PENYEBAB KEGAGALAN TURBOCHARGER

Indikasi pertama masalah turbocharger biasanya adalah low power atau asap exhaust yang hitam (Gambar 1).

Terlalu sering bahwa akar penyebabnya adalah hanya air filter yang kotor yang menghambat suplai udara inlet. Pastikan untuk memeriksa sistem udara inlet sebelum menyatakan adanya masalah pada turbocharger (Gambar 2).

Kurangnya Pelumasan

Sebagai contoh, kurangnya pelumasan dapat disebabkan oleh rendahnya level oli, tekanan oli yang rendah, kualitas oli yang salah, suhu oli yang tinggi, dll.

Kurangnya pelumasan menghasilkan penunjukan seperti:

• Perubahan warna dan oli hangus di area bearing
• Keausan yang melekat
• Logam yang melemah kekuatannya
• Overheating, pelemahan, jatuh, aus dan kehancuran pada seal ring sisi panas
• Wheel bersentuhan dengan housing
• Terkadang lepasnya wheel dari centre shaft.

Perubahan warna akibat panas dan kerak oli hitam merupakan bukti suplai oli yang tidak mencukupi (Gambar 3).

Operasi berkelanjutan tanpa suplai oli yang mencukupi memungkinkan keausan yang melekat pada bushing dan dapat melemahkan centre shaft (Gambar 4).

Pada akhirnya shaft dapat patah (Gambar 5). Permukaan patahan biasanya kasar dan mengalami perubahan warna akibat panas. Sebuah magnet dapat digunakan untuk memastikan bahwa material centre shaft terdapat di turbine wheel dan bahwa friction weld tidak gagal.

Keausan yang melekat dan adanya perubahan warna akibat panas di centre shaft menunjukkan suplai oli dan pemindahan panas yang tidak mencukupi (Gambar 6).

Satu bearing journal sangkut di centre housing akibat suhu tinggi yang berlebihan (Gambar 7).

Patahan harus diperiksa dan diklasifikasikan. Patahan pada Gambar 8 terlihat sebagai patahan yang cepat, dan sekunder berasal dari fillet dimana diameter berubah.

Bagian patahan yang lain (Gambar 9) menunjukkan plastic deformation dan perubahan warna – tanda pasti adanya suhu tinggi dan dihasilkan dari patahan yang sudah terbentuk.

Jika kerusakan yang dihasilkan menunjukkan kurangnya pelumasan, penyebabnya harus ditentukan. Terdapat banyak akar penyebab, seperti level oli yang rendah, cold start-up, oli yang keliru, jalur yang terhambat, oli yang terkontaminasi dan suhu tinggi.

Abrasif di Pelumas

Kerusakan Abrasif

Material abrasif di oli dapat merusak bearing, menyebabkan gerak shaft yang berlebihan dan menyebabkan kegagalan total. Tanda-tanda bahwa abrasif telah ada di oli termasuk:

• Goresan, potongan atau groove di bagian yang berputar
• Sedikit peningkatan panas
• Serpihan yang tertanam di bearing
• Keausan bearing dan gerak centre shaft yang berlebihan
• Turbine dan compressor wheel bersentuhan dengan housingnya
• Seal ring bocor, lepas, aus, atau hilang
• Terkadang wheel terpisah dari centre shaft
• Pemeriksaan yang teliti dari bagian internal menghasilkan fakta-fakta penting.

Heat shield dan centre bearing dari turbo pada Gambar 10 tertutupi dengan sludge dan varnish. Terlihat adanya perubahan warna di bearing journal. Oli yang ada terlihat telah terkontaminasi dengan karbon dan debris yang tidak tersaring lainnya. Hal ini menunjukkan kebutuhan untuk mendapatkan fakta tentang mutu oli, seperti interval pemeliharaan, filter dan jumlah blowby.

Bearing sisi dingin pada Gambar 11 memiliki keausan parah, sementara bearing sisi dingin terlihat normal.

