En un motor de pistón , la culata se encuentra sobre los cilindros , [1] formando el techo de la cámara de combustión . En los motores de válvulas laterales, la culata es una simple placa de metal que contiene las bujías y posiblemente aletas de disipación de calor . En los motores más modernos con válvulas en cabeza y árbol de levas en cabeza , la culata es un bloque de metal más complicado que también contiene los conductos de admisión y escape, y a menudo conductos de refrigerante , componentes del tren de válvulas e inyectores de combustible .
Un motor de pistón normalmente tiene una culata por banco de cilindros .
La mayoría de los motores modernos con un diseño "recto" (en línea) utilizan hoy en día una sola culata que sirve a todos los cilindros.
Los motores con disposición en "V" o "plana" normalmente utilizan dos culatas (una para cada banco de cilindros ), sin embargo una pequeña cantidad de motores en "V de ángulo estrecho" (como los motores Volkswagen VR5 y VR6 ) utilizan una sola culata que abarca los dos bancos.
La mayoría de los motores radiales tienen una culata para cada cilindro, aunque normalmente es de tipo monobloque , en el que la culata forma parte integral del cilindro. Esto también es habitual en las motocicletas, y estos componentes de culata y cilindro se denominan barriles .
Algunos motores, en particular los motores diésel de mediana y gran capacidad fabricados para aplicaciones industriales, marinas, de generación de energía y de tracción pesada (camiones grandes, locomotoras , equipos pesados , etc.) tienen culatas individuales para cada cilindro. Esto reduce los costos de reparación, ya que se puede cambiar una sola culata defectuosa en un solo cilindro en lugar de una unidad más grande y mucho más costosa que se adapte a todos los cilindros. Este diseño también permite a los fabricantes de motores producir fácilmente una "familia" de motores con diferentes diseños y/o números de cilindros sin necesidad de nuevos diseños de culatas.
En un motor de válvulas laterales ( de cabeza plana ), todos los componentes del tren de válvulas están contenidos dentro del bloque , por lo tanto, la cabeza suele ser una simple placa de metal atornillada a la parte superior del bloque del motor . Los motores de válvulas laterales alguna vez fueron universales, pero ahora están en gran parte obsoletos en los automóviles y se encuentran casi exclusivamente en motores pequeños como cortadoras de césped, desmalezadoras y motosierras.
Los motores de admisión sobre escape (IOE) combinaban elementos de los diseños de válvulas laterales y de válvulas en cabeza. El motor IOE, muy utilizado en las motocicletas estadounidenses a principios del siglo XX, se mantuvo en producción en cantidades limitadas hasta la década de 1990. Los motores IOE son más eficientes que los motores de válvulas laterales, pero también más complejos, más grandes y más costosos de fabricar.
En un motor con válvulas en cabeza (OHV) o con árbol de levas en cabeza (OHC), la culata contiene varios conductos de flujo de aire llamados puertos ; los puertos de admisión llevan la carga de combustible y aire desde el colector de admisión a la cámara de combustión , y los puertos de escape dirigen los gases residuales de la combustión fuera de la cámara de combustión hasta el colector de escape . Las válvulas abren y cierran los puertos, con las entradas desplazadas hacia adelante y hacia atrás respecto de los escapes. La culata también contiene las bujías y, en los motores refrigerados por agua , los conductos de refrigerante.
Un solo árbol de levas ubicado en el bloque del motor utiliza varillas de empuje y balancines para accionar todas las válvulas.
Los motores OHV suelen ser más compactos que los motores OHC equivalentes, y menos piezas significan una producción más barata, pero han sido reemplazados en gran medida por diseños OHC, excepto en algunos motores V8 estadounidenses.
Un motor con árbol de levas en cabeza (OHC) ubica el árbol de levas en la culata, por encima de la cámara de combustión. La eliminación de las varillas de empuje reduce la inercia del tren de válvulas y proporciona espacio para diseños de puertos optimizados, lo que aumenta el potencial de potencia.
En un motor con un solo árbol de levas en cabeza (SOHC), el árbol de levas puede estar ubicado centralmente entre las filas de válvulas o directamente sobre una sola fila de válvulas (reemplazando el accionamiento del balancín por taqués ). Los motores SOHC se utilizaron ampliamente entre los años 1960 y 1990 (eliminando las varillas de empuje pero aún utilizando balancines).
Los motores con doble árbol de levas en cabeza (DOHC) tienen un árbol de levas directamente encima de cada fila de válvulas descentradas (admisiones en el interior, escapes en el exterior). [2] Los diseños DOHC permiten un posicionamiento óptimo del flujo cruzado de las válvulas para proporcionar un funcionamiento a mayores RPM . Suelen ser de mayor tamaño (especialmente de ancho) que los motores OHV o SOHC equivalentes. Aunque más componentes aumentan los costos de producción, los motores DOHC se han utilizado ampliamente en motores de automóviles desde la década de 1990.
