Sistema UPS Diésel

UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA EN CIENCIAS APLICADAS CARRERA DE INGENIERÍA EN MANTENIMIENTO AUTOMOTRIZ

Integrantes: •

Ayala Cristian

•

Caiza Jonatan

•

Enríquez Byron

•

Lema Edison

Docente: Ing. Carlos Mafla MSc.

SISTEMA DE INYECCIÓN UPS (Unit Pump System)

Ibarra, 2018

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OBJETIVOS. Objetivo General. •

Investigar y detallar todo lo referente a sistemas de inyección UPS (Unit Pump System).

Objetivos específicos. •

Describir el funcionamiento de un sistema de inyección UPS

•

Conocer los diferentes avances tecnológicos que ha tenido el sistema UPS en relación con los sistemas de inyección diésel

•

Demostrar los campos de aplicación dentro de las marcas comerciales de los tractocamiones tractocamiones que usan el sistema de inyección UPS diésel, BOSCH.

•

Determinar las utilizaciones que comprende un sistema de inyección in yección UPS.















1. FUNCIONAMIENTO El Motor Diésel Es un motor autoencendido, autoencendido, que aspira solamente aire, sometiéndolo a alta compresión. Es una máquina motriz a combustión con máximo grado de eficiencia. El rendimiento fiable y económico de los motores diésel requiere sistemas de inyección que funcionen con alta precisión. Con esos sistemas, el combustible es inyectado en los cilindros del motor bajo alta presión y en el momento adecuado para que la potencia sea alcanzada (Bosch, 2015, pág. 3).

Sistemas Los sistemas de inyeccion diésel pueden aumentar ,quitar o mejorar componentes componentes dependiendo para que fin se necesita un sistema , los sitemas son similares en su funcionamiento mas no en sus componentes ya que unos difieren de otros por mas pequeñas que sean sus sus diferencias es así así que en el presente presente trabajo se hablará del sistema UPS.

Figura 1: Sistemas inyección Bosch. Fuente: (Bosch, 2015).















dependiendo si el uso es para vehículos de turismo, maquinaria pesada, de transporte pesado o vehículos vehículos marinos.

Figura 2: Línea de tiempo en innovación Bosch. Fuente: (Bosch, 2015).

En la Figura 2 se puede observar que el sistema de inyección UPS fue dado a conocer en 1995 siendo un sistema confiable en su presión de trabajo ya que esta se mantiene constante para cada cilindro del motor.

Sistema de Bomba Unitaria Unit Pump System (UPS) Descripción de Funcionamiento El UPS es un sistema robusto, diferente de los sistemas sist emas convencionales, convencionales, pues contiene una bomba para cada cilindro del motor. Cada bomba, cañería de inyección e inyector están conectados en una estructura modular. El sistema es capaz de analizar con la misma precisión y a la vez las condiciones del motor y del ambiente para proporcionar un proceso de inyección perfecto. El eje de mando acciona la bomba, que está unida al inyector a través de un conductor de presión corto. Como son utilizados inyectores mecánicos muy pequeños. El sistema es ideal para cilindros con diámetro reducido y















condición de rotación y carga, garantizando el mejor funcionamiento del motor (Bosch, 2015, pág. 17).

Figura 3: Esquema de funcionamiento de un sistema UPS. Fuente: (Bosch, 2015).

En la Figura 3 se puede observar que el sistema trabaja con una bomba independiente por cada cilindro y que constan de de una electroválvula electroválvula integrada la cual cual permite el paso de combustible hacia un pequeño cilindro hueco conectado al porta inyector el cual aumenta la presión para posteriormente el inyector pulverizar el combustible.

Componentes del sistema de la bomba UPS •

Sistema de alimentación de combustible

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Control de regulación electrónica

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Sensores

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Actuadores















En la Figura 4 se puede observar los principales componentes electro-mecánicos electro -mecánicos principales con los cuales el sistema UPS trabaja, así por ejemplo la bomba inyectora, el conjunto porta inyector y la conexión de presión, cada una una de estas partes se encuentra encuentra numeradas para poderlas apreciar en la siguiente figura y saber su posición respecto respecto al motor.

