Saltar al contenido

El espárrago de cabeza 911 – Klassik ATS

octubre 1, 2021

El espárrago de culata utilizado en los modelos 911 es otra de esas piezas que ha experimentado muchos cambios diferentes a lo largo de los años. A menudo era la causa de fallas de muchas fugas de la cámara de combustión y fugas de aceite. Ya sea que el perno en sí haya fallado o las roscas en el caso que fallaron, una cosa que era segura es que la reparación es costosa y requiere mucho tiempo.

La historia del Head Stud

Porsche había estado usando el mismo tipo y diseño de espárrago de culata durante 20 años antes de que apareciera el motor 911 en los motores de 4 cilindros. En los motores 356 y 912, los pernos de cabeza rotos o las roscas tiradas son una rareza y las fallas no se ven a menudo. Con el diseño de 6 cilindros, Porsche utilizó el mismo tipo y diseño de espárragos y tuercas de culata. Al principio, los motores de 6 cilindros eran un motor con caja de aluminio, al igual que los modelos 356 y tenían un cilindro de diámetro similar. También se utilizan cilindros de hierro fundido o cilindros tipo Biral, al igual que los modelos 356.

En los primeros motores (1965-67), los espárragos de culata no eran realmente un problema. Sin embargo, en 1968, con la introducción de los cárteres de magnesio, las cosas estaban a punto de cambiar. Al principio, los problemas principales eran solo el aflojamiento de los espárragos de la cabeza, lo que requería que los espárragos de la cabeza se volvieran a apretar durante los intervalos de servicio regulares. Este fue un cambio de los motores de 4 cilindros donde no era necesario volver a apretar y era algo imposible de hacer sin un poco de desmontaje.

Espárrago de cabeza 911 de acero dulce
Espárrago de cabeza de acero dulce estándar

Nuevos diseños

Los problemas reales comenzaron a mostrarse cuando los motores alcanzaron la cilindrada de 2,7 litros. Con la introducción del motor 2.7L vino un nuevo diseño de cilindro. En lugar de que los cilindros fueran de hierro fundido o de diseño biral (manguito de hierro fundido con aletas de aluminio), ahora eran todos de aluminio. Los cilindros de aluminio se recubrieron con un revestimiento de Nikasil. El revestimiento hace que el aluminio sea extremadamente fuerte y resistente al desgaste. Sin embargo, sin el revestimiento de hierro fundido, la tasa de expansión del cilindro ha aumentado considerablemente.

Debido a que las aleaciones de aluminio se expanden al doble que el acero, la cantidad de presión que se ejerce sobre los espárragos de la culata a medida que el motor se calienta ahora aumenta considerablemente. El siguiente problema que comenzamos a ver fue el aumento de las temperaturas del motor y del escape debido a los controles de emisiones y las mezclas de combustible más magras. Este aumento de calor no solo afectó la expansión térmica sino que también calentó los pernos, particularmente en el lado del escape. Esto aumentó sus posibilidades de oxidación a medida que los aceites se separan del metal por cocción y la humedad de las condiciones de la carretera podría acelerar la corrosión.

Cilindro Biral
Cilindro Biral, revestimiento de hierro fundido con aletas de aluminio

La solución Head Stud

Porsche se había encontrado con los problemas de fallas en los pernos de cabeza en su programa de carreras y había estado experimentando con un nuevo tipo de perno de cabeza de aleación. La aleación había sido desarrollada por una empresa francesa y había sido diseñada para que su tasa de expansión térmica coincidiera estrechamente con la del motor principalmente de aluminio. El nuevo material fue registrado como Dilavar.

Los espárragos de culata se utilizaron por primera vez en motores de producción en los modelos de 1977. El boletín TSB 7704 publicado en julio de 1977 indicaba que cada vez que se retiraban las culatas de los cilindros, los espárragos de acero dulce debían reemplazarse por espárragos Dilavar en el lado del escape. Los modelos 911 Turbo estaban equipados con tacos Dilavar en los lados de admisión y escape del motor.

