Fallo de ringland en el Subaru WRX / STI

Hay un número significativamente alto de fallos de ringland en los últimos modelos de Subaru WRX y WRX STI. El objetivo de este artículo es ayudarle a evitar convertirse en uno de ellos. Algunos de ellos pueden parecer de sentido común para la mayoría, pero para muchos propietarios de coches turbo más jóvenes o por primera vez puede ser nuevo.

¿Qué es un ringland del pistón?

Los ringlands son las áreas del pistón adyacentes a los anillos y las ranuras del anillo. Todos los pistones turbo de 2.5L (EJ25) y 2.0L (EJ20 / FA20) disponen de tres segmentos que alojan los dos segmentos de compresión y un segmento de control de aceite.

El primer segmento (también conocido como segmento superior) está situado entre la parte superior del pistón (conocida como corona o cubierta) y el segmento de compresión primario. Este anillo sella la mayor parte del calor y los gases de combustión del cárter.

El segundo anillo hace de puente entre el anillo de compresión primario y el secundario. El anillo secundario sella los gases que pasan por el anillo primario. Su forma única también raspa cualquier aceite que haya pasado por el tercer anillo (también conocido como anillo de control de aceite) de las paredes del cilindro.

El tercer anillo une el anillo secundario y el tercero, el anillo de control de aceite. El anillo de control de aceite tiene una forma completamente diferente a la de los dos anillos de compresión. El diseño del anillo raspa el aceite de las paredes del cilindro y lo empuja hacia los orificios de engrase y hacia los muñones.

¿Qué es el fallo del anillo?

El fallo del anillo se produce cuando el calor y la presión excesivos provocan la fractura del anillo. El anillo fracturado ya no soporta el anillo adecuadamente, lo que permite que los gases de combustión entren en el cárter, a menudo presurizándolo. Esto, a su vez, provoca una quema excesiva de aceite debido a una combinación de soplado a través del sistema PCV, la quema de la pared del cilindro (s), y el aceite en el cárter / sumidero.

¿Por qué fallan los segmentos Subaru?

La detonación es el mecanismo que daña físicamente los pistones. Cualquier cosa que promueva la detonación, como el combustible de bajo octanaje, la falta de ajuste adecuado y la conducción dura prolongada, puede causar potencialmente el fallo de los segmentos del pistón.

La detonación se produce cuando la mezcla se autoenciende y forma un frente de llamas adicional en la cámara de combustión. Esta ignición espontánea hace que los frentes de llama choquen entre sí y produzcan un pico de presión muy superior al de la combustión típica. Esta onda de presión continuará rebotando en las paredes del cilindro produciendo una fuerte carga cíclica.

Este efecto de «martilleo» rompe el anillo inmediatamente, o contribuye a un futuro fallo por fatiga y/o sobrecarga. Esto se debe a la incapacidad del material para absorber la energía a través de la deformación o la flexión (comportamientos dúctiles), junto con la rápida aparición de la tensión debido a la detonación.

La brecha del anillo del pistón es también una preocupación creciente con los motores más recientes. La brecha es apretado de la fábrica que hace que el anillo de compresión primaria propensos a la unión. El atascamiento ocurre cuando el anillo se calienta y se queda sin espacio de expansión. El segmento se flexiona y ejerce una carga puntual sobre los segmentos del pistón. Si la tensión es suficiente, esto puede agrietar los segmentos o contribuir a su fracaso.

¿Son los pistones simplemente débiles?

¿Débiles? No

¿Débiles? … Absolutamente

Aunque la detonación es lo que daña los pistones, es importante saber que el EJ20 (EJ207 / EJ205), el EJ25 (EJ255 / EJ257) y el FA20 tienen pistones frágiles debido a las elecciones de material y diseño de Subaru. Los pistones son de una aleación hipereutéctica de aluminio y silicio (Al-Si), un material muy común en los motores modernos. Motores bien probados como el 2JZGTE, el 4G63, el SR20DET, el RB26DETT, el LSX, la serie K, y otros, utilizan aleaciones de Al-Si.

Sin embargo, las aleaciones de Al-Si pueden variar dependiendo del porcentaje de silicio en el material. Subaru ha optado por una aleación «hipereutéctica» que es una mezcla con alto contenido de silicio (12+%). Esto hace que el pistón tenga una expansión térmica extremadamente baja, y permite a Subaru ejecutar una holgura extremadamente ajustada entre el pistón y el orificio. El alto contenido de silicio también hace que el pistón sea considerablemente más fuerte que el propio aluminio. Por ejemplo, una aleación con un 9% de silicio (en peso) tiene un límite elástico un 14% mayor que una aleación con un 7% de silicio. Esta resistencia tiene un coste: la fractura.

