Audi und Porsche EA839 / EA825 – Probleme mit Alu-Kettenrädern der Nockenwellenversteller

Die Audi- und Porsche-Motoren der Baureihen EA839 und EA825 gehören zu den technisch aufwendigsten Antrieben des Volkswagen-Konzerns. Zur EA839-Familie gehören vor allem die 2,9- und 3,0-Liter-V6-TFSI-Motoren, während die EA825-Baureihe die 4,0-Liter-V8-TFSI-Motoren umfasst.

Der EA825 wurde gemeinsam von Audi und Porsche entwickelt und basiert konstruktiv auf mehreren Lösungen der EA839-Motorenfamilie. Beide Motorenbaureihen verwenden einen ähnlichen Steuertrieb und vier hydraulische Nockenwellenversteller – jeweils einen für jede Einlass- und Auslassnockenwelle.

Die variable Nockenwellenverstellung ist technisch sehr fortschrittlich. Sie verbessert den Drehmomentverlauf, das Ansprechverhalten, den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen. Eine Schwachstelle ist jedoch der Werkstoff der originalen Kettenräder, die direkt mit der Steuerkette zusammenarbeiten.

Die serienmäßigen Nockenwellenversteller besitzen Kettenräder aus Aluminium. Nach unseren Untersuchungen und Werkstoffprüfungen können diese Kettenräder abblättern, ausbrechen und Aluminiumabrieb beziehungsweise Aluspäne in den Ölkreislauf abgeben.

In diesem Artikel erklären wir:

• wie die Nockenwellenversteller der EA839- und EA825-Motoren funktionieren,
• wer die originalen Nockenwellenversteller hergestellt hat,
• warum die Aluminium-Kettenräder verschleißen können,
• ob die neueren Teilenummern 06M109087K und 06M109088K tatsächlich verbessert wurden,
• welche Folgen Aluminiumspäne im Motoröl haben können,
• wodurch sich die neu konstruierten MEHENKER-Nockenwellenversteller unterscheiden,
• und warum bei der Reparatur auch die Dichtringe der Nockenwellen erneuert werden sollten.

Das Problem der Aluminium-Kettenräder im Video

In unserem deutschsprachigen Video zeigen wir die originalen Nockenwellenversteller der Audi- und Porsche-Motoren EA839 und EA825. Wir erklären ihre Funktion, zeigen typische Schäden an den Aluminium-Kettenrädern und vergleichen die OEM-Konstruktion mit den neu entwickelten MEHENKER-Nockenwellenverstellern mit gehärteten Stahl-Kettenrädern.

Außerdem zeigen wir die Ergebnisse des Werkstoffvergleichs zwischen älteren und neueren OEM-Versionen. Dabei erklären wir, warum eine neue Endung der Teilenummer nicht automatisch bedeutet, dass die grundlegende Schwachstelle beseitigt wurde.

Die originale Nockenwellenverstellung ist technisch aufwendig und grundsätzlich gut konstruiert. Die Schwachstelle liegt jedoch im Aluminium-Kettenrad, das direkt mit der Stahl-Steuerkette zusammenarbeitet.

In welchen Motoren werden diese Nockenwellenversteller verwendet?

Die beschriebene Konstruktion wird in folgenden Benzinmotoren eingesetzt:

• 2,9-Liter-V6-TFSI EA839,
• 3,0-Liter-V6-TFSI EA839.

• 4,0-Liter-V8-TFSI EA825.

Diese Motoren werden unter anderem in verschiedenen Versionen von Audi S4, S5, RS4, RS5, S6, S7, A6, A7, A8, SQ5, Q7 und Q8 sowie in ausgewählten Porsche-Modellen wie Panamera, Cayenne und Macan eingesetzt.

Die Anwendungsliste ist umfangreich. Vor der Bestellung sollten deshalb immer die OEM-Teilenummer, der Motorkennbuchstabe oder die Fahrgestellnummer geprüft werden.

Wer stellt die originalen Nockenwellenversteller her?

Nach den Kennzeichnungen auf den von uns untersuchten Bauteilen wurden die originalen Nockenwellenversteller von der deutschen Firma Hilite hergestellt, die früher unter dem Namen Hydraulik-Ring bekannt war.

Hydraulik-Ring wurde im Jahr 2002 in Hilite umbenannt. Das Unternehmen entwickelt und produziert seit vielen Jahren Systeme zur variablen Nockenwellenverstellung, Magnetventile und andere hydraulisch gesteuerte Motorkomponenten.

