Subaru WRX / STI Ringland Failure

Il y a un nombre significativement élevé de défaillances de segments de piston sur les derniers modèles de Subaru WRX et WRX STI. L’objectif de cet article est de vous aider à éviter de devenir l’un d’entre eux. Certains de ces éléments peuvent sembler relever du bon sens pour la plupart, mais pour de nombreux propriétaires de voitures turbo plus jeunes ou pour la première fois, cela peut être nouveau.

Qu’est-ce qu’un segment de piston ?

Les segments sont les zones du piston adjacentes aux segments et aux rainures des segments. Tous les pistons turbo 2,5L (EJ25) et 2,0L (EJ20 / FA20) comportent trois segments qui accueillent les deux segments de compression et un segment de contrôle de l’huile.

Le premier segment (alias top land) est situé entre le haut du piston (appelé couronne ou deck) et le segment de compression primaire. Ce segment étanche la majorité de la chaleur et des gaz de combustion du carter.

Le deuxième segment fait le pont entre le segment de compression primaire et secondaire. L’anneau secondaire étanche tous les gaz qui passent l’anneau primaire. Sa forme unique racle également toute l’huile qui a passé le troisième anneau (alias l’anneau de contrôle de l’huile) sur les parois du cylindre.

Le troisième anneau ponte le segment secondaire et le troisième anneau, l’anneau de contrôle de l’huile. L’anneau de contrôle d’huile a une forme complètement différente des deux anneaux de compression. La conception de l’anneau racle l’huile des parois du cylindre et la force dans les trous de graissage et vers les axes de poignet.

Qu’est-ce que la défaillance du ringland ?

La défaillance du ringland est lorsque la chaleur et la pression excessives provoquent la rupture du ringland. Le segment fracturé ne soutient plus correctement le segment, ce qui permet aux gaz de combustion de s’échapper dans le carter, le mettant souvent sous pression. Cela provoque à son tour un brûlage excessif de l’huile à partir d’une combinaison de soufflage à travers le système PCV, de brûlage sur la ou les parois du cylindre et de projection d’huile dans le carter / carter.

Pourquoi les segments de Subaru tombent-ils en panne ?

La détonation est le mécanisme qui endommage physiquement les pistons. Tout ce qui favorise la détonation, comme un carburant à faible indice d’octane, l’absence de réglage approprié et une conduite dure prolongée, peut potentiellement causer la défaillance des segments de piston.

La détonation se produit lorsque le mélange s’auto-inflamme et forme un front de flamme supplémentaire dans la chambre de combustion. Cet allumage spontané fait que les fronts de flamme se heurtent les uns aux autres et produisent un pic de pression bien supérieur à la combustion typique. Cette onde de pression va continuer à rebondir sur les parois du cylindre en produisant une forte charge cyclique.

Cet effet de « marteau-piqueur » fait soit éclater la couronne immédiatement, soit contribue à une défaillance future par fatigue et/ou surcharge. Cela est dû à l’incapacité du matériau à absorber l’énergie par la déformation ou la flexion (comportements ductiles), en conjonction avec l’apparition rapide de la contrainte due à la détonation.

L’écart du segment de piston est également une préoccupation croissante avec les moteurs plus récents. L’écart est serré dès l’usine, ce qui rend l’anneau de compression primaire enclin à se lier. Le grippage se produit lorsque le segment s’échauffe et manque d’espace d’expansion. Le segment fléchit alors et exerce une charge ponctuelle sur les segments du piston. Avec suffisamment de stress, cela peut carrément fissurer le segment ou contribuer à sa défaillance.

Les pistons sont-ils simplement faibles ?

Faibles ? …. Non

Fragile ? … Absolument

Bien que la détonation soit ce qui endommage les pistons, il est important de savoir que les EJ20 (EJ207 / EJ205), EJ25 (EJ255 / EJ257) et FA20 ont tous des pistons fragiles en raison des choix de matériaux et de conception de Subaru. Les pistons sont en alliage aluminium-silicium (Al-Si) hypereutectique moulé, un choix de matériau très courant pour les moteurs modernes. Des moteurs bien éprouvés comme le 2JZGTE, le 4G63, le SR20DET, le RB26DETT, le LSX, la série K et d’autres utilisent tous des alliages Al-Si.

