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Nov 22, 2023

Power Stroke History, Lektion 1: 7,3 l

Während General Motors keine brauchbare Plattform für leichte Dieselmotoren anbot

Während General Motors bis zum Erscheinen des Duramax im Jahr 2001 keine brauchbare Dieselmotorplattform für leichte Nutzfahrzeuge anbot, revolutionierte Ford 1994 das Segment nahezu Nachdem Ford den mit der Veröffentlichung des 5,9-Liter-Cummins für Dodge-Trucks des Modelljahrs 1989 verlorenen Boden wieder zurückgewinnen konnte, brachte Ford den hochmodernen 7,3-Liter-Power Stroke auf den Markt. Der von Navistar gebaute 444 ci V8 verfügte über Direkteinspritzung, eine bemerkenswerte Abkehr von seinem Vorgänger mit indirekter Einspritzung, führte erstmals das hydraulische elektronische Einheitseinspritzsystem, besser bekannt als HEUI, ein, lieferte die sauberste Emissionsbilanz, die jemals in einem Diesel-Lkw angeboten wurde, und übertraf den Cummins-angetriebenen Dodge von Dodge , neu gestaltete Rams mit den besten PS- und Drehmomentwerten ihrer Klasse.

Mit harten Teilen wie geschmiedeten Stahlpleueln und sechs Kopfschrauben pro Zylinder war die robuste Ausstattung des 7.3L offensichtlich. Allerdings war zu diesem Zeitpunkt noch nicht so offensichtlich, wie gut sich das neumodische HEUI-System, das für den Motorbetrieb auf unter hohem Druck stehendes Motoröl angewiesen war, auf lange Sicht halten würde. Auch 25 Jahre später ist die beim 7.3L eingesetzte Einspritzmethode – wenn auch komplex – immer noch eine der zuverlässigsten Technologien, die Navistar und Ford je eingesetzt haben. Es ist nicht ungewöhnlich, dass man an Bord eines 7,3-Liter-Ford-Lastwagens von 1999 bis 2003 steigt und feststellt, dass der Zählerstand mehr als 400.000 Meilen beträgt oder dass der Kilometerzähler bei einem Ford von 94,5 bis 2003 über diesem Wert liegt (und wieder auf 300.000 zurückgegangen ist). 97-Modell. Dies und noch viel mehr erklärt, warum Navistar fast 2 Millionen davon gebaut hat. Erfahren Sie unten alles, was Sie über das bewährte und geschätzte Arbeitstier 7,3L Power Stroke wissen müssen.

Mit einer Leistung von 210 PS bei 3.000 U/min und einem Drehmoment von 425 lb-ft bei 2.000 U/min stellte der 7,3-Liter-Power-Stroke bei seinem Debüt einen revolutionären Bruch mit den trägen, leistungsschwachen Dieselmotoren dar, die früher Fords ¾-Tonnen- und größere Lkw angetrieben hatten. Obwohl er den gleichen Hubraum wie sein Vorgänger, der 7,3-Liter-IDI-V8, hatte, gab es sonst keine Gemeinsamkeiten. Die Pleuel waren kräftiger, die Kurbelwelle hatte ein größeres Hauptnetz, es kam Direkteinspritzung zum Einsatz, sechs Schrauben pro Zylinder wurden verwendet, um die Köpfe am Block zu befestigen, und die Kraftstoffzufuhr mit höherem Druck wurde elektronisch (und präzise) gesteuert, um mehr Leistung und sauberere Emissionen zu erzielen.

Es wird angenommen, dass in allen Power Strokes von 1994 bis 2000 Pleuel aus geschmiedetem Stahl (oben) zu finden sind. Allerdings gab es bei den Motoren des Modelljahrs 2001 bis 2003 ein Hin und Her entlang der Montagelinie zwischen Stangen aus pulverisiertem Metall und Einheiten aus geschmiedetem Stahl. Laut Insiderwissen von Hypermax Engineering wurden 14.965 „Test“-Sets in Motoren eingebaut, bevor Navistar sich vollständig dazu verpflichtete, pulverisierte Metallstangen für die Dauer des Produktionslaufs des 7.3L zu verwenden. Nach dem Testlauf der Pulvermetallstangen kehrte Navistar zu Einheiten aus geschmiedetem Stahl zurück, um den verbleibenden Lagerbestand im Produktionswerk aufzubrauchen. Die Motorserienaufschlüsselung für geschmiedete vs. Pulvermetallstangen (PMR) ist wie folgt:

Produktionsbeginn–1425746=Geschmiedet

1425747–1440712=PMR

1440713–1498318=Geschmiedet

1498319–endgültige Produktion=PMR

In der Nische der Leistungsbegeisterten kann die Frage, welchen Pleueltyp ein Besitzer von 01 bis 2003 hat, darüber entscheiden, wie weit er oder sie sich entscheidet, die PS-Grenze des Motors zu überschreiten. Geschmiedete Stäbe überstehen eine Leistung von 600 U/h und tendieren eher dazu, sich zu verbiegen als zu brechen. Bei Stäben mit schwächeren Pulvermetalleinheiten (die im Allgemeinen eher brechen als sich zu verbiegen) wird empfohlen, bei oder unter 500 U/h zu bleiben.

