Subaru WRX / STI Ringland Failure

Der er et betydeligt højt antal fejl på stempelringland på de senere modeller af Subaru WRX og WRX STI. Målet med denne artikel er at hjælpe dig med at undgå at blive en af dem. Nogle af disse kan virke som sund fornuft for de fleste, men for mange yngre eller førstegangs ejere af turbobiler kan det være nyt.

Hvad er et stempelringland?

Ringlanderne er de områder af stemplet, der støder op til ringene og ringrillerne. Alle turbo 2,5L (EJ25) og 2,0L (EJ20 / FA20) stempler har tre ringlande, som rummer de to kompressionsringe og en oliekontrolring.

Det første ringland (også kaldet topland) er placeret mellem toppen af stemplet (kendt som en krone eller et dæk) og den primære kompressionsring. Denne ring lukker størstedelen af varmen og forbrændingsgasserne ude fra krumtaphuset.

Det andet ringland danner bro mellem den primære og den sekundære kompressionsring. Den sekundære ring lukker de gasser ude, der kommer forbi den primære ring. Dens unikke form skraber også eventuel olie, der er kommet forbi den tredje ring (også kaldet oliekontrolringen), af cylindervæggene.

Den tredje ringlanding danner bro mellem den sekundære og den tredje ring, oliekontrolringen. Oliekontrolringen er formet helt anderledes end de to kompressionsringe. Ringens udformning skraber olien fra cylindervæggene og tvinger den ind i oliehullerne og videre til håndledsstifterne.

Hvad er Ringlandfejl?

Ringlandfejl er, når overdreven varme og tryk forårsager, at ringlandet går i stykker. Den knækkede ringrulle støtter ikke længere ringen ordentligt, hvilket gør det muligt for forbrændingsgasser at blæse ned i sumpen og ofte sætte den under tryk. Dette forårsager igen overdreven olieafbrænding fra en kombination af at blæse det gennem PCV-systemet, brænde det af cylindervæggen(e) og afbrænde olie i krumtaphuset/sumpen.

Hvorfor fejler Subaru ringbolte?

Detonation er den mekanisme, der fysisk beskadiger stemplerne. Alt, der fremmer detonation, f.eks. brændstof med lav oktan, manglende korrekt tuning og langvarig hård kørsel, kan potentielt forårsage svigt af stempelringlande.

Detonation er, når blandingen selvantændes og danner en ekstra flammefront i forbrændingskammeret. Denne spontane antændelse får flammefronterne til at støde ind i hinanden og frembringe en trykspids, der langt overstiger den typiske forbrænding. Denne trykbølge vil fortsætte med at prelle af på cylindervæggene og frembringe en stærk cyklisk belastning.

Denne “jackhammering”-effekt ødelægger enten ringbolten med det samme eller bidrager til et fremtidigt svigt på grund af træthed og/eller overbelastning. Dette skyldes materialets manglende evne til at absorbere energi gennem deformation eller bøjning (duktil adfærd) sammenholdt med den hurtigt indsættende spænding som følge af detonationen.

Kolvringgabet er også et stigende problem med de nyere motorer. Spalten er stram fra fabrikken, hvilket gør den primære kompressionsring tilbøjelig til at binde sig. Binding opstår, når ringen varmes op og løber tør for ekspansionsrum. Ringen bøjer sig så og lægger en punktbelastning på stempelringene. Ved tilstrækkelig stor belastning kan dette medføre, at ringbolten knækker helt og holdent eller bidrager til dens svigt.

Er stemplerne bare svage?

Svage? … Nej

Sprød? … Absolut

Selv om detonation er det, der skader stemplerne, er det vigtigt at vide, at EJ20 (EJ207 / EJ205), EJ25 (EJ255 / EJ257) og FA20 alle har skøre stempler på grund af Subaru’s materiale- og designvalg. Stemplerne er støbt af en hypereutektisk aluminium-siliciumlegering (Al-Si), et meget almindeligt materialevalg til moderne motorer. Velafprøvede motorer som 2JZGTE, 4G63, SR20DET, RB26DETT, LSX, K-serien og andre bruger alle Al-Si-legeringer.

Al-Si-legeringer kan imidlertid variere afhængigt af procentdelen af silicium i materialet. Subaru har valgt en “hypereutektisk” legering, som er en blanding med et højt indhold af silicium (12+%). Dette gør, at stemplerne har en ekstremt lav varmeudvidelse og giver Subaru mulighed for at køre med en ekstremt snæver stempel-boreafstand. Det høje siliciumindhold gør også stemplet betydeligt stærkere end selve aluminium. F.eks. har en legering med 9 % silicium (i vægt) en 14 % højere flydespænding end en legering med 7 % silicium. Denne styrke har en pris: brud.

