EN
Технологія безпосереднього уприскування бензину (GDI) кардинально змінила робоче середовище всередині сучасних моторних відсіків, і кришки клапанів, розроблені лише десять років тому, просто не в змозі витримувати тиск, температуру та навантаження парою, що створюються силовими установками GDI. У Nansen Auto наша команда інженерів, сертифікована за стандартом IATF 16949, протягом останніх п’яти років проводила переважно валідацію конструкцій кришок клапанів, спеціально розроблених для GDI, для платформ, зокрема Toyota 8AR-FTS 2.0T, Hyundai/Kia Theta II GDI та сімейства VW/Audi EA888. За результатами понад 1000 годин старіння при високій температурі та тисяч циклів перевірки герметичності повітря ми встановили, що кришки клапанів для GDI — це зовсім інша категорія продуктів, а не просто трохи модифікована частина для двигунів з уприскуванням у впускний колектор (PFI).
Перший чинник — теплове навантаження. У двигунів з впуском палива в порожнину (PFI) клапанна кришка зазвичай піддається тривалому нагріванню до температури близько 105–115 °C. Двигуни з безпосереднім впорскуванням палива (GDI), через вищі ступені стиснення (11,5:1–13,0:1 зараз є типовими), біднішу суміш та варіанти з турбонаддувом, які повертають тепло вихлопних газів із колектора назад у головку блоку циліндрів, регулярно нагрівають кришку до 130–140 °C, а після зупинки двигуна температура може короткочасно підніматися понад 150 °C. Саме тому Nansen вимагає використання PA66-GF30 як мінімуму, а для турбованого GDI — PA66-GF35 або PPA-GF40, де температура тривалої експлуатації має залишатися нижче HDT матеріалу.
Другим чинником є об’єм газів, що прориваються в картер. У двигунах з безпосереднім уприскуванням палива (GDI) об’єм газів, що прориваються в картер, на 30–40 % більший, ніж у порівняних двигунах з розподіленим уприскуванням (PFI); крім того, ці гази містять вищу концентрацію незгорілого палива, водяної пари та сажі. Одноступінчаста камерна система вентиляції картерних газів (PCV), розроблена для епохи PFI, переповнюється й пропускає неочищену оливну дисперсію в систему впуску вже через 40 000–60 000 км пробігу, що сприяє добре відомій проблемі нагару на впускних клапанах у двигунів GDI. Запатентована багатоступенева перегородкова конструкція компанії Nansen (патент на винахід належить Anhui Runming Auto Parts Co., Ltd.) поєднує лабіринтове зіткнення з коалесцентною сіткою й забезпечує витік оливи нижче 3 г/год при 6 000 об/хв — цей параметр ми перевіряємо на кожному новому інструменті.
Поряд з тим, кришки системи PFI зазвичай розраховані на тривалу роботу при температурі 110 °C, базовий рівень продування, тиск ущільнення 0,5 бар, одноступінчасту систему PCV та допуск плоскості 0,5 мм. Кришки системи GDI повинні витримувати тривалу роботу при температурі 135 °C, продування на 30–40 % вище, тиск ущільнення понад 0,8 бар під наддувом, багатоступінчасту систему PCV та допуск плоскості 0,3 мм або краще по всій ущільнювальній поверхні. Поширеною помилкою в галузі є повторне використання форми для кришок PFI з простою заміною матеріалу — геометрію канавки для прокладки, переходи від опорних елементів до ущільнювальної поверхні та маршрутизацію вентиляційних каналів потрібно повністю перепроектувати; інакше деталь буде протікати вже після одного циклу теплових випробувань.