Nota: STH Conjunto porta-inyector escalonado.

En la Figura 4.1 se puede observar un motor con ciertas partes enumeradas, estas partes nos indican la posición que tienen t ienen los elementos del sistema UPS.

















rotación del motor y en el número 5 tenemos un actuador que es el pedal del acelerador, estos componentes conforman el sistema UPS.















la duración de la activación son determinadas por la unidad electrónica de control de acuerdo con los campos característicos que tenga programados en su memoria y teniendo en cuenta el estado de servicio actual del d el motor a través de los diferentes sensores La diferencia del sistema UIS es que maneja un sistema de bomba-inyector y no bombatubería-inyector como el UPS.















para todas las las bombas, deben deben soportar permanentemente permanentemente la presión presión máxima de la bomba bomba y las oscilaciones de presión, en parte de alta frecuencia, que se producen durante las pausas de inyección. Por este este motivo, las tuberías tuberías son de tubos de acero sin costuras, costuras, altamente resistentes. Normalmente presentan un diámetro exterior de 6 mm m m y un diámetro interior de 1,8 mm.

Unidad de bomba La misión y el funcionamiento del UPS son parecidos a los sistemas bomba-inyector UIS. La única diferencia entre los dos sistemas es que el UPS separa la generación de la alta presión con la inyección in yección por medio de una tubería de corto tamaño. La estructura modular de las unidades bomba-tubería-inyector tiene las ventajas a la hora de acoplarlas en el motor (Bosch, ( Bosch, 2004). •

•

•

No necesita necesita ningún diseño nuevo nuevo en la culata. culata. Rigidez de accionamiento al no ser necesarios balancines. balancines. Manejo sencillo a la hora de hacer reparaciones ya que las unidades se pueden desmontar fácilmente.

En las bombas-tuberías-inyector, los inyectores están montados en el porta inyector. in yector.















Figura 7: Secuencia de funcionamiento de sistemas inyección Bosch. Fuente: (Bosch, 2004).

En la Figura 7 se puede observar las curvas de funcionamiento en el momento de inicio i nicio de inyección y el final .La bomba es accionada directamente por una leva de inyección situada en el árbol de levas del motor (4). La comunicación con el embolo de bomba se establece a través del muelle de reposición (8) y el impulsor de rodillo (9). La bomba está fijada con una brida del cuerpo de bomba en el bloque motor.















Figura 8 : Tabla de inyectores según el sistema de inyección. Fuente: (Mecanica Virtual, 2005, pág. 38).

En la Figura 8 se puede observar que el sistema UPS se puede acoplar a varios sistemas de inyección es así por ejemplo que puede funcionar con un inyector de orificios, orifi cios, standard y muelles, pero el más utilizado en el sistema es es el inyector escalonado. escalonado.

Porta inyectores escalonados Es especialmente en los motores de 4 válvulas para vehículos industriales, donde por razones de espacio se impone el montaje en posición vertical de la combinación de porta inyectores e inyectores, en los que se aplican las combinaciones escalonadas. escalonadas. La estructura y el funcionamiento f uncionamiento concuerdan concuerdan con el porta inyector estándar: La diferencia esencial consiste en la modalidad de la conexión de la tubería de combustible: mientras que esta se atornilla céntricamente en el extremo posterior del porta inyector estándar, estándar, en el porta inyector inyector escalonado, escalonado, la misma se une une al cuerpo de de soporte mediante una tabuladura de presión. Mediante esta disposición es posible

















•

La presión de sobrealimentación.

•

La temperatura del aire de admisión, del líquido refrigerante y del combustible.

•

La velocidad de marcha.

Figura 9: Parámetros de Funcionamiento.

Fuente: (Bosch, 2004, pág. 2) .

En la figura 9 se puede observar los valores de inyección que tiene el sistema UPS















•

Alta presión de inyección hasta 2000 bar.

•

Comienzo de inyección variable.

•

La posibilidad de una inyección previa y en casos inyección posterior

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Permite una mayor flexibilidad a la l a hora de adaptarse al funcionamiento cambiante del motor, mejor que las bombas lineales y rotativas.

