LA CULATA 1.- CONSTITUCION Y PARTES Constitución: La culata es la pieza que va ubicada sobre el bloque motor, haciendo de cierre de los cilindros, produciéndose las explosiones en la misma en la mayor parte de las veces. Van instaladas en la culata sendas válvulas de admisión y escape, o los elementos de encendido o inyección, según del tipo de motor que sea.
Partes: Los huecos labrados en la culata, forman las cámaras de combustión, que es donde están los gases encerrados al final de la compresión. Rodeando a estas cámaras hay unas cavidades, que comunican con las camisas de agua del bloque a través de orificios, por los que llega el líquido refrigerante. En la cámara de combustión, se dispone un orificio roscado en el que se aloja la bujía. En los motores diesel se prevé el acoplamiento del inyector y en algunos una precámara. También en la cámara de combustión, se sitúan las válvulas de escape y de admisión , labrándose en la culata los oportunos conductos de llegada y evacuación de gases.
2 MATERIALES DE FABRICACION DE LA CULATA 2.1Materiales Aleación de aluminio: la culata se construye de aleación de aluminio, silicio y magnesio. Sus principales cualidades son una buena resistencia, peso reducido y gran transferencia de calor, lo que permite alcanzar rápidamente la temperatura de funcionamiento y facilita la refrigeración. Estas culatas son más caras de fabricar y son más frágiles porque sufren mayores deformaciones. Pero tienen la ventaja de su menor peso y su mayor capacidad de refrigeración del motor. Estas características hacen que las culatas de este tipo sean la más utilizadas actualmente. Se pueden montar tanto en motores con bloque de fundición como de aleación de aluminio. Hierro fundido: la culata se construye con una aleación de hierro, cromo y níquel, que la hacen más resistente y menos propensa a las deformaciones. Estas culatas admiten un mayor par de apriete y es más resistente a las deformaciones y tiene la desventaja de su mayor peso y su menor capacidad de refrigeración del motor 1
2.2Ventajas e inconvenientes(mirar arriba) 2.3 La junta de culata La junta de culata es la junta plana sometida a las mayores exigencias de trabajo en el interior de un motor. Tiene la función de sellar las cámaras de combustión, los conductos de refrigerante y lubricante, y los agujeros de los tornillos entre sí. Dependiendo del diseño del motor, una junta de culata consta de varias láminas de acero. Así por ejemplo, los motores Diesel de elevada carga de funcionamiento precisan de unas juntas de culata con un diseño constructivo mucho mayor que los motores Otto de escasa potencia y poca carga.
Las prestaciones de las juntas culatas deben resistir todo tipo de requerimiento químico, físico y estructural de los motores y deben ser construidas con una elevada resistencia a: los gases de combustión y a diversos fluidos agresivos, las altas temperaturas y rápidas variaciones térmicas de hasta 240ºC, y las altas presiones de combustión extremadamente variables y puntuales de hasta 120 bar en motores Otto y más de 200 bar en los motores Diesel, por citar algunos datos. Para elegir el tipo de junta culata que montaremos sobre el motor hay una serie de datos que hay que tener en cuenta. Uno de los datos es la distancia entre la superficie del pistón (C) en el punto muerto superior (PMS) y la superficie de separación del bloque motor. Otro dato importante es el espesor de la junta que viene determinado por el "número de entalladuras" o muescas.
3 .-TEORÍA DE LAS VÁVULAS 3.2 Partes, materiales y fabricación de las válvulas.
