Componentes del cabezal inferior del motor

En un motor de combustión interna, el cabezal del cilindro se encuentra por encima de los cilindros y los cubre para formar la cámara de combustión. Contiene pasajes de gas y pasajes de refrigerante, válvulas, árboles de levas y bujías.

Una cabeza de cilindro es una parte vital del motor y cualquier problema que surja debe repararse lo antes posible. Una cabeza de cilindro agrietada o dañada puede hacer que el rendimiento del motor se vea afectado y puede provocar sobrecalentamiento, lo cual es peligroso.

Consumo

Un sistema de admisión del cabezal del cilindro es el primero de los principales componentes que controlan el tiempo y el volumen del flujo de aire al cilindro. Incluye el sistema de corredor que extrae aire del pleno al colector de admisión, las válvulas o puertos que controlan el tiempo del flujo de aire hacia el cilindro y las cámaras de combustión donde el flujo de aire se mezcla con combustible y se barre en el cilindro.

El tamaño de los puertos y válvulas del cabezal del cilindro determina cuánto flujo de aire es posible a través del motor en cualquier momento, especialmente a altas RPM cuando la demanda de flujo de baja elevación y media de elevación es la más alta. Los tamaños de puerto y válvulas son un componente crítico del rendimiento de cualquier cabeza de cilindro, y es fácil cometer errores que pueden tener graves consecuencias tanto para la potencia como para la economía de combustible.

Una de las partes más importantes de un puerto bien diseñado es su área de sección transversal aguas arriba, o C/S. Esta es la sección más pequeña de aire aguas arriba de la válvula, perpendicular a la dirección del flujo desde el puerto. En general, se cree que el C/S aguas arriba debería ser el 90 por ciento del diámetro de flujo de la válvula de admisión para motores de carrera y 0.85 para motores callejeros.

Sin embargo, esta puede no ser una ciencia exacta. Por ejemplo, el diámetro de la garganta directamente sobre el asiento de la válvula puede ser más pequeño que el C/S debido al bloqueo parcial por la guía de la válvula y el vástago. También es importante recordar que el C/S de una válvula depende de la presión en la cámara y de la eficiencia volumétrica de la cabeza del cilindro, por lo que un valor de C/S más alto significa más flujo de aire a un rpm más bajo.

Otro factor que afecta el C/S aguas arriba es si la cabeza tiene o no flujo inverso. Esta es la tendencia de que los puertos de flujo inverso vuelvan de regreso durante la superposición y cuando se cierra la válvula de admisión, enviando exceso de aire al puerto de escape. Este es un problema grave, pero puede minimizarse o prevenirse con el diseño del asiento de la válvula de admisión y la válvula misma.

Escape

El sistema de escape de un cabezal inferior del motor tiene un papel crucial en el rendimiento general del vehículo. El sistema consta de válvulas, balancines, barras de empuje y puertos de cámara de combustión que tienen que trabajar juntos de manera coordinada para entregar aire a los cilindros en el momento correcto para crear relaciones de compresión óptimas. También tiene que extraer los gases de escape de los cilindros en el momento apropiado para expulsar los gases de escape restantes y cualquier otro subproducto del proceso de combustión.

El diseño del sistema de escape debe acomodar el tamaño y la forma del cilindro, que dependen en gran medida del tipo de motor. Por ejemplo, un motor V-8 tiene un diámetro de la cámara de combustión mucho más pequeño que un motor de seis cilindros, por lo que el tamaño de la cabeza del cilindro es fundamental para lograr el mejor rendimiento posible.

Otra consideración importante es la longitud de las primarias de escape. Las primarias de escape más cortas volcan los pulsos de escape del motor más rápidamente, lo cual es beneficioso cuando se entrega una potencia de alta rpm. Las primarias de escape más largas mejoran la eliminación de escape, lo que ayuda a extraer carga de admisión adicional de los puertos de escape del cabezal del cilindro.

Los constructores de motores de carrera experimentan con longitudes de tubo primaria para determinar la mejor configuración para un árbol de levas de orden de disparo específico. Algunos constructores informan ganancias significativas, mientras que otros informan beneficios mínimos.

Del mismo modo, el tipo de puerto de escape utilizado también puede influir en el rendimiento del sistema de escape. Los puertos que tienen altas capacidades de eliminación pueden ayudar a extraer más escape en el motor, pero requieren válvulas y varillas más largas para funcionar correctamente.

La cabeza del cilindro también está sujeta a calor y presión, por lo que debe estar hecho de un material que pueda manejar las altas temperaturas y presiones. Por ejemplo, el hierro fundido a menudo se usa porque es más ligero y menos costoso de fabricar que el acero tubular.