Hilite entwickelte Systeme für verschiedene Motoren von BMW, Volkswagen, Audi und Porsche. Diese Systeme verstellen die Einlass- und Auslassnockenwellen abhängig von Last, Motordrehzahl und Betriebstemperatur.

Das Grundprinzip dieser Nockenwellenversteller ist technisch sehr gut. Das Problem liegt nicht in der hydraulischen Funktion, sondern im Werkstoff der Kettenräder, die mit der Stahl-Steuerkette zusammenarbeiten.

Wie funktionieren die EA839- und EA825-Nockenwellenversteller?

Die EA839- und EA825-Motoren besitzen hydraulische Nockenwellenversteller an allen Nockenwellen. Das Motoröl wird in getrennte Kammern innerhalb des Verstellers geleitet. Der Öldruck dreht den mit der Nockenwelle verbundenen Rotor relativ zum Kettenrad, das von der Steuerkette angetrieben wird.

Der Verstellbereich beträgt:

• 50 Grad Kurbelwinkel,
• entsprechend 25 Grad Nockenwellenwinkel.

In der Audi-Dokumentation werden die Nockenwellenversteller als stufenlos arbeitendes System beschrieben. Im Leerlauf und bei geringer Motorlast hält das Motorsteuergerät die Versteller meistens in der Nähe ihrer Grundstellung. Der tatsächliche Verstellwinkel ist in diesem Betriebsbereich daher oft nur sehr klein.

Das System ist jedoch nicht mechanisch abgeschaltet. Das Motorsteuergerät kann die Nockenwellenposition auch außerhalb des Volllastbereichs korrigieren.

Nach dem Abstellen des Motors werden die Versteller in bestimmten Positionen verriegelt:

• die Einlass-Nockenwellenversteller werden in der späten Stellung verriegelt,
• die Auslass-Nockenwellenversteller werden in der frühen Stellung verriegelt.

Die Auslassversteller besitzen zusätzlich eine Rückstellfeder. Sie hilft dabei, den Rotor vor dem Einrasten des Verriegelungsmechanismus in die vorgesehene Grundstellung zu bewegen.

Während der aktiven Nockenwellenverstellung gilt vereinfacht:

• Die Einlassnockenwellen werden in Richtung früh verstellt, also in Motordrehrichtung verdreht.

• Die Auslassnockenwellen werden in Richtung spät verstellt, also in die entgegengesetzte Richtung bewegt.

Dies ist eine vereinfachte Darstellung der Verstellrichtung. Der tatsächliche Sollwinkel wird vom Motorsteuergerät fortlaufend an den aktuellen Betriebszustand angepasst.

Warum wird eine variable Nockenwellenverstellung eingesetzt?

Eine feste Nockenwellenposition ist immer ein Kompromiss. Eine Einstellung, die bei niedriger Drehzahl gut funktioniert, ist bei hoher Drehzahl oder großer Motorlast nicht unbedingt optimal.

Hydraulische Nockenwellenversteller verändern laufend die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlass- und Auslassventile. Dadurch kann das System:

• das Drehmoment bei niedrigen und mittleren Drehzahlen erhöhen,
• das Ansprechverhalten und die Elastizität des Motors verbessern,
• die Zylinderfüllung bei hoher Motorlast verbessern,
• einen breiteren und günstigeren Drehmomentverlauf erzeugen,
• die Ladungswechselverluste reduzieren,
• eine interne Abgasrückführung ermöglichen,
• den Kraftstoffverbrauch senken,
• und die Abgasemissionen reduzieren.

Einwandfrei arbeitende Nockenwellenversteller haben deshalb einen großen Einfluss auf die Motorcharakteristik. Verschlissene Kettenräder oder zu hohe interne Ölverluste können die Genauigkeit und Stabilität der gesamten Nockenwellenverstellung beeinträchtigen.

OEM-Teilenummern der EA839- und EA825-Nockenwellenversteller

Für Audi- und Porsche-Anwendungen existieren mehrere OEM-Revisionen. Die Endungen F, H, J, K und P kennzeichnen verschiedene Produktionsstände.

Teilenummern der Einlass-Nockenwellenversteller

• 06M109087F,
• 06M109087H,
• 06M109087J,
• 06M109087K,
• 06M109087P,
• 9A7109087,
• PAC109087.

Teilenummern der Auslass-Nockenwellenversteller

• 06M109088F,
• 06M109088H,
• 06M109088J,
• 06M109088K,
• 06M109088P,
• 9A7109088,
• PAC109088.

