CABEZA DE CILINDRO (culata)
Culata (motor)
La culata, tapa de cilindros, cabeza del motor o tapa del bloque de cilindros es la parte superior de un motor de combustión interna que permite el cierre de las cámaras de combustión.
Son varias las explosiones que se han dado con las configuraciones de la culata, según el tipo de motor, siendo la más sencilla la del motor de dos tiempos refrigerado por aire (Fig. 4 culata Morini de un scooter) en la que literalmente es la tapa del cilindro atravesada por el orificio roscado para la bujía y que por una de sus caras tiene las aletas de refrigeración que buscan una mayor superficie de contacto con el elemento refrigerante que es el aire.
Los motores antiguos refrigerados por agua pero con válvulas en el bloque, son también sencillamente la tapa de los cilindros conformando la cámara de combustión, presentando la diferencia de ser una pieza de fundición hueca que en su interior conduce el elemento refrigerante que es el agua. las cabezas de los motores son muy diferentes en cuanto a material a comparación del monobloque.
Posteriormente, para aumentar la eficiencia del motor, los diseñadores fueron ubicando en la culata las válvulas y el tren de balancines que las accionan para permitir la entrada y salida de gases a la cámara de combustión y en consecuencia también los orificios o lumbreras de conducción de dichos gases. Más recientemente se desplazaron los ejes de levas desde el bloque para configurar el componente complejo de hoy en día.
Si el motor de combustión interna es de encendido provocado (motor Otto), lleva orificios roscados donde se sitúan las bujías. En caso de ser de encendido por compresión (motor diésel) en su lugar lleva los orificios para los inyectores.
La culata se construye en hierro fundido, aluminio o en aleación ligera y se une al bloque motor mediante tornillos y una junta: la junta de culata. Se construye con estos elementos porque el sistema de enfriamiento debe ser rápido, y estos elementos se enfrían rápidamente.
Cuando la culata está dañada emite un sonido parecido a un golpeteo ligero y un poco fuerte en la cabeza. No son los busos ni las punterías. Cuando el motor está con los niveles correctos de aceite, los busos y punterías emiten un sonido parecido a un golpeteo continuo pero muy ligero y silencioso.
En un motor de combustión interna , la culata (a menudo abreviada informalmente como solo cabeza ) se encuentra por encima de los cilindros en la parte superior del bloque de cilindros . Cierra en la parte superior del cilindro, formando la cámara de combustión . Esta junta está sellada por una junta de culata . En la mayoría de los motores, la culata también proporciona espacio para los pasajes que alimentan aire y combustible al cilindro y que permiten que escape el escape. El cabezal también puede ser un lugar para montar las válvulas , las bujías y los inyectores de combustible .
Motores de válvulas laterales
En un motor de cabeza plana o válvula lateral , las partes mecánicas del tren de válvulas están todas contenidas dentro del bloque, y se puede usar una 'cabeza de cataplasma' que es esencialmente una placa de metal simple atornillada a la parte superior del bloque.
Mantener todas las partes móviles dentro del bloque tiene una ventaja para los motores físicamente grandes en que el engranaje impulsor del árbol de levas es pequeño y, por lo tanto, sufre menos los efectos de la expansión térmica en el bloque de cilindros. Con una transmisión por cadena a un árbol de levas en cabeza, la longitud adicional de cadena necesaria para un diseño de árbol de levas en cabeza podría generar problemas por el desgaste y la inclinación de la cadena sin un mantenimiento frecuente.
Los primeros motores de válvulas laterales se utilizaban en una época de química simple del combustible, índices de octanaje bajos y, por lo tanto, requerían relaciones de compresión bajas . Esto hizo que el diseño de su cámara de combustión fuera menos crítico y hubo menos necesidad de diseñar sus puertos y flujo de aire con cuidado.
Una dificultad experimentada en este momento fue que la baja relación de compresión también implicaba una baja relación de expansión durante la carrera de potencia. Por tanto, los gases de escape estaban todavía calientes, más calientes que un motor contemporáneo, y esto provocaba frecuentes problemas con las válvulas de escape quemadas.
Una mejora importante en el motor sidevalve fue la llegada de Ricardo 's cabeza turbulenta diseño. Esto redujo el espacio dentro de la cámara de combustión y los puertos, pero al pensar cuidadosamente en las rutas de flujo de aire dentro de ellos, permitió un flujo más eficiente dentro y fuera de la cámara. Lo más importante es que utilizó turbulencias dentro de la cámara para mezclar bien la mezcla de aire y combustible. Esto, por sí mismo, permitió el uso de relaciones de compresión más altas y un funcionamiento más eficiente del motor.
El límite del rendimiento de la válvula lateral no es el flujo de gas a través de las válvulas, sino más bien la forma de la cámara de combustión. Con motores de alta velocidad y alta compresión, la dificultad limitante pasa a ser la de lograr una combustión completa y eficiente, evitando al mismo tiempo los problemas de pre-detonación no deseada. La forma de una cámara de combustión de válvula lateral, que es inevitablemente más ancha que el cilindro para llegar a los puertos de la válvula, entra en conflicto con la consecución de una forma ideal para la combustión y también del pequeño volumen (y baja altura) necesario para una alta compresión. Los motores modernos y eficientes tienden por lo tanto hacia los diseños de techo reprimido o hemi, donde las válvulas se acercan al centro del espacio.