Når man tager en forhammer og rammer en stålkappe, deformerer stålet sig simpelthen under trykket fra hammerens slag og efterlader en bule. Når du tager den samme forhammer og rammer en rude, splintrer blokken ruden. Det skyldes, at vinduesmaterialet reagerer på slaget ved at briste i stedet for at deformere sig. Når man tilføjer silicium til aluminium, opfører det sig mere og mere som vinduesglasset.

Detonationsenergi opfører sig ironisk nok som hammeren.

Du kan læse mere om detonation her:

Hvad forårsager detonation i Subarus?

Der er en lang liste over ting, der kan føre til detonation i en benzinmotor med gnisttænding, men her er et par ting, der skiller sig ud for Subarus.

Untunede modifikationer

Intakes, downpipes, udstødningsmanifolds og andre almindelige modifikationer kræver justeringer af fabriksafstemningen for at kunne køre korrekt. Subaru har indbygget logik i ECU’en til at foretage justeringer for højde, pumpebrændstof (f.eks. 91 ACN vs. 93) og klima, men den er ikke velegnet til at tage højde for de fleste ændringer. Indtag er en meget almindelig ændring, som kræver specifikke justeringer af MAF-kalibreringstabellerne for at kunne måle den indkommende luftstrøm korrekt. Dette skyldes, at eftermarkedsindtag påvirker luftstrømmen gennem MAF-huset.

Hvert indtag vil have sin egen MAF-kalibrering. Det er derfor, at Cobb har en tuning til deres SF-indtag og AEM-indtag.

Improper Tunes

Det er ret indlysende, at en “dårlig” tuning ikke er ideel. Det er derfor, du bør undersøge tunere og sikre dig, at de ikke kun har erfaring med tuning af Subarus, men at du også gør din del for at give dem præcis feedback og data, hurtigt implementere nye maps og rettelser og følge deres direktiver nøje. Folk kan være hurtige til fejlagtigt at give en tuning skylden for deres egne fejltagelser.

Heat Soak

En stock STI på en kølig dag vil producere boosted lufttemperaturer omkring 230°F (110°C) ved 14 PSI, men på en varm dag stiger dette tal til 310°F (154°C) ved 14 PSI. For en STI med øget boost kan dette tal stige helt op til 182 °C (360 °F)!

På grund af de høje temperaturer vil intercooleren blive stadigt varmere, når du accelererer, hvilket reducerer dens evne til at køle luftstrømmen; kendt som “heat soak”. Nettoresultatet er højere indsugningstemperaturer i cylindrene, mindre effekt på grund af en reduktion af lufttætheden og en større risiko for detonation.

Dette er et endnu større problem på køretøjer, der er udstyret med mindre OEM-intercoolere, som findes på ikke-STI-biler. De har betydeligt mindre masse og overfladeareal, hvilket betyder, at de varmer hurtigere op og afgiver varmen meget langsommere.

Intake Air Temperature Sensor Location

Subaru har placeret lufttemperatursensoren i airboxen sammen med mass airflow-sensoren (MAF). Dette er en almindelig praksis i MAF-udstyrede motorer, men det er ekstremt begrænsende fra et tuningsperspektiv, fordi det kun giver mulighed for korrektioner baseret på lufttemperaturen før turboen. ECU’en er stort set blind for de faktiske lufttemperaturer.

Høje indsugningslufttemperaturer

I Syden på en varm sommerdag er det almindeligt, at indsugningstemperaturerne er nord for 48°C (120°F), især med mere åbne indsugningsdesigns som Cobbs SF-indsugning. Dette øger igen i høj grad de boostede lufttemperaturer og kan føre til detonation. Heldigvis måles denne varme luft og kan der tages højde for i tuningen, men som nævnt ovenfor rækker det kun et stykke vej.

Brændstof med lavt oktantal

Det eneste brændstof, du nogensinde bør putte i en turbo-Subaru, er det højeste almindeligt tilgængelige oktantal i dit område, punktum, slut på diskussionen. I USA, Canada og Mexico vil dette være benzin med 91-94 oktan (AKI-metoden) eller en blanding af benzin og alkohol (kendt som “flex fuel”) som f.eks. E85. Ethanol med mere end 10 volumenprocent Ethanol (også kendt som “E10”) kræver en tuning for at køre korrekt.

