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¿Qué es un cigüeñal en un automóvil y cómo funciona?

Cigüeñal en coche

Un cigüeñal es una parte del motor de un automóvil accionado por un grupo de pistones. Transfiere el par al volante, que a su vez gira los engranajes de la transmisión. Además, la rotación se transmite en los ejes de accionamiento.

Todos los autos debajo del capó están instalados motores de combustión interna equipado con tal mecanismo. Esta parte está creada específicamente para la marca del motor, y no para el modelo del automóvil. Durante el funcionamiento, el cigüeñal se frota contra las características estructurales del motor de combustión interna en el que está instalado. Por lo tanto, al reemplazarlo, los cuidadores siempre prestan atención al desarrollo de elementos de fricción y por qué apareció.

¿Cómo se ve el cigüeñal, dónde está y cuáles son las fallas?

Historia del cigüeñal

Como producto independiente, el cigüeñal no apareció de la noche a la mañana. Al principio, apareció la tecnología de manivela, que se aplicó en diversos campos de la agricultura, así como en la industria. Por ejemplo, las manivelas accionadas manualmente se utilizaron desde 202-220 d.C. (durante la dinastía Han).

Una característica distintiva de tales productos era la falta de una función para convertir los movimientos alternativos en rotacionales o viceversa. En el Imperio Romano (siglos II-VI d.C.) se utilizaron diversos productos elaborados en forma de manivela. Algunas tribus del centro y norte de España (celtíberos) usaban molinos manuales con bisagras, que funcionaban según el principio de una manivela.

¿Qué es un cigüeñal en un automóvil y cómo funciona?

En diferentes países, esta tecnología se ha mejorado y utilizado en diferentes dispositivos. Muchos de ellos se utilizaron en mecanismos de giro de ruedas. Alrededor del siglo XV, la industria textil comenzó a utilizar tambores de manivela en los que se enrollaban madejas de hilo.

Pero la manivela por sí sola no proporciona rotación. Por lo tanto, debe combinarse con otro elemento que proporcione la conversión de movimientos alternativos en rotación. El ingeniero árabe Al-Jazari (vivió entre 1136 y 1206) inventó un cigüeñal completo que, con la ayuda de bielas, era capaz de realizar tales transformaciones. Usó este mecanismo en sus máquinas para levantar agua.

Sobre la base de este dispositivo, se desarrollaron gradualmente varios mecanismos. Por ejemplo, un contemporáneo de Leonardo da Vinci, Cornelis Corneliszun, construyó un aserradero que funcionaba con un molino de viento. En él, el cigüeñal realizará la función opuesta en comparación con el cigüeñal en el motor de combustión interna. Bajo la influencia del viento, el eje giró, lo que, con la ayuda de bielas y manivelas, convirtió los movimientos giratorios en movimientos alternativos y movió la sierra.

A medida que se desarrolló la industria, los cigüeñales ganaron cada vez más popularidad debido a su versatilidad. El motor más eficiente hasta la fecha se basa en la conversión del movimiento alternativo en movimiento de rotación, lo que es posible gracias al cigüeñal.

¿Para qué sirve un cigüeñal?

Como sabe, en la mayoría de los motores de combustión interna clásicos (sobre cómo pueden funcionar otros motores de combustión interna, lea en otro articulo) hay un proceso de conversión de movimientos alternativos en movimiento de rotación. Los pistones con bielas están instalados en el bloque de cilindros. Cuando una mezcla de aire y combustible entra en el cilindro y se enciende con una chispa, se libera mucha energía. Los gases en expansión empujan el pistón hacia el punto muerto inferior.

¿Qué es un cigüeñal en un automóvil y cómo funciona?

Todos los cilindros están montados en bielas, que a su vez están unidas a los muñones de la biela del cigüeñal. Debido al hecho de que el momento de activación de todos los cilindros es diferente, se ejerce un efecto uniforme sobre el mecanismo de manivela (la frecuencia de vibración depende del número de cilindros en el motor). Esto hace que el cigüeñal gire continuamente. El movimiento de rotación se transmite luego al volante, y desde él a través del embrague a la caja de cambios y luego a las ruedas motrices.

Entonces, el cigüeñal está diseñado para convertir todo tipo de movimientos. Esta pieza siempre se crea con extrema precisión, ya que la limpieza de rotación del eje de entrada en la caja de cambios depende de la simetría y el ángulo de inclinación calibrado con precisión de las manivelas entre sí.

Materiales de los que está hecho el cigüeñal.

