Guayo
04-Jun-2006, 16:43
1.- CONSTITUCIÓN Y PARTES
http://www.arpem.com/images/tecnica/culata/culata1.jpgCasi la totalidad de los motores refrigerados por agua están provistos de una culata independiente. Se une a él por medio de tornillos dispuestos de forma adecuada. Estos aseguran la unión e impiden deformaciones por la acción del calor y de la presión.
La culata acopla al bloque motor una junta de amianto. Esta realiza una unión entre ambos que impide la fuga de gases de la compresión o del líquido refrigerante.
http://www.arpem.com/images/tecnica/culata/culata2.jpgLos huecos (B) 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 (C), por los que llega el líquido refrigerante. En la cámara de combustión, se dispone un orificio roscado (D) 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 (E) y de admisión (A), labrándose en la culata los oportunos conductos de llegada y evacuación de gases.
2.- MATERIALES DE FABRICACIÓN DE LAS CULATAS. VENTAJAS E INCONVENIENTES.
Se fabrica generalmente de fundición aleada con otros materiales, que añaden características de resistencia, rigidez y conductividad térmica. En otras ocasiones se usan aleaciones de aluminio. Este material combina la ligereza con un alto grado de conductividad térmica. Esta característica es muy deseable. Asegura que el calor de la combustión sea evacuado al exterior, evitándose la formación de puntos calientes que pueden ocasionar la detonación. Se logra con estas culatas elevar la relación de compresión, con la mejora del rendimiento del motor. En los motores refrigerados por aire, la culata suele formar parte del mismo cilindro y en ocasiones es desmontable.
3.- TEORÍA DE LAS VÁLVULAS
Las válvulas tienen la misión de permitir la entrada y salida de gases al cilindro en los momentos adecuados de cada fase, cerrando herméticamente los conductos de acceso y evacuación de la cámara de combustión durante el tiempo restante del ciclo. Dado su funcionamiento, están sometidas a grandes solicitaciones mecánicas y térmicas.
La válvula, esta formada por dos partes fundamentales: la cabeza o plato (6), que aplicándose en su asiento en la cámara de combustión cierra el conducto de entrada o salida, y el vástago o cola (7), que sirve para guiar el movimiento y transmitir a la cabeza la carga del muelle de retención (3), al que se fija con las medias chavetas (1), que disponen unos resaltes internos, que encajan en la escotadura dispuesta en el vástago de la válvula, quedando en posición por medio del platillo (2). Estas escotaduras suelen ser diferentes para las válvulas de admisión y para las de escape.
http://www.arpem.com/images/tecnica/culata/culata3.jpgEl vástago de la válvula se desliza sobre una guía (8) de fundición, que suaviza el rozamiento y atenúa 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 (4) en forma de anillo de caucho, emplazado en la guía de la válvula. El muelle descansa en la culata sobre el platillo (5) 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.
http://www.arpem.com/images/tecnica/culata/culata4.jpgLa válvula se sitúa en la culata, de modo que el muelle (M), apoyándose por un extremo en la propia culata, tira de la cola de la válvula hacia arriba por medio del platillo (P) y chaveta (H), unidos al vástago en un rebaje apropiado. El empuje transmitido por el muelle, aplica a la cabeza de la válvula (D) contra su asiento (A) en la culata, impidiendo la comunicación entre la cámara de combustión (C) y el colector (B), que solamente se establece cuando la leva (L) presenta su saliente al balancín en su extremo (J), en cuyo caso, empuja por el extremo (K) a la cola de la válvula provocando su apertura.
http://www.arpem.com/images/tecnica/culata/culata5.jpgLa estanqueidad de la cámara de combustión se logra disponiendo en la cabeza de la válvula un perfil troncocónico (en la periferia), que generalmente adquiere un ángulo de 45°. Esta superficie apoya en un asiento de conicidad ligeramente menor y de ancho x, que con el funcionamiento y a consecuencia del desgaste normal, se adapta a la superficie de la cabeza de la válvula. Los asientos de válvula suelen ser postizos, con forma de anillo y se montan con interferencia en los alojamientos de la cámara de combustión. En el proceso de montaje se calienta el alojamiento de la culata y se enfría el asiento (zona rayada), montándolo a continuación. Cuando ambos adquieren la temperatura ambiente, el asiento queda aprisionado.