Teilenummern mit der Endung 087 gehören zur Einlassseite. Teilenummern mit der Endung 088 bezeichnen die Auslass-Nockenwellenversteller.

Das Problem der Aluminium-Kettenräder

Die originalen Nockenwellenversteller besitzen Aluminium-Kettenräder, die direkt mit einer Stahl-Rollensteuerkette von iwis zusammenarbeiten.

Nach den von MEHENKER durchgeführten Werkstoffprüfungen zeigt das Aluminium der untersuchten Kettenräder keine Merkmale einer Wärmebehandlung, die die Oberflächenhärte oder Verschleißfestigkeit deutlich erhöhen würde. Die gemessene Härte beträgt ungefähr 140 HB.

An gebrauchten OEM-Nockenwellenverstellern haben wir unter anderem folgende Schäden festgestellt:

• Abblättern der Zahnoberflächen,
• Ausbrechen von Aluminiumstücken,
• abgerundete und verformte Zahnkanten,
• ungleichmäßige Tragbilder der Steuerkette,
• lokale Materialausbrüche.

Ein Teil der Schäden kann nicht nur auf normalen Verschleiß zurückzuführen sein. Lokale Werkstofffehler oder Unregelmäßigkeiten im Herstellungsprozess können ebenfalls dazu führen, dass die Aluminiumoberfläche abblättert oder ausbricht.

Aluminium reduziert zwar das Bauteilgewicht, das Kettenrad muss an dieser Stelle jedoch ständig wechselnde Belastungen aus dem Ventiltrieb übertragen. Gleichzeitig arbeitet es bei hoher Temperatur und wechselnder Last gegen eine deutlich härtere Stahlkette.

Wurden die Nockenwellenversteller 06M109087K und 06M109088K verbessert?

In Foren und Werkstattdiskussionen wird teilweise behauptet, dass die neueren Versionen:

• 06M109087K,
• 06M109088K

überarbeitet wurden und das Problem der älteren Kettenräder nicht mehr besitzen.

Nach der von MEHENKER durchgeführten Werkstoffanalyse wurde bei der K-Version jedoch weder das Aluminium-Kettenrad durch ein Stahl-Kettenrad ersetzt noch ein wesentlich härterer Aluminiumwerkstoff eingesetzt.

Die von uns untersuchten Nockenwellenversteller mit der Endung K besitzen weiterhin Aluminium-Kettenräder mit sehr ähnlichen Werkstoffeigenschaften wie die älteren Versionen.

Die grundlegende Konstruktion blieb somit unverändert. Eine neuere OEM-Teilenummer bedeutet deshalb nicht automatisch, dass der Verschleiß der Aluminiumzähne vollständig beseitigt wurde.

Aluminiumspäne und Metallabrieb im Motoröl

Material, das von den Kettenrädern abblättert oder ausbricht, gelangt in das Motoröl. Größere Partikel können vom Ölfilter aufgefangen werden. Kleinere Partikel können dagegen weiter durch den Ölkreislauf transportiert werden.

Das Motoröl versorgt bei diesen Motoren unter anderem:

• die Ölpumpe,
• die Steuerkettenspanner,
• die Nockenwellenversteller,
• die Magnetventile der Nockenwellenverstellung,
• die Lagerstellen der Nockenwellen,
• die hydraulischen Bauteile des Ventiltriebs,
• die Turbolader,
• die Kurbelwellen- und Pleuellager.

Metallpartikel im Motoröl können zu folgenden Problemen beitragen:

• beschleunigter Verschleiß der Ölpumpe,
• Verschmutzung der Magnetventile der Nockenwellenverstellung,
• Beeinträchtigung der Steuerkettenspanner,
• Verschleiß präziser hydraulischer Oberflächen,
• Verschmutzung enger Ölkanäle,
• beschleunigter Verschleiß weiterer geschmierter Motorteile.

Das bedeutet nicht, dass jeder kleine Aluminiumpartikel sofort die Ölpumpe oder die Motorlager beschädigt. Das eigentliche Problem besteht darin, dass ein beschädigtes Kettenrad zu einer dauerhaften Quelle von Abrieb im Ölkreislauf werden kann.

MEHENKER-Nockenwellenversteller mit gehärteten Stahl-Kettenrädern

Bei der Entwicklung der MEHENKER-Nockenwellenversteller wurde die originale Konstruktion nicht einfach kopiert. Der komplette Mechanismus wurde neu konstruiert und grundlegend überarbeitet.