Desarrollo continuo

Esta primera versión de los tachuelas de cabeza Dilavar tenía un acabado muy brillante. Probablemente debido al alto contenido de níquel del perno. Sin embargo, a medida que pasaba el tiempo y persistían las fallas debidas a la corrosión, los espárragos también cambiaron. A principios de la década de 1980, los tacos adquirieron un acabado amarillento. Este fue el primer intento de controlar la corrosión del perno. A fines de la década de 1980, Porsche entregaba los pernos con un acabado de pintura en polvo negra en el eje del perno.

Perno prisionero de la cabeza de Dilvar
Última versión de Dilvar Head Stud

El último cambio que se produjo en los tacos Dilavar fue con la introducción de los modelos 993 en 1994. Los tacos cambiaron drásticamente en apariencia. El exterior del montante ahora está casi completamente cubierto de hilos. Todavía tiene un acabado de pintura en polvo negro aplicado al exterior del montante. Ahora también viene con loctite azul o rojo aplicado en el extremo del cárter del espárrago. En cuanto a la composición de la aleación, simplemente no sabemos si se le realizaron cambios a lo largo de los años, ya que Porsche no ha publicado esa información.

Fracasos

Hay 4 tipos principales de fallas en los espárragos de la cabeza.

  1. Fatiga: aquí es donde el espárrago de la cabeza se estira y suelta una y otra vez resultando en su eventual falla por rotura.
  2. Corrosión: cuando el perno de la cabeza tiene puntos de corrosión que se forman en el perno, estos puntos debilitarán el endurecimiento de la carcasa en el perno. Eventualmente, cuando el perno se estira y se suelta, esta intrusión en el perno da como resultado que el perno se agriete y finalmente se rompa.
  3. Falla de rosca: la falla de rosca ocurre cuando el espárrago en sí no se rompe, en cambio, las roscas en el cárter donde está instalado el espárrago se saldrán. Esto libera el espárrago y ya no aplica ninguna fuerza de sujeción a las cabezas.
  4. Fallos de servicio: no mantener el par correcto de la culata en los intervalos de servicio regulares. Lo que resulta en que las tuercas de la culata vibren y se dañen los cilindros, las culatas y el cárter debido a los componentes en movimiento.

Hasta 1978, la mayoría de las fallas de los espárragos de culata observadas estaban a nivel del cárter. El montaje original de los espárragos en el cárter se realizó mediante una rosca cortada directamente en el cárter de magnesio. Los hilos eran el punto débil de la ecuación y los tacos se salían de la caja.

En 1978 Porsche cambió el diseño del cárter a una caja de aluminio fundido a presión. Con el cambio, las roscas cortadas en la caja de aluminio ahora eran más fuertes que las de los cárteres de magnesio. Con este cambio, ahora comenzamos a ver más roturas de espárragos reales en lugar de que el espárrago se salga de la caja.

Las roturas de los pernos pueden ocurrir en cualquier parte a lo largo del perno. Los he visto romperse en el medio, justo en la caja y justo debajo de la tuerca de la cabeza. A fines de la década de 1980, cuando todavía trabajaba para Porsche, no era raro al reparar el 911SC tirar de las tapas de las válvulas y encontrar dos o tres espárragos rotos en sus respectivos orificios.

Mantenimiento y reparaciones

Uno de los elementos que más se pasa por alto al dar servicio a un 911 es mantener el par de torsión correcto en la culata. Cada 15,000 millas, cuando se realiza un ajuste de la válvula, se supone que el técnico debe verificar todos los pares de torsión de la culata de cilindros. Esto tiene dos propósitos, en primer lugar, mantiene el par correcto en motores estructuralmente sólidos y, en segundo lugar, mostrará un perno de cabeza defectuoso antes de que pueda causar más daños.

Culata y cañón dañados debido a espárragos de culata sueltos
Culata y cilindro dañados debido a espárragos de culata sueltos

Al verificar el par de apriete de la tuerca de la cabeza, la llave dinamométrica debe ajustarse a 35 NM. No importa en qué orden se aprieten las tuercas, solo que todas las tuercas estén correctamente apretadas. Si uno o más espárragos de cabeza están rotos, esto puede o no ser motivo de alarma. Si los espárragos están rotos o tirados en diferentes cilindros y tres de los cuatro espárragos en cualquier cilindro dado están intactos, entonces la reparación se puede programar según las necesidades del propietario o el presupuesto. El motor puede seguir funcionando sin que se produzcan más daños.