Los asientos de válvula se fabrican en la actualidad de aleaciones especiales de acero, capaces de soportar las elevadas temperaturas a que estarán sometidos. En algunas ocasiones se recubre de estelita (aleación de cobalto, tungsteno y cromo) la superficie de apoyo con la válvula. Las válvulas se abren desplazándose hacia el interior de la cámara de combustión, con lo que se favorece la estanqueidad, dado que la presión de los gases tiende a cerrarlas. La forma de la cabeza de la válvula y su acoplamiento al asiento se realizan de manera que, en consonancia con la alzada, se permita una gran sección de paso al gas y una orientación adecuada que frene lo menos posible su velocidad. Esta es la razón por la que el asiento forma generalmente un ángulo de 45° con el plano de la cabeza de la válvula. La unión de ésta al vástago se redondea siguiendo la forma más idónea para el recorrido del gas. Con el mismo objeto se adapta el colector a la cámara de combustión con la inclinación mas propicia.
En la mayor parte de los motores, las válvulas de admisión presentan una cabeza de mayor tamaño que las de escape, para facilitar el mejor llenado del cilindro. Las de escape, por el contrario, resultan de mayor resistencia a las altas temperaturas debido al menor tamaño de la cabeza. En otras ocasiones se disponen cuatro válvulas por cilindro con el mismo fin. En otros casos se emplean dos válvulas de admisión y una de escape por cilindro para mejorar el llenado del mismo. Dadas sus peculiares condiciones de funcionamiento, las válvulas deben resistir los repetidos golpes contra sus asientos que se producen en el cierre y las altas temperaturas a que están sometidas, sin que se produzcan defomaciones ni agrietamientos del material que, por estas causas, debe ser de una calidad excelente. Las válvulas son refrigeradas tanto mejor cuanto menor es el tamaño de su cabeza y mayor es el diámetro y longitud del vástago. Como las válvulas de escape quedan sometidas a la acción de los gases que salen todavía ardiendo en la fase de escape, en su construcción se emplean aceros especiales, con aleaciones al cromo-silicio o cromo-níquel, que les confieren una gran dureza, capaz de soportar los grandes esfuerzos a que estarán sometidas y las corrosiones debidas a las elevadas temperaturas de funcionamiento. En algunos casos, el vástago y parte de la cabeza son huecos y están rellenos de sodio, que con el calor pasa a su estado líquido, mejorando la transmisión de calor de la cabeza al vástago y la evacuación del mismo a través de éste y su guía. Las válvulas de admisión se construyen generalmente con aleaciones de acero al níquel, de inferior calidad, dado que su trabajo es sensiblemente menor que el de las de escape.
El emplazamiento de las válvulas en el cilindro y su sistema de mando, difiere de unos motores a otros. Actualmente se ha generalizado la disposición de las válvulas en la culata, bien accionadas desde el árbol de levas emplazado en el bloque motor (sistema OHV), o bien situado en la culata (sistema OHC).
4.- MUELLES DE VÁLVULAS
http://www.arpem.com/images/tecnica/culata/culata6.jpgEl 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 mas baja posible para no dificultar en exceso la apertura de la válvula. Se construyen generalmente en acero aleado con silicio-magnesio.