Brug benzin med 95-100 oktan til Europa, Japan og andre lande, der bruger RON-metoden (Research Octane Number) til at klassificere brændstof.

Sørg for, at afstemninger til “Premium Fuel” er til den specifikke oktantal og blanding i dit område!

Oldamp

Oldamp i forbrændingskammeret gør detonation og forantændelse mere sandsynlig. De to mest almindelige kilder til oliedamp er turboladeren og det positive krumtaphusventilationssystem (PCV). PCV-systemet gør det muligt at trække det tryk, der opbygges i krumtaphuset, gennem indsugningen. Turboladere er meget mindre tilbøjelige til at forårsage problemer med oliedampe, men de kan dog opstå, hvis akseltætningerne lækker på grund af alderdom eller slitage.

Afvisende kørsel

Selv STI’en er ikke konfigureret til at blive kørt hårdt i meget lang tid. Det betyder, at de andre turbo-Subarus er endnu mindre forberedt. Det er vigtigt at kende bilens grænser med hensyn til termisk belastning, og det meste af det vil være baseret på, hvordan du kører bilen. At køre den som om du er på de sidste 5 minutter af Le Mans med en Evo på kofangeren er utrolig sjovt, men også utrolig indbydende til detonation.

“Lugging” the Engine

Et klart eksempel på lugging af en motor er at køre ned ad motorvejen i 5. (5MT) eller 6. (6MT) og give den gas med motoren omkring 2.000 til 3.000 RPM.

Dette opbygger en stor belastning på motoren og udnytter også dele af ECU-kortet, der måske eller måske ikke er ideelt tunet til det. Så meget, at Subaru og andre OEM’er endda advarer mod det i brugervejledningen. Forantændelse og detonation er mere tilbøjelige til at opstå ved lavere omdrejninger på grund af det større tidsvindue, som de langsommere stempelhastigheder giver. Selv om lufttemperaturerne generelt er meget lavere ved disse motoromdrejninger, hvilket er med til at mindske risikoen for detonation.

Fa20 og andre motorer med direkte indsprøjtning med turbo (DIT) har haft en historie med LSPI, forantændelse ved lave omdrejninger. Den fremherskende tanke er, at når brændstoffet sprøjtes ind i kammeret, fortynder det eventuel motorolie, der måtte være på cylindervæggene. Dette gør det muligt for olie/brændstofblandingen at samle sig i sprækken mellem stempelkronen og cylindervæggen. Til sidst ender en olieholdig dråbe i kammeret, hvor den selvantænder og forårsager en hardcore detonation meget tidligt i forbrændingsprocessen. Dette er ekstremt ødelæggende og vil splintre stempler, bøje stænger og æde lejer.

Hvordan undgår jeg ringlandssvigt?

Som nævnt ovenfor skal du effektivt forhindre så meget detonation som muligt. Jeg giver dig de “seks bud for Turbo Subarus”.”

De seks bud for Turbo Subarus

• Du skal altid køre en sikker, Proper Tune
• Honor Thy Heat Soak
• Thou Shalt Covet High Octane Fuel
• Honor Thy Feedback Knock
• Tou Shalt Run a Catch Can or AOS
• Tou Shalt Be Monitoring

De punkter, jeg nu vil nævne, er ikke udtømmende, og de er heller ikke absolut nødvendige for at have en pålidelig motor. Som jeg har sagt før, er der tale om et dynamisk problem, der alle stammer fra detonation. Derfor er disse anbefalinger centreret omkring forebyggelse af detonation eller på anden måde forbedring af motorens holdbarhed.

Være en intelligent bilist

Jeg vil ikke fortælle dig, at du ikke skal have det sjovt. Du har købt bilen af en grund. Tænk bare på din turbo-Subaru som en hest. Du er nødt til at lade hesten varme lidt op, før du kører den hårdt. Du skal ikke køre hesten for længe, for så bliver den træt. Hvis du presser hesten ud over dens grænse, vil den falde omkuld og dø. Når du har kørt din hest, skal du lade den køle af og hvile, før du kører den hårdt igen.

Heste er dyre … og det er en ny shortblock også.

Vær en informeret chauffør

Jeg anbefaler på det kraftigste at købe en Cobb AccessPort V3.

Selv hvis du ikke har til hensigt at køre en tuning eller modificere motoren. Muligheden for at logge og se parametre som knock, tændingstrimmer, boost og indsugningslufttemperaturer er vigtige oplysninger for føreren. V3-modellen er langt bedre end V2-modellen, når det gælder muligheden for at se data i realtid. Ikke alene kan du se flere realtidsparametre, men logningen har også en højere opløsning.

