ORDEN DE ENCENDIDO.
Orden de encendido El orden de encendido es la secuencia que tiene lugar la chispa de la bujía encada 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 y 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 1 al final 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, 12-3-6-5-4 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 eq equi uidi dist stan anci cia a entre las partes partes,, pero p ero ventajos ve ntajoso o desde des de el punto de vista vis ta del d el equi eq uililibr brad ado, o, es está tá repr represen esentado tado por por algunos algunos motore motores s bicilínd bicilíndrico ricos s de 4 tiempos: tiempos: en los 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 poli cilíndricos 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 6cilindros en línea, con un único colector y con el orden de encendido habitual (1-5-3-6-2-4), 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 es 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 1-83-6-4-5-2-7, 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 1-3-5-7-2-4-6. 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 caben 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
Libras pie; Tornillo de la polea del cigüeñal 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 [ 1976] orden de encendido
1-5-3-6-2-4 -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 del ciguenal 85/100 p bs; Tornillos dela rueda volante o flywheel 75/85 libras pie Motor 200 [3.3L], 250 [4.1L] 6 cil 1977 y posteriores ;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 libraspie, 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 deencendido ya que generalmente nos referimos al sistema necesario eindependiente capaz de producir el encendido de la mezcla de combustible y airedentro del cilindro en los motores de gasolina o LPG, conocidos también comomotores de encendido por chispa, ya que en el motor Diesel la propia naturalezade la formación de la mezcla produce su auto-encendido.
En los motores de gasolina resulta necesario producir una chispa entre doselectrodos separados en el interior del cilindro en el momento justo y con lapotencia necesaria para iniciar la combustión.
Generación de la chispa Es conocido el hecho que la electricidad puede saltar el espacio entre doselectrodos aislados si el voltaje sube lo suficiente produciéndose lo que se conocecomo arco eléctrico. Este fenómeno del salto de la electricidad entre doselectrodos depende de la naturaleza y
temperatura de los electrodos y de lapresión reinante en la zona del arco. Así tenemos que una chispa puede saltar conmucho menos voltaje en el vacío que cuando hay presión y que a su vez, el voltajerequerido será mayor a medida que aumente la presión reinante. De esto surge laprimera condición que debe cumplir el sistema de encendido: y
Condición 1: El sistema de encendido debe elevar el voltaje del sistemaeléctrico del automóvil hasta valores capaces de hacer saltar la electricidadentre dos electrodos separados colocados dentro del cilindro a la presiónalta de la compresión.
Momento del encendido Durante la carrera de admisión la mezcla que ha entrado al cilindro, bien desde elcarburador, o bien mediante la inyección de gasolina en el conducto de admisiónse calienta, el combustible se evapora y se mezcla íntimamente con el aire. Estamezcla está preparada para el encendido, en ese momento una chispa producidadentro de la masa de la mezcla comienza la combustión.Esta combustión produce un notable incremento de la presión dentro del cilindroque empuja el pistón con fuerza para producir trabajo útil.Para que el rendimiento del motor sea bueno, este incremento de presión debecomenzar a producirse en un punto muy próximo después del punto muertosuperior 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 zonade la chispa, esta luego avanza hacia el resto de la cámara como un frente dellama, hasta alcanzar toda la masa de la mezcla. Este proceso aunque rápido noes instantáneo, demora cierto tiempo, por lo que nuestro sistema debe producir lachispa 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 avancelo suficiente en la cámara de combustión, y lograr las presiones en el momentoadecuado, recuerde que el pistón está en constante movimiento. A este tiempo de adelanto de la chispa con respecto al punto muerto superior se lellama avance al encendido. Si consideramos ahora la velocidad de avance de la llama como constante, resultaevidente que con el aumento de la velocidad de rotación del motor, el pistón semoverá mas rápido, por lo que si queremos que nuestro incremento de presión sehaga siempre en la posición adecuada del pistón en la carrera de fuerza,tendremos necesariamente, que adelantar el inicio del salto de la chispa a medidaque aumenta la velocidad de rotación del motor. De este asunto surge la segunda condición que debe cumplir el sistema de encendido:
y Condición
2 :
El sistema de encendido debe ir adelantando el momento delsalto de la chispa con respecto a la posición del pistón gradualmente amedida que aumenta la velocidad de rotación del motor.La consideración hecha de que la velocidad de avance de la llama es constante noes estrictamente cierta, además en dependencia del nivel de llenado del cilindrocon mezcla durante la carrera de admisión y de la riqueza de esta, la presióndentro del cilindro se incrementará a mayor o menor velocidad a medida que sequema, por lo que durante el avance de la llama en un cilindro lleno y rico lapresión crecerá rápidamente y puede que la mezcla de las partes mas lejanas a labujía no resistan el crecimiento de la presión y detonen antes de que
llegue a ellasel 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 delsalto 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 lachispa cumpliendo con los requisitos tratados hasta aquí, para cada uno de loscilindros por cada vuelta del cigüeñal en el motor de dos tiempos, y por cada dosvueltas 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 alaplicar 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 seencuentran dispuestos por pares, es decir, cuando dos de ellos están arriba,
los otros dos estánabajo. Esta disposición favorece el balancedinámico del motor ya que cuando las masas dedos pistones suben, otras dos masas equivalentesbajan. Cabe mencionar que todos los pistones deun motor deben pesar lo mismo y ese criterio seaplica también para las bielas. Hay que recordar que debe se simétrico El cigüeñal forma parte del mecanismo bielamanivela, es decir de la serie deórganos que con su movimiento transforman la energía desarrollada por lacombustión en energía mecánica. El cigüeñal recoge y transmite al cambio lapotencia desarrollada por cada uno de los cilindros. Por consiguiente, es una delas piezas más importantes del motor.