Von allen Neuerungen, die beim 7,3-Liter-Power-Stroke eingeführt wurden, hat die Verwendung der Direkteinspritzung wohl am meisten dazu beigetragen, ihn in das moderne Dieselzeitalter einzuleiten. Direkteinspritzung bedeutet, dass Kraftstoff beim Arbeitstakt direkt auf die Oberseite des Kolbens (die Brennkammer) gesprüht wird (kein Wortspiel beabsichtigt). Es gibt keine Vorkammer (wie bei IDI-Motoren). Jeder 7,3-Liter-Kolben aus Aluminiumguss verfügt über ein traditionelles „Mexican Hat“-Design mit Direkteinspritzung, einen oberen Ni-Resist-Kolbenringeinsatz für hervorragende Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit und einen plasmabeschichteten oberen Kolbenring, um ein Abnutzen der Zylinderwand bei längerer Einwirkung zu verhindern hohe Temperatur. Ab 1999 verfügte der Kolben über eine tiefere Zwischenringnut, um eine größere Zwischenringbreite zu ermöglichen.

Für die Art der Kopf-zu-Block-Abdichtung, die bei gewerblichen Anwendungen zu finden ist, verfügt der 7,3L Power Stroke über sechs Kopfschrauben mit 12 mm Durchmesser pro Zylinder (18 pro Zylinderreihe). Im Vergleich dazu verfügte sein IDI-Vorgänger über fünf Kopfschrauben pro Zylinder und sein Nachfolger (der 6.0L Power Stroke) nutzte nur vier Befestigungselemente. Dank der Sechs-Loch-Anordnung ist der 7.3L in der Lage, einen Ladedruck von weit über 40 psi zu bewältigen, ohne dass Probleme mit der Kopfdichtung auftreten. Oben: Ein 400.000 Meilen langer 7,3-Liter-Motor aus dem Jahr 2002 Super Duty wird bei einer Überholung bei Diesel Tech in San Jacinto, Kalifornien, mit ARP-Zylinderkopfbolzen anstelle der werksseitigen Zylinderkopfschrauben ausgestattet.

Das Herzstück des hydraulisch aktivierten HEUI-Einspritzsystems ist diese Komponente: eine Axialkolbenpumpe mit fester Verdrängung, die sogenannte HPOP (oder Hochdruckölpumpe). Seine Aufgabe besteht darin, Ölvolumen in die Ölverteiler in den Zylinderköpfen einzuleiten. Wenn Öl aus dem HPOP austritt, setzt der Einspritzdruckregler (IPR) einen Druck von bis zu 3.000 psi auf. Der Hub der internen Taumelscheibe der Pumpe bestimmt, wie viel Ölvolumen sie fördern kann. Von '94.5 bis Anfang '99 wurde ein HPOP mit einer 15-Grad-Taumelscheibe verwendet. Ab 1999 wurde die Taumelscheibe des HPOP jedoch auf 17 Grad erhöht, was höhere PS-Leistungen und größere Einspritzdüsen besser unterstützt. Wir weisen darauf hin, dass das Timing des HPOP-Antriebsrads nicht erforderlich ist. Lediglich Nocken und Kurbel sind aufeinander abgestimmt.

Aufgrund der körperlich anspruchsvollen Größe passieren in einem 7,3-Liter-Power-Stroke-Injektor viele Dinge. Auf Aufforderung des IDM (mehr dazu weiter unten) wird das elektronische Magnetventil oben verwendet, um das interne Tellerventil von seinem Sitz zu ziehen, wodurch Hochdrucköl effektiv in den Einspritzer gelangen kann. Das Hochdrucköl drückt dann den Druckverstärkerkolben darunter nach unten und hebt die Düsennadel darunter an, wodurch der im Kolbenhohlraum vorhandene Kraftstoff unter Druck gesetzt wird. Schließlich öffnet sich die Düse und – durch einen Multiplikationsprozess dank der Oberfläche des Verstärkerkolbens, der etwa siebenmal größer ist als die des Kolbens – wird aus dem Hochdrucköldruck von 3.000 psi effektiv ein Kraftstoffdruck im Zylinder von 21.000 psi.

