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Nov 22, 2023

パワーストロークの歴史、レッスン 1: 7.3L

La General Motors, d'altra parte, non offriva una pratica piattaforma di motori diesel leggeri.

ゼネラルモーターズは、2001 年に Duramax が登場するまで実用的な軽量ディーゼル エンジン プラットフォームを提供していませんでしたが、フォードは 1994 年にこのセグメントにほぼ革命を起こしました。当時 GM の先を行く努力の中で、しかし（より重要なことに） 89 年モデルのダッジ トラック用 5.9L カミンズのリリースで失われた地盤を取り戻し、フォードは最先端の 7.3L パワー ストロークをリリースしました。 Navistar によって製造された 444 ci V8 は、前モデルの間接噴射からの顕著な変化である直接噴射を特徴とし、HEUI としてよく知られる油圧電子ユニット噴射システムを初搭載し、これまでのディーゼル トラックで最もクリーンな排出ガス フットプリントを提供し、ダッジのカミンズエンジンを搭載したトラックを上回りました。 、クラス最高の馬力とトルクの数値を備えた新しく再設計されたラム。

鍛造スチール製コンロッドや各シリンダーあたり 6 本のヘッドボルトなどの硬質パーツを備えた 7.3L の頑丈な構造は明らかでした。 しかし、当時はそれほど明らかではありませんでしたが、エンジンを作動させるために高圧のエンジンオイルに依存する新しい HEUI システムが長距離にわたってどれだけ耐えられるかということでした。 25 年経った今でも、7.3L で採用されている噴射方法は、複雑ではあるものの、依然として Navistar と Ford がこれまでに使用した最も信頼性の高い技術の 1 つです。 7.3L エンジンを搭載した 99 ～ 2003 年のフォード トラックに乗ってみると、走行距離が 40 万マイルを超えていたり、94.5 年式のオドメーターがそれを超えていた（そして 30 万マイルに戻っていた）ことは珍しくありません。 97年モデル。 これとさらに多くのことが、Navistar がなぜ 200 万台近くを製造したかを説明するのに役立ちます。 長年にわたってテストされ、尊敬されている主力製品、7.3L パワー ストロークについて知っておくべきことを以下でご覧ください。

デビュー当時、3,000 rpmで210馬力、2,000 rpmで425 lb-ftのトルクを発生した7.3Lパワーストロークは、それまでフォードの3/4トン以上の大型トラックに動力を供給していた怠惰でパワー不足のディーゼルからの革命的な脱却を表しました。 先代の 7.3L IDI V8 と同じ排気量を共有しましたが、それ以外に共通点はありませんでした。 コネクティングロッドはより頑丈になり、クランクシャフトはより大きなメインを持ち、直接噴射が採用され、シリンダーごとに6本のボルトを使用してヘッドをブロックに固定し、高圧燃料供給はより多くの出力とよりクリーンな排出のために電子的に（そして正確に）制御されました。

鍛造スチール製コンロッド (上) は、94.5 ～ 2000 年のすべてのパワー ストロークに搭載されていると考えられています。 ただし、'01 ～ '03 モデル イヤーのエンジンでは、組立ラインに沿って粉末金属棒と鍛造鋼ユニットの間で行ったり来たりがありました。 Hypermax Engineering の内部情報によると、Navistar が 7.3L の生産期間中に粉末金属棒の使用に全面的に取り組む前に、14,965 個の「テスト」セットがエンジンに取り付けられました。 粉末金属棒のテスト実行後、Navistar は製造工場にある残りの在庫を使い切るために、鍛造鋼ユニットに戻りました。 鍛造と粉末金属棒 (PMR) のエンジンのシリアル内訳は次のとおりです。

生産開始 – 1425746=鍛造

1425747–1440712=PMR

1440713–1498318=鍛造

1498319 – 最終生産 = PMR

パフォーマンスを重視するニッチな分野では、'01 ～ '03 のオーナーがどのタイプのコンロッドを所有しているかを知ることで、エンジンの馬力限界をどこまで引き上げるかが決まります。 鍛造ロッドは 600rwhp に耐えることができ、壊れるよりも曲がる傾向がありますが、弱い粉末金属ユニットを使用したロッド (通常、曲がるよりも壊れる) は 500rwhp 以下に抑えることをお勧めします。

7.3L パワー ストロークにデビューしたすべての進歩の中で、直接噴射の使用は間違いなく、現代のディーゼル時代への導入に最も貢献しました。 直接噴射とは、動力行程時に燃料がピストン (燃焼室) の上部に直接噴射されることを意味します (冗談ではありません)。 (IDI エンジンの場合のように) 予燃焼室は存在しません。 各鋳造アルミニウム 7.3L ピストンは、伝統的な直接噴射「メキシカン ハット」デザイン、優れた耐摩耗性と耐腐食性を実現する Ni-Resist トップ ピストン リング インサート、および持続的な衝撃にさらされたときのシリンダー壁の擦り傷を防ぐプラズマ コーティングされたトップ ピストン リングを備えています。高温。 '99 年以降、ピストンはより深い中間リング溝を備え、より大きな中間リング幅を組み込みました。

商業用途で見られるヘッドからブロックへのシールのタイプでは、7.3L パワー ストロークはシリンダーあたり 6 本の直径 12 mm ヘッド ボルト (バンクごとに 18 本) の恩恵を受けます。 比較すると、IDI の前任者はシリンダーあたり 5 つのヘッドボルトを備えていましたが、その後継者 (6.0L パワー ストローク) はわずか 4 つの留め具を使用していました。 6 本のボルト配置により、7.3L はヘッド ガスケットの問題が懸念される前に 40 psi を十分に超えるブーストに対応できます。 上の写真は、カリフォルニア州サンジャシントのディーゼルテックでのオーバーホール中に、2002 スーパーデューティーの 400,000 マイル 7.3L に工場出荷時のヘッドボルトの代わりに ARP ヘッドスタッドが取り付けられているところです。

