L’evoluzione del motore diesel Ford Power Stroke

L’evoluzione del motore diesel Ford Power Stroke

Frutto della collaborazione tra Ford e la casa americana Navistar International, il motore Power Stroke, cambiò per sempre le carte in tavola nel mercato dei light truck.

Fu il primo diesel controllato elettronicamente, con iniezione diretta in camera di combustione, 7300 centimetri cubi, configurazione a otto cilindri a V di 90 gradi, due valvole per cilindro e trasmissione ad aste e bilancieri: dal 1994 al 1997 rimase praticamente invariato.

Il primo significativo intervento avvenne quattro anni dopo il suo arrivo sul mercato, nel gennaio del 1998, quando Ford introdusse la nuova serie di pick-up Super Duty (la serie F, di cui fanno parte i più famosi F-250 e F-350), caratterizzata da un’estetica molto più aggressiva e accattivante rispetto alla precedente.

In quell’occasione, la casa americana volle aggiungere più potenza alla versione diesel, installando un intercooler aria-aria ed iniettori più grandi, ciò permise di raggiungere i 235 cavalli di potenza massima (invece dei 210 della versione originale) e la mostruosa coppia di 610 Nm a 2000 giri/minuto.

L’installazione frontale dell’intercooler fu garantita dall’enorme vano motore dei nuovi pick-up Ford.

Con il model year 2002, grazie alla migliore calibrazione dell’iniezione, si toccarono i 275 cavalli, configurazione che rappresentò la massima evoluzione del Power Stroke 7.3 litri a due valvole per cilindro.

I nuovi Ford serie F, in quegli anni, vendevano con cifre record e chi non poteva permettersi l’acquisto, li cercava sul mercato dell’usato, fenomeno che rendeva minima la loro svalutazione nel tempo.

La visione di Henry Ford di produrre un veicolo cabinato con incorporato un piano di lavoro portò ad una produzione così fortunata da durare più di 100 anni. Quest’anno si festeggia il centenario (dal 1917 al 2017). Il motore diesel Power Stroke iniziò ad essere offerto (come alternativa al benzina) a partire dal 1994.

IL DOWN SIZING A 6.0 L

Lo strapotere Ford-Navistar iniziò a vacillare nel momento in cui furono introdotte normative di emissioni più stringenti, che il 7.3L Power Stroke non riusciva più a rispettare.

Nel frattempo, la competizione sul mercato si fece difficile, per colpa di competitors sempre più agguerriti, come GM, Dodge e Chrysler,

La risposta a questi attacchi arrivò nel 2003, con un nuovo motore, caratterizzato da una riduzione di cilindrata a 6 litri, ma da un contemporaneo aumento del rapporto di compressione a 18:1 e dall’introduzione delle quattro valvole per cilindro.

La nuova conformazione della testa dei pistoni garantiva inoltre una combustione più omogenea, migliorando così il comfort sia acustico che vibrazionale dell’unità (più sinteticamente l’NHV, cioè noise-vibration-harshness).

La turbina Garrett a geometria variabile controllata elettronicamente (soluzione innovativa per un diesel in quegli anni), permetteva una risposta più rapida, riducendo il lag, mentre i nuovi doppi iniettori elettro-idraulici HEUI di seconda generazione (prodotti da Siemens, con pressione di alimentazione di 1800 bar), dosavano il carburante in modo ancora più preciso rispetto a prima.

Turbina Garrett a geometria variabile controllata elettronicamente

Inoltre, per rientrare nelle nuove normative, fu installato il sistema di ricircolo dei gas combusti in camera di combustione, tramite la valvola EGR (Exhaust gas recirculation valve): ciò serviva per abbassare la temperatura di picco in camera e quindi ridurre la produzione di gas tossici NOx, che si formano proprio alle alte temperature e pressioni.

