Der Begriff Überdrehzahl wird verwendet, wenn ein Turbo weit über seinen normalen Betriebsgrenzen läuft.

Wodurch wird Überdrehzahl verursacht?

• Modifikationen des Motors einschließlich “Chipping” oder wenn zu viel Treibstoff im Luft-/Treibstoffgemisch innerhalb des Zylinders vorhanden ist
• Ungleichmäßiger Luftstrom zum Turbo – dies kann durch einen Riss im Luftschlauch oder dessen vollständige Ablösung oder durch Verengungen im Luftansaugfilter oder in den Luftschläuchen verursacht werden
• Falsche Einstellung des Wastegate- oder VNT-Mechanismus
• Abgenutzte Einspritzdüsen
• Einbau eines unzulässigen Turbos
• Signalverlust zum elektronischen Aktuator (SREA – Simple Rotary Electronic Actuator) für die Wastegate- oder VNT-Steuerung
• Betrieb in Höhenlagen.

Optische Anzeichen der Überdrehzahl

• Der “Orangenhauteffekt”
• Schäden an der Schaufeleintrittskante können durch Gehäusereibung entstehen
• Verfärbung durch Oxidation
• Teilschäden an den Schaufeln
• Radbruch

Der “Orangenhauteffekt” im Detail:

Der “Orangenhauteffekt” auf der Rückseite des Verdichterrades entsheht durch Ausdehnung und Zusammenziehen. Bei Überdrehzahl dehnt sich das Verdichterrad aus. Dies verursacht Risse in der Korngrenze des Materials. Bei leichter Ausdehnung zieht sich das Material, wie ein Gummiband, in seinen Ursprungszustand zurück, aber in den meisten Fällen werden die Risse größer und schließlich kann ein Teil des Rads abbrechen.

In vielen Fällen wird die Überdrehzahl als Ursache eines Turboausfalls übersehen, da die Anzeichen für andere Ausfälle durch Überdrehzahl verursacht, auftreten können. Stoffübergang und Verfärbungen von Teilen können auf eine mangelnde Schmierung hinweisen. Eine Riefenbildung könnte auf eine Ölverschmutzung hinweisen; jedoch könnten sich die Partikel, die die Riefenbildung verursacht haben, durch Überdrehzahl und die dadurch hervorgerufenen Unwucht von den Lagern abgelöst haben.

Öl wird oftmals als entscheidende Komponente außer Acht gelassen. Sauberes, gefiltertes Motorenöl ist jedoch eine wesentliche Voraussetzung und eine Notwendigkeit für alle Turbolader. Eine Verunreinigung führt zum schnellen Verschleiß verschiedener Komponenten und verursacht irgendwann einen Totalschaden.

Anzeichen für eine Ölverschmutzung

• Riefenbildung an den Axialteilen
• Riefenbildung an den Radiallagern
• Riefenbildung an der Läuferwelle
• Treibstoffgeruch im Öl.

Ist der Ölstand zu niedrig oder wird das falsche Öl verwendet, kann der Turbolader frühzeitig ausfallen. Wenn die eigentliche Ursache des Ausfalls nicht ermittelt wird, ist es sehr wahrscheinlich, dass dieselbe Ursache auch zum Ausfall des instandgesetzten Turbos führt. Ein Totalschaden des Lagersystems kann innerhalb weniger Sekunden nach Innbetriebnahme des Turboladers entstehen.

Wodurch wird Ölverschmutzung verursacht?

• Kohlenstoffablagerungen im Motor können neues Öl rasch verschmutzen
• Verschmutzung des neuen Öls während Wartungsarbeiten (versehentlich)
• Verstopfter/beschädigter Ölfilter oder Verwendung eines Ölfilters von schlechter Qualität
• Minderwertiges Öl, verursachtdurch übermäßige Temperaturen oder verlängerte Wartungsintervalle
• Motorverschleiß, der zu Ablagerungen im Öl führt
• Mischen von Treibstoff oder Wasser mit dem zugeführten Öl

Vorbeugung gegen Turboausfälle:

• Verwenden neuen Öls und neuer Filter verringert das Risiko eines Ausfalls. Wir raten dazu, beim Überholen des Turbos die vom Motorenhersteller empfohlenen Filter zu verwenden
  Verwenden der richtigen Sorte Öl für den entsprechenden Motor
• Austausch oder Reinigen des Ölzulaufs und der Einlass-Mikrofilter verhindert Kohlenstoff- oder Schlickablagerung, die den Ölfluss zu den Lagern behindert.

