La culata es una parte del motor de un auto, componente mecánico que va ubicado en los motores de combustión interna de los autos. Tiene la misión de evitar pérdidas de compresión en el interior de los cilindros, al cerrar la parte superior de estos estos dispositivos. Asimismo puede contener en su interior las válvulas de admisión y las de escape, el árbol de levas, el cigüeñal con las bielas y los pistones. Conoce las partes de la culata y sus funciones. Generalmente, estas piezas están fabricadas de hierro fundido, de manera de ofrecer mayor durabilidad y economía, a pesar que son más pesadas. Igualmente están elaboradas de aleación de aluminio, siendo un material menos pesado.
¿Qué es la culata?
La culata es una pieza fabricada a base de metal que va instalada en el bloque de un motor de combustión interna de un vehículo para cerrar por uno de los extremos los cilindros. En un motor la parte superior del cilindro se cierra con una pieza conocida como culata. La culata va atornillada en la parte superior del bloque de cilindros. Esta junta está cubierta por una junta de cabeza. Es una cámara de combustión, bujías y algunas veces válvulas (en las cabezas I y F).
En la mayoría de los motores, la culata contiene conductores que proveen aire y combustible a los cilindros y además permiten la salida de los gases de escape. La culata es una pieza que por lo general está elaborada de hierro gris o aleación de aluminio. El aluminio ofrece las ventajas que es liviano y alta conductividad térmica.
Partes de la culata
Esta pieza es compuesta por las siguientes partes:
- Junta de cabeza
- Puertos de admisión y escape
- Válvulas de cabeza
- Cámara de combustión de cabeza
- Bujías
- Inyectores de combustible
- Árbol de levas de cabeza
- Piezas adicionales de la culata
1. Junta de cabeza
Se encuentra ubicada entre la culata y el bloque del motor. Una junta de cabeza va a atornillada en la parte superior de la carcasa del motor. Las juntas funcionan como un sello entre la culata y el bloque del motor. La principal función es evitar que el aceite y el refrigerante del motor se filtren o se mezclen.
2. Puertos de admisión y escape
Los puertos de admisión y escape forman parte de la culata. El puerto de admisión se encarga de que el aire circule por medio de un canal hacia la culata y la cámara de combustión. Luego del proceso de combustión, los gases se eliminan de la cámara de combustión por el puerto de escape. Este proceso evita la acumulación de presión interna, que puede generar una explosión.
3. Válvulas de cabeza
Las válvulas en un motor tienen la función de cerrar y abrir, con el propósito de detener o evitar la entrada de aire y combustible a la cámara de combustión. En un motor de combustión interna, cada cilindro tiene dos válvulas: la válvula de admisión que por lo general es más grande, y la válvula de escape, de tamaño pequeño.
4. Cámara de combustión principal
La cámara de combustión de la cabeza se denomina núcleo del motor. En donde se quema la mezcla aíre-combustibles para que ocurra la energía necesaria para hacer funcionar el vehículo. La cámara de combustión está fabricada con diversos diseños y tamaños. Todo dependerá del motor y aplicación del automóvil.
5. Bujías
La energía se encarga de emanar energía a la cámara de combustión para encender la mezcla de aire y combustible. Las bujías son piezas que van instaladas en las culatas de los cilindros y sus puntas van directamente a la cámara de combustión. Generalmente van enroscadas para garantizar un sello hermético.
6. Inyectores de combustible
Los inyectores de combustible igualmente se pueden encontrar en la tapa de la culata. En un motor diésel, los inyectores inducen el combustible hacia la cámara de combustión por medio de la bomba de inyección.
7. Árbol de levas principal
La culata es una pieza que igual contiene el árbol de levas. El árbol de levas funciona para abrir y cerrar las válvulas. El cigüeñal forma parte de los elementos del bloque del motor, usa una correa para impulsar el árbol de levas de la culata.
8. Piezas adicionales de la culata
Además la culata cuenta con puertos encargados de lubricar y enfriar el motor. Las formas de las lumbreras de la culata varían, así como los diseños de la culata. La finalidad de cada tipo de fabricación es que cada pieza funcione lo más eficiente que pueda.
Construcción de la culata
Se funde separado del bloque de cilindros para limpiar y eliminar la carbonilla y esmerilado de la válvula. Se realiza para mantener la compresión dentro del cilindro, se instala una junta planta entre la culata y el bloque de cilindros.
En ciertos casos, como en los motores de automóviles de carreras, no se usa un cabezal separado. Aunque una sola pieza del bloque de cilindros y la culata es difícil y cara de construir, y las piezas internas del motor no son muy accesibles.
Dependiendo del diseño de la válvula, la culata puede contener árboles de leva, balancines y válvulas. Su suministran vías de agua para ajustar el asiento de la válvula y el tapón. Mecánicamente los detalles del diseño de una culata desmontable posiblemente sean los más complicados.
Para desmontar las cabezas de la culata se debe considerar lo siguiente:
- El diámetro interior del cilindro o lineal, no se debe distorsionar por el tirón de los pernos de sujeción.
- La circulación de refrigerante en la culata debe llevarse lo más lejos posible al extremo superior.
- Para garantizar una junta hermética al gas, los pernos de sujeción deben distribuirse lo más uniformemente posible alrededor de la circunferencia de cada cilindro.
Función de la culata
La culata tiene una función vital en el motor del automóvil. La estructura de la culata resulta complicada cuenta con una variedad de puertos. Uno de los puertos está fabricado para hacer funcionar una parte del motor. Suministra el montaje de diversos componentes tales como: válvulas y conductos de escape de entrada y salida, bujías, inyectores de combustibles y árbol de levas. Por otra parte, permite el flujo del refrigerante, el aceite y los gases de combustión.