Algunos constructores de motores de carrera han utilizado cabezas de cilindro que están integradas con el colector de escape. Esto puede conducir a una reducción de peso en el motor y el espacio de envasado para el convertidor catalítico y el turbocompresor, así como un calentamiento de convertidor catalítico más rápido y una respuesta turbo mejorada. Sin embargo, este tipo de motores también pueden ser más difíciles de sintonizar, ya que introducen un enriquecimiento de combustible adicional y una mayor carga térmica en el sistema de enfriamiento.

Enfriamiento

El sistema de enfriamiento de un cabezal inferior del motor es una parte importante de la función general del motor. Reduce el tiempo de calentamiento, el consumo de combustible y las emisiones. También ayuda a mantener el motor fresco al evitar el sobrecalentamiento. El refrigerante en el motor circula alrededor de los cilindros y a través de la cabeza del cilindro, y las cabezas del cilindro tienen aletas de enfriamiento que absorben el calor y lo disipan. La cabeza del cilindro también tiene un pasaje cruzado que permite que el refrigerante fluya entre los cilindros y el colector de admisión.

El sistema es un sistema de flujo en serie, lo que significa que el refrigerante fluye alrededor de todos los cilindros en cada banco y ingresa a la parte trasera de la cabeza del cilindro. El refrigerante luego avanza hacia un pasaje cruzado en el colector de admisión en el punto más alto del pasaje de enfriamiento del motor.

Se usa un termostato para controlar la temperatura del refrigerante. Si la temperatura del refrigerante sube, el termostato se abre y un flujo de aire pasa sobre la cabeza para disipar el calor. El termostato es una parte vital del sistema de enfriamiento, ya que evita el sobrecalentamiento.

La mayoría de los motores modernos están equipados con un termostato, pero algunos autos más antiguos tienen un diseño sin termostato, que no requiere un termostato para mantener una temperatura establecida. Algunos motores están equipados con un termostato automático, que regula automáticamente la tasa de flujo del refrigerante en función de la carga y la velocidad del motor.

El enfriamiento de la cabeza del cilindro es un proceso complejo, y hay muchos factores que afectan el bien que funciona el sistema. El más común es el tamaño y el tipo de conductos que usa el refrigerante para transportar el calor. Los conductos más grandes permiten que el refrigerante se distribuya de manera más uniforme y disipe más calor. También pueden estar hechos de materiales más duraderos que los conductos más pequeños.

Algunos sistemas usan aletas de enfriamiento grandes que están diseñadas para absorber más calor y disiparlo de manera más efectiva. Algunos están hechos de cobre y otros están hechos de aluminio. Están diseñados para proporcionar el mejor equilibrio entre eliminar la mayor cantidad de calor posible del motor y permitir lo menos posible para escapar.

Compresión

El sistema de compresión del cabezal inferior del motor juega un papel importante en la generación de energía a partir de su motor. Ayuda a extraer más energía de la mezcla de combustible y aire, así como a proporcionar una combustión completa de la mezcla.

Durante la carrera de compresión, el pistón comprime la mezcla de aire y combustible a medida que avanza por el cilindro, lo que provoca una reducción en el volumen. Esta reducción en el volumen permite que se transfiera más calor del cilindro al pistón, y más presión para acumularse durante el proceso de compresión.

También ayuda a mezclar la mezcla de aire y combustible no quemada con la mezcla de aire/combustible de combustión principal, permitiendo así una quemadura más completa y eficiente de la mezcla. Además, las relaciones de compresión más altas tienden a tener una mayor tendencia a la ignición espontánea (detonación) debido al aumento de la presión y la temperatura durante este tiempo crucial.

Hay algunas maneras de reducir la relación de compresión en su motor:

Una forma es instalar juntas de cabeza más delgadas que sean más gruesas en ambos lados del cilindro. Las juntas más gruesas ayudan a sellar las cámaras de combustión y evitar que el refrigerante y el aceite se filtren en los cilindros.

Otra forma de reducir la relación de compresión es cambiar los pistones de su motor. Los pistones están hechos de diferentes materiales y tienen diferentes válvulas de forma, lo que puede conducir a una reducción en la relación de compresión de su motor.

Elegir los pistones adecuados para su motor es una decisión crítica y una que debe tomar cuidadosamente antes de comprar cualquier motores. Si va con el pistón incorrecto para su combinación de cabeza / motor, podría terminar con una relación de compresión mucho peor que la que estaba buscando.

Para diagnosticar una pérdida de compresión, puede usar un probador de compresión simple para medir la presión en cada orificio de bujía en su motor. Si las lecturas de presión son bajas en un solo cilindro o dos que no están adyacentes entre sí, debe buscar una válvula defectuosa, asiento de válvula o anillo de pistón.

Las razones más comunes para la baja compresión del motor incluyen un pistón desgastado o dañado, una válvula de admisión o válvula de escape o una junta de cabeza con fugas. Si sospecha que su motor está experimentando problemas de compresión, debe verificar si alguno de estos elementos está defectuoso y reemplazarlos de inmediato.