Cuando se coge un mazo y se golpea un capó de acero, el acero simplemente se deforma bajo la presión del golpe del martillo, dejando una abolladura. Cuando se coge el mismo mazo y se golpea una ventana, el bloque rompe la ventana. Esto se debe a que el material de la ventana reacciona al golpe fracturándose en lugar de deformarse. Cuando añades silicio al aluminio, éste actúa cada vez más como el cristal de la ventana.

La energía de detonación, irónicamente, actúa como el martillo.

Puedes leer más sobre la detonación aquí: Detonación y Golpeteo

¿Qué causa la detonación en los Subarus?

Hay una larga lista de cosas que pueden conducir a la detonación en un motor de gasolina de encendido por chispa, pero aquí hay algunas cosas que se destacan en los Subarus.

Modificaciones sin afinar

Las tomas de aire, los tubos de bajada, los colectores de escape y otras modificaciones comunes requieren ajustes en la sintonía de fábrica para que funcionen correctamente. Subaru construyó en la lógica de la ECU para hacer ajustes para la altitud, los combustibles de la bomba (es decir, 91 ACN frente a 93), el clima, pero no es muy adecuado para acomodar para la mayoría de las modificaciones. Las tomas son una modificación muy común que requiere ajustes específicos a las tablas de calibración MAF con el fin de medir adecuadamente el flujo de aire entrante. Esto se debe a que las tomas del mercado de accesorios afectan el flujo de aire a través de la carcasa MAF.

Cada toma tendrá su propia calibración MAF. Esta es la razón por la que Cobb tiene un ajuste para su admisión SF y la admisión AEM.

Ajustes inadecuados

Es obvio que un ajuste «malo» no es ideal. Esta es la razón por la que debes investigar a los sintonizadores y asegurarte de que no sólo tienen experiencia en la puesta a punto de Subarus, sino que también estás haciendo tu parte para darles información y datos precisos, implementando rápidamente nuevos mapas y correcciones, y siguiendo sus directivas de cerca. La gente puede ser rápida para culpar incorrectamente a un ajuste de sus propios errores.

Se absorbe el calor

Un STI de stock en un día fresco producirá temperaturas de aire impulsado alrededor de 230 ° F (110 ° C) a 14 PSI, pero en un día caluroso ese número aumenta a 310 ° F (154 ° C) a 14 PSI. En el caso de un STI con un aumento de la presión, esta cifra puede llegar a 360 °F (182 °C). Debido a las altas temperaturas, el intercooler se calienta constantemente a medida que se acelera, lo que reduce su capacidad para enfriar el flujo de aire, lo que se conoce como «absorción de calor». El resultado neto es una mayor temperatura de entrada en los cilindros, menos potencia por la reducción de la densidad del aire, y una mayor posibilidad de detonación.

Este es un problema aún mayor en los vehículos equipados con intercoolers OEM más pequeños que se encuentran en los coches no-STI. Tienen considerablemente menos masa y área de superficie, lo que significa que se calentará más rápido y arrojar ese calor mucho más lento.

Localización del sensor de temperatura del aire de admisión

Subaru ubicó el sensor de temperatura del aire en la caja de aire junto con el sensor de masa de aire (MAF). Esta es una práctica común en los motores equipados con MAF, pero es extremadamente limitante desde una perspectiva de ajuste, ya que sólo permite correcciones basadas en la temperatura del aire pre-turbo. La ECU es esencialmente ciega a las temperaturas reales del aire.

Altas temperaturas del aire de admisión

En el sur en un día caluroso de verano es común que las temperaturas de admisión estén por encima de 120 ° F (48 ° C), especialmente con más diseños de admisión al aire libre como la admisión SF de Cobb. Esto, a su vez, aumenta en gran medida las temperaturas del aire impulsado y puede conducir a la detonación. Afortunadamente, este aire caliente se mide y se puede tener en cuenta en la puesta a punto, pero como se señaló anteriormente, esto sólo va hasta cierto punto.

