Orden de encendido El orden de encendido es la secuencia que tiene lugar la chispa de la bujía en cada cilindro. Esta chispa coincide con el inicio de la carrera de fuerza respectiva y se presenta, en motores de cuatro cilindros en línea, de la manera siguiente: 1 - 3 - 4 - 2, es decir, que encenderá primero el cilindro número uno, después el número tres, a continuación el cuatro y por último el número dos. Este ciclo, como ya sabemos, se repite continuamente de modo que habrá sólo un pistón en carrera de fuerza, otro en carrera de compresión, uno más en carrera de admisión y otro en carrera de escape, en cualquier momento de giro del cigüeñal, siguiendo siempre ese orden de encendido.
En el diagrama (izq.) encontramos al pistón número número 1 al final fi nal de su carrera de fuerza, en su punto muerto inferior; por lo tanto, el pistón número 3 se encontrará al final de su carrera de compresión a punto de encender su mezcla, luego el pistón número 4 estará al final de su carrera de admisión y el pistón número 2 se encontrará al final de su carrera de escape.
En un motor de 4 cilindros en línea, además del orden 1-3-4-2, es posible utilizar también el orden 1-2-4-3, pero resultan incompatibles con el equilibrado los órdenes de encendido 1-2-3-4 y 1-4-3-2.
El número de los órdenes de encendido posibles crece al aumentar el número de cilindros. Se trata entonces de buscar órdenes de encendido que eviten 2 fases útiles sucesivas en los cilindros adyacentes en la misma muñequilla de bancada, la cual, si no fuese así, estaría demasiado solicitada; esto implica una disminución de la amplitud de las vibraciones de torsión del cigüeñal. De esta manera, un motor de 6 cilindros en línea, aunque el equilibrado queda garantizado siguiendo los órdenes de encendido: 1-5-3-6-2-4, 1-2-4-6-5-3, 1-2-3-65-4 y 1-5-4-6-2-3, únicamente el primero permite no insistir sucesivamente sobre un mismo cojinete de bancada. Un ejemplo típico de las selecciones efectuadas en contraste con la equidistancia entre las partes, pero ventajoso desde el punto de vista del equilibrado, está representado por algunos motores bicilíndricos de 4 tiempos: en los motores Honda de 2 cilindros verticales el cigüeñal tiene las manivelas a 180° y se producen las dos fases útiles sucesivas (durante una vuelta) y una vuelta con sólo fases pasivas; en los motores bicilíndricos en V Guzzi V7 y Ducati 750 existe una
sola muñequilla para ambas bielas, por lo cual las explosiones se siguen a intervalos de 270° y 450° (tres cuartos de vuelta y una vuelta y cuarto), así, en el motor Honda se obtiene el equilibrado de las piezas alternativas de primer orden, y en el Guzzi, con un contrapeso, incluso las de segundo orden. En los motores policilíndricos con situación de los cilindros en V, la forma y la disposición de los colectores de admisión y de escape asumen una importancia fundamental. En realidad, el orden de encendido condiciona las inversiones de dirección del flujo de la mezcla aspirada por los conductos. Por ejemplo, en un motor de 6 cilindros en línea, con un único colector y con el orden de encendido habitual (1-53-6-2-4), las inversiones serían 6 por cada 2 vueltas del cigüeñal; por tanto, es necesario alimentar los 3 primeros cilindros con un carburador y los 3 restantes con otro carburador. Empleando 2 colectores distintos, se producen en cada uno sólo 2 inversiones cada 2 vueltas del cigüeñal. En el colector de escape es necesario unir los conductos de los cilindros equidistantes en el orden de encendido y cada unión sucesiva debe seguir el mismo criterio, de manera que las ondas de presión producidas por las explosiones, en cada tramo del tubo, se produzcan a intervalos regulares. De esta manera, en un motor de 4 cilindros en línea, en primer lugar se unirán los conductos del primero y del cuarto y, paralelamente, los del segundo y del tercero; después, los 2 tubos obtenidos de esta manera se unirán entre sí.
