Subaru WRX / STI Ringlandningsproblem

Det finns ett stort antal fel på kolvringlandningen på de senare modellerna Subaru WRX och WRX STI. Målet med den här artikeln är att hjälpa dig att undvika att bli en av dem. En del av detta kan verka som sunt förnuft för de flesta, men för många yngre eller förstagångsägare av turbobilar kan det vara nytt.

Vad är en kolvringlandning?

Ringlandningarna är de områden på kolven som ligger i anslutning till ringarna och ringrännorna. Alla turbo 2.5L (EJ25) och 2.0L (EJ20 / FA20) kolvar har tre ringlandningar som rymmer de två kompressionsringarna och en oljekontrollring.

Den första ringlandningen (även kallad topplandning) är belägen mellan toppen av kolven (känd som krona eller däck) och den primära kompressionsringen. Denna ring tätar bort större delen av värmen och förbränningsgaserna från vevhuset.

Det andra ringlandet överbryggar den primära och sekundära kompressionsringen. Den sekundära ringen tätar bort alla gaser som kommer förbi den primära ringen. Dess unika form skrapar också bort all olja som har kommit förbi den tredje ringen (även kallad oljekontrollringen) från cylinderväggarna.

Den tredje ringlandningen överbryggar den sekundära och den tredje ringen, oljekontrollringen. Oljekontrollringen har en helt annan form än de två kompressionsringarna. Ringens utformning skrapar olja från cylinderväggarna och tvingar in den i oljehålen och vidare till handledsstiften.

Vad är Ringland Failure?

Ringland Failure är när överdriven värme och överdrivet tryck gör att ringlandet går sönder. Det brutna ringlandet stöder inte längre ringen ordentligt, vilket gör att förbränningsgaser kan blåsa ner i karmen och ofta sätta den under tryck. Detta orsakar i sin tur överdriven oljeavbränning från en kombination av att den blåses genom PCV-systemet, bränns bort från cylinderväggen(erna) och fladdrar av olja i vevhuset/sumpen.

Varför går Subarus ringlandningar sönder?

Detonation är den mekanism som fysiskt skadar kolvarna. Allt som främjar detonation, t.ex. bränsle med lågt oktantal, brist på rätt inställning och långvarig hård körning, kan potentiellt orsaka kolvringlandfel.

Detonation är när blandningen självantänder och bildar en ytterligare flamfront i förbränningskammaren. Denna självantändning gör att flamfronterna slår in i varandra och ger upphov till en tryckspik som är betydligt större än vid typisk förbränning. Denna tryckvåg fortsätter att studsa mot cylinderväggarna och ger upphov till en stark cyklisk belastning.

Denna ”jackhammering”-effekt krossar antingen ringlandningen omedelbart eller bidrar till ett framtida fel på grund av utmattning och/eller överbelastning. Detta beror på materialets oförmåga att absorbera energi genom deformation eller böjning (duktilt beteende), i kombination med den snabbt uppkomna spänningen på grund av detonationen.

Kolvringsspalt är också ett växande problem med de nyare motorerna. Spalten är snäv från fabriken, vilket gör att den primära kompressionsringen är benägen att binda sig. Bindning uppstår när ringen värms upp och får slut på expansionsutrymme. Ringen böjer sig då och lägger en punktbelastning på kolvringarna. Vid tillräcklig belastning kan detta knäcka ringlandningen helt och hållet eller bidra till att den går sönder.

Är kolvarna bara svaga?

Svaga? … Nej

Sköra? … Absolut

Och även om detonation är det som skadar kolvarna är det viktigt att veta att EJ20 (EJ207 / EJ205), EJ25 (EJ255 / EJ257) och FA20 alla har spröda kolvar på grund av Subarus material- och konstruktionsval. Kolvarna är gjutna av en hypereutektisk aluminium-silikon (Al-Si)-legering, ett mycket vanligt materialval för moderna motorer. Väl beprövade motorer som 2JZGTE, 4G63, SR20DET, RB26DETT, LSX, K-serien och andra använder alla Al-Si-legeringar.

