Qué es un Cigüeñal. Función, Tipos, Partes e Importancia

El cigüeñal es una parte esencial del bloque del motor. Veamos más de esta increíble pieza de ingeniería, su función, las causas del desgaste y cómo controlarlo.

Esta gran pieza de la ingeniería es muy resistente y duradera, pero requiere un mantenimiento regular de todas las piezas que conforman el conjunto del motor. Con una buena lubricación y una temperatura de trabajo estable, el cigüeñal puede durar toda la vida útil del coche.

Cigüeñal de Ford 302
Cigüeñal de Ford 302
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    ¿Qué es un cigüeñal?

    El cigüeñal es el elemento central del sistema biela-cigüeñal, permitirá que el movimiento lineal de los pistones se transforme en un movimiento de rotación continuo.

    Por lo tanto, el cigüeñal se utiliza para impulsar determinados componentes del motor, como la correa de distribución o la correa accesoria. Sin el cigüeñal, estas piezas no funcionarían y, por lo tanto, su automóvil simplemente no podría moverse. El movimiento del cigüeñal es transmitido por la polea del árbol de levas al árbol de levas.

    El principal mecanismo en el que se basa el funcionamiento de un motor se descubrió durante la época del Imperio Romano. Este es el sistema de biela-manivela que transformará un movimiento de traslación en un movimiento de rotación.

    El sistema de biela-manivela experimentará su desarrollo en el siglo XIX gracias a la máquina de vapor. El sistema biela-cigüeñal se basa en 4 elementos: el bloque motor, el cigüeñal, la biela y el pistón.

    Hay dos tipos de bielas: la biela de una pieza y la biela ensamblada, la más común porque no requiere un cigüeñal extraíble.

    El cigüeñal está formado por masas que se utilizarán para continuar el movimiento de rotación durante el tiempo muerto gracias a la inercia, los pernos del cigüeñal que se unen a la biela y la cola del cigüeñal que se unirá al volante del motor, al embrague y caja de cambios.

    El cigüeñal debe estar equilibrado, una masa giratoria genera vibraciones y el cigüeñal por diseño no tiene una masa homogénea, por lo que existen máquinas equilibradoras especialmente diseñadas para equilibrar el cigüeñal y determinar la posición de las masas para suavizar el movimiento.

    Esta sincronización cambia según el tipo de motor, cilindros y tipo de uso.

    Es interesante notar que dependiendo del vehículo que tengas, no le estarás pidiendo lo mismo a tu cigüeñal. De hecho, si tienes un vehículo particular de serie, la composición de tu cigüeñal será, ya sea, compuesto de hierro fundido, o de un acero forjado mecanizado, para tener un cigüeñal resistente y duradero.

    Si tu vehículo está equipado con un motor turbo, por ejemplo, si estás en una carrera o si has decidido afinar tu motor, seguramente tu cigüeñal estará hecho de acero forjado, muy ligero, de aleación, pero que puede enriquecerse con ciertos materiales como el níquel-cromo.

    El objetivo aquí será tener partes más ligeras dentro del motor, para que el motor funcione mejor. Sin embargo, estas partes, ciertamente más ligeras, pueden romperse más fácilmente, porque al ser más ligeras, también son más frágiles.

    Será necesario un equilibrio estático y dinámico regular para garantizar un buen rendimiento del cigüeñal.

    Función del Cigüeñal

    El cigüeñal es una parte central de tu motor, que permite transformar el movimiento lineal de los pistones del motor en un movimiento giratorio continuo y viceversa.

    Esto permite en particular la transmisión de energía desde los cilindros al eje de salida del motor. El cigüeñal también tiene la función de accionar otras partes del motor, como la correa de distribución o el volante del motor. El cigüeñal está formado por varios elementos: bielas, muñones y cojinetes.

    Las bielas permiten realizar la conexión entre el cigüeñal y los pistones. Es gracias a las bielas que es posible la transformación del movimiento lineal en movimiento giratorio.

    Los muñones permiten la correcta rotación del cigüeñal.

    Los cojinetes o conchas están ubicados entre las bielas y el cigüeñal y tienen la función de atenuar los choques y la fricción entre ellos. Los cojinetes también sirven para lubricar el cigüeñal.