Cependant, les alliages Al-Si peuvent varier en fonction du pourcentage de silicium dans le matériau. Subaru a opté pour un alliage « hypereutectique » qui est un mélange à haute teneur en silicium (12+%). Cela confère au piston une dilatation thermique extrêmement faible et permet à Subaru d’obtenir un jeu très serré entre le piston et l’alésage. La teneur élevée en silicium rend également le piston beaucoup plus résistant que l’aluminium lui-même. Par exemple, un alliage à 9 % de silicium (en poids) a une limite d’élasticité supérieure de 14 % à celle d’un alliage à 7 % de silicium. Cette résistance a un coût : la fracturation.

Lorsque vous prenez une masse et frappez un capot en acier, l’acier se déforme simplement sous la pression du coup de marteau, laissant une bosse. Lorsque vous prenez la même masse et que vous frappez une fenêtre, le bloc brise la fenêtre. Cela s’explique par le fait que le matériau de la fenêtre réagit à la frappe en se fracturant plutôt qu’en se déformant. Lorsque vous ajoutez du silicium à l’aluminium, il agit de plus en plus comme le verre de la fenêtre.

L’énergie de détonation, assez ironiquement, agit comme le marteau.

Vous pouvez en savoir plus sur la détonation ici : Détonation et Knock

Qu’est-ce qui cause la détonation dans les Subarus ?

Il y a une longue liste de choses qui peuvent conduire à la détonation dans un moteur à essence à allumage par étincelle, mais voici quelques choses qui ressortent sur les Subarus.

Modifications non réglées

Les prises d’air, les downpipes, les collecteurs d’échappement et d’autres modifications communes nécessitent des ajustements à la syntonisation d’usine afin de fonctionner correctement. Subaru a intégré une logique à l’ECU pour faire des ajustements pour l’altitude, les carburants de pompe (c.-à-d. 91 ACN contre 93), le climat, mais ce n’est pas bien adapté pour accueillir la plupart des modifications. Les prises d’air sont une modification très courante qui nécessite des ajustements spécifiques aux tables de calibration du MAF afin de mesurer correctement le flux d’air entrant. C’est parce que les prises d’air du marché secondaire affectent le flux d’air à travers le boîtier de la MAF.

Chaque prise d’air aura sa propre calibration MAF. C’est pourquoi Cobb a un tune pour leur admission SF et l’admission AEM.

Improper Tunes

Pretty évident qu’un « mauvais » tune n’est pas idéal. C’est pourquoi vous devriez rechercher des tuners et vous assurer qu’ils ont non seulement de l’expérience avec le tuning des Subarus, mais que vous faites également votre part pour leur donner un retour et des données précises, en mettant rapidement en œuvre de nouvelles cartes et corrections, et en suivant leurs directives de près. Les gens peuvent être prompts à blâmer incorrectement un réglage pour leurs propres erreurs.

Heat Soak

Une STI d’origine par une journée fraîche produira des températures d’air boosté autour de 230°F (110°C) à 14 PSI, mais par une journée chaude, ce chiffre augmente à 310°F (154°C) à 14 PSI. Pour une STI fonctionnant avec une suralimentation accrue, ce chiffre peut grimper jusqu’à 360°F (182°C) !

En raison des températures élevées, le refroidisseur intermédiaire se réchauffera régulièrement à mesure que vous accélérez, ce qui réduit sa capacité à refroidir le flux d’air ; connu sous le nom de  » heat soak « . Le résultat net est une température d’entrée plus élevée dans les cylindres, moins de puissance en raison d’une réduction de la densité de l’air et une plus grande chance de détonation.

