EN
Technologia bezpośredniego wtrysku benzyny (GDI) zasadniczo zmieniła warunki pracy w nowoczesnych komorach silnikowych, a pokrywy zaworów zaprojektowane zaledwie dziesięć lat temu po prostu nie radzą sobie z ciśnieniem, temperaturami oraz obciążeniem parowym generowanym przez napędy GDI. W Nansen Auto nasz zespół inżynierów certyfikowany zgodnie ze standardem IATF 16949 przez ponad pięć lat badał i weryfikował konstrukcje pokryw zaworów przeznaczonych specjalnie dla silników GDI, m.in. na platformy Toyota 8AR-FTS 2.0T, Hyundai/Kia Theta II GDI oraz rodzinę silników VW/Audi EA888. W trakcie ponad 1000 godzin starzenia w wysokiej temperaturze oraz tysięcy cykli testów szczelności powietrznej stwierdziliśmy, że pokrywy zaworów do silników GDI stanowią zupełnie inną kategorię produktu — nie są jedynie lekko zmodyfikowanymi elementami przeznaczonymi do silników z wtryskiem dolotowym (PFI).
Pierwszym czynnikiem jest obciążenie termiczne. Silniki z wtryskiem paliwa do kolektora dolotowego (PFI) zwykle narażają pokrywę zaworów na utrzymujące się temperatury w zakresie około 105–115 stopni Celsjusza. Silniki z bezpośrednim wtryskiem paliwa (GDI), ze względu na wyższe stopnie sprężania (obecnie powszechne są wartości od 11,5:1 do 13,0:1), bardziej ubogą mieszankę powietrza i paliwa oraz wersje z turbosprężarką, które przekazują ciepło z kolektora wydechowego z powrotem przez głowicę, regularnie nagrzewają pokrywę do temperatur 130–140 stopni Celsjusza, a po wyłączeniu silnika występują krótkotrwałe szczyty temperatury ponad 150 stopni Celsjusza. Dlatego Nansen określa PA66-GF30 jako minimalny wymagany materiał oraz PA66-GF35 lub PPA-GF40 dla zastosowań GDI z turbosprężarką, gdzie temperatura pracy ciągłej musi pozostawać poniżej temperatury odkształcenia pod obciążeniem (HDT) materiału.
Drugim czynnikiem jest objętość gazów przelewowych. Spalanie w silnikach z bezpośrednim wtryskiem paliwa (GDI) generuje o 30–40% więcej gazów przelewowych niż porównywalny silnik z wtryskiem dolotowym (PFI), a te gazy zawierają wyższe stężenia nie spalonego paliwa, pary wodnej i sadzy. Komora PCV z jednym przegrodą z okresu silników PFI ulega zalaniu i przepuszcza surową mgłę oleju do dolotu po 40 000–60 000 km, co przyczynia się do dobrze udokumentowanego problemu nagromadzania się osadów węglowych na zaworach dolotowych w silnikach GDI. Zatwierdzony patentem Nansena wielostopniowy projekt przegród (patent wynalazkowy należący do Anhui Runming Auto Parts Co., Ltd.) wykorzystuje zjawisko uderzenia w labirynt, a następnie siatkę koalescencyjną, aby ograniczyć przenoszenie oleju do poziomu poniżej 3 g/godz. przy 6000 obr/min — specyfikację tę weryfikujemy przy każdej nowej formie.
W układzie obok siebie pokrywy PFI są zwykle przystosowane do pracy w temperaturze ciągłej 110 °C, podstawowego przepływu przez układ wentylacji skrzyni korbowej (blowby), ciśnienia uszczelniającego 0,5 bar, jednostopniowego zaworu PCV oraz tolerancji płaskości 0,5 mm. Pokrywy GDI muszą wytrzymać temperaturę ciągłą 135 °C, przepływ przez układ wentylacji skrzyni korbowej o 30–40 % wyższy, ciśnienie uszczelniające powyżej 0,8 bar w warunkach doładowania, wielostopniowy zawór PCV oraz tolerancję płaskości 0,3 mm lub lepszą na całej długości listewki uszczelkowej. Typowym błędem branżowym jest ponowne użycie formy przeznaczonej do produkcji pokryw PFI z po prostu zastąpieniem materiału — geometria rowka uszczelkowego, przejścia od wsporników do listewki uszczelkowej oraz trasy odprowadzania par muszą zostać zaprojektowane na nowo; w przeciwnym wypadku element ulegnie wyciekowi już po jednym cyklu testowym z naprzemienną zmianą temperatur.
