UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA EN CIENCIAS APLICADAS CARRERA DE INGENIERÍA EN MANTENIMIENTO AUTOMOTRIZ
Integrantes:
Ayala Cristian
Caiza Jhonatan
Enríquez Byron
Lema Edison
Docente: Ing. Carlos Mafla MSc.
SISTEMA DE INYECCIÓN UPS (Unit Pump System)
Ibarra, 2018
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 diesel, 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, Sistemas Modernos de Inyección a Diésel Unidades completas y su despiece, 2015, pág. 3).
Historia Todos los Sistemas de Inyección BOSCH
Figura 1: Sistemas inyección Bosch. Fuente: (Bosch, Sistemas Modernos de Inyección a Diésel Unidades completas y su despiece, 2015).
Línea de Tiempo
Figura 2: Línea de tiempo en innovación Bosch. Fuente: (Bosch, Sistemas Modernos de Inyección a Diésel Unidades completas y su despiece, 2015).
Sistema de Bomba Unitaria Unit Pump System (UPS) Descripción de Funcionamiento 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 también para la tecnología de inyección in yección central con cuatro válvulas. Cada bomba posee una válvula electromagnética que es controlada por la unidad de mando del sistema, que determina la cantidad y el tiempo de inyección – calculados calculados con precisión para cada condición de rotación y carga, garantizando el mejor funcionamiento del motor (Bosch,
Sistemas Modernos de Inyección a Diésel Unidades completas y su despiece, 2015, pág. 17).
Esquema de Funcionamiento Mecánico
Figura 3: Esquema de partes de un sistema UPS. Fuente: (Bosch, Sistemas Modernos de Inyección a Diésel Unidades completas y su despiece, 2015).
Componentes del sistema de la bomba UPS
Sistema de alimentación de combustible
Control de regulación electrónica
Sensores
Actuadores
Descripción de los servicios y productos
Nota: STH Conjunto porta-inyector escalonado.
Esquema General de funcionamiento EDC
Figura 4: Sistemas inyección Bosch. Fuente: (Mecanica Virtual, 2005, pág. 31).
Los sistemas UPS son elementos que controlan el tiempo de inyección a través de unas electroválvulas que tienen integradas. El momento de activación de la electroválvula, determina el comienzo la inyección así como el tiempo en que esta activada la electroválvula, determina el caudal de inyección. El momento y 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 motor a través de los diferentes sensores
Figura 5: Sistemas inyección Bosch. Fuente: (Mecanica Virtual, 2005).
Estructura Las tuberías de alta presión (6) sumamente cortas, de longitud igual para todas las l as bombas, deben deben soportar permanentemente permanentemente la presión presión máxima de la bomba bomba y las oscilaciones de presión, en parte de alta frecuencia, f recuencia, que se producen durante las pausas de inyección. Por este motivo, las tuberías t uberías son de tubos de acero sin costuras, altamente
resistentes. Normalmente presentan presentan un diámetro exterior de 6 mm y un diámetro interior de 1,8 mm.
Unidad de bomba 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 6: Secuencia de funcionamiento de s istemas inyección Bosch. Fuente: (Bosch, 2004).
En la siguiente tabla se visualiza la utilización de inyectores y porta inyectores según el sistema de inyección utilizado.
Figura 7: Tabla de inyectores según el sistema de inyección. Fuente: (Mecanica Virtual, 2005).
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 realizar, por regla general, unas longitudes de tubería de inyección sumamente cortas, lo que tiene influencia positiva sobre el nivel de presión de inyección, debido a lo reducido del volumen muerto.
Características Características de la Unidad de control La unidad de control tiene en cuenta
El ángulo del cigüeñal.
El nº de revoluciones del árbol de levas.
La posición del pedal del acelerador.
La presión de sobrealimentación.
La temperatura del aire de admisión, del líquido refrigerante y del combustible.
La velocidad de marcha.
Parámetros y valores de los sistemas de inyección diésel.
Figura 8: Parámetros de Funcionamiento.
Fuente: (Bosch, 2004, pág. 2) .
Ventajas respecto a otros sistemas
Se utiliza tanto en turismos como en vehículos comerciales e industriales ligeros de hasta 30 kW/cilindro y vehículos industriales pesados de hasta 80 kW/cilindro. También se utiliza este sistema en motores en locomotoras y barcos.
Alta presión de inyección hasta 2050 bar.
Comienzo de inyección variable.
La posibilidad de una inyección previa y en casos inyección posterior
Permite una mayor flexibilidad a la l a hora de adaptarse al funcionamiento cambiante del motor, mejor que las bombas lineales y rotativas.