C’est un problème encore plus grand sur les véhicules équipés de refroidisseurs intermédiaires d’origine plus petits trouvés sur les voitures non-STI. Ils ont considérablement moins de masse et de surface, ce qui signifie qu’ils chaufferont plus rapidement et évacueront cette chaleur beaucoup plus lentement.

L’emplacement du capteur de température d’air d’admission

Subaru a situé le capteur de température d’air dans la boîte à air avec le capteur de débit d’air massique (MAF). Il s’agit d’une pratique courante dans les moteurs équipés de MAF, mais elle est extrêmement limitative du point de vue du réglage, car elle ne permet que des corrections basées sur la température de l’air pré-turbo. Le calculateur est essentiellement aveugle aux températures réelles de l’air.

Températures élevées de l’air d’admission

Dans le Sud, lors d’une chaude journée d’été, il est courant que les températures d’admission soient supérieures à 120 °F (48 °C), en particulier avec des conceptions d’admission plus ouvertes comme l’admission SF de Cobb. Cela augmente considérablement les températures de l’air de suralimentation et peut conduire à la détonation. Heureusement, cet air chaud est mesuré et peut être pris en compte dans le réglage, mais comme indiqué ci-dessus, cela ne va que jusqu’à un certain point.

Carburant à faible indice d’octane

Le seul carburant que vous devriez jamais mettre dans une Subaru turbo est le carburant à indice d’octane le plus élevé couramment disponible dans votre région, période, fin de la discussion. Pour les États-Unis, le Canada et le Mexique, il s’agit de l’essence à indice d’octane 91-94 (méthode AKI), ou d’un mélange essence/alcool (appelé « flex fuel ») tel que l’E85. Tout carburant contenant plus de 10% d’éthanol par volume (alias « E10 ») aura besoin d’un réglage pour fonctionner correctement.

Utiliser de l’essence 95 – 100 octane pour l’Europe, le Japon et les autres pays qui utilisent la méthode RON (Research Octane Number) pour évaluer le carburant.

Vérifiez que les mélanges pour le « carburant supérieur » sont pour l’octane et le mélange spécifiques dans votre région!

Vapeur d’huile

La vapeur d’huile dans la chambre de combustion rend la détonation et le pré-allumage plus probables. Les deux sources les plus courantes de vapeur d’huile sont le turbocompresseur et le système de ventilation positive du carter (VPC). Le système PCV permet à la pression accumulée dans le carter d’être aspirée par l’admission. Les turbocompresseurs sont beaucoup moins susceptibles de causer des problèmes de vapeur d’huile, mais ils peuvent le faire si les joints d’arbre fuient en raison de la vieillesse ou de l’usure.

Conduite abusive

Même la STI n’est pas configurée pour être conduite durement pendant très longtemps. Cela signifie que les autres Subaru turbo sont encore moins préparées. Il est important de connaître les limites de votre véhicule en termes de charge thermique, et la plupart de ces limites vont être basées sur la façon dont vous conduisez la voiture. La conduire comme si vous étiez dans les 5 dernières minutes du Mans avec une Evo sur votre pare-chocs est incroyablement amusant, mais aussi incroyablement invitant à la détonation.

« Lugging » le moteur

Un exemple clair de lugging d’un moteur est de conduire sur l’autoroute en 5e (5MT) ou en 6e (6MT) et de plancher avec le moteur autour de 2 000 à 3 000 RPM.

Cela construit beaucoup de charge sur le moteur et utilise également des portions des cartes ECU qui peuvent ou non être idéalement réglées pour lui. À tel point que Subaru et d’autres équipementiers mettent même en garde contre cette pratique dans le manuel du propriétaire. Le pré-allumage et la détonation sont plus susceptibles de se produire à bas régime en raison de la plus grande fenêtre de temps accordée par les vitesses de piston plus lentes. Bien que, généralement, les températures de l’air sont beaucoup plus faibles à ces RPM du moteur, ce qui contribue à réduire les chances de détonation.

