How Supra Sequential Twin Turbo Work
Article by John Cribb
The main principle of this system is to be able to route engine exhaust through one or both turbo(s) in the most efficient manner possible, in order to achieve useful boost at both low and high loads.
At low engine RPM and load, all engine exhaust is routed through the #1 turbine in order to have boost at low rpms; this is called single mode. As engine load and RPM increase, the system will bring the #2 turbo online in a controlled manner, so there is no shock to the turbo or the engine, nor (in theory) any spikes or flat spots in the engine torque curve. This is known as the transition mode. Finally when both turbo’s are online and boosting in parallel, this is called true twin turbo mode.
There are 4 sets of VSV's (Vacuum Solenoid Valve), actuators, and control valves for the STTS. Each VSV allows stored air from a small accumulator (pressure tank) to pass to, or bleed from the actuators. Each of the 4 control valves has an air operated actuator, and an ECU controlled VSV. Two of the control valves, the EGCV and IACV, have only two positions, either open or shut as their VSV’s are controlled by On/Off signals from the ECU, while the other two, the EBV and WG, can be controlled to any position between 0 and 100%, as their VSV’s are operated by PWM duty cycle signals from the ECU.
Following is a definition and description for each control valve:
Wastegate (WG):
This normally closed valve is located in a “Tee” of the engine exhaust, before the turbocharger turbines. When the WG is closed, all engine exhaust must pass through the turbo(s) to exit. When the WG is open, some exhaust can “escape” before the turbo(s) and will exit directly into the downpipe, cat’s, etc. There is a control line connected directly from the turbochargers’ compressor discharge to the WG actuator, so whatever boost pressure is being made by the turbo(s) will be sent to the WG actuator. As boost pressure rises, so will the pressure in this line, which causes the WG to open. As exhaust energy “escapes” by the opening of the WG, the turbo’s will slow down, and boost pressure will fall, which will cause the control line pressure to fall, and the WG to begin closing. By this inverse proportional action, the WG can control boost mechanically.
Mounted in the control line between the turbo’s and the WG, is the WG VSV. When this VSV is duty cycled by the ECU, it acts as a “bleeder” and reduces the pressure in the control line, which keeps the WG closed longer. The higher the duty cycle of the WG VSV, the more delayed the opening of the WG and the higher the boost. If the WG VSV should fail, it will close and the WG will receive full manifold pressure, which will open it much sooner, reducing boost pressure. The configuration of this VSV in “bleeder” mode is also known as a “fail-safe” configuration.
Exhaust gas Bypass Valve (EBV):
This normally closed valve is located downstream of both the #1 and #2 turbines, but before the EGCV. At about 3500 rpm, the ECU “duty cycles” the VSV for this valve causing it to open gradually. Normally, the exhaust from the #2 turbine is blocked by the closed EGCV, so when the EBV opens, there is now a path for a small amount of exhaust gas to flow through the #2 turbine and exit, this allows the #2 turbine to “prespool”. This “prespool” smoothes the transition from 1 to 2 turbos, and cushions the shock of the EGCV opening. The EBV valve is sometimes confused for a wastegate, but it is located after the turbine wheels instead of in front of them, so it is not a 2nd wastegate.
Exhaust Gas Control Valve (EGCV):
This normally closed valve is located in the #2 turbine exhaust discharge piping, and it serves to block the exhaust flow through the #2 turbine. When this valve is closed, all exhaust flow must pass through the #1 turbine. At about 4000 rpm, and after the EBV has opened, the ECU energises the EGCV VSV to open the EGCV. This unblocks the discharge from the #2 turbine so exhaust gas can now flow unrestricted through the #2 turbine and out the exhaust system. This brings the #2 turbo up to full operating speed.
Intake Air Control Valve (IACV):
This normally closed valve is located in the intake system, just after the #2 compressor discharge. When this valve is in the closed position, boost is blocked from the #2 compressor, but more importantly, no backflow from #1 is possible which might cause #2 to spin backwards. Just after the EGCV is opened, the ECU energises the IACV VSV to open the IACV. This allows the full boost pressure from #2 compressor to join with boost coming from #1 compressor and the system is now operating in true twin turbo mode.
There is also a mechanical 1 way reed valve within the same housing of the IACV, and in parallel with it, which allows boost from #2 to enter the common manifold if its pressure is equal to, or greater than the #1 boost during prespool and the initial opening of the EGCV.
Here is the sequence of events from single to true twin turbo operation.
1. At idle the WG, EBV, EGCV and IACV valves are all closed.
2. From 1500 to 3500 RPM, and low loads, the above valves remain closed, and the system operates only on the #1 turbocharger. (Single mode)
3. Around 3500 RPM, the ECU will duty cycle the EBV open, and allow the #2 turbocharger to prespool. If/when #2’s boost pressure is high enough, the mechanical reed valve will open, allowing #2 boost to join #1 boost in the common system. (Transition mode).
4. As RPM’s and load increase, the EGCV will open, allowing more flow of exhaust gas from the #2 turbine. At about the same time, the IACV will also open, allowing the #2 compressor to flow into the intake system. Once the EGCV and IACV are both open, the two turbochargers are operating in True Twin mode, with (in theory again) equal exhaust and intake flows.
Boost pressure of the overall system is always controlled by the duty cycled VSV for the WG
Перевод:
Как работает секвентальное твин турбо у Supra
Главный принцип этой системы это возможность направлять выхлоп ДВС через один или оба ТЧ максимально эффективным способом, для достижения полезного наддува на низких и высоких оборотах.