Combustible de bajo octanaje

El único combustible que debe poner en un Subaru turbo es el combustible de mayor octanaje disponible en su área, punto, fin de la discusión. Para los EE.UU., Canadá y México esto va a ser gasolina de 91 – 94 octanos (Método AKI), o una mezcla de gasolina:alcohol (conocida como «combustible flexible») como E85. Cualquier combustible que contenga más del 10% de etanol en volumen (también conocido como «E10») necesitará un ajuste para que funcione correctamente.

Utilice gasolina de 95 – 100 octanos para Europa, Japón y otros países que utilizan el método RON (Research Octane Number) para clasificar el combustible.

¡Asegúrese de que las sintonías para el «Combustible Premium» son para el octanaje y la mezcla específicos de su zona!

Vapor de aceite

El vapor de aceite en la cámara de combustión hace más probable la detonación y el preencendido. Las dos fuentes más comunes de vapor de aceite son el turbocompresor y el sistema de ventilación positiva del cárter (PCV). El sistema PCV permite que la presión acumulada en el cárter pase por la admisión. Los turbocompresores son mucho menos propensos a causar problemas de vapor de aceite, pero pueden si los sellos del eje tienen fugas debido a la vejez o el desgaste.

Conducción abusiva

Incluso el STI no está configurado para ser conducido duramente durante mucho tiempo. Eso significa que los otros Subarus turbo están aún menos preparados. Es importante conocer los límites de tu vehículo en términos de carga térmica, y la mayor parte de eso se va a basar en cómo conduces el coche. Conducirlo como si estuvieras en los últimos 5 minutos de Le Mans con un Evo en el parachoques es increíblemente divertido, pero también invita a la detonación.

«Cargar» el motor

Un claro ejemplo de cargar un motor es conducir por la autopista en 5ª (5MT) o en 6ª (6MT) y pisar a fondo con el motor alrededor de 2.000 a 3.000 RPM.

Esto genera mucha carga en el motor y también utiliza partes de los mapas de la ECU que pueden o no estar ajustados idealmente para ello. Tanto es así que Subaru y otros OEMs incluso advierten de ello en el manual del propietario. La preignición y la detonación son más probables a bajas RPM debido a la mayor ventana de tiempo dada por las velocidades más lentas del pistón. Aunque, por lo general, las temperaturas del aire son mucho más bajas a estas RPM del motor, lo que ayuda a reducir la posibilidad de detonación.

El FA20 y otros motores turbo de inyección directa (DIT) han tenido una historia de LSPI, preignición a baja velocidad. El pensamiento predominante es que cuando el combustible se inyecta en la cámara se adelgaza cualquier aceite de motor que pueda estar en las paredes del cilindro. Esto permite que la mezcla de aceite y combustible se acumule en la hendidura entre la cabeza del pistón y la pared del cilindro. Eventualmente, una gota cargada de aceite termina en la cámara donde se auto-enciende y causa un evento de detonación duro muy temprano en el proceso de combustión. Esto es extremadamente destructivo y destrozará los pistones, doblará las bielas y se comerá los cojinetes.

¿Cómo puedo prevenir el fallo de los anillos?

Como se ha indicado anteriormente, es necesario prevenir eficazmente la mayor detonación posible. Le doy los «seis mandamientos de Turbo Subarus.»

Los Seis Mandamientos de Turbo Subarus

• Siempre debes ejecutar un seguro, Honrarás tu remojo de calor
• Disfrutarás de un combustible de alto octanaje
• Honrarás tu retroalimentación
• Ejecutarás un bote de recogida o AOS
• Estarás vigilando

Los elementos que voy a mencionar no son exhaustivos, ni son absolutamente necesarios para tener un motor fiable. Como he dicho antes, este es un tema dinámico que todo se deriva de la detonación. Por lo tanto, estas recomendaciones se centran en la prevención de la detonación, o en la mejora de la durabilidad del motor.

Sea un conductor inteligente

No le voy a decir que no se divierta. Por algo has comprado el coche. Sólo piensa en tu Subaru turbo como un caballo. Necesitas dejar que el caballo se caliente un poco antes de correrlo con fuerza. No quieres hacer correr al caballo demasiado tiempo porque se cansará. Si lo llevas más allá de su límite, se desplomará y morirá. Después de correr su caballo, deje que se enfríe y descanse antes de correrlo duro de nuevo.

Los caballos son caros … y también lo es un nuevo bloque corto.

Sea un conductor informado

Recomiendo encarecidamente la compra de un Cobb AccessPort V3.