Przykład z rzeczywistości: w 2023 roku dystrybutor części zamiennych poprosił nas o odwrócenie projektu pokrywy silnika Hyundai Theta 2,4 GDI, która ulegała uszkodzeniu po przejechaniu 40 000 km w użytkowaniu flotowym w Ameryce Północnej. Analiza rozłożonego elementu wykazała, że pierwotna przegroda producenta OEM pękła wzdłuż linii spawania z powodu zmęczenia termicznego. Nasza nowa konstrukcja przesunęła linię spawania o 8 mm na zewnątrz, zwiększyła grubość żeber z 1,8 mm do 2,5 mm oraz zastosowała materiał PA66-GF35. Po 1200 godzinach ekspozycji w temperaturze 135 stopni Celsjusza oraz dodatkowo 500 godzinach testów wibracyjnych zgodnie z protokołem producenta OEM element nie wykazał żadnych pęknięć, a jego współczynnik wycieku wynosił mniej niż 0,3 cm³/min przy ciśnieniu 0,3 bara. Ten element jest obecnie dostarczany do 12 krajów.
Błąd do skorygowania: wielu zakupujących zakłada, że każda pokrywa zaworu wykonana z kompozytu jest „gotowa do stosowania w silnikach GDI”, o ile w arkuszu danych materiału podano wysoką temperaturę odkształcenia cieplnego (HDT). Samo HDT jest niewystarczające. Istotne są: orientacja włókien szklanych wzdłuż powierzchni uszczelniającej, objętość komory PCV względem pojemności skokowej silnika (naszym celem jest zakres 0,8–1,2 % objętości skokowej) oraz chropowatość Ra rowka pod uszczelkę poniżej 1,6 mikrometra.
Nansen Auto weryfikuje każdy projekt specyficzny dla silników GDI w naszym obiekcie o powierzchni 26 666 m² w powiecie Si, prowincja Anhui, stosując testy szczelności powietrza z czułością do 0,1 cm³/min, komory starzeniowe wysokotemperaturowe pracujące przez ponad 1000 godzin w temperaturze 135 °C, badania odporności na korozyjne działanie mgły solnej (dla wkładek i śrub mocujących) oraz wibracje zgodnie z protokołem producentów OEM. Nasz zakres obejmuje ponad 150 modeli pokryw zaworów, pasujących do platform GDI firm Toyota, Hyundai/Kia, VW/Audi, Nissan, Honda oraz GM, a roczny wzrost sprzedaży wynosi 30 %; produkty są dostarczane do ponad 80 krajów. Zespół inżynierów systematycznie porównuje pokrywy GDI z oryginalnymi wersjami OEM przed wprowadzeniem narzędzi.
FAQ:
FAQ: Pytanie: Czy pokrywę zaworów silnika PFI można stosować w silniku GDI? Odpowiedź: Nie zalecane. Pokrywy PFI nie posiadają odpowiedniej klasy materiału odpornego na wysokie temperatury, wielostopniowego przegrody systemu PCV oraz wzmocnionej geometrii uszczelnienia niezbędnej do pracy w warunkach silników GDI. Dane z praktyki eksploatacyjnej wskazują, że pokrywy spełniające specyfikację PFI stosowane w silnikach GDI zwykle ulegają deformacji lub zalaniu układu PCV po przejechaniu od 30 000 do 60 000 km.
Często zadawane pytania: Pytanie: Jakie testy potwierdzają przydatność GDI? Odpowiedź: Kompletny zestaw walidacyjny: szczelność powietrza przy ciśnieniu 0,3 bar z kryterium założenia/porażenia poniżej 0,5 cm³/min, starzenie w wysokiej temperaturze (135 °C) przez ponad 1000 godzin, cyklowanie termiczne od −40 do +150 °C, wibracje zgodnie z profilem PSD określonym przez producenta OEM oraz pomiar przenoszenia oleju przy nominalnej liczbie obrotów.
Często zadawane pytania: Pytanie: Jaki stopień materiału należy stosować w zastosowaniach turbosprężarki GDI? Odpowiedź: PA66-GF35 lub PPA-GF40 dla ciągłej pracy powyżej 130 °C. W przypadku silników GDI bez doładowania naturalnego zwykle wystarczający jest PA66-GF30 po połączeniu z wytrzymałym układem żeber.
Często zadawane pytania: Pytanie: Jak zaprojektowany przez Nansen wielostopniowy przegrodowy układ ogranicza odkładanie się węgla? Odpowiedź: Dzięki utrzymywaniu przenoszenia oleju na poziomie poniżej 3 g/godz. nasz wielostopniowy przegrodowy układ ogranicza ilość opary oleju docierającej do kolektora ssącego i tylnych powierzchni zaworów ssących, co znacząco zmniejsza akumulację osadów węglowych – problemu charakterystycznego dla silników GDI pozbawionych mycia przez wtrysk dolotowy.