Le FA20 et d’autres moteurs turbo à injection directe (DIT) ont eu une histoire de LSPI, pré-allumage à basse vitesse. La pensée dominante est que lorsque le carburant est injecté dans la chambre, il dilue toute huile de moteur qui pourrait être sur les parois du cylindre. Cela permet au mélange huile/carburant de s’accumuler dans la crevasse entre la couronne du piston et la paroi du cylindre. Finalement, une gouttelette chargée d’huile se retrouve dans la chambre où elle s’enflamme automatiquement et provoque une détonation brutale très tôt dans le processus de combustion. Ceci est extrêmement destructif et brisera les pistons, pliera les tiges et mangera les roulements.

Comment puis-je prévenir la défaillance des segments ?

Comme indiqué ci-dessus, vous devez prévenir efficacement autant de détonation que possible. Je vous donne les « six commandements des Subaru turbo. »

Les six commandements des Subaru turbo

• Tu devras toujours faire un réglage sûr, Proper Tune
• Honor Thy Heat Soak
• Thou Shalt Covet High Octane Fuel
• Honor Thy Feedback Knock
• Thou Shalt Run a Catch Can or AOS
• Thou Shalt Be Monitoring

Les éléments que je vais mentionner ne sont pas exhaustifs, ni absolument nécessaires pour avoir un moteur fiable. Comme je l’ai déjà dit, c’est un problème dynamique qui découle tous de la détonation. Ainsi, ces recommandations sont centrées sur la prévention de la détonation, ou sur l’amélioration de la durabilité du moteur d’une autre manière.

Soyez un conducteur intelligent

Je ne vais pas vous dire de ne pas vous amuser. Vous avez acheté cette voiture pour une raison. Pensez simplement à votre Subaru turbo comme à un cheval. Vous devez laisser le cheval se réchauffer un peu avant de le faire courir à fond. Vous ne voulez pas faire courir le cheval trop longtemps car il se fatiguera. Si vous poussez le cheval au-delà de ses limites, il s’effondrera et mourra. Après avoir fait tourner votre cheval, laissez-le refroidir et se reposer avant de le faire tourner à nouveau à fond.

Les chevaux coûtent cher… et un nouveau bloc court aussi.

Soyez un conducteur averti

Je recommande fortement d’acheter un Cobb AccessPort V3.

Même si vous n’avez pas l’intention de faire un réglage ou de modifier le moteur. La possibilité d’enregistrer et de visualiser des paramètres tels que le cliquetis, les réglages d’allumage, la suralimentation et les températures d’air d’admission est une information vitale pour le conducteur. Le modèle V3 est de loin supérieur au V2 lorsqu’il s’agit de pouvoir visualiser les données en temps réel. Non seulement vous pouvez voir plus de paramètres en temps réel, mais l’enregistrement a également une résolution plus élevée.

Si vous pouvez trouver une autre solution pour moins cher, alors allez-y ! Vous devez être en mesure de voir rapidement les données pendant que vous conduisez ou de les programmer pour vous alerter lorsqu’elles dépassent une limite prédéfinie. Assurez-vous que cette fonctionnalité fait partie de votre solution. L’enregistrement, le rappel, le peak/hold, etc. sont également de bonnes fonctionnalités. En fait, contactez-moi si vous avez une solution de ce type et je peux la présenter ici.

Faites un réglage solide et éprouvé pour votre voiture

La puissance n’est pas synonyme de fiabilité. Ce n’est pas la validation d’une compétence de la part du tuner. En fait, faire de la puissance est l’une des tâches les plus faciles pour un tuner. Des choses comme la mise à l’échelle du MAF, la réponse au cliquetis, les réglages individuels et la cartographie de l’AVCS peuvent faire des différences significatives dans la fiabilité. Un bon tuner sait comment chaque composant et signal peut être utilisé pour obtenir le résultat souhaité.

