La culata es la parte que asegura el cierre superior de los cilindros y agrupa determinadas funciones de un motor de pistón alternativo. En muchos tipos de motores, las válvulas de admisión y escape están alojadas allí. Su forma y características están siempre estrechamente ligadas a la evolución de los motores y, más particularmente, determinadas por el tipo de distribución y, por la forma de la cámara de combustión. Para ser completo, algunos motores (raros) no tienen culata, como los motores de pistones opuestos .
Algunos de los primeros motores de automóviles estaban equipados con una culata separada del bloque de cilindros . Sin embargo, la mayoría de los fabricantes prefieren la estructura que tiene una culata integral con el bloque de cilindros. Esta solución permite obtener un montaje más resistente y elimina cualquier problema de estanqueidad. El sistema de control de válvulas, a menudo situado fuera de la culata, está expuesto al aire y, por tanto, se beneficia de una buena refrigeración y facilita su mantenimiento.
La adopción de la culata extraíble elimina los tapones y permite estudiar con mayor precisión la forma de la cámara de combustión para mejorar la eficiencia. La culata diseñada por Ricardo, hacia 1920, fue fundamental para el diseño de la mayoría de motores de la época. Mientras retiene las válvulas laterales, logra una relación de compresión relativamente alta y una buena turbulencia.
Es una pieza compleja, hecha de hierro fundido o aleación de aluminio obtenida generalmente por fundición que, en la mayoría de los casos, comprende, en un motor de cuatro tiempos :
Por otro lado, dependiendo de los tipos de motores y las tecnologías seleccionadas, admite los siguientes dispositivos:
En un motor de dos tiempos y en todas las demás válvulas sin válvulas, la culata es generalmente una pieza muy simple, con un solo orificio para la bujía .
La culata cierra la parte superior de los cilindros para constituir así las cámaras de combustión. Por lo general, se ensambla al bloque de cilindros mediante tornillos o espárragos. Entre la culata y el bloque de cilindros se coloca la junta de la culata . En los motores equipados con cilindros ciegos, la culata está unida permanentemente al cilindro (motores de pistón de aviones ligeros, por ejemplo, motores Lycoming y Teledyne Continental ) o incluso está fundida en una sola pieza con los cilindros (por ejemplo, motores Bugatti ).
En los motores de automóviles modernos, una sola culata por fila de cilindros forma la parte superior del motor. Por otro lado, en motores de aeronaves refrigerados por aire y en grandes camiones diésel para vehículos pesados, estacionarios y marinos, siempre que la distribución se encuentre lateralmente en el bloque de cilindros y no en la culata, cada cilindro tiene su propia culata. . (este es también el caso del Citroën 2CV ) menos sensible a la deformación de la línea divisoria y facilitando el mantenimiento.
Las culatas están sometidas a fuertes tensiones mecánicas, químicas y térmicas. Se enfrían cuidadosamente mediante grandes cámaras de agua (o aletas si el motor está enfriado por aire) que rodean las cámaras de combustión y los conductos de escape. Los pasajes en la línea de partición conectan estas cámaras de agua con las del bloque de cilindros y el circuito de refrigeración general del motor. El aceite llega a la distribución bajo presión a través de las tuberías de lubricación que a menudo pasan por la línea de partición.
En el estudio de una culata destinada a un motor de combustión interna moderno se tienen en cuenta tres objetivos principales: buena eficiencia, un nivel de contaminación muy bajo y un precio de coste muy bajo. Estos tres objetivos no siempre son compatibles.
La forma e inclinación de los conductos de admisión y escape están diseñadas para crear la mayor turbulencia posible en la cámara de combustión sin, sin embargo, reducir la velocidad a la que se introducen los gases y, por lo tanto, la tasa de llenado. Se debe tener especial cuidado para asegurar que la sección transversal de los conductos mantenga un diámetro constante en toda su longitud o, por defecto, una conicidad insignificante. Las dimensiones y la forma de la cámara de combustión dependen de la relación carrera-diámetro.
El área de la válvula de escape generalmente debe ser aproximadamente del 60 al 80% del de la válvula de admisión. Dado que casi todo el espacio disponible de la cámara de explosión se utiliza para alojar las válvulas en las mejores condiciones, solo queda un margen muy pequeño para la bujía, que debe colocarse especialmente teniendo en cuenta su accesibilidad. Para el desmontaje.
La forma de la cámara está condicionada por los requisitos de mecanizado y la necesidad de ahorrar dinero en su fabricación. Se debe tener especial cuidado en el estudio de los tubos de refrigeración para simplificar el mecanizado de los revestimientos internos, así como para obtener un intercambio de calor eficiente y evitar la formación de puntos calientes en la culata. Las mismas consideraciones son válidas para el estudio de los conductos de lubricación de los balancines y los cojinetes del árbol de levas en cabeza. . El aceite se devuelve al cárter a lo largo de los espárragos de montaje de la culata de cilindros o mediante tubos receptores especiales.
La culata solo tiene un sistema de refrigeración y el sistema de encendido o inyección, las válvulas y los árboles de levas están en el bloque del motor. Último ejemplo: el primer motor 1000 cm 3 de Renault Juvaquatre .
VentajasLas válvulas están en la culata, el árbol de levas está en el bloque del motor. El árbol de levas empuja los balancines, que empujan los balancines, estos últimos accionan las válvulas balanceándose sobre sus ejes. Ejemplo: motor Renault 4 Cléon-Fonte
VentajasLas válvulas están en la culata, el árbol de levas también, las válvulas son accionadas por balancines.
VentajasLas válvulas están en la culata, todas alineadas (admisión y escape) justo debajo del árbol de levas. Este los controla mediante sencillos pulsadores equipados con sistemas de ajuste de holgura (ajuste hidráulico, cuña, tornillo u otro).
VentajasLas válvulas están en la culata, las tomas de un lado y los escapes del otro. Sobre cada fila de válvulas, 1 árbol de levas que controla directamente las válvulas a través de un empujador o un pequeño balancín.
VentajasEn inglés, decimos Double Overhead Camshaft , que explica el acrónimo DOHC visible en algunas motocicletas.
En los motores de motocicleta, mientras que la Honda CB 450 estaba equipada con él a finales de la década de 1960, el prestigioso horno CB 750 de 1969 tenía un solo eje. No fue hasta la Kawasaki 900 Z1 en 1973 para ver que su uso comenzaba a generalizarse en los cuatro cilindros del oficio.
Las culatas están hechas de hierro fundido o aleación de aluminio. En los motores modernos, generalmente se prefieren las aleaciones ligeras, debido a sus importantes ventajas de reducción de peso o sus excelentes características de fusión y transferencia de calor. Para culatas de aleación ligera, se utilizan guías de válvula unidas en bronce, que se adaptan mejor a las expansiones. Los asientos de las válvulas están hechos de hierro fundido o acero y se presionan en su lugar, con la posible adición de material resistente a altas temperaturas y corrosión.
Los soportes de distribución se producen generalmente mediante el proceso de fundición a presión, lo que permite fabricar piezas con un acabado perfecto, con paredes muy delgadas. La parte inferior de la culata se obtiene mediante colada en cáscara o, más raramente, mediante colada en moldes de arena; es de hierro fundido, cuya composición se adapta al material utilizado para las válvulas, para evitar cualquier riesgo de agarrotamiento.
El líder mundial en la producción de culatas de cilindros es Montupet , anteriormente dirigido por Stéphane Magnan y propiedad del grupo canadiense LINAMAR desde 2016.