En tecnología de motores, una culata de cilindros de flujo inverso o sin flujo cruzado es aquella que ubica los puertos de admisión y escape en el mismo lado del motor. Se puede pensar que los gases entran en la culata y luego cambian de dirección para salir de la culata. Esto contrasta con el diseño de la culata de flujo transversal .
La principal ventaja de la culata de flujo inverso es que tanto la carga de entrada que entra como los gases de escape que salen provocan una tendencia a girar en la misma dirección en la cámara de combustión . En un cabezal de flujo cruzado, los gases de entrada y de escape promueven el remolino en direcciones opuestas, de modo que durante la superposición el remolino cambia de dirección. El remolino constante durante el solapamiento, que da como resultado una culata de flujo inverso, promueve una mejor mezcla y, por lo tanto, una mejor evacuación del gas final. El hecho de que la carga de entrada deba cambiar de dirección antes de salir del escape hace que sea menos probable que la mezcla nueva salga del escape antes de mezclarse durante la superposición. En general, esto mejora la eficiencia volumétrica y reduce las emisiones.
En los motores con carburador, el combustible mal atomizado reduce la eficiencia y la potencia a bajas revoluciones (a altas revoluciones, la gran velocidad del aire mantiene la mezcla en suspensión). El colector de admisión de una culata de cilindros de flujo inverso se puede conectar al escape mediante un tubo ascendente de calor para transferir más calor, mejorando como resultado la respuesta a bajas revoluciones y las emisiones .
Los costos se pueden reducir en los motores de producción fundiendo los colectores de admisión y escape como una sola unidad. Esto también transfiere más calor a la entrada, eliminando la necesidad de calentar el colector y otros dispositivos relacionados. Un motor de este tipo es en general más sencillo y tiene un arranque en frío mejorado.
Generalmente se considera que el diseño de flujo inverso es inferior al diseño de flujo cruzado en términos de potencial de ingeniería final por dos razones. En primer lugar, hay espacio limitado cuando los puertos de entrada y escape están dispuestos en línea en un lado del cabezal, lo que significa una reducción en el área del puerto en comparación con un cabezal de flujo cruzado. Esto afecta principalmente a la entrega de potencia a altas revoluciones al limitar el flujo de aire. En segundo lugar, dado que los colectores de admisión y de escape están ambos en el mismo lado del motor y muy cerca, el colector de admisión y el carburador (si corresponde) se calientan con el escape. Este calentamiento reduce la densidad de la carga de entrada y, por tanto, la eficiencia volumétrica del motor. En un motor de gasolina de encendido por chispa, el calor también aumenta la probabilidad de preencendido o detonación , lo que limita la relación de compresión permitida y reduce tanto la potencia como la eficiencia .
Ingeniería ha encontrado una serie de soluciones al primer problema, como escalonar los puertos colocando los puertos de entrada a un nivel más alto que los de escape. De esta manera se pueden utilizar puertos más grandes y al mismo tiempo dejar suficiente espacio para bridas y sujetadores . Esto trae consigo el problema de que los puertos de escape tienen un radio de giro más estrecho. Este problema se compensa en cierta medida con el puerto más grande. Otra solución popular, como la que se utiliza en los motores BMC A-Series y Holden de 6 cilindros, es el puerto siamés. En esta configuración, un puerto grande alimenta 2 cilindros adyacentes . La ganancia de área proviene de la eliminación efectiva del material entre 2 puertos adyacentes. Esta solución fomenta el robo de carga, donde un cilindro "roba" la carga del puerto dejando al siguiente con menos mezcla. Esto sucede porque los 2 cilindros que comparten el puerto no están igualmente espaciados en términos de orden de encendido . Por ejemplo, el Leyland Mini con su orden de disparo 1-3-4-2 tiene las entradas 1 y 2 siameses y las entradas 3 y 4 siameses. Primero el número 3 succiona la mezcla del puerto, luego queda menos para el número 4. Mientras los números 1 y 2 están succionando el puerto se vuelve a llenar con mezcla y el proceso se repite dejando a los cilindros número 1 y 4 siempre sin mezcla. Además, el puerto siamés puede hacer que la sintonización acústica e inercial del aire ram sea menos efectiva debido al pulso irregular. Se debe tener en cuenta que los puertos más grandes sólo son necesarios a altas revoluciones y que los puertos pequeños son deseables a bajas revoluciones para mejorar la velocidad del aire. Debido al robo de carga y a las menores velocidades del aire, los puertos siameses grandes son más adecuados para motores de carreras de altas revoluciones.
El problema del calor se puede minimizar escalonando los puertos en términos de altura y usando envolturas y revestimientos resistentes al calor en el colector de escape hasta el punto que plantea un problema insignificante. El calor también puede ser una ventaja.
Cuando se utiliza la inducción forzada , un flujo de puerto grande no es tan importante como lo es cuando un motor es de aspiración natural. Esto significa que el flujo generalmente inferior de un cabezal de flujo inverso es una desventaja menor. En los primeros días de la turbocarga, un cabezal de flujo inverso permitía que la salida del compresor de un turbocompresor soplara directamente al colector de admisión con un carburador de soplado o de extracción y sin intercooler . Esto permitió el uso de tuberías de entrada más cortas, lo que disminuyó el retraso del turbo y redujo la restricción de flujo. Las configuraciones turboalimentadas modernas que utilizan intercoolers e inyección de combustible son más difíciles de conectar a un cabezal de flujo inverso y son ideales para un cabezal de flujo cruzado donde el turbo está en el lado de escape del motor, la carga cruza a través de un intercooler delante de del motor y hacia el colector de admisión del otro lado.
El cabezal de flujo inverso era ideal para un motor con carburador de producción debido a su rendimiento a bajas revoluciones y su facilidad de fabricación. El diseño podría modificarse para lograr un alto rendimiento conectando (en particular los siameses) y aislando el colector de entrada del colector de escape. La configuración también es perfecta para turbocompresores con carburador sin intercooler. Sin embargo, la llegada de la inyección de combustible y el encendido electrónico ha hecho que la mayoría de las ventajas del cabezal de flujo inverso sean redundantes en un motor moderno y, como resultado, el diseño ha perdido su popularidad. El cabezal de flujo inverso todavía goza de cierta popularidad entre los entusiastas, incluidos los fanáticos de Leyland Mini, Chrysler Slant-6 , Holden y Ford Inline 6 . De hecho, algunos entusiastas australianos de Ford consideran que el cabezal de flujo inverso 250 2V es superior al cabezal de flujo cruzado diseñado por Honda [ cita necesaria ] que lo reemplazó.