naar top
Menu
Logo Print
Artikel - 08/01/2018

ANALYSE VRACHTWAGENTURBO
LEVERT SCHAT AAN INFORMATIE OP

Turbo zelf nog weinig oorzaak van falen

Vrachtwagenturbo's zijn ontworpen met bedrijfszekerheid en degelijkheid in het achterhoofd, klaar om hun functie gedurende lange ritten op een constante manier uit te voeren. Maar ondanks de goede kwaliteit die de fabrikanten aanbieden, blijven het gevoelige onderdelen. Ook punctueel onderhoud en een perfecte behandeling zullen niet vermijden dat ze wel eens stukgaan. Een korte analyse van de schade kan evenwel veel informatie geven over de achterliggende oorzaak van de crash.

VRACHTWAGENTURBO TECHNISCH OP PUNT

Waar turbo's vroeger weleens zelf de boosdoener waren bij uitval, is dit dankzij technische verbeteringen steeds minder het geval. De oorzaak ligt dus veelal bij externe factoren. Een defecte turbo vervangen zonder aandacht te schenken aan de echte oorzaak, zal in vele gevallen dus snel leiden tot een herhaling van het defect. Helaas is het foutzoeken op turbo's niet altijd even makkelijk en vergt het, naast technische kennis ook wat ervaring, zeker bij vrachtwagens. Maar voor we beginnen aan de foutopsporing, geven we u een overzicht van de gebruikte technieken en de evolutie in de markt.

MEERDERE TECHNIEKEN

Zoals wel vaker het geval is, volgt de vrachtwagentechniek die van de personenwagens op de voet. Dat geldt ook voor turbo's. Onder invloed van emissienormen en technische evoluties komen er steeds nieuwe types en subtypes op de markt. Het is dus niet evident om deze steeds complexere systemen allemaal te kennen. Toch zijn er enkele hoofdtypes die we eerst bespreken.

Van wastegate naar variabele geometrieregeling

De wastegateturbo's zijn nog alomtegenwoordig. Maar door de strengere Euronormen, die een betere verbranding en minder uitstoot vereisen, is dit werkingsprincipe evenwel stilaan op de terugweg. Bij personenwagens verdringt de variabele regeling daarom de wastegate van de markt. Bij personenwagens wordt de variabele regeling verkregen door een elektronische regeling van de vanen. Die worden via tandwielen en wormwielen elektronisch van richting veranderd, waardoor de doorgang van de uitlaatgassen nauwer of wijder wordt. De snelheid stijgt of daalt hierdoor, met als gevolg een groter of kleiner koppel. Bij de vrachtwagenturbo's is de elektronische sturing van een turbo met variabele regeling niet sterk genoeg, omdat de vanen frequent vast durven te raken door de ophoping van roet. Daarom werkt een vrachtwagenturbo met variabele regeling veelal met een klok die voor- en achteruit beweegt in de turbine met een ankersysteem. Dat laat toe om een veel robuustere uitvoering te krijgen die meer op maat van vrachtwagens is. De variabele turboregeling was al een gigantische stap voorwaarts, maar de verbranding is nog steeds niet optimaal. Daarom ontwikkelen fabrikanten nog verbeterde types.

Steeds vaker dual stage

Sinds enkele jaren zijn de dualstagetypes sterk in opkomst. Hier wordt er gebruikgemaakt van twee samenwerkende turbo's. Eén turbo heeft een groot koppel bij de laagste toerentallen (bij het optrekken), maar zodra er een bepaald toerental bereikt wordt, komt er een kleinere turbo bij die het koppel hoog houdt bij de grotere toerentallen. De zo gecreëerde koppelwinst bij lagere toerentallen loopt op tot liefst 60% meer in vergelijking met de variabele types. Er wordt dan ook verwacht dat het aandeel van de dualstageturbo's de komende jaren exponentieel zal stijgen en de andere types zal overvleugelen. Binnen de dualstagetypes maakt men een onderscheid tussen seriële en parallelle uitvoeringen, op basis van hoe de beide turbo's geschakeld zijn.

DIVERSE OORZAKEN VOOR VASTLOPEN

De turbotechniek is al lang geen nieuwigheid meer en is volledig tot wasdom gekomen. Het gebeurt dan ook nog zelden dat een interne oorzaak aan de basis ligt van het vastlopen. Meestal zijn externe factoren de boosdoener. Hieronder volgt een overzicht van enkele frequente fouten en hoe ze gedetecteerd kunnen worden.

Smeringsproblemen

De interne opbouw van een turbo toonde al dat er heel wat roterende onderdelen ingezet worden. Die hebben smering nodig, anders lopen ze vast of veroorzaken ze beschadiging doordat de hitteopbouw te groot wordt. Smering is dus niet alleen maar nodig om de draaiende onderdelen vlot te laten draaien, maar ook om de hitteopbouw te verminderen. De glijlagers in het lagerhuis zweven rondom de as, met een fijne oliefilm tussen de onderdelen. Bij de smering zijn drie factoren van belang. Om de as en de lagers te positioneren, moet de olie altijd onder de juiste druk staan, zodat er geen frictie ontstaat. Naast oliedruk moet ook het debiet in orde zijn, want bij te weinig debiet zal de hitte niet snel genoeg afgevoerd kunnen worden. Bij hedendaagse turbo's wordt die warmteafvoer zeer belangrijk, omdat de toerentallen steeds hoger worden. Een derde factor die van belang is, is de viscositeit van de olie. Die staat rechtstreeks in verband met de kwaliteit. Vervuilde olie of olie die al te lang gebruikt wordt, verliest haar viscositeit en ook haar warmteafvoercapaciteiten.