    Las bielas

    Como se observó anteriormente, las bielas son elementos que permiten la conexión entre los pistones y el cigüeñal. En el sistema biela-manivela, es esta última la que permitirá la transformación del movimiento lineal en movimiento rotativo.

    La biela tiene dos articulaciones, una en cada extremo con el fin de transmitir fuerza y ​​movimiento a los pistones. Las bielas se fijan al cigüeñal mediante pernos de manivela, en algunos casos, este perno de manivela puede estar provisto de un contrapeso para evitar las vibraciones provocadas por los pistones.

    Muñones y cojinetes

    Los muñones son ejes giratorios que se mantienen mediante cojinetes. El propósito del muñón es guiar el cigüeñal en su rotación.

    Los muñones se alinean con el cigüeñal mediante cojinetes. Los cojinetes están soportados por juntas, denominadas juntas de cojinetes, que con el desgaste pueden provocar fugas, que posteriormente podrían dar lugar a una contra visita al control técnico. Esta es una razón para estar muy atento a las partes que componen tu cigüeñal.

    Las almohadillas o conchas

    Los elementos situados entre la biela y el cigüeñal, los cojinetes (o medios cojinetes) son elementos que permiten reducir la fricción entre las bielas (o el cojinete) y el cigüeñal. Además, debes saber que los rodamientos son elementos, que también aseguran la lubricación del cigüeñal.

    Recuerda que el cigüeñal está parcialmente bañado en aceite de motor, por lo tanto los cojinetes están lubricados con el aceite y así permite el correcto funcionamiento del cigüeñal.

    Es importante asegurarse del nivel de aceite de tu motor, si el nivel es demasiado bajo, la lubricación no se puede realizar bien, por el contrario si el volumen de aceite es demasiado grande, el cigüeñal recibirá demasiado aceite.

    Los accesorios

    El cigüeñal se utiliza para acoplar otras partes del motor. Por un lado, la acción del cigüeñal activará la correa o la cadena de distribución. Por otro lado, el cigüeñal engancha el volante, donde se encuentra el sensor TDC en particular.

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    ¿Qué es el sensor TDC?

    El sensor de TDC o “sensor de velocidad” o “sensor del cigüeñal” forma parte del sistema electrónico de control del motor. El sensor de TDC tiene dos funciones: determinar cuánto combustible inyectar y cuándo informar a la unidad de control del motor de la velocidad de la posición del pistón.

    Su segunda función se basa en el uso de los dientes del volante motor para el cálculo de la velocidad de rotación del cigüeñal.

    El sensor TDC tiene el mismo principio de funcionamiento que el sensor ABS, se llama sensor inductivo: él mismo produce una señal eléctrica sin tener en cuenta otras fuentes de alimentación externas.

    Para simplificar, tan pronto como un objeto metálico pasa cerca de la cabeza del sensor, el campo magnético creado, logra detectarlo.

    Su núcleo magnético está rodeado por una bobina. Él mismo está conectado en sus 2 extremos a 2 cables eléctricos conectados a la computadora. Si seguimos esta lógica, en cuanto uno de los dientes del volante se encuentra frente al metal, el campo magnético se perturba y crea una corriente eléctrica proporcional a la velocidad de rotación del volante.

    La señal enviada permite, gracias a su frecuencia y su período, deducir la posición del pistón y el régimen del motor. El sensor TDC se fija delante de una corona fijada al mismo volante.

    Estos dientes activan en cada paso una corriente eléctrica enviada a la computadora. Hay un total de 60 dientes en la corona de los que se extraen 2 dientes consecutivos.

    Todas estas acciones tienen el objetivo final de activar y dosificar la inyección de combustible.

    Arquitectura del cigüeñal

    Para comprender la arquitectura del cigüeñal, es bueno recordar que un ciclo de motor equivale a 720° para motores de 4 tiempos. Esto significa dos vueltas por cada ciclo.

    Por lo tanto, la geometría del cigüeñal puede variar en función del número de cilindros que componen tu motor. La cantidad de cilindros, permitirá una sincronización más regular de los pistones, lo que permitirá que el motor tenga un mejor rendimiento, ya que este último funcionará con mayor suavidad.

