Turbo Handboek
Turbo World b.v. De Wel 6B l 3871 MV Hoevelaken l The Netherlands T +31 (0)33 257 06 07 l F + 31 (0)33 257 06 09
[email protected] l www.turboworld.nl
Turbo Handboek
Turbo Handboek
Turbo Handboek Inhoud
1. Inleiding
2
3
1. INLEIDING 2. GESCHIEDENIS VAN DE TURBO 3. TECHNIEK De verbrandingsmotor Drukvulling Pulsdrukvulling Mechanische drukvulling Uitlaatgasdrukvulling Registerdrukvulling
7. TURBOSCHADES Wel of niet vervangen? Achterhalen van de klachtenoorzaak Onvoldoende smering Inslag van voorwerpen Vervuilde smeerolie Te hoge tegendruk van de uitlaatgassen Te hoge temperatuur van de uitlaatgassen Scheurvorming Materiaalmoeheid
8. PROBLEMEN EN OPLOSSINGEN 4. DE TURBO Voordelen en nadelen Opbouw en onderdelen De compressor Het binnenwerk De turbine
5 EXTRA ONDERDELEN De intercooler Parallelle schakeling Serieschakeling
6. ONTWIKKELINGEN DOOR DE JAREN HEEN Turbo-elektronica Variabele turbinetechniek De VNTOP
Turbo probleem analyse
9. QUALITY CHECKLIST 10. IN DE WERKPLAATS Het reinigingsproces Het oppervlaktebehandelingsproces Het controleproces Het balanceerproces
11. DOE DE TURBO-TEST Multiple choice test
Beste lezer, Dit handboek over turbo’s wordt u aangeboden door Turbo World. Wat mag u verwachten? Veel techniek uiteraard, alsmede de diverse voordelen en nadelen van turbo’s. Ook wordt ingegaan op de historie van de turbo en presenteren we u vele feiten en weetjes. Eigenlijk is dit handboek gemaakt voor twee soorten mensen: voor degenen met verstand van techniek én voor degenen die er graag meer verstand van zouden willen hebben. Al bladerend doet u vanzelf meer kennis op. U komt vragen tegen die antwoorden verlangen. En antwoorden die weer nieuwe vragen oproepen. Iedereen kan er wat van opsteken en dat maakt dit handboek tot iets waardevols. Iets om te bewaren. Voor op de balie, in de wachtruimte of in de kantine. Wij van Turbo World hebben dit handboek met ontzettend veel enthousiasme voor u samengesteld. Wij hopen dat hetzelfde voor u geldt tijdens het doornemen. Mochten er toch nog vragen zijn, aarzelt u dan niet contact op te nemen via telefoon en/of website. Wie weet verschijnt uw vraag of tip wel in een volgende uitgave. Wij wensen u heel veel lees- en kijkplezier! Jeroen Velthuis Directeur Turbo World
Turbo Handboek 2. GESCHIEDENIS VAN DE TURBO
3. TECHNIEK
4
5
De turbo bestaat ongeveer net zo lang als de verbrandingsmotor. Al in 1885 en 1896 deden Gottlieb Daimler en Rudolf Diesel onderzoek naar nieuwe mogelijkheden om het vermogen te vergroten en het brandstofverbruik te verminderen door het inbrengen van gecomprimeerde lucht. Het was de Zwitser Alfred J. Büchli die in 1905 het principe van de uitlaatgascompressor of turbo ontwikkelde en vastlegde. Hij bereikte een vermogenswinst van 40 procent en daarmee werd de turbo officieel geïntroduceerd in de auto-industrie. In 1938 produceerde fabrikant Swiss Machine Works Saurer de eerste turbomotor voor een truck. In 1961 introduceerde de Zweedse truckfabrikant Scania de eerste standaard ingebouwde turbomotor. In die tijd was dit een behoorlijk revolutionaire stap, omdat bij andere merken de turbo’s nog niet echt betrouwbaar waren gebleken. Een jaar later volgde de turbo voor personenauto’s. Vanwege hun onbetrouwbaarheid werden ze echter al weer snel van de markt gehaald. In de jaren zeventig deed de turbo zijn intrede in de autosport. Met name in de Formule 1 werd de turbomotor erg gewild en mede daardoor raakte de term ‘turbo’ ingeburgerd bij het grote publiek. Autofabrikanten speelden hierop in door hun topmodellen met turbo aan te bieden. Toch was er iets te vroeg gejuichd, want de eerste commerciële turbo’s waren nog niet erg zuinig in het gebruik. Bovendien vonden veel rijders het ‘turbogat’ – de korte vertraging bij het gas geven – te groot.
Het grote moment voor de turbomotor voor trucks brak aan in 1973, net na de eerste oliecrisis. Vanaf dat moment begon de turbo aan een opmars die voortduurt tot op de dag van vandaag. Eind jaren tachtig zorgde het toenemende milieubewustzijn voor strenger wordende emissie-eisen. Dat had weer tot resultaat dat er veel vrachtwagens met turbomotoren werden uitgevoerd. Momenteel is het zelfs zo dat praktisch alle truckmotoren met een turbo zijn uitgevoerd. De echte doorbraak voor turbomotoren in personenauto’s was in 1978, het jaar van de introductie van de Mercedes Benz 300 TD (foto 2.1). In 1981 volgde de VW Golf turbo diesel. Dit was een belangrijke mijlpaal, want voor het eerst leverde een dieselmotor (met turbo) bijna net zo veel vermogen als een benzinemotor zonder turbo, waarbij ook nog eens de uitstoot van schadelijke stoffen sterk was verminderd.
Elke motor levert een bepaald vermogen. In een verbrandingsmotor wordt dat vermogen geleverd door een combinatie van brandstof, zuurstof en de ontbrandingstemperatuur. Door elk van deze drie factoren te veranderen, verandert het vermogen van de motor. Willen we, bij een gelijkblijvende temperatuur, meer vermogen, dan zal er meer brandstof en zuurstof moeten worden aangevoerd. Dat vraagt om meer cilinderinhoud en dat maakt een motor groter, zwaarder en duurder. Natuurlijk kan ook de snelheid van de aanvoer van brandstof en zuurstof worden verhoogd, waardoor het toerental toeneemt. Dat heeft echter weer als nadeel dat de motoronderdelen sneller slijten.
Drukvulling Het motorvermogen kan worden vergroot door de lucht, benodigd voor de verbranding in de motor, samen te persen voor intrede in de motor. Deze samengeperste lucht kan op meerdere manieren worden aangeleverd: door pulsdrukvulling, door uitlaatgasdrukvulling (turbocharging), mechanische drukvulling (supercharging) of door registerdrukvulling (turbocharging). Pulsdrukvulling Pulsdrukvulling krijgt het benodigde drukvermogen uit de uitlaatgassen, maar er is tevens een mechanische aandrijving tussen de motor en de drukvulling. Deze vorm van drukvulling wordt vandaag de dag weinig meer toegepast.
2.1 Mercedes 3.0 liter Turbo Diesel
Mechanische drukvulling Bij supercharging of mechanische drukvulling komt het benodigde drukvermogen van de krukas, de mechanische verbinding tussen de motor en de drukvulling.
Er bestaan types mechanische drukvulling zonder en met inwendige compressie. Eén van de meest gebruikte types compressoren zonder inwendige compressie is de Roots-compressor, die zijn naam dankt aan de gebroeders Roots. Dit type compressor – dat door Mercedes verder is ontwikkeld – fungeert als een pomp: als de compressor meer lucht levert dan de motor zelf kan aanzuigen, ontstaat een overdruk in de inlaat. De spiraalcompressor – ook wel ‘G-Lader’ genoemd – is een voorbeeld van een compressor die wel gebruik maakt van inwendige compressie. Volkswagen heeft hier in het verleden gebruik van gemaakt. Vanwege de hoge kosten is de productie van dit type inmiddels stilgelegd. Uitlaatgasdrukvulling Turbo’s met uitlaatgasdrukvulling werken volgens het principe van constante druk. De turbocharger is eigenlijk niets anders dan een door de uitlaatgassen aangedreven compressor. De turbine wordt in gang gebracht door de energie die aanwezig is in de uitlaatgassen. Hoe meer energie in de uitlaatgassen, hoe meer toeren de turbine maakt. Registerdrukvulling Eén van de nieuwste ontwikkelingen op turbogebied is het registerdrukvullingsysteem. Hierbij start het turboproces met een kleine turbo, waarna een grote turbo de luchttoevoer naar de motor overneemt. Het resultaat is een dieselmotor met 20 procent meer vermogen, meer koppelvermogen bij lage toerentallen en een breder toerengebied.
