Hella Turboställdonet

Principen med en turbokompressor är egentligen väldigt enkel men det är förståndigt att hålla den brutala kraften relativt under kontroll. Utan någon form av tryckreglering fortsätter turbon att spruta in luft och det är inte alltid vad man önskar. Det kan till och med vara så att det i vissa fall ger skada på motorn. I en ideal situation vill man egentligen kunna anpassa motortrycket efter de aktuella förhållandena. Som tur är finns det turboställdon som kan ta på sig ett sådan ansvar men vad gör ett sådan turboställdon egentligen? Vad som kanske är mer intressant är att veta: vad händer när ett sådan turboställdon blir defekt?

Hella Turboställdonet

Vad blir i de flesta fallen defekt

Låt oss börja med de defekter som vi först och främst kommer i kontakt med. Nyss nämndes det att allt möjligt kan bli defekt av att trycket inte blir ordentligt reglerat. Faktum är att inte allt i motorn kan stå emot ett (för) högt lufttryck och (för) höga temperaturer. Som tur är, är systemet ordnat på ett sådant vis att motorstyrdonet ser till att bilen går in i nödläge så fort ett felaktigt tryck blir registrerat. Ett turboställdon som är defekt orsakar därmed inte mer skada på motorn, utan ger istället felkoder och en betydligt mindre förmåga. De inlästa koderna anger ofta att det verkligen är något fel med turbon eller tryckregleringen.

  • P0234 – Engine Overboost Condition

  • P0299 – Turbo/Supercharger Underboost

  • P2263 – Turbo/Supercharger Boost System Performance

Många märken har även indivuduella felkoder, till exempel Ford:

  • P132A

  • P132B

Men föreställ dig att turbon egentligen fungerar som de ska, vad kan då bli defekt i själva ställdonet? Vi kommer senare att gå in i detalj för hur regleringen i sin totala förmåga fungerar, men vi kan redan nu berätta att ställdonet i stort sett består av en elektrisk motor, ett snäckhjul av plast och ett kretskort. Tyvärr har vi sett flera svaga punkter hos alla tre delar. Som tur är så är de i stort sett fullständigt återställbara. Reparation (eller bättre sagt: renovation), är därför inga problem, även om bilfabrikanter gärna vill låta dig tro något annat. Helst säljer dem en hel turbo till sina kunder. Det är faktiskt så att ett löst turboställdon kan in många fall inte beställas separat.

Renoveringsprocessen

Ett turboställdon betraktas av ACtronics som Mekatronik, en komponent som innefattar både mekanik och elektronik. Det här betyder att även renoveringsprocessen har två delar.

De mekaniska defekterna behandlas av vår mekatronik-avdelning . Vi har utvecklat egna komponenter som är lika bra, om inte bättre än originalen och därför kan vi garantera en hög kvalitet. Vi behandlar i den här fasen inte bara de defekta komponenterna, utan vi tar itu med alla kända svagheter. Konkret betyder det att vi som en försiktighetsåtgärd, byter ut alla rörliga delar. Det här gör vi för att kunna garantera kvaliteten på den renoverade produkten.

Besvär som har betydelse för elektroniken blir behandlade av vårt bindnings-team. Den här avdelningen har tillgång till en högkvalitativ utrustning som mycket nooggrant kan lägga nya bindningar på ett kretskort. Den här metoden kallar vi för ”bindning” och använder sig av ultraljudsvibrationer för att fästa dem nya bindningarna på en redan existerande fästpunkt. Den här metoden är väldigt exakt och har som fördel mot vanlig lödning att alla befintliga komponenter på kretskortet inte blir utsatta för hetta. Vi kan därmed garantera en högra kvalitet är reparationer som blir utfärda med lödning som metod. Däremot behövs det sägas att bindning är inte alltid det bästa valet. I en del situationer är det föredraget att löda. Vi kommer i framtiden att ägna en egen artikel om den här diskussionen.

Efter återställning utför vi naturligtvis ett utbrätt sluttest. Vår testomgivning ger oss möjlighet att simulera varje inmatning från motorstyrdonet. Vi testar alltså inte bara om allt rör sig smidigt, vi kan även kontrollera om elektroniken på kretskortet reagerar som det ska. Testutrustningen kan till och med göra koppling- och positionsmätningar. Vi vet därför med största säkerhet att den renoverade produkten fungerar minst lika bra som ett original.
Kul detalj: Vår testutrustning är internt designad och utvecklad. Det visar inte bara på hur specialiserade vi är på vårt jobb men även på hur stor kunskap vi verkligen har.