Diese beiden Module sind das Einspritzventil-Antriebsmodul (IDM, links) und das Antriebsstrang-Steuermodul (PCM, rechts). Was das Einspritzsystem des 7,3-Liter-Power-Stroke-Modells anbelangt, fordert das PCM das IDM auf, die Magnetventile der Einspritzdüsen über einen Stromimpuls von 100 bis 120 Volt (Spannung variiert je nach Modelljahr des Motors) mit Strom zu versorgen, ebenso wie das PCM Bestimmung des Zeitpunkts und der Dauer des Impulses. Mithilfe des MAP-Sensors kann das PCM die Motorlast ermitteln, um die von den Einspritzdüsen benötigte Kraftstoffmenge zu berechnen.

Anstatt ein herkömmliches Kraftstoffversorgungssystem zu verwenden, bei dem die Einspritzpumpe eine konstante Dieselmenge mit niedrigem Druck erhält, leitet die Saugpumpe an Bord des 7,3-Liter-Power Stroke den Kraftstoff direkt in die Köpfe, damit die Einspritzdüsen ihn verwenden können (denken Sie daran, dass der Kraftstoff dafür unter Druck steht). Verbrennungsvorgang innerhalb des Injektors selbst). Frühe Motoren ('94.5-'97) waren mit einer nockengetriebenen mechanischen Hubpumpe ausgestattet, die sich im Tal des Hebers befand und den Einspritzdüsen einen Druck von 40 bis 70 psi zuführte (normalerweise werden jedoch etwa 45 psi gemessen). Spätere 7.3L-Modelle ('99–'03) waren mit einer am Fahrgestell montierten elektrischen Hubpumpe ausgestattet, die 60 bis 65 psi erzeugte, zusätzliche PS besser unterstützte und sich als etwas zuverlässiger erwies.

Drei verschiedene Garrett-Turbolader mit fester Geometrie schafften es während des gesamten Produktionslaufs in den 7,3-Liter-Power-Stroke. Zunächst wurde ein Garrett TP38 mit T4-Flansch ohne Wastegate und einem 1,15 A/R-Auspuffgehäuse für die Modelle ohne Ladeluftkühlung von 1994,5 bis 1997 verwendet. Im Jahr 1999 wurden ein engeres Abgasgehäuse mit 0,84 A/R und ein V-Band-Turbineneinlassflansch sowie ein Wastegate und die Verwendung eines Luft-Luft-Ladeluftkühlers hinzugefügt. Der Wastegate TP38 wurde dann für die Modelljahre '99.5–'03 durch den Garrett GTP38 ersetzt, der ein 1.0 A/R-Auspuffgehäuse, ein größeres Wastegate und eine Nut zur Erweiterung der Kennfeldbreite hinzufügte. Jede Version verwendete ein 60-mm-Inducer-Kompressorrad, ein 70-mm-Exducer-Turbinenrad und einen 270-Grad-Drucklager- und Gleitlager-Mittelteil. Trotz ihrer Unterschiede wurden alle Turbos über den Sockel ölgekühlt, der direkt über den Zufuhr- und Rücklaufanschlüssen im Block positioniert war. Dadurch benötigte der Turbolader keine externen Ölleitungen.

Ein weiteres Gerät, das 1994 seiner Zeit voraus zu sein schien, war die Verwendung eines Abgasgegendruckventils (EBP) beim 7,3 l Power Stroke, das als eine Art Choke für ein schnelleres Aufwärmen des Motors diente. Je nach Motoröltemperatur aktiviert, schließt sich eine Drosselklappe im EBP-Gehäuse, die mit dem Abgasgehäuse des Turboladers verschraubt ist, und begrenzt den Abgasstrom, bis der Motor die Betriebstemperatur erreicht hat. Das PCM überwacht den Aufwärmvorgang mithilfe des Abgasgegendrucksensors und stellt die Drosselklappe bei steigender Öltemperatur langsam wieder so ein, dass sie vollständig geöffnet ist.

Eine weitere Komponente des 7,3-Liter-Power-Stroke-Motors, die von seiner Langlebigkeit zeugt, ist der extern angeordnete Fluid-zu-Fluid-Ölkühler (unter dem Auspuffkrümmer auf der Fahrerseite montiert). Die externe Anbringung dieser Schlüsselkomponente erhöht die Langlebigkeit praktisch jedes Motors, insbesondere jedoch eines Motors, der zur Befeuerung seiner Einspritzdüsen auf Motoröl angewiesen ist und aufgrund seiner Verwendung als Arbeitstier eine erhebliche Motorbelastung aufweist. Diese Dinge versagen praktisch nie. Das Einzige, was sie jemals wirklich brauchen, sind frische O-Ringe, um einen leichten Öltropfen zu unterdrücken, der etwa alle zwei Jahrzehnte vorkommt. Im direkten Vergleich würde sich der im Kurbelgehäuse vergrabene interne Ölkühler des 6.0L Power Stroke in mehrfacher Hinsicht als äußerst problematisch erweisen.