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 Solución: limpiar el estanque de combustible
Falla: humo negro en el escape Solución: verificar los inyectores y hacer el cambio respectivo al percibir la falla de algún de ellos
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 in yección 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). Esta bomba se acciona por el eje de comando del motor, comprimiendo el combustible por medio del accionamiento electrónico la unidad de mando acciona la válvula electromagnética que libera el paso de combustible bajo alta presión al inyector, el comando electrónico es precisamente calculado para cada condición de revolución y cargas asegurando el mejor funcionamiento del motor El siguiente avance que se obtuvo en sistemas de inyección in yección fue los UIS (sistema de unidad inyectora), donde integra la bomba de alta presión y la tobera en una sola unidad compacta y la tobera en una sola unidad compacta para cada cilindro del motor, el sistema UIS remplaza el conjunto porta tobera de los sistemas convencionales dispensando el uso de las cañerías de alta presión, lo que posibilita alcanzar elevador valores de presión (Bosch, Sistemas de inyección diésel, 2005). Cada unidad inyectora esta instalada en la culata del motor y realiza la inyección de combustible directamente en cada cilindro, se controla la inyección de combustible por medio de una válvula electromagnética de accionamiento rápido, a su vez controlada por
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 estas líneas se eliminen eliminen por completo Invalid source specified. . 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 inyecciones posteriores y contribuía a retrasos en la inyección- se reduce enormemente. Sin embargo, debe mencionarse que los problemas de dinámica de línea generados dentro de los pasos estrechos de los inyectores unitarios pueden modular aún más la velocidad de inyección. in yección.
Mayor presión de inyección : el sistema UI ha tenido tradicionalmente la capacidad de presión de inyección más alta entre todos los tipos de sistema de inyección. A principios de la década de 2000, los sistemas de IU tenían capacidades de presión de 200 MPa, en comparación con los 160 MPa de los sistemas de raíl común. Desde entonces, las presiones máximas de inyección del sistema UI / UP han aumentado a 250 MPa en algunas aplicaciones del año modelo 2007.
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 el inyector PPD producido brevemente por Volkswagen Mechatronic (una empresa conjunta entre Volkswagen y Siemens VDO) a partir de 2004 para las aplicaciones aplicaciones Euro 4 del año 2006. Este inyector usaba un actuador piezoeléctrico y era capaz de hasta 2 inyecciones piloto y 2 inyecciones secundarias además del evento de inyección principal. Sin embargo, llegó en un momento en que los sistemas ferroviarios comunes ya se habían establecido en aplicaciones ligeras y estaban ganando terreno rápidamente. El inyector de PPD no pudo competir con los sistemas ferroviarios comunes comunes y se eliminó poco después de su lanzamiento. A partir de 2007, fue reemplazado por Common Rail para aplicaciones Euro 5.
3. SISTEMAS DE INYECCION 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 corta de alta presión con presiones de inyección de combustible que llegan a los 2200 bar. Está constituido por una bomba de alta presión impulsada por el movimiento directo del árbol de levas del motor que brinda una tasa elevada de inyección de combustible que permite un aumento continuo de la presión durante toda la misma. El sistema UPS es apta para motores de vehículos comerciales o pesados de hasta 8 cilindros que llegan l legan a tener rendimientos de 80 KW por cada uno de ellos. Tiene la capacidad de incluir una segunda unidad de control para que la inyección se extienda a los 16 cilindros (Bosch Worldwide, 2008).
Figura 9: Presiones de trabajo de los diferentes sistemas de inyección.
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, llegando hasta los 200 MPa, seguido del Common rail que cuando el motor llega a las 2000 RPM inyecta con una presión constante de aproximadamente 160 MPa, teniendo ventaja sobre los otros sistemas a bajas revoluciones. 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:
Motores comerciales de hasta 6 cilindros (37kW por cilindro) – Sistema Sistema UPS 12
Motores comerciales pesados de hasta 8 cilindros (65Kw por cilindro) – Sistema Sistema UPS 20.
Motores comerciales pesados de hasta hasta 18 cilindros (92 kW por cilindro) – Sistema Sistema SP con bomba enchufable o Steckpumpe.
Motores comerciales de hasta 6 cilindros (40 kW por cilindro) – Sistema Sistema SPS con bomba enchufable enchufable pequeña. pequeña.
Motores de maquinaria agrícola y de construcción, ferrocarriles y barcos con potencias hasta hasta de 20 cilindros (500 kW por cilindro) – Sistema Sistema UPS.