Incluso si usted no tiene la intención de ejecutar una melodía o modificar el motor. La capacidad de registrar y ver parámetros tales como golpes, ajustes de encendido, impulso, y las temperaturas del aire de admisión es una información vital para el conductor. El modelo V3 es muy superior al V2 cuando se trata de poder ver los datos en tiempo real. No sólo puedes ver más parámetros en tiempo real, sino que el registro también tiene una mayor resolución.

Si puedes encontrar otra solución por menos, ¡hazlo! Necesita poder ver rápidamente los datos mientras conduce o programarlo para que le avise cuando supere un límite preestablecido. Asegúrate de que esa funcionalidad forma parte de tu solución. El registro, la rellamada, los picos/retenciones, etc. son también buenas características. De hecho, póngase en contacto conmigo si tiene una solución como esta y puedo presentarla aquí.

Ejecute una sintonía sólida y probada para su coche

La potencia no equivale a la fiabilidad. No es la validación de la habilidad en nombre del sintonizador. De hecho, hacer la potencia es una de las tareas más fáciles para un sintonizador. Cosas como el escalado del MAF, la respuesta al golpeteo, los ajustes individuales y el mapeo del AVCS pueden hacer diferencias significativas en la fiabilidad. Un buen sintonizador sabe cómo cada componente y la señal se puede utilizar para un resultado deseado.

En los años 90 las ECUs corrían mapas de combustible y encendido muy simples en comparación con los vehículos modernos. La ECU de Subaru utiliza los datos de los sensores para determinar qué valores sacar de las numerosas tablas (control de sobrealimentación, sincronización, alimentación, etc.) para afectar a las salidas finales de combustible y encendido. Esta complejidad requiere familiaridad, experiencia y una sólida base teórica. No es tan indulgente o amigable para los novatos, pero al mismo tiempo, es muy útil para los profesionales.

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Actualice su Intercooler

Las manos hacia abajo uno de los mejores mods que puede hacer a cualquier vehículo con turbocompresor es para actualizar el intercooler. Aunque el refrigerador de serie de la STI es bastante eficiente, carece de la masa térmica de los intercoolers del mercado de accesorios.

Para ayudar a visualizar este concepto, piensa en el turbo como un grifo, el intercooler como un cubo, y el agua representa el calor. El intercooler de serie es un cubo de 1 galón y un intercooler de recambio es un cubo de 1,5 galones. Ahora corta un agujero en el fondo de los cubos para representar la capacidad del intercooler para enfriar el flujo de aire. El intercooler STI, ligeramente más eficiente, tiene un agujero de 1″ en el fondo, mientras que el intercooler del mercado de accesorios tiene un agujero de 0,97″ en el fondo. La pequeña ganancia en la eficiencia máxima (3%) se ve empequeñecida por la ganancia del 50% en la capacidad.

En la imagen de arriba, el intercooler STI original está empapado de calor y su capacidad para enfriar el aire entrante está muy disminuida. El intercooler del mercado de accesorios sigue siendo capaz de enfriar el flujo de aire debido a su mayor masa térmica (capacidad).

Maneja un turbo más grande

Lo creas o no, pero un turbocompresor más grande es una gran actualización para la durabilidad del motor. Para los Subarus que funcionan a más de 18 PSI, la rueda del compresor y la carcasa más grandes producirán la misma presión de sobrealimentación a una temperatura más baja. La turbina más grande y la carcasa de la turbina también mejoran la capacidad del motor para expulsar los gases de escape. En general, es una gran actualización para cualquier Subaru que ejecuta más de la presión de impulso stock.

Esto no significa que es seguro para ejecutar 30 PSI con un gran turbo. Su mierda va a explotar.

Para reiterar, es mejor ejecutar un turbocompresor más grande, más eficiente en el mismo, la presión de impulso elevado desde una perspectiva de la durabilidad del motor.

Combustible de alto octanaje

Esto es una obviedad, pero una de las mejores cosas que puede hacer es ejecutar el combustible de mayor octanaje en su área. Utilice una gasolina de grado superior en el rango de 91 – 94 octanos AKI (95 – 100 RON) de una fuente de renombre como Shell, Chevron, etc.

Asegúrese de que está ejecutando el combustible de octanaje adecuado para su ajuste también. Si usted está viajando y se encuentra con una bomba de 91 octanos y que está sintonizado para 93 octanos, entonces usted debe cambiar los mapas, o considerar la aplicación de retardo de encendido global.

