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 la unión se intercala la junta 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. En ella se forman las cámaras de combustión, las cámaras para el líquido de refrigeración y los conductos de admisión y escape. Además, sobre la culata se montan las válvulas, los colectores de admisión y escape, los balancines, el árbol de levas, las bujías, los inyectores, etc.

Características

• Robustez: para resistir las altas presiones que se producen durante la combustión y la corrosión por defectos 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 el 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 exceso de calor puede dar lugar a puntos calientes dentro de la cámara de combustión que provocarían la detonación, además pueden producirse daños en la válvula de escape o deformaciones en la culata.

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 puntos de fijación deben ser como mínimo cuatro por cilindro, repartidos de tal forma que la presión se distribuya de manera uniforme y no se produzcan deformaciones. Los tornillos de culata usados actualmente en los motores, al ser apretados, sobrepasan el límite elástico y sufren un ligero alargamiento, logrando un apriete eficaz a lo largo de la vida del motor. Estos tornillos deben ser sustituidos obligatoriamente cada vez que se desmontan. 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. Se realiza según el orden y procedimiento que indique el fabricante con el objeto de conseguir que todos los tornillos ejerzan la misma presión.

Tipos de culata

La culata se fabrica en fundición de molde. Materiales de fabricación: el material más empleado es la aleación de aluminio, también se utiliza el hierro fundido. La aleación de aluminio o aleación ligera está compuesta de aluminio, silicio y magnesio. Sus principales cualidades son buena resistencia, peso reducido y gran conductividad térmica, lo que permite alcanzar rápidamente la temperatura de funcionamiento y facilita la refrigeración, es más propensa a las deformaciones y su precio es más elevado. La culata de fundición de hierro está construida con una aleación de hierro, cromo y níquel y resulta de gran resistencia mecánica y térmica, 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. El líquido de refrigeración se hace circular por unos conductos próximos a las cámaras de combustión para mantener la temperatura de esta zona dentro de los límites previstos. 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.

Cámara de combustión

La cámara de combustión es el espacio que se forma entre la cabeza del pistón cuando está en el PMS y la culata. En este espacio se comprime el gas y se lleva a cabo el proceso de la 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 motores diésel. En algunos motores, la cámara se construye sobre la cabeza del pistón, cámara heron y diésel de inyección directa, en este caso la culata es plana y las válvulas quedan a muy poca distancia del pistón. Para evitar que lleguen a chocar es preciso extremar las precauciones cuando se realicen trabajos que puedan modificar esta distancia.

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.