EN
Technologie přímého vstřikování benzínu (GDI) zásadně změnila provozní prostředí uvnitř moderních motorových prostor a kryty ventilů navržené pouze před deseti lety prostě nedokážou zvládnout tlaky, teploty a zatížení parou, které generují pohonné jednotky s GDI. U společnosti Nansen Auto naše inženýrský tým certifikovaný podle normy IATF 16949 strávil většinu posledních pěti let ověřováním konstrukcí krytů ventilů specificky pro GDI pro platformy jako Toyota 8AR-FTS 2.0T, Hyundai/Kia Theta II GDI a rodina VW/Audi EA888. Během více než 1 000 hodin stárnutí za vysokých teplot a tisíců cyklů testování těsnosti vzduchu jsme zjistili, že kryty ventilů pro GDI jsou zcela jinou kategorií výrobků – nejsou pouze mírně upravenou součástí pro přímo vstřikované palivo (PFI).
Prvním důvodem je tepelné zatížení. U motorů s přímým vstřikem paliva (PFI) je kryt ventilů obvykle vystaven trvalým teplotám kolem 105–115 °C. U motorů s přímým vstřikem paliva do válce (GDI), které mají vyšší kompresní poměr (nyní běžně 11,5:1 až 13,0:1), chudší spalování a u turbovariant, kde teplo výfukového potrubí prostupuje zpět přes hlavu válce, se kryt ventilů pravidelně ohřívá na 130–140 °C, přičemž po vypnutí motoru mohou dojít k krátkodobým teplotním špičkám nad 150 °C. Proto Nansen stanovuje jako minimální materiál PA66-GF30 a pro turbo GDI aplikace, kde musí teplota trvalého provozu zůstat pod teplotou deformace za zatížení (HDT) materiálu, doporučuje PA66-GF35 nebo PPA-GF40.
Druhým faktorem je objem unikajícího plynu. Spalování u motorů s přímým vstřikem paliva (GDI) produkuje o 30–40 % více unikajícího plynu než srovnatelné motory s přeplňovaným vstřikem do sacího potrubí (PFI), a tento plyn obsahuje vyšší koncentrace nepospáleného paliva, vodní páry a sazí. Komora ventilu pro odvádění karterových plynů (PCV) z éry PFI s jedinou přepážkou se zaplaví a začne propouštět surovou mlhu oleje do sacího systému již po 40 000–60 000 km, čímž přispívá k dobře zdokumentovanému problému u motorů GDI s uhlíkovým nánosem na sacích ventilech. Patentovaný vícestupňový přepážkový design firmy Nansen (patent na vynález drží společnost Anhui Runming Auto Parts Co., Ltd.) využívá labyrintové srážení následované koalescenční mřížkou a dosahuje úniku oleje pod 3 g/hod při otáčkách 6 000 min⁻¹ – tuto specifikaci ověřujeme u každého nového nástroje.
Při porovnání vedle sebe jsou kryty pro systémy PFI obvykle dimenzovány pro nepřetržitou teplotu 110 °C, základní únik plynu (blowby), tlak utěsnění 0,5 baru, jednostupňový systém PCV a tolerance rovnoběžnosti 0,5 mm. Kryty pro systémy GDI musí vydržet nepřetržitou teplotu 135 °C, únik plynu o 30–40 % vyšší, tlak utěsnění nad 0,8 baru při zvýšeném tlaku (boost), vícestupňový systém PCV a tolerance rovnoběžnosti 0,3 mm nebo lepší po celé délce těsnicího profilu. Běžným průmyslovým problémem je opakované použití formy pro systémy PFI pouze s výměnou materiálu — geometrie drážky pro těsnění, přechody mezi výstupky a těsnicím profilem i vedení ventilačních kanálů je nutné zcela přepracovat, jinak bude součást unikat již během prvního cyklu tepelního testování.