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3.2.1 Partes de la válvula La válvula, está formada por dos partes fundamentales: la cabeza , el vástago , que sirve para guiar el movimiento y transmitir a la cabeza la carga del muelle de retención, al que se fija con las medias chavetas, que disponen unos resaltes internos, que encajan en la escotadura dispuesta en el vástago de la válvula, quedando en posición por medio del platillo. Estas escotaduras suelen ser diferentes para las válvulas de admisión y para las de escape. El vástago de la válvula se desliza sobre una guía de fundición, que suaviza el rozamiento y disminuye el desgaste debido al funcionamiento de la válvula. Dicha guía se monta a presión en la culata. El juego u holgura entre la cola de la válvula y su guía debe ser el adecuado a fin de impedir que pase aceite a la cámara de combustión a través de ambos. En algunas ocasiones se dispone un retén en forma de anillo de caucho, emplazado en la guía de la válvula. El muelle descansa en la culata sobre el platillo y por su extremo opuesto apoya en el platillo, que a su vez aloja a las chavetas, que forman el sistema de fijación de la cola de la válvula. 3.2.2 Materiales de fabricación de la válvula En su fabricación se emplean aceros de alta calidad que aguantes altas presiones y temperaturas sin llegar a deformarse, y sean resistentes a la corrosión 3.2.3 Cálculos Velocidad del embolo: V=(2XLXn)/60 Desplazamiento de la válvula: h=d/4 Carga de las superficies: F=pmXa1 (kgf/cm2)
dimensión vástago válvula : d1=d/4 gas que pasa por la válvula: A=piXd1Xa Fc= F/a2
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3.3 TIPOS DE VALVULAS -Válvulas de cabeza esférica -válvulas de cabeza plana -válvula de tulipa -Válvulas especiales: válvulas con deflector y válvulas refrigeradas de sodio metálico
4. MUELLES DE VÁLVULAS 4.1 Introducción El cierre de las válvulas se encomienda a la acción de un muelle, cuya tensión debe ser suficientemente alta para cerrar la válvula rápidamente, aún en los altos regímenes y, al mismo tiempo, lo más baja posible para no dificultar en exceso la apertura de la válvula. Se construyen generalmente en acero aleado con silicio-magnesio. 4.2 Tipos de muelles Los tipos de muelles más comunes son: -espiras de paso constante -espiras de doble resorte -espiras de paso variable 4.3 Materiales de fabricación de los muelles En la construcción de los muelles, se tiene en cuenta la resonancia, el límite de fatiga del material empleado y el tratamiento térmico necesario, todo ello atendiendo a las condiciones de temperatura del funcionamiento. Se suelen utilizar aceros de gran calidad, con resistencia a la torsión y un elevado modulo de elasticidad.
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5. ASIEN TOS Y GUIAS DE VALVULAS
5.1 Asientos de válvula Son piezas postizas que van sobre la culata y sobre las cuales se asientan las válvulas logrando el cierre hermético de la cámara de combustión. Son montadas para no castigar mucho la culata con los golpes de la válvula, pues la culata es muy endeble. Se fabrican en fundición gris centrifugada y nitrurada, aleada con cromo níquel para elevada dureza y resiliencia. 5.2 Guías de válvulas Son piezas postizas como los asientos de válvula, son unos casquillos cilíndricos que se insertan a presión sobre la culata. Su función es la de guiar el vástago de la válvula en su recorrido, evitar desgaste de culata y transmitir el calor de la válvula al circuito de refrigeración. Se suelen fabricar con un material llamado nilresist, el cual tiene gran conductividad del calor, gran resistencia a la fricción y propiedades auto lubricantes.
6. BALANCINES Elemento de la distribución que transmite el movimiento de la leva o de la varilla a la válvula, aprovechando el principio de la palanca. El balancín está generalmente apoyado en un punto intermedio actuando como una palanca de primer grado; pero puede también estar apoyado en un extremo y en tal caso se le llama balancín «tipo dedo».
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Los balancines fueron aplicados ya a los motores de automóviles en el siglo pasado, con la distribución de válvulas laterales y árbol de levas en el bloque. De hecho, los perfiles de las levas transmitían las solicitaciones laterales sobre las varillas de los empujadores y. por consiguiente, sobre los casquillos que las guiaban; para paliar dichos inconvenientes se interpuso entre leva y varilla un balancín «tipo dedo» que absorbía todas las fuerzas laterales, transmitiendo así a las varillas sólo cargas axiles. El contacto con la leva podía ser realizado por un patín o por un rodillo. La solución por rodillo era la más difundida, puesto que los lubricantes existentes no permitían eliminar el desgaste de los contactos de fricción. 7 DESMONTAJE DE LA CULATA 7.1 Desmontaje de la culata del motor y fuera de el Lo primero de todo que hay que hacer en un motor para desarmarlo entero es quitar todos los objetos por los que está formado un motor: bobina, delco,alternador, motor de arranque, caja de cambios, embrague, volante motor, bomba de gasolina, colector de admisión con el carburador (todo en uno), y el colector de escape. Después de realizar el desmontaje de estas piezas, lo que nos queda es lo siguiente: la tapa de balancines, la culata, el bloque y el cárter. Llegados a este punto o bien al principio vaciamos el aceite del motor y retiramos el filtro del aceite. Soltamos la tapa de distribución, aflojamos el tensor de la correa de distribución y retiramos la correa. Soltamos la tapa de distribución, aflojamos el tensor de la correa de distribución y retiramos la correa. Luego soltamos los tornillos que sujetan tanto a la polea de distribución del árbol de levas como a la polea de distribución del cigüeñal. Soltamos la tapa de balancines, luego los sombreretes del árbol de levas teniendo en cuenta que soltaremos progresivamente y desde el exterior hacia el centro.
