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Nov 22, 2023

Historique des coups de puissance, leçon 1 : 7,3 L

Alors que General Motors n'offrait pas de plate-forme de moteur diesel léger viable

Alors que General Motors n’offrait pas de plate-forme viable de moteur diesel léger jusqu’à l’arrivée du Duramax en 2001, Ford a pratiquement révolutionné le segment en 1994. Dans un effort pour rester en avance sur GM à l’époque, mais (plus important encore) aussi regagner le terrain perdu avec la sortie du 5.9L Cummins pour les camions Dodge de l’année modèle 89, Ford a lancé le 7.3L Power Stroke de pointe. Construit par Navistar, le V8 444 ci comportait une injection directe, un changement notable par rapport à son prédécesseur à injection indirecte, a fait ses débuts avec le système d’injection électronique hydraulique mieux connu sous le nom de HEUI, a fourni l’empreinte d’émissions la plus propre jamais offerte dans un camion diesel et a surpassé les Rams nouvellement redessinés à moteur Cummins de Dodge avec les meilleurs chiffres de puissance et de couple de sa catégorie.

Avec des pièces dures comme des bielles en acier forgé et six boulons de culasse par cylindre, la composition robuste du 7,3 L était évidente. Cependant, ce qui n’était pas si évident à l’époque, c’était à quel point le nouveau système HEUI, qui reposait sur de l’huile moteur à haute pression pour faire fonctionner le moteur, tiendrait le coup sur le long terme. Vingt-cinq ans plus tard, la méthode d’injection employée sur le 7,3 L – bien que complexe – reste l’une des technologies les plus fiables jamais utilisées par Navistar et Ford. Il n’est pas rare de monter à bord d’un camion Ford '99-'03 de 7,3 L et de trouver plus de 400 000 miles au compteur, ou un compteur kilométrique qui a depuis roulé dessus (et est revenu à 300 000) sur un modèle '94.5-'97. Ceci et bien plus encore aide à expliquer pourquoi Navistar en a construit près de 2 millions. Découvrez tout ce que vous devez savoir sur le bourreau de travail éprouvé et vénéré qu’est le 7.3L Power Stroke ci-dessous.

Produisant 210 ch à 3 000 tr/min et 425 lb-pi de couple à 2 000 tr/min lors de ses débuts, le Power Stroke de 7,3 L représentait une rupture révolutionnaire par rapport aux diesels paresseux et sous-alimentés qui avaient auparavant propulsé les camions de 3/4 de tonne et plus de Ford de Ford. Bien qu’il partage la même cylindrée que son prédécesseur, le V8 IDI de 7,3 L, il ne partageait rien d’autre en commun. Les bielles étaient plus robustes, le vilebrequin avait un secteur plus grand, l’injection directe était utilisée, six boulons étaient utilisés par cylindre pour ancrer les têtes au bloc et le ravitaillement à haute pression était contrôlé électroniquement (et précisément) pour plus de puissance de sortie et des émissions plus propres.

On pense que les bielles en acier forgé (ci-dessus) se trouvent dans tous les Power Strokes '94.5-'00. Cependant, dans les moteurs des années modèles '01-'03, il y avait un va-et-vient le long de la chaîne de montage entre les tiges métalliques en poudre et les unités en acier forgé. Selon les connaissances d’initiés d’Hypermax Engineering, 14 965 ensembles de « test » ont été installés dans les moteurs avant que Navistar ne s’engage pleinement à utiliser des tiges métalliques en poudre pendant toute la durée de la production du 7,3 L. Après l’essai de tiges métalliques en poudre, Navistar est revenu aux unités en acier forgé afin d’utiliser le stock restant disponible à l’usine de fabrication. La répartition en série du moteur pour les tiges métalliques forgées par rapport aux tiges métalliques en poudre (PMR) est la suivante :

Début de la production–1425746=Forgé

1425747–1440712=PMR

1440713–1498318=Forgé

1498319–production finale = PMR

Dans le créneau des amateurs de performance, découvrir quel type de bielle possède un propriétaire '01-'03 peut déterminer jusqu’où il décide de repousser la limite de puissance du moteur. Les tiges forgées sont capables de survivre à 600 rwhp et ont tendance à se plier plutôt qu’à se casser, tandis que celles avec les unités métalliques en poudre les plus faibles (qui se cassent généralement plutôt que de se plier) sont conseillées de rester à 500rwhp ou en dessous.

