La culata del motor: materials i característiques

En aquest article parlarem de la culata. Un element clau per al bon funcionament del motor, les caràcter de disseny i dels seus materials determinen les capacitats que tindrà el motor. Tant és així que pot ser objecte de modificacions si es busca un augment de potència.

Gairebé la totalitat dels motors refrigerats per aigua estan proveïts duna culata independent. S'uneix al bloc per mitjà de cargols disposats de forma adequada. Aquests asseguren la unió i impedeixen deformacions per lacció de la calor i de la pressió. A més, la culata també s'acobla mitjançant una junta d'amiant reforçat, que impedeix la fugida de gasos de la compressió, d'oli i de líquid refrigerant.

Materials de la culata

Als turismes, les culates es fabricaven generalment de fosa aliada amb altres materials, que afegeixen característiques de resistència, rigidesa i conductivitat tèrmica. És a dir, ferro i carboni per donar lloc a acer. No obstant això, actualment es tendeix més a triar els aliatges de alumini dins dels materials de la culata disponibles, per combinar la lleugeresa amb un alt grau de conductivitat tèrmica.

Els materials que componen l'aliatge lleuger emprada per a la fabricació de culates solen ser silici, magnesi o coure afegits a l'alumini. En cas contrari, l'alumini per si mateix seria massa mal·leable i fràgil per fabricar culates o blocs motor.

L'aliatge d'alumini condueix molt bé la temperatura i té una inèrcia tèrmica molt baixa. És a dir, que s'escalfa molt ràpid i es refreda molt ràpid també. Aquesta característica és molt desitjable ja que assegura que la calor de la combustió sigui evacuada a l'exterior amb velocitat, evitant la formació de punts calents que poden ocasionar la detonació.

Amb les culates d'aquest tipus es pot elevar més la relació de compressió, per millorar la eficiència tèrmica del motor. Una cosa imprescindible per reduir el consum i per tant les emissions dels motors actuals.

l'alumini s'utilitza molt a moltes parts dels cotxes, no només al motor. Per exemple l'aliatge de alumini 6111 (magnesi i silici) i l'aliatge de alumini 2008 (coure) s'usen molt per a les carrosseries.

Materials de les juntes de la culata

Pel que fa als materials de la junta de la culata, també han de complir amb una sèrie de requisits molt importants per evitar fuites. Els seus materials depenen de si és una junta de culata tova o dura.

• Els juntes de culata toves estan fabricades amb cartró sense asbest (sense amiant), cartró cel·lulosa amb cautxú nitril, suro aglomerat amb cautxú nitril (només motors vells) i elastòmers com a nitrils, poliacrílics, silicona, etc.
• Els juntes de culata dures tenen làmines metàl·liques d'acer amb recobriment d'estany, crom o coure, que se sotmeten a tractaments tèrmics que ofereixen tremp o elasticitat segons les necessitats de la culata. També tenen làmines de grafit i materials sense asbest (sense amiant).

Característiques de la culata

Igual que passa amb la fabricació del bloc motor, la culata ha de ser creada amb la màxima precisió. Per això la rectificació d'una culata danyada sigui una operació tan cara i complicada. A més d'això, la culata ha de tenir les característiques següents:

Resistència a la calor

La culata d'un motor deu resistir grans temperatures perquè s'hi troben les càmeres de combustió. Les culates fabricades en fosa tenen més resistència a la calor però ho dissipen pitjor.

Les d'aliatge d'alumini resisteixen menys temperatura però permeten dissipar-lo molt més ràpid. A més han de tenir gran resistència al xoc tèrmic, és a dir, canvis de temperatura molt bruscs.

conductivitat tèrmica

Les culates han de conduir la calor bé perquè el sistema de refrigeració pugui extreure la calor generada a les cambres de combustió.

Duresa

Ja sigui perquè és de fosa o perquè és d'un aliatge d'alumini resistent, les culates tenen una duresa adequada per resistir grans pressions.

A més, quan són d'aliatge d'alumini, se les sotmet a un procés d'enduriment per envelliment, també anomenat enduriment per precipitació, que consisteix a escalfar l'aliatge durant diverses hores.

Baixa porositat dels materials de la culata

Durant la solidificació del metall utilitzat per a la culata poden atrapar petites bombolles de gas. Això dóna lloc a la porositat. Un efecte gens desitjable perquè aquesta important peça del motor tingui la qualitat necessària per al seu exercici.

El gas atrapat a dins consisteix en vapor, aire o lubricant cremat. Encara també pot produir-se porositat per falta de pressió en el procés o per la sola contracció del metall en refredar-se i passar de líquid a sòlid. Tots aquests problemes que s'eliminen o minimitzen en la fabricació de les culates o blocs del motor actuals. Amb la qual cosa aconsegueixen resistències més grans en els motors moderns.

Disseny específic de la culata

Les culates tenen una forma concreta per a cada motor pel fet que allotgen molts components. Entre ells destaquen: la transmissió de la corretja o cadena de distribució, el seu tensor, les bugies o filtres del sistema d'encesa, les vàlvules i les seves guies, els rodets, les volanderes, les palanques, carcasses, els arbres de lleves, Etc

A més, tenen buits molt importants per al motor com són, els conductes de l'oli i el anticongelant, Les càmeres de combustió o els seients de les vàlvules i els forats per cargolar-la al bloc motor.

Fabricades amb precisió

Cada forma i superfície de la culata d'un motor ha de tenir unes mesures estrictament executades durant la seva creació. En cas contrari, el motor no funcionarà adequadament.

Una mostra és que si cal rectificar una culata, els seus fabricants indiquen uns nivells de tolerància màxima a cada mesurament, que es mesuren en fraccions de mil·límetre molt petites.

Imatges – h080, Nathanael Burton, LC Nøttaasen, Mirko Junge, CORE-Materials