Luego retiramos los taques, Así− podremos retirar el Árbol de levas con mucho cuidado. Continuamos soltando y tenemos que soltar la culata; para esto tenemos que soltar los tornillos de la culata de dentro hacia fuera y de 6
forma progresiva. Una vez quitada la culata del bloque, nos la llevamos a un lugar donde se pueda Trabajar con ella, y el primer paso que vamos a hacer es el desmontaje de las Válvulas, para eso se utiliza un UTIL que con dicho instrumento se le presiona y comprime los muelles para que se puedan liberar las colas de las válvulas, retirar Los clips y una vez que los dos semiconos estén fuera, la válvulas salen solas. Una vez sacadas todas las válvulas hay que ordenarlas todas para que estén en Su lugar, estando ya la culata vacía pasamos a limpiarla con una escobilla Metálica y se comprueba que toda esta bien, una vez comprobado que todo pinta Bien se vuelven a colocar las válvulas para eso hace la técnica de esmerilar, Una vez vuelvas a meter las válvulas en su posición de una a una, se coge una Pasta para esmerilar y se hecha en el borde de la cazoleta. La técnica de Esmerilar se emplea para que la válvula una vez montada no pierda presión, Pues con una ventosa se frota la cazoleta unos 5 minutos hasta que pierde el brillo, Una vez puestas todas las cazoletas ya pasamos a meter su muelle con su guía, para eso volvemos a coger el útil, y comprimimos la válvula y lo que tenemos que hacer Es meter los semiconos en su sitio y las cazoletas de retención , una vez metidos todos terminamos con el 1 proceso de las válvula, la comprobación final es calcular el volumen de la cámara de combustión mediante una probeta graduada y llena Con un liquido de frenos hasta una referencia determinada, y se le llena otro poco Con gasolina, introducir el liquido por el agujero central del disco hasta llenar la Cámara de combustión que estará llena cuando desaparezca la burbuja de aire por el orificio
8. LIMPIEZA DE LA CULATA Para limpiar la culata y dejarla preparada para su nuevo montaje y posterior uso, se pueden utilizar varios limpiadores, uno es el ya conocido ZOTAL, que quitara hasta el último resto de grasa, pero tiene que ser retirado con gasolina o gasoil en su defecto. También se puede limpiar con liquido una solución de agua y sosa a unos 80ºC durante 20 minutos.
9. COMPROBACIÓN DE CULATA La culata de un motor está sometida en el funcionamiento del mismo a grandes temperaturas y elevadas presiones, que producen dilataciones importantes, seguidas de las correspondientes con tracciones al enfriarse el motor una vez parado. Como consecuencia de todo ello, pueden producirse deformaciones permanentes e incluso grietas, que dificultan el buen funcionamiento del motor.
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9.1 Comprobación de grietas Lo primero es limpiar los restos de carbonilla de las cámaras de compresión y en los huecos de la salida de los gases. Tras repasar los huecos con aire comprimido se efectúa un lavado a presión de las cámaras de refrigeración. Debe comprobarse que no existen grietas ni fugas en la superficie de apoyo con el bloque, en los conductos de admisión y escape y en las cámaras de combustión. La comprobación se realiza a ojo o con el magnetoscopio. 9.2 Comprobación de rectitud. Rectificado de culata La cara de asiento con el bloque motor tiene que estar perfectamente para evitar fugas durante la compresión y combustión de los gases. Esto se comprueba con el mármol, sobre el cual extendemos una negro de humo o minio y se pasa la culata por encima, si esta se impregna entera todo esta correcto, si hay alguna parte que no, es que existe desigualdad y hay que llevarla a rectificar, eliminando así las diferencias Cuando se rectifica una culata se reduce la cámara de compresión haciendo más violenta la explosión, dándole así mas fuerza al coche. Rc-1=Vu/Vc ; Vc=Vu/Rc-1 10 COMPROBACIONES DE VALVULAS 10.1 comprobación de guías y asientos de válvulas
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Las holguras entre el vástago y su guía así como las deformaciones del primero, se compruebas con un comparador, cuyo palpador, se pone en contacto con la periferia de la cabeza estando la válvula montada en su alojamiento. Una vez hecho esto, se hace girar la válvula sobre su eje observando si existen derivaciones de la aguja del comparador. De existir estas, habría que sustituir la bujía. La holgura entre el asiento y su guía se comprueba moviendo la válvula lateralmente para acercarla y alejara del palpador del comparador. La diferencia entre medidas nunca debe ser superior a 0’15mm. Si el huelgo es excesivo, se sustituirá la válvula. Esta operación puede realizarse también mediante un tornillo micrométrico. 10.2 Comprobación de muelles de válvulas La comprobación de los muelles de válvula se pueden realizar de dos maneras: -
Con una maquina especial que comprueba la carga de los muelles y compara los valores obtenidos con los dados por el fabricante. Si no se dispone de esta máquina, se comparará con otro muelle igual, pero en condiciones optimas y de existir diferencia se indicaría y se sustituirían.