Turbo Handboek 4. DE TURBO
6
7
Auto’s zouden eigenlijk twee motoren moeten hebben. Eén om snel mee te kunnen acceleren en één voor een constante snelheid. Omdat twee motoren in een auto iets teveel van het goede is, biedt de inbouw van een turbo een oplossing voor dit dilemma. De werking van een turbo berust op het onder druk toevoegen van extra lucht aan de motor, waardoor deze meer vermogen krijgt en zo betere prestataties kan leveren. De techniek erachter lijkt op het eerste gezicht ingewikkeld, maar berust op eenvoudige principes. In de cilinders vindt de verbranding plaats van brandstof en zuurstof. De uit de cilinder stromende uitlaatgassen drijven het turbinewiel in de turbo aan. Dit turbinewiel is met een starre as gekoppeld aan een compressorwiel en drijft dit aan. Het draaiende compressorwiel op zijn beurt zuigt lucht aan en perst deze samen. Zodra de inlaatklep zich opent, stroomt de gecomprimeerde lucht de cilinder binnen (foto 4.1). Er is min of meer een vermogensevenwicht tussen de turbine en de compressor van de turbo. Hoe meer energie de uitlaatgassen leveren, hoe meer toeren de turbine en dus ook de compressor maakt. Zodoende wordt er meer Iucht in de motor gepompt en kan deze meer energie leveren.
4.1 Stroomschema turbocharger
De turbo en de motor zijn niet mechanisch met elkaar verbonden, alleen stromingstechnisch door de inlaatlucht en de uitlaatgassen. Het toerental van de turbo hangt ook niet af van het motortoerental, maar van het motorvermogen. Als er meer brandstof in de motor komt, stromen de uitlaatgassen sneller. Daardoor gaat de turbo sneller draaien, stijgt de vuldruk en wordt meer lucht in de cilinders gepompt, waardoor weer meer brandstof kan worden toegevoegd. Het resultaat is altijd een betere verbranding van een grotere hoeveelheid brandstof en, bij een gelijkblijvende cilinderinhoud, een groter motorvermogen.
Voordelen en nadelen De turbo biedt veel voordelen. Maar wat is dan de reden dat fabrikanten van automotoren de turbo niet standaard inbouwen? Wij hebben voor u de voor- en nadelen van de turbo op een rij gezet. Een turbomotor biedt technische en economische voordelen ten opzichte van een motor zonder turbo. 1. De verhouding tussen gewicht en vermogen van een turbomotor is gunstiger; met een turbo is het mogelijk uit een relatief kleine motor relatief veel vermogen te halen. 2. Een turbomotor biedt een gunstiger brandstofverbruik, zeker over langere afstanden. 3. De brandstof in een turbomotor wordt beter verbrand en daardoor vermindert de uitstoot van schadelijke stoffen. 4. Een turbomotor maakt minder lawaai dan een vrij aanzuigende motor; bovendien fungeert de turbo ook nog eens als een extra uitlaatdemper. 5. De prestaties van een turbomotor zijn op grotere hoogtes beter. De turbo levert meer energie op omdat de tegendruk van de ijlere lucht op grote hoogtes lager is, waardoor de motor bijna hetzelfde vermogen levert als op lagere hoogtes het geval is.
Turbo Handboek 4. DE TURBO
8
9
De toepassing van een turbomotor heeft echter ook nadelen, die door de voortschrijdende technische ontwikkeling al zijn of kunnen worden opgelost. 1. Het ‘turbogat’. De turbo begint pas echt te werken bij een bepaald toerental. De turbo wordt nu eenmaal aangedreven door uitlaatgassen en die komen pas in grote hoeveelheden vrij bij een hoog toerental. 2. De warmte. Een turbo wordt aangedreven door uitlaatgassen en deze bereiken al snel temperaturen van 800 graden celsius of meer. Door deze hoge temperaturen wordt de inlaatlucht opgewarmd en warme lucht is minder rijk aan zuurstof, die nodig is voor een goede verbranding. 3. De extra belasting. Het hogere vermogen vormt een grotere belasting voor de motor, waardoor de motor als geheel minder lang meegaat. Dit nadeel kan worden opgevangen door altijd warm te rijden en de motor na stilstand goed af te laten koelen.
de lucht via het wiel wordt aangezogen. De aangezogen lucht wordt naar de omtrek van het compressorwiel geleid en tegen de wand van het compressorhuis gedrukt. Daardoor wordt de lucht samengedrukt, waarna deze via het inlaatspruitstuk in de motor wordt geperst. Vanwege de enorme rotatiesnelheden die hedendaagse turbo’s behalen, worden aan het gietwerk van het compressorwiel bijzonder hoge eisen gesteld. Zo zagen we het gebruik van vlakke compressorwielen (foto 4.2) veranderen in compressorwielen waar-
4.5 Opbouw van een recirculatieklep
4.2 Flatback compressorwiel
van de achterzijde is versterkt (foto 4.3). De laatste ontwikkeling zit in de zogenaamde boreless compressorwielen (foto 4.4). Het compressorwiel is niet meer volledig doorgeboord om zodoende beter met de hoge rotatiesnelheden om te kunnen gaan.
4.3 Superback compressorwiel
4.4 Boreless superback compressorwiel
Opbouw en onderdelen Een turbo is opgebouwd uit drie hoofdonderdelen: de compressor, het binnenwerk en de turbine. De compressor Het uit aluminium vervaardigde compressorhuis en het compressorwiel worden samen de compressor genoemd. Het formaat ervan wordt bepaald door de specificaties van de motor. De vorm van het compressorhuis leidt er toe dat de lucht wordt gecomprimeerd, waarna deze onder druk naar de verbrandingsruimte wordt geleid. Het compressorhuis bevat het compressorwiel dat star op de turbine-as is gemonteerd. Dat houdt in dat het net zo snel draait als het turbinewiel. De schoepen van compressorwiel zijn zo gevormd dat
Deze maatregelen zorgen ervoor dat het risico van materiaalmoeheid door langdurige belasting van het compressorwiel steeds kleiner wordt. Steeds vaker wordt op turbo’s een zogenaamde recirculatieklep op de compressoruitgang geplaatst. De klep opent automatisch als de druk in de luchtinlaat wegvalt. Hierdoor wordt de lucht bij de compressoruitgang teruggeleid naar de compressorinlaat. Bij gas terugnemen of afremmen zorgt de klep ervoor dat de turbo zoveel mogelijk op snelheid wordt gehouden, zodat deze onmiddellijk beschikbaar is als opnieuw gas wordt gegeven (foto 4.5).
Turbo Handboek 4. DE TURBO
10
11
Het binnenwerk Het binnenwerk vormt het centrale gedeelte van de turbo en is gemonteerd tussen het compressorhuis en het turbinehuis. In dit binnenwerk is het lagerhuis gemonteerd. In het lagerhuis loopt de starre turbine-as, die draait in een zwevend lagersysteem met één of twee radiaallagers. Aan beide zijden van de turbine-as bevinden zich de schoepenwielen. De positie van de schoepen van het compressorwiel is de omgekeerde stand van de schoepen van het turbinewiel. Deze stand zorgt er voor dat er lucht vanuit het luchtfilter wordt aangezogen. De smering van de turbine-as en de lagers geschiedt via het oliecircuit van de motor. De motorolie wordt tussen het lagerhuis en de lagers, maar ook tussen de lagers en de turbine-as, geperst. De olie dient niet alleen als smering, maar ook als koelmiddel voor de as, de lagers en het lagerhuis.
