TEMA 6 MOTORES.

Descripción de la culata:

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.

En ella se forman las cámaras de combustión, las cámaras para el líquido de refrigeración y los conductos de admisión y escape.

Puede adoptar formas variadas en función del tipo de distribución.

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.

- Estanqueidad: en su unión con el bloque, en la fijación de bujías o inyectores, en las válvulas, en los asientos y en las guías.

- Eficacia en intercambio de gases: esto permite el llenado correcto del cilindro y la evacuación de los gases quemados mediante el dimensionado y la orientación adecuada de estos conductos para conseguir un buen rendimiento volumétrico.

- Conductividad térmica: adaptada para mantener esta zona a la temperatura conveniente. El acceso de calor puede dar lugar a puntos calientes dentro de la cámara de combustión que provocarían la detonación. Por el contrario, si se enfría demasiado empeora la gasificación de la mezcla, ya que se excede en gran cantidad de calor en los procesos de compresión y combustión.

Fijación de la culata:

Los tornillos que 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 tornillos de culata usados actualmente en los motores al ser apretados sobrepasan su límite elástico y sufren un ligero doblamiento.

Tipos de culatas:

La culata se fabrica mediante fundición en molde. La superficie de cierre con el bloque asi como la zona de fijación de los colectores son mecanizados para obtener un buen acabado superficial que garantice la estanqueidad.

Materiales de fabricación:

El material más empleado es la aleación de aluminio. También se utiliza el hierro fundido.

La aleación de aluminio está compuesta de aluminio, silicio y magnesio. Sus principales cualidades son: buena resistencia, peso reducido y gran conductividad térmica.

La culata de hierro fundido está construida con una aleación de hierro, cromo y níquel. Sus principales características son su robustez y su resistencia a la deformación.

Refrigeración de la culata:

La refrigeración por líquido 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 aumentan 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.

Cámara de combustión:

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 decisivamente 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.

Cámara de combustión para motores Otto:

En los motores Otto, el salto de chispa en la bujía inflama la mezcla de aire y combustible iniciando la combustión, esta se desplaza a través de la cámara formando un frente de llama. El desplazamiento de este frente ha de ser rápido y uniforme para conseguirlo, 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 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 cámara es la semiesférica de forma compacta: su mínima superficie con 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:

También llamada de forma de tejado, esta cámara presenta características muy parecidas a la ideal: pequeña superficie y pocas perdidas térmicas.

Actualmente se ha generalizado este tipo de cámara ya que además de su alto rendimiento permite el montaje de cuatro válvulas por cilindro.

Cámara de cuña:

Posee una buena resistencia a la detonación y reducida superficie interior. Ofrece buen rendimiento, aunque menor que la hemisférica. La disposición de las válvulas en paralelo simplifica su sistema de mando.

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. Es muy poco usada debido a su bajo rendimiento.

Camara de pistón (cámara heron):

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.

Cámara para inyección directa:

Los motores de inyección directa de gasolina emplean cámaras de combustión cuya parte superior es de tipo hemisférico convencional, lo mas característico de estas cámaras es la forma de la cabeza del pistón.

En ciertas fases de su funcionamiento estos motores trabajan con una mezcla pobre estratificada (no homogénea).

Empleo de las diferentes cámaras de combustión:

La cámara hemisférica es la de uso mas generalizado debido a su buen rendimiento. Las de cuña bañera se usan en algunos motores de pequeña cilindrada.

La cámara en el pistón para motores en los que se necesita una gran turbulencia. Para los motores de inyección directa de gasolina se emplean deflectores en la cabeza del pistón.