Pemeriksaan yang lebih dekat pada Gambar 12 menunjukkan  bahwa ring seal keluar dari groove-nya selama pemasangan. Ini dapat menjadi akar penyebab, yang memungkinkan exhaust yang panas dan karbon untuk masuk dan menyebabkan keausan abrasif.

Material asing yang besar dapat masuk selama proses perakitan engine atau turbocharger, selama perbaikan saat sistem pelumasan engine terbuka, atau selama operasi perawatan. Karena rpm turbocharger sangat tinggi, hanya diperlukan waktu yang singkat untuk menghasilkan kerusakan serius, menghasilkan pergerakan shaft dan memungkinkan persentuhan wheel ke housing. Kerusakan abrasif akan lebih buruk lagi di permukaan bagian luar bearing journal dibandingkan permukaan bagian dalam karena clearance yang sempit dan gaya sentrifugal.

Karena mengenali debris sering menjadi kunci untuk menemukan akan penyebab keausan abrasif, kapanpun memungkinkan, area yang berceruk harus diperiksa dengan teliti akan adanya partikel debris yang terperangkap. Lepaskan komponen secara hati-hati dan bersihkan dan periksa dengan pencahayaan dan pembesaran yang baik.

Debris yang besar dan keras telah menoreh dan membuat alur pada bearing shaft (Gambar 13).

Kerusakan abrasif lebih parah pada permukaan bagian dalam dibandingkan di dalam (Gambar 14).

Pemeriksaan menyeluruh menunjukkan adanya torehan abrasif (Gambar 15), dan gagasan pertimbangan pertama adalah kemungkinan bahwa pelanggan telah membiarkan masuknya debris dan menyebabkan kerusakan.

Hanya dengan memeriksa permukaan yang aus dengan pembesaran (Gambar 16) partikel abrasif dapat dikenali sebagai partikel berbentuk bulat, berukuran seragam, dan keras.

Suhu Exhaust Yang Tinggi

Perhatikan fakta-fakta suhu exhaust yang tinggi:

• Kerusakan akibat panas
• Keausan bearing
• Persentuhan wheel ke housing
• Terpisahnya wheel dan centre shaft

Suhu exhaust yang tinggi dan mendesak panas memasuki centre housing dari turbocharger dan merusak bagian-bagian yang berputar. Panas juga menyebabkan part, seperti turbine housing dan centre housing, untuk teroksidasi dan mengalami perubahan bentuk.

Penunjuk adanya suhu exhaust yang tinggi termasuk:

• Kerusakan akibat panas berlebihan
  • Oli yang berkerak atau hangus
  • Oksidasi/scale dari part logam
  • Perubahan warna
  • Lepasnya ring seal turbine
• Keausan bearing
• Wheel bersentuhan dengan housing
• Terkadang terpisahnya wheel dari centre shaft

Pemeriksaan visual dari bagian luar turbocharger menunjukkan pada suhu yang sangat tinggi yang biasanya menunjukkan oksidasi yang sangat parah dari semua logam sebagaimana persentuhan wheel dengan housing (Gambar 17).

Saat pembongkaran, part bagian dalam juga menunjukkan tanda suhu tinggi, seperti oli yang berkerak, heat shield yang teroksidasi dengan parah, perubahan warna dan keausan bearing.

Kerusakan Akibat Benda Asing

Saat benda asing memasuki turbocharger, turbocharger akan rusak dengan segera dan serius. Ketidakseimbangan dapat lebih merusak dibandingkan perubahan bentuk secara fisik yang dihasilkan oleh material asing.

Penunjuk bahwa kerusakan terjadi akibat benda asing termasuk:

• Wheel blade yang bengkok atau tercabik, dimana biasanya semua blade rusak
  • di diameter bagian dalam blade compressor wheel
  • di diameter bagian luar blade turbine wheel
• Centre shaft bengkok
• Keausan dan warna normal pada bearing (kecuali bahwa keausan bisa tidak sejajar jika center shaft bengkok)
• Terkadang terpisahnya wheel dari shaft jika material asingnya besar.