Para la fabricación de cigüeñales se utiliza acero o hierro dúctil. La razón es que la pieza está sometida a una gran carga (par elevado). Por tanto, esta pieza debe ser de gran resistencia y rigidez.

Para la fabricación de modificaciones de hierro fundido, se utiliza fundición y se forjan modificaciones de acero. Para dar la forma ideal, se utilizan tornos, que son controlados por programas electrónicos. Una vez que el producto adquiere la forma deseada, se lija y, para hacerlo más fuerte, se procesa a altas temperaturas.

Estructura del cigüeñal

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El cigüeñal está instalado en la parte inferior del motor directamente sobre el sumidero de aceite y consta de:

  • del cuello principal: la parte de soporte de la parte en la que está montado el cojinete principal del cárter;
  • cuello de biela - topes para bielas;
  • mejillas: conecte todas las revistas de biela con las principales;
  • calcetín: la parte de salida del cigüeñal, sobre la cual está montada la polea de transmisión de la correa de distribución;
  • vástago: la parte opuesta del eje en el que está montado el volante, que impulsa los engranajes de la caja de engranajes, y el motor de arranque también está conectado a él;
  • contrapesos: sirven para mantener el equilibrio durante los movimientos alternativos del grupo de pistones y aliviar la carga de la fuerza centrífuga.

El eje del cigüeñal son los cuellos principales, y las bielas siempre se desplazan alternativamente en la dirección opuesta entre sí. En estos elementos, se hacen agujeros para suministrar aceite a los rodamientos.

La manivela del cigüeñal es una unidad que consta de dos mejillas y un cuello de biela.

Anteriormente, se instalaron modificaciones de manivela prefabricadas en los automóviles. Hoy, todos los motores están equipados con cigüeñales integrales. Están hechos de acero de alta resistencia mediante forja y luego procesados ​​en tornos. Las opciones menos costosas están hechas de hierro fundido por fundición.

Aquí hay un ejemplo de cómo crear un cigüeñal de acero:

3 torneado del cigüeñal Proceso totalmente automatizado

¿Para qué sirve un sensor de cigüeñal?

DPKV es un sensor que determina la posición del cigüeñal en un momento determinado. Este sensor siempre se instala en vehículos con encendido electrónico. Leer más sobre encendido electrónico o sin contacto aquí.

Para que la mezcla de aire y combustible se suministre al cilindro en el momento adecuado, y también para encenderlo a tiempo, es necesario determinar cuándo cada cilindro realiza la carrera adecuada. Las señales del sensor se utilizan en varios sistemas electrónicos de control de vehículos. Si esta parte no funciona, la unidad de potencia no podrá arrancar.

Hay tres tipos de sensores:

  • Inductivo (magnético). Se forma un campo magnético alrededor del sensor, en el que cae el punto de sincronización. La etiqueta de sincronización permite que la unidad de control electrónico envíe los pulsos deseados a los actuadores.
  • Sensor de pasillo. Tiene un principio de funcionamiento similar, solo el campo magnético del sensor es interrumpido por una pantalla fijada al eje.
  • Óptico. También se utiliza un disco dentado para sincronizar la electrónica y la rotación del cigüeñal. Solo en lugar de un campo magnético, se usa un flujo luminoso, que cae sobre el receptor desde el LED. El impulso que va a la ECU se forma en el momento de la interrupción del flujo de luz.

Para obtener más información sobre el dispositivo, el principio de funcionamiento y el mal funcionamiento del sensor de posición del cigüeñal, lea en una revisión separada.

Forma del cigüeñal

La forma del cigüeñal depende del número y ubicación de los cilindros, su orden de funcionamiento y las carreras que realiza el grupo cilindro-pistón. Dependiendo de estos factores, el cigüeñal puede tener un número diferente de muñones de biela. Hay motores en los que la carga de varias bielas actúa sobre un cuello. Un ejemplo de tales unidades es un motor de combustión interna en forma de V.

Esta pieza debe fabricarse de modo que durante la rotación a altas velocidades la vibración se reduzca al mínimo posible. Se pueden utilizar contrapesos en función del número de bielas y del orden en que se generan los ensanchamientos del cigüeñal, pero también existen modificaciones sin estos elementos.