Öl wird oftmals als wichtige Komponente außer Acht gelassen. Ölleckagen werden durch eine Vielzahl von Faktoren, deren Ursprung oftmals im korrekten Druck innerhalb des Verdichters- und Turbinengehäuses liegt, verursacht. Tritt eine Ölleckage auf, ist es wichtig, nicht nur den Kolbenring als Dichtung anzusehen, sondern auch den Ölabweisring- /Lagergehäusebohrung, die Kolbenringe, sowie den Druck innerhalb der Gehäuse als eine vollständige “Dichtungseinheit”, zu betrachten.

Ist einer dieser Teile fehlerhaft, kann es gravierende Auswirkungen auf die anderen Teile der “Dichtungseinheit” haben. Beispielsweise können ein Kolbenring und eine Ölabweisringbohrung geometrisch korrekt sein,aber dennoch treten Ölleckagen auf der Verdichterseite auf. Das liegt daran, dass das dritte Teil des Puzzles, der Druck, nicht korrekt ist.

Wenn die eigentliche Ursache des Ausfalls nicht ermittelt wird, ist es sehr wahrscheinlich, dass dieselbe Ursache auch zum Ausfall des instandgesetzten Turbos führt. Ölleckagen können einen Totalschaden des Lagersystems kann innerhalb weniger Sekunden nach Innbetriebnahme des Turboladers verursachen. Um Ihnen bei der Reparatur zu helfen, Ölleckagen zu identifizieren und ein Wiederauftreten derselben zu verhindern, werden im Folgenden einige Hauptursachen und Anzeichen für Ölaustritt aufgeführt.

Ursachen von Ölaustritt am Verdichter:

• Verstopfungen oder Verengungen im Luftansaugrohr, Luftschlauch oder Luftansaugfilter können ein Vakuum erzeugen, wodurch Öl in das Verdichtergehäuse austritt
• Luftaustritte in den Ansaugschläuchen oder am Zwischenkühler

Ursachen von Ölaustrit an der Turbine:

• Lecks in der Auspuffanlage
• Verstopftes Lagergehäuse
• Lecks in der Abgasrückführung

Ursachen von Ölaustritten in den Verdichter und die Turbine:

• Eingeschränkte oder blockierte Ölablassleitung vom Turbolader zum Motor
• Einschränkung oder Verstopfung des Kurbelgehäuseentlüftungssystems
• Wiederholtes Abschalten eines heißen Motors führt zu Kohlenstoffablagerungen in der Rumpfgruppe
• Mechanische Beschädigungen der rotierenden Teile des Turbos und übermäßiger Lagerabstand (möglicherweise durch andere Ausfallarten verursacht)
• Übermäßiger Kurbelgehäusedruck (Blow-By durch verschlissene Kolbenringe/Bohrungen)
• Einbau eines unzulässigen Turbos

Vermeidung von Ölaustritten:

• Stellen Sie sicher, dass Luft- und Ölablasssysteme frei von Verstopfungen oder Verengungen sind
• Überprüfen Sie die Auspuffanlage auf Leckagen
• Stellen Sie sicher, dass Rußpartikelfilter und Katalysator frei von Verstopfungen sind

Bitte beachten Sie:

In VSR- (Hochgeschwindigkeits-) Auswuchtmaschinen können Ölleckagen entstehen, da der für die Erzeugung einer Dichtung erforderliche Umgebungsdruck nicht besteht, da keine Gehäuse verwendet werden. Dies kann dann dazu führen, dass Öl aus dem Verdichterende und dem Turbinenende herausgedrückt wird, wodurch der Eindruck eines Lecks entsteht. Dies tritt mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht auf, wenn der Ersatzturbo auf den Motor montiert wird.
Eine Ölleckage kann zudem auftreten, wenn ein Motor im Leerlauf läuft. Der Druck innerhalb der Gehäuse ist niedriger, was wiederum zur Entstehung eines Vakuums führen kann, bei dem das Öl in das Turbinengehäuse austritt. Sobald der Motor mit normaler Geschwindigkeit läuft, wird der Druck wiederhergestellt und das Öl tritt nicht weiter aus.