Saat benda asing memasuki turbine wheel, tepi terluar dari blade terpuntir dan tercabik (Gambar 19) saat blade berkecepatan tinggi menghantam benda diam (bahkan material yang kecil dan ringan akan terasa berat oleh blade berkecepatan tinggi).

Jika material asing yang besar memasuki compressor wheel, tepi bagian dalam dari blade terpuntir dan tercabik (Gambar 20).

Material asing yang lebih kecil akan memberi kerusakan yang lebih ringan pada lokasi yang sama. Jejak kotoran terbentuk dari kerusakan menunjukkan bahwa dilakukan penggunaan setelah kerusakan (Gambar 21).

Kerusakan Hot shutdown

Setelah pengoperasian dengan beban penuh, turbocharger memiliki suhu maksimum dan membutuhkan membutuhkan beberapa menit operasi tanpa beban, pada idle, memungkinkan oli untuk membuang panas yang berlebihan. Saat hot shutdown terjadi, panas dibiarkan menembus center housing, menghanguskan sisa oli, dan pada saat yang sama menurunkan kekuatan part (Gambar 22).

Bearing sisi panas memiliki keausan abrasive yang halus dari oli yang mengeras dan permukaannya tergores, menunjukkan lapisan oli mengeras yang baru (Gambar 23).

Jika oli yang hangus menyebabkan bearing melekat ke centre shaft, rpm penuh dan keausan berlebih akan terjadi di permukaan bagian luar (Gambar 24 dan Gambar 25).

Saat bearing dilepas dari centre shaft setelah hot shutdown, sering dijumpai bulatan dan lingkaran quench (Gambar 26) dimana sisa oli  menetes ke shaft yang panas melalui jalur oli dan sekeliling bearing. Hot shutdown yang berulang serihng menghasilkan beberapa bulatan quench. Bulatan yang lebih baru akan terlihat terang dan bulatan yang lama akan pudar oleh aus.

Kegagalan Inertial Weld

Turbine wheel dilas dengan friksi atau tembakan elektron ke centre shaft. Jika dilakukan kesalahan selama proses ini, pelelehan dan pelekatan yang tepat kemungkinan tidak  terjadi (Gambar 27). Karena turbine wheel bersifat non-magnetik dan shaft bersifat magnetic, sebuah magnet bisa digunakan untuk memeriksa kegagalan pengelasan.

Kegagalan pengelasan terlihat halus dan rata dengan sedikit logam shaft tersisa di permukaan patahan turbine wheel (Gambar 28).

Energi exhaust cukup kuat menahan wheel yang patah tetap berputar hingga wheel cukup kecil untuk keluar dari turbocharger (Gambar 29).

Sebuah magnet melekat ke patahan ini, memberitahukan bahwa shaft telah patah dan pengelasannya bagus (Gambar 30).

Pemeriksaan visual pada pencahayaan yang baik menunjukkan perubahan warna akibat panas dan patahan logam shaft, juga menunjukkan bahwa ini bukan kegagalan pengelasan (Gambar 31).

Masalah Rancangan dan Material

Kesalahan dalam rancangan atau material dapat menyebabkan compressor wheel patah pada kecepatan tinggi. Kegagalan ini disebut wheel burst, karena kerusakan parahnya terjadi saat wheel terpisah pada kecepatan tinggi. Pencetakan wheel dapat menyebabkan masuknya benda asing yang menciptakan kelemahan setempat dan menyebabkan kepatahan.

Wheel Burst

Jika ditanyakan, “Apa yang menyebabkan compressor wheel ini patah?” (Gambar 33), jawaban paling umum adalah “Material asing!” Seluruh permukaan harus dipelajari dan semua patahan diklasifikasi sebelum memberikan pendapat.