Wist u dat…
rd, den en gesmee goed onderhou its lf m ze o, u t rb tu da n En gaat? …dat ee 0 kilometer mee 00 0. 12 ’n t? zo ef ld he gemidde invloed op daar een grote met uw rijgedrag
Om het oliecircuit gesloten te houden, zitten er olie-afdichtingen aan zowel de turbine- als aan de compressorzijde. Aan beide zijden bevinden zich zuigerveertjes, welke echter niet moeten worden beschouwd als echte oliekeerringen. Dit kan als volgt worden toegelicht: indien er te weinig uitlaatgasdruk zou zijn door schade aan de turbinezijde, zal er olielekkage optreden aan de turbinekant van de turbo. Ditzelfde probleem kan optreden aan de compressorkant. Als er onvoldoende tegendruk is van de motor dan zal de turbo namelijk olie gaan lekken aan de compressorkant. Daardoor zal, als men de turbo laat draaien zonder dat de compressoruitlaatslang is aangesloten, olielekkage gaan optreden. Dit verschijnsel is wederom een voorbeeld van het feit dat de zuigerveren niet als keerringen functioneren. Het voorkomen van olielekkage aan de compressorzijde wordt verzorgd door de zogenaamde thrust collar, de compressor backplate en het zuigerveertje. De thrust collar is zo geconstrueerd dat deze ervoor zorgt dat bij een stationair toerental geen olielekkage optreedt. De backplate is de afdichtingsplaat voor het lagerhuis.
Turbo Handboek 4. DE TURBO
12
13
De turbine-as is aan het turbinewiel vastgelast en vormt een starre verbinding met de compressor. De turbine-as is hol ter hoogte van de las, om als een thermische brug de warmteoverdracht van het turbinewiel naar de turbine-as te bemoeilijken. Aan de turbinekant van de turbine-as zit een groef met daarin het zuigerveertje. Het Ioopvlak van de radiaallagers is extra verhard en glad gepolijst. Het dunnere uiteinde van de turbine-as loopt door het compressorwiel heen en is aan het uiteinde voorzien van schroefdraad, waarop een borgmoer zit om de rotor op te sluiten.
4.6 Overdrukklep gesloten
4.7 Overdrukklep open
De turbine Het turbinehuis en het turbine-as vormen samen de turbine. Het turbinehuis is gemaakt van gietijzer en is daardoor bestand tegen de enorme temperaturen die behaald worden. Deze temperaturen kunnen oplopen tot meer dan 800 °C. Het turbinewiel van de turbo wordt aangedreven door uitlaatgassen. De uitlaatgassen worden via het uitlaatspruitstuk van de motor naar het turbinehuis geleid. Omdat het kanaal binnen het turbinehuis steeds kleiner wordt, zal er automatisch een stroomversnelling van de uitlaatgassen optreden. De speciale 'slakkenhuis’-vorm van het turbinehuis zorgt ervoor dat de gassen om het turbinewiel heen worden geleid en dat het turbinewiel gaat draaien. De rotatiesnelheid van de turbine wordt bepaald door de doorlaat van het turbinehuis. Het formaat en de doorlaat van de turbine is afhankelijk van de cilinderinhoud, het toerental en het gewenste vermogen van de motor.
In de meeste gevallen wordt de druk geregeld door een overdrukklep die een gedeelte van de uitlaatgassen om de turbine leidt als de druk te hoog dreigt te worden. Deze klep – ook wel ‘wastegate’ genaamd – wordt meestal geopend en gesloten door de actuator. Een actuator is een membraan dat aan het compressorhuis is gemonteerd. Naarmate een turbo meer druk levert, zorgt het membraan ervoor dat een stang de wastegate opent. Dit voorkomt dat de druk te hoog wordt (foto 4.6 en foto 4.7).
Wist u dat…
de een luchtbel in t kan gaan door po en ka rd al ee o sm rb ge tu …een el even niet he dt or w o rb pe tu laten lo n. olieleiding? De de lagers vast te om jn zi e nd oe dat kan al vold
Turbo Handboek 5. EXTRA ONDERDELEN
6. ONTWIKKELINGEN DOOR DE JAREN HEEN
14
15
De turbotechniek blijkt op meerdere fronten te ontwikkelen. Dat geldt niet alleen voor de turbo zelf, maar ook voor de extra’s. Daarnaast zijn fabrikanten bezig de grenzen te verkennen van de techniek om meerdere turbo’s in een auto te bouwen, parallel of serieel.
De intercooler Een turbo werkt met gecomprimeerde lucht. Door het samenpersen van de lucht wordt deze warmer en neemt het zuurstofgehalte af. Dit is nadelig voor het behalen van de meest optimale verbranding, want daarvoor is juist zoveel mogelijk zuurstof in de samengeperste lucht nodig. De samengeperste lucht moet dus worden afgekoeld en daarom wordt tussen de turbo en de motor vaak een soort radiateur – de ‘intercooler’ – gemonteerd. Deze intercooler koelt de lucht namelijk weer af.
Het principe van de seriegeschakelde turbo’s werd in 2004 door BMW getest in de uitputtende Dakar Rally. De Variabele Twin Turbo (VTT) techniek werkt met een tweetraps- of registerdrukvulling. Nadat een kleine turbo is begonnen, neemt een grote turbo op het juiste moment de luchttoevoer naar de motor over. Het resultaat dat BMW met de nieuwe 3 liter VTT dieselmotor wist te bereiken was 20 procent meer vermogen, meer koppel bij lage toerentallen en een breder toerengebied (foto 5.1).
Parallelle schakeling Het is mogelijk meerdere turbo’s in te bouwen. Met name bij V-type motoren kan worden gekozen voor meerdere kleinere turbo’s. Kleinere turbo's komen sneller op gang en reageren dus eerder op het gaspedaal. Een ander voordeel is dat twee kleinere turbo’s een sneller resultaat geven dan een grote turbo. Enkele (kleine) nadelen zijn er ook: twee turbo’s vallen meestal duurder uit dan één grote turbo en de synchronisatie kan nauw luisteren. Een toepassing uit het verleden is de Nissan 300 ZX, die een fraai voorbeeld vormt van een personenauto die gebruik maakt van twee kleinere turbo’s.
Serieschakeling Naast parallel geschakelde turbo’s is het ook mogelijk turbo’s in serie te schakelen. De turbo’s staan als het ware in één lijn, waardoor een versterkend effect optreedt. Na de twee turbo’s te zijn gepasseerd komen de uitlaatgassen in de uitlaat.
5.1 BMW Variabele Twin Turbo dieselmotor
Wist u dat…
gassen bij de ur van de uitlaat tu ra pe m te e ld ius bedraagt? …de gemidde 800 graden Cels o rb tu s el es di n 0 graden Celsiu inlaat van ee eturbo zelfs 1.00 in nz be n ee j bi En dat dit kan zijn?
Door geavanceerd gietwerk, nieuwe compressortechnieken en verbeterde stressbestendigheid van de toegepaste materialen is de toekomst nu echt begonnen. Nieuwe technieken doen hun intrede en we staan aan de basis van mogelijk spectaculaire ontwikkelingen. De turbo is bij uitstek geschikt voor toepassing in een dieselmotor van een vrachtauto. Met een turbo is meer vermogen uit een motor te halen, waardoor deze relatief klein kan blijven en het nuttig laadvermogen toeneemt. Dat is ook de reden dat aan het begin van het nieuwe millennium vrijwel alle dieselmotoren in het vrachtvervoer zijn uitgerust met een turbo. Moderne diesels hebben een brede toerentalspreiding, wat inhoudt dat er ook bij lage toerentallen een hoge turbodruk nodig is.