Zu den wichtigsten Änderungen gehören:

• gehärtete Stahl-Kettenräder anstelle von Aluminium-Kettenrädern,
• auf über 50 HRC gehärtete Zähne,
• größere und stabilere Innenteile,
• ein verstärkter Verriegelungsmechanismus,
• eine überarbeitete Geometrie der Ölkammern,
• eine verbesserte interne Ölabdichtung,
• eine Einzelprüfung jedes Nockenwellenverstellers mit heißem Motoröl.

Das gehärtete Stahl-Kettenrad ist wesentlich widerstandsfähiger gegen die Zusammenarbeit mit der Stahl-Steuerkette. Es verschleißt nicht auf die gleiche Weise wie die untersuchten Aluminium-Kettenräder und kann keine Aluminiumspäne im Motoröl erzeugen.

Wenn das Aluminium-Kettenrad bei der Reparatur vollständig beseitigt werden soll, stellen die kompletten MEHENKER-Nockenwellenversteller eine echte Alternative zur Montage einer weiteren OEM-Revision mit ähnlichem Grundaufbau dar.

Etwa 10 Prozent höheres Verstellmoment

Die MEHENKER-Nockenwellenversteller besitzen eine größere wirksame hydraulische Fläche. Nach unseren Messungen wird dadurch bei vergleichbarem Motoröldruck ein um etwa 10 Prozent höheres Verstellmoment erzeugt.

Dies bedeutet nicht, dass sich das Drehmoment des Motors um 10 Prozent erhöht. Gemeint ist ausschließlich das innerhalb des Nockenwellenverstellers erzeugte Moment, das die Nockenwelle relativ zum Kettenrad verdreht.

Das höhere Verstellmoment bietet:

• eine größere Kraftreserve bei der Nockenwellenverstellung,
• ein zuverlässigeres Überwinden der Widerstände des Ventiltriebs,
• eine stabilere Funktion bei heißem und dünnflüssigem Motoröl,
• ein sichereres Erreichen des vom Motorsteuergerät vorgegebenen Sollwinkels.

Verbesserte interne hydraulische Abdichtung

Im Nockenwellenversteller muss das Motoröl in die richtige Kammer geleitet werden, damit der Rotor gedreht werden kann. Bei zu großer interner Leckage fließt ein Teil des Öls zwischen den Kammern hindurch, ohne ein nutzbares Verstellmoment zu erzeugen.

Ein verschlissener oder intern undichter Nockenwellenversteller kann:

• den vorgegebenen Sollwinkel langsamer erreichen,
• die Nockenwellenposition weniger stabil halten,
• eine größere Abweichung zwischen Soll- und Istwinkel zeigen,
• Fehler der Nockenwellenverstellung im Motorsteuergerät verursachen.

Die MEHENKER-Nockenwellenversteller besitzen eine verbesserte interne Abdichtung. Dadurch kann der vorhandene Motoröldruck besser genutzt werden und die Ölverluste zwischen den einzelnen Verstellkammern werden reduziert.

Dies kann die Geschwindigkeit und Stabilität der Nockenwellenverstellung verbessern. Das tatsächliche Ansprechverhalten hängt jedoch auch vom Motorzustand, vom Öldruck, von den Magnetventilen, vom Softwarestand und von den übrigen Bauteilen des Steuertriebs ab.

Stahl-Kettenrad ohne höheres Gesamtgewicht

Trotz des deutlich stabileren gehärteten Stahl-Kettenrads sind die MEHENKER-Nockenwellenversteller leichter als die originalen Bauteile.

Dies wurde durch eine vollständige Neukonstruktion und Gewichtsoptimierung der einzelnen Bauteile erreicht.

Der MEHENKER-Nockenwellenversteller ist:

• 58 g beziehungsweise etwa 8,7 Prozent leichter als der originale Einlassversteller,
• 121 g beziehungsweise etwa 16,5 Prozent leichter als der originale Auslassversteller.

Im Vergleich zum Durchschnittsgewicht der beiden OEM-Versionen ist der MEHENKER-Nockenwellenversteller rund 13 Prozent leichter.

Der Einfluss dieses Gewichtsunterschieds auf das Trägheitsmoment des gesamten Systems ist gering. Die Nockenwellenversteller besitzen einen relativ kleinen Durchmesser und die Nockenwellen drehen sich mit der halben Kurbelwellendrehzahl.