Se deforman por igual en todas sus espiras cuando son cargados de una manera lenta y progresiva, pero si se le somete a un brusco aumento o disminución de la carga como ocurre durante el funcionamiento del motor, la inercia de sus espiras interviene modificando el comportamiento. Si se le somete bruscamente a una compresión, las espiras más cercanas al extremo donde se aplica la carga, experimentan un mayor acercamiento entre sí, se comprimen mas, que posteriormente se transmite a las espiras centrales y las del extremo opuesto. La deformación de las espiras del muelle sigue un movimiento de acordeón, comenzando por el extremo donde se aplica la carga. Cuando se distiende el muelle, el movimiento de acordeón es de sentido contrario. La conclusión de este hecho es que las espiras centrales del muelle se acercan y alejan alternativamente de ambos extremos.
Este fenómeno puede provocar la rotura del muelle cuando el periodo de las oscilaciones alcanza un determinado valor, que depende del tipo de muelle y también del régimen de giro del motor. Cuando esto ocurre, se dice que el muelle ha entrado en resonancia.
En la construcción de los muelles, se tiene en cuenta la resonancia, el limite de fatiga del material empleado y el tratamiento térmico necesario, todo ello atendiendo a las condiciones de temperatura del funcionamiento.
En ocasiones, se utilizan dos muelles para el cierre de la válvula. Son de distintas características, lo que hace que cada uno tenga su propia frecuencia de resonancia, distinta una de la del otro, lo que dificulta que esta se produzca. Con el fin de elevar la frecuencia de resonancia, se pueden fabricar los muelles de manera que las espiras están más juntas en un extremo que en otro. Este extremo de espiras más juntas se debe montar siempre del lado de la culata.
5.- DESMONTAJE DE LA CULATA EN EL MOTOR Y FUERA DE ÉL
El conjunto de los mecanismos que integran un motor se ve sometido en su funcionamiento a un trabajo considerable, en cuanto a dureza del mismo se refiere. Los rozamientos entre las piezas móviles se traducen en desgastes, que generan holguras en el acoplamiento de los distintos componentes. Es lógico pensar que en el transcurso del tiempo, los desgastes de las piezas móviles de un motor y las holguras aparecidas a consecuencia de ello, modifiquen substancialmente el funcionamiento del mismo. Cuando el motor no desarrolla la potencia debida, funciona incorrectamente o se producen ruidos anormales en su funcionamiento, deberá procederse a su verificación, con el fin de determinar las posibles causas de la anomalía.
En el desmontaje, se irán soltando del conjunto todos los órganos auxiliares como: distribuidor de encendido, alternador, carburador, etc., y posteriormente se retirarán la culata, cárter inferior, piñones de distribución, cigüeñal y pistones. El desmontaje de estos componentes se efectuará siguiendo un orden lógico, en función de la accesibilidad de cada uno de ellos, comenzando generalmente por los más voluminosos, corno el alternador, los colectores, la bomba de inyección, etc. El despiece de los componentes internos se inicia generalmente con la tapa de distribución, piñones, cadena y tensor de la misma, todo ello emplazado en la cara delantera del motor. Seguidamente se desmontan la tapa de balancines, árbol de levas, balancines, culata, volante motor y cárter, finalizando la operación con el desmontaje del cigüeñal, pistones y bielas.
En el desmontaje de la culata es necesario tener presente que en la mayor parte de los casos ésta se encuentra pegada al bloque, con interposición de la junta correspondiente. Para despegarla no deben utilizarse destornilladores ni cualquiera otra herramienta que pueda ser introducida entre ambas. El despegado se consigue golpeando ligeramente en una de las esquinas de la culata con un martillo de plástico, intentando hacerla girar sobre su propio plano de apoyo en el bloque. También puede despegarse la culata haciendo girar el cigüeñal, para que sea la presión generada en el interior de los cilindros la encargada de realizar esa función. En este caso, los tornillos de fijación no se retiran totalmente, sino que se aflojan sólo algunas vueltas, generalmente en forma de espiral.