Verkleuring van de as is een eerste indicatie dat er iets schort aan de warmteafvoer. Als er niks gedaan wordt aan de hitte, kunnen er heel diverse vormen van gevolgschade optreden. Warmte heeft uitzetting van materialen als gevolg. De lagers hebben sowieso heel weinig speling met hun behuizing, dus de minste uitzetting kan al resulteren in extra wrijving met de as. Die is in een vroeg stadium te herkennen aan lichte sporen op de lagers. In ergere gevallen kunnen de lagers ook vastlopen en zo extra beschadigd raken. Andere mogelijke gevolgen zijn het vastlopen van de turbinewielen en een breuk van de as van de turbine. De warmteontwikkeling kan er ook voor zorgen dat de olieafdichtingen het begeven. Iets wat in extreme gevallen kan voorvallen, is dat de lagers breken door de sterke impact van compressorwielen die vastlopen tegen het compressorhuis.

In minder erge gevallen zullen enkel de schoepen van het compressorwiel vervormd worden. Oververhitte olie kan ook verkolen, waardoor de smering vervuild raakt met roetdeeltjes. Die kunnen zich ophopen en zo verstoppingen of blokkeringen veroorzaken. Ook de kwaliteit van de olie kan dus nefaste gevolgen hebben. De snelheid waarmee de olie door de turbo gestuurd wordt, is zo hoog dat vervuilde partikels een schurende werking zullen hebben. Zo kunnen er groefvormige beschadigingen ontstaan die op de duur zo erg worden dat bijvoorbeeld de axiaallagers zwaar beschadigd raken.

Een goede oliehuishouding is overigens nog geen garantie dat warmte geen schade kan aanrichten. Een vrachtwagen die sterk belast werd maar plots stopt, zal niet langer druk leveren om de olie rond te sturen. De koeling valt dus weg. Maar ondertussen blijft de temperatuur wel nog hoog en kan de hitte schade veroorzaken.

Luchtfilter stuk

Een klein zandkorreltje dat aan 200.000 tr/min. in de turbocompressor terechtkomt, kan grote gevolgen hebben. Vooral de aluminium schroeven van de compressor zijn gevoelig. Soms worden ze letterlijk weggezandstraald of zelfs afgerukt van de rest van de compressor, zo sterk is de impact. Dat is ook de reden waarom steeds vaker het duurdere titaan gebruikt wordt. Een verstopte luchtfilter heeft nog andere onaangename neveneffecten. Het debiet dat naar de turbo gestuurd wordt, kan te klein worden, waardoor de turbo aan de andere kant vacuümgetrokken wordt. De as wordt zo naar voren getrokken, waardoor de oliefilm verdwijnt en er zo beschadiging ontstaat. Een zuivere en correct gemonteerde luchtfilter is, samen met een goede oliehuishouding, het belangrijkste aandachtspunt bij het nakijken van een turbo. Het heeft geen zin om een onderdeel van een turbo te vervangen als deze zaken niet nagekeken worden.

Losgeraakte borgmoer

De borgmoer zorgt voor de vasthechting van het compressorwiel op de as van de turbine. De borgmoer heeft een linkse draad, terwijl de turbine rechts draait. Die tegengestelde combinatie zorgt ervoor dat de borgmoer zich vastzet bij acceleratie en in theorie niet meer los kan raken. In bepaalde specifieke gevallen gebeurt dat evenwel toch. Dat is het gevolg van een lange kettingreactie die begint met een smeringsprobleem waardoor uiteindelijk de as vervormt en de moer lostrilt. Die losgeslagen moer kan aanzienlijke schade veroorzaken aan onder meer het compressorwiel.

Uitlaatgaslekkage

Te weinig turbodruk is meestal het gevolg van scheuren in het turbinehuis. De lekkages die ontstaan, leiden tot te weinig druk. Dit is een frequent probleem dat veroorzaakt wordt door te hoge temperaturen in de turbo. Benzinemotoren van personenwagens mogen dan het leeuwendeel van dit probleem vertegenwoordigen, ook bij vrachtwagenturbo's komt dit soort problemen geregeld voor.

Materiaalmoeheid

Vooral bij vrachtwagenturbo's kan materiaalmoeheid wel eens voor problemen zorgen, omdat een langdurige belasting meestal de achterliggende oorzaak is. Materiaalmoeheid is een verborgen oorzaak en wordt vaak verward met een inslag van een vreemd voorwerp. 'Er zal wel iets in gevlogen zijn' is dan de eerste gedachtegang, maar dit is dus niet altijd de juiste verklaring. Als er geen sporen van een impact te vinden zijn, lijkt materiaalmoeheid de logische boosdoener. Het probleem komt meestal tot uiting bij het compressorwiel dat intern scheurt.

Met dank aan Turbo's Hoet