Didelio našumo vidaus degimo variklių srityje turbinos korpusas yra termiškai labiausiai apkrautas komponentas visoje priverstinio oro įpūtimo sistemoje. „Chamberlin“, būdama specializuotų liejimo technologijų lyderė, ilgą laiką nustatė metalurginio vientisumo standartus šioms ekstremalioms aplinkoms. Šiame straipsnyje nagrinėjami specializuoti liejimo procesai ir pažangūs feritiniai-austenitiniai geležies lydiniai, būtini užtikrinti ilgaamžiškumą šiuolaikinių terminių apkrovų ciklų metu.
Šiuolaikiniai automobilių turbokompresoriai veikia esant nuolatinėms išmetamųjų dujų temperatūroms (EGT), dažnai viršijančioms 950°C, o trumpalaikiai šuoliai siekia iki 1050°C. Standartinis pilkasis ar kaliojo ketaus lydinys (GGG40) iš esmės negali atlaikyti šių temperatūrų dėl greitos oksidacijos ir deformacijos. „Chamberlin“ patentuotuose liejiniuose naudojamas didelio silicio kiekio molibdeno (SiMo) kalusis ketus ir Ni-Resist austenitiniai lydiniai šioms jėgoms įveikti.
Pereinant nuo išlydyto metalo prie galutinio turbinos korpuso, reikalinga absoliuti aušinimo greičio kontrolė, siekiant išvengti liekamųjų įtempių. „Chamberlin“ naudoja aukšto slėgio liejimo linijas ir smėlio šerdžių gamybos procesus, kurie užtikrina sudėtingas vidines geometrijas, pavyzdžiui, dvigubo kanalo („twin-scroll“) srauto kelius, su itin dideliu matmenų tikslumu.
Techninės specifikacijos tipiniams didelio našumo korpusų liejiniams reikalauja griežtų tolerancijų, kad kintamos geometrijos turbinos (VGT) mentelių mechanizmas arba „wastegate“ pavara veiktų be strigčių ar nuotėkių:
„Chamberlin“ lieto korpuso ilgaamžiškumas labai priklauso nuo tvirtinimo metodo, naudojamo pritvirtinti turbinos centrinę korpuso ir rotoriaus mazgo (CHRA) dalį. Netinkama suspaudimo jėga gali sukelti išmetamųjų dujų nuotėkį arba korpuso deformaciją. Laikantis OEM standartų dėl M8 ir M10 12.9 klasės techninės įrangos turbokompresorių mazguose:
Vertinant turbinos korpuso gedimą, inžinieriai ieško specifinių metalurginio degradavimo požymių. Terminio nuovargio įtrūkimai yra dažniausias eksploatavimo pabaigos požymis. Jei įtrūkimai prasideda nuo „wastegate“ angos ir viršija 3 mm ilgio arba 1 mm gylio, komponentas laikomas struktūriškai pažeistu pagal pramonės standartus. Be to, oksidacijos apnašos, viršijančios 0,5 mm storį, rodo, kad lydinio pasyvusis oksido sluoksnis buvo pažeistas, todėl būtinas skubus variklio kuro tiekimo ir uždegimo žemėlapių auditas, nes jie gali sukelti pernelyg aukštą EGT.
„Chamberlin“ liejimo technologija yra ne tik metalo formavimas; tai sudėtingas medžiagų mokslo taikymas, suderinantis ekonomišką masinę gamybą su aviacijos lygio patvarumu, kurio reikalauja šiuolaikiniai mažalitražiai, didelio našumo automobilių varikliai. Naudojant specifines lydinių koncentracijas ir išlaikant griežtas inžinerinėje dokumentacijoje nurodytas tolerancijas, turbokompresorių sistemos pasiekia būtiną daugiau nei 200 000 mylių tarnavimo laiką esant ekstremalioms ciklinėms terminėms apkrovoms.
