mgf.be

[Jupilerman]

mvg,
jup

The cause of "HGF" in the K series



This is long verdue but here goes.



What is the cause of "so called HGF" in the K series.

Well it is a complicated issue, there are many contributing factors, but the cause, is the distortion the aluminium engine suffers under the thermal gradients that occur particularly in warm up and warm down cycles. The original stat design was designed for a low weight/ max economy/min emissions vehicle, not the track car that is the Elise. The solution to this issue was the PRT stat , fitted as standard to all MG/Rovers from 2001. Why Lotus chose not to ask for it God only knows.

With the original stat water temps were so badly controlled that at warm up and warm down particularly, a 60deg c temp gradient can be measured over the engine between 1 and 2 cylinders. This causes water to leak down the church window between 1 and 2 on the exhaust side , causing small air pockets in the head and consequently overheating. The water loss is insidious, but so small it burns off in the oil without being noticeable.

Why does this small phenomenon affect the gasket? - it doesn't. It affects the head. K is special, it was designed as a stand out engine, throwing all conventional practice aside, most of it's features came straight from F1 design - it was to be a ground breaking engine like the all ally bonded chassis it was designed for - ECV3. So it had the immensely stiff crank carrier design when for instance the japs have only just caught up, until the k20/FOC20/ vvti all their engines relied on the old fashioned bearing cap design. Hand in hand with the new 4 cylinder design went the choice of material. LM25 is a very expensive ally, the only other mass produced engines to use it up till now are all of Aston Martin's recent engines and AMGs engines For Mercedes. All BMWs hondas, toyotas , Fords etc are made of cheap 226. LM25 is much stronger - so you use much less of it to get the required mechanical strength. About 40% less - hence the weight advantage of the K compared to the "Industry standard " engines, but in order to get that strength LM25 undergoes a heat treatment - a quench. That treatment gives it it's strength but is also it's Achilles heal. - If the operating temperatures and hence the temperatures the engine sees are not carefully controlled the metal loses it's quench, it's hardness, goes soft and over a period of time the firering frets it's way into the head surface , losing clamping force. The cylinder gasses then escape pressurising the coolant, forcing water into the cylinders and oil, and oil into the water - thats when you get the classic symptoms of "HGF". The reality is that failure is a slippery slope and occurs long before symptoms become visable.

The gasket may go on to get hot and elastomer come free from the core plate, but that's a secondary failure. The head is what fails, and once it is soft no amount of new gaskets or skimming will ever prove more than a short term prop. The head is dead. Only a new hard head can redeem failure, together with of course, fitting of a PRT.

The new MLS gasket was never a solution to "HGF" it was however part of a number of new measures that helped the engine survive the stresses it underwent in use. The new gasket is if you like a bigger fuse, but the problem is the uncontrolled temp gradients that occur with the original stat location. The remote stat is an improvement, the PRT works very well.

Far more significant was the introduction of the revised oil rail for Euro4 engines and now available through Landrover as a retrofit. This new casting is a stiffer design made in ANSI357 alloy - the same metal as F1 blocks and is as stiff a cast alloy as you can currently make. The purpose is to resist the bending forces the engine is subjected to in those warm up/down cycles. During all the elaborate stress analysis done on the engine in the last 5 years the original oil rail was found to collapse at the towers that hold the bolts and allow the coolant leakage that will eventually destroy the head. Consequently fitting the new rail is almost as important as fitting PRT. However it is ESSENTIAL to fit it, if a MLS gasket is being used, because the new MLS gaskets achieve only 75% of the clamping of the old elastomer gaskets [the elastomer compresses more than the 5 steel coreplates of the MLS] and consequently the MLS is much more prone to leak than the elastomer gasket without the new oil rail, particularly without a PRT fitted.

Consequently no head should be fitted without a hardness test. New heads register 110-120 brinnell, I would never use one less than 100 brinnell,less than 95 would be foolish. Most of the heads I have collected here from failed engines have hardness ratings between 70 and 80. Mark Bowles's exchanged head that lasted just 750 miles before he suffered "HGF" on his very first track day measure just 82 brinnell, Clear rings could be seen on the exhaust side of the engine where the firering had pushed into the head and leaked cylinder pressure.


Why is this an Achilles heel, well 226 , used in all other 4s is not a heat treated alloy - it doesn't matter if it gets hot. There is no heat treatment to destroy, and the problem is that engine builders are used to handling this alloy, and totally unprepared for the intricacies of LM25.


A classic mistake made in the UK was to weld up heads around the firering, that is the worst thing anyone could do. A head so treated is guaranteed to fail in short order.


So, if welding the head is a mistake, welding the block up is just as foolish. I have a number of scholar closed top blocks here , all from failed engines. The welding has softened the metal back to 40 odd brinnel, so rather than stiffen the block the treatment has weakened it.This is a classic example of tuners not understanding the issues , finding wholly inappropriate solutions, which further undermine the integrity of the engine. I call it butchery.

Hope this helps explain why understanding the engine is essential, and why the "good old boys" building engines for years are for the most part totally unequipped to handle K.