De toutes les avancées à faire ses débuts sur le 7.3L Power Stroke, son utilisation de l’injection directe a sans doute fait le plus pour l’introduire dans l’ère diesel moderne. L’injection directe signifie que le carburant est pulvérisé directement sur le piston (la chambre de combustion) sur la course de puissance (sans jeu de mots). Il n’existe pas de chambre de précombustion (comme c’est le cas sur les moteurs IDI). Chaque piston de 7,3 L en fonte d’aluminium est doté d’une injection directe traditionnelle, d’un design « Mexican Hat », d’un insert de segment de piston supérieur Ni-Resist pour une superbe résistance à l’usure et à la corrosion et d’un anneau de piston supérieur revêtu de plasma pour empêcher les éraflures de la paroi du cylindre lorsqu’il est exposé à une température élevée soutenue. À partir de '99, le piston comportait une rainure de bague intermédiaire plus profonde pour incorporer une plus grande largeur de bague intermédiaire.

Pour le type d’étanchéité tête-à-bloc observé dans les applications commerciales, la course de puissance de 7,3 L bénéficie de six boulons de culasse de 12 mm de diamètre par cylindre (18 par banc). En comparaison, son prédécesseur IDI comportait cinq boulons de culasse par cylindre et son successeur (le 6.0L Power Stroke) n’utilisait que quatre fixations. La disposition à six boulons rend le 7,3 L capable de gérer une suralimentation bien supérieure à 40 psi avant que les problèmes de joint de culasse ne soient préoccupants. Ci-dessus, un 7,3 L de 400 000 milles d’un '02 Super Duty est équipé de goujons ARP à la place des boulons de culasse d’usine lors d’une révision à San Jacinto, en Californie, Diesel Tech.

Au cœur du système d’injection HEUI à commande hydraulique se trouve ce composant : une pompe à piston axial à cylindrée fixe appelée HPOP (ou pompe à huile haute pression). Son travail consiste à introduire le volume d’huile dans les rails d’huile à l’intérieur des culasses. Lorsque l’huile sort du HPOP, le régulateur de pression de l’injecteur (IPR) le met sous pression jusqu’à 3 000 psi. La course du plateau oscillant interne de la pompe détermine le volume d’huile qu’elle peut dégager. De '94.5 au début '99, un HPOP avec une plaque oscillante de 15 degrés a été utilisé. À partir de '99.5 cependant, la plaque oscillante du HPOP a été augmentée à 17 degrés, ce qui supporte mieux une puissance plus élevée et des injecteurs plus gros. Nous noterons que le timing de l’engrenage d’entraînement HPOP n’est pas nécessaire. Seules la came et la manivelle sont chronométrées l’une avec l’autre.

Physiquement exigeant en taille, il se passe beaucoup de choses à l’intérieur d’un injecteur Power Stroke de 7,3 L. Lorsque l’IDM l’invite (plus d’informations à ce sujet ci-dessous), le solénoïde électronique en haut est utilisé pour retirer la vanne à clapet interne de son siège, permettant ainsi à l’huile haute pression de pénétrer dans l’injecteur. L’huile haute pression force ensuite le piston intensificateur en dessous vers le bas, et l’aiguille de la buse en dessous pour se soulever, ce qui met sous pression le carburant présent dans la cavité du piston. Enfin, la buse s’ouvre et, grâce à un processus de multiplication grâce au piston intensificateur possédant une surface environ sept fois plus grande que le piston, le chiffre d’huile haute pression de 3 000 psi devient effectivement 21 000 psi de pression de carburant dans le cylindre.