Im Folgenden haben wir die Ursachen und die Anzeichen für Ölmangel hervorgehoben, um Ihnen während der Durchführung einer Reparatur dabei zu helfen, einen Ölmangel zu erkennen und das Wiederauftreten desselben zu vermeiden. Wenn die eigentliche Ursache des Ausfalls nicht ermittelt wird, ist es sehr wahrscheinlich, dass dieselbe Ursache auch zum Ausfall des instandgesetzten Turbos führt.
Mangelschmierung kann einen Totalschaden des Lagersystems innerhalb weniger Sekunden nach Innbetriebnahme des Turboladers verursachen.

Anzeichen für Mangelschmierung / Ölmangel:

• Stoffübergang (verursacht durch hohe Temperaturen auf Grund von Reibung der Lager) auf andere Lagerteile und die Läuferwelle
• Verfärbung der Axialteile und der Läuferwelle
• Übermäßiger Verschleiß der Lagerflächen des Axiallagers
• Übermäßiger Verschleiß der Radiallager

 

Ursachen von Mangelschmierung / Ölmangel:

• Mangelhafte Wartung des Ölfilters
• Unzureichendes Öl in der Ölwanne
• Verwenden der falschen Ölzulaufdichtung führt zur Drosselung der Ölzufuhr
• Erhitzung (Verkokung) / Kohlenstoffablagerungen in der Ölzulaufleitung
• Auftragen von Silikon auf die Ölzulaufdichtung, was zu Verstopfungen führt
• Schlick- oder Koksanhäufung im Lagergehäuse durch abruptes Abschalten des heißen Motors
• Beschädigter, verstopfter oder minderwertiger Ölfilter
• Versäumnis, den Turbo vor dem ersten Start mit Öl zu befüllen
• Motor für längere Zeit im Leerlauf, insbesondere während kalten Witterungsbedingungen
• Ölzulaufleitung verbogen oder geknickt
• Motorverschleiß.

 

Vermeidung eines durch Mangelschmierung / Ölmangel verursachten Turboausfalls:

• Die Ölversorgung des Turbos ist entscheidend; prüfen Sie stets, ob der Öldruck korrekt ist
• Vermeiden Sie die Verwendung von Silikon an Öldichtungen, da sich diese leicht ablösen und Ölkanäle verstopfen können
• Reinigen oder ersetzen Sie Ölzuläufe, um Kohlenstoffablagerungen oder Ölschlamm zu entfernen, die andernfalls den Ölfluss zum Lagersystem beeinträchtigen könnten
• Verwenden Sie bei der Montage eines Ersatzturboladers frisches Öl und neue Ölfilter,die vom Motorenhersteller empfohlen wurden

 

Was ist ein Fremdkörper und wodurch entsteht er?

Ein Fremdkörper ist schlicht und einfach ein beliebiges Objekt, das durch den Lufteinlass oder den Auspuffeinlass in den Turbolader eintritt. Tritt ein Fremdkörper in den Turbolader ein, wird dessen Leistung sehr schnell durch jenen beeinträchtigt.

Anzeichen für Fremdkörperschäden:

• Geräusche aus dem Turbo während des Betriebs
• Leistungsverlust;
• Zerspanung des Verdichters oder der Turbinenschaufeln
• Lochfraß am Verdichtereintritt
• Lochfraß an den Verdichterschaufeln.

Wodurch werden Fremdkörperschäden verursacht?

• Kleine Partikel, die durch beschädigte Schläuche eindringen
• Wenn der Luftfilter beschädigt (oder fehlerhaft), von geringer Qualität ist oder fehlt, werden Fremdkörper in die Luftansaugung gesaugt
• Fremdkörper aus einem früheren Turboausfall
• Defekte Motorkomponenten, z. B. Ventile oder Teile beschädigter Kolben, Spitzen von Einspritzdüsen
• Bolzen, Muttern, Unterlegscheiben, Lappen oder andere Gegenstände, die während der Wartung im Ansaugrohr zurückgelassen werden.