In vergelijking met een dieselmotor is er bij de uitlaatgassen van een benzinemotor sprake van veel vermogen bij hoge toeren en dus aanzienlijk hogere uitlaatgastemperaturen. Dat is de reden dat turbo’s voor benzinemotoren een andere constructie kennen en uit andere materiaalsoorten worden vervaardigd. Om het bereik van de turbo te verbreden, wordt een wastegate met actuator toegepast. In het ontwerp van de wastegate is ook rekening gehouden met de grotere hitte, zodat deze effectiever kan worden afgevoerd. Overigens zien de turbo's voor dieselmotoren er soms bijna exact hetzelfde uit als die voor benzinemotoren. Ter voorkoming van vergissingen heeft fabrikant Garrett de verschillende turbo’s een kenteken gegeven, waarbij de vorm van de neus van het turbinewiel herkenbaar afwijkt.
Turbo Handboek 6. ONTWIKKELINGEN DOOR DE JAREN HEEN
16
17
Variabele turbinetechniek Eén van de beperkingen van een turbocharger is de uitlaatgasdoorlaat van het turbinehuis. Wanneer een turbinehuis met een kleine doorlaat wordt gebruikt, zal de turbo goed presteren bij lage toerentallen. Lage toerentallen leveren een uitlaatgasstroom met lage druk op. Door de kleine doorlaat wordt deze luchtstroom echter bijeen gedrongen, waardoor toch een hogere druk ontstaat. 6.1 Elektronische actuator
De autoindustrie moet vandaag de dag aan zeer zware eisen voldoen: zuiniger, schoner, veiliger, krachtiger en comfortabeler. Met de strenger wordende emissie-eisen en de vraag om kleinere, maar krachtiger motoren lijkt voor de turbo een essentiële rol weggelegd, met name in de toepassing van turbo’s op dieselmotoren. Door optimalisatie van mechaniek en elektronica wordt het rendement van de moderne dieselmotoren steeds groter. Een bijkomend voordeel is dat tegemoet kan worden gekomen aan de immer strenger wordende emissie-eisen. Aan de toekomstige eisen kan nauwelijks nog worden voldaan met motoren die dezelfde cilinderinhoud hebben als de huidige modellen. De inzet van een turbo kan dan uitkomst bieden.
Het nadeel van een turbo met een kleine doorlaat is dat deze al snel zijn maximum aan vermogen bereikt. Bij een uitlaathuis met een grote uitlaatgasdoorlaat draait het probleem zich om. Nu functioneert de turbo prima in het hogere bereik van de motor, maar zal er bij lagere motortoerentallen sprake zijn van te weinig turbodruk. Om dit dilemma op te lossen kan de grootte van de doorlaat worden gevarieerd. Zodoende wordt optimaal gebruik gemaakt van een grote en een kleine doorlaat. Officieel noemen we dit het werken met variabele geometrie, maar in de volksmond spreken we over variabele turbochargers (foto 6.2).
6.2 Variabele turbocharger
Als vervolg op de eerste VNT turbochargers (oftewel Variable Nozzle Turbine) werd een tweede model geïntroduceerd. Het vervolgontwerp kenmerkt zich door meer vanen en geldt, door de grote trekkracht vanaf lage toeren, momenteel als de standaard voor personenauto's met dieselmotoren.
Wanneer de vanen in een nagenoeg dichte positie staan, worden de uitlaatgassen op het uiteinde van de turbinevanen gericht (foto 6.3). Hierdoor zal de turbo snel accelereren en een verhoogde turbodruk produceren, als ware het een turbo met een kleine uitlaatgasdoorlaat. Wanneer de turbo vervolgens op druk komt, worden de vanen geopend, waardoor de acceleratie van de turbo wordt afgeremd (foto 6.4). Als de vanen in de maximale open positie staan, is het alsof er geen variabele nozzle ring is gemonteerd en wordt het maximale toerental van de turbo weer bepaald door de eigenlijke uitlaatgasdoorlaat van het turbinehuis van de turbo. In 1989 werd de variabele technologie voor het eerst commercieel toegepast door Garrett en dit veroorzaakte een revolutie op de markt van turbodieselmotoren voor personenauto’s.
Turbo-elektronica Vandaag de dag gelden steeds zwaardere eisen als het gaat om brandstofverbruik, emissiewaarden en geluidsniveau. Om aan deze eisen tegemoet te kunnen komen, is het noodzakelijk om de oplossing te zoeken in elektronica. Kleine computers berekenen bij elk toerental de optimale turbodruk. Ook de seriematige toepassing van een elektronische actuator – die een snellere reactie van de turbo mogelijk maakt – is een ontwikkeling die niet onvermeld mag blijven (foto 6.1).
Door het gebruik van deze variabele geometrie kan de grootte van de doorlaat van het turbinehuis worden afgestemd op de maximale snelheid en trekkracht die door de motor gevraagd wordt. Om vervolgens het probleem van het minder goed functioneren in het lage bereik van de motor op te lossen, is het de bedoeling om een kleinere uitlaatgasdoorlaat te bereiken. Hiervoor is het turbinehuis rondom voorzien van een aantal beweegbare vanen. Als de doorlaat tussen de vanen wordt verkleind, ontstaat alsnog een hoge uitlaatgasdruk. Daarnaast is van belang dat, door het verstellen van de vanen, de hoek kan worden veranderd waarmee de uitlaatgassen op het turbinewiel terecht komen.
6.3 Vanen in dichte positie: volledig aandrijving turbine
6.4 Vanen in open positie: beperkte aandrijving turbine
Turbo Handboek 6. ONTWIKKELINGEN DOOR DE JAREN HEEN
18
19
De VNTOP Garrett ontwikkelde daarnaast de VNTOP, wat staat voor ‘VNT one piece’. Deze wordt ook wel turbo met ‘slidevane’ genoemd en is een technisch eenvoudiger uitvoering van de variabele turbo. Dit type heeft vanen die niet meer individueel regelbaar zijn, maar waarbij een verschuifbare ring de toestroom naar de schoepen bepaalt (foto 6.6 en foto 6.7). Het gaat hier om een compacter, goedkoper en eenvoudiger type met minder nauwkeuriger afstellingsmogelijkheden. De VNTOP vindt veel toepassing in dieselmotoren voor personenauto’s in de kleinere en middenklasse.
6.6 Vanen in open positie: volledige aandrijving
Wist u dat…
n tot 220.000 rbo’s ronddraaie tu s tie ra ne ge ing de rotoren …nieuwe dat ter vergelijk En t? uu t in m r toeren pe eren per minuu lechts” 7.000 to “s g ui gt ie vl n van ee bereiken?
6.7 Vanen in dichte positie: beperkte aandrijving
Turbo Handboek 7. TURBOSCHADES
20
21
Hoe goed een turbo ook is ontworpen, wordt behandeld en onderhouden, schade blijft natuurlijk altijd mogelijk. En omdat de ene schade de andere niet is, is er voor vrijwel elk probleem een andere oplossing. Dit hoofdstuk gaat in op de diverse mogelijkheden, waarbij het achterhalen van de klachtenoorzaak centraal staat. Een turbo wordt door de meeste garages als een complex onderdeel ervaren. Op zich is dat niet zo verwonderlijk, omdat de turbo in de loop der jaren steeds compacter is geworden. Verder zijn de toerentallen gestegen tot meer dan 200.000 toeren per minuut en maakt de turbo steeds meer deel uit van het motormanagement. Hoewel de complexiteit meevalt, is en blijft een turbo een gevoelig onderdeel. Gelukkig komen turboschades veroorzaakt door de turbo zelf vandaag de dag niet meer zo vaak voor als in de beginjaren. De schades die wel ontstaan, vallen vaak onder de categorie gevolgschades. De oorzaak is niet direct bekend, maar het gevolg – een kapotte turbo – wel.
