Turbo’s hebben een enorme ontwikkeling doorgemaakt binnen de tractorpullingsport. De drukverhoging steeg van een paar bar naar nu richting 10 bar in één trap. Mark Santen, eigenaar van Santen Technics in Vroomshoop (Ov.), legt ons de geheimen uit. Want in de motorkapklassen geldt: zonder turbo geen vermogen.
Veel vermogen maken doe je door veel brandstof op een efficiënte manier te verbranden. Hiervoor is veel lucht nodig. De makkelijkste manier is veel cilinderinhoud. Is de motor gelimiteerd, dan komt drukvulling om de hoek kijken. Een turbo is de meest efficiënte manier van drukvulling: hij gebruikt energie uit de uitlaatgassen – die anders toch verloren gaat – om inlaatlucht te comprimeren.
Mark Santen heeft van turbo’s zijn werk gemaakt. 90% van de turbo’s die door zijn handen gaan, is voor reguliere toepassingen. Die andere 10% werkt Mark met veel passie aan turbo’s voor tractorpulling.
Lees verder onder foto’s en afbeelding
Een turbo bestaat uit een as met aan beide zijden een schoepenwiel; een turbinewiel en een compressorwiel. Het turbinewiel is gemaakt van Inconel en zit door wrijvingslassen vast aan de as. Het compressorwiel is van aluminium en zit op de as geschroefd. Het geheel draait doordat de uitlaatgassen langs het turbinewiel stromen, het meedraaiende compressorwiel zuigt inlaatlucht aan en perst deze samen.
Het rendement van een turbo zien we in het ei-diagram of de flowmap van een turbo. Dit is een grafiek die het rendement van de turbo weergeeft, uitgezet tegen drukverhoging en luchtverplaatsing, met bijbehorend toerental. Hieruit volgt het werkgebied.
Mark vertelt: “In de jacht naar meer vermogen mishandelen we turbo’s continu. We maken er fors hogere drukken mee dan waarvoor ze zijn ontworpen, met een veel te hoog toerental en een slecht rendement tot gevolg. Dit leidt tot extra opwarming van de inlaatlucht, terwijl daar relatief weinig drukverhoging tegenover staat. We zitten dus ver buiten het optimale werkgebied. Dat dat tot schades leidt, spreekt voor zich.”
Meteen na de introductie van tractorpulling vinden we al de eerste turbo’s op vrijeklassetrekkers met een vrachtwagenmotor als krachtbron. De standaard op de motor aanwezige turbo wordt vervangen door een groter exemplaar en niet veel later aangevuld met een tweede turbo in serie.
Het is de tijd dat de turbo’s bij bosjes sneuvelden. Veel kennis is nog niet aanwezig; proefondervindelijk blijkt wat heel blijft en wat het best werkt.
Naast de Vrije klasse komt al snel de Superstock-klasse. Beperkt tot het gebruik van slechts één motor, afkomstig van een trekker, is dit de klasse die het turbo’s stapelen tot een kunst verheft.
Naast de Superstocks groeien klassen die beperkt zijn tot maximaal één turbo, zoals de Prostocks, de Sport-klasse en de Supersport-klasse. Mark: “Hier worden turbo’s tot het uiterste gedreven. Een turbootje extra bijplaatsen voor wat meer lucht mag immers niet. Al snel halen deelnemers turbo’s uit elkaar, en combineren delen tot een betere turbo die langer heel blijft. Eerst met delen uit dezelfde serie van hetzelfde merk, later na aanpassing ook uit verschillende series en zelfs van andere merken.”
Nu de turbo langer heel blijft, kan de turbodruk weer wat verder omhoog. Tijdens het samenpersen van lucht stijgt de temperatuur. Hoe hoger de druk, hoe heter de lucht. De gegoten compressorwielen zijn hier minder tegen bestand. Zo rond de 300 graden verliest het aluminium zijn stijfheid, wordt week, het wiel groeit en raakt het inlaathuis. Met een plof tot gevolg.
Vanwege nieuwe emissie-eisen gaat de ontwikkeling van de turbo in reguliere toepassingen ook steeds verder. Turbo’s worden efficiënter, reageren sneller en leveren meer druk. Precies wat we in tractorpulling nodig hebben!