Infine, fu fatto ampio uso di alluminio nelle zone meno sollecitate, non tanto per ridurre il peso, che addirittura aumentò rispetto al 7.3L nonostante la cilindrata più piccola (passando da 420 kg a 440 kg), ma per ridurre le vibrazioni e per garantire maggiore flessibilità nella costruzione; un design più robusto invece, con spessori elevati, fu adottato nelle aree critiche, come le due teste, per evitare deformazioni durante le sollecitazioni.

Il motore sviluppava una notevole potenza di 325 cavalli e una coppia massima di 760 Nm a 2000 giri/minuti, con una curva di erogazione molto ampia, perfetta per le esigenze di traino.

Curva di coppia e potenza del 6.0 L Power Stroke. Rispetto al precedente 7.3L la coppia era disponibile in un range di giri più esteso, migliorando così le capacità di traino.

Il 6.0L Power Stroke si rivelò un motore eccezionale nelle prestazioni, ma molto meno affidabile rispetto ai suoi predecessori, a causa di alcuni problemi, dovuti soprattutto alla valvola EGR, specialmente nei primi anni di produzione.

Proprio il malfunzionamento dell’EGR causava l’innalzamento delle temperature raggiunte in esercizio, mandando così fuori uso il modulo di controllo elettronico dell’iniezione, posto proprio sopra al coperchio valvole.

Power Stroke 6.0 L (fu disponibile dal 2003 al 2007 sulla serie F dei pick-up Ford)

In altri casi, i bulloni di fissaggio della testa, M14 e di tipo TTY (Torque-to-Yield, cioè che prevedono una coppia di serraggio talmente elevata fino a deformarsi in modo plastico e permanente), non garantivano in ogni condizione la perfetta tenuta della testa, provocando così la bruciatura della guarnizione.

Alcuni rumors, ovviamente mai confermati in modo ufficiale, affermano che la variante commercializzata da Navistar, chiamata VT365, fosse sensibilmente più affidabile, rispetto al Power Stroke di Ford, poiché installata su veicoli medium-duty, dove le normative anti-inquinamento sono meno stringenti.

Questo motore rimase in produzione dal 2003 al 2007.


6.4 LITRI: PIU’ POTENZA, MENO EMISSIONI

La tanto discussa affidabilità del 6.0L e l’ulteriore restrizione sulle emissioni furono i primari fattori che indussero Ford e Navistar a studiare una nuova unità.

Più pulito e più silenzioso del suo predecessore, il 6.4L fu il primo motore di primo equipaggiamento dotato di un sistema con doppio turbocompressore in serie.

La prima turbina, piccola e a bassa inerzia, dotata di geometria variabile comandata elettronicamente, lavorava a bassi giri, per garantire una veloce risposta con carichi bassi e medi; invece a regimi e carichi elevati, entrava in funzionamento la seconda turbina, più grande e a geometria fissa

Il sistema di tipo sequenziale, prodotto dall’americana BorgWarner, era unico nel suo genere e prevedeva l’assemblaggio dei due turbocompressori in un unico corpo.

Sistema a doppia sovralimentazione di tipo sequenziale

Come in tutti i Power Stroke, l’unità di sovralimentazione erano montata sopra il motore stesso.

L’altra importante novità era l’adozione di un sistema common-rail: con questa tecnologia il carburante viene dosato in modo molto preciso da iniettori piezoelettrici, alimentati a loro volta da un condotto comune, portato in alta pressione da un pompa rotativa posizionata dietro al motore.

Sistema di alimentazione common-rail. Si vedono chiaramente la pompa di alimentazione e gli iniettori piezoelettrici.

Per rientrare nelle normative sulle emissioni, si optò per l’installazione del filtro anti-particolato (DPF), congiuntamente all’utilizzo di una doppia valvola EGR, per rendere meno gravoso il loro compito, e quindi rendere quindi  il sistema più affidabile.

I bulloni di fissaggio della testa, che tanti guai avevano portato al modello precedente, furono stavolta sostituiti con i più grandi M16, non più di tipo TTY.

Il nuovo 6.4L fu in grado di sviluppare il valore di picco di potenza di 350 cavalli a 3000 giri / minuto e ben 880 Nm a 2000 giri / minuto.