Cuando la calidad del combustible es baja y el octanaje es bajo, las relaciones de compresión estarán restringidas. En estos casos, el motor de válvulas laterales todavía tiene mucho que ofrecer. Particularmente en el caso del motor IOE desarrollado para un mercado con combustibles pobres, motores como Rolls-Royce serie B o Land-Rover utilizan una disposición complicada de válvulas inclinadas, una línea de culata en ángulo con el orificio y en ángulo correspondiente pistones para proporcionar una cámara de combustión compacta que se acerca al ideal casi hemisférico. Dichos motores permanecieron en producción hasta la década de 1990, y solo se reemplazaron finalmente cuando los combustibles disponibles "en el campo" se volvieron más propensos a ser diesel que gasolina.
Detalle
Internamente, la culata tiene pasajes llamados puertos o tractos para que la mezcla de aire / combustible viaje a las válvulas de entrada desde el colector de admisión y para que los gases de escape viajen desde las válvulas de escape al colector de escape. En un motor enfriado por agua , la culata también contiene conductos y pasajes integrales para el refrigerante del motor, generalmente una mezcla de agua y anticongelante, para facilitar la transferencia del exceso de calor lejos de la culata y, por lo tanto, del motor en general.
En el diseño de válvula en cabeza (OHV), la culata contiene las válvulas de asiento y las bujías, junto con tractos o 'puertos' para los gases de entrada y escape. La operación de las válvulas es iniciada por el árbol de levas del motor , que está ubicado dentro del bloque de cilindros, y su momento de operación se transmite a las varillas de empuje de las válvulas , y luego a los balancines montados en un eje de balancines; los balancines y el eje también son ubicado dentro de la culata de cilindros.
En el diseño del árbol de levas en culata (OHC), la culata contiene las válvulas, las bujías y los conductos
de admisión / escape al igual que el motor OHV, pero el árbol de levas ahora también está contenido
dentro de la culata. El árbol de levas puede estar asentado en el centro entre cada fila de compensación de válvulas de admisión y escape, y aún utilizando balancines (pero sin varillas de empuje), o el árbol de levas puede asentarse directamente sobre las válvulas eliminando los balancines y utilizando taqués de 'cucharón' .
Implementación
El número de culatas de cilindros en un motor depende de la configuración del motor . Casi todos los motores en línea (rectos) actuales utilizan una sola culata que sirve a todos los cilindros. Un motor V (o Vee) tiene dos culatas, una para cada banco de cilindros de la 'V'. Para algunos motores compactos en V de "ángulo estrecho", como el Volkswagen VR6 , el ángulo entre los bancos de cilindros es tan estrecho que utiliza un solo cabezal que abarca los dos bancos. Un motor plano (básicamente un motor en V, donde el ángulo entre los bancos de cilindros es ahora de 180 °) tiene dos cabezas. La mayoría de los motores radiales tienen una culata para cada cilindro, aunque normalmente es de forma monobloque, en la que la culata forma parte integral del cilindro. Esto también es común para las motocicletas, y dichos componentes de culata / cilindro se denominan barriles .
Algunos motores, en particular los motores diésel de capacidad media y grande fabricados para fines industriales, marinos, de generación de energía y de tracción pesada ( camiones grandes , locomotoras , equipo pesado, etc.) tienen culatas individuales para cada cilindro. Esto reduce los costos de reparación, ya que se puede cambiar una sola cabeza averiada en un solo cilindro en lugar de una unidad más grande y mucho más cara que se ajuste a todos los cilindros. Este diseño también permite a los fabricantes de motores producir fácilmente una "familia" de motores de diferentes diseños y / o números de cilindros sin requerir nuevos diseños de culatas.
El diseño de la culata es clave para el rendimiento y la eficiencia del motor de combustión interna, ya que la forma de la cámara de combustión, los pasajes de admisión y los puertos (y en menor medida el escape) determina una parte importante de la eficiencia volumétrica y la compresión. relación del motor.
| Nombres comunes | Árbol de levas | Válvulas de admisión | Válvulas de escape | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Doble árbol de levas en cabeza DOHC, Twin-Cam, Cammer | Cabeza | Cabeza | Cabeza | Permite un posicionamiento óptimo de las válvulas para una culata de flujo transversal . Los árboles de levas dobles se utilizan para permitir la actuación directa de válvulas bien colocadas, sin balancines. Extendido en el diseño de automóviles modernos |
| Árbol de levas en cabeza simple OHC, SOHC, leva única, "Jingle simple", leva | Cabeza | Cabeza | Cabeza | Ampliamente utilizado para automóviles en las últimas décadas, pero cada vez más reemplazado por DOHC. A veces utiliza balancines para accionar algunas válvulas, otras veces no |
| Válvula en cabeza OHV, I-Head, varilla de empuje, leva en bloque | Bloquear | Cabeza | Cabeza | Todavía se usa en algunos motores V8 de gran cilindrada, generalmente de origen estadounidense o británico. Necesita varillas de empuje y balancines para accionar las válvulas. |
| Válvula lateral Flathead, L-Head, T-Head | Bloquear | Bloquear | Bloquear | Una vez universal, ahora obsoleta La configuración más simple posible Las levas operan directamente en las válvulas |
| El exceso de entrada de escape OIE, F-Head, Ingesta-Over-escape | Bloquear | Cabeza | Bloquear | Siempre poco común, obsoleto durante décadas |
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