Ces deux modules sont le module d’entraînement de l’injecteur (IDM, à gauche) et le module de commande du groupe motopropulseur (PCM, à droite). En ce qui concerne le système d’injection sur la course de puissance de 7,3 L, le PCM fait appel à l’IDM pour alimenter les solénoïdes de l’injecteur via une impulsion de courant de 100 à 120 volts (la tension varie en fonction de l’année modèle du moteur), le PCM déterminant également le moment et la durée de l’impulsion. Le capteur MAP permet au PCM de déterminer la charge du moteur afin de calculer la quantité de carburant requise des injecteurs.

Au lieu d’utiliser un système d’alimentation en carburant conventionnel où la pompe d’injection reçoit un volume constant de diesel à basse pression, la pompe de relevage à bord de la course de puissance de 7,3 L envoie du carburant directement dans les têtes pour que les injecteurs puissent l’utiliser (rappelez-vous, le carburant est pressurisé pour l’événement de combustion à l’intérieur de l’injecteur lui-même). Les premiers moteurs ('94.5-'97) étaient équipés d’une pompe de levage mécanique à cames située dans la vallée de levage qui fournissait 40 à 70 psi aux injecteurs (mais elle vérifie généralement autour de 45 psi). Plus tard, les 7.3L ('99-'03) sont venus avec une pompe de relevage électrique montée sur châssis qui produisait 60 à 65 psi, supportait mieux la puissance supplémentaire et se révélait légèrement plus fiable.

Trois turbocompresseurs Garrett à géométrie fixe différents ont atteint la course de puissance de 7,3 L tout au long de sa production. Tout d’abord, un Garrett TP38 à bride T4 non usé avec un boîtier d’échappement 1,15 A / R a été utilisé sur les modèles '94.5-'97 non refroidis. En 99, un boîtier d’échappement plus serré de 0,84 A / R et une bride d’entrée de turbine en bande V ont été ajoutés, ainsi qu’une soupape de décharge et l’utilisation d’un refroidisseur intermédiaire air-air. La TP38 a ensuite été remplacée par la Garrett GTP38 pour les années modèles '99.5-'03, qui a ajouté un boîtier d’échappement 1.0 A / R, une soupape de décharge plus grande et une rainure d’amélioration de la largeur de la carte. Chaque version utilisait une roue de compresseur inducteur de 60 mm, une roue de turbine exducteur de 70 mm et un palier de poussée de 270 degrés et une section centrale de roulement à billes. Malgré leurs différences, tous les turbos étaient refroidis à l’huile via le piédestal positionné directement sur les orifices d’alimentation et de retour situés dans le bloc. Cela signifiait que le turbocompresseur ne nécessitait aucune conduite d’huile externe.

Un autre dispositif qui semblait en avance sur son temps en 1994 était l’utilisation par le Power Stroke de 7,3 L d’une soupape de contre-pression d’échappement (EBP) qui servait de starter pour un réchauffement plus rapide du moteur. Activé en fonction de la température de l’huile moteur, un papillon dans le boîtier EBP boulonné au boîtier d’échappement du turbocompresseur se ferme et restreint le débit d’échappement jusqu’à ce que le moteur soit à la température de fonctionnement. Le PCM supervise le processus de réchauffement au moyen du capteur de contre-pression d’échappement et ajuste lentement le papillon pour qu’il s’ouvre complètement lorsque la température de l’huile augmente.

Un autre composant de la course de puissance de 7,3 L qui atteste de sa durabilité réside dans son refroidisseur d’huile fluide à fluide situé à l’extérieur (monté sous le collecteur d’échappement côté conducteur). L’emplacement de ce composant clé à l’extérieur contribue à la longévité de pratiquement tous les moteurs, mais surtout de ceux qui dépendent de l’huile moteur pour allumer leurs injecteurs et qui voient une charge considérable du moteur par nature être utilisée comme un bourreau de travail. Ces choses n’échouent pratiquement jamais. Les seules choses dont ils ont vraiment besoin sont des joints toriques frais pour étouffer un léger écoulement d’huile, ce qui se produit environ toutes les deux décennies. En comparaison directe, le refroidisseur d’huile interne sur la course de puissance de 6,0 L qui était enterré dans le carter s’avérerait extrêmement problématique, à plus d’un titre.