Sequentielles Turboladersystem des Toyota Supra MKIV

Das sequentielle Turboladersystem des Toyota Supra MKIV (Modellcode: JZA80) besteht aus zwei parallel angeordneten CT12B-Turboladern.

Einleitung

Der MKIV-Turbo-Motor (2JZ-GTE) wird über zwei CT12B-Turbolader aufgeladen. Die Aufladung erfolgt sequentiell. Sequentiell bedeutet, bei niedriger Drehzahl arbeitet nur ein Lader; steigt die Drehzahl, schaltet sich der zweite Lader dazu.

Die Steuerung des sequentiellen Systems erfolgt über den Ladedruck, die mechanischen Stelldosen und Ventilklappen sowie über elektrische Magnetventile (VSV= Vacuum Switching Valve), die vom Motorsteuergerät (ECU) kontrolliert werden.

Die mechanische Steuerung des Turbosystems wird durch vier Ventilklappen realisiert:

1. Ladedruckregelventil
2. Abgasbypassventil
3. Abgassteuerventil
4. Ansaugluftsteuerventil

Die Ventilklappen werden per Schubstange von den zugehörigen Stelldosen betätigt, sobald diese mit Druck beaufschlagt werden. Zur Feinabstimmung variiert die Motor-ECU über elektronisch gesteuerte Magnetventile (VSV) den Druck auf die Stelldosen und beeinflusst damit deren Funktion. Das Zusammenwirken der Stelldosen und Magnetventile ist so konzipiert, dass im Falle eines Elektronikproblems die mechanische Steuerung weitgehend erhalten bleibt und eine Weiterfahrt (ggf. im Notbetrieb) möglich ist. Fehlfunktionen der Mechanik können teils auch erkannt werden, wobei die ECU die zugehörigen Magnetventile dann entsprechend aktiviert oder deaktiviert, sodass ebenfalls eine Weiterfahrt mit ggf. eingeschränkter Leistung möglich ist.

Systemübersicht

Ventile & Funktionen

• Die Ladedruckregeleinheit umfasst die Stelldose, die auf das Wastegate des ersten Turbos wirkt, sowie ein nachgeschaltetes VSV (NC – normally closed). Diese Einheit reguliert den Gesamtladedruck des Systems. Der zweite Turbolader besitzt daher kein eigenes Wastegate.
• Das Abgasbypassventil startet den zweiten Turbo. Neben der ladedruckabhängigen Wirksamkeit assistiert ein nachgeschaltetes VSV (NC). Da das zugehörige VSV nach der Stelldose angeordnet ist, ist eine Zwangsfunktion der Stelldose auch bei Ausfall des VSV gegeben.
• Das Abgassteuerventil schaltet den zweiten Turbolader parallel. Hier ist das VSV (NC) vor der Stelldose platziert, was bei Problemen (Kabelbruch oder von der ECU erkannte fehlerhafte Sensordaten) dafür sorgt, dass der zweite Turbo nicht zugeschaltet wird.
• Das Ansaugluftsteuerventil wird wie das Abgassteuerventil von der selben Druckleitung gespeist und arbeitet simultan zu diesem. Aktiviert, verbindet es die Druckseite von Turbo Nr. 2 mit der von Turbo Nr. 1. Auch hier ist das VSV vorgelagert angeordnet, um bei erkannten Fehlfunktionen eine Verbindung der Lader zu verhindern.
• Der Druckspeicher puffert Ladedruck, um während kurzzeitiger Gaswegnahme weiterhin Steuerdruck für die nachfolgenden Ventile bereit stellen zu können. Somit wird ein abruptes Schließen und Öffnen dieser Klappen vermieden, die Mechanik des zweiten Turbos geschont und ein schnelles Wiederansprechen dieses Laders gewährleistet.

Start Turbo 1

Bei niedriger Motordrehzahl hält die Motor-ECU das VSV des Abgassteuerventils des zweiten Turbos geschlossen. Sämtliche Abgase des Sechszylinders (rot) werden ausschließlich zu Turbo Nr. 1 geführt, was für frühes und schnelles Ansprechen dieses Laders sorgt. Der Druckaufbau wird dabei durch das nachgeschaltete VSV (via ECU) kontrolliert und ggf. korrigiert.

Start Turbo 2

Damit der zweite Turbolader nicht „kalt“ auf volle Leistung gegen den bereits vorhandenen Systemdruck gebracht wird (was schädlich für die Mechanik des Laders wäre), öffnet sich bei zunehmender Motordrehzahl zunächst das Abgasbypassventil. Dadurch strömt ein Teil der aktuellen Abgasmenge durch den zweiten Lader, wodurch dieser sanft beschleunigt wird.

In der Anlaufphase von Turbo Nr. 2 wird dessen Ladedruck zunächst über ein Zungenventil dem Ansaugsystem zugeführt (blau; unterhalb Ansaugluftsteuerventil).

TwinTurbo-Modus

Bei höherer Drehzahl öffnen sich Abgassteuerventil und Ansaugluftsteuerventil, sodass Turbo Nr. 1 und Turbo Nr. 2 die Ansaugluft gemeinsam komprimieren können. Die Turbos laufen jetzt parallel.

Systemansicht bei Vollgas:

Ladedruckbegrenzung

Das Bypassventil (Wastegate) an Turbo Nr. 1 reguliert den Gesamtladedruck. Das Ventil wird primär durch die zugehörige ladedruckabhängige Stelldose gesteuert. Die sekundäre Regelung durch das nachgeordnete VSV (gelb) beeinflusst die Wirkung der Stelldose jedoch insofern, als dass der serienmäßig programmierte Systemladedruck insgesamt nicht höher als ca. 0,7–0,8 bar ansteigen kann.

Blow-Off-Funktion

Bei Gaswegnahme schließt die Drosselklappe. Der dadurch entstehende Unterdruck in der Ansaugkammer öffnet über eine Unterdruckleitung (orange) ein Umluftventil (Blow-Off-Valve), das die komprimierte Luft wieder zurück in den Ansaugtrakt vor die Turbos (blau) leitet.

Weblinks

 Commons: Toyota Supra MKIV turbochargers – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• www.mkiv.com (englisch)
• www.mkiv.de (deutsch)
• www.mkiv.net (englisch)
• www.mkiv.co.nz (englisch)

Literatur

• Toyota Deutschland: Supra. Verkaufsprospekt, Stand 9/93, Art.-Nr. 10060
• Toyota Schweiz: Supra. Verkaufsprospekt, 1993
• Toyota Deutschland: 2JZ-GTE Motor Werkstatthandbuch. 1993, Pub. Nr. RM354TDG
• Toyota Deutschland: Werkstatthandbuch Fahrwerk und Karosserie. 1994, Pub. Nr. RM344TDG
• Toyota USA: Supra Product Information Book. (Händler-Info zum Modellwechsel) 1993
• Toyota USA: Supra Product Source. (Händler-Produktbroschüre) Stand 5/93
• Toyota USA: Supra Product Source. (Händler-Produktbroschüre) 1998