Hella turboställdonet i detalj

Teknikintresserade och turbospecialister skulle förmodligen anse (med rätta) att den här förklaring är för snäv, men en turbo är kort beskrivet som dubbelt utförda impellrar i ett och samma hus. Impellern på avgassidan börjar snurra efterhand som avgaserna blåser förbi och via en axel blir rörelsen överförd till impellern på insidan. Den här impellern börjar då också snurra vilket medför att de speciellt utformade bladen föser in luft i motorn. Desto högre hastighet på impellern, desto högre blir trycket med vilket luften i motorn förflyttar sig.

Det är precis här som problemet sitter: en turbo vet inte när den måste sluta. Det skulle egentligen vara mycket bättre om tillförseln av avgaserna hade blivit reglerad, så att den nödvändiga mängden kraft alltid genereras istället för att endast vara baserad på motorvarvtalet och vridspjällventilen. Som tur är, är det flera teknikintresserade som bestämde sig för att ta sig an uppgiften och kom fram med följande lösning: turbokompressorer med variabel geometri. Den nya typen turbo använder sig av inställbara blad runt den mittre snurrande skovelhjulet på avgassidan. Genom att justera bladens ställningar med en shim, kan mängden avgaser som kommer fram till impellern variera. Problemet är löst!

Hella turboställdonet i-detalj Hella Actuator

Aja, löst… inte helt och hållet. Det variabla impellersystemet består endast utav mekaniska delar och kan därför inte styra sig själv. Därifrån kommer turboställdonen. Dessa kan kontrollera oket som styr de justerbara bladen. Turboställdon kan grovt delas in i tre sorter. Egentligt, hos turbos med variabel geometri är det egentligen bara elektriska och hybrider som används. Därför kommer vi inte att hantera det pneumatiska ställdonet här.

Elektriska ställdon

Elektriska ställdon är utvecklade till att reagera på den elektriska inmatningen som skickas från motorstyrdonet. Inställningen på bladen är alltså beroende på vilket beslut motorstyrdonet tar. Motorstyrdonet har tillgång till all möjlig information som till exempel: motortemperatur och ingångstryck men kan också reagera på inmatning från bland annat inställbara körlägen (t.ex: neutral, dynamisk, sport). Det här är för bilfabrikanter speciellt intressant, då det erbjuder extra inställningsmöjligheter som ett lägre turbotryck vid kall motor och ett högre inställt tryck så fort som sportläget aktiveras. Därför ser vi ofta ett elektriskt ställdon i bilar med moderna turbomotorer. Audi, BMW, Citroën, Ford, Jaguar, Mercedes-Benz, Peugeot, Volvo, VW… alla använder dem det elektriska ställdonet från Hella, ofta i kombination med en turbo från Garrett.

Hella turbostatlldonet

Visste du att?

Bladen från en VGT (turbokompressor med variabel geometri) kan fasta på grund av sot. Det här påverkar inte bara systemets funktion men kan även beskada turboställdonet. Kontrollera därför alltid om bladen från en VGT kan röra sig fritt så fort ett turboställdon blir defekt, annars riskerar du att det nya ställdonet blir överbelastat igen. Kontrollen gör du enklast genom att lösgöra stången till oket och därefter röra oket fram och tillbaka.

Hella Turbo Actuator Renoveringsprocessen

Precis som vi tidigare förklarade så består det elektriska turboställdonet från Hella i stort sett av en elektrisk motor, ett snäckhjul och ett kretskort. Inmatningen från motorstyrdonet blir avläst av kretskortet som i sin tur ger instruktioner till den elektriska motorn via en signaal som anger om den under en tid ska snurra åt vänster eller höger. Därmed rör snäckhjulet VGT oket till den önskade positionen. Det behöver inte vara helt öppet eller helt stängt, för ställningen kan kontinuerligt anpassas genom att låta oket snurra lite till.