Al-Si-legeringar kan dock variera beroende på andelen kisel i materialet. Subaru har valt en ”hypereutektisk” legering som är en blandning med hög kiselhalt (12+%). Detta gör att kolven har extremt låg värmeexpansion och gör det möjligt för Subaru att köra ett extremt snävt avstånd mellan kolv och borrning. Den höga kiselhalten gör också kolven betydligt starkare än själva aluminiumet. Till exempel har en legering med 9 % kisel (i vikt) en 14 % högre sträckgräns än en legering med 7 % kisel. Denna styrka har ett pris: sprickbildning.

När du tar en slägga och slår på en stålkåpa deformeras stålet helt enkelt under trycket från hammarslaget och lämnar en buckla. När du tar samma slägga och slår på ett fönster krossar blocket fönstret. Det beror på att fönstermaterialet reagerar på slaget genom att brista snarare än att deformeras. När man tillsätter kisel till aluminium agerar det mer och mer som fönsterglaset.

Detonationsenergi fungerar ironiskt nog som hammaren.

Du kan läsa mer om detonation här: Detonation och knackning

Vad orsakar detonation i Subarus?

Det finns en lång lista över saker som kan leda till detonation i en bensinmotor med gnisttändning, men här är några saker som utmärker Subarus.

Otrimmade modifieringar

Intakes, downpipes, avgasrör och andra vanliga modifieringar kräver justeringar av fabriksavstämningen för att kunna köras korrekt. Subaru har byggt in logik i ECU:n för att göra justeringar för höjd, pumpbränslen (t.ex. 91 ACN vs. 93) och klimat, men den är inte särskilt lämpad för att anpassa sig till de flesta modifieringar. Intag är en extremt vanlig modifiering som kräver särskilda justeringar av MAF-kalibreringstabellerna för att korrekt mäta det inkommande luftflödet. Detta beror på att eftermarknadsintag påverkar luftflödet genom MAF-huset.

Varje intag kommer att ha sin egen MAF-kalibrering. Detta är anledningen till att Cobb har en avstämning för sitt SF-intag och AEM-intag.

Omfattande avstämningar

Ganska uppenbart att en ”dålig” avstämning inte är idealisk. Det är därför du bör undersöka tuners och se till att de inte bara har erfarenhet av att trimma Subarus, utan att du också gör din del för att ge dem korrekt feedback och data, snabbt implementera nya kartor och korrigeringar och följa deras direktiv noga. Människor kan vara snabba att felaktigt skylla en inställning för sina egna misstag.

Heat Soak

En stock STI på en sval dag kommer att producera boosted lufttemperaturer runt 230°F (110°C) vid 14 PSI, men på en varm dag ökar den siffran till 310°F (154°C) vid 14 PSI. För en STI med ökad laddning kan denna siffra stiga så högt som till 360°F (182°C)!

På grund av de höga temperaturerna blir intercoolern stadigt varmare när du accelererar, vilket minskar dess förmåga att kyla luftflödet, vilket kallas ”heat soak”. Nettoresultatet är högre inloppstemperaturer i cylindrarna, mindre effekt på grund av minskad lufttäthet och större risk för detonation.

Detta är ett ännu större problem på fordon som är utrustade med mindre OEM-intercooler som finns på icke-STI-bilar. De har betydligt mindre massa och yta vilket innebär att de värms upp snabbare och avger värmen mycket långsammare.

Intake Air Temperature Sensor Location

Subaru har placerat lufttemperatursensorn i luftlådan tillsammans med mass airflow sensor (MAF). Detta är ett vanligt tillvägagångssätt i MAF-utrustade motorer, men det är extremt begränsande ur ett inställningsperspektiv eftersom det endast tillåter korrigeringar baserade på lufttemperaturen före turbo. ECU:n är i princip blind för den faktiska lufttemperaturen.

Höga inloppslufttemperaturer

I Södern är det under varma sommardagar vanligt att inloppstemperaturerna ligger norr om 48°C (120°F), särskilt med mer öppna inloppskonstruktioner som Cobbs SF-inlopp. Detta ökar i sin tur kraftigt de boostade lufttemperaturerna och kan leda till detonation. Lyckligtvis mäts denna varma luft och kan beaktas i avstämningen, men som nämnts ovan går detta bara så långt.