    Motores de 4 cilindros

    En el caso de motores de 4 cilindros en línea, el pistón se ajustará a 180°. El cálculo se realiza de la siguiente manera: 720° (un ciclo de motor) dividido por 4 cilindros (puede haber excepciones para vehículos con menos cilindros).

    Sin embargo, se pueden hacer variaciones según la cantidad de muñones que componen el cigüeñal.

    Motores de 6 cilindros y más

    Para motores de 6 cilindros, repitiendo la manipulación vista anteriormente, el reglaje se realizará cada 120°. Para este tipo de motor, las muñequillas se alinean de 2 en 2, lo que da una equivalencia de dos cigüeñales de tres cilindros.

    Las operaciones serán las mismas para los motores de 8 y 12 cilindros.

    Los otros casos

    En el caso de motores monocilíndricos, el reglaje se realizará pase lo que pase cada 720°. Por otro lado, para los motores de dos cilindros, puede depender. Si las muñequillas están alineadas, aquí el ajuste se hará cada 360°, o si están en oposición esto dará un ajuste cada 180°.

    En el caso de los motores de tres cilindros en línea, como por ejemplo para los vehículos Smart, el reglaje se realizará cada 240°.

    Cigüeñal
    Cigüeñal

    Tipos de cigüeñales

    Existen los siguientes tipos de cigüeñales, clasificados de acuerdo al tipo de construcción:

    • Cigüeñales forjados.
    • Cigüeñales totalmente construidos.
    • Cigüeñales semi construidos.
    • Cigüeñales soldados.

    Solo dos de ellos están en uso actualmente, los forjados y los semi-construidos. Pero veamos las diferencias existentes entre cada uno.

    Cigüeñales forjados

    Como sugiere su nombre, se fabrican mediante la técnica de la forja. Al forjar, se construye una sola pieza de metal con la forma deseada en un solo procedimiento. No se realiza ningún tipo de unión ni soldaduras.

    El metal caliente se coloca en una matriz inferior, mientras que en la parte superior se encuentra una máquina hidráulica de movimiento vertical.

    El troquel superior de la máquina se deja caer repetidamente sobre el inferior desde una altura controlada. Esto provoca la deformación del metal, logrando adaptarlo a la forma deseada.

    Es similar a martillar un metal blando en un agujero y el metal blando tomará la forma de ese metal.

    Pero para los cigüeñales más grandes como por ejemplo, los usados en los motores dos tiempos y cuatro tiempos, es difícil de hacer considerando el peso y el tamaño.

    Estos cigüeñales forjados son vistos en motores pequeños de velocidad media, como pequeños generadores de voltaje, motos y herramientas motorizadas.

    Estos cigüeñales tienen un tamaño de grano uniforme. A veces se perforan agujeros para lubricarlos.

    Cigüeñales construido completo

    Como su nombre indica, este tipo de ejes se construyen pieza por pieza. La mayoría de las piezas de la red se fabrican mediante forja y luego los pasadores se ajustan por contracción para hacer un eje completo.

    Los pasadores suelen tener más diámetro que el agujero. Por lo tanto, cualquiera de los orificios se puede calentar para colocar el pasador o el pasador se puede enfriar para obtener un ajuste perfecto.

    Este proceso de fabricación de ejes es fácil en el sentido de que las piezas pequeñas se unen para formar un eje más grande. Por lo tanto, manipular las piezas se vuelve fácil.

    Los cigüeñales totalmente construidos, son más pesados ya que están hechos de metal adicional para soportar las fuerzas de contracción. Esto hace que el eje sea muy pesado y, por lo tanto, difícil de fabricar.

    Este tipo de cigüeñales ya no se usa.

    Cigüeñales semi construidos

    Como sugiere el nombre, no se ensamblan a partir de muchas partes en comparación con el eje completamente construido. En este se forjan los nervios de manivela totalmente construidos y se ajustan por contracción al cojinete general.

    Por lo tanto, el material de la muñequilla es el mismo que el de la tela de la manivela y se mecanizan aún más para dar un acabado de superficie suave. En la actualidad, la mayoría de los ejes de los grandes motores diésel utilizados para el motor principal de los barcos se fabrican a partir de este tipo de proceso.

