Tema 6: La culata.

1.- Descripción de la culata. La culata es la parte que cierra los cilindros por la parte superior. Se une al bloque mediante tornillos y para hacer la unión estanca se interpone una junta. Es una pieza compleja ya que debe combinar resistencia y una forma muy irregular con orificios, conductos… En ella se forman las cámaras de combustión, los orificios del líquido refrigerante y los conductos de admisión y escape. Sobre la culata se montan las válvulas, los balancines, el árbol de levas, bujías, inyectores…

1.1.- Características. La culata debe reunir una serie de requisitos: Robustez: debe resistir altas presiones que se producen durante la combustión. Estanqueidad: la unión con el bloque es fundamental ya que el grado de compresión influye directamente en el rendimiento del motor. Eficacia en el intercambio de gases: mediante un correcto dimensionado y orientación, se consigue un efectivo llenado y vaciado. Conductividad térmica: debe de ser capaz de mantener la temperatura dentro de unos límites ni que se recaliente, creando puntos calientes dentro de la cámara o se deterioren las válvulas de escape, ni que se enfríe y pueda empeorar la gasificación de la mezcla.

1.2.- 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. Los puntos de fijación deben ser, como mínimo, cuatro por cilindro, repartidos de forma que la presión se distribuya de manera uniforme. Deben de ser sustituidos cada vez que se desmonten. El apriete se efectúa con una llave dinamométrica capaz de medir el par de torsión y en el orden que indique el fabricante con el fin de que todos los tornillos ejerzan la misma presión.

2.- Tipos de culata. La culata se fabrica mediante fundición en molde. La superficie de cierre con el bloque y la zona de fijación de los colectores son mecanizados para que se garantice la estanqueidad. 2.1.- 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. Es más propensa a las deformaciones y más cara. La culata de hierro fundido está compuesta de hierro, cromo y níquel, es muy robusta y resistente a las deformaciones.

2.2.- Refrigeración de la culata. La refrigeración por líquido es la más común, el líquido circula por los conductos interiores para mantener la temperatura dentro de los límites previstos. Las culatas refrigeradas por aire son de aleación de aluminio, provistas de aletas para disipar el calor. Su estabilidad térmica es más irregular y se utiliza en motores de dos tiempos.

3.- Cámara de combustión. Es el espacio que se forma entre la cabeza del pistón, cuando está en el PMS, y la culata. La cámara se construye generalmente en la culata. En algunos motores, la cámara se construye en el pistón y en ese caso la culata es plana y las válvulas quedan a muy poca distancia del pistón. La forma y volumen de la cámara influye directamente en el rendimiento del motor. 3.1.- Cámara de combustión Otto. Deben de cumplir una serie de condiciones: Mínimo recorrido del frente de llama, es decir compacta y con poca superficie en relación al volumen. Combustión rápida, se consigue con gran turbulencia y corto recorrido del frente de llama. Resistencia a la autodetonación, evitando que se generen puntos calientes o acumulación de carbonilla.

Cámara semiesférica: es el modelo ideal por su mínima superficie, buena turbulencia, la bujía situada en el centro que permite un rápido desplazamiento de llama. Las válvulas se disponen a los lados, permitiendo el montaje de cuatro por cilindro. El inconveniente suele ser que la forma condiciona la posición de las válvulas y la bujía.

Cámara de cuña: posee buena resistencia a la autodetonación y reducida superficie interior. La forma hace que la mayor parte de la mezcla se acumule en torno a la bujía. La disposición de las válvulas en paralelo simplifica su sistema de mando. Ofrece buen rendimiento, aunque peor que la semiesférica.

Cámara de bañera: se puede conseguir un buen alzado de las válvulas, pero el diámetro de estas se ve reducido por la falta de espacio. El recorrido del frente de llama es excesivamente largo y su rendimiento es bajo.

Cámara en el pistón (Herón): la cámara de combustión se encuentra en la cabeza del pistón y la forma crea una fuerte turbulencia, con la que se consigue una mezcla homogénea. Utiliza elevadas relaciones de compresión.

Cámara para inyección directa: Los motores de inyección directa de gasolina emplean cámaras de combustión de tipo semiesférico, cuyos pistones van provistos de unos deflectores, cuya forma orienta el torbellino de gas y dirige el combustible inyectado de manera que se concentra una mezcla rica en torno a la bujía.