Bränsle med lågt oktantal

Det enda bränsle som du någonsin bör sätta i en turbo-Subaru är det högsta allmänt tillgängliga oktantalet i ditt område, punkt slut på diskussionen. För USA, Kanada och Mexiko kommer detta att vara bensin med 91-94 oktan (AKI-metoden) eller en blandning av bensin och alkohol (känd som ”flexbränsle”) som till exempel E85. Alla bränslen som innehåller mer än 10 volymprocent etanol (även kallad ”E10”) behöver en inställning för att fungera korrekt.

Använd bensin med 95-100 oktantal för Europa, Japan och andra länder som använder RON-metoden (Research Octane Number) för att klassificera bränsle.

Säkerställ att inställningar för ”Premium Fuel” är för det specifika oktantalet och den specifika blandningen i ditt område!

Oly Vapor

Olyånga i förbränningskammaren gör detonation och förantändning mer sannolika. De två vanligaste källorna till oljeångor är turboladdaren och det positiva vevhusventilationssystemet (PCV). PCV-systemet gör att det tryck som byggs upp i vevhuset kan dras genom insuget. Turboladdare är mycket mindre benägna att orsaka problem med oljeångor, men de kan göra det om axeltätningarna läcker på grund av ålder eller slitage.

Avvikande körning

Även STI är inte konfigurerad för att köras hårt under en mycket lång tid. Det innebär att de andra Turbo Subarus är ännu mindre förberedda. Det är viktigt att känna till gränserna för ditt fordon när det gäller värmebelastning, och det mesta av detta kommer att baseras på hur du kör bilen. Att köra den som om du är på de sista 5 minuterna av Le Mans med en Evo på stötfångaren är otroligt roligt, men också otroligt inbjudande till detonation.

”Lugging” the Engine

Ett tydligt exempel på att lugging en motor är att köra nedför motorvägen i 5:e (5MT) eller 6:e (6MT) och köra på golvet med motorn runt 2 000 till 3 000 RPM.

Detta bygger upp en hel del belastning på motorn och utnyttjar också delar av ECU-kartorna som kanske eller kanske inte är idealiskt inställda för det. Så mycket att Subaru och andra OEM-tillverkare till och med varnar för det i bruksanvisningen. Förtändning och detonation är mer sannolikt att inträffa vid lägre varvtal på grund av det större tidsfönster som ges av de långsammare kolvhastigheterna. Även om lufttemperaturen i allmänhet är mycket lägre vid dessa varvtal, vilket bidrar till att minska risken för detonation.

Fa20 och andra direktinsprutade turbomotorer (DIT-motorer) har haft en historia av LSPI, förantändning vid låga varvtal. Den rådande tanken är att när bränslet sprutas in i kammaren tunnas eventuell motorolja som kan finnas på cylinderväggarna ut. Detta gör att oljebränsleblandningen kan samlas i sprickan mellan kolvkrönet och cylinderväggen. Så småningom hamnar en oljeladdad droppe i kammaren där den självantänder och orsakar en kraftig detonation mycket tidigt i förbränningsprocessen. Detta är extremt destruktivt och kommer att krossa kolvar, böja stänger och äta upp lager.

Hur förhindrar jag Ringland Failure?

Som nämnts ovan måste du effektivt förhindra så mycket detonation som möjligt. Jag ger dig ”Sex budord för Turbo Subarus”.”

De sex budorden för Turbo Subarus

• Du ska alltid köra en säker, 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

Det som jag kommer att nämna är inte uttömmande, och är inte heller absolut nödvändigt för att få en pålitlig motor. Som jag har sagt tidigare är detta en dynamisk fråga som alla har sin grund i detonation. Därför är dessa rekommendationer inriktade på att förhindra detonation eller på annat sätt förbättra motorns hållbarhet.

Var en intelligent förare

Jag tänker inte säga åt dig att inte ha roligt. Du köpte bilen av en anledning. Tänk bara på din turbosubaru som en häst. Du måste låta hästen värma upp lite innan du kör den hårt. Du vill inte köra hästen för länge för då blir den trött. Om du pressar hästen över dess gräns kommer den att kippa omkull och dö. När du har kört hästen ska du låta den svalna och vila innan du kör den hårt igen.

Hästar är dyra … och det är ett nytt shortblock också.

Be An Informed Driver

Jag rekommenderar starkt att du köper en Cobb AccessPort V3.