En los motores rotativos (eléctricos o de turbina), el árbol motor tiene simplementeforma cilíndrica, con estriados para su ajuste con el rotor (inducido eléctrico orodete de la turbina) y engranajes o poleas para transmitir el movimiento. En losmotores de pistón rotativo (tipo
Wankel) el cigüeñal lleva simplemente unaexcéntrica circular por cada pistón.Sin embargo, en los motores alternativos tradicionales tiene una forma máscomplicada (puesto que hay manivelas), determinada por la necesidad detransformar el movimiento alternativo en movimiento giratorio: precisamente dadasu forma, se le denomina árbol de manivelas o árbol de codos, además decigüeñal.En los primeros tiempos, el motor típico de combustión interna era monocilíndrico,y el cigüeñal, al tener una sola manivela, era completamente semejante al antiguoberbiquí de carpintero, denominado en francés «vilebrequin». El términovilebrequin es aún hoy día el apelativo francés correspondiente al españolcigüeñal. Los ingleses lo llaman «crankshaft», que significa árbol - manivela.Cada manivela está formada por dos brazos llamados brazos de, manivela y por lamuñequilla de manivela o muñequilla de biela, que gira sobre el cojinete de lacabeza de biela. Las muñequillas del eje de rotación del cigüeñal se denominanmuñequillas de bancada.En los motores con los cilindros en línea el cigüeñal está formado por tantasmanivelas como cilindros. En los motores con los cilindros opuestos el número demanivelas 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 unmotor de 4 cilindros puede emplearse un cigüeñal que tenga únicamente dosmuñequillas de bancada, o bien tres, cuatro o cinco. La elección depende derazones técnicas y económicas. La solución más económica es un cigüeñal consólo dos apoyos en los extremos, pero en este caso no puede pretendersealcanzar potencias elevadas a altos regímenes' De hecho, para evitar las flexionesy las consiguiente vibraciones del cigüeñal, es necesario que las muñequillas demanivela tengan el mayor diámetro posible y los brazos de manivela una secciónconsiderable. os órganos auxiliares: bomba deagua, generador eléctrico, ventilador, etc. La forma de las manivelas varía ydepende del número de cilindros, el número de apoyos de bancada, del sistemade fabricación y sobre todo de si existen o no contrapesos.Generalmente, los cigüeñales de los motores para automóviles están apoyadossobre cojinetes de fricción y constituidos por una sola pieza. Los cojinetes de bolaso rodillos se emplean únicamente en los motores de motocicletas y a veces enmotores para vehículos industriales. En este caso los cigüeñales estáncompuestos por varias piezas. En los motores para motocicletas las muñequillas ylas manivelas se construyen separadamente y se unen después del montaje delos cojinetes.En los motores con varios cilindros y para regular el par motor, que en cadacilindro 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 demanera que las combustiones en los diferentes cilindros se sucedan con intervalosiguales. Con este fin
se colocan las manivelas de tal manera que lascorrespondientes a dos cielos consecutivos se encuentran desfasadas con unángulo igual a: 180 h/i, donde h es el número de tiempos e i el número decilindros.Esto sirve para motores con los cilindros en línea y para motores con los cilindrosen V cuando el ángulo de la V es igual al calculado en la fórmula indicadaanteriormente. No obstante, existen otros motores principalmente los de 2 cilindrosen V, donde las diferentes fases no son equidistantes entre sí, dando lugar a unfuncionamiento 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 seentiende la relación entre el valor máximo y el valor medio del par motor
En los cigüeñales que tienen más de 2 manivelas, éstas se disponenangularmente de manera que las combustiones resulten distanciadas igualmenteuna de otra para obtener la máxima regularidad del par motor, y en estascondiciones, en la mayor parte de los casos, la disposición de los brazos demanivela es tal que, sin anadir contrapesos, la condición de equilibrio estático sesatisface automáticamente, ya que el cigüeñal admite un plano de simetría quepasa por su eje.En cuanto al equilibrio dinámico, los cigüeñales con más de 2 manivelas resultanequilibrados cuando, estando ya compensados estáticamente, admiten un planode simetría perpendicular al eje de rotación respecto al cual las manivelas resultansimétricas en número, posición y dimensiones. Todos los demás cigüeñalespueden ser equilibrados solamente con la ayuda de contrapesos. No obstante,muchos cigüeñales, aun estando en conjunto equilibrados dinámicamente, inclusosin contrapesos, tienen