El bloque del cilindro se encarga de absorber el calor generado por el motor, por lo que produce enfriamiento para evitar problemas en el motor. Sella la cámara de combustión y gestiona como centro de control mecánico del motor. Igualmente elimina la compresión que resulta del proceso de presión de combustión.
Cuatro diseños de culata
Se pueden apreciar en las figuras cuatro diseños de culata y la ubicación de las válvulas. Y se describe de la siguiente manera:
En (a) se encuentra la construcción popular de la válvula lateral junto con todas las válvulas en línea, se aprecia la cabeza desmontable del tipo de turbulencia. El pistón se aproxima mucho a la posición plana de la culata.
En (b) se visualiza la construcción de la válvula inversa de la culata que ofrece una correcta eficiencia volumétrica, debido a que se puede utilizar una válvula de entrada de gran tamaño y el puerto de la válvula que permite el acceso directo al orificio.
En (c) se puede apreciar la culata con válvulas verticales en línea simple que permite la sencilla varilla de empuje y el balancín.
En (d) se observa una cabeza hemisférica adecuada que se utiliza en varios diseños de alto rendimiento. En este diseño, el recorrido de la llama es corto y una corona de pistón abovedada puede suministrar con facilidad una elevada relación de comprensión.
Tipos de culata
A continuación vamos a conocer los diferentes tipos de culata que existen:
- Culata de cilindro de cabeza plana
- Culata de válvulas en cabeza
- Culata de cilindros del árbol de levas en cabeza
1. Culata de cilindro de cabeza plana
Este tipo de culatas pertenecen al grupo que tienen una sola pieza de metal de hierro fundido, sin componentes mecánicos. Por otra parte, tienen un diseño sencillo, el tipo de culata de motor de cabeza plana presente sus inconvenientes.
Las válvulas se encuentran colocadas a los lados del bloque del motor. Lo que conlleva a que los gases de admisión se movilicen en un ángulo de 90º, esto produce una combustión pobre y una relación de compresión baja. Todo se debe a las fallas de diseño, el cilindro de cabeza plana no es considerado común.
Estas piezas son sencillas de fabricar y necesitan un bajo costo, la cabeza interviene para que el refrigerante circule de una forma más eficiente. Es liviano y permite un motor compacto. Se puede ubicar en motores pequeños como los que se utilizan en las cortadoras de césped, tractores pequeños y vehículos agrícolas.
2. Culata de cilindro de válvulas en cabeza (OHV)
Las culatas de cilindros con válvulas en cabeza son de fabricación compleja, igualmente se conocen por las culatas de cilindros tipo I. Incluye las partes del tren de válvulas, las bujías y los pasos para la circulación de los gases de admisión y escape.
Los motores que tienen tipos de culata OHV suelen a funcionar de manera óptima, todo se debe por la ubicación de las válvulas y los conductos de admisión. El flujo de gases de admisión funciona con rapidez y es más suave por el diseño de las vías.
El beneficio de colocar este tipo de culata se debe a que los puertos de escape son más eficientes, por otro lado la cabeza no se calienta en comparación con el tipo de cabeza plana. También se aproxima al árbol de levas del cigüeñal.
3. Culata del cilindro del árbol de levas en cabeza (OHC)
Este tipo de culata aceptan partes del tren de válvulas, bujías y puertos de admisión y escape, y la culata igual permite el árbol de levas. La ubicación de los árboles de lea en la culata va a variar. Pueden estar ubicados en el medio, en el medio de una fila de válvulas o en la parte superior de la válvula.
Una culata OHC está disponible con dos configuraciones a saber: una simple y doble. En una sola culata OHC, se tienen válvulas de admisión y escape en un sólo árbol de levas. En una culata de cilindro OHC dual contiene dos árboles de levas separados, para la válvula de admisión y escape.
Ventajas del cilindro y la culata
Existen ciertas ventajas del cilindro y la cabeza de aleación de aluminio, las conoceremos seguidamente:
- Mayor conductividad térmica que es aproximadamente tres veces la del hierro fundido.
- El peso es más ligero
- Mayor relación de compresión sin detonación a causa de la conductividad térmica.
- Mejor enfriamiento mientras el motor está funcionando.
- Mayor potencia de salida y bajo consumo de combustible, todo por una mayor relación de compresión y un mejor efecto de enfriamiento.
- El motor se calienta más rápido y necesita un radiador de menor dimensión.
Desventajas
También el cilindro y cabeza de aleación de aluminio tiene sus desventajas, tales como:
- El motor es más costoso debido a la rápida aleación de aluminio.
- Quizás pueda deformarse al sujetar los montantes a causa del bajo módulo de elasticidad.
- Debido a la mayor expansión térmica, se necesita una mayor holgura entre el pistón y el cilindro.
- Mayor posibilidad de corrosión por agua de refrigeración.
- A veces, es necesario usar asientos de válvulas de hierro fundido e inserto de bujías.
- Debido a la corrosión intermetálica entre los pernos de acero y la aleación de aluminio, la culata puede adherirse a los bloques de cilindros.
Aplicaciones de la culata
Entre las aplicaciones de la culata se encuentran las siguientes:
- La culata se encuentra integrada al bloque de cilindros, en muchos casos es recurrente en automóviles de carrera para conseguir una junta hermética al gas.
- El tipo de cabeza desmontable ofrece más ventajas que la de fabricación integral.
- Aunque ciertos motores de servicio pesado que necesitan cantidades de enfriamientos más elevadas, como los autos de carreras, pueden utilizar aleaciones de cobre.
Conclusión
Como se ha mencionado se refiere a un metal desmontable que se instala sobre la parte superior del bloque de cilindros. Su función principal es cerrar la cámara de combustión del motor desde arriba.
Redacción Gossipvehículo