Även om du inte har för avsikt att köra en tune eller modifiera motorn. Möjligheten att logga och visa parametrar som knackning, tändnings trims, boost och inloppslufttemperaturer är viktig information för föraren. V3-modellen är långt överlägsen V2 när det gäller möjligheten att visa data i realtid. Du kan inte bara se fler realtidsparametrar, utan loggningen har också högre upplösning.

Om du kan hitta en annan lösning för mindre, så ta den! Du måste snabbt kunna se data medan du kör eller programmera den så att den varnar dig när den överskrider en förinställd gräns. Se till att denna funktionalitet är en del av din lösning. Loggning, återkallande, peak/hold etc. är också bra funktioner. Kontakta mig faktiskt om du har en sådan lösning så kan jag presentera den här.

Kör en solid, beprövad inställning för din bil

Power är inte liktydigt med tillförlitlighet. Det är inte en validering av skicklighet från tunerns sida. Faktum är att det är en av de enklaste uppgifterna för en tuner att skapa effekt. Saker som MAF-skalering, knackrespons, individuella trims och AVCS-mappning kan göra betydande skillnader i tillförlitlighet. En bra tuner vet hur varje komponent och signal kan utnyttjas till ett önskat resultat.

På 90-talet körde ECU:erna mycket enkla bränsle- och tändkartor jämfört med moderna fordon. Subarus ECU använder sensordata för att bestämma vilka värden som ska dras från de många tabellerna (boostkontroll, timing, bränsletillförsel osv.) för att påverka de slutliga bränsle- och tändningsutgångarna. Denna komplexitet kräver förtrogenhet, erfarenhet och en gedigen teoribakgrund. Det är inte lika förlåtande eller vänligt för nybörjare, men är samtidigt mycket användbart för proffs.

Få en skräddarsydd avstämning för ditt specifika fordon, dina behov och från en välrenommerad avstämare.

Uppgradera din intercooler

En av de bästa modifikationerna du kan göra på ett turboladdat fordon är att uppgradera intercoolern. Även om STI:s lagerkylare är ganska effektiv saknar den den termiska massan hos mellankylare från eftermarknaden.

För att hjälpa till att visualisera detta koncept kan du tänka på turbon som en kran, mellankylaren som en hink, och vatten representerar värme. Den vanliga intercoolern är en hink på 1 gallon och en intercooler från eftermarknaden är en hink på 1,5 gallon. Skär nu ett hål i botten av hinkarna för att representera intercoolerens förmåga att kyla luftflödet. Den något effektivare STI-intercoolern har ett 1-tums hål i botten medan eftermarknadsintercoolern har ett 0,97-tums hål i botten. Den lilla ökningen i toppeffektivitet (3 %) är överskuggad av den 50-procentiga ökningen i kapacitet.

I ovanstående bild är STI:s intercooler i standardutförande värmegjort och dess förmåga att kyla den inkommande luften är kraftigt minskad. Den nya intercoolern kan fortfarande kyla luftflödet tack vare sin ökade termiska massa (kapacitet).

Kör en större turbo

Tro det eller ej, men en större turbo är en bra uppgradering för motorns hållbarhet. För Subarus som kör 18+ PSI kommer det större kompressorhjulet och höljet att producera samma laddtryck vid en lägre temperatur. Den större turbinen och turbinhuset förbättrar också motorns förmåga att driva ut avgaserna. Sammantaget är det en bra uppgradering för alla Subaru som kör mer än lagerladdtryck.

Detta betyder inte att det är säkert att köra 30 PSI med en stor turbo. Din skit kommer att explodera.

För att upprepa är det bättre att köra en större, effektivare turboladdare vid samma, förhöjda laddtryck ur ett motorhållbarhetsperspektiv.

Kör bränsle med hög oktanhalt

Det här är en självklarhet, men en av de bästa sakerna du kan göra är att köra bränsle med den högsta oktanhalten i ditt område. Använd en bensin av högsta kvalitet i oktantalet 91 – 94 AKI (95 – 100 RON) från en välrenommerad källa som Shell, Chevron etc.

Säkerställ också att du kör rätt oktantalbränsle för din avstämning. Om du reser och stöter på en pump med 91 oktan och du är inställd för 93 oktan bör du antingen byta kartor eller överväga att tillämpa global tändningsfördröjning.