Su sistema robusto y estructura modular con inyectores mecánicos muy pequeños, es ideal para cilindros con diámetro reducido y también para tecnología de inyección central con cuatro válvulas.
Figura 10: Clasificación en Marcas
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. Una regulación electrónica por campo característico del comienzo de inyección y de la duración de inyección (o caudal de inyección) aporta una reducción destacada de las emisiones contaminantes del motor diésel. En combinación con la electro-válvula de conmutación rápida, accionada electrónicamente, se determina la correspondiente característica de cada proceso de inyección en particular (Garcia, 2008).
Estructura Las tuberías de alta presión sumamente cortas, de longitud igual para todas las bombas, deben soportar permanentemente la presión máxima de la bomba y las oscilaciones de presión, en en parte de alta frecuencia, frecuencia, que que se producen durante las pausas de inyección. inyección. Por este motivo, las tuberías son de tubos de acero sin costuras, altamente resistentes. Normalmente presentan presentan un diámetro diámetro exterior de 6 mm y un diámetro interior de 1,8 mm. UPS unidad de bomba-tubería-inyector bomba-tubería-inyector para vehículos industriales y autobuses
Figura 11: Tipos de vehículos según la aplicación
Campos de aplicación del sistema UPS
Figura 12: Campos de aplicación UPS.
5. CONCLUSIONES
El sistema es ideal para cilindros con diámetro reducido y también para la tecnología de inyección central con cuatro válvulas.
La siguiente generación de sistemas UIS U IS presentará mejores prestaciones que los sistemas UPS.
Aunque el avance ha sido notorio a través de los años para las bombas UPS y posteriormente los sistemas UIS los fabricantes prefieren utilizar los sistemas Common Rail hoy en día
La reducción de elementos accionados electrónicamente ha permitido el uso de sistemas common rail, poniendo aparte al sistema UPS.
Este sistema de inyección fue uno de los mas utilizados en maquinaria agrícola y barcos, porque prestaba una mayor eficiencia de potencial, presión de combustible, al momento de realizar su trabajo, pudiendo variar su potencial de acuerdo con el número de cilindros que posea el motor.
6. RECOMENDACIONES
Los sistemas UPS son sistemas muy caracterizados y hay varias características que cuidar cuando se trata del sistema de inyección de un motor a diésel, la razón de esto, es que el mismo diésel en la mayoría de los sistemas de inyección es utilizado como lubricante.
Estos sistemas al ser en su mayoría casi totalmente electrónicos necesitan una constante revisión de sus corrientes y voltajes ya que los fallos serán causados por pérdidas de energía energía o falta de la misma.
En la actualidad el uso de sistemas Common rail está en auge por lo que emplear sistemas UPS aumentaría sus costos en el mercado.
En la actualidad se recomienda utilizar otro sistema de inyección, el mismo que puede ayudar a alcanzar mayores potencias para realizar el mismo trabajo, que puede llegar a ser mas eficiente que el UPS por la reducción de elementos en sistema.
7. REFERENCIAS
Bosch. (2004). SISTEMAS DE INYECCIÓN DIESEL, BOSCH . BOSCH . Obtenido de Mecanica virtual: http://diagramas.diagramasde.com/au http://diagramas.diagramasde.com/automoviles/sistemas%2 tomoviles/sistemas%20de%20inyecc 0de%20inyeccion% ion% 20diesel,%20bosch(2).pdf Bosch. (2005). Sistemas de inyección diésel. En R. Bosch. Bosch. (2012). Sistemas de Inyeccion diésel zexel. En R. Bosch. Bosch. (2014). Bosch. (2015). Sistemas Modernos de Inyección a Diésel Unidades completas y su despiece. Bosch despiece. Bosch,, 42. Bosch Worldwide. (2008). Bosch (2008). Bosch autoparts. Obtenido autoparts. Obtenido de https://in.boschautomotive.com/en_GB https://in.boschautomotive.com/en_GB/parts_and_acce /parts_and_accessories/engine ssories/engine_systems_ _systems_ 1/diesel_ Garcia, A. J. (2008). Mantenimiento (2008). Mantenimiento de sistemas auxiliares del motor diésel. Madrid: diésel. Madrid: Elearning. Magdi K. Khair, H. J. (2010). Unit Injector & Unit Pump Systems. Obtenido Systems. Obtenido de DieselNet. Mecanica Virtual. (2005). Mecanica (2005). Mecanica Virtual . Obtenido de Mecanica virtual: http://www.mitsugt.com/data/cm.pdf