Dans les années 90, les calculateurs exécutaient des cartes de carburant et d’allumage très simples par rapport aux véhicules modernes. Le calculateur de Subaru utilise les données des capteurs pour déterminer quelles valeurs tirer des nombreuses tables (contrôle de la suralimentation, calage, alimentation, etc.) pour affecter les sorties finales de carburant et d’allumage. Cette complexité nécessite de la familiarité, de l’expérience et un solide bagage théorique. Ce n’est pas aussi indulgent ou amical pour les novices, mais en même temps, c’est très utile pour les professionnels.

Ayez un réglage personnalisé pour votre véhicule spécifique, vos besoins, et d’un tuner réputé.

Mettez à niveau votre intercooler

L’une des meilleures modifications que vous pouvez faire à tout véhicule turbocompressé est de mettre à niveau l’intercooler. Bien que le refroidisseur STI de série soit assez efficace, il n’a pas la masse thermique des refroidisseurs intermédiaires du marché secondaire.

Pour aider à visualiser ce concept, pensez au turbo comme un robinet, au refroidisseur intermédiaire comme un seau, et l’eau représente la chaleur. Le refroidisseur intermédiaire d’origine est un seau de 1 gallon et un refroidisseur intermédiaire d’après-vente est un seau de 1,5 gallon. Découpez maintenant un trou dans le fond des seaux pour représenter la capacité du refroidisseur intermédiaire à refroidir le flux d’air. Le refroidisseur intermédiaire STI, légèrement plus efficace, a un trou de 1″ dans le fond, tandis que le refroidisseur intermédiaire du marché secondaire a un trou de 0,97″ dans le fond. Le petit gain en efficacité de pointe (3 %) est éclipsé par le gain de 50 % en capacité.

Dans le visuel ci-dessus, le refroidisseur intermédiaire d’origine STI est imbibé de chaleur et sa capacité à refroidir l’air entrant est grandement diminuée. L’intercooler aftermarket est toujours capable de refroidir le flux d’air en raison de sa masse thermique accrue (capacité).

Run a Bigger Turbo

Croyez-le ou non, mais un plus gros turbocompresseur est une excellente mise à niveau pour la durabilité du moteur. Pour les Subarus fonctionnant à 18+ PSI, la roue et le boîtier du compresseur plus grands produiront la même pression de suralimentation à une température plus basse. La turbine et le carter de turbine plus grands améliorent également la capacité du moteur à expulser les gaz d’échappement. Dans l’ensemble, c’est une excellente mise à niveau pour toute Subaru fonctionnant avec une pression de suralimentation supérieure à celle du stock.

Cela ne signifie pas qu’il est sûr de fonctionner à 30 PSI avec un gros turbo. Votre merde va exploser.

Pour réitérer, il est préférable de faire fonctionner un turbocompresseur plus gros et plus efficace à la même pression de suralimentation élevée du point de vue de la durabilité du moteur.

Roulez du carburant à indice d’octane élevé

C’est une évidence, mais l’une des meilleures choses que vous pouvez faire est de rouler avec le carburant à indice d’octane le plus élevé dans votre région. Allez avec une essence de qualité supérieure dans la gamme d’octane 91 – 94 AKI (95 – 100 RON) à partir d’une source réputée comme Shell, Chevron, etc.

Veuillez vous assurer que vous utilisez le carburant d’octane approprié pour votre réglage aussi. Si vous voyagez et tombez sur une pompe à 91 octanes et que vous êtes réglé pour 93 octanes, alors vous devriez soit échanger les cartes, soit envisager d’appliquer un retard d’allumage global.

Roulez des carburants à base d’alcool (éthanol / Flex Fuel)

L’éthanol et le méthanol sont des carburants de loin supérieurs pour les moteurs hautement boostés. Ils ont un effet profond sur le refroidissement du flux d’air entrant en raison de leurs propriétés thermiques. Ceci, combiné à une faible sensibilité, les rend très résistants à la détonation. Cela permet à son tour d’augmenter considérablement l’avance à l’allumage, ce qui entraîne une augmentation considérable du couple et de la puissance à la même pression de suralimentation.