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EDC Asegura el buen funcionamiento del motor con máximas prestaciones, minino consumo, menos emisiones nocivas y comportamiento silencioso

Principales averías del sistema •

Falla: pérdida de fuerza de los l os inyectores Solución: limpiar inyectores

•

Falla: poca llegada de combustible a la cámara de combustión Solución: verificar la electricidad que llega al solenoide

•

Falla: baja presión de la bomba de alimentación















2. NUEVAS TECNOLOGÍAS DIÉSEL La constante evolución de los vehículos automotores exige de los fabricantes de auto partes cada vez más la búsqueda por innovaciones y mejorías de los sistemas y componentes diésel, el mercado automotriz esta cada día mas exigente respecto a la seguridad de los vehículos, a un excelente desempeño, al confort, a la economía y al cuidado con el medio ambiente, los nuevos sistemas de inyección diésel electrónicos fueron desarrollados para las nuevas necesidades, buscando siempre menores emisiones de gases contaminantes con mayor economía de combustible (Bosch, 2012). La evolución de los motores Diesel de inyección directa ha venido de la mano del desarrollo de sistemas de inyección cada vez más precisos y con presiones de inyección cada vez más elevadas. Los sistemas de inyección inyección Unit Injector System UIS (también llamado unidad de bombainyector, PDE), y Unit Pump System UPS (también llamado bomba-tubería-inyector, PLD), permiten alcanzar las mayores presiones de inyección; el sistema UPS fue una innovación en los sistemas diésel, tenemos para cada cilindro del motor existe una bomba de alta presión conectada directamente al porta topera del respectivo cilindro (Bosch, Sistemas de inyección diésel, 2005).















la unidad de comando electrónica, que determina el mejor momento y el volumen adecuado de combustible que va a ser inyectado para cada condición de funcionamiento del motor, de acuerdo con las informaciones obtenidas a través de los diversos sensores instalados en el motor, proporcionando un funcionamiento eficiente y seguro los sistemas de inyector unitario (UI) y bomba de la l a unidad (UP), cada cilindro del motor recibe un elemento de bombeo de inyección o una bomba de inyección in yección por separado cerca del cilindro. Los sistemas de bomba de unidad (UP) permiten líneas cortas de combustible combustible de alta presión ubicando la bomba cerca del inyector, la combinación del elemento de bombeo y el inyector en en un solo conjunto conjunto como en los sistemas sistemas de inyector inyector unitario (UI), permite que estas líneas se eliminen por completo (Bosch, (Bosch, Sistemas de inyección diésel, 2005). La eliminación o reducción de longitud de las líneas de combustible de alta presión en los sistemas de inyección UI / UP da como resultado dos beneficios: •

Reducción de los problemas de dinámica de línea: las dificultades de dinámica de línea en los inyectores unitarios / sistemas de bomba de unidad son menos problemáticos que en sus contrapartes de b de bomba-línea-boq omba-línea-boquilla uilla (PLN). La posibilidad de superposición de ondas -que perturbaba los sistemas sistemas PLN causando















Con respecto a la presión de combustible, debe tenerse en cuenta que las presiones las presiones del sistema de inyección de combustible common combustible common rail también han aumentado y en algunos sistemas han alcanzado o excedido las presiones disponibles de los sistemas UI / UP. Si bien no existe una una razón razón técnica técnica que impida que que las presiones UI / UP aumenten aumenten aún más, los fabricantes de motores utilizan cada vez más los sistemas common rail en aplicaciones tradicionalmente dominadas por los sistemas UI / UP. Por esta razón, los sistemas UI / UP probablemente verán poca evolución más allá de sus actuales presiones máximas de aproximadamente 250 MPa. Ambos sistemas, UI y UP, se conducen desde el árbol de levas del motor. En un diseño de sistema mecánico común, el control del combustible se lograba típicamente mediante la rotación del elemento de bombeo (émbolo) de la misma manera que en los sistemas PLN. Con la introducción de la electrónica a los motores diésel, se desarrollaron sistemas de inyección de unidades electrónicas (EUI) y bombas de unidades electrónicas (EUP). Estos emplean una válvula de derrame operada electromagnéticamente para control de combustible. Posiblemente, el diseño más avanzado de inyector unitario para aplicaciones livianas es

