Vorbeugung gegen Turboausfälle:

• Stellen Sie sicher, das Luftschläuche frei von Verstopfungen oder losen Gegenständen sind
• Überprüfen Sie, ob die Luftschläuche intakt und in einem funktionsfähigen Zustand sind
• Stellen Sie sicher, dass der richtige Luftfilter der richtige für das entsprechende Fahrzeug verwendet wird
• Entfernen von Fremdkörpern oder Motorstücken aus früheren Turboausfällen
• Die Verwendung neuer Dichtungen verringert das Risiko eines Dichtungsbruchs und garantiert eine einwandfreie Dichtung

Bitte beachten Sie: Betreiben Sie niemals einen Turbolader mit beschädigten Schaufeln weiter, da die Rotorauswuchtung dadurch beeinträchtigt wird, was wiederum die Lebensdauer des Laders beeinflussen kann.

REA/SREA Failure Modes

REA (Rotary Electronic Actuator) or SREA (Simple Rotary Electronic Actuator) are fitted to many variable geometry turbos and control the variable vane movement. This article explores the benefits of the REA and possible causes or symptoms of failure.

What is variable geometry and why are these systems used?

When a turbocharger is matched to an engine, it is essential to balance the low speed response with high speed efficiency. The nozzle ring assembly is designed to change the exhaust gas inlet area with the engine speed to closely match the desired boost requirements of the engine. As the engine speed increases, the electronic actuator moves the nozzle ring assembly vanes to the fully open position to maximize the exhaust gas flow.

REA / SREA electronic actuators are highly complex and intricate. They are not interchangeable with different gearboxes or black caps. The calibration settings are programmed in the software within the black cap and are unique to each turbocharger.

Benefits of Electronic Actuators Include:

• Rapid response to changes in speed;
• Accuracy of minimum and maximum air flow;
• Feedback loop to the vehicle’s ECU – indicates where the actuator position is and learns what boost is required.

Faulty Electronic Actuator Symptoms:

• Complete loss of power, causing the vehicle to go into limp home mode;
• Flashing engine management light;
• Intermittent low pressure, or over boost.

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REA/SREA

Common Failure Modes:

Gearbox Failure – REA and SREA will fail as a result of the variable geometry mechanism sticking due to sludging or carbon build up. When the variable geometry mechanism sticks, it pulls a higher current through the motor than it is designed to take, this therefore causes the motor to burnout or the plastic worm gears to fail. This restriction can reduce boost pressure and can result in the vehicle being put into ‘limp home mode’. In most failures, the black cap and electronics are unaffected by the gearbox failure and can be reused.

Board Connectors – The wire connectors can expand and contract, eventually breaking and causing failure of the electronic actuator. This fault can often go undetected during repair and workshop testing, as the fault can only be detected once the actuator heats up.

Mishandling of the Turbo – If the turbo connector is knocked or banged, it will break and the whole unit will need replacing.

Water Ingress – The location of a turbo in the engine compartment can mean the electronic actuator is more susceptible to water ingress. The actuator can become rusty and contaminated, giving the wrong signals and ultimately breaking.

Engine Vibration – Constant vibration from the vehicle can wear the electronic actuator out, causing it to fail over a period of time.

Loss of Power – If the electronic actuator has failed to open the nozzle ring assembly vanes under acceleration, the turbo will fail to operate efficiently. If the vanes are set to a closed position, it can cause choking of the engine or overspeeding of the turbine. Alternatively, if the vanes are open more than is required, the turbo will have too much ‘lag’ and be slow to respond. If this occurs, it is essential to check if the electronic actuator has failed as a consequence of other failure modes.

Notes for Repair:

• When repairing the electronic actuator the worm gear and motor must be the correct ratio to avoid immediate failure.
• REA actuators must be calibrated to the turbo after repair. Incorrect calibration of the electronic actuator when assembled on the turbocharger can result in poor performance.
• Soldering to repair broken connections in the gearbox and black cap is not advised. Solder is susceptible to cracking in environments with temperature variance and vibration. For this reason, the motor and motor choke assembly connector must be spot welded.

For further information on this or other topics, please contact Melett Technical Support – [email protected].