Wel of niet vervangen? Het eenvoudigweg vervangen van de kapotte turbo door een nieuw of gereviseerd exemplaar is dan slechts een oplossing voor de korte termijn. Aan te raden is om eerst na te gaan of de turbo wel de oorzaak is van de ontstane klacht en of het de enige oorzaak is. Zodra alle mogelijke opties in een werkplaats zijn doorgenomen en zeker is dat de turbo defect is, dan zal deze moeten worden vervangen.
Achterhalen van de klachtenoorzaak Bij een goed werkende en goed onderhouden motor zal een turbo jarenlang betrouwbaar blijven functioneren. Het komt nog steeds voor dat veel turbo's onnodig worden vervangen omdat niet de juiste diagnose is gesteld. Als eenmaal besloten is de turbo te vervangen, dan is het nog steeds belangrijk om te achterhalen waardoor het defect is veroorzaakt, zodat vergelijkbare problemen in de toekomst kunnen worden voorkomen. We beschrijven hier welke defecten aan een turbo kunnen ontstaan en waardoor dit wordt veroorzaakt. Onvoldoende smering Bij onvoldoende smering ontstaat directe overdracht van warmte van het turbinewiel, waarbij de resterende smeerolie verbrandt of verkoolt en er een verkleuring van de as te zien is (foto 7.1).
7.1 Verkleuring op turbine-as
7.3 Aangelopen turbinewiel
De lagers lopen dan vast en beschadigen (foto 7.2). Hierdoor kan verdere schade ontstaan, waaronder het aanlopen van de wielen (foto 7.3), het begeven van de olie-afdichtingen en het breken van de turbine-as (foto 7.4).
Wist u dat…
n r wordt gezoge turbocompresso n ee in e di t ch ...de lu t? ssnelheid bereik bijna de geluid 7.2 Beschadigd lager naast nieuw lager
7.4 Gebroken turbine-as
Turbo Handboek 7. TURBOSCHADES
22
23
Door de zich verspreidende temperatuurstijging raakt ook het lagerwerk sterk verhit. Dit zet vervolgens uit, waarbij materiaal van de lagers zich kan afzetten op de as (foto 7.5).
Het materiaal van het buitenste axiaallager is weggesmolten door de grote wrijvingswarmte tussen thrust collar en axiaallager (foto 7.7).
7.5 Lagerafzetting op turbine-as
7.7 Beschadigd axiaallager naast nieuw axiaallager
De beweging van de as heeft grote slijtage aan de buitenkant van de afdichtingsbus veroorzaakt. Het draagvlak van de thrust collar is weggesleten (foto 7.6).
Wist u dat…
celereren seconde kan ac n éé n da r de in m t? …een turbo in eren per minuu naar 150.000 to en er to 00 .0 20 van
7.6 Beschadigde thrust collar naast nieuwe thrust collar
Turbo Handboek 7. TURBOSCHADES
24
25
7.8 Aangelopen compressorwiel
7.10 Aangelopen compressorhuis
Ook zijn de schoepen van het compressorwiel tegen de wand van het compressorhuis gelopen (foto 7.8, foto 7.9 en foto 7.10). De uiteinden van de schoepen zijn vervormd en deels afgeschaafd.
Dit kan met dermate hevige krachten gepaard gaan dat zelfs de lagers kunnen breken (foto 7.11). 7.13 Inslag vreemd voorwerp nozzle ring
Inslag van voorwerpen Door de inslag van vreemde voorwerpen kan grote schade ontstaan aan de turbine-as van de turbo (foto 7.12). Ook het variable gedeelte is gevoelig voor inslagen, waarbij de nozzle ring kan beschadigen (foto 7.13). Bijgaande afbeeldingen laten zien wat de gevolgen kunnen zijn van inslag door losse deeltjes uit de motor. 7.9 Beschadigd compressorhuis naast nieuw compressorhuis
7.11 Nieuw radiaallager naast gebroken radiaallager
7.12 Inslag vreemd voorwerp turbine-as
Turbo Handboek 7. TURBOSCHADES
26
27
Wist u dat…
ir te laten or even stationa ot m de is ig nd heeft moeten …het versta n rit veel toeren ee ns de tij ze t de turbo goed lopen als de namelijk voor da er t rg zo t Di draaien? rd en afkoelt. wordt nagesmee
7.15 Inslag door kleine vuildelen
Aan de compressorzijde zien we een vergelijkbaar beeld ontstaan. De schoepen van het compressorwiel zijn beschadigd of zelfs helemaal verdwenen (foto 7.14). Bij intrede van een zacht voorwerp is de schade minder groot, maar kunnen de schoepen wel achterover worden gebogen. Als gevolg van een lek tussen het luchtfilter en de turbo kunnen kleine vuildelen binnentreden en door de schurende werking het compressorwiel beschadigen (foto 7.15). Hierdoor kunnen turbineas en wielen uit balans raken en instabiel worden. Door de enorme toerentallen is verdere schade dan niet te vermijden. 7.14 Inslag vreemd voorwerp compressorwiel
Turbo Handboek 7. TURBOSCHADES
28
29
Vervuilde smeerolie De olie in de turbo heeft een dubbele werking: die van smering en van koeling. De bijgaande afbeeldingen tonen wat de gevolgen kunnen zijn van de werking van vervuilde smeerolie Gefilterde motorolie kan nog kleine vuildeeltjes bevatten. Is het loopvlak van de as normaal spiegelglad, door het resterende vuil in de olie zijn diepe groeven ingesleten. Het vuil in de olie heeft een schurende werking (foto 7.16). Dat is goed te zien aan het draagvlak van dit axiaallager, waarbij het draagvlak op meerdere plaatsen volledig is weggesleten, tot zelfs de oliekanalen dichtslibben (foto 7.18).
7.16 Gegroefd radiaallager
Door de schurende werking van de vervuilde smeerolie zijn de beide kanten van de thrust collar uitgesleten (foto 7.17).
Wist u dat…
erbalans een hind een turbo in on om o rb is tu el ie de nt n se …het es nsduur va akt en de leve e za di or s ro ie at ve br id vi lu lijk ge akt door de za or ro ve dt or tw vermindert? Di ontstaan. en er to ge ho bij
7.17 Beschadigde thrust collar en nieuwe thrust collar
7.18 Ingesleten axiaallager
Turbo Handboek 7. TURBOSCHADES
30
31
7.19 Dichtgekoold lagerhuis
7.20 Ingesleten lagerplaatsen turbine-as
Onder vervuiling wordt ook verkoling van de smeerolie verstaan (foto 7.19). Verkoolde olie kan zich vastzetten op de binnenkant van het lagerhuis en daardoor de olie-afdichtingen blokkeren met kans op olie-lekkage. Ook kan door olie-verkoling verdere schade worden veroorzaakt aan lagers en afdichtingen.
Te hoge tegendruk van de uitlaatgassen Een verstopte uitlaat is in de meeste gevallen de oorzaak van een te hoge tegendruk van de uitlaatgassen. Een te hoge tegendruk kan daarnaast worden veroorzaakt door problemen met de katalysator of, in moderne motoren, de EGR-klep.
Is de smeerolie erg vervuild, dan kan deze diepe groeven in de lagerplaatsen van de turbine-as veroorzaken (foto 7.20). In het geval van aluminium lagers zet het vuil zich vaak vast op het lageroppervlak en veroorzaakt grote schade op de loopvlakken van de turbine-as en het lagerhuis (foto 7.21).
Aan de hand van de bijgaande afbeeldingen wordt duidelijk wat hiervan de gevolgen kunnen zijn.
7.21 Beschadigde turbine-as en nieuwe turbine-as
Er is slijtage op de zuigerveer en de zuigerveergroef van de turbineas ontstaan, met als gevolg olielekkage naar de turbinekant (foto 7.22). De olie in de turbine is verkoold, waardoor kooldeeltjes in het lagerhuis terecht kunnen komen.