Eén van de delen die meteen hun weg vinden naar tractorpulling zijn ‘billet’-compressorwielen, zo rond 2009. Uit massief aluminium gefreesd zijn ze beter bestand tegen hoge drukken en temperaturen dan de oorspronkelijke, gegoten exemplaren. Ze worden als eerste toegepast in shovels en stadsbussen, die vanwege de aard van hun werkzaamheden continu op- en aftoeren. Santen Technics maakt de grootste compressorwielen voor tractorpulling zelf op een CNC-freesbank. Ook aan billet-compressorwielen zit echter een grens. In een aantal klassen is daarom koeling toegestaan door het vernevelen van water vlak voor de turbo.
De turbo wordt groter en groter, en levert meer druk. Rond 2014 sneuvelen veel turbo’s doordat de lagering de bijkomende grotere krachten niet meer aankan. Door grotere axiaallagers en een gemodificeerde oliestroom komt ook dit probleem onder controle. Sommige deelnemers stappen over op een ander lagerhuis waarbij de radiaallagers verder uit elkaar staan.
Een andere ontwikkeling is de toepassing van keramische kogellagers. Meestal voor het axiaallager, maar soms ook voor radiaallagers. In reguliere toepassingen worden ze gebruikt omdat een turbo dan sneller reageert – van belang voor een betere gaspedaalrespons en betere emissiewaarden. In tractorpulling biedt de Amerikaanse fabrikant Columbus als eerste keramische lagers aan als betrouwbaarheidsupdate, maar volgens Mark worden ook op glijlagers nog steeds kampioenschappen gewonnen.
Door de ontwikkeling van speciale compressorwielen, geoptimaliseerd voor het werkgebied van tractorpulling, gaan de drukken inmiddels sky-high. Prostocks halen een inlaatdruk van 7 tot 9 bar, in de Supersport gaat het zelfs richting 10 bar!
Reden om een maximum te stellen aan de turbogrootte, door de diameter van de inlaat te begrenzen. Nu wordt het dus zaak om dat oppervlak zo efficiënt mogelijk te benutten. De eerste ontwikkeling is de moer, waarmee het compressorwiel op de as zit, een aerodynamische vorm te geven. Inmiddels bestaan er ook compressorwielen met schroefdraad binnenin. Die worden rechtstreeks op de as geschroefd met slimme borging. De voorkant van het compressorwiel heeft een spitse punt in het hart, op de plaats waar voorheen de moer zat. Dat alles om zo goed mogelijk gebruik te maken van het beschikbare oppervlak.
Het stapelen van turbo’s in klassen als de Superstock blijft indrukwekkend. Maar de belasting op deze turbo’s is, mits goed op elkaar afgestemd, kleiner. Doordat elke turbo een deel van de drukverhoging voor zijn rekening neemt, is de belasting op de afzonderlijke onderdelen kleiner.
Het moeilijkste voor een turbo is de Supersport-klasse. Hier loopt de turbo op een heel dun betrouwbaarheidslijntje. Doordat een Supersport-trekker aan een maximum toerental gehouden is, blijft een heel klein werkgebied over waarbinnen de turbo moet functioneren. Is hij iets te groot, dan komt-ie niet op toeren. Is de turbo een fractie te klein, dan draait hij te hard en gaat-ie kapot.
Met alle ontwikkelingen door de tijd zijn bedrijven als Santen Technics inmiddels in staat om turbo’s te maken die beter passen bij de sport. Ze blijven langer heel en leveren meer druk bij een beter rendement. Desondanks sneuvelen er nog steeds turbo’s, bijvoorbeeld door een tekort aan smering of een getrokken noodstop.
Het is goed om scherp te blijven op veiligheidsmaatregelen, want de gevolgen bij schade aan zo’n speciale turbo zijn groter dan toen er nog een standaard exemplaar op stond. Wat te denken van een inlaatwiel van 3 kilo dat met meer dan 100.000 toeren ronddraait, bij een omtreksnelheid van meer dan 4.000 kilometer per uur! Als dat naar buiten komt, zijn de gevolgen niet te overzien. Vandaar dat er zowel aan de inlaat- als aan de uitlaatzijde een kruis zit om te voorkomen dat zo’n wiel naar buiten komt.
Daarnaast zit er een ‘vogelkooi’ aan de inlaatkant die grote brokken opvangt die langs het kruis heen schieten als een inlaatwiel explodeert. Ook is de hele turbo afgeschermd met staalplaat. Dit alles blijft nodig, want zolang deelnemers de grenzen opzoeken zullen turbo’s klappen!
Auteur: Ruben Fortuin
Gerelateerde tags: Tractorpulling