    Mediante este proceso obtenemos una estructura de grano continua en toda la red de la manivela y evitamos el daño por calor en los orificios de la red de la manivela mientras colocamos el diario en ella, generalmente enfriamos el diario con nitrógeno líquido para colocarlo en las redes de la manivela.

    Además, todas las esquinas afiladas de la red están laminadas en frío para reducir los factores de estrés y casi eliminarlos. A los efectos de la lubricación, se realizan pasajes internos en la banda.

    Cigüeñales soldados

    En este tipo de método o tipos de fabricación de Cigüeñales, todas las piezas se ensamblan mediante el proceso de soldadura. La mitad de la red se suelda a la otra mitad mediante soldadura. Lo mismo se usa para unir el diario a las redes de la manivela.

    Aunque solo se hicieron pocos ejes con este proceso, fueron muy buenos en términos de resistencia, dura un intervalo muy largo en comparación con los otros tipos de ejes. Pero el costo de hacerlos es tan alto que no es factible su construcción a gran escala.

    Tensiones del cigüeñal

    Los siguientes son los tipos de tensiones que actúan sobre un cigüeñal:

    • Torsión.
    • Flexión.
    • Axial.
    • Fuerzas de corte.

    Las tensiones de torsión se producen debido a las fuerzas de torsión desarrolladas en el eje cuando gira. En realidad, se retuerce en un ciclo y luego se desenrosca en el otro.

    El eje debe poder soportar tal inversión de cargas cíclicas y no fallar en tales condiciones. Generalmente solo vemos la velocidad media del motor, pero en condiciones reales puede ser menor o mayor, dependiendo de las diferentes unidades que se disparen en ese momento.

    Entonces, a veces se retarda o acelera dependiendo del disparo de cada unidad.

    La tensión de flexión se desarrolla debido a las fuerzas de disparo y compresión que se desarrollan en cada unidad y también cuando cambia la carga.

    Entonces, una unidad que no está disparando tendrá una carga menor en su manivela, mientras que la que dispara, impondrá más carga. Además, si las holguras de los rodamientos están fuera de los límites, habrá más flexión en el eje.

    Las tensiones axiales vienen en el eje desde el lado de la hélice, también el acaparamiento y el hundimiento del eje. El amortiguador de vibraciones axial está equipado para amortiguar tales tensiones.

    Los esfuerzos cortantes se desarrollan cuando la muñequilla está sometida a esfuerzos debido a las fuerzas de compresión desarrolladas por los gases de combustión. Y se desarrolla un momento alrededor de los cojinetes de los muñones, lo que provoca una fuerza cortante.

    ¿Cómo saber si el cigüeñal está dañado?

    Como habrás comprendido, un cigüeñal dañado dejará de cumplir correctamente su función y esto puede provocar averías importantes en tu coche. Aquí hay algunos síntomas que deberían indicarte que tu cigüeñal probablemente esté dañado:

    • La luz del motor se enciende (Check Engine).
    • Aparición de un ruido sordo en el motor.
    • Vibraciones en el pedal del embrague.
    • Incapacidad para arrancar: el sensor TDC se utiliza para bloquear el motor si el cigüeñal está defectuoso.

    El sensor del cigüeñal, también conocido como sensor TDC, está ubicado justo al lado del volante y el cigüeñal de tu automóvil. No deberías tener ningún problema para identificarlo.

    En cualquiera de los casos descritos, te recomendamos que acudas a un mecánico para que examine el motor de tu coche y compruebe que la avería realmente proviene de allí.

    ¿Por qué se daña un cigüeñal?

    Normalmente, el cigüeñal es una pieza de automóvil de servicio pesado, que debería durar toda la vida útil de tu automóvil. Si el cigüeñal se rompe, es probable que la rotura haya sido causada por una de las partes a las que está conectado, por ejemplo, la biela o la manivela.

    En algunos casos, también puede provenir de un sello SPI defectuoso y ya no garantiza el sello. Si revisas tu automóvil con regularidad, y le haces su servicio de aceite al día, no deberías tener ningún problema y el cigüeñal tendrá muy pocas posibilidades de romperse.