Kör alkoholbaserade bränslen (etanol/flex Fuel)

Etanol och metanol är långt överlägsna bränslen för starkt boostade motorer. De har en djupgående effekt på kylningen av det inkommande luftflödet på grund av sina termiska egenskaper. Detta i kombination med en låg känslighet gör dem mycket detonationsresistenta. Detta möjliggör i sin tur betydligt mer tändningstidpunktsförskjutning, vilket resulterar i kraftigt ökat vridmoment och hästkrafter vid samma laddtryck.

Det finns vissa nackdelar med E85 och andra alkoholbaserade bränslen, särskilt metanol. Se till att läsa på om skillnaderna.

Kör mindre boosttryck

Detta är inte en särskilt rolig rekommendation, men icke desto mindre om du kör mindre boost kommer du att se mindre chans till detonation på grund av sänkt IAT och termisk belastning.

Reducera insugningsluftens temperatur

Det enklaste sättet att göra det här är helt enkelt att köra med stock airbox. Airboxen är förseglad, konstruerad av ett isolerande material (plast), fungerar perfekt med MAF, och den är utformad för att dra luftflödet från grillkanalen.

Aftermarket intakes som Cobb SF kommer att öka inloppslufttemperaturerna, även med den valfria airboxen och noggrann uppmärksamhet på att försegla den. Vissa eftermarknadsintag, som Grimmspeed, drar luft från utsidan av motorrummet, vilket i hög grad bidrar till att sänka inloppslufttemperaturen.

Du kan ytterligare sänka temperaturen under motorhuven med korrekt ventilerade huvar, termiska beläggningar på avgaskomponenterna, en turbofilt och termisk tejp.

Förbättra avgasflödet

Skyddstryck och minskad flödeshastighet i portarna leder till att cylindrarna blir varmare. Att förbättra avgasflödet genom att minska mottrycket hjälper motorn att effektivt driva ut heta gaser. Detta görs vanligen med ett 3-tums downpipe och kat-back-avgasrör från eftermarknaden.

Det är också viktigt att eliminera momentant mottryck som skapas av ett avgasgrenrör med ojämn längd. Ett grenrör med samma längd säkerställer att det finns en lika stor möjlighet för varje cylinder att blåsa ner avgaserna oavsett varvtal. Ett avgasrör med ojämn längd kommer att stöta på konflikter i hela varvtalsområdet där två avgaspulser kolliderar eller interagerar negativt. Ett grenrör med samma längd förhindrar att ett par cylindrar blir varmare än de andra.

Läs mer om utformning av avgasgrenrör här: Du kan hålla hela insugningskanalen renare och eliminera intag av oljeångor genom att köra en bra uppsamlingsburk eller luft-oljeavskiljare (AOS). Detta är en bra metod för alla motorer, men framför allt horisontella motorer är ökända för att ha en hel del oljeläckage och luftningsflöde. Forcerad induktion ökar också behovet av dessa system.

Om jag får välja föredrar jag en catch can setup framför en AOS. Den främsta fördelen med en catch can är att man kan mäta mängden olja som passerar igenom. Plötsliga oväntade ökningar av oljemängden kan signalera problem med ringtätningen. En trevlig sekundär fördel är att inte ha den extra komplexiteten och vikten av en AOS-installation som använder en värmeslinga för att undvika vattenkontaminering av oljan.

Downshift to Avoid Lugging

Downshift hellre än att bygga upp en massa boost i en hög växel. Det är roligt och låter motorn arbeta vid ett mer optimalt varvtal. Detta är särskilt viktigt för FA20-folket.

Är detta bara ett Subaru-problem?

Absolut inte. Turbomotorer från alla tillverkare har drabbats av liknande fel. Men 2,5L Turbo (EJ25x) Subarus är särskilt mottagliga för fel på grund av deras kolvkonstruktion och material, ägarens/förarens val och själva plattformen med hög boost.

Tack

Tack för hjälpen och bidragen som ni alla gjort till den här artikeln!

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

Rekommenderade artiklar

Detonation och knackning förklaras

Subaru Equal vs. Unequal Length Exhaust Manifolds

Subaru AVCS Explained

Har du en idé eller fråga?

Vi letar ständigt efter nya innehållsidéer och feedback från samhället. Gå till vår kontaktsida och skicka oss ett mejl med dina idéer, kommentarer eller frågor.