Subaru WRX / STI Ringland Failure

C’è un numero significativamente alto di fallimenti del ringland del pistone sul modello successivo Subaru WRX e WRX STI. L’obiettivo di questo articolo è di aiutarvi a evitare di diventare uno di loro. Alcuni di questi possono sembrare buon senso per la maggior parte, ma per molti più giovani o prima volta proprietari di auto turbo può essere nuovo.

Che cosa è un ringland pistone?

I ringlands sono le aree del pistone adiacente agli anelli e scanalature dell’anello. Tutti i pistoni turbo 2.5L (EJ25) e 2.0L (EJ20 / FA20) hanno tre ringland che ospitano i due anelli di compressione e un anello di controllo dell’olio.

Il primo ringland (detto top land) si trova tra la parte superiore del pistone (noto come corona o ponte) e l’anello di compressione primario. Questo anello sigilla la maggior parte del calore e dei gas di combustione dal carter.

Il secondo anello collega l’anello di compressione primario e secondario. L’anello secondario sigilla i gas che superano l’anello primario. La sua forma unica raschia anche l’olio che ha superato il terzo anello (l’anello di controllo dell’olio) dalle pareti del cilindro.

Il terzo anello collega il secondario e il terzo anello, l’anello di controllo dell’olio. L’anello di controllo dell’olio ha una forma completamente diversa dai due anelli di compressione. Il design dell’anello raschia l’olio dalle pareti del cilindro e lo forza nei fori di lubrificazione e verso i perni di polso.

Che cos’è il guasto dell’anello?

Il guasto dell’anello è quando il calore e la pressione eccessivi causano la rottura dell’anello. La ghiera fratturata non sostiene più l’anello in modo appropriato, il che permette ai gas di combustione di soffiare giù nella coppa, spesso pressurizzandola. Questo a sua volta causa un’eccessiva bruciatura dell’olio da una combinazione di soffiaggio attraverso il sistema PCV, bruciatura dalle pareti dei cilindri, e lampeggiamento dell’olio nel carter / coppa.

Perché le ghiere Subaru falliscono?

La detonazione è il meccanismo che danneggia fisicamente i pistoni. Tutto ciò che favorisce la detonazione, come il carburante a basso numero di ottani, la mancanza di un’adeguata messa a punto e la guida dura e prolungata, può potenzialmente causare la rottura dei pistoni.

La detonazione è quando la miscela si auto-accende e forma un ulteriore fronte di fiamma nella camera di combustione. Questa accensione spontanea fa sì che i fronti di fiamma sbattano l’uno contro l’altro e producano un picco di pressione ben superiore alla combustione tipica. Quest’onda di pressione continuerà a rimbalzare sulle pareti del cilindro producendo un forte carico ciclico.

Questo effetto “martellante” o distrugge immediatamente la corona, o contribuisce a un futuro fallimento per fatica e/o sovrasollecitazione. Questo è dovuto all’incapacità del materiale di assorbire energia attraverso la deformazione o la flessione (comportamenti duttili), in combinazione con il rapido insorgere di stress dovuto alla detonazione.

Il gap dell’anello del pistone è anche una preoccupazione crescente con i motori più recenti. Il gap è stretto dalla fabbrica, il che rende l’anello di compressione primario incline a legarsi. L’incollaggio si verifica quando l’anello si riscalda ed esaurisce lo spazio di espansione. L’anello quindi si flette e mette un carico puntuale sulle fasce elastiche del pistone. Dato abbastanza stress, questo può rompere la fascia elastica completamente, o contribuire al suo fallimento.

I pistoni sono solo deboli?

Deboli? … No

Fragili? … Assolutamente

Mentre la detonazione è ciò che danneggia i pistoni, è importante sapere che il EJ20 (EJ207 / EJ205), EJ25 (EJ255 / EJ257), e FA20 hanno tutti pistoni fragili a causa del materiale Subaru e le scelte di progettazione. I pistoni sono fusi in lega ipereutettica di alluminio-silicio (Al-Si); una scelta di materiale molto comune per i motori moderni. Motori ben collaudati come il 2JZGTE, 4G63, SR20DET, RB26DETT, LSX, K-Series, e altri usano tutti leghe Al-Si.

Tuttavia, le leghe Al-Si possono variare a seconda della percentuale di silicio nel materiale. Subaru ha optato per una lega “ipereutettica” che è una miscela ad alto contenuto di silicio (12+%). Questo fa sì che il pistone abbia un’espansione termica estremamente bassa, e permette a Subaru di eseguire un gioco pistone-alesaggio estremamente stretto. L’alto contenuto di silicio rende anche il pistone considerevolmente più forte dell’alluminio stesso. Per esempio, una lega al 9% di silicio (in peso) ha una resistenza allo snervamento superiore del 14% rispetto a una lega al 7% di silicio. Questa forza ha un costo: la frattura.