En un motor V8, con el cigüeñal en cruz (manivela a 90°), el orden compatible con la regularidad del par es: 1-5-4-8-7-2-6-3, pero esta solución requiere un colector único para todas las bancadas, puesto que, si se montase un colector independiente para cada fila de cilindros, se obtendrían 2 explosiones consecutivas en 2 cilindros adyacentes (7 y 8). Pero, si se adopta un cigüeñal de tipo plano (manivela a 180°), semejante al de un motor de 4 cilindros en línea y siguiendo el orden de encendido 1-8-3-6-4-5-2-7, es posible dividir los colectores (de escape y de admisión) en 2 grupos en los cuales cada explosión es equidistante. Un motor construido con este criterio no está equilibrado en cuanto a las fuerzas alternativas de segundo orden; no obstante, continúa siendo la solución preferida en todas las construcciones deportivas y, especialmente, en los motores de competición, en los que permite disminuir las dimensiones de la instalación de escape.
Los ejemplos más conocidos de motores de 8 cilindros con cigüeñal plano son el Ford Cosworth, el Alfa Romeo 33 (el motor de 8 cilindros montado en el Montreal tiene cigüeñal convencional con manivelas a 90°) y el Ferrari Diño 308.
En el estudio teórico de los motores se realizan análisis termodinámicos elementales y se suele simplificar. Los procesos termodinámicos que tienen lugar según el diagrama son los siguientes. El encendido por chispa se utiliza un ciclo termodinámico llamado ciclo Otto. · Tramo 1-2. Se realiza la compresión adiabática del fluido de trabajo. · Tramo 2-3. Absorción instantánea de calor en el momento de la explosión · Tramo 3-4. Expansión adiabática del pistón · Tramo 4-1. Extracción instantánea del calor Numeración
de los cilindros y órdenes de explosión para diferentes configuraciones del motor En un motor de cilindros en línea las bujías y los cilindros están numerados, comenzando por el #1, normalmente desde el frontal del motor hasta la trasera.
1-3-5-2-4 sería el orden de explosión correcto para este motor radial de 5 cilindros. En un motor radial, los cilindros están numerados alrededor del círculo que forma el cárter, siendo el primero numerado el que se encuentra en lo más alto. Siempre hay un número impar de cilindros en cada bancada de un motor radial, dado que así se puede conseguir una alternancia en la explosión de los cilindros. Por ejemplo, para una bancada de 7 cilindros, el orden apropiado sería el de 1-3-5-72-4-6. Además, a no ser que haya un número impar de cilindros, los árboles de levas circunferenciales no podría crear la secuencia adecuada para abrir y cerrar las válvulas de admisión y escape.
El esquema de numeración de los cilindros usado por algunos fabricantes en sus motores en V se basa en transformar el motor en uno con cilindros alineados. En un motor en V, la numeración de los cilindros varía entre los distintos fabricantes. Generalmente, el cilindro más adelantado es el 1; pero según el fabricante, lo siguientes serán los de la misma bancada, o los numerará por el orden en que son conectados al cigüeñal. Así, para un motor V8, en el primer caso los cilindros de una bancada estarían numerados 1-2-3-4, y los de la otra 5-6-7-8; pero en el segundo caso, la primera bancada estaría numerada como 1-3-5-7, siendo la segunda bancada numerada como 2-4-6-8. Para complicar más aún si cabe las cosas, un fabricante puede no haber seguido el mismo sistema para todos sus motores. Resulta importante comprobar la numeración de los cilindros para poder comparar los órdenes de explosión, ya que este variará de forma importante con el diseño del cigüeñal. Como ejemplo, el conocido motor Chevrolet Small-Block tiene los cilindros numados como 1-3-5-7 a su izquierda, estado los otros en el lado derecho del automóvil que lo monta, siendo su orden de explosión 1-8-4-3-6-5-7-2. 1 Es importante fijarse en que el orden se alterna irregularmente entre ambas bancadas; esto es lo que provoca el famoso sonido burbujeante del motor. 2 En la mayoría de los modelos fabricados por Audi y Ford equipados con motores V8, los cilindros 1-2-3-4 se encuentran en el lado derecho del automóvil, mientras que los otros cuatro cilindros se encuentran a la izquierda. Debido a esto, los motores GM LS V8 engines y los Ford Modular V8 tienen un patrón de explosión idéntico, aún a pesar de tener un orden de explosión diferente. Una interesante excepción es el Ford Flathead V8, en el que el cilindro número 1 se encuentra en el frontal derecho del motor, al igual que en otros motores V8 fabricados por Ford; pero en este caso, no se corresponde con el cilindro más
adelantado. Al contrario, el primer cilindro del motor está numerado como 5. Una situación similar se encuentra en los motores Pontiac V8 455, en los que los cilindros están numerados como en un Chevrolet V8, pero la bancada derecha se encuentra más adelantada, como en los Ford, colocando así al segundo cilindro por delate del primero.
