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Nov 22, 2023

Historia de Power Stroke, Lección 1: 7.3L

Si bien General Motors no ofreció una plataforma viable de motores diesel de servicio ligero

Si bien General Motors no ofreció una plataforma viable de motores diesel de trabajo ligero hasta que apareció el Duramax en 2001, Ford casi revolucionó el segmento en 1994. En un esfuerzo por mantenerse por delante de GM en ese momento, pero (lo que es más importante) también recuperar el terreno perdido con el lanzamiento del motor Cummins de 5.9L para las camionetas Dodge modelo '89, Ford lanzó el innovador Power Stroke de 7.3L. Construido por Navistar, el 444 ci V8 presentaba inyección directa, una desviación notable de su predecesor de inyección indirecta, debutó con el sistema de inyección de unidad electrónica hidráulica mejor conocido como HEUI, proporcionó la huella de emisiones más limpia jamás ofrecida en un camión diésel y superó el motor Cummins de Dodge. , Rams recientemente rediseñados con las mejores cifras de potencia y torque en su clase.

Con partes duras como bielas de acero forjado y seis pernos de cabeza por cilindro, la composición de servicio pesado del 7.3L era obvia. Sin embargo, lo que no era tan obvio en ese momento era qué tan bien resistiría a largo plazo el novedoso sistema HEUI, que dependía de aceite de motor altamente presurizado para hacer que el motor funcionara. Veinticinco años después, el método de inyección empleado en el 7.3L, aunque complejo, sigue siendo una de las tecnologías más confiables que Navistar y Ford hayan usado. No es raro subirse a bordo de una camioneta Ford '99-'03 con motor de 7.3L y encontrar más de 400,000 millas en el reloj, o un odómetro que desde entonces pasó por encima de eso (y volvió a 300,000) en un '94.5-' modelo 97. Esto y mucho más ayuda a explicar por qué Navistar fabricó casi 2 millones de ellos. Descubra a continuación todo lo que necesita saber sobre el reverenciado y probado caballo de batalla que es el Power Stroke de 7.3L.

Con una producción de 210 hp a 3000 rpm y 425 lb-pie de torque a 2000 rpm cuando debutó, el Power Stroke de 7.3 L representó una ruptura revolucionaria con los motores diésel perezosos y de poca potencia que anteriormente habían impulsado las camionetas Ford de ¾ de tonelada y más grandes. Aunque compartía el mismo desplazamiento que su predecesor, el 7.3L IDI V8, no tenía nada más en común. Las bielas eran más robustas, el cigüeñal tenía tuberías principales más grandes, se empleó inyección directa, se utilizaron seis pernos por cilindro para anclar las cabezas al bloque y el combustible a mayor presión se controló electrónicamente (y con precisión) para obtener más potencia y emisiones más limpias.

Se cree que las bielas de acero forjado (arriba) se encuentran en todos los Power Strokes '94.5-'00. Sin embargo, en los motores de los años modelo 2001-2003 hubo un vaivén a lo largo de la línea de montaje entre las varillas de metal en polvo y las unidades de acero forjado. Según el conocimiento interno de Hypermax Engineering, se instalaron 14 965 juegos de "prueba" en los motores antes de que Navistar se comprometiera por completo a usar varillas de metal en polvo durante la producción del 7.3L. Después de la prueba de funcionamiento de las varillas de metal en polvo, Navistar volvió a las unidades de acero forjado para utilizar el inventario restante disponible en la planta de fabricación. El desglose del número de serie del motor para varillas de metal forjado frente a polvo (PMR) es el siguiente:

Inicio de producción–1425746=Forjado

1425747–1440712=PMR

1440713–1498318=Forjado

1498319–producción final=PMR

En el nicho de entusiastas del rendimiento, averiguar qué tipo de biela tiene un propietario de '01-'03 puede determinar hasta dónde decide empujar el límite de potencia del motor. Las varillas forjadas son capaces de sobrevivir a 600 rwhp y tienden a doblarse en lugar de romperse, mientras que se recomienda que aquellas con unidades de metal en polvo más débiles (que generalmente se rompen en lugar de doblarse) se mantengan en 500 rwhp o menos.

De todos los avances para debutar en el Power Stroke de 7.3L, podría decirse que el uso de inyección directa fue el que más hizo que entrara en la era diésel moderna. Inyección directa significa que el combustible se rocía directamente sobre el pistón (la cámara de combustión) en la carrera de potencia (sin juego de palabras). No existe una cámara de precombustión (como ocurre en los motores IDI). Cada pistón de aluminio fundido de 7,3 l presenta un diseño tradicional de "sombrero mexicano" de inyección directa, un inserto de anillo de pistón superior Ni-Resist para una excelente resistencia al desgaste y a la corrosión y un anillo de pistón superior revestido de plasma para evitar que se raye la pared del cilindro cuando se expone a alta temperatura. A partir del '99, el pistón presentaba una ranura de anillo intermedio más profunda para incorporar un ancho de anillo intermedio más grande.

Para el tipo de sellado de cabeza a bloque que se ve en aplicaciones comerciales, el Power Stroke de 7,3 L se beneficia de seis pernos de cabeza de 12 mm de diámetro por cilindro (18 por banco). En comparación, su predecesor IDI presentaba cinco pernos de cabeza por cilindro y su sucesor (el Power Stroke de 6.0 L) usaba solo cuatro sujetadores. La disposición de seis pernos hace que el 7.3L sea capaz de manejar un impulso superior a 40 psi antes de que los problemas con la junta de la cabeza sean motivo de preocupación. Arriba, un 7.3L de 400,000 millas de un Super Duty 2002 está siendo equipado con pernos de cabeza ARP en lugar de los pernos de cabeza de fábrica durante una revisión en Diesel Tech de San Jacinto, California.