Skutečný případ: V roce 2023 nás distribuтор náhradních dílů požádal o zpětné inženýrství krytky ventilového rozvodů Hyundai Theta 2,4 GDI, která selhávala po 40 000 km v provozu vozových parků v Severní Americe. Rozborka ukázala, že původní baterie od výrobce se praskla podél svarové švy kvůli tepelné únavě. Naše nová konstrukce posunula svarovou švu o 8 mm směrem ven, zvýšila tloušťku žebříků z 1,8 mm na 2,5 mm a změnila materiál na PA66-GF35. Po 1 200 hodinách při teplotě 135 stupňů Celsia a dalších 500 hodinách vibrací podle protokolu výrobce neukázal díl žádné praskliny a rychlost úniku byla nižší než 0,3 cm³/min při tlaku 0,3 baru. Tento díl se nyní dodává do 12 zemí.
Mylná představa, kterou je třeba napravit: Mnoho zakoupených předpokládá, že jakákoli kompozitní krytka ventilového rozvodů je „připravena pro GDI“, pokud datový list materiálu uvádí vysokou teplotu tepelné deformace (HDT). Samotná HDT však nestačí. Klíčové jsou orientace skleněných vláken napříč těsnicí lištou, objem komory PCV v poměru k objemu motoru (my zaměřujeme na 0,8–1,2 % zdvihového objemu) a drsnost povrchu drážky pro těsnění (Ra) pod 1,6 mikrometru.
Nansen Auto ověřuje každý konkrétní návrh pro GDI v našem zařízení o rozloze 26 666 m² v okrese Si, Anhui, pomocí testování těsnosti vůči průniku vzduchu s citlivostí 0,1 cm³/min, komor pro stárnutí za vysokých teplot po dobu přesahující 1 000 hodin při teplotě 135 °C, zkoušek odolnosti proti solnému mlhu pro vložky a závity a vibrací podle postupů výrobců originálních dílů (OEM). S více než 150 modely krytů ventilového rozvodů pokrývajícími platformy GDI firem Toyota, Hyundai/Kia, VW/Audi, Nissan, Honda a GM a s ročním růstem o 30 % při dodávkách do více než 80 zemí světa provádí náš inženýrský tým před uvedením nástrojů do výroby pravidelné srovnávací testy krytů GDI s originálními kryty výrobců.
Často kladené otázky:
Často kladené otázky: Otázka: Lze použít kryt ventilového rozvodů pro PFI na motoru GDI? Odpověď: Nedoporučuje se. Kryty pro PFI nemají požadovanou tepelně odolnou třídu materiálu, vícestupňové bafly systému PCV ani posílenou těsnicí geometrii nutnou pro provoz za podmínek GDI. Praktická zkušenost ukazuje, že kryty splňující specifikace pro PFI použité na motorech GDI obvykle selžou deformací nebo přeplněním systému PCV v rozmezí 30 000–60 000 km.
Často kladené otázky: Otázka: Jaké testy potvrzují vhodnost GDI? Odpověď: Kompletní validační sada: těsnost vůči vzduchu při 0,3 baru s prahem úspěšnosti pod 0,5 cm³/min, stárnutí za vysoké teploty při 135 °C po dobu více než 1 000 hodin, tepelné šoky mezi −40 a +150 °C, vibrace podle PSD profilu specifického pro daného výrobce (OEM) a měření přenosu oleje při jmenovitých otáčkách.
Často kladené otázky: Otázka: Která třída materiálu je vhodná pro turbodmychadlové aplikace GDI? Odpověď: PA66-GF35 nebo PPA-GF40 pro nepřetržitý provoz nad 130 °C. Pro přirozeně aspirované motory GDI je obvykle dostačující PA66-GF30 ve spojení s robustním vyztužením výztužnými žebry.
Často kladené otázky: Otázka: Jak snižuje patentovaný design baflového prvku Nansen uhlíkové usazeniny? Odpověď: Tím, že omezuje přenos oleje na méně než 3 g/hod, náš vícestupňový baflový prvek omezuje množství olejové páry, která se dostává do sacího potrubí a na zadní stranu sacích ventilů, čímž významně snižuje tvorbu uhlíkových usazenin, jež trápí motory GDI bez mycího účinku paliva vstřikovaného přes sací trysky.