Il y a quelques inconvénients à l’E85 et aux autres carburants à base d’alcool, en particulier le méthanol. Assurez-vous de lire sur les différences.

Faire fonctionner moins de pression de suralimentation

Ce n’est pas une recommandation très amusante, mais néanmoins si vous faites fonctionner moins de suralimentation, vous verrez moins de chance de détonation en raison de la baisse des IAT et de la charge thermique.

Réduire les températures d’air d’admission

La façon la plus simple de le faire est simplement de faire fonctionner la boîte à air d’origine. La boîte à air est scellée, construite dans un matériau isolant (plastique), fonctionne parfaitement avec le MAF, et elle est conçue pour tirer le flux d’air du conduit de la grille.

Les prises d’air du marché secondaire comme le Cobb SF augmenteront les températures de l’air d’admission, même avec la boîte à air optionnelle et une attention particulière à l’étanchéité. Certaines prises d’air du marché secondaire, comme Grimmspeed, aspirent l’air de l’extérieur de la baie moteur, ce qui aide grandement à réduire les températures de l’air d’admission.

Vous pouvez réduire davantage les températures sous le capot avec des capots correctement ventilés, des revêtements thermiques sur les composants de l’échappement, une couverture de turbo et du ruban thermique.

Améliorer le débit d’échappement

La contre-pression et la réduction de la vitesse d’écoulement de l’orifice entraîneront un fonctionnement plus chaud des cylindres. Améliorer le flux d’échappement en réduisant la contre-pression aidera le moteur à expulser efficacement les gaz chauds. Cela se fait couramment avec un tuyau descendant de 3 po et un échappement de type cat-back du marché secondaire.

Il est également important d’éliminer la contre-pression momentanée créée par un collecteur d’échappement de longueur inégale. Un collecteur de longueur égale assure qu’il y a une opportunité égale pour chaque cylindre de souffler les gaz d’échappement indépendamment du RPM. Un collecteur d’échappement de longueur inégale rencontrera des conflits sur toute la plage de régime où deux impulsions d’échappement entrent en collision ou interagissent négativement. Un collecteur de longueur égale empêche une paire de cylindres de fonctionner plus chaudement que les autres.

Lire plus sur la conception des collecteurs d’échappement ici : Manifolds Subaru de longueur égale ou de longueur inégale (EL / UEL) expliqués

Réduire l’admission de vapeur d’huile

Vous pouvez garder l’ensemble du tractus d’admission plus propre et éliminer l’ingestion de vapeur d’huile en exécutant une bonne boîte de capture ou un séparateur air-huile (AOS). C’est une bonne pratique pour n’importe quel moteur, mais les moteurs horizontaux en particulier sont connus pour avoir beaucoup de flux de soufflage et de reniflards huileux. L’induction forcée augmente également le besoin de ces systèmes.

Si on me donne le choix, je préfère une installation de catch can à un AOS. Le principal avantage d’un catch can est de pouvoir mesurer la quantité d’huile qui passe à travers. Des augmentations soudaines et inattendues du volume d’huile peuvent signaler des problèmes de joints d’étanchéité. Un avantage secondaire agréable est de ne pas avoir la complexité et le poids supplémentaires d’une installation AOS qui utilise une boucle de réchauffement pour éviter la contamination de l’huile par l’eau.

Downshift to Avoid Lugging

Downshift plutôt que de construire un tas de boost dans un rapport élevé. C’est amusant et cela permettra au moteur de fonctionner à un régime plus optimal. C’est particulièrement important pour la foule FA20.

C’est juste un problème de Subaru ?

Absolument pas. Les moteurs turbo de tous les fabricants ont subi des défaillances similaires. Cependant, les Subarus 2.5L Turbo (EJ25x) sont particulièrement sensibles aux défaillances en raison de la conception et du matériau de leur piston, des choix du propriétaire / conducteur, et de la plate-forme high-boost elle-même.

Merci

Merci pour l’aide et les contributions que vous avez tous apportées à cet article !

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

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