En el corazón del sistema de inyección HEUI activado hidráulicamente se encuentra este componente: una bomba de pistones axiales de desplazamiento fijo llamada HPOP (o bomba de aceite de alta presión). Su trabajo es introducir volumen de aceite en los rieles de aceite dentro de las culatas. A medida que el aceite sale del HPOP, el regulador de presión del inyector (IPR) lo presuriza hasta 3000 psi. La carrera del plato oscilante interno de la bomba determina cuánto volumen de aceite puede producir. Desde '94.5 hasta principios de '99, se utilizó un HPOP con un plato oscilante de 15 grados. Sin embargo, a partir de '99.5, el plato oscilante del HPOP se incrementó a 17 grados, lo que soporta mejor una mayor potencia e inyectores más grandes. Notaremos que no se requiere sincronización del engranaje impulsor HPOP. Solo la leva y la manivela están sincronizadas entre sí.

De tamaño físicamente exigente, suceden muchas cosas dentro de un inyector Power Stroke de 7.3L. Cuando lo solicita el IDM (más sobre eso a continuación), el solenoide electrónico en la parte superior se usa para sacar la válvula de asiento interna de su asiento, lo que permite efectivamente que el aceite a alta presión ingrese al inyector. El aceite a alta presión luego fuerza el pistón intensificador debajo de él hacia abajo, y la aguja de la boquilla debajo de eso para levantarse, lo que presuriza el combustible presente en la cavidad del émbolo. Finalmente, la boquilla se abre y, a través de un proceso de multiplicación gracias al pistón intensificador que posee un área de superficie aproximadamente siete veces mayor que el émbolo, la cifra de aceite de alta presión de 3000 psi se convierte efectivamente en 21 000 psi de presión de combustible en el cilindro.

Estos dos módulos son el módulo impulsor del inyector (IDM, izquierda) y el módulo de control del tren motriz (PCM, derecha). En términos del sistema de inyección en el Power Stroke de 7.3 L, el PCM requiere que el IDM energice los solenoides del inyector a través de un pulso de corriente de 100 a 120 voltios (el voltaje varía según el año del modelo del motor), con el PCM también determinar el tiempo y la duración del pulso. El sensor MAP permite que el PCM determine la carga del motor para calcular la cantidad de combustible requerida de los inyectores.

En lugar de utilizar un sistema de suministro de combustible convencional donde la bomba de inyección recibe un volumen constante de diesel a baja presión, la bomba de elevación a bordo del Power Stroke de 7.3 L envía combustible directamente a los cabezales para que lo usen los inyectores (recuerde, el combustible está presurizado para el evento de combustión dentro del propio inyector). Los primeros motores ('94.5-'97) venían con una bomba de elevación mecánica accionada por leva ubicada en el valle del elevador que suministraba de 40 a 70 psi a los inyectores (pero generalmente registra alrededor de 45 psi). Más tarde, los 7.3L ('99-'03) vinieron con una bomba de elevación eléctrica montada en el chasis que producía de 60 a 65 psi, admitía mejor la potencia adicional y demostró ser un poco más confiable.

Tres turbocompresores Garrett de geometría fija diferentes llegaron al Power Stroke de 7.3 L durante su ciclo de producción. En primer lugar, en los modelos '94.5-'97 sin intercooler se usó un Garrett TP38 con brida T4 sin desperdicio con una carcasa de escape de 1.15 A/R. En 1999, se agregó una carcasa de escape A/R de 0.84 más ajustada y una brida de entrada de turbina de banda en V, junto con una válvula de descarga y el uso de un intercooler aire-aire. El TP38 con válvula de descarga luego fue reemplazado por el Garrett GTP38 para los años modelo '99.5-'03, que agregó una carcasa de escape 1.0 A / R, una válvula de descarga más grande y una ranura de mejora del ancho del mapa. Cada versión usaba una rueda de compresor inductor de 60 mm, una rueda de turbina exductora de 70 mm y una sección central de cojinete de empuje y cojinete liso de 270 grados. Sin embargo, a pesar de sus diferencias, todos los turbos fueron enfriados por aceite a través del pedestal colocado directamente sobre los puertos de alimentación y retorno ubicados en el bloque. Esto significaba que el turbocompresor no requería líneas de aceite externas.

Otro dispositivo que parecía adelantado a su tiempo en 1994 fue el uso de una válvula de contrapresión de escape (EBP) del Power Stroke de 7.3L que servía como una especie de estrangulador para un calentamiento más rápido del motor. Activada según la temperatura del aceite del motor, una mariposa dentro de la carcasa del EBP que está atornillada a la carcasa del escape del turbocompresor se cierra y restringe el flujo de escape hasta que el motor alcanza la temperatura de funcionamiento. El PCM supervisa el proceso de calentamiento por medio del sensor de contrapresión del escape y ajusta lentamente la mariposa para abrirla completamente a medida que aumenta la temperatura del aceite.

Otro componente del Power Stroke de 7.3 L que da fe de su durabilidad se encuentra en su enfriador de aceite de fluido a fluido ubicado externamente (montado debajo del múltiple de escape del lado del conductor). Ubicar este componente clave externamente ayuda a la longevidad en prácticamente cualquier motor, pero especialmente en uno que depende del aceite del motor para encender sus inyectores y ve una carga considerable del motor por la naturaleza de ser utilizado como un caballo de batalla. Estas cosas prácticamente nunca fallan. Lo único que realmente necesitan son juntas tóricas nuevas para sofocar un ligero goteo de aceite, lo que ocurre cada dos décadas. En comparación directa, el enfriador de aceite interno en el Power Stroke de 6.0L que estaba enterrado en el cárter resultaría extremadamente problemático, en más de un sentido.