Beveik visos šiuolaikinės turbokompresorių sistemos turi kintamo geometrinio turbokompresoriaus (VGT) mechanizmą, pavyzdžiui, „BorgWarner B03“ arba „Garrett GT“ serijos (pvz., 765155-5007S), kuris sukuria didžiulius mechaninius reikalavimus purkštukų žiedo ir mentės sąsajai. Turbinos spiralės (volute) liejinyje turi būti suformuotos tikslios sėdynės kišenės jungiamajam žiedui, kuris dažniausiai naudoja „Stellite“ padengtus kontaktinius paviršius, siekiant sumažinti adhezinį susidėvėjimą su korpuso pagrindiniu metalu temperatūroje, viršijančioje 900°C. Bet koks mikro-poringumas liejimo sienelėje – kurį dažnai sukelia dujų įstrigimas kietėjimo metu smėlio liejimo procese – pagreitins lokalizuotą trintį ir gali sukelti katastrofišką mentės užstrigimą. Pažangios liejyklos turi naudoti kompiuterinės tomografijos (CT) nuskaitymą kiekvienoje gamybos partijoje, kad patikrintų, ar sienelės storis aplink mentės ašis išlieka nominaliose ribose, nes net 5% nuokrypis gali sukelti šiluminę deformaciją, kuri surakins VGT pavaros mechanizmą.
Sąveika tarp turbinos korpuso ir centrinio korpuso besisukančio mazgo (CHRA) yra pagrindinė karščio įsisavinimo ir vėlesnio alyvos kokso susidarymo vieta, ypač karštų variklio išjungimo ciklu metu. Siekiant užkirsti kelią didelės entalpijos išmetamųjų dujų karščio migracijai į guolių korpusą, inžinieriai įrengia šilumos tiltus su tiksliai sumažintu skerspjūviu, kuris efektyviai atskiria abu komponentus, išlaikant struktūrinį tvirtumą. Išardant tokius mazgus kaip IHI RHF5, karščio skydo sėdynės paviršiaus patikra yra labai svarbi; lokalizuoto „žalvario pėdsako“ arba įspaudų buvimas rodo, kad V formos juostos (V-band) arba varžtais tvirtinamos konfigūracijos prispaudimo jėga buvo pažeista dėl šiluminio ciklinio atsipalaidavimo. Specializuotų tarpiklių – dažnai nerūdijančio plieno daugiasluoksnių tarpinių – naudojimas yra privalomas, siekiant sugerti skirtingą ketaus korpuso ir aliuminio ar kaliojo ketaus CHRA šiluminę plėtimąsi, neprarandant ašinio sandarinimo vientisumo.
Lėtinių pastūmimo (boost) kontrolės problemų diagnozavimas reikalauja atsisakyti paprasto slėgio bandymo ir pereiti prie išsamių pavaros kalibracijos ir spiralės slėgio kritimo charakteristikų analizės. Naudodami elektroninio šliuzo (wastegate) pavaros testerį, pvz., „Turboclinic“ arba „G3-Reman“ sistemas, inžinieriai turi patikrinti pavaros svirties „mokymosi“ diapazoną, kad įsitikintų, jog jis neviršija korpuso vidinių atramų nustatytų mechaninių ribų. Jei korpuse pastebimas reikšmingas kalkėjimas, efektyvus A/R santykis pasikeičia, todėl turbina sukasi nelineariai, palyginti su ECU uždaros kilpos valdymo žemėlapiu. Tais atvejais, kai šliuzo angos sėdynė rodo lokalizuotos erozijos požymius, reikalingas tikslus EDM (elektrinio iškrovimo apdirbimas) sėdynės paviršiui perprofiliuoti, užtikrinant, kad šliuzo vožtuvas išlaikytų sandarumą 0,02 mm ribose, siekiant išvengti trumpalaikio pastūmimo šuolių ir galimo turbinos rato apsisukimo per ribas, kas kitaip sukeltų momentinį veleno nuovargį.