7.22 Uitgesleten zuigerveergroef turbine-as
Wist u dat…
an voor bijt bij het stilsta ok ro w au bl s ngrijk signaal …een auto som dat dit een bela En ? ht lic op st voorbeeld een de turbo? een probleem in is dat wijst op
Turbo Handboek 7. TURBOSCHADES
32
33
Materiaalmoeheid Materiaalmoeheid ontstaat door een te lange of hevige belasting van de gebruikte materialen. Bijgaande afbeeldingen tonen de mogelijke gevolgen. Er kan sprake zijn van materiaalmoeheid van het compressorwiel als er een schoep van het wiel is afgebroken, terwijl er weinig of geen aanloopsporen en/of sporen van inslag van een vreemd voorwerp zichtbaar zijn (foto 7.24). Materiaalmoeheid kan tevens de oorzaak zijn van een te hoge omwentelingssnelheid en/of een te lange overschrijding van de maximale rotatiesnelheid, waardoor een compressorwiel kan exploderen op het zwakste punt (foto 7.25).
7.24 Beschadigd compressorwiel
7.23 Scheuren in turbinehuis
Te hoge temperatuur van de uitlaatgassen De meest voorkomende oorzaken van een te hoge uitlaatgastemperatuur bij dieselmotoren zijn een defecte of verstopte intercooler, een verkeerd afgestelde brandstofpomp of een verstopt luchtfilter. De bijgaande afbeeldingen laten zien wat de gevolgen kunnen zijn van een te hoge temperatuur van de uitlaatgassen.
Scheurvorming Door hoge temperaturen kunnen er scheuren optreden in het turbinehuis, waardoor uitlaatgaslekkage ontstaat. Dit betekent minder aandrijving voor de turbine in de turbo en dus uiteindelijk minder turbodruk (foto 7.23). Vrijwel alle turbinehuizen van turbo's vertonen, ongeacht het merk of de toepassing, na verloop van tijd krimpscheuren. Deze treden met name snel op bij motoren met een relatief hoge belasting en bij de meeste benzine toepassingen in personenauto's. In veel gevallen kunnen scheuren of andere beschadigingen van het turbinehuis een nadelige invloed hebben op de werking van de turbo.
Wist u dat…
of beschaerde, versleten ce an al eb tg ui dat een goed …alleen slecht oduceren? En pr i aa w la el ve uwelijks hoordigde turbo’s rende turbo na ne tio nc fu en onderhouden baar is?
7.25 Gebroken compressorwiel
Turbo Handboek 8. PROBLEMEN EN OPLOSSINGEN
34
35
3. Probleem: zwarte uitlaatgassen.
Turbo probleem analyse 1. Probleem: de motor houdt in tijdens acceleratie. Mogelijke oorzaak: een defect overdruksysteem van de turbo. Oplossing: reparatie/vervanging van de turbo is noodzakelijk; bel Turbo World voor meer informatie.
2. Probleem: de motor levert te weinig vermogen. Mogelijke oorzaak: een defecte turbo. Oplossing: reparatie/vervanging van de turbo is noodzakelijk; bel Turbo World voor meer informatie. Mogelijke oorzaak: luchtlekkage tussen turbo en inlaatspruitstuk. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; controleer de aansluiting en vervang de onderdelen. Mogelijke oorzaak: uitlaatgaslekkage bij de turbo. Oplossing: overweeg vervanging van de turbo; bel Turbo World voor meer informatie. Mogelijke oorzaak: probleem met brandstofsysteem. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; opnieuw afstellen en brandstofsysteem controleren.
Mogelijke oorzaak: interne motorproblemen. Oplossing: overweeg vervanging van de turbo; bel Turbo World voor meer informatie. Mogelijke oorzaak: onjuiste afstelling van de ontstekingstijd. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; stel de ontsteking opnieuw af en vernieuw de defecte onderdelen. Mogelijke oorzaak: een defect overdruksysteem van de turbo. Oplossing: reparatie/vervanging van de turbo is noodzakelijk; bel Turbo World voor meer informatie. Mogelijke oorzaak: obstructie tussen de turbo en het inlaatspruitstuk. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; verwijder de obstructies en vernieuw de defecte onderdelen. Mogelijke oorzaak: obstructie tussen turbo en uitlaatspruitstuk. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; verwijder de obstructies en vernieuw de defecte onderdelen.
Mogelijke oorzaak: een defecte turbo. Oplossing: reparatie/vervanging van de turbo is noodzakelijk; bel Turbo World voor meer informatie. Mogelijke oorzaak: luchtlekkage tussen turbo en inlaatspruitstuk. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; controleer de aansluiting en vervang de onderdelen. Mogelijke oorzaak: uitlaatgaslekkage bij de turbo. Oplossing: overweeg vervanging van de turbo; bel Turbo World voor meer informatie. Mogelijke oorzaak: probleem met brandstofsysteem. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; opnieuw afstellen en brandstofsysteem controleren. Mogelijke oorzaak: interne motorproblemen. Oplossing: overweeg vervanging van de turbo; bel Turbo World voor meer informatie. Mogelijke oorzaak: onjuiste afstelling van de ontstekingstijd. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; stel de ontsteking opnieuw af en vernieuw de defecte onderdelen. ∑
Mogelijke oorzaak: obstructie tussen de turbo en het inlaatspruitstuk. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; verwijder de obstructies en vernieuw de defecte onderdelen. Mogelijke oorzaak: obstructie tussen turbo en uitlaatspruitstuk. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; verwijder de obstructies en vernieuw de defecte onderdelen.
4. Probleem: overmatig verbruik van motorolie. Mogelijke oorzaak: een defecte turbo. Oplossing: reparatie/vervanging van de turbo is noodzakelijk; bel Turbo World voor meer informatie. Mogelijke oorzaak: luchtlekkage tussen turbo en inlaatspruitstuk. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; controleer de aansluiting en vervang de onderdelen. Mogelijke oorzaak: interne motorproblemen. Oplossing: overweeg vervanging van de turbo; bel Turbo World voor meer informatie. Mogelijke oorzaak: olie-afvoer of carterventilatie verstopt. Oplossing: overweeg vervanging van de turbo; bel Turbo World voor meer informatie. ∑
Turbo Handboek 8. PROBLEMEN EN OPLOSSINGEN
36
37
Mogelijke oorzaak: obstructie tussen turbo en uitlaatspruitstuk. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; verwijder de obstructies en vernieuw de defecte onderdelen.
5. Probleem: blauwe uitlaatgassen. Mogelijke oorzaak: een defecte turbo. Oplossing: reparatie/vervanging van de turbo is noodzakelijk; bel Turbo World voor meer informatie. Mogelijke oorzaak: luchtlekkage tussen turbo en inlaatspruitstuk. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; controleer de aansluiting en vervang de onderdelen. Mogelijke oorzaak: interne motorproblemen. Oplossing: overweeg vervanging van de turbo; bel Turbo World voor meer informatie. Mogelijke oorzaak: olie-afvoer of carterventilatie verstopt. Oplossing: overweeg vervanging van de turbo; bel Turbo World voor meer informatie. Mogelijke oorzaak: obstructie tussen turbo en uitlaatspruitstuk. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; verwijder de obstructies en vernieuw de defecte onderdelen.
6. Probleem: turbocharger maakt lawaai. Mogelijke oorzaak: luchtlekkage tussen het luchtfilter en de turbo. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; controleer de aansluiting en vervang de onderdelen. Mogelijke oorzaak: een defecte turbo. Oplossing: reparatie/vervanging van de turbo is noodzakelijk; bel Turbo World voor meer informatie. Mogelijke oorzaak: luchtlekkage tussen turbo en inlaatspruitstuk. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; controleer de aansluiting en vervang de onderdelen. Mogelijke oorzaak: uitlaatgaslekkage bij de turbo. Oplossing: overweeg vervanging van de turbo; bel Turbo World voor meer informatie. Mogelijke oorzaak: obstructie tussen de turbo en het inlaatspruitstuk. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; verwijder de obstructies en vernieuw de defecte onderdelen. Mogelijke oorzaak: obstructie tussen turbo en uitlaatspruitstuk. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; verwijder de obstructies en vernieuw de defecte onderdelen.