Quando si prende una mazza e si colpisce un cofano d’acciaio, l’acciaio si deforma semplicemente sotto la pressione del colpo di martello, lasciando un’ammaccatura. Quando si prende la stessa mazza e si colpisce una finestra, il blocco frantuma la finestra. Questo perché il materiale della finestra reagisce al colpo fratturandosi piuttosto che deformandosi. Quando si aggiunge silicio all’alluminio si comporta sempre più come il vetro della finestra.

L’energia di detonazione, ironicamente, si comporta come il martello.

Puoi leggere di più sulla detonazione qui: Detonazione e Knock

Cosa causa la detonazione nelle Subaru?

C’è una lunga lista di cose che possono portare alla detonazione in un motore a benzina con accensione a scintilla, ma qui ci sono alcune cose che spiccano sulle Subarus.

Modifiche non regolate

Intake, downpipes, collettori di scarico e altre modifiche comuni richiedono regolazioni alla messa a punto di fabbrica per funzionare correttamente. Subaru costruito nella logica per l’ECU per fare le regolazioni per l’altitudine, carburanti pompa (cioè 91 ACN vs 93), il clima, ma non è adatto a accomodare per la maggior parte delle modifiche. Le prese d’aria sono una modifica estremamente comune che richiede regolazioni specifiche alle tabelle di calibrazione MAF per misurare correttamente il flusso d’aria in entrata. Questo perché le prese aftermarket influenzano il flusso d’aria attraverso l’alloggiamento MAF.

Ogni presa avrà la propria calibrazione MAF. Questo è il motivo per cui la Cobb ha una messa a punto per la loro presa SF e la presa AEM.

Tune improprie

Prettamente ovvio che una “cattiva” messa a punto non è ideale. Questo è il motivo per cui dovreste ricercare i tuner e assicurarvi che non solo abbiano esperienza con la messa a punto di Subarus, ma che stiate anche facendo la vostra parte per dare loro un feedback e dati accurati, implementando rapidamente nuove mappe e correzioni, e seguendo attentamente le loro direttive. La gente può essere veloce a incolpare erroneamente una messa a punto per i propri errori.

Heat Soak

Una STI stock in una giornata fresca produrrà temperature dell’aria potenziata intorno ai 230°F (110°C) a 14 PSI, ma in una giornata calda quel numero aumenta a 310°F (154°C) a 14 PSI. Per una STI che esegue una spinta maggiore questa cifra può salire fino a 360°F (182°C)!

A causa delle alte temperature, l’intercooler diventerà costantemente più caldo mentre si accelera, il che riduce la sua capacità di raffreddare il flusso d’aria; noto come “heat soak”. Il risultato netto è una temperatura di ingresso più alta nei cilindri, meno potenza a causa di una riduzione della densità dell’aria e una maggiore possibilità di detonazione.

Questo è un problema ancora maggiore sui veicoli equipaggiati con intercooler OEM più piccoli che si trovano sulle auto non-STI. Hanno considerevolmente meno massa e superficie, il che significa che si riscaldano più velocemente e perdono quel calore molto più lentamente.

Posizione del sensore di temperatura dell’aria di aspirazione

Subaru ha collocato il sensore di temperatura dell’aria nell’airbox insieme al sensore del flusso d’aria di massa (MAF). Questa è una pratica comune nei motori dotati di MAF, ma è estremamente limitante dal punto di vista del tuning perché permette solo correzioni basate sulla temperatura dell’aria pre-turbo. L’ECU è essenzialmente cieca alle reali temperature dell’aria.

Alte temperature dell’aria di aspirazione

Nel sud in una calda giornata estiva è comune che le temperature di aspirazione siano a nord di 120°F (48°C), specialmente con design di aspirazione più aperti come l’aspirazione SF della Cobb. Questo a sua volta aumenta notevolmente le temperature dell’aria pompata e può portare alla detonazione. Fortunatamente, questa aria calda è misurata e può essere contabilizzata nella messa a punto, ma come notato sopra, questo va solo così lontano.