Run combustibles a base de alcohol (etanol / Flex Fuel)

El etanol y el metanol son combustibles muy superiores para los motores altamente impulsados. Tienen un profundo efecto en el enfriamiento del flujo de aire entrante debido a sus propiedades térmicas. Esto, combinado con una baja sensibilidad los hace altamente resistentes a la detonación. Esto, a su vez, permite un avance del encendido considerablemente mayor, lo que da lugar a un aumento considerable del par motor y de la potencia con la misma presión de sobrealimentación.

El E85 y otros combustibles a base de alcohol, especialmente el metanol, tienen algunas desventajas. Asegúrese de leer sobre las diferencias.

Reducir la presión de sobrealimentación

Esta no es una recomendación muy divertida, pero sin embargo, si se ejecuta menos impulso, verá menos posibilidades de detonación debido a la reducción de IAT y la carga térmica.

Reducir las temperaturas del aire de admisión

La forma más fácil de hacer esto es simplemente para ejecutar la caja de aire de valores. La caja de aire está sellado, construido de un material aislante (plástico), funciona perfectamente con el MAF, y está diseñado para tirar de flujo de aire desde el conducto de la parrilla.

Aftermarket intakes como el Cobb SF aumentará las temperaturas del aire de admisión, incluso con la caja de aire opcional y la atención cuidadosa para sellarlo. Algunas tomas de aire del mercado de accesorios, como Grimmspeed, extraer el aire desde el exterior de la bahía del motor que ayuda en gran medida a reducir las temperaturas del aire de admisión.

Usted puede reducir aún más las temperaturas bajo el capó con ventilación adecuada, revestimientos térmicos en los componentes de escape, una manta turbo, y la cinta térmica.

Mejorar el flujo de escape

La contrapresión y la velocidad de flujo de puerto reducido hará que los cilindros se ejecutan más caliente. Mejorar el flujo de escape reduciendo la contrapresión ayudará al motor a expulsar eficazmente los gases calientes. Esto se hace comúnmente con un tubo de bajada de 3″ del mercado de accesorios y un escape cat-back.

También es importante eliminar la contrapresión momentánea creada por un colector de escape de longitud desigual. Un colector de igual longitud asegura que hay una oportunidad igual para cada cilindro para soplar los gases de escape, independientemente de las RPM. Un colector de escape de longitud desigual encontrará conflictos en todo el rango de RPM donde dos pulsos de escape chocan o interactúan negativamente. Un colector de igual longitud evita que un par de cilindros funcionen más calientes que los otros.

Lea más sobre el diseño del colector de escape aquí: Equal Length vs. Unequal Length (EL / UEL) Subaru Manifolds Explained

Reduce Oil Vapor Intake

Puede mantener todo el tracto de admisión más limpio y eliminar la ingestión de vapor de aceite ejecutando una buena lata de captura o separador de aire-aceite (AOS). Esta es una buena práctica para cualquier motor, pero los motores horizontales en particular son notorios por tener una gran cantidad de flujo de soplado de aceite y respiradero. La inducción forzada también aumenta la necesidad de estos sistemas.

Si me dan a elegir, prefiero una configuración de la lata de captura a un AOS. El beneficio principal de un bote de retención es poder medir la cantidad de aceite que está pasando. Los aumentos repentinos e inesperados en el volumen de aceite pueden indicar problemas con el sello del anillo. Un beneficio secundario agradable es no tener la complejidad y el peso añadido de una configuración de AOS que utiliza un bucle de calentamiento para evitar la contaminación del agua del aceite.

Downshift para evitar Lugging

Downshift en lugar de construir un montón de impulso en una marcha alta. Es divertido y permitirá que el motor funcione a un régimen más óptimo. Esto es particularmente importante para la gente del FA20.

¿Es esto sólo un problema de Subaru?

En absoluto. Los motores turbo de todos los fabricantes han sufrido fallos similares. Sin embargo, los Subarus de 2.5L Turbo (EJ25x) son particularmente susceptibles de fallar debido al diseño y material de sus pistones, a las elecciones del propietario/conductor y a la propia plataforma de alto empuje.

Gracias

¡Gracias por la ayuda y las contribuciones que todos hicieron a este artículo!

• Jeff Sponaugle
• Clark Turner
• Darik Stevens
• Luke Williamson
• Mike Naydeck
• Local Subaru Comunidad
• Killer B Motorsports

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