7. Probleem: olielekkage aan de luchtinlaatzijde van de turbo.
8. Probleem: olielekkage aan de turbinezijde van de turbo.
Mogelijke oorzaak: een defecte turbo. Oplossing: reparatie/vervanging van de turbo is noodzakelijk; bel Turbo World voor meer informatie.
Mogelijke oorzaak: een defecte turbo. Oplossing: reparatie/vervanging van de turbo is noodzakelijk; bel Turbo World voor meer informatie.
Mogelijke oorzaak: uitlaatgaslekkage bij de turbo. Oplossing: overweeg vervanging van de turbo; bel Turbo World voor meer informatie.
Mogelijke oorzaak: interne motorproblemen. Oplossing: overweeg vervanging van de turbo; bel Turbo World voor meer informatie.
Mogelijke oorzaak: interne motorproblemen. Oplossing: overweeg vervanging van de turbo; bel Turbo World voor meer informatie.
Mogelijke oorzaak: olie-afvoer of carterventilatie verstopt. Oplossing: overweeg vervanging van de turbo; bel Turbo World voor meer informatie.
Mogelijke oorzaak: olie-afvoer of carterventilatie verstopt. Oplossing: overweeg vervanging van de turbo; bel Turbo World voor meer informatie. Mogelijke oorzaak: obstructie tussen turbo en uitlaatspruitstuk. Oplossing: vervanging van de turbo is niet noodzakelijk; verwijder de obstructies en vernieuw de defecte onderdelen.
Wist u dat…
turbo veelal n een variabele …de actuator va geregeld in af dt cuüm wor va n va l de id m door ? plaats van druk
Turbo Handboek 9. QUALITY CHECKLIST
38
39
Zodra de oorzaak bekend is waardoor een turbo defect is geraakt en de beslissing is genomen om deze te vervangen, kan de volgende checklist worden gebruikt. Mocht er iets in de omgeving van de turbo aan de hand zijn dan zal dit naar voren komen met de onderstaande montage-aanwijzingen.
1 Controleer de olie-aanvoerleiding: Demonteer de olie-aanvoerleiding en controleer deze. Reinig de leiding. Zodra er echter enige vorm van verstopping wordt vastgesteld, dient de olie-aanvoer direct te worden vervangen. Controleer eveneens op knikken in de leiding. Zorg ervoor dat er nooit vloeibare pakkingen worden gebruikt.
2 Ververs de olie: Vergeet niet de motorolie en het oliefilter te vernieuwen. Het niet tijdig verversen van de olie levert schade op aan de turbo. Oude of vervuilde olie belemmert de smering van het binnenwerk en veroorzaakt daardoor schade aan de lagers en de turbine-as.
3 Controleer de olie-afvoerleiding: Demonteer de olie-afvoerleiding en controleer deze. Reinig de leiding. Zodra er echter enige vorm van verstopping wordt vastgesteld, dient de olie-afvoer direct te worden vervangen. Controleer eveneens op knikken in de leiding. Zorg ervoor dat er nooit vloeibare pakkingen worden gebruikt.
4 Controleer de carterontluchting en motorconditie: Als er sprake is van een slechte motorconditie, ontstaat er carterdruk in een motor. Dit betekent dat er oliedampen ontstaan die worden afgevoerd via de carterontluchting. In veel gevallen is de carterontluchting aangesloten op de luchtaanvoerleiding van de turbo. De turbo blaast deze dampen weer richting motor, wat een onvolledige verbranding zal veroorzaken. Controleer zowel de carterdruk als de carterontluchting. Daarnaast veroorzaakt een verstopte carterontluchting olie-afvoerproblemen voor de turbo.
5 Controleer de luchtleidingen: Monteer altijd een nieuw luchtfilter en reinig de luchtaanzuigslang. Indien er een intercooler is gemonteerd dienen eventuele olieresten te worden verwijderd. De slang van de turbo naar de motor moet zorgvuldig worden gecontroleerd. Ook moet het inlaatspruitstuk worden gecontroleerd op eventuele resten van de voorafgaande turboschade.
Turbo Handboek 9. QUALITY CHECKLIST
40
41
6 Controleer de oliedruk:
10 Controleer de verbindingen:
Gebruik een schone opvangbak om de olie uit de olie-aanvoerleiding op te vangen. Zorg ervoor dat het oliecircuit is gevuld zonder dat de motor aanslaat. Dit is voldoende om eventueel vuil- of roetresten mee te laten komen uit de leiding en er zodoende voor te zorgen dat de lagers van de turbo geen schade oplopen.
Voer tijdens het testen langzaam het toerental van de motor op en controleer alle verbindingen op eventuele lekkages. Bij een warme motor dienen alle boutverbindingen te worden nagetrokken.
7 Bevestiging op het spruitstuk: Het uitlaatspruitstuk kan nog metaalresten van de vorige turboschade bevatten, welke moeten worden verwijderd. Een spruitstuk met scheuren zal de nieuwe turbo kunnen beschadigen. Controleer dit daarom zorgvuldig.
8 Verwijder alle afstoppingen: De turbo heeft afstopkappen gemonteerd gekregen zodat er tijdens de verzending geen vreemde voorwerpen in kunnen komen. De kappen dienen allemaal te worden verwijderd, met als belangrijkste de olie-aanvoerplug.
9 Controleer de olieaanvoer: Vul de turbo met olie. Monteer vervolgens de olie-aanvoer en zorg dat er geen vuil in het lagerhuis van de turbo terecht kan komen. Start de motor gedurende één minuut zonder dat deze aanslaat. Laat de motor vervolgens vijf tot tien minuten stationair draaien.
11 Controleer de turbodruk: De turbodruk dient te worden gecontroleerd aan de hand van een turbodrukmeter, leverbaar uit het Turbo World assortiment. De afstelling van de actuator is al gedaan in de Turbo World werkplaats.
Turbo Handboek 10. IN DE WERKPLAATS
42
43
Turbo World levert gereviseerde turbochargers voor ieder type motor. De werkplaats kent vier gespecialiseerde disciplines: reiniging, oppervlaktebehandeling, controle en balanceren. Deze vier specialismen zorgen er voor dat de gereviseerde turbocharger de kwaliteit van een nieuwe turbo evenaart of zelfs overstijgt. Immers, tijdens de fabrieksmatige productie worden de delen slechts binnen vastgestelde marges en toleranties in serie vervaardigd, zonder specifieke aandacht voor ieder onderdeel afzonderlijk. Dat gaat niet op voor de revisie van een turbo, waar elk onderdeel met grote precisie op haar toleranties wordt gecontroleerd. Een gereviseerde turbocharger voldoet dan ook veel meer aan de ideale fabrieksmatige maatvoering dan een serieproduct.
Wist u dat…
rt carterdruk conditie verkee e ht ec sl in e turbo op kan …een motor di oliedruk in de de or do ar da age in de turbo heeft en dat eerd tot olielekk nd ra ga ge t di t lopen? En da zal leiden?
Het reinigingsproces Bij binnenkomst wordt de turbo gedemonteerd en geanalyseerd. Vervolgens worden de onderdelen grondig gereinigd (foto 10.1). Hiervoor worden een speciale wasmachine en een industriële oven gebruikt. Dit reinigingsproces komt de kwaliteit van onderdelen zoals lagerhuizen en turbine-assen ten goede. De reden hiervoor ligt in het feit dat er minder intensief gebruik gemaakt hoeft te worden van het volgende proces, namelijk de oppervlaktebehandeling. Dit proces kan namelijk een afwijking in de maatvoering teweeg brengen die tot problemen zal leiden.
