La configuración de un motor no sólo viene dada por su número de cilindros y su disposición. Existe un elemento en el motor que vendrá a definir en gran medida su rendimiento, un elemento que trabaja en las más críticas condiciones de temperatura de todo el conjunto y, por tanto, la que mayores necesidades tiene de refrigeración y lubricación. ¿Hablamos un poco de la culata del motor?
La culata es la barrera física que cierra por la parte de arriba el cilindro, y forma la cámara de combustión, confinando en ella la mezcla de aire y combustible que, debidamente comprimida, hace explosión produciendo trabajo.
Voy a considerar únicamente los motores de cuatro tiempos, ya que las culatas de los motores de dos tiempos no son más que una tapadera con un hueco para la bujía. La distribución se realiza en huecos practicados en el cilindro, que se cubren o se descubren al moverse el pistón en su carrera.
Culata de motor de dos tiempos:
El motor de cuatro tiempos, o ciclo Otto, tiene en su culata una entrada de mezcla de aire y combustible y una salida para los gases quemados. Esta entrada y salida tiene lugar por unas válvulas en forma de seta invertida, que permiten el flujo de estos gases en su debido momento, y durante un tiempo determinado.
Pincha para ver el funcionamiento:
Hasta no hace demasiado tiempo, las culatas tenían únicamente dos válvulas, una de admisión, para introducir la mezcla, y otra de escape, por la que salen los gases quemados al exterior por el tubo de escape. Estas válvulas son movidas hacia abajo por los árboles de levas bien directamente, o bien a través de balancines, y suben, generalmente, gracias a un muelle (o a veces dos, concéntricos, para que no entren en resonancia y pierdan eficacia a muy altas revoluciones). En el caso de los motores desmodrómicos, que utiliza en exclusiva Ducati, es la misma leva la que abre y cierra la válvula, permitiendo regímenes más altos que el muelle. Fue invento del célebre Dr. Taglioni, ingeniero de la marca, y rápidamente la tomó Ducati como seña de identidad.
Accionamiento desmodrómico:
En función de la posición de los árboles de levas, existen las culata OHV, con árbol de levas en bloque o lateral; OHC, con el árbol de levas en culata o en cabeza; y la DOHC, que es la que tiene doble Árbol de levas en culata o en cabeza (caso de la V-Strom).
Esta parte del motor referente a válvulas y tiempos de aperturas recibe el nombre de distribución, y si este hilo recibe 10.000 visitas hablaré de ello otro día.
Las culatas se fijan al cilindro, o bloque de cilindros (en caso de motores pluricilíndricos) mediante espárragos o tornillos, con una junta entre ambos que asegure la estanqueidad a presiones elevadas. Aquí podemos hablar de la relación de compresión, que es la relación de volumen existente en el cilindro entre el punto muerto inferior (o PMI, punto más bajo del pistón en su carrera) y el punto muerto superior (o PMS, punto más alto). Cuanta más compresión exista en un motor más violentas serán sus explosiones y por tanto, más potencia generará. Pero a cambio, las culatas deberán estar más perfeccionadas y los materiales, mejores. La relación de compresión depende, lógicamente, de la carrera, es decir, del recorrido total del pistón, y viene dado por el doble de la distancia en el cigüeñal desde su eje a las muñequillas, que alojan a la cabeza de biela.
Forma de la culata. La culata tiene forma cóncava, y en ella están mecanizados los huecos para las válvulas y para la bujía. A veces están tallados en ella, y en la cabeza del pistón, ciertos relieves que optimizan el quemado de la mezcla, haciendo que el frente de llama alcance por igual todo el volumen disponible al mismo tiempo. También en la cabeza del pistón hay entalladuras para que ésta no toque con la válvula en PMS.
Entalladuras en pistón:
Un caso algo especial es la culata RVFC, de Honda, que equipan, por ejemplo, la NX 650 Dominator o la XR 600, y se caracteriza por su forma hemisférica, con las válvulas radiales. La desventaja de este motor es que su culata es de gran tamaño, dada la gran divergencia del ángulo que forman sus colas de válvulas. Una culata con sus válvulas con el menor ángulo posible entre ellas facilita su compacidad.
Otra innovación es la adopción de dos bujías por cilindro, como en la V-Strom 650 de 2007, a la venta desde hace poco tiempo. Con esto se consigue mejorar el quemado de la mezcla y pasar las normas antipolución vigentes.
Regulación de las válvulas. Las válvulas precisan de un perfecto sellado en sus asientos en posición de cerrada a fin de mantener una perfecta compresión y por tanto, que el motor rinda el máximo sin pérdidas. Estas piezas móviles pierden precisión con el uso, por lo que necesitan una regulación a los intervalos determinados por los fabricantes. El sistema más sencillo es mediante tuerca y contratuerca en el balancín, si usan ese sistema, o mediante vasos o pastillas metálicas de grosor conocido, intercalados entre la leva y la cola de válvula. También existen motores con regulación automática, como el de la Honda CB 750, mediante un ingenioso sistema de presión de aceite (taqués hidráulicos), y que posibilita que sea libre de mantenimiento en este aspecto.
