Cigüeñal

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Esquema de funcionamiento de un cigüeñal (pieza roja), pistones (grises) en sus cilindros (azules), y volante (negro).

Un cigüeñal¹​ o cigoñal²​ es un eje acodado, con codos y contrapesos presente en ciertas máquinas que, aplicando el principio del mecanismo de biela-manivela, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme y viceversa.

En los motores de automóviles el extremo de la biela opuesta al bulón del pistón (cabeza de biela) conecta con la muñequilla y es la parte que se une al cigüeñal, la cual junto con la fuerza ejercida por el pistón sobre el otro extremo (pie de biela) genera el par motor instantáneo, que esta acoplado un casquillo antifricción para la unión con el pistón, a través de un eje llamado bulón. El cigüeñal va sujeto en los apoyos, siendo el eje que une los apoyos el eje del motor.

Normalmente se fabrican de aleaciones capaces de soportar los esfuerzos a los que se ven sometidos y pueden tener perforaciones y conductos para el paso de lubricante. Sin embargo, estas aleaciones no pueden superar una dureza a 40 Rockwell «C» (40 RHC), debido a que cuanto más dura es la aleación más frágil se hace la pieza, y se podría llegar a romper debido a las grandes fuerzas a las que está sometida. Hay diferentes tipos de cigüeñales; los hay que tienen un apoyo cada dos muñequillas y los hay con un apoyo entre cada muñequilla.

Por ejemplo, para el motor de automóvil más usual, el de cuatro cilindros en línea, los hay de tres apoyos (hoy ya en desuso), y de cinco apoyos, el más común actualmente.

En otras disposiciones como motores en V o bien horizontales opuestos (boxer) puede variar esta regla, dependiendo del número de cilindros que tenga el motor. El cigüeñal es también el eje del motor con el funcionamiento del pistón y gradualmente se usa así en los automóviles con motor de combustión interna actuales.

¿Qué es el cigüeñal?

Esquema de cigüeñal (inferior), bielas, pistones, válvulas y árbol de levas.

Cuando se produce la combustión en el interior de los cilindros, esta mueve los pistones que trasladan dicha energía a través de las bielas al cigüeñal, que a su vez está conectado al volante motor. A través del embrague en una caja de cambios manual o de un convertidor de par en una automática, este movimiento es finalmente transmitido a las ruedas.

Así pues, el cigüeñal se encarga de transformar el movimiento lineal de los pistones en circular que pueda ser utilizado para mover las ruedas a través de la transmisión. Las bielas son en cierto modo como los pedales de una bicicleta que hacen girar, en este caso, el cigüeñal.

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En esencia, se trata de una sucesión de movimientos lineales y giratorios que finalizan con el vehículo desplazándose a partir de la combustión del carburante y el oxígeno, pero la pieza clave para transformar dicha energía lineal en circular es el cigüeñal.

Partes

Este elemento situado en el interior del bloque motor consta de varias piezas que cumplen distintas funciones:

Eje: sirve de guía para el giro de todo el conjunto.

Apoyos: realizan un giro sobre el mismo cárter y reciben diversos tratamientos térmicos para adquirir resistencia que permita una precisión máxima y una tolerancia mínima.

Vídeo en el que podemos ver con exactitud la situación y fisonomía de un cigüeñal en el motor.

Muñequillas: estas soportan el giro de las bielas y, al igual que los apoyos, reciben un tratamiento térmico para ganar solidez.

Brazos: unen las muñequillas y los apoyos y su longitud determina la carrera de la biela.

Contrapesos: permiten minimizar las irregularidades generadas por el movimiento del eje.

Material

En la actualidad se utilizan diversos materiales de aleación para fabricar un cigüeñal, pero todos ellos deben cumplir determinadas características para satisfacer las necesidades de velocidad, fiabilidad y potencia del motor en el que vayan instalados:

• Límite elástico que permita soportar esfuerzos sin requerir grandes dimensiones.
• Gran resistencia a los golpes para evitar grietas.
• Facilidad para el maquinado y la forja.
• Coeficiente de fricción mínimo para evitar desgaste excesivo.
• Límite de fatiga y coeficiente de amortiguamiento muy elevados para reducir vibraciones.

Consejos

• Suficiente cantidad de aceite en el motor.
• Especificación correcta del aceite y nunca rellenar con aceite usado.
• No sobrepasar la temperatura del aceite del motor para conservar sus propiedades lubricantes.
• Evitar la contaminación del aceite con refrigerantes o combustibles.
• Prevenir averías en el circuito de aceite que causen problemas de presión.

Rectificado del cigüeñal

Los elementos que componen el cigüeñal están en constante rozamiento y ello puede provocar un excesivo desgaste en los cojinetes, inconveniente que se soluciona con su sustitución.

Pero en ocasiones lo que se genera es un desgaste en la forma de los apoyos o las muñequillas, momento en el que se hace necesario un rectificado antes de que el motor falle y ocasione una avería y coste de reparación mucho mayor.

Principales partes que conforman un cigüeñal.

En este caso lo que se hace es que se rebaja la superficie dañada lo mínimo posible para evitar variar la posición inicial de la zona. Para ello se utilizan muelas abrasivas y posteriormente se realiza un tratamiento de pulimentado que evite imperfecciones. Finalmente, se aplica un control de alineación de los apoyos y las muñequillas mediante un reloj comparador.