The important thing is to get lots of even flow round the system so it warms up gently and evenly, thats why the latest spec PRTs (PEL500150)open at 1000/1500 rpm. The older deisel PRTs have a stiff spring and don't open to 3000/3500 rpm, so are not appropriate for K. Unfortunately I believe some people are using them.

simon

EDIT:

A) Elise parts 82 deg an improvement on original set up

B) QED 74 deg better

C) Lseries black PRT better

D) PCH001190 (88 deg stat and a valve that opens at 3000rpm) first really workable solution, but circuit designed to open at 3000rpm

D) PEL 500150 (82deg bulb and opens at 1000 rpm) a far more effective solution, and sole production PRT really suited for the Elise.
designed for the Freelander when the problem was not entirely resolved with PCH001190

E) K-series works best with 74C thermostat (give or take, 3-4 additional Bhp´s)

PRT works better with no heater circuit at all. That circuit is the principal cause of cavitation.

EDIT noteer dat een Remote thermostat niet hetzelfde is dan een pressure Remote/relief thermostat!

The reason a PRT thermostat also has an opening value related to engine speed is really given away in its name (PR = pressure relief). When the pump spins faster its inlet pressure is pulled down a bit and its outlet pressure rises, therefore the pressure gradient through the entire cooling system increases. The thermostat sits in the middle of that system and therefore sees a higher pressure difference as speed increases. In order to minimise pump inlet depression the PRT therefore opens at a trigger pressure drop, for a given system this pressure drop will be found at a fairly fixed speed.

[Jean]

Dat is een behoorlijk stukje tekst.

Als ik het goed samenvat moet je bij een HGF eerst de hardheid van de cilinderkop laten testen en deze dan alleen terugplaatsen als boven 100 brinnellis is. Dan een PRT (?) bij de MKI plaatsen en de pakking van Landrover en de bij behorende oil-ladder plaatsen.

[Jupilerman]

Dat is ook mijn besluit. Maar goed, de kerel in kwestie heeft al vééééle malen het vuur aan de lont gestoken op allerlei fora. Dit door zijn nogal rechtdoorzee aanpak en het aan de schandpaal nagelen van "gerespecteerde" K-series tuners.

Edit: ik denk eigenlijk dat het PRRT is (pressure relief remote thermostat).
als hij open gaat bij 74°c zal het in de cockpit ook wat aangenamer toeven zijn denk ik

[Kasper]

mmm. 'tis inderdaad een heel verhaal. Ik zie er overigens wel een quote die misschien interessant is voor Bruce:

"This causes water to leak down the church window between 1 and 2 on the exhaust side , causing small air pockets in the head and consequently overheating. The water loss is insidious, but so small it burns off in the oil without being noticeable."

Ik snap best dat met z'n benadering je vele mensen tegen de schenen schopt en dat dus zijn verklaring niet als serieus wordt gezien. ik zie echter wel dat de auteur veel naar het ontstaan en ontwerp van het k-blok heeft gekeken.

We weten dat blokken zacht kunnen worden bij een HGF, iedere techneut weet dat thermische belasting effecten hebben op de hardheid van metalen. Lassen en langzaam laten afkoelen zal zeker negatief werken!
Maarja een blok laten schrikken zodat het hardt.. Lijkt mij ook niet zo eenvoudig, zeker niet bij een exotischer materiaal.

Wat doen we met de wetenschap dat de nieuw oil rail niet op alle, met name oudere, blokken schijnt te passen?

Een goede spreiding van het waterdebiet is van belang voor een gelijkmatige koeling, de koelschok is ook een van de verdachte punten voor HGF. Maar eens zal die thermostaat open moeten gaan en of het water rondom het blok nu kortgesloten warm of iets groter circuit lauw is? Waar ligt de grens? Ook de stelling over de verwarming, ik weet niet wat ik daar van moet denken (ik start en rijdt tot 90gr olie altijd met de verwarmingsknop in het midden zodat er wat koelwater door de verwarming passeert)

m.a.w. in denk dat we hier best een goede vertaalslag aan kunnen geven, daar was MG-Rover immers ook nog mee bezig! en helaas worden we nog steeds met HGF's geconfronteerd. Ik hoop dat we er uit zijn voordat dit bij mij gaat gebeuren (92k Km; 1e HGF bij 65k km)

[sjolmers]

Als het tijdig openen van de thermosstaat mogelijk voor de HGF zorgt, zou het dan niet mogelijk zijn om het te voorkomen door een 'remote thermostat' te plaatsen zoals bij de 190BHP K-serie motor in de Lotus Elise?
Of is dit te simpel gedacht?

[Jupilerman]

het gaat hem over de plaats wáár de stat zit, het moment (druk) waarop hij open gaat en het debiet dat er door gaat. alle mg TF´s zijn uitgerust met PRRT. De exige heeft een bijkomende elektrische waterpomp om het water tijdens de "warm down" na motorstilstand te recirculeren. Alleen is het debiet niet toereikend.

[MGF_TV]

Hm, interesting, welke stat zit er nu standaard op een F?

Bruce, als je zeker bent van je HGF moet je dus je motor extreem warm laten worden en dan liters ijskoud water erover gieten. Dan wordt het blok terug hard en kan je het laten vlakken. Helaas kan je op voorhand niet zeggen hoe het blok zal trekken natuurlijk dus het kan wel zijn dat je kleppen en nokkenassen wat stroever gaan.

[Kasper]

Bruce, als je zeker bent van je HGF moet je dus je motor extreem warm laten worden en dan liters ijskoud water erover gieten. Dan wordt het blok terug hard en kan je het laten vlakken. Helaas kan je op voorhand niet zeggen hoe het blok zal trekken natuurlijk dus het kan wel zijn dat je kleppen en nokkenassen wat stroever gaan.