Bancada
del motor V8
Audi Ford GM y Chrysler GM (Sólo Northstar)
Lado derecho del vehículo 1234 1234 2468
1357
Lado izquierdo del vehículo 5678 5678 1357
2468
Número de
Orden de explosión
cilindros
3
1-2-3
Ejemplo
Motor Saab dos tiempos
La mayoría de los 4 cilindros en línea, 4
1-3-4-2
Motor Ford Taunus V4
1-2-4-3
Algunos motores Ford británicos,
1-3-2-4
Motor Ford Kent Yamaha R1
5
6
7
8
1-2-4-5-3
5 en línea, línea, Volvo 850, 850, Audi 100
1-5-3-6-2-4
6 en línea, línea, Opel Omega
1-6-5-4-3-2
Motor GM 3800
1-2-3-4-5-6
Motor GM 60-Degree V6
1-4-2-5-3-6
Motor Mercedes-Benz M104
1-3-5-7-2-4-6
1-8-4-3-6-5-7-2
Motor radial de una fila de siete cilindros.
Chrysler Fifth Avenue de 1988 1988,, Motor
1-8-7-2-6-5-4-3
Chevrolet Small-Block
1-3-7-2-6-5-4-8
Motor GM LS
1-5-4-8-7-2-6-3
Porsche 928, 928, Motor Ford Modular, Modular ,
1-6-2-5-8-3-7-4
Motor Ford Windsor
1-8-7-3-6-5-4-2
BMW S65
1-5-4-2-6-3-7-8
8 en línea
1-5-6-3-4-2-7-8
Motor Nissan VK
1-5-3-7-4-8-2-6
Motor Ford Windsor Motor Cadillac V8 368, 425, 472 y 500 Ferrari Dino V8 (F355)
10
12
16
1-10-9-4-3-6-5-8-7-2
Dodge Viper V10
1-6-5-10-2-7-3-8-4-9
BMW S85
1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10
1-12-8-11-7-14-5-16-4-15-3-106-9-2-13
Ferrari 456M GT de 2001 con motor V12
Motor Cadillac V16
Aquí tienen un ejemplo de orden de encendido de motores chevrolet
http://www.mecanicaf acil.info/mecanica.ph p?id=ordenEncendid o
Aquí
tienen
un
ejemplo
de
orden
de
encendido
Aquí tienen un ejemplo de orden de encendido de motores
de
motores
CHRYSLER
Ford
Motor V-6 232 [3.8L] Orden de encendido 1-4-2-5-3-6 Encendido electronico 1982/83 Bujias 0.044 Torque, apriete: Bielas, sumerja las tuercas en aceite, apretar a 30-36 libras pie; aflojar dps vueltas completa; luego vuelva a apretar 30-36 libras pie. Tornillos de bancada: sumerja los tornillos en aceite, aprietelos a 62-81 libras pie, aflojelos dos vueltas completas, luego vuelva a apretarlos a 62-81 libras pie. Tornillo de la polea del ciguenal 85/100 libras pie; tornillos de la rueda volante o flywheel 75/85 libras pie
Motor 2300cc.[140]Orden de encendido 1-3-4-2 encendido electronico 1978/83 Bujias 0.034; 1983 0.044 Torque apriete Bielas 30/36 libras pie; tornillos de bancada 80/90 libras pie; tornillo de la polea del ciguenal 100/120 libras pie; Tornillo de la rueda volante o flywheel flywheel 54/64 libras pie Motor 351 [5.8L], & 400 [6.6L] V-8. orden de encendido 1-37-2-6-5-4-8 encendido electronico. Motor 351,Bujias 1976
0.044
- 1977/78 0.050/60 - 1979
0.050
Motor 400, Bujias 1976 0.044;1977/78 0.050/60; Motor 351W Torque apriete, Bielas 40/45 libras pie;Bancada 95/105,Tornillo de la polea del ciguenal 70/90 libras pie;Tornillos de la rueda volante o flywheel flywheel 75/85 libras libras pie Motor 351M - 400, Torque apriete, Bielas 40/45 libras pie; Tornillos Bancada 1/2 X 13 pulg - 95/105 libras pie; Tornillos de 3/8 X 16 pulg 35/45 libras pie; Polea del ciguenal 70/90 libras pie; tornillos de la rueda volante o flywheel 75/85 Motor 255, 302, 460 V-8 Orden de encendido 8-encendido electronico
255 - Bujias,1980/81
1-5-4-2-6-3-7-
0.050
302 - Bujias,1976 0.044; 1977/80 0.050/60; 1981/82 0.050; 1983 0.044 460 - Bujias,1976 0.044 Motor 255-302 Torque apriete: Bielas 19/24 libras pie; Bancada 60/70 libras pie;Tornillo pie;Tornillo de la polea polea del ciguenal 70/90 libras pie; Tornillos de la rueda volante o flywheel 75/85 libras pie Motor 460 Torque apriete : Bielas 40/45 plbs; Bancada 95/105 95/105