Carburante a basso numero di ottano

L’unico carburante che si dovrebbe mai mettere in un turbo Subaru è il più alto carburante a ottano comunemente disponibile nella vostra zona, punto, fine della discussione. Per gli Stati Uniti, Canada e Messico questo sarà 91 – 94 ottani di benzina (metodo AKI), o una miscela benzina:alcool (conosciuta come “flex fuel”) come E85. Qualsiasi carburante contenente più del 10% di etanolo in volume (noto come “E10”) avrà bisogno di una messa a punto per funzionare correttamente.

Utilizzare benzina a 95 – 100 ottani per l’Europa, il Giappone e altri paesi che utilizzano il metodo RON (Research Octane Number) per valutare il carburante.

Assicuratevi che le regolazioni per “Premium Fuel” siano per il numero di ottano e la miscela specifici della vostra zona!

Vapore d’olio

Il vapore d’olio nella camera di combustione rende più probabile la detonazione e la pre-accensione. Le due fonti più comuni di vapore d’olio sono il turbocompressore e il sistema di ventilazione positiva del carter (PCV). Il sistema PCV permette alla pressione accumulata nel basamento di essere aspirata attraverso l’aspirazione. I turbocompressori hanno molte meno probabilità di causare problemi di vapore d’olio, ma possono farlo se le guarnizioni dell’albero perdono a causa della vecchiaia o dell’usura.

Guida aggressiva

Anche la STI non è configurata per essere guidata duramente per un tempo molto lungo. Questo significa che le altre Subaru turbo sono ancora meno preparate. È importante conoscere i limiti del proprio veicolo in termini di carico termico, e la maggior parte di questo si baserà su come si guida la macchina. Guidarla come se fossi negli ultimi 5 minuti di Le Mans con una Evo sul paraurti è incredibilmente divertente, ma anche incredibilmente invitante alla detonazione.

“Lugging” il motore

Un chiaro esempio di lugging un motore è la guida lungo l’autostrada in 5° (5MT) o 6° (6MT) e la messa a terra con il motore intorno ai 2.000 – 3.000 RPM.

Questo costruisce un sacco di carico sul motore e utilizza anche porzioni delle mappe ECU che possono o non possono essere idealmente sintonizzate per questo. Così tanto che Subaru e altri OEM addirittura mettono in guardia contro questo nel manuale del proprietario. Pre-accensione e detonazione sono più propensi a verificarsi a bassi regimi a causa della maggiore finestra di tempo data dalle velocità più lente dei pistoni. Anche se, generalmente, le temperature dell’aria sono molto più basse a questi giri del motore, il che aiuta a ridurre la possibilità di detonazione.

Il FA20 e altri motori turbo a iniezione diretta (DIT) hanno avuto una storia di LSPI, pre-accensione a bassa velocità. Il pensiero prevalente è che quando il carburante viene iniettato nella camera si assottiglia qualsiasi olio motore che può essere sulle pareti del cilindro. Questo permette alla miscela olio/carburante di raccogliersi nella fessura tra la corona del pistone e la parete del cilindro. Alla fine, una goccia carica d’olio finisce nella camera dove si auto-accende e causa un evento di detonazione hardcore molto presto nel processo di combustione. Questo è estremamente distruttivo e frantumerà i pistoni, piegherà le canne e divorerà i cuscinetti.

Come faccio a prevenire il fallimento del Ringland?

Come notato sopra, è necessario prevenire efficacemente la maggior detonazione possibile. Vi do i “Sei comandamenti di Turbo Subarus.”

I sei comandamenti di Turbo Subarus

• Tu devi sempre eseguire una messa a punto sicura, Tune corretto
• Onore il tuo calore ammollo
• Onore il tuo carburante ad alto numero di ottano
• Onore il tuo Feedback Knock
• Onore il tuo Catch Can o AOS
• Onore il monitoraggio

Le voci che sto per menzionare non sono esaustive, né sono assolutamente necessarie per avere un motore affidabile. Come ho detto prima, questo è un problema dinamico che deriva tutto dalla detonazione. Quindi queste raccomandazioni sono incentrate sulla prevenzione della detonazione, o altrimenti sul miglioramento della durata del motore.

Be An Intelligent Driver

Non vi dirò di non divertirvi. Avete comprato la macchina per un motivo. Pensate alla vostra Subaru turbo come a un cavallo. Dovete lasciare che il cavallo si scaldi un po’ prima di farlo correre molto. Non volete far correre il cavallo troppo a lungo perché si stancherà. Se spingete il cavallo oltre il suo limite, si accascerà e morirà. Dopo aver fatto correre il tuo cavallo, lascialo raffreddare e riposare prima di farlo correre ancora.

I cavalli sono costosi… e lo è anche un nuovo blocco corto.