Como norma general, se marcará la posición de cada una de las piezas que se van desmontando, con el fin de asegurar el posterior montaje correcto de las mismas.
http://www.arpem.com/images/tecnica/culata/culata1.jpgCasi la totalidad de los motores refrigerados por agua están provistos de una culata independiente. Se une a él por medio de tornillos dispuestos de forma adecuada. Estos aseguran la unión e impiden deformaciones por la acción del calor y de la presión.
La culata acopla al bloque motor una junta de amianto. Esta realiza una unión entre ambos que impide la fuga de gases de la compresión o del líquido refrigerante.
http://www.arpem.com/images/tecnica/culata/culata2.jpgLos huecos (B) 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 (C), por los que llega el líquido refrigerante. En la cámara de combustión, se dispone un orificio roscado (D) 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 (E) y de admisión (A), labrándose en la culata los oportunos conductos de llegada y evacuación de gases.
2.- MATERIALES DE FABRICACIÓN DE LAS CULATAS. VENTAJAS E INCONVENIENTES.
Se fabrica generalmente de fundición aleada con otros materiales, que añaden características de resistencia, rigidez y conductividad térmica. En otras ocasiones se usan aleaciones de aluminio. Este material combina la ligereza con un alto grado de conductividad térmica. Esta característica es muy deseable. Asegura que el calor de la combustión sea evacuado al exterior, evitándose la formación de puntos calientes que pueden ocasionar la detonación. Se logra con estas culatas elevar la relación de compresión, con la mejora del rendimiento del motor. En los motores refrigerados por aire, la culata suele formar parte del mismo cilindro y en ocasiones es desmontable.
3.- TEORÍA DE LAS VÁLVULAS
Las válvulas tienen la misión de permitir la entrada y salida de gases al cilindro en los momentos adecuados de cada fase, cerrando herméticamente los conductos de acceso y evacuación de la cámara de combustión durante el tiempo restante del ciclo. Dado su funcionamiento, están sometidas a grandes solicitaciones mecánicas y térmicas.
La válvula, esta formada por dos partes fundamentales: la cabeza o plato (6), que aplicándose en su asiento en la cámara de combustión cierra el conducto de entrada o salida, y el vástago o cola (7), que sirve para guiar el movimiento y transmitir a la cabeza la carga del muelle de retención (3), al que se fija con las medias chavetas (1), que disponen unos resaltes internos, que encajan en la escotadura dispuesta en el vástago de la válvula, quedando en posición por medio del platillo (2). Estas escotaduras suelen ser diferentes para las válvulas de admisión y para las de escape.
http://www.arpem.com/images/tecnica/culata/culata3.jpgEl vástago de la válvula se desliza sobre una guía (8) de fundición, que suaviza el rozamiento y atenúa 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 (4) en forma de anillo de caucho, emplazado en la guía de la válvula. El muelle descansa en la culata sobre el platillo (5) 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.
http://www.arpem.com/images/tecnica/culata/culata4.jpgLa válvula se sitúa en la culata, de modo que el muelle (M), apoyándose por un extremo en la propia culata, tira de la cola de la válvula hacia arriba por medio del platillo (P) y chaveta (H), unidos al vástago en un rebaje apropiado. El empuje transmitido por el muelle, aplica a la cabeza de la válvula (D) contra su asiento (A) en la culata, impidiendo la comunicación entre la cámara de combustión (C) y el colector (B), que solamente se establece cuando la leva (L) presenta su saliente al balancín en su extremo (J), en cuyo caso, empuja por el extremo (K) a la cola de la válvula provocando su apertura.
http://www.arpem.com/images/tecnica/culata/culata5.jpgLa estanqueidad de la cámara de combustión se logra disponiendo en la cabeza de la válvula un perfil troncocónico (en la periferia), que generalmente adquiere un ángulo de 45°. Esta superficie apoya en un asiento de conicidad ligeramente menor y de ancho x, que con el funcionamiento y a consecuencia del desgaste normal, se adapta a la superficie de la cabeza de la válvula. Los asientos de válvula suelen ser postizos, con forma de anillo y se montan con interferencia en los alojamientos de la cámara de combustión. En el proceso de montaje se calienta el alojamiento de la culata y se enfría el asiento (zona rayada), montándolo a continuación. Cuando ambos adquieren la temperatura ambiente, el asiento queda aprisionado.