Hvis du kan finde en anden løsning til en lavere pris, så gå efter den! Du skal hurtigt kunne se dataene, mens du kører, eller du skal kunne programmere den til at advare dig, når den overskrider en forudindstillet grænse. Sørg for, at denne funktionalitet er en del af din løsning. Logning, genindkaldelse, peak/hold osv. er også alle gode funktioner. Kontakt mig faktisk, hvis du har en løsning som denne, så kan jeg præsentere den her.

Kør en solid, gennemprøvet tuning til din bil

Power er ikke lig med pålidelighed. Det er ikke en validering af dygtighed på tunerens vegne. Faktisk er det at skabe effekt en af de letteste opgaver for en tuner. Ting som MAF-skalering, knock response, individuelle trims og AVCS-mapping kan gøre betydelige forskelle i pålidelighed. En god tuner ved, hvordan hver enkelt komponent og signal kan udnyttes til et ønsket resultat.

I 90’erne kørte ECU’erne meget enkle brændstof- og tændingsmaps sammenlignet med moderne køretøjer. Subaru’s ECU bruger sensordata til at bestemme, hvilke værdier der skal trækkes fra de mange tabeller (boostkontrol, timing, brændstoftilførsel osv.) for at påvirke de endelige brændstof- og tændingsudgange. Denne kompleksitet kræver fortrolighed, erfaring og en solid teoretisk baggrund. Det er ikke så tilgivende eller venligt for nybegyndere, men samtidig er det meget nyttigt for professionelle.

Få en tilpasset tuning til dit specifikke køretøj, dine behov og fra en velrenommeret tuner.

Opgrader din intercooler

En af de bedste modifikationer, du kan foretage på ethvert køretøj med turboladning, er at opgradere intercooleren. Mens STI-køleren på lager er ret effektiv, mangler den den termiske masse i forhold til mellemkølere fra eftermarkedet.

For at hjælpe med at visualisere dette koncept skal du tænke på turboen som en vandhane, mellemkøleren som en spand, og vand repræsenterer varme. Den standard intercooler er en spand på 1 gallon, og en aftermarket intercooler er en spand på 1,5 gallon. Skær nu et hul i bunden af spandene for at repræsentere intercoolerens evne til at køle luftstrømmen. Den lidt mere effektive STI-intercooler har et hul på 1″ i bunden, mens aftermarket-intercooleren har et hul på 0,97″ i bunden. Den lille gevinst i toppunktseffektivitet (3 %) er overskygget af den 50 % større kapacitet.

I ovenstående billede er den originale STI-intercooler gennemvædet af varme, og dens evne til at køle den indkommende luft er stærkt forringet. Intercooleren fra eftermarkedet er stadig i stand til at køle luftstrømmen på grund af dens øgede termiske masse (kapacitet).

Kør en større turbo

Tro det eller ej, men en større turbolader er en god opgradering for motorens holdbarhed. For Subarus, der kører 18+ PSI, vil det større kompressorhjul og -hus producere det samme boosttryk ved en lavere temperatur. Den større turbine og turbinehuset forbedrer også motorens evne til at udstøde udstødningsgasser. Samlet set er det en fantastisk opgradering til enhver Subaru, der kører mere end standard boosttryk.

Det betyder ikke, at det er sikkert at køre 30 PSI med en stor turbo. Dit lort vil eksplodere.

For at gentage det, er det bedre at køre en større, mere effektiv turbolader ved det samme, forhøjede ladetryk ud fra et motorholdbarhedsperspektiv.

Kør brændstof med høj oktan

Dette er en no-brainer, men en af de bedste ting, du kan gøre, er at køre det brændstof med den højeste oktan i dit område. Gå med en benzin af høj kvalitet i 91 – 94 AKI oktanområdet (95 – 100 RON) fra en velrenommeret kilde som Shell, Chevron osv.

Sørg også for, at du kører det rigtige oktanbrændstof til din tuning. Hvis du rejser og støder på en pumpe med 91 oktan, og du er tunet til 93 oktan, skal du enten bytte kort eller overveje at anvende global tændingsforsinkelse.

