Lock – Up ke arah Converter Case sehingga Lock – Up Clutch bekerja. Engine ---Drive Plate ---Front Cover ( Converter Case ) ---Lock Up Clutch ---Turbine Runner Hub--- Input Shaft.

 
         Gambar : Cara Kerja Lock Up Clutch Kecepatan sedang/tinggi

8.         PLANETARI GEAR UNIT

8.1.  Fungsi :

1. Merubah perbandingan gigi, untuk merubah momen dan kecepatan

2. Memungkinkan gerakan mundur

3. Memungkinkan gigi mundur

Planetari Gear set mempunyai tiga macam gigi yaitu :

1. Ring gear

2. Sun gear

3. Pinion gear.

Pinion gear dipasang pada Carrier . Pinion gear berhubungan dengan Sun gear dan Ring gear.

  

                    

                     Gambar : System Planetary Gear

8.2.            Cara kerja :

Sun gear, Ring gear maupun pinion Gear ( carrier ) terkunci dengan gigi lain yang beraksi sebagai input dan output sehingga terjadi percepatan, perlambatan dan gerakan mundur.

8.2.1.      Perlambatan

Cara kerja roda gigi Ring gear - Drive member (penggerak) = input Sun gear - Fixed (ditahan) Carrier –Driven member ( digerakkan ) = output Bila Ring gear berputar searah jarum jam, pinion gear akan berputar mengelilingi Sun gear sambil berputar searah jarum jam. Ini menyebabkan putaran Carrier menjadi lambat sesuai dengan banyaknya gigi Ring gear dan Sun gear.

 

8.2.2.      Percepatan

Cara kerja roda gigi Ring gear--- Driven member (digerakkan) = output Sun gear --- Fixed       ( ditahan ) Carrier --- Drive member ( penggerak ) = input. Bila Carrier berputar searah jarum jam, pinion gear akan berputar mengelilingi Sun gearsambil berputar searah jarum jam. Ini menyebabkan putaran Ring gear menjadi cepat sesuai dengan jumlah gigi Ring gear dan sun gear, Dan ini berlawanan dengan contoh di atas.

 

8.2.3.         Mundur

Cara kerja roda gigi Ring gear - Driven member ( digerakkan ) Sun gear - Drive member         ( penggerak ) Carrier - Fixed ( ditahan ) Bila sun gear berputar searah jarum jam, pinion gearyang terikat pada carrier akan berputar berlawanan dengan jarum jam dan mengakibatkan Ring gear juga berputar berlawanan dengan jarum jam. Pada saat ini Ring gear menjadi lambat sesuai dengan jumlah gigi Sun geardan ring gear.

                                          

9.         GEAR RATIO

Jumlah gigi digerakkan

Gear Ratio =   ------------------------------

Jumlah gigi pernggerak

Karena Pinion gear bekerja sebagai idle gear , jumlah giginya tidak dikaitkan dengan gear ratio. Oleh karena itu , gear ratio Planetary gear ditentukan oleh jumlah gigi carrier, ring gear dan sun gear. Karena carrier bukan merupakan gigi, banyaknya gigi perumpamaan dipergunakan pada carrier. Banyaknya gigi carrier Zc dapat diperoleh dengan persamaan :

Zc = Zr + Zs

Di mana ,

Zc = jumlah gigi carrier

Zr = jumlah gigi ring gear

Zs = jumlah gigi sun gear

 

Contoh :

Zr = 56 dan Zs = 24 , jika Sun gear fixed ( mati) dan Ring gear bekerja sebagai penggerak, maka gear ratio dari Planetary gear set adalah sbb :

    Digerakkan                           Jumlah gigi Carrier

GR =   ------------------           =      -----------------------

             Menggerakkan                       Jumlah gigi Ring gear

 =         Zr + Zs

                                                               Zr

 =         56 + 24

                                                                      5

 =         1,429

10.     Planetary gear unit 3 kecepatan

• Counter drive gear diikatkan oleh alur

dengan intermediate shaft dan berkaitan

dengan counter driven gear.

• Front dan rear sun gear berputar bersama

sebagai satu unit

• Front planetary carrier dan rear planetary

ring gear masing-masing diikatkan oleh

alur dengan intermediate shaft.

 

11.     FUNGSI MASING – MASING ELEMEN

NAMA                                                                                    FUNGSI

Forward Clutch (C1)                            Menghubungkan input shaft dengan front ring gear

Direct Clutch (C2)                                Menghubungkan input shaft dengan front dan rear sun gear

2nd Coast Brake (B1)                   Mengunci front dan rear sun gear, mencegah berputarnya searah jarumjam maupun berlawanan jarum jam

2nd Brake (B2 )                               Mengunci front dan rear sun gear, supaya tidak berputar berlawanan dengan jarum jam, pada saat F, kerja.

1 st Reverse Brake (B2)                      Mengunci planetary carrier supaya tidak berputar searah maupun berlawanan dengan jarum jam

One-way Clutch No. 1 (F1)             Pada saat B2 bekerja, mengunci front dan rear sun gear supaya tidak berputar berlawanan dengan jarum jam

One-way Cutch No. 2 (F2)             Mengunci planetary carrier supaya tidak berputar berlawanan dengan jarum jam

12.     SISTEM KONTROL HIDROLIK

Hydraulic control system merubah beban mesin (sudut pembukaan throttle valve) dan kecepatan kendaraan menjadi bermacam-macam tekanan hidrolik yang akan menentukan shifting.

Sistem ini terdiri dari oil pump, governor valve, dan valve body. Oil pump drive gear berhubungan dengan pump impeller pada torque converter dan selalu berputar dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan mesin. Governor valve digerakkan oleh drive pinion dan mengubah putaran (kecepatan) drive pinion shaft menjadi hydraulic signal yang dikirimkan ke valve body. Valve body menyerupai jalan yang berliku-liku, mempunyai jalur-jalur yang banyak sebagai saluran minyak transmisi. Pada jalur-jalur ini dipasang banyak katup yang membuka dan menutup jalur-jalur ini untuk mengirimkan dan menghentikan “hydraulic signal”ke bagian-bagian planetary gear unit.

 

OIL PUMP

Oil pump dirancang untuk mengirimkan minyak ke torque converter, melumasi planetary gear unit dan mengoperasikan tekanan kerja pada hydraulic control system. Drive gear dari oil pump terus menerus digerakkan oleh mesin melalui torque converter pump impeller.

 

TEKANAN MINYAK

Line pressure fungsinya          :

Diatur oleh primary regulator valve, ini adalah tekanan yang paling dasar dan terpenting yang digunakan pada transmisi otomatis, karena berfungsi untuk mengoperasikan semua kopling dan brake dalam transmisi, dan juga karena ini adalah sumber semua tekanan yang lain (governor pressure, throttle pressure dll) yang digunakan pada transmisi otomatis.

Converter pressure dan lubrication pressure fungsinya :

Dihasilkan oleh secondary regulator valve, ini digunakan untuk mengalirkan minyak ke torque converter, melumasi transmission case dan bearing dll serta untuk mengirimkan minyak ke oil cooler.

Throttle pressure fungsinya  : 

Throttle prssure (yang dihasilkan oleh throttle valve) naik dan turun mengikuti penekanan pedal akselerator.

Governor pressure  fungsinya :

Governor pressure (yang dihasilkan oleh governor valve) mengikuti kecepatan kendaraan. Keseimbangan atara kedua tekanan ini adalah faktor yang menentukan shift poit;oleh karena itu tekanan ini merupakan faktor yang sangat penting.