libras pie;Tornillo de la polea del ciguenal 70/90 libras pie; Tornillos de la rueda volante o flywheel 75/85 libras pie
Motor 2.8L [170] V-6 orden de encendido 1-4-2-5-3-6 Encendido Electronico 1979, Bujias 0.034 Torque apriete Bielas 21/25 libras pie; Bancada 65/75 libras pie Tornillo de la polea del ciguenal 92/103 libras pie; Tornillos de la rueda volante o flywheel 47/51 libras pie
Motor 200-250 6 cilindros cilindros [ 1976] orden de encendido 1-5-3-62-4-encendido electronico 200 1976 Bujias 0.044 250 1976 Bujias 0.044 Torque apriete Bielas 21/26 libras pie; Bancada 60/70 libras pie Tornillo de la polea polea del ciguenal 85/100 p bs; bs; Tornillos de de la rueda volante o flywheel 75/85 libras pie Motor 200 [3.3L], [3.3L], 250 [4.1L] 6 cil 1977 y posteriores posteriores ;orden ;orden de encendido 1-5-3-6-2-4 encendido electronico 1977- 200; Bujias 0.050,
1978/79 0.050/60;
1980/83 0.050
1977/81- 250; Bujias 0.050. Torque apriete Bielas 21/26 libras pie; Bancada 60/70 libras pie, Tornillo de la polea del ciguenal 85/100 libras pie; Tornillos de la rueda volante o flywheel 75/85 libras pie
Al conocer el orden de encendido también tendríamos que estudiar el sistema de encendido ya que generalmente nos referimos al sistema necesario e independiente capaz de producir el encendido de la mezcla de combustible y aire dentro del cilindro en los motores de gasolina o LPG, conocidos también como motores de encendido por chispa, ya que en el motor Diesel la propia naturaleza de la formación de la mezcla produce su auto-encendido.
En los motores de gasolina resulta necesario producir una chispa entre dos electrodos separados en el interior del cilindro en el momento justo y con la potencia necesaria para iniciar la combustión.
Generación de la chispa Es conocido el hecho que la electricidad puede saltar el espacio entre dos electrodos aislados si el voltaje sube lo suficiente produciéndose lo que se conoce como arco eléctrico. Este fenómeno del salto de la electricidad entre dos electrodos depende de la naturaleza y temperatura de los electrodos y de la presión reinante en la zona del arco. Así tenemos que una chispa puede saltar con mucho menos voltaje en el vacío que cuando hay presión y que a su vez, el voltaje requerido será mayor a medida que aumente la presión reinante. De esto surge la primera condición que debe cumplir el sistema de encendido: y
Condición
El sistema de encendido debe elevar el voltaje del sistema eléctrico del automóvil hasta valores capaces de hacer saltar la electricidad entre dos electrodos separados colocados dentro del cilindro a la presión alta de la compresión. compresión. 1:
Momento del encendido Durante la carrera de admisión la mezcla que ha entrado al cilindro, bien desde el carburador, o bien mediante la inyección de gasolina en el conducto de admisión se calienta, el combustible se evapora y se mezcla íntimamente con el aire. Esta mezcla está preparada para el encendido, en ese momento una chispa producida dentro de la masa de la mezcla comienza la combustión. Esta combustión produce un notable incremento de la presión dentro del cilindro que empuja el pistón con fuerza para producir trabajo útil. Para que el rendimiento del motor sea bueno, este incremento de presión debe comenzar a producirse en un punto muy próximo después del punto muerto superior del pistón y continuar durante una parte de la carrera de fuerza.
