killoff, у Вас мод_статус установлен и настроен? Что он показывает в момент, когда "upstream timed out"? Наблюдение за server-status в момент возникновения проблемы покажет Вам причину ее. Скорее всего, дальше нужно будет в nginx расписать лимиты на соотвествующие локейшины и радоваться жизни 