    ¿Cómo revisar un cigüeñal?

    Es un tanto complicado revisar el cigüeñal. Pero puedes hacer lo siguiente:.

    1. Realizar una inspección visual

    La forma más fácil y accesible de revisar el cigüeñal es examinar visualmente la pieza, pero no es necesario desmontar el cigüeñal. Para acceder al cigüeñal, será necesario quitar las tapas de las bielas y las tapas de los cojinetes. Una vez que se quitan estas piezas, observa tu cigüeñal.

    Si se ven rayones o señales de impacto, significa que tu cigüeñal puede estar dañado y es mejor hacerle una inspección mucho más profunda en un taller especializado.

    2. Haz una prueba de penetración

    La prueba de penetración solo es posible si tienes el equipo adecuado. El principio de esta prueba es integrar un producto en el cigüeñal y dejarlo actuar.

    Una vez que el producto ha actuado, necesitarás utilizar un producto llamado “revelador” cuya función es revelar el producto que se ha integrado previamente.

    Si ves rastros del producto, hay grietas en el cigüeñal. Sin este proceso, hubiera sido imposible verlo a simpe vista. En este caso, se debe revisar el cigüeñal ya que las grietas pueden volverse más severas con el tiempo.

    3. Realizar un control metrológico

    Esta técnica te permite verificar el cigüeñal y definir su dimensión de reparación. Por lo tanto, necesitarás un micrómetro de varios índices: la ovalidad, el cono y la flecha.

    Esta técnica es muy compleja y requiere todo el equipo adecuado. Si no eres mecánico, no debes hacer esto. Por lo tanto, te recomendamos que lleves el coche a una tienda especializada.

    Cigüeñal en su bancada
    Cigüeñal en su bancada

    ¿Cómo cambiar la estopera trasera del cigüeñal?

    El cambio de la estopera trasera del cigüeñal es una intervención larga y compleja porque será necesario retirar piezas como el embrague o la caja de cambios.

    Solo debes reemplazar el sello de aceite si tienes el tiempo, el conocimiento, las herramientas y las habilidades.

    Paso 1: Accede al volante

    Comienza quitando la caja de cambios y luego el embrague. Es esta parte la que puede ser la más larga porque tendrás que quitar varios elementos antes de poder acceder al volante.

    Paso 2: Quita el volante

    Empieza por desenroscar los tornillos de fijación que se encuentran en la parte central del volante. Ten precaución porque el volante es una de las partes más pesadas de tu coche, por lo que podrías lesionarte si se cayera.

    También recuerda marcar la posición del volante antes de quitarlo. De hecho, el sensor TDC debe estar perfectamente posicionado para que todo funcione correctamente.

    Paso 3: Cambia la estopera trasera

    Ahora puedes acceder a la estopera trasera del cigüeñal, el lado de la caja de cambios. Comienza quitando el sello con un destornillador y luego toma un paño para limpiar la ubicación del sello.

    Comprueba también que las dos juntas sean perfectamente idénticas antes de instalar la nueva. Para instalar el nuevo sello, colócalo dándole golpecitos con un mazo de goma, sin deformarlo ni afectar los labios internos. Asegúrate de presionar el sello un poco después de la placa del cigüeñal, para que no quede con tensiones innecesarias.

    Paso 4: Vuelve a montar y normalizar todo

    Vuelve a montar el volante colocándolo correctamente en la marca que hiciste, y fija los tornillos de fijación. Luego instala el embrague y la caja de cambios.

    Conecta todo lo que hayas desconectado para que puedas normalizar todos los elementos de tu coche. Cuando hayas normalizado todo, debes encender el coche para poder probar que todo esté bien.

    ¿Cuál es la vida útil de un cigüeñal?

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    El cigüeñal es una pieza muy fuerte que en la mayoría de los casos no necesita cambiarse. Sin embargo, puede ser que algunas piezas que componen el cigüeñal se rompan como por ejemplo las bielas o las manivelas.

    En este caso, no tendrás más remedio que reemplazar el cigüeñal. Si el sello de aceite del cigüeñal no recibe el mantenimiento adecuado, también corres el riesgo de que el cigüeñal se deteriore antes de lo esperado.

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