Cuando se produce la chispa se inicia el encendido primero alrededor de la zona de la chispa, esta luego avanza hacia el resto de la cámara como un frente de llama, hasta alcanzar toda la masa de la mezcla. Este proceso aunque rápido no es instantáneo, demora cierto tiempo, por lo que nuestro sistema debe producir la chispa un tiempo antes de que sea necesario el incremento brusco de la presión, es decir antes del punto muerto superior, a fin de dar tiempo a que la llama avance lo suficiente en la cámara de combustión, y lograr las presiones en el momento adecuado, recuerde que el pistón está en constante movimiento. A este tiempo de adelanto de la chispa con respecto al punto muerto superior se le llama avance al encendido.
Si consideramos ahora la velocidad de avance de la llama como constante, resulta evidente que con el aumento de la velocidad de rotación del motor, el pistón se moverá mas rápido, por lo que si queremos que nuestro incremento de presión se haga siempre en la posición adecuada del pistón en la carrera de fuerza, tendremos necesariamente, que adelantar el inicio del salto de la chispa a medida que aumenta la velocidad de rotación del motor. De este asunto surge la segunda condición que debe cumplir el sistema de encendido: y
Condición2: El sistema de encendido debe ir adelantando el momento del salto de la chispa con respecto a la posición del pistón gradualmente a medida que aumenta la velocidad de rotación del motor.
La consideración hecha de que la velocidad de avance de la llama es constante no es estrictamente cierta, además en dependencia del nivel de llenado del cilindro con mezcla durante la carrera de admisión y de la riqueza de esta, la presión dentro del cilindro se incrementará a mayor o menor velocidad a medida que se quema, por lo que durante el avance de la llama en un cilindro lleno y rico la presión crecerá rápidamente y puede que la mezcla de las partes mas lejanas a la bujía no resistan el crecimiento de la presión y detonen antes de que llegue a ellas el frente de llama, con la consecuente pérdida de rendimiento y perjuicio al motor. De aquí surge la tercera condición que debe cumplir el sistema de encendido: y
Condición 3: El sistema de encendido debe ir atrasando el momento del salto de la chispa a medida que el cilindro se llena mejor en la carrera de admisión.
Distribución
del encendido
Cuando el motor tiene múltiples cilindros de trabajo resultará necesario producir la chispa cumpliendo con los requisitos tratados hasta aquí, para cada uno de los cilindros por cada vuelta del cigüeñal en el motor de dos tiempos, y por cada dos vueltas en el de cuatro tiempos. De aquí la cuarta condición: y
Condición 4: El sistema de encendido debe producir en el momento exacto una chispa en cada uno de los cilindros del motor.
BALANCEO DE
CIGÜEÑAL
Concepto de Cigüeñal
Antecedentes
Pistón
y biela dando un giro al cigüeñal
AI efectuar su trabajo dentro del cilindro, el pistón se desplaza en forma rectilínea y reciprocante, es decir, va y viene en línea recta. Corresponde a la biela convertir ese movimiento del pistón en circular y continuo del cigüeñal. Del mismo modo en que al operar una manivela puede hacerse girar un mecanismo, o igual que al aplicar fuerza sobre los pedales de una bicicleta, cada uno de los pistones, a través de su biela respectiva, transmite su energía al cigüeñal
Como se puede apreciar en el esquema anterior, en un motor de cuatro cilindros los pistones se encuentran dispuestos por pares, es decir, cuando dos de ellos están arriba, los otros dos están abajo. Esta disposición favorece el balance dinámico del motor ya que cuando las masas de dos pistones suben, otras dos masas equivalentes bajan. Cabe mencionar que todos los pistones de un motor deben pesar lo mismo y ese criterio se aplica también para las bielas. Hay que recordar que debe se simétrico
El cigüeñal forma parte del mecanismo bielamanivela, es decir de la serie de órganos que con su movimiento transforman la energía desarrollada por la combustión en energía mecánica. El cigüeñal recoge y transmite al cambio la potencia desarrollada por cada uno de los cilindros. Por consiguiente, es una de las piezas más importantes del motor.