Estremamente silenzioso (circa il 70% in meno rispetto al precedente 6,4L), era anche più potente e più affidabile, grazie ad uno sviluppo che raggiunse 10 milioni di miglia di collaudo, anche se non arrivò mai alla straordinaria affidabilità e semplicità costruttiva del primo, storico, Power Stroke 7,3L.

La variante utilizzata da Navistar per i propri truck e bus si chiamava MaxxForce 7 e non era inizialmente dotata di un doppio turbo compressore, bensì di una più semplice unità a singolo stadio.

Il Power Stroke 6,4L fu prodotto fino al 2010 e fu l’ultimo motore prodotto da Navistar. Dopo trent’anni dalla firma dello storico accordo, Ford decise infatti di interrompere la collaborazione e di proseguire internamente lo sviluppo e la fabbricazione del successivo modello Power Stroke, il 6,7L, ancora oggi in produzione, del quale parleremo in un articolo dedicato.

Curva di coppia e potenza del 6.4 Power Stroke. La coppia massima nel range da 2000 a 3000 giri/minuto supera le 600 libbre-piede (813 Nm).

IL BUONO, IL BRUTTO E IL CATTIVO

Furono tre i motori Power Stroke prodotti da Navistar insieme alla supervisione di Ford dal 1994 al 2011: il 7,3L , il 6.0L e il 6.4L.

Simpatica e calzante la denominazione che alcuni appassionati americani hanno dato ai tre motori Power Stroke made by Navistar. the good, the bad and the ugly.

Il “buono” fu certamente il primo, così semplice nella sua realizzazione, da garantirgli un’affidabilità senza pari e una durata sul mercato di ben 9 anni, senza subire sostanziali modifiche.

Il “cattivo” fu il 6,0L, che pagò lo scotto dell’introduzione delle normative antinquinamento e l’acerba tecnologia della valvola di ricircolo (non ancora del tutto collaudata), nonché alcune leggerezze costruttive come i bulloni di testa sottodimensionati.

Infine, il “brutto”, il 6,4L, il più potente mai realizzato da Navistar ma anche il più complicato, causa il doppio turbo sequenziale e i tre sistemi di trattamento anti-emissioni, ovvero catalizzatore, filtro antiparticolato e la doppia valvola EGR.

L’evoluzione di questi motori seguì il naturale progresso tecnologico e rappresentò lo spettro delle difficoltà incontrate da tutti i motoristi nel soddisfare le continue richieste di maggiore coppia e potenza da parte degli utenti e contemporaneamente la necessità di ridurre le emissioni, i consumi e la ruvidità di marcia.

Sembrava impossibile raggiungere contemporaneamente tutti questi obiettivi, ma, tra non poche difficoltà tecniche e produttive, in trenta anni di sviluppo Ford e Navistar ci riuscirono.

Riepilogo dei modelli diesel Power Stroke, dal 1994 (anno dell’introduzione del fortunato motore), fino al 2010. Nel 2011 fu introdotto il nuovo 6.7 litri, attualmente ancora in produzione.

 



LA COMUNITA’ ONLINE

Il numero di siti internet dedicati ai motori Power Stroke è notevole: sono presenti in rete guide, forum e siti di appassionati, interamente dedicati a questo motore, in tutte le sue evoluzioni.

Crediamo che sia uno dei pochi casi al mondo in cui un motore, e non un veicolo, abbia così tanti “followers” sul web.

Ciò dimostra non solo la notevole distribuzione di questo propulsore negli USA, ma anche l’attaccamento affettivo dei suoi clienti.

Ci sono inoltre guide e tutorial per effettuare la manutenzione fai da te o per installare kit di modifica.

La semplicità, l’utilizzo di componenti largamente diffusi sul mercato e l’attenta progettazione rivolta alla facilità di montaggio e smontaggio hanno permesso a tutti, e non solo alle officine autorizzate, di poter mettere le mani su questo motore, spianando la strada verso la sua enorme popolarità.