Si se rompen dos o más espárragos en un cilindro, esto requerirá atención mucho antes. Tampoco se recomienda seguir operando el motor. Reemplazar los espárragos de la culata de cilindros no es un trabajo sencillo, ya que un taller Porsche experimentado tarda entre 30 y 40 horas en realizarlo. Por lo tanto, es importante evaluar sus opciones al considerar este tipo de reparación.

Que usar y cuando

Al reparar espárragos de culata dañados o reconstruir un motor en general, hay varias cosas a tener en cuenta.

  1. Siempre que reconstruya el motor completo o solo el extremo superior de los cárteres de magnesio, instale siempre protectores de caja o filtros de tiempo en la caja. Incluso si las roscas se ven bien y no se han tirado los pernos.
  2. Cuando se trabaja con motores 2.0, 2.2 o 2.4L que usan cilindros Biral o de hierro fundido, está bien usar pernos de acero dulce en la parte superior e inferior.
  3. Al reconstruir los motores con caja de magnesio de 2.7L, siempre instale protectores de caja / cierres de tiempo en la caja, así como también instale los últimos pernos Dilavar en el lado de escape del motor.
  4. Cuando trabaje con los modelos 911SC de 3.0L, reemplace siempre los primeros postes dilavar “brillantes” por el último diseño de postes revestidos. Esto se debe a que los tacos brillantes son más susceptibles a la corrosión y a fallas.
M10 Time-sert, 911 Espárrago de culata
Time-Sert de culata utilizado en los cárteres de magnesio

Un par de cosas a tener en cuenta al trabajar con los modelos 911 y 930.

  1. Los modelos 1965-83 911’s y 1975-90 3.0L / 3.3L 930 requieren que la culata vuelva a apretar cada 15,000 millas
  2. Los modelos 911 Carrera de 1984 y posteriores no requieren reapriete de rutina. Esto se debe a que los cabezales se ensamblan utilizando un método de ángulo de torsión en el momento del ensamblaje.
  3. Los modelos 930 de 1991 en adelante también utilizan el método de ángulo de torsión y no requieren un apriete de rutina.

Por último, los nuevos cilindros de repuesto que está suministrando Mahle para los primeros motores de 2.0L, 2.2L y 2.4L son ahora del tipo Nikasil. Esto significa que la tasa de expansión del cilindro ahora ha cambiado a la del motor de 2.7L. En mi opinión, si está utilizando alguno de estos nuevos diseños de cilindros en estos primeros motores, es una buena idea aplicar los mismos estándares de espárragos de culata a esos motores. Esto también se puede extender a los motores 912, ya que esos cilindros ahora también son Nikasil.

Pernos prisioneros del mercado de accesorios

Hay varios tacos de cabeza en el mercado en este momento. Para acero dulce, me gusta la marca Canyon de tacos de cabeza. Viene con un acabado de pintura en polvo en el montante para ayudar a protegerlo de la corrosión y no tengo problemas con ellos. Para el perno dilavar los únicos que utilizo son los pernos de fábrica. Me quedo con el producto de fábrica debido a todo el desarrollo que se ha puesto en esta pieza. Una vez más, usando la pieza de fábrica nunca he tenido ningún problema.

Espárrago de cabeza de acero dulce
Espárrago de cabeza de acero dulce con recubrimiento en polvo

ARP también fabrica un juego de espárragos de culata para los modelos 911/930. Por lo general, el producto ARP es bueno en general. Sin embargo, no publican la especificación real de la aleación que utilizan. Además, el perno no está recubierto para protegerlo de la corrosión. Lo último que no me gusta es el tipo de tuerca suministrada con el espárrago. Cuando se realiza el mantenimiento del motor, es un poco más difícil colocar un dado de 12 puntos en la cavidad para volver a apretar en el intervalo de servicio.

Siempre tiendo a inclinarme hacia las piezas de fábrica cuando reparo. En todos los motores que he hecho al configurar correctamente y seguir los procedimientos de reparación, rara vez tengo problemas.