Het oppervlaktebehandelingsproces De gietijzeren onderdelen worden automatisch gestraald met een sterke straalkorrel. Voor de aluminium onderdelen maken we gebruik van een andere straalmachine waarbij gewerkt wordt met een keramische glasparel (foto 10.2). Het lagerhuis krijgt nog een nabehandeling in de vorm van een ultrasoon reinigingsbad om er zeker van te zijn dat er geen vuil achterblijft. Ter afsluiting worden alle onderdelen ingevet om roestvorming te voorkomen, waarna ze naar het volgende proces in de geavanceerde werkplaats worden geleid.
10.1 Reinigingsproces
Wist u dat…
rderlijk zijn voor n turbo niet bevo ee n ruk aa en ng si rhoogde turbod …aanpas Het rijden met ve n? va er o. ur rb du tu de levens gering van de hade aan de la kan leiden tot sc 10.2 Straalmachine
Turbo Handboek 10. IN DE WERKPLAATS
44
45
Het controleproces De turbine-as dient gecontroleerd te worden op rechtheid alvorens hij gemonteerd kan worden in het binnenwerk van een turbo. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van een rechtheidmeter. De lagerplaatsen van de turbine-as en het lagerhuis van de turbo worden met behulp van handmeetgereedschap nagemeten of deze inderdaad binnen de toegestane toleranties vallen (foto 10.3).
Het balanceerproces Het balanceren is één van de belangrijkste onderdelen van het reviseren van een turbo. De reden hiervoor is eenvoudig, aangezien de toerentallen die een moderne turbo behaalt inmiddels boven de 220.000 toeren per minuut uit komen. Iedere vorm van onbalans bij die toerentallen leidt op termijn of per direct tot grote schade binnenin de turbocharger. Voor het balanceren van turbo’s is het heel belangrijk om de wielen goed dynamisch te balanceren. Dat wil zeggen: met twee correctievlakken. Elk component dient apart gebalanceerd te worden.
10.3 Controleproces
10.6 Vibration Sorting Rig
turbo op de motor monteert. Hiervoor maken wij gebruik van een Vibration Sorting Rig (foto 10.6), een door grote turbofabrikanten verplicht gestelde machine.
Hiervoor maken wij gebruik van een Schenck balanceermachine (foto 10.4). Vervolgens dienen de onderdelen zodanig gemonteerd te worden dat de turbo een draaiend geheel is geworden. Omdat de toegevoegde onderdelen niet allemaal individueel zijn gebalanceerd, is er reden genoeg om het draaiende gedeelte van de turbo als geheel nogmaals te balanceren met behulp van een binnenwerk balanceermachine (foto 10.5). Als laatste controleren we de turbochargers op eventuele vibraties die tot een overmatig geluid leiden. Dit wordt gecontroleerd bij het toerental zoals dit ook op de motor behaald wordt. Dit is een ideale eindtest voordat u de gereviseerde 10.4 Schenck balanceermachine
Als een turbo door de eindcontrole heen komt, is deze op en top in orde. Met name de uiterst nauwkeurige balanceerprocessen zorgen ervoor dat er geen enkel detail over het hoofd wordt gezien. Na het balanceren wordt vervolgens de ruimte op de lagers van het binnenwerk gecontroleerd en deze ruimte wordt geverifieerd met de gegevens van de turbofabrikant, waarna de turbo verder wordt afgebouwd. Als laatste wordt de actuator afgesteld volgens de fabriekswaarden.
10.5 Binnenwerk balanceermachine
Turbo Handboek 11. DOE DE TURBO-TEST
46
47
Multiple choice test Vraag 1. Hoe werkt een turbo?
Vraag 3. Noem vier voordelen van een turbocompressor.
A. Het inspuiten van extra brandstof veroorzaakt een turbine-effect, waardoor de motor beter draait. B. Het inbrengen van extra lucht en brandstof heeft een hoger motorvermogen tot gevolg. C. Het inbrengen van gecomprimeerde lucht zorgt voor een betere verbranding en meer vermogen. D. Het turbinewiel ‘mixt’ de lucht en brandstof, met als gevolg een betere verbranding.
A. Meer motorvermogen, effectiever verbrandingsproces, lagere emissie, gunstiger gewichts- en vermogensverhouding. B. Meer motorvermogen, minder motorslijtage, lagere emissie, gunstiger gewichts- en vermogensverhouding. C. Meer motorvermogen bij hoge toerentallen, effectiever verbrandingsproces, lagere emissie, gunstiger gewichts- en vermogensverhouding. D. Meer motorvermogen bij lage toerentallen, effectiever verbrandingsproces, lagere emissie, gunstiger gewichts- en vermogensverhouding.
Vraag 2. In welke periode ontstond de eerste turbo? A. Net voor het begin van de 20e eeuw, voor het jaar 1900. B. Tussen de beide Wereldoorlogen in, met de opkomst van de benzinemotor. C. Direct na de Tweede Wereldoorlog. D. In de vijftiger jaren door de steeds populairder wordende Formule 1 autosport.
Vraag 4. Waarmee kan de lucht na de turbo worden gekoeld? A. Door de lagere temperatuur van de buitenlucht. B. Door smeerolie. C. Door een intercooler. D. Antwoorden B en C zijn beide goed.
Vraag 5. Wat is de reden dat de koelvloeistofpomp en oliepomp meestal nog even doorwerken na het afzetten van een motor met turbo?
Vraag 7. Wat wordt verstaan onder het ‘turbogat’?
A. De nog aanwezige smering beschermt de lagers. B. Dat is nodig voor het leegpompen van de leidingen. C. Voor warmteafvoer van de turbo en ter voorkoming van materiaalspanningen. D. Antwoorden B en C zijn beide goed.
A. De diameter van het binnenwerk van het lagerhuis. B. Het verschijnsel dat een turbo pas echt begint te werken bij een bepaald toerental. C. De ruimte onder de motorkap waar de turbo van fabriekswege dient te worden geplaatst. D. De grenzen van de modificatiemogelijkheden voor het zelf opvoeren van een turbo.
Vraag 6. Welke maatregel voorkomt beschadigingen aan de lagering van de turbo?
Vraag 8. Aluminium wordt niet gebruikt voor turbineassen omdat:
A. Na een koude start niet meteen gas geven, zodat olie kan worden aangevoerd en metaalcontact wordt voorkomen. B. Na een lange of heftige rit niet meteen de motor uitzetten, omdat anders de oliedruk wegvalt en er slijtage door metaalcontact kan ontstaan. C. De motor even stationair laten draaien, zodat het turbinehuis kan temperen en de motorolie thermisch minder wordt belast om ‘verkolen’ te voorkomen. D. Regelmatig – bij voorkeur eens per maand – onderhoud plegen met daarvoor geschikte olie.
A. Het niet sterk genoeg is om beschadigingen door vreemde voorwerpen te verwerken. B. Het niet in de juiste vorm gegoten kan worden. C. Het zou smelten bij de gangbare uitlaatgastemperaturen in een turbo D. Niemand het nog geprobeerd heeft.
Turbo Handboek 11. DOE DE TURBO-TEST
48
Vraag 9. Welke van de volgende beweringen over elektronische actuators is niet correct? A. Deze actuator controleert de positie van de variabele vanen. B. Deze actuator zorgt voor betere controle op de turbodruk en de snelheid van de turbine-as. C. Deze actuator communiceert met het motormanagement D. Deze actuator wordt gebruikt op zowel dieselmotoren als benzinemotoren.
Vraag 10. Het voordeel van een variabele turbo ten opzichte van een gewone turbo is: A. Een snellere bediening van de variabele vanen in turbochargers. B. Dat de turbo een meer complex geheel is geworden. C. Het gebruik van beweegbare vanen om zodoende de inlaat van de turbo te kunnen variëren. D. Het verzorgen van meer turbodruk in alleen het lagere motorentoerental.
1c 2a 3a 4c 5d 6b 7b 8c 9d 10c
Antwoorden