Essere un pilota informato

Consiglio vivamente di comprare un Cobb AccessPort V3.

Anche se non hai intenzione di eseguire un tuning o modificare il motore. La capacità di registrare e visualizzare parametri come knock, ignition trims, boost e temperature dell’aria di aspirazione è un’informazione vitale per il pilota. Il modello V3 è di gran lunga superiore al V2 quando si tratta di essere in grado di visualizzare i dati in tempo reale. Non solo è possibile vedere più parametri in tempo reale, ma la registrazione ha anche una risoluzione più alta.

Se si può trovare un’altra soluzione per meno, poi andare per esso! Dovete essere in grado di vedere rapidamente i dati mentre state guidando o programmarli per avvisarvi quando superano un limite prestabilito. Assicuratevi che questa funzionalità faccia parte della vostra soluzione. Anche la registrazione, il richiamo, il picco/tenuta, ecc. sono tutte buone caratteristiche. Infatti, contattatemi se avete una soluzione come questa e posso presentarla qui.

Eseguite una solida e provata messa a punto per la vostra auto

La potenza non equivale all’affidabilità. Non è una convalida di abilità da parte del tuner. Infatti, fare potenza è uno dei compiti più facili per un tuner. Cose come la scalatura MAF, la risposta ai colpi, i trim individuali e la mappatura AVCS possono fare differenze significative nell’affidabilità. Un buon tuner sa come ogni componente e segnale può essere utilizzato per un risultato desiderato.

Negli anni ’90 le centraline eseguivano mappe di accensione e carburante molto semplici rispetto ai veicoli moderni. L’ECU Subaru usa i dati dei sensori per determinare quali valori estrarre dalle numerose tabelle (controllo della spinta, fasatura, alimentazione, ecc.) per influenzare le uscite finali di carburante e accensione. Questa complessità richiede familiarità, esperienza e un solido background teorico. Non è così indulgente o amichevole per i novizi, ma allo stesso tempo, è molto utile per i professionisti.

Ottieni una melodia personalizzata per il tuo veicolo specifico, i tuoi bisogni e da un tuner rispettabile.

Aggiorna il tuo intercooler

Si può dire che una delle migliori modifiche che puoi fare a qualsiasi veicolo con turbo è di aggiornare l’intercooler. Mentre il refrigeratore STI stock è abbastanza efficiente, gli manca la massa termica degli intercooler aftermarket.

Per aiutare a visualizzare questo concetto, pensate al turbo come un rubinetto, l’intercooler come un secchio, e l’acqua rappresenta il calore. L’intercooler stock è un secchio da 1 gallone e un intercooler aftermarket è un secchio da 1,5 galloni. Ora tagliate un buco sul fondo dei secchi per rappresentare la capacità dell’intercooler di raffreddare il flusso d’aria. L’intercooler STI, leggermente più efficiente, ha un foro di 1″ sul fondo, mentre l’intercooler aftermarket ha un foro di 0,97″ sul fondo. Il piccolo guadagno in efficienza di picco (3%) è annullato dal guadagno del 50% in capacità.

Nella figura qui sopra, l’intercooler STI di serie è impregnato di calore e la sua capacità di raffreddare l’aria in entrata è notevolmente diminuita. L’intercooler aftermarket è ancora in grado di raffreddare il flusso d’aria grazie alla sua maggiore massa termica (capacità).

Esegui un turbo più grande

Credici o no, ma un turbocompressore più grande è un grande aggiornamento per la durata del motore. Per le Subarus che eseguono 18+ PSI, la ruota del compressore più grande e l’alloggiamento produrranno la stessa pressione di spinta a una temperatura inferiore. La turbina più grande e l’alloggiamento della turbina migliorano anche la capacità del motore di espellere i gas di scarico. Nel complesso è un grande aggiornamento per qualsiasi Subaru in esecuzione più di pressione di spinta stock.

Questo non significa che è sicuro di eseguire 30 PSI con un grande turbo. La vostra merda esploderà.

Per ribadire, è meglio eseguire un più grande, più efficiente turbocompressore alla stessa, elevata pressione di alimentazione da una prospettiva di durata del motore.

Fornitura ad alto numero di ottano

Questo è un no-brainer, ma una delle cose migliori che potete fare è eseguire il più alto carburante ottano nella vostra zona. Vai con una benzina di grado premium nella gamma di ottani 91 – 94 AKI (95 – 100 RON) da una fonte rispettabile come Shell, Chevron, ecc.