Реальний випадок: у 2023 році дистриб’ютор позаштатних запчастин звернувся до нас із проханням провести зворотне проектування кришки клапанів Hyundai Theta 2.4 GDI, яка виходила з ладу на 40 000 км у парку автомобілів Північної Америки. Розбирання показало, що оригінальна відбійна перегородка виробника тріснула по шву через термічну втомлюваність. У нашому оновленому дизайні ми змістили шов на 8 мм назовні, збільшили товщину ребер з 1,8 мм до 2,5 мм і замінили матеріал на PA66-GF35. Після 1200 годин витримки при температурі 135 °C та 500 годин вібрації за протоколом виробника деталь не продемонструвала жодних тріщин, а швидкість витоку становила менше 0,3 см³/хв при тиску 0,3 бар. Ця деталь зараз поставляється в 12 країн.
Помилкове уявлення, яке потрібно виправити: багато покупців вважають, що будь-яка композитна кришка клапанів «готова до роботи з GDI», якщо в технічному описі матеріалу вказано високу температуру відхилення під навантаженням (HDT). Сама за собою HDT недостатня. Важливе значення мають орієнтація скловолокна вздовж ущільнювальної кромки, об’єм камери PCV щодо робочого об’єму двигуна (ми спрямовуємося на 0,8–1,2 % від робочого об’єму) та шорсткість поверхні паза для прокладки (Ra) нижче 1,6 мікрометра.
Nansen Auto перевіряє кожен дизайн, спеціально розроблений для двигунів GDI, на нашому виробничому комплексі площею 26 666 кв. м у повіті Сі, провінція Аньхой, за допомогою тестування герметичності повітря з чутливістю до 0,1 см³/хв, камер старіння при високій температурі, що працюють понад 1000 годин при 135 °C, випробувань у солоній тумані для оцінки стійкості вставок і шпильок, а також вібраційних випробувань за протоколами автовиробників. Ми виробляємо понад 150 моделей кришок клапанів, що охоплюють платформи GDI таких брендів, як Toyota, Hyundai/Kia, VW/Audi, Nissan, Honda та GM, і щорічно зростаємо на 30 %, постачаючи продукцію в понад 80 країн. Наша інженерна команда регулярно порівнює кришки клапанів GDI з оригінальними деталями автовиробників перед запуском інструментів у серійне виробництво.
Питання та відповіді:
Питання та відповіді: П: Чи можна використовувати кришку клапанів PFI на двигуні GDI? В: Не рекомендується. Кришки PFI не мають матеріалу з потрібним ступенем термостійкості, багаторівневих перегородок системи PCV та підсиленої геометрії ущільнення, необхідних для експлуатації в умовах GDI. Польові дані свідчать, що кришки клапанів, розраховані на PFI, на двигунах GDI зазвичай виходять з ладу через деформацію або затоплення системи PCV на відстані 30 000–60 000 км.
Питання та відповіді: П: Які випробування підтверджують придатність GDI? В: Повний набір перевірок: герметичність повітряного середовища при тиску 0,3 бар із критерієм проходження/непроходження за показником нижче 0,5 см³/хв, старіння при високій температурі (135 °C) протягом понад 1000 годин, термічні цикли зі зміною температури від мінус 40 до плюс 150 °C, вібрація за PSD-профілем, визначеним виробником обладнання, та вимірювання кількості масла, що потрапляє в систему, при номінальній частоті обертання.
Питання та відповіді: П: Який клас матеріалу слід використовувати для турбонагнітачів GDI? В: PA66-GF35 або PPA-GF40 для безперервної роботи при температурі понад 130 °C. Для GDI з природною подачею повітря зазвичай достатньо PA66-GF30 у поєднанні з ефективним ребристим малюнком.
Питання та відповіді: П: Як запатентована конструкція перегородки Nansen зменшує нагар? В: Завдяки обмеженню кількості масла, що потрапляє в систему, до менш ніж 3 г/год, наша багаторівнева перегородка зменшує кількість пари мастила, яка досягає впускного колектора та зворотної сторони впускних клапанів, значно знижуючи утворення нагару, що характерне для двигунів GDI без промивки форсунками у впускному колекторі.