На низких оборотах (RPM) весь выхлоп ДВС направляется через турбину №1 для получения наддува на низких оборотах, это называется «одиночный» режим. Когда обороты растут, система подключает турбину №2 в контролируемом режиме, не опасном для турбин и ДВС, также не (в теории) возникает пиков и провалов в кривой момента ДВС. Это известно как «переходный» момент. В итоге, когда обе турбины работают и надувают параллельно, этот режим называется «полный» твин турбо режим.
Используются 4 набора VSV's (Vacuum Solenoid Valve), actuators и control valves для STTS. Каждый VSV позволяет использовать накопленный воздух из небольшого воздушного бачка или исходящий из актуаторов. Каждый из 4 контрольных клапанов (control valves) имеет актуатор управляемый воздухом, и контролируемый компьютером (ECU) VSV. Два из контрольных клапанов, EGCV и IACV, имеют только две позиции, открытую или закрытую как VSV-клапаны, контролируемые On/Off сигналом с ECU, пока другие два, EBV и WG, могут контролироваться в разные позиции от 0 до 100%, другие VSV-клапаны управляются PWM в зависимости от сигнала о загрузке от ECU.
Описание и определение для каждого контрольного клапана:
Wastegate (WG):
Обычно закрытый клапан расположен в «Tee» выпуска ДВС, перед ТЧ турбины. Когда WG закрыт, весь выхлоп ДВС должен направляться через турбо на выход.
Когда WG открыт, некоторая часть выхлопа может выходить до турбо и направляться напрямую в выпуск. Контрольная линия соединена напрямую из компрессора ТЧ в WG актуатор, чтобы любое давление наддува, созданное турбиной было направлено на WG актуатор. Когда давление наддува растет, создавая давление в этой линии, WG открывается. Энергия выхлопа сбрасывается открытием WG, турбина замедляется, давление падает, что приводит к закрытию контрольной линии, и WG закрывается. Таким образом WG контролирует наддув механически.
В контрольной линии между турбо и WG установлен WG VSV. Загрузка VSV компьютером (ECU), создает понижение давления в контрольно линии, что держит WG закрытым дольше. Повышение загрузки WG VSV, задерживает открытие WG и повышает наддув. Если WG VSV «закрывается» и WG получает полное давление, что открывает его много позже, снижая давление наддува. Конфигурация этого VSV в режиме сброса также известна как «безопасная» конфигурация.
Exhaust gas Bypass Valve (EBV) (перепускник):
Обычно закрытый клапан расположен между двумя турбинами, но перед EGCV. Около 3500 rpm сигнал «цикла загрузки» VSV от ECU открывает его постепенно. Обычно выпуск из турбины №2 блокирован закрытым EGCV; когда EBV открывается, появляется путь для небольшого кол-ва выхлопных газов в турбину №2; это дает турбине №2 «prespool». «Prespool» сглаживает переход от 1-й ко 2-й турбине, и смягчает шок от открытия EGCV. EBV клапан иногда путают с вестгейтом, но он расположен после турбины, т.е. это не второй вестгейт.
Exhaust Gas Control Valve (EGCV):
Обычно закрытый клапан расположен в выпуске турбины №2, и он обслуживает блокировку выхлопного потока через турбину №2.
Когда клапан закрыт, весь выхлоп пропускается через турбину №1. При примерно 4000 rpm и после открытия EBV, ECU заставляет EGCV VSV открыть EGCV. Это разблокирует турбину №2 и выхлопные газы могут проходить неограниченно через турбину №2. Это позволяет турбине №2 выйти на полные обороты.
Intake Air Control Valve (IACV):
Обычно закрытый клапан расположен в системе впуска, сразу после компрессора турбины №2. Когда клапан в закрытой позиции, наддув заблокирован из компрессора турбины №2, но более важно то что, нет обратного потока из турбо №1, который может создать обратное вращение турбо №2.. Сразу после открытия EGCV, ECU подает сигнал клапану IACV VSV открыть IACV. Это позволяет все давление из №2 объединить с наддувом от компрессора турбины №1, и система теперь работает с полном твин турбо режиме.
(?)Есть также механический способ «reed valve» в пределах того же размещения клапана IACV, и параллельно с ним, что позволит давление из №2 направить в общий поток для их уравнивания или превышения чем давление из №1 в процессе перехода и инициализации открытия EGCV.(?)
События перехода из турбо-режима в твин-турбо режим.
1. На старте WG, EBV, EGCV и IACV клапаны закрыты.
2. От 1500 до 3500 rpm и при низкой нагрузке, клапаны остаются закрытыми, и система оперирует только ТЧ №1. (single mode)
3. Свыше 3500 rpm ECU открывает EBV и позволяет ТЧ №2 начать работать. Если/когда давление от №2 достаточно высоко, механический клапан открывается, позволяя давлению от №2 объединиться с потоком от №1. (Переходный режим).
4. Когда обороты и нагрузка растет, EGCV открывается, добавляя больше выхлопа из турбины №2. Примерно в то же время IACV также открывается, позволяя компрессору №2 дуть во впуск. Когда EGCV и IACV оба открыты обы ТЧ работают в полном твин турбо режиме, с (теоритически) одинаковыми потоками выпуска и впуска.
Давление наддува всей системы всегда контролируется загрузкой VSV для WG
===================
P.S. Кто дружит с тех.английским, переведите плз абзац, выделенный жирным... Не понял о чем он...
===================