Los asientos de válvula se fabrican en la actualidad de aleaciones especiales de acero, capaces de soportar las elevadas temperaturas a que estarán sometidos. En algunas ocasiones se recubre de estelita (aleación de cobalto, tungsteno y cromo) la superficie de apoyo con la válvula. Las válvulas se abren desplazándose hacia el interior de la cámara de combustión, con lo que se favorece la estanqueidad, dado que la presión de los gases tiende a cerrarlas. La forma de la cabeza de la válvula y su acoplamiento al asiento se realizan de manera que, en consonancia con la alzada, se permita una gran sección de paso al gas y una orientación adecuada que frene lo menos posible su velocidad. Esta es la razón por la que el asiento forma generalmente un ángulo de 45° con el plano de la cabeza de la válvula. La unión de ésta al vástago se redondea siguiendo la forma más idónea para el recorrido del gas. Con el mismo objeto se adapta el colector a la cámara de combustión con la inclinación mas propicia.
En la mayor parte de los motores, las válvulas de admisión presentan una cabeza de mayor tamaño que las de escape, para facilitar el mejor llenado del cilindro. Las de escape, por el contrario, resultan de mayor resistencia a las altas temperaturas debido al menor tamaño de la cabeza. En otras ocasiones se disponen cuatro válvulas por cilindro con el mismo fin. En otros casos se emplean dos válvulas de admisión y una de escape por cilindro para mejorar el llenado del mismo. Dadas sus peculiares condiciones de funcionamiento, las válvulas deben resistir los repetidos golpes contra sus asientos que se producen en el cierre y las altas temperaturas a que están sometidas, sin que se produzcan defomaciones ni agrietamientos del material que, por estas causas, debe ser de una calidad excelente. Las válvulas son refrigeradas tanto mejor cuanto menor es el tamaño de su cabeza y mayor es el diámetro y longitud del vástago. Como las válvulas de escape quedan sometidas a la acción de los gases que salen todavía ardiendo en la fase de escape, en su construcción se emplean aceros especiales, con aleaciones al cromo-silicio o cromo-níquel, que les confieren una gran dureza, capaz de soportar los grandes esfuerzos a que estarán sometidas y las corrosiones debidas a las elevadas temperaturas de funcionamiento. En algunos casos, el vástago y parte de la cabeza son huecos y están rellenos de sodio, que con el calor pasa a su estado líquido, mejorando la transmisión de calor de la cabeza al vástago y la evacuación del mismo a través de éste y su guía. Las válvulas de admisión se construyen generalmente con aleaciones de acero al níquel, de inferior calidad, dado que su trabajo es sensiblemente menor que el de las de escape.
El emplazamiento de las válvulas en el cilindro y su sistema de mando, difiere de unos motores a otros. Actualmente se ha generalizado la disposición de las válvulas en la culata, bien accionadas desde el árbol de levas emplazado en el bloque motor (sistema OHV), o bien situado en la culata (sistema OHC).
4.- MUELLES DE VÁLVULAS
http://www.arpem.com/images/tecnica/culata/culata6.jpgEl 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 mas baja posible para no dificultar en exceso la apertura de la válvula. Se construyen generalmente en acero aleado con silicio-magnesio.