equilibradas cada una de las manivelas por separado. Estetipo de contrapesado sirve para reducir la carga impuesta a los cojinetes debancada. Efectivamente, contrapesando cada una de las manivelas se reducen, ose anulan, los diversos momentos Electores, debido a las masas giratorias que,actuando sobre las diferentes partes del cigüeñal, tienden a flexionarlo cargandolos cojinetes de bancada y dificultando su lubricación. Además de las fuerzas centrífugas de las masas de rotación, influyen sobre lasmuñequillas de manivela las fuerzas debidas a las masas en movimientoalternativo. Estas fuerzas causadas por las variaciones de velocidad del pistón yde la biela, se distinguen 'en fuerzas de primer orden y de segundo orden. Lasprimeras alcanzan su valor máximo, positivo o negativo, cada vez que el pistón seencuentra en el PMS o en el PMI. Las segundas varían con una frecuencia dobleque las primeras.Una fuerza de primer orden puede ser equilibrada por la componente, según el ejede los cilindros, de una fuerza centrífuga producida por una masa igual a la de lamasa alternativa, aplicada al cigüeñal en contraposición a la muñequilla demanivela. Pero en este caso se crea una fuerza dirigida perpendicularmente al ejecilíndrico, con una amplitud y frecuencia iguales. En la práctica se contrapesa lamitad de la masa alternativa, por lo que queda activa sobre el eje del cilindro lamitad de la fuerza alternativa de primer orden, mientras que la otra mitad setransforma en una fuerza perpendicular al eje del cilindro.En los motores de varios cilindros (en línea, en V u opuestos) las fuerzasalternativas de primer orden se equilibran cuando el cigüeñal está por sí mismoequilibrado (es decir, sin contrapesos). De manera análoga, los pares debidos alas fuerzas alternativas de primer orden están equilibrados cuando lo están lospares debidos a las masas en rotación, es decir, cuando el cigüeñal está
equilibrado dinámicamente. En lo que se refiere a las fuerzas alternativas desegundo orden, no existe posibilidad de reducirlas con técnicas especiales en laconstrucción del cigüeñal, puesto que varían con una frecuencia doble al númerode revoluciones. En los automóviles, las vibraciones causadas por las fuerzas desegundo orden son absorbidas, mediante técnicas especiales, por la suspensióndel motor.
D uración del cigüeñal. El cigüeñal es la pieza del vehículo, entre las que tienen movimiento, que gira amayor 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 delos 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- quese produzcan averías en el cigüeñal, que deben achacarse casi siempre alconductor. Las más importantes son: la rotura por fatiga del cigüeñal y el rayadode las muñequillas.La primera es producida por las vibraciones de torsión y por las solicitacionesanormales causadas por el bajo número de revoluciones, por el golpeteo contra laculata, por el encendido irregular en algún cilindro o, Finalmente, también por elequilibrado incorrecto del cigüeñal. Especialmente, los juegos excesivos en loscojinetes de bancada causan vibraciones de flexión que pueden producir la rotura.La segunda avería, es decir el rayado de las muñequillas, depende de lalubricación y del filtrado del aceite; esta circunstancia puede producirse por lascausas más diversas: por ejemplo, acelerando el motor en frío cuando el aceite noestá aún en circulación, tomando las curvas con el nivel de aceite por debajo delmínimo, viajando a plena carga con bajo número de revoluciones, o bien,Finalmente, cuando el lubricante o la instalación de lubricación no funcionancorrectamente. En todos estos casos mencionados, la presión del aceite es elvalor que más influye para una buena lubricación y, por tanto, es aconsejableemplear un manómetro de aceite para que pueda controlarse constantemente.En caso de rotura del cigüeñal es necesario cambiarlo' junto con los, cojinetes debancada o de biela, y debe realizarse un nuevo equilibrado conjuntamente con elvolante. A veces, conviene también efectuar un mandrilado de los apoyos de
bancada - es decir, su alineación mediante escariado- con el fin de corregir laseventuales deformaciones.En el caso de rayado de las muñequillas es necesario minorar las muñequillas delcigüeñal y proceder a su rectificación, volviendo a efectuar el montaje después conlos cojinetes reducidos. La minoración es la disminución del diámetro de lasmuñequillas de bancada y de la biela para eliminar la parte dañada. Generalmentees posible efectuar una o dos disminuciones según la profundidad de lacementación. El valor de cada rectificación es, en general, de 0,2 mm, y elconstructor lo indica en los manuales de reparación.