Patahan terbesar harus dipelajari dengan seksama. Jika dipegang sepanjang lengan, sangat sulit melihat detail dari permukaan patahan Permukaannya harus dilihat dengan pencahayaan dan pembesaran yang baik.

Sekarang permukaan patahan jelas menunjukkan area setengah lingkaran yang lebih halus dan lebih terang di sisi kanan bawah bore shaft (Gambar 34). Ini adalah retakan fatigue yang dihasilkan di wheel burst, disebabkan oleh gaya sentifugal berputar.

Masuknya Material Saat Pencetakan (Inclusion)

Walau tidak umum, adalah mungkin terjadi masuknya material saat pencetakan, gas yang terperangkap, atau masalah pencetakan lainnya yang menyebabkan umur pendek dan kelemahan pada bagian logam. Karena ketegangan yang besar pada bagian yang berputar sering disebabkan oleh gaya sentrifugal dan RPM tinggi, harus diperkirakan bahwa kerusakan besar dapat tercipta jika terjadi cacat saat pencetakan.

Pemeriksaan sepintas dapat menyebabkan seseorang berpikir bahwa turbine wheel ini mengalami kerusakan akibat benturan (Gambar 35).

Tetapi saat sebuah magnet digunakan untuk memeriksa kegagalan pengelasan (Gambar 36), magnetnya tertarik, menunjukkan bahwa shaft telah patah, sebuah hasil dari overload.

Saat tiap patahan blade diperiksa, satu blade memiliki perbedaan, patahan yang lebih dan menarik dan harus dipelajari pada pencahayaan cukup dengan pembesaran (Gambar 37).

Cacat saat pencetakan sekarang dapat dengan mudah dilihat, yang menyebabkan patahan akibat fatigue pada blade (Gambar 38), menyebabkan kerusakan akibat benturan lainnya, kelebihan beban, dan mematahkan centre shaft.

Masalah Turbocharger Lainnya

Saat aluminium dibuang di atas atau di bawah area dudukan nut selama proses penyeimbangan, aluminium yang tersisa dapat “kalah”, menyebabkan ketegangan shaft off-centre, membengkokkan shaft, dan menyebabkan wheel bersentuhan dengan housing (Gambar 39).

Jalur lintasan pelumasan tidak dibor di thrust plate (Gambar 40) dan segera menyebabkan keausan yang melekat. (seharusnya terdapat empat jalur lintasan dan hanya dua yang dibor).

Jalur lintasan yang dibor dapat salah letak. Jalur masuk off-center oli (Gambar 41) menyebabkan pelumasan bearing yang terbatas.

Suatu waktu turbine atau compressor wheel dapat kehilangan satu blade dan hanya menyebabkan kerusakan kecil pada blade lainnya (Gambar 42). Kesimpulan yang pertama muncul biasanya adalah masuknya material asing.

Namun, pemeriksaan yang lebih dekat, menunjukkan telah terjadi retakan fatigue pada blade, dimulai dari tengah (lebih halus dan rata) dan berakhir mengarah ke bagian luar (lebih kasar dan seperti kayu) (Gambar 43).

Pembuatan

Jika permukaan retaining nut compressor wheel tidak rata dan siku-siku dengan threads, permukaan nut dapat memotong masuk ke dalam aluminium wheel dan menyebabkan melemahnya daya cengkram (Gambar 44).

Saat bore housing kasar dan bearing tidak berputar dengan bebas, rpm penuh dan aus yang berlebihan terjadi pada sisi lain dari bearing (Gambar 45).

Pemasangan shaft secara kasar ke dalam center housing dapat menyebabkan kerusakan akibat benturan pada seal ring dan groove (Gambar 46), menghasilkan masalah kebocoran oli.

Penanganan secara kasar atau pembebanan yang tidak rata saat pengencangan retaining nut dapat membengkokkan center shaft (Gambar 47), menghasilkan ketidakseimbangan, keausan bearing yang berlebihan, dan persentuhan wheel ke housing.