3. SISTEMAS DE INYECCIÓN UPS MARCAS Historia y evolución La aplicación comercial de inyectores de unidades comenzó en la década de 1930 en Winton (una subsidiaria de GM) y motores diésel GM. Winton continuó suministrando motores a Electro-Motive Corporation (EMC), mientras que GM transfirió la producción de motores diésel a su Detroit Diésel División, la línea de motores de dos tiempos de la Detroit Diésel Corporación es una de las l as aplicaciones más conocidas de la tecnología de inyectores de unidades, desde la década de 1930 hasta mediados de la década de 1980, Detroit Diesel utilizó un diseño de inyector de unidad mecánica (Magdi K. Khair, 2010). Este sistema consta de una combinación de porta- boquillas conectado mediante una línea















Fuente: (Bosch, 2004).

En la figura 9 se presenta la curva de las presiones de inyección alcanzada con relación a las RPM del motor por los diferentes sistemas de inyección. El sistema de inyector bomba o UPS es uno de los sistemas más fiables y potentes que alcanza altas alt as presiones conforme se aumentan las RPM del motor, es decir es proporcional mientras mayor régimen de giro mayor es el aumento de su presión llegando hasta los 200 MPa. Por otro lado, la comparativa con el sistema Common rail es evidente mientras presenta una diferencia notoria que cuando el motor llega a las 2000 RPM inyecta con una presión constante de aproximadamente 160 MPa, lo cual puede ser beneficioso tener una presión constante en algunos casos teniendo ventaja sobre los otros sistemas a bajas revoluciones. revoluciones. Si comparamos un sistema UPS y un sistema de bomba rotativa al mismo régimen de giro existe una diferencia de presiones notoria, como vemos en la figura 9 a 5000 rpm con un





























INTERPRETACIÓN DE LAS CURVAS TORQUE-POTENCIA Como podemos ver en la Figura 10 para un sistema de inyección UPS se puede llegar a tener aproximadamente 280 CV de potencia a unas 3500 rpm y un torque de 160 Nm a 2200 rpm aproximadamente. aproximadamente. Por otro lado, con un sistema UIS aproximadamente se alcanza unos 245 CV A 3500 rpm y un torque aproximado de 125 Nm a 2500 rpm. El sistema de bomba unitaria (UPS) también se conoce con la designación de tipo PF.MV para motores a gran escala escala de acuerdo (Bosch, (Bosch, 2014) , de la misma forma que el sistema de inyector unitario, este sistema realiza la inyección de combustible mediante bombas controladas por un temporizador, teniendo aplicaciones en los motores a continuación mencionados:















SISTEMA UPS

















SISTEMA UIS















4. APLICACIÓN Este sistema trabaja según el mismo procedimiento que la unidad de bomba-inyector. Se trata aquí de un sistema de inyección de alta presión estructurado modularmente. Contrariamente a la unidad bomba-inyector, el inyector y la bomba están unidos por una tubería corta de inyección. El sistema UPS dispone de una unidad de inyección por cada cilindro del motor, la cual es accionada por el árbol de levas del motor.















En la Figura 12 se puede observar que se puede utilizar en vehículos comerciales y motores grandes. La bomba de la unidad (UP) funciona de la misma manera que el inyector unitario (UI) para vehículos comerciales. Sin embargo, a diferencia dif erencia de la IU, la la boquilla y el inyector inyector se mantienen separados y se conectan entre entre sí por una línea corta. Mayor potencia del motor, se presenta menos ruido. Presenta fácil acceso al















MERCEDES BENZ MODELO DEL VEHÍCULO 2044















SCANIA MODELO DEL VEHÍCULO K310

















Los sistemas UPS y UIS no difieren mucho en lo que respecta a la contaminación emitida















En la presente Tabla 2 podemos identificar los parámetros de opacidad obtenidos















Tabla 4 comparativa opacidad con la normativa ecuatoriana de emisiones















1- Sensores y transmisores de valor teórico : Registran las condiciones de servicio















INYECTOR DE ORIFICIOS



















































Sistema UPS Diésel

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