11. RECTIFICADO Y ESMERILADO DE VALVULAS Y ASIENTOS
11.1 Rectificado de válvulas con maquina La operación de repasado consiste en repasar las superficies de asiento de la cabeza hasta que queden perfectamente lisas y a la medida deseada. En las cabezas de válvula este proceso se realiza con una fresa sujeta a mango y guiada a mano, con maquinas portátiles especiales, o por medio de un utillaje adecuado. 11.2 Esmerilado de válvulas con ventosa Después de rectificar, hay que esmerilar que es un proceso que consiste en frotar la cabeza contra su asiento, interponiendo una capa de polvo de esmeril(silicona). Esta operación proporciona un cierre hermético de la válvula en su asiento y se realiza aplicando una ventosa sobre la cabeza de la válvula haciéndola girar en ambos sentidos.
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12. DISTINTOS TIPOS DE CAMARA PARA GASOLINA
12.1 Cámara alargada Empleada en motores con válvulas laterales. Tiene una gran superficies interior con zonas lejos del punto de ignición, formando rincones donde se acumula la carbonilla y otros restos de la combustión que originan el autoencendido. Son baratas y sencillas. 12.2 Cámara de bañera y en cuña Cámara de cuña: buena resistencia a la detonación y reducida superficie interior. La forma de cuña permite la acumulación de mezcla alrededor de la bujía lo que origina un buen frente de llama. Ofrece buen rendimiento pero menor que la hemisférica. Cámara de bañera: se puede conseguir un buen alanzado de válvulas, pero el diámetro de estas que muy reducido por la falta de espacio y el recorrido del frente es excesivamente largo. Poco utilizada debido a su bajo rendimiento 12.3 Cámara cilíndrica. En primer lugar, hallamos las cámaras en forma cilíndrica, más frecuentes por su bajo costo y buenas prestaciones, con las que la chispa de la bujía está en contacto directo con la totalidad de la mezcla. 12.4 Cámara hemisférica Es la más propicia para conseguir elevadas potencias específicas debido a su forma, que permite la utilización de grandes válvulas y la colocación de la bujía en posición central. Estas cámaras proporcionan un mejor rendimiento ya que permiten altos regímenes de rotación. El mayor problema que ofrecen estas cámaras es el complicado sistema de mando de las válvulas 12.5 Otros tipos de cámara Cámara en el pistón (Herón): la culata es plana ya que la cámara de combustión se encuentra en la cabeza del pistón, la forma de la cámara crea una fuerte turbulencia durante la compresión. Se consigue una mezcla muy homogénea que permite utilizar elevadas relaciones de compresión y empobrecer ligeramente la mezcla. Cámara de inyección directa: se emplean cámaras de combustión cuya parte superior es de tipo hemisférico convencional. Lo característico es la forma de la cabeza del pistón. En ciertas fases trabaja con mezclas pobres y para conseguirlas se sirve de unos deflectores en el pistón cuya forma orienta un torbellino de gas y dirige el combustible inyectado de manera que se concentra una mezcla rica en torno a la bujía y una pobre en la periferia. 11. MEDICIÓN DEL VOLUMEN DE CAMARA 10
Instalar la bujía. Engrasar los asientos e instalar las válvulas. Engrasar la superficie de la culata y apoyar allí una placa plana de acrílico transparente, con una perforación pequeña al centro. Llenar el espacio con líquido hidráulico midiendo al mismo tiempo el volumen que se utiliza para hacerlo.
Para cubicar se emplea un tubo de vidrio graduado en centímetros cúbicos y que en su extremo posee una llave de paso.
Aplicar grasa en torno a la cámara e instalar la placa de acrílico sobre ella.
Llenar e inclinar la culata para eliminar, a través del orificio, las burbujas que se forman.
14 MONTAJE DE LA CULATA 14.1 montaje de elementos de la culata En el montaje de la culata sobre el bloque de cilindros, es necesario resaltar que el apriete de los tomillos de fijación debe realizarse en dos fases como mínimo, siguiendo un determinado orden, partiendo de los centrales hasta ambos extremos, siguiendo un orden de rotación. Con ello se consigue un buen acoplamiento y que no se produzcan deformaciones en la culata en la operación de montaje.
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