En los motores rotativos (eléctricos o de turbina), el árbol motor tiene simplemente forma cilíndrica, con estriados para su ajuste con el rotor (inducido eléctrico o rodete de la turbina) y engranajes o poleas para transmitir el movimiento. En los motores de pistón rotativo (tipo Wankel) el cigüeñal lleva simplemente una excéntrica circular por cada pistón. Sin embargo, en los motores alternativos tradicionales tiene una forma más complicada (puesto que hay manivelas), determinada por la necesidad de transformar el movimiento alternativo en movimiento giratorio: precisamente dada su forma, se le denomina árbol de manivelas o árbol de codos, además de cigüeñal. En los primeros tiempos, el motor típico de combustión interna era monocilíndrico, y el cigüeñal, al tener una sola manivela, era completamente semejante al antiguo berbiquí de carpintero, denominado en francés «vilebrequin». El término vilebrequin es aún hoy día el apelativo francés correspondiente al español cigüeñal. Los ingleses lo llaman «crankshaft», que significa árbol - manivela. Cada manivela está formada por dos brazos llamados brazos de, manivela y por la muñequilla de manivela o muñequilla de biela, que gira sobre el cojinete de la cabeza de biela. Las muñequillas del eje de rotación del cigüeñal se denominan muñequillas de bancada. En los motores con los cilindros en línea el cigüeñal está formado por tantas manivelas como cilindros. En los motores con los cilindros opuestos el número de manivelas puede ser el mismo que el de cilindros o sólo la mitad. En los motores en V, generalmente el número de manivelas es la mitad del de cilindros
. El número de muñequillas de bancada puede variar bastante. Por ejemplo, en un motor de 4 cilindros puede emplearse un cigüeñal que tenga únicamente dos muñequillas de bancada, o bien tres, cuatro o cinco. La elección depende de razones técnicas y económicas. La solución más económica es un cigüeñal con sólo dos apoyos en los extremos, pero en este caso no puede pretenderse alcanzar potencias elevadas a altos regímenes' De hecho, para evitar las flexiones y las consiguiente vibraciones del cigüeñal, es necesario que las muñequillas de manivela tengan el mayor diámetro posible y los brazos de manivela una sección considerable.
El cigüeñal y las cabezas de biela son pesados y, por tanto, las masas en rotación originan fuerzas considerables y el motor no puede girar a regímenes muy elevados. Las oscilaciones Electoras del cigüeñal son también la causa de ruidos originados por el golpeteo sobre los cojinetes de bancada. Por estos motivos, en los motores de 4 cilindros, la solución del cigüeñal con 2 muñequillas de bancada no se emplea actualmente. Muchos motores de 4 cilindros tienen 3 muñequillas de bancada, pero en los motores más modernos y, principalmente, en los de mayor cilindrada se prefiere la solución con 5 muñequillas de bancada, que es la más costosa, pero permite alcanzar potencias específicas elevadas y, al mismo tiempo, mayor ligereza del motor. Por esta misma razón, generalmente, los motores de 6 cilindros en línea tienen 7 muñequillas de bancada, los motores de 6 cilindros en V poseen 4 muñequillas de bancada y los de 8 en V, 5 muñequillas de bancada. El cigüeñal lleva en el extremo destinado a transmitir la potencia, una brida para la fi jación del volante; éste a su vez, soportará el embrague. El otro extremo está conformado para hacer solidarios con él el engranaje de mando de la distribución y las poleas para el accionamiento por correa de los órganos auxiliares: bomba de agua, generador eléctrico, ventilador, etc. La forma de las manivelas varía y depende del número de cilindros, el número de apoyos de bancada, del sistema de fabricación y sobre todo de si existen o no contrapesos. Generalmente, los cigüeñales de los motores para automóviles están apoyados sobre cojinetes de fricción y constituidos por una sola pieza. Los cojinetes de bolas o rodillos se emplean únicamente en los motores de motocicletas y a veces en motores para vehículos industriales. En este caso los cigüeñales están compuestos por varias piezas. En los motores para motocicletas las muñequillas y las manivelas se construyen separadamente y se unen después del montaje de los cojinetes. cojinetes. En los motores con varios cilindros y para regular el par motor, que en cada cilindro varía durante el cielo pasando por su valor máximo cada 2 vueltas (motor de 4 tiempos), y para hacer más uniforme el movimiento del cigüeñal, se actúa de manera que las combustiones en los diferentes cilindros se sucedan con intervalos iguales. Con este fin se colocan las manivelas de tal manera que las correspondientes a dos cielos consecutivos se encuentran desfasadas con un ángulo igual a: 180 h/i, donde h es el número de tiempos e i el número de cilindros. Esto sirve para motores con los cilindros en línea y para motores con los cilindros en V cuando el ángulo de la V es igual al calculado en la fórmula indicada anteriormente. No obstante, existen otros motores principalmente los de 2 cilindros en V, donde las diferentes fases no son equidistantes entre sí, dando lugar a un funcionamiento arrítmico con dos explosiones próximas. Aumentando el número de cilindros y, por consiguiente, el número de manivelas, se reduce el grado de irregularidad del par motor. Por grado de irregularidad se entiende la relación entre el valor máximo y el valor medio del par motor.