Det finns två sorters turboställdon från Hella: en REA (Rotary Electronics Actuator) och en SREA (Simple Rotary Electronic Actuator). Båda versionerna använder sig av en fem stiftsanslutning. Egentligen skiljer sig endast hur stiften används:

SREA:

SREA Hella Turbostalldonet

1. Rotera motorn åt höger
2. Rotera motorn åt vänster
3. Jordning
4. 5V PWM-signal (1 kHz)
5. 5V

REA:

REA-Hella turbostalldonet

  • 1. 12V

  • 2. Jordning

  • 3. CAN-L

  • 4. 5V PWM-signal (1kHz)

  • 5. CAN-H

Förutom stiftens olika uppgifter, skiljer sig båda typerna så klart även på andra punkter, som till exempel på hur de beräknar och justerar oket. SREA får igenom een enkel signal till stift ett och två, uppdrag till att snurra den elektriska motorn en bestämd tid. På så vis förflyttar sig oket till den korrekta positionen. REA använder sig av ett CAN-meddelande för att avgöra vad som ska ske. Det dåvarande sifon-läget blir mätt på PCB (kretskort). Givaren som mäter läget heter C.I.P.O.S givare. Värdet från mätningen jämförs med det önskade värdet och skulle det behövas, så blir den elektriska motorn styrd till att justera oket till korrekt position. På så vis är okets position alltid känd och eventuella avikningar kan filtreras ut. Framförallt kan motorstyrdonet nu använda okets läge som inmatning för eventuella handlingar och/eller beräkningar. Därmed blir systemet i sin helhet mer dynamisk.

Hybridställdon

Det finns även turbos met variabel geomatri som inte använder sig av Hellas elektriska turboställdon, men där anpassningarna sker pneumatiskt, som till exempel hos vissa JTD-motorer från Fiat-group. Men varför har detta val gjorts? Det finns situationer där man egentligen vill använda sig av elektriska ställdon men det går bara inte. På grund av till exmpel brist på utrymme eller konfigurationen hos den använda turbon, kan det ibland vara så att man behöver söka efter en alternativ lösning. För det här har man tänkt ut det hybrida ställdonet.

Trots att namnet får en att förmoda att det här gäller en komponent, består ett hybridställdon egentligen utav ett ”gammaldags” pneumatiskt turboställdon och en liten justeringsventil, som regleras av motorstyrdonet.
Det pneumatiska ställdonet avänder sig av övertrycket i insugningsröret för att justera bladen genom shimen. Den här justeringen blir egenligen manipulerad av den lilla elektriska justeringventilen. En signal från motorstyrdonet anger om ventilen ska öppna sig mer eller stängas, vilket resulterar i att det pneumatiska ställdonet tar emot mer eller mindre övertryck från inloppet. Genom att variera det här, kan man bestämma hur oket ska justeras och därmed i vilket läge impellrarna ska stå.

För att vara helt ärlig: systemet är lite mindre exakt och dynamiskt än Hellas REA men fungerar bra som ett alternativ. Den elektriska justeringsventilen är i detta koncept inte bara mindre än hela Hella turboställdonet, utan gör det även möjligt att använda sig av turbokompressorer där ett turboställdon från Hellas inte är möjligt. Framförallt är elektroniken i den här uppställningen längre ifrån de enorma temperatursvängningarna runt turbokompressorn. Hos motorer där värmen mindre bra kan transporteras bort, kan ett hybridställdon vara en bra kompromiss. Vi kan i alla fall föreställa oss att en bilfrabrikat i vissa fall väljer en alternativ lösning istället för Hellas turboställdon.

Demontering av enheten

Det största problemet under demontering är förmodligen Hellas turboställdonets tillgänglighet. Det här skiljer sig enormt från bil till bil. Så fort som det finns tillräckligt med utrymme, är det inte svårt för en erfaren montör att demonetera enheten. Först måste oket till VGT kopplas bort, den sitter fast med en fjäderring. När den väl är borta, behövs det bara att skruva loss tre bultar för att kunna ta bort turboställdonet från turbon.

Tänk på vid montering:
Det skapas uppsättningutrymme av de tre bultarna som håller fast turboställdonet. Man kan därför inte ”med tur” skruva fast turboställdonet. Läs alltid igenom de bil-specifika dokumenteringen för vidare instruktioner kring konfiguration.

Video

Vi har hittat ytterligare en video på Youtube som visar Hella turboställdonet i handling.