Se deforman por igual en todas sus espiras cuando son cargados de una manera lenta y progresiva, pero si se le somete a un brusco aumento o disminución de la carga como ocurre durante el funcionamiento del motor, la inercia de sus espiras interviene modificando el comportamiento. Si se le somete bruscamente a una compresión, las espiras más cercanas al extremo donde se aplica la carga, experimentan un mayor acercamiento entre sí, se comprimen mas, que posteriormente se transmite a las espiras centrales y las del extremo opuesto. La deformación de las espiras del muelle sigue un movimiento de acordeón, comenzando por el extremo donde se aplica la carga. Cuando se distiende el muelle, el movimiento de acordeón es de sentido contrario. La conclusión de este hecho es que las espiras centrales del muelle se acercan y alejan alternativamente de ambos extremos.
Este fenómeno puede provocar la rotura del muelle cuando el periodo de las oscilaciones alcanza un determinado valor, que depende del tipo de muelle y también del régimen de giro del motor. Cuando esto ocurre, se dice que el muelle ha entrado en resonancia.
En la construcción de los muelles, se tiene en cuenta la resonancia, el limite de fatiga del material empleado y el tratamiento térmico necesario, todo ello atendiendo a las condiciones de temperatura del funcionamiento.
En ocasiones, se utilizan dos muelles para el cierre de la válvula. Son de distintas características, lo que hace que cada uno tenga su propia frecuencia de resonancia, distinta una de la del otro, lo que dificulta que esta se produzca. Con el fin de elevar la frecuencia de resonancia, se pueden fabricar los muelles de manera que las espiras están más juntas en un extremo que en otro. Este extremo de espiras más juntas se debe montar siempre del lado de la culata.
5.- DESMONTAJE DE LA CULATA EN EL MOTOR Y FUERA DE ÉL
El conjunto de los mecanismos que integran un motor se ve sometido en su funcionamiento a un trabajo considerable, en cuanto a dureza del mismo se refiere. Los rozamientos entre las piezas móviles se traducen en desgastes, que generan holguras en el acoplamiento de los distintos componentes. Es lógico pensar que en el transcurso del tiempo, los desgastes de las piezas móviles de un motor y las holguras aparecidas a consecuencia de ello, modifiquen substancialmente el funcionamiento del mismo. Cuando el motor no desarrolla la potencia debida, funciona incorrectamente o se producen ruidos anormales en su funcionamiento, deberá procederse a su verificación, con el fin de determinar las posibles causas de la anomalía.
En el desmontaje, se irán soltando del conjunto todos los órganos auxiliares como: distribuidor de encendido, alternador, carburador, etc., y posteriormente se retirarán la culata, cárter inferior, piñones de distribución, cigüeñal y pistones. El desmontaje de estos componentes se efectuará siguiendo un orden lógico, en función de la accesibilidad de cada uno de ellos, comenzando generalmente por los más voluminosos, corno el alternador, los colectores, la bomba de inyección, etc. El despiece de los componentes internos se inicia generalmente con la tapa de distribución, piñones, cadena y tensor de la misma, todo ello emplazado en la cara delantera del motor. Seguidamente se desmontan la tapa de balancines, árbol de levas, balancines, culata, volante motor y cárter, finalizando la operación con el desmontaje del cigüeñal, pistones y bielas.
En el desmontaje de la culata es necesario tener presente que en la mayor parte de los casos ésta se encuentra pegada al bloque, con interposición de la junta correspondiente. Para despegarla no deben utilizarse destornilladores ni cualquiera otra herramienta que pueda ser introducida entre ambas. El despegado se consigue golpeando ligeramente en una de las esquinas de la culata con un martillo de plástico, intentando hacerla girar sobre su propio plano de apoyo en el bloque. También puede despegarse la culata haciendo girar el cigüeñal, para que sea la presión generada en el interior de los cilindros la encargada de realizar esa función. En este caso, los tornillos de fijación no se retiran totalmente, sino que se aflojan sólo algunas vueltas, generalmente en forma de espiral.
Como norma general, se marcará la posición de cada una de las piezas que se van desmontando, con el fin de asegurar el posterior montaje correcto de las mismas.