油圧作動の HEUI 噴射システムの中心には、HPOP (高圧オイル ポンプ) と呼ばれる固定容量型アキシャル ピストン ポンプというコンポーネントがあります。 その役割は、シリンダー ヘッド内のオイル レールにオイルを導入することです。 オイルが HPOP から排出されると、インジェクター プレッシャー レギュレーター (IPR) がオイルを 3,000 psi まで高圧にします。 ポンプ内部の斜板のストロークによって吐出できるオイル量が決まります。 '94.5年から'99年前半までは斜板15度のHPOPが使用されていました。 しかし、99.5 年からは、HPOP の斜板の角度が 17 度に増加し、より高い馬力と大型のインジェクターをより適切にサポートできるようになりました。 HPOP ドライブ ギアのタイミングは必要ないことに注意してください。 カムとクランクのみが相互にタイミングを合わせます。

物理的に厳しいサイズのため、7.3L パワー ストローク インジェクターの内部では多くのことが起こっています。 IDM (詳細は後述) によって指示されると、上部の電子ソレノイドが内部ポペットバルブをシートから引き離すために使用され、高圧オイルがインジェクターに効果的に流入できるようになります。 高圧オイルは、その下の増圧ピストンを押し下げ、その下のノズルニードルを押し上げ、プランジャーキャビティ内の燃料を加圧します。 最後に、ノズルが開き、プランジャーの約 7 倍の表面積を持つ増圧ピストンのおかげで増大するプロセスを通じて、3,000 psi の高圧オイルがシリンダー内の燃料圧力として効果的に 21,000 psi に相当します。

これら 2 つのモジュールは、インジェクター ドライブ モジュール (IDM、左) とパワートレイン コントロール モジュール (PCM、右) です。 7.3L パワー ストロークの噴射システムに関しては、PCM は IDM に 100 ～ 120 ボルトの電流パルス (電圧はエンジンのモデル年によって異なります) を介してインジェクター ソレノイドに通電するように要求します。パルスのタイミングと持続時間を決定します。 MAP センサーにより、PCM はインジェクターに必要な燃料量を計算するためにエンジン負荷を決定できます。

噴射ポンプが安定した低圧量のディーゼルを受け取る従来の燃料供給システムを利用する代わりに、7.3L パワー ストロークに搭載されたリフト ポンプは、インジェクターが使用できるように燃料をヘッドに直接送ります (燃料は燃料を噴射するために加圧されていることに注意してください)。インジェクター自体の内部での燃焼イベント）。 初期のエンジン ('94.5 ～ '97) には、リフター バレーに位置するカム駆動の機械式リフト ポンプが装備されており、インジェクターに 40 ～ 70 psi を供給しました (ただし、通常は約 45 psi でチェックインされます)。 後期の 7.3L ('99 ～ '03) には、60 ～ 65 psi を発生するシャーシに取り付けられた電動リフト ポンプが搭載され、追加の馬力をより適切にサポートし、信頼性がわずかに向上しました。

3 つの異なる固定ジオメトリーの Garrett ターボチャージャーが、7.3L パワー ストロークの生産稼働を通じて使用されました。 まず、1.15 A/R 排気ハウジングを備えた非ウエストゲート T4 フランジ ギャレット TP38 が、非インタークーラーの '94.5 ～ '97 モデルに使用されました。 '99 年には、ウエストゲートと空対空インタークーラーの使用とともに、より緊密な 0.84 A/R 排気ハウジングと V バンド タービン入口フランジが追加されました。 その後、ウエストゲート付き TP38 は 99.5 ～ 2003 年モデルのギャレット GTP38 に置き換えられ、1.0 A/R エグゾースト ハウジング、より大きなウエストゲート、マップ幅拡張溝が追加されました。 各バージョンでは、60mm インデューサー コンプレッサー ホイール、70mm エクスデューサー タービン ホイール、270 度のスラスト ベアリングとジャーナル ベアリングの中央セクションが使用されていました。 ただし、それらの違いにもかかわらず、すべてのターボは、ブロック内のフィードポートとリターンポートの上部に直接配置された台座を介してオイル冷却されました。 これは、ターボチャージャーに外部オイルラインが必要ないことを意味しました。

1994 年当時、時代を先取りしていたと思われたもう 1 つのデバイスは、7.3L パワー ストロークで、エンジンのウォームアップを早めるための一種のチョークとして機能する排気背圧バルブ (EBP) の使用でした。 エンジンオイルの温度に応じて作動し、ターボチャージャーの排気ハウジングにボルトで固定されている EBP ハウジング内のバタフライが閉じ、エンジンが動作温度に達するまで排気流を制限します。 PCM は排気背圧センサーを介して暖機プロセスを監視し、油温の上昇に応じてバタフライをゆっくりと全開に戻すように調整します。

7.3L パワー ストロークの耐久性を証明するもう 1 つのコンポーネントは、外部に配置された流体間オイル クーラー (運転席側の排気マニホールドの下に取り付けられている) にあります。 この重要なコンポーネントを外部に配置することで、ほぼすべてのエンジンの寿命を延ばすことができますが、特にインジェクターの点火にエンジン オイルに依存し、主力車として使用される性質上、かなりのエンジン負荷がかかるエンジンでは特にそうです。 これらのことは事実上失敗することはありません。 本当に必要なのは、約 10 年ごとに起こるわずかなオイルの滴りを抑えるための新しい O リングだけです。 直接比較すると、クランクケースに埋め込まれた 6.0L パワー ストロークの内部オイル クーラーは、さまざまな意味で非常に問題があることがわかります。