Assicuratevi di eseguire il carburante con il numero di ottano appropriato per la vostra melodia. Se state viaggiando e vi imbattete in una pompa a 91 ottani e siete sintonizzati per 93 ottani, allora dovreste scambiare le mappe o considerare l’applicazione di un ritardo globale dell’accensione.

Fate funzionare i carburanti a base di alcol (etanolo / Flex Fuel)

Etanolo e metanolo sono carburanti di gran lunga superiori per motori altamente potenziati. Hanno un profondo effetto di raffreddamento del flusso d’aria in entrata grazie alle loro proprietà termiche. Questo, combinato con una bassa sensibilità li rende altamente resistenti alla detonazione. Questo a sua volta permette un anticipo di accensione considerevolmente maggiore, con conseguente aumento della coppia e dei cavalli alla stessa pressione di spinta.

Ci sono alcuni lati negativi per E85 e altri carburanti a base di alcol, specialmente il metanolo. Assicuratevi di leggere le differenze.

Esegui meno pressione di sovralimentazione

Questa non è una raccomandazione molto divertente, ma nondimeno se esegui meno spinta, vedrai meno possibilità di detonazione a causa di IAT abbassati e carico termico.

Riduci le temperature dell’aria di aspirazione

Il modo più semplice per fare questo è semplicemente eseguire l’airbox stock. L’airbox è sigillato, costruito con un materiale isolante (plastica), funziona perfettamente con il MAF, ed è progettato per tirare il flusso d’aria dal condotto della griglia.

Le prese d’aria aftermarket come il Cobb SF aumenteranno le temperature dell’aria in ingresso, anche con l’airbox opzionale e un’attenta attenzione alla sigillatura. Alcune prese aftermarket, come Grimmspeed, aspirano l’aria dall’esterno del vano motore che aiuta notevolmente ad abbassare le temperature dell’aria di aspirazione.

È possibile ridurre ulteriormente le temperature sotto il cofano con cappucci adeguatamente ventilati, rivestimenti termici sui componenti di scarico, una coperta del turbo e nastro termico.

Migliorare il flusso di scarico

La contropressione e la ridotta velocità di flusso della porta causeranno il funzionamento dei cilindri più caldi. Migliorare il flusso di scarico riducendo la contropressione aiuterà il motore ad espellere efficacemente i gas caldi. Questo è comunemente fatto con un aftermarket 3″ downpipe e uno scarico cat-back.

È anche importante eliminare la contropressione momentanea creata da un collettore di scarico di lunghezza disuguale. Un collettore di uguale lunghezza assicura che ci sia un’uguale opportunità per ogni cilindro di scaricare i gas di scarico indipendentemente dal numero di giri. Un collettore di scarico di lunghezza disuguale incontrerà conflitti in tutta la gamma di giri in cui due impulsi di scarico si scontrano o interagiscono negativamente. Un collettore di lunghezza uguale impedisce che una coppia di cilindri sia più calda degli altri.

Leggi di più sulla progettazione dei collettori di scarico qui: Equal Length vs. Unequal Length (EL / UEL) Subaru Manifolds Explained

Riduci l’aspirazione dei vapori d’olio

Puoi mantenere più pulito l’intero tratto di aspirazione ed eliminare l’ingestione di vapori d’olio usando un buon filtro o un separatore aria-olio (AOS). Questa è una buona pratica per qualsiasi motore, ma i motori orizzontali in particolare sono noti per avere un sacco di blow-by oleoso e flusso di sfiato. L’induzione forzata aumenta anche la necessità di questi sistemi.

Se mi viene data una scelta, preferisco una configurazione catch can ad un AOS. Il vantaggio principale di un catch can è quello di poter misurare la quantità di olio che passa attraverso. Improvvisi aumenti inaspettati nel volume dell’olio possono segnalare problemi con la guarnizione dell’anello. Un bel vantaggio secondario è quello di non avere la complessità e il peso aggiunto di una configurazione AOS che utilizza un ciclo di riscaldamento per evitare la contaminazione dell’acqua dell’olio.

Downshift per evitare il Lugging

Downshift piuttosto che costruire un mucchio di spinta in una marcia alta. È divertente e permetterà al motore di funzionare a un numero di giri più ottimale. Questo è particolarmente importante per la folla FA20.

È solo un problema Subaru?

Assolutamente no. I motori turbo di tutti i produttori hanno subito guasti simili. Tuttavia, 2.5L Turbo (EJ25x) Subarus sono particolarmente suscettibili di fallimento a causa del loro design del pistone e materiale, proprietario / driver scelte, e la piattaforma high-boost stesso.

Grazie

Grazie per l’aiuto e contributi tutti voi fatto a questo articolo!

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

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