La culata es la parte del motor que cierra los cilindros por la parte superior. Se une al bloque mediante tornillos. Para hacer estanca la unión se intercala la junta de culata.
Es una pieza compleja en cuanto a su diseño y fabricación, ya que ha de poseer una elevada resistencia a pesar de sus formas irregulares y contiene cantidad de conductos, orificios y taladros roscados. Pueden adoptar formas variadas en función del tipo de distribución.
1.1. Características
La culata es una pieza que está sometida a altas temperaturas y fuertes presiones, por lo que debe reunir ciertos requisitos:
-Robustez. Para resistir las altas presiones que se producen durante la combustión y la corrosión por efectos químicos, originada al quemarse el combustible.
-Estanquidad en su función con el bloque, en la fijación de bujías o inyectores, en las válvulas, en los asientos y en las guías. Este es un punto fundamental ya que el grado de compresión influye directamente en la cantidad de la combustión, y por lo tanto, en el rendimiento.
-Eficacia en el intercambio de gases. Esto permite el llenado correcto del cilindro y la evacuación de los gases quemados mediante el dimensionado y la orientación adecuado de estos conductos para conseguir un buen rendimiento volúmetrico.
-Conductividad térmica adaptada para mantener esta zona a la temperatura conveniente.
1.2. Fijación de la culata
Los tornillos se fijan la culata al bloque han de tener una resistencia capaz de soportar esfuerzos muy superiores a las presiones máximas que se originan en la combustión. Los puntos de fijación deben ser, como mínimo, cuatro por cilindro, repartidos de tal forma que la presión se distribuya de manera uniformemente y no se produzcan deformaciones. El apriete se efectúa con una llave dinamométrica capaz de medir el par de torsión que se aplica sobre el tornillo, o bien un apriete angular que consiste en aplicar a cada tornillo un determinado ángulo de giro.
2. Tipos de culata
La culata se fabrica mediante fundición en molde. La superficie de cierre con el bloque así como la zona de fijación de los colectores son mecanizados para obtener un buen acabado superficial que garantize la estanqueidad.
2.1. Materiales de fabricación
El material más empleado es la aleación del aluminio. También se utiliza el hierro fundido.
La aleación de aluminio o aleación ligera está compuesta de aluminio, silicio y magnesio. Sus principales características son: buena resistencia, peso reducido y gran conductividad térmica, lo que permite alcanzar rápidamente la temperatura de funcionamiento y facilita la refrigeración.
La culata del hierro fundido está construida con una aleación de hierro, cromo y níquel y resulta de gran resistencia mecánica y térmica.
2.2. Refrigeración de la culata
La refrigeración por líquida es el sistema más común en los motores de cuatro tiempos.
Las culatas refrigeradas por aire se construyen en aleación de aluminio y van provistas de aletas que aumenten la superficie en contacto con el aire refrigerante para hacer más efectiva la evacuación de calor .Se utilizan en motores de dos tiempos de pequeña cilindrada y en algunos de cuatro tiempos con circulación forzada de aire.
3. Cámara de combustión
La cámara de combustión es el espacio que se forma entre la cabeza del pistón, cuando este está en el PMS, y la culata. La cámara se construye generalmente en la culata, y en ella se alojan las válvulas de admisión y escape y la bujía o el inyector en los motores diésel. La forma de la cámara y su volumen influyen decisívamente en el rendimiento del motor. el volumen queda definido por la relación de compresión, pero es el diseño de su forma lo que va a determinar las características de la cámara.
3.1 Cámara de combustión para motores Otto
Las cámaras deben reunir las siguientes características :
-Mínimo recorrido del frente de llama. Esto exige una cámara compacta con poca superficie en relación al volumen.
-Combustión rápida. Se consigue con una gran turbulencia y corto recorrido del frente de la llama.
-Alta turbulencia. El movimiento rápido de la masa gaseosa aumenta la homogeneidad de la mezcla y por lo tanto la velocidad de combustión.
-Resistencia a la detonación. Evitando las superficies o partes calientes, así como zonas de acumulación de carbonilla.