Equilibrado. El equilibrado se consigue por medio de contrapesos aplicados, a las manivelas para obtener, cuando sea necesario, el equilibrado estático y el dinámico del cigüeñal en todo su conjunto y, muchas veces, de cada una de las manivelas. Sirve además para reducir el efecto de algunas de las fuerzas debidas a las masas en movimiento alternativo. Los objetivos del equilibrado son esencialmente dos: y
y
Reducir las vibraciones del motor causadas por las fuerzas y momentos generados por la presión de los gases en los cilindros y por las piezas en movimiento alternativo y giratorio (pistones, bielas, y cigüeñal). Reducir las cargas sobre los cojinetes de bancada.
Fuerzas centrífugas y alternativas. El cigüeñal está equilibrado estéticamente cuando la resultante de las fuerzas centrífugas es nula, es decir, cuando el baricentro se encuentra sobre el eje de rotación. Es característico el ejemplo del cigüeñal con una sola manivela. Es obvio que para que el cigüeñal esté en equilibrio en cualquier posición, el peso de la manivela debe ser equilibrado por el de los contrapesos (figura pág. 46, abajo). Pero el cigüeñal, además de estar equilibrado estéticamente, puede estarlo dinámicamente, es decir, puede dar lugar, cuando se halla en movimiento, a un momento flector originado por las fuerzas centrífugas que se encuentran en planos distintos. Puede suceder, en definitiva, que en los motores con varios cilindros la resultante de los momentos respecto a un punto cualquiera del eje no sea nula. Este concepto resulta más claro si se concreta en el caso de un cigüeñal con 2 manivelas de un motor de 2 cilindros opuestos, de 4 tiempos. Las fuerzas centrífugas actúan en planos diferentes, cuya distancia entre ellos es igual a la que hay entre los ejes de los cilindros. El momento resultante es igual al producto de la fuerza centrífuga por la distancia entre los ejes y puede ser equilibrado con uno igual y opuesto por medio de contrapesos.
En los cigüeñales que tienen más de 2 manivelas, éstas se disponen angularmente de manera que las combustiones resulten distanciadas igualmente una de otra para obtener la máxima regularidad del par motor, y en estas condiciones, en la mayor parte de los casos, la disposición de los brazos de manivela es tal que, sin anadir contrapesos, la condición de equilibrio estático se satisface automáticamente, ya que el cigüeñal admite un plano de simetría que pasa por su eje. En cuanto al equilibrio dinámico, los cigüeñales con más de 2 manivelas resultan equilibrados cuando, estando ya compensados estáticamente, admiten un plano de simetría perpendicular al eje de rotación respecto al cual las manivelas resultan simétricas en número, posición y dimensiones. Todos los demás cigüeñales pueden ser equilibrados solamente con la ayuda de contrapesos. No obstante, muchos cigüeñales, aun estando en conjunto equilibrados dinámicamente, incluso sin contrapesos, tienen equilibradas cada una de las manivelas por separado. Este tipo de contrapesado sirve para reducir la carga impuesta a los cojinetes de bancada. Efectivamente, contrapesando cada una de las manivelas se reducen, o se anulan, los diversos momentos Electores, debido a las masas giratorias que, actuando sobre las diferentes partes del cigüeñal, tienden a flexionarlo cargando los cojinetes de bancada y dificultando su lubricación. Además de las fuerzas centrífugas de las masas de rotación, influyen sobre las muñequillas de manivela las fuerzas debidas a las masas en movimiento alternativo. Estas fuerzas causadas por las variaciones de velocidad del pistón y de la biela, se distinguen 'en fuerzas de primer orden y de segundo orden. Las primeras alcanzan su valor máximo, positivo o negativo, cada vez que el pistón se encuentra en el PMS o en el PMI. Las segundas varían con una frecuencia doble que las primeras. Una fuerza de primer orden puede ser equilibrada por la componente, según el eje de los cilindros, de una fuerza centrífuga producida por una masa igual a la de la masa alternativa, aplicada al cigüeñal en contraposición a la muñequilla de manivela. Pero en este caso se crea una fuerza dirigida perpendicularmente al eje cilíndrico, con una amplitud y frecuencia iguales. En la práctica se contrapesa la mitad de la masa alternativa, por lo que queda activa sobre el eje del cilindro la mitad de la fuerza alternativa de primer orden, mientras que la otra mitad se transforma en una fuerza perpendicular al eje del cilindro.