Der wichtigste Vorteil ist daher nicht eine deutlich niedrigere Massenträgheit. Entscheidend ist, dass der Einsatz des gehärteten Stahl-Kettenrads das Gesamtgewicht des Nockenwellenverstellers nicht erhöht hat. Die Haltbarkeit des am stärksten belasteten Bauteils wurde deutlich verbessert, während die komplette Baugruppe leichter als das OEM-Teil bleibt.

Dichtringe der Nockenwellenverstellung

Beim Austausch der Nockenwellenversteller sollten auch die Dichtringe an den Nockenwellen geprüft werden.

Die Dichtringe trennen die Ölkanäle, die die einzelnen hydraulischen Kammern der Nockenwellenversteller versorgen. Verschlissene Dichtringe können zu Druckverlust und interner Leckage zwischen den Ölkanälen führen.

Mögliche Folgen verschlissener Dichtringe sind:

• langsamere Reaktion der Nockenwellenversteller,
• Probleme beim Erreichen des Sollwinkels,
• instabile Verstellung der Nockenwelle,
• Fehler der Nockenwellenverstellung oder Synchronisation,
• zu hohe Ölverluste im Verstellkreislauf.

Die originalen Dichtringe bestehen aus einem relativ weichen Material, das mit der Zeit verschleißen und seine Dichtwirkung verlieren kann.

Die blauen MEHENKER-Dichtringe bestehen aus einem speziellen Verbundwerkstoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten.

Sie bieten:

• geringe Reibung an der Gegenlauffläche,
• hohe Verschleißfestigkeit,
• stabile Abdichtung zwischen den einzelnen Ölkanälen,
• korrekte Ölversorgung der Nockenwellenversteller,
• eine langfristig stabile Funktion der Nockenwellenverstellung.

Wir empfehlen deshalb, die Dichtringe bei der Montage neuer Nockenwellenversteller ebenfalls zu prüfen und zu erneuern.

MEHENKER-Nockenwellenversteller für Audi und Porsche EA839 und EA825

Der MEHENKER-Satz enthält vier komplette Nockenwellenversteller:

• zwei Einlass-Nockenwellenversteller,
• zwei Auslass-Nockenwellenversteller.

Der Satz ist für folgende Motoren vorgesehen:

• Audi und Porsche 2,9-Liter-V6-TFSI EA839,
• Audi und Porsche 3,0-Liter-V6-TFSI EA839,
• Audi und Porsche 4,0-Liter-V8-TFSI EA825.

OEM- und MEHENKER-Nockenwellenversteller im Vergleich

Fazit

Die Audi- und Porsche-Motoren EA839 und EA825 verwenden eine technisch aufwendige variable Nockenwellenverstellung. Sie verbessert die Leistung, das Ansprechverhalten, den Drehmomentverlauf, den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen.

Das Grundprinzip des Systems ist sehr gut. Eine Schwachstelle der originalen Konstruktion ist jedoch das Aluminium-Kettenrad, das direkt mit der Stahl-Steuerkette zusammenarbeitet.

Unsere Untersuchungen zeigen, dass die Aluminiumzähne abblättern und ausbrechen können. Dadurch können Aluminiumabrieb und Aluspäne in das Motoröl gelangen. Bei den von uns geprüften Versionen 06M109087K und 06M109088K wurde das Aluminium-Kettenrad nicht durch ein Stahl-Kettenrad ersetzt.

Die MEHENKER-Nockenwellenversteller wurden vollständig neu konstruiert. Sie besitzen gehärtete Stahl-Kettenräder, stabilere Innenteile, eine verbesserte hydraulische Abdichtung und ein um etwa 10 Prozent höheres Verstellmoment.

Trotz der Stahl-Kettenräder sind die MEHENKER-Versteller leichter als die OEM-Teile. Der Einfluss des geringeren Gewichts auf die Massenträgheit ist klein. Der wichtigste Vorteil ist eine deutlich stabilere Konstruktion, ohne das Gewicht des rotierenden Bauteils zu erhöhen.

Beim Austausch der Nockenwellenversteller sollten auch die Dichtringe an den Nockenwellen geprüft werden. Verschlissene Dichtringe können Ölverluste zwischen den Kanälen verursachen und dadurch auch die Funktion eines neuen Nockenwellenverstellers beeinträchtigen.

Wenn die grundlegende Schwachstelle der Aluminium-Kettenräder vollständig beseitigt werden soll, ist ein kompletter Satz neu konstruierter Nockenwellenversteller mit gehärteten Stahl-Kettenrädern die konsequente Lösung.