CÁMARA SEMIESFÉRICA
El modelo ideal de la cámara es la semiesférica de forma compacta: Su mínima superficie con la relación a su volumen y su buena turbulencia, con la bujía situada en el centro, permite que el frente
de llama se desplace rápida y uniformemente actuando sobre la cabeza del pistón.
CÁMARA HEMISFÉRICA
Ésta cámara presenta características muy parecidas a la ideal: pequeña superficie y pocas pérdidas térmicas. Las válvulas se disponen a los lados formando un ángulo de entre 20º y 60º. Lo que favorece la entrada y salida de los gases y proporciona un amplio espacio para las válvulas.
CÁMARA DE CUÑA
Posee buena resistencia de la detonación y reducida superficie interior. La forma de cuña hace que la mayor parte de la mezcla se acumule en turno a la bujía, lo que organiza un buen frente de llama. Ofrece buen rendimiento, aunque menor que la atmósfera.
CÁMARA DE BAÑERA
Con este tipo de cámara se puede conseguir un buen alzado de válvulas, pero el diámetro de estas queda reducido por falta de espacio y el recorrido del frente de llama es excesivamente largo. Se una poco por su bajo rendimiento.
CÁMARA EN EL PISTÓN (CÁMARA HERÓN)
La culata es plana ya que la cámara de combustión se encuentra en la cabeza del pistón. La forma de la cámara crea una fuerte turbulencia durante la compresión. Con este tipo de cámara se consigue una mezcla homogénea que permite utilizar relaciones de compresión y empobrecer ligeramente la mezcla.
CÁMARA PARA INYECCIÓN DIRECTA
EMPLEO DE LAS DIFERENTES CÁMARAS DE COMBUSTIÓN
La cámara hemisférica es la de uso más generalizado debido a
su buen rendimiento. Las de cuña y
bañera se usan en algunos motores de pequeña cilindrada. La cámara en el pistón
para motores en los que se necesita una gran turbulencia.
3.2. Cámara de combustión para motores Diése
En los motores Diésel, la combustión es provocada por la inyección de combustible a presión que penetra finalmente pulverizado en el aire calentado por la fuerte compresión.
En los motores Diésel, la combustión es provocada por la inyección de combustible a presión que penetra finalmente pulverizado en el aire calentado por la fuerte compresión.
Recordemos algunos aspectos que intervienen en el
desarrollo de la combustión:
-El motor Diésel
trabaja por autoencendido.
-La mezcla de aire y
combustible se realiza dentro de la cámara.
CÁMARA DE INYECCIÓN DIRECTA
Se utiliza un
inyector de varios orificios con elevada presión de inyección, con el fin de
conseguir buena penetración en el aire comprimido.
La turbulencia que
adquiere el gas en la admisión se intensifica durante la compresión de llegar
al fondo del pistón.
Los Diésel lentos de
inyección directa se emplean en vehículos pesados. Los Diésel rápidos de
inyección directa son más apropiados `para su uso en turismos.
La mayor ventaja de
este sistema es el bajo consumo específico de combustible.
CÁMARA DE
COMBUSTIÓN AUXILIAR
La inyección se
realiza en una cámara auxiliar unida a la principal por un estrechamiento, cuya
misión es provocar una gran turbulencia con el peso del fluido
La cámara auxiliar
se fabrica en acero especial con montaje postizo sobre la culata en una zona
poco refrigerada para evitar pérdidas de calor.
El uso de cámara de
combustión auxiliar suaviza el funcionamiento del motor Diésel, sin embargo el
consumo específico de combustible aumenta. Para realizar el arranque en frio
del motor es necesario elevar la temperatura de la cámara de combustión
mediante bujías de calentamiento. Estos motores se emplean en turismos.
CÁMARA DE
PRECOMBUSTIÓN
El aire comprimido
en la precámara aporta el suficiente oxígeno para que comience la
combustión, de modo que se crea una
sobrepresión que expulsa los gases inflamados a través de los orificios
calibrados a gran velocidad. Esto provoca turbulencia en la cámara principal
que hace posible una combustión progresiva sin cambios bruscos de presión.