En los motores de varios cilindros (en línea, en V u opuestos) las fuerzas alternativas de primer orden se equilibran cuando el cigüeñal está por sí mismo equilibrado (es decir, sin contrapesos). De manera análoga, los pares debidos a las fuerzas alternativas de primer orden están equilibrados cuando lo están los pares debidos a las masas en rotación, es decir, cuando el cigüeñal está
equilibrado dinámicamente. En lo que se refiere a las fuerzas alternativas de segundo orden, no existe posibilidad de reducirlas con técnicas especiales en la construcción del cigüeñal, puesto que varían con una frecuencia doble al número de revoluciones. En los automóviles, las vibraciones causadas por las fuerzas de segundo orden son absorbidas, mediante técnicas especiales, por la suspensión del motor.
Duración
del cigüeñal.
El cigüeñal es la pieza del vehículo, entre las que tienen movimiento, que gira a mayor velocidad y pesa más; no obstante, está proyectado para durar, sin ser reparado, tanto como el automóvil. Las técnicas de construcción modernas, los juegos de montaje cuidadosamente controlados y los progresos en el campo de los lubricantes le aseguran un amplio margen de seguridad y una óptima fiabilidad. Sin embargo, no es raro - y esto sucedía con mayor frecuencia en el pasado- que se produzcan averías en el cigüeñal, que deben achacarse casi siempre al conductor. Las más importantes son: la rotura por fatiga del cigüeñal y el rayado de las muñequillas. La primera es producida por las vibraciones de torsión y por las solicitaciones anormales causadas por el bajo número de revoluciones, por el golpeteo contra la culata, por el encendido irregular en algún cilindro o, Finalmente, también por el equilibrado incorrecto del cigüeñal. Especialmente, los juegos excesivos en los cojinetes de bancada causan vibraciones de flexión que pueden producir la rotura. La segunda avería, es decir el rayado de las muñequillas, depende de la lubricación y del filtrado del aceite; esta circunstancia puede producirse por las causas más diversas: por ejemplo, acelerando el motor en frío cuando el aceite no está aún en circulación, tomando las curvas con el nivel de aceite por debajo del mínimo, viajando a plena carga con bajo número de revoluciones, o bien, Finalmente, cuando el lubricante o la instalación de lubricación no funcionan correctamente. En todos estos casos mencionados, la presión del aceite es el valor que más influye para una buena lubricación y, por tanto, es aconsejable emplear un manómetro de aceite para que pueda controlarse constantemente. En caso de rotura del cigüeñal es necesario cambiarlo' junto con los, cojinetes de bancada o de biela, y debe realizarse un nuevo equilibrado conjuntamente con el volante. A veces, conviene también efectuar un mandrilado de los apoyos de
bancada - es decir, su alineación mediante escariado- con el fin de corregir las eventuales deformaciones. En el caso de rayado de las muñequillas es necesario minorar las muñequillas del cigüeñal y proceder a su rectificación, volviendo a efectuar el montaje después con los cojinetes reducidos. La minoración es la disminución del diámetro de las muñequillas de bancada y de la biela para eliminar la parte dañada. Generalmente es posible efectuar una o dos disminuciones según la profundidad de la cementación. El valor de cada rectificación es, en general, de 0,2 mm, y el constructor lo indica en los manuales de reparación.