Ajuste mediante tornillo y comprobación con galga:
Lugar de colocación de pastillas calibradas:
Culatas multiválvulas. Sobre los años 60 se empezó a introducir en automóviles un mayor número de válvulas en las culatas. Esta innovación permitía un mayor y mejor flujo de gases al interior de la culata debido a la mayor superficie de trasvase, con lo que se mejoraba el rendimiento del motor. También se conseguía mayor fiabilidad a altos regímenes, debido a que permitía disminuir el tamaño de las válvulas, lo que implica una menor masa unitaria de ellas, muelles menores y con menos resistencia (menor energía desperdiciada al vencerla).
Flujo de gases. Azul, admisión; rojo, escape.
Hoy en día son completamente normales los motores de cuatro válvulas por cilindro, dos para admisión y dos para escape; igualmente en motos, como nuestras V-Strom. Esta configuración hace funcionar mejor al motor en la gama alta de revoluciones. También Yamaha hace años introdujo en sus motos de serie una válvula más, de admisión. Y Honda en sus modelos NTV Revere o TransAlp 600 montaba culatas con tres válvulas, dos de admisión y una de escape.
Otra característica de las culatas multiválvulas es que obligan a aumentar el diámetro del cilindro. La consecuencia directa de esto es que, a igualdad de cilindrada, deberá disminuir la carrera del pistón, facilitando con ello que el motor admita regímenes muy elevados, o sea, mayores rendimientos de motor. También los cigüeñales tendrán menor masa en movimiento. Hoy los motores de las motos de 600 cc proporcionan fácilmente 115 CV o más, cuando hace pocos años no llegaban a 90. También los materiales han mejorado mucho, posibilitándolo. Estos motores pueden llegar fácilmente a 16.000 rpm con total fiabilidad.
Sistema V-Tec de Honda. Las culatas de cuatro válvulas, como ya he dicho, rinden mejor a altas revoluciones. Al objeto de obtener buen par motor y potencia en la gama de bajas revoluciones y disminuir consumo, Honda introdujo primero en automóviles (cómo no) el sistema V-Tec, de distribución variables, disponible en la VFR 800 actual. Se trata de un sistema que posibilita que en el motor funcionen dos válvulas por cilindro hasta 7000 rpm, y a cuatro en adelante, por medio de un circuito de aceite a presión en la culata.
Culata con sistema V-Tec:
Un caso especial: Honda NR. En el Mundial de 500, Honda, a finales de los 70 buscaba vencer con motos de cuatro tiempos a las de dos tiempos, que por definición rinden en teoría el doble de potencia a igualdad de cilindrada. Empeñados en esta cuestión, hicieron la trampa a la “ley” del reglamento técnico de la época, de modo que diseñaron una culata no redonda, sino casi oval (semicircular en sus extremos y recta en el centro), con ocho válvulas por “cilindro”, dos bujías, dos inyectores y ¡dos bielas!, respetando la cilindrada de 500 cc. Esto suma 32 válvulas, 8 bielas, otras tantas bujías y distribución por cascada de engranajes (que garantiza precisión). En realidad era un V8 camuflado, un motor que giraba a 22.000 rpm en un chasis monocasco de aluminio.
Se trataba de un motor de cuatro “cilindros” en V, como la VFR, de la que es la precursora. Fue todo un alarde de tecnología en la época (y para mí, fascinante) muy al estilo de la marca. Desde mediados de los 80 el reglamento de MotoGP prohibe expresamente este diseño.
En agosto de 1979 aparecieron Mick Grant y Takazumi Katayama con la NR en el GP de Inglaterra, con la que intentó lograr buenos resultados, pero unas veces por un motivo, otras por otro, nunca consiguió ganar un Gran Premio. La moto rompía mucho, tiraba aceite, en fin, un desastre. Tanto es así que la competencia la llamaba por su nombre, NR, con sorna
Never ready (nunca lista).
Katayama sobre la NR 500 en enero de 1980.
En 1983 Ron Haslam continúa corriendo en el Mundial de Velocidad con esta moto-laboratorio, sin los resultados esperados, por lo que fue quedando abandonado. Igualmente apareció en otros campeonatos de resistencia hasta 1987.
Paralelamente, Freddie Spencer comenzaba a correr con otro proyecto de Honda, la NS 500 de dos tiempos, tricilíndrica (para vencer con las mismas armas del enemigo), y fue con la que Honda conseguiría vencer.
En 1989 Honda la presentó como prototipo en el Salón de Tokio, y en 1992 realizó una cortísima serie de NR de 750 cc, con el célebre motor de cuatro “cilindros” en V, al precio, recuerdo, de 7.200.000 pts. Creo que hay una en España, que compraron a medias (ja, ja) Salvador Gascón (que fuera presidente de la Federación Valenciana de Motociclismo) y otro coleguilla del mundo de las motos.
Mirad qué maravilla de pistón, con dos bielas:
Radiografía de la Honda NR:
Motor de la NR. Observad las culatas. Es una obra de arte como otra cualquiera:
Radiografía del motor de la NR:
Fue un ejercicio de estilo, y estaba dotada de muchas innovaciones en su construcción: inyección PGM-FI, fibra de carbono, llantas de magnesio, basculante monobrazo (patente comprada a ELF) como los de la VFR... Incluso la cúpula tenía un recubrimiento de titanio que le daba un color azul metálico. Honda dedicó un grandísimo esfuerzo en crear aquella moto, y casi todos sus modelos desde entonces heredan algo de la NR en mayor o menor medida.
Y para terminar, hablamos de otras culatas, como esta, gran culata:
Y esto es un culo multiválvulas:
Comentarios, sugerencias y correcciones serán bien recibidos.
Larga vida al Comando Castilla 