Kør alkoholbaserede brændstoffer (Ethanol / Flex Fuel)

Ethanol og methanol er langt bedre brændstoffer til motorer med høj boost. De har en dybtgående effekt på afkøling af den indkommende luftstrøm på grund af deres termiske egenskaber. Dette, kombineret med en lav følsomhed, gør dem meget detonationsresistente. Dette giver igen mulighed for betydeligt mere fremskudt tændingstidspunkt, hvilket resulterer i et stærkt øget drejningsmoment og hestekræfter ved samme boosttryk.

Der er nogle ulemper ved E85 og andre alkoholbaserede brændstoffer, især methanol. Sørg for at læse om forskellene.

Kør mindre boosttryk

Dette er ikke en særlig sjov anbefaling, men ikke desto mindre vil du, hvis du kører mindre boost, se mindre chance for detonation på grund af lavere IAT og termisk belastning.

Reducer indsugningslufttemperaturer

Den nemmeste måde at gøre dette på er simpelthen at køre med stock-airboxen. Airboxen er forseglet, konstrueret af et isolerende materiale (plastik), fungerer perfekt med MAF’en, og den er designet til at trække luftstrømmen fra grillkanalen.

Aftermarket-intakes som Cobb SF vil øge indsugningslufttemperaturerne, selv med den valgfrie airbox og omhyggelig opmærksomhed på at forsegle den. Nogle eftermarkedsindtag, som Grimmspeed, trækker luft fra ydersiden af motorrummet, hvilket i høj grad bidrager til at sænke indsugningslufttemperaturerne.

Du kan yderligere reducere temperaturerne under motorhjelmen med korrekt ventilerede kølerhjelme, termiske belægninger på udstødningskomponenter, et turbotæppe og termisk tape.

Forbedre udstødningsstrømmen

Gegentryk og reduceret portstrømningshastighed vil få cylindrene til at køre varmere. En forbedring af udstødningsstrømmen ved at reducere modtrykket vil hjælpe motoren til effektivt at udstøde varme gasser. Dette gøres almindeligvis med et aftermarket 3″ downpipe og en cat-back-udstødning.

Det er også vigtigt at fjerne momentant modtryk, der skabes af et udstødningsmanifold med ulige længde. Et manifold med samme længde sikrer, at der er lige mulighed for hver cylinder til at blæse udstødningsgasser ned uanset omdrejningstal. Et udstødningsmanifold med ulige længde vil opleve konflikter i hele omdrejningsområdet, hvor to udstødningsimpulser støder sammen eller interagerer negativt. Et manifold med samme længde forhindrer, at et par cylindre kører varmere end de andre.

Læs mere om udformning af udstødningsmanifoldet her: Du kan holde hele indsugningskanalen renere og eliminere indtagelse af oliedampe ved at køre med en god opsamlingsdåse eller luft-olieudskiller (AOS). Dette er en god praksis for alle motorer, men især horisontale motorer er berygtede for at have en masse olieholdig blow-by- og udluftningsstrøm. Tvangsinduktion øger også behovet for disse systemer.

Hvis jeg får et valg, foretrækker jeg en catch can-opsætning frem for en AOS. Den primære fordel ved en catch can er, at man kan måle den mængde olie, der passerer igennem. Pludselige uventede stigninger i oliemængden kan være et signal om problemer med ringforseglingen. En dejlig sekundær fordel er ikke at have den ekstra kompleksitet og vægt af en AOS-setup, der anvender en opvarmningssløjfe for at undgå vandforurening af olien.

Downshift to Avoid Lugging

Downshift i stedet for at opbygge en masse boost i et højt gear. Det er sjovt, og det vil lade motoren køre ved et mere optimalt omdrejningstal. Dette er især vigtigt for FA20-folket.

Er dette kun et Subaru-problem?

Absolut ikke. Turbomotorer fra alle producenter har lidt under lignende fejl. Men 2,5L Turbo (EJ25x) Subarus er særligt modtagelige for fejl på grund af deres stempelkonstruktion og -materiale, ejerens/chaufførens valg og selve high-boost-platformen.

Tak

Tak for hjælpen og bidragene I alle har ydet til denne artikel!

• Jeff Sponaugle
• Clark Turner
• Darik Stevens
• Luke Williamson
• Mike Naydeck
• Lokal Subaru Community
• Killer B Motorsports

Anbefalede artikler

Detonation og Knock Forklaret

Subaru Equal vs. Ulige længde udstødningsmanifolds

Subaru AVCS Forklaret

Har du en idé eller et spørgsmål?

Vi er konstant på udkig efter nye idéer til indhold og feedback fra fællesskabet. Gå over til vores kontaktside, og send os en e-mail med dine idéer, kommentarer eller spørgsmål.