CÁMARA DE TURBULENCIA
La cámara de turbulencia ocupa entre el 60 y 90% del volumen total de la cámara de combustión. En este sistema la comunicación entre las dos cámaras se hace a través de un canañl de sección relativamente grande. Durante la compresión, y a su paso por este canal, el aire adquiere una elevada turbulencia dentro de la cámara, que tiene forma esférica. El combustible se inyecta a este torbellino, lo que provoca el comienzo de la combustión.
4. Colectores de admisión y escape
4.1 colector de admisión
Su objetivo es conducir el gas de admisión hasta los cilindros. Puede adoptar formas diferentes dependiendo de su aplicación.
En los motores Otto de carburador y también con inyección monopunto.
La mezcla se elabora de forma colectiva y después se reparte a cada cilindro.
En los motores con inyección multipunto.
El combustible se dosifica individualmente para cada cilindro y se inyecta junto a la válvula de admisión.
4.2. Colector de escape
Recoge los gases quemados, que salen por las válvulas de escape a gran velocidad y elevada temperatura, y los dirige hacia el silenciador.
Debido a las elevadas temperaturas que soporta, se fabrica en fundición de hierro
La junta de unión con la culata es especial para altas temperaturas y absorbe las dilataciones y contracciones que se producen en esta zona
5. Junta culata
La junta de culata es la encargada de hacer una unión estanca entre culata y el bloque para evitar fugas de gas en la compresión o de líquido en los conductos de refrigeración.
5.1 Tipos de culata
· Junta convencional de fibras
· Junta metálica multimedia
Las juntas convencionales de fibra se fabrican con materiales deformables para que, al ser presionada por los tornillos de culata se adapte a las irregularidades de las superficies y los poros internos desaparecen
La junta metálica multilamina es el tipo de junta que se monta actualmente en la mayoría de los motores, está compuesta de varias láminas de acero muy finas y recubiertas de caucho.
5.2 marcas sobre la junta de culata
La posición de montaje viene marcada sobre la junta con las palabras TOP,OBEN O ALTO, esta marca se coloca siempre hacia arriba.
Para motores Diésel se fabrican juntas de recambio con cuatro o cinco espesores diferentes, se identifican por el número de muescas que se marcan en un lateral.
El número de muescas indica el espesor de la junta.
Puede contener otros datos como la composición de la junta o la identificación del motor.
Su objetivo es conducir el gas de admisión hasta los cilindros. Puede adoptar formas diferentes dependiendo de su aplicación.
En los motores Otto de carburador y también con inyección monopunto.
La mezcla se elabora de forma colectiva y después se reparte a cada cilindro.
En los motores con inyección multipunto.
El combustible se dosifica individualmente para cada cilindro y se inyecta junto a la válvula de admisión.
4.2. Colector de escape
Recoge los gases quemados, que salen por las válvulas de escape a gran velocidad y elevada temperatura, y los dirige hacia el silenciador.
Debido a las elevadas temperaturas que soporta, se fabrica en fundición de hierro
La junta de unión con la culata es especial para altas temperaturas y absorbe las dilataciones y contracciones que se producen en esta zona
5. Junta culata
La junta de culata es la encargada de hacer una unión estanca entre culata y el bloque para evitar fugas de gas en la compresión o de líquido en los conductos de refrigeración.
5.1 Tipos de culata
· Junta convencional de fibras
· Junta metálica multimedia
Las juntas convencionales de fibra se fabrican con materiales deformables para que, al ser presionada por los tornillos de culata se adapte a las irregularidades de las superficies y los poros internos desaparecen
La junta metálica multilamina es el tipo de junta que se monta actualmente en la mayoría de los motores, está compuesta de varias láminas de acero muy finas y recubiertas de caucho.
5.2 marcas sobre la junta de culata
La posición de montaje viene marcada sobre la junta con las palabras TOP,OBEN O ALTO, esta marca se coloca siempre hacia arriba.
Para motores Diésel se fabrican juntas de recambio con cuatro o cinco espesores diferentes, se identifican por el número de muescas que se marcan en un lateral.
El número de muescas indica el espesor de la junta.
Puede contener otros datos como la composición de la junta o la identificación del motor.