Todos los cigüeñales se dividen en dos categorías:

  • Cigüeñales de soporte completo. El número de revistas principales aumenta en uno en comparación con la biela. Esto se debe al hecho de que a los lados de cada pasador de manivela hay soportes, que también sirven como eje del mecanismo de manivela. Estos cigüeñales se usan con mayor frecuencia porque el fabricante puede usar material liviano, lo que afecta la eficiencia del motor.¿Qué es un cigüeñal en un automóvil y cómo funciona?
  • Cigüeñales sin soporte completo. En tales partes, hay menos revistas principales que de manivela. Estas piezas están hechas de metales más duraderos para que no se deformen ni se rompan durante la rotación. Sin embargo, este diseño aumenta el peso del propio eje. Básicamente, estos cigüeñales se utilizaron en motores de baja velocidad del siglo pasado.¿Qué es un cigüeñal en un automóvil y cómo funciona?

La modificación de soporte completo demostró ser más liviana y confiable, por lo que se usa en motores de combustión interna modernos.

Cómo funciona el cigüeñal en el motor de un automóvil

¿Para qué sirve un cigüeñal? Sin ella, el movimiento de la máquina es imposible. La parte funciona según el principio del pedaleo en bicicleta. Solo los motores automotrices usan más bielas.

El cigüeñal funciona de la siguiente manera. La mezcla de aire y combustible se enciende en el cilindro del motor. La energía generada empuja el pistón. En este caso, se acciona una biela conectada a la manivela del cigüeñal. Esta parte realiza un movimiento rotacional constante alrededor del eje del cigüeñal.

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En este momento, otra parte ubicada en el lado opuesto del eje se mueve en la dirección opuesta y baja el siguiente pistón al cilindro. El movimiento cíclico de estos elementos conduce a una rotación suave del cigüeñal.

Entonces el movimiento alternativo se convierte en rotacional. El par se transmite a la polea de sincronización. El funcionamiento de todos los mecanismos del motor (una bomba de agua, una bomba de aceite, un generador y otros accesorios) depende de la rotación del cigüeñal.

Dependiendo de la modificación del motor, las bielas se pueden contar de uno a 12 (uno por cilindro).

Para obtener detalles sobre el principio de funcionamiento del mecanismo de manivela y los tipos de modificaciones, vea el video:

Lubricación de los diarios del cigüeñal y la biela, el principio de funcionamiento y las características de los diferentes diseños.

Posibles problemas del cigüeñal y sus soluciones.

Aunque el cigüeñal está hecho de metal duradero, puede fallar debido a cargas constantes. Esta parte experimenta tensión mecánica del grupo de pistones (a veces la presión en una manivela puede alcanzar las diez toneladas). Además, mientras el motor está funcionando, la temperatura en su interior aumenta a varios cientos de grados.

Estas son algunas de las causas de averías del componente del mecanismo de manivela.

Pernos de manivela

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El desgaste de los diarios de la biela es un mal funcionamiento común, ya que la fuerza de fricción se genera en este conjunto a alta presión. Como resultado de tales cargas en el metal, aparecen trabajos que impiden el libre movimiento de los rodamientos. Debido a esto, el cigüeñal se calienta de manera desigual y posteriormente puede deformarse.

Ignorar este problema está plagado no solo de fuertes vibraciones en el motor. El sobrecalentamiento del mecanismo conduce a su destrucción y a través de una reacción en cadena: todo el motor.

El problema se elimina moliendo los diarios de la biela. Además, su diámetro disminuye. Para que el tamaño de estos elementos sea el mismo en todas las bielas, este procedimiento debe realizarse exclusivamente en máquinas de torneado profesionales.

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Dado que después del procedimiento los espacios técnicos de la pieza se hacen más grandes, después del procesamiento se instala un inserto especial en ellos para compensar el espacio formado.

Las raspaduras ocurren debido al bajo nivel de aceite en el cárter. La aparición de un mal funcionamiento también se ve afectada por la calidad del lubricante. Si no cambia el aceite a tiempo, se espesa, lo que hace que la bomba de aceite no pueda crear la presión necesaria en el sistema. El mantenimiento oportuno permitirá que el mecanismo de manivela funcione durante mucho tiempo.

Rebanada de pasador de manivela

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La clave del mecanismo de manivela le permite transferir el torque del eje a la polea de transmisión. Estos dos elementos están equipados con ranuras en las que se inserta una cuña especial. Debido al material de baja calidad y a la gran carga, esta parte se puede cortar en casos excepcionales (por ejemplo, cuando el motor está atascado).

Si las ranuras de la polea y el cigüeñal no están rotas, simplemente reemplace esta llave. En motores más antiguos, este procedimiento puede no brindar el resultado deseado debido a la reacción en la junta. Por lo tanto, la única forma de salir de la situación es reemplazar estas partes por otras nuevas.

Desgaste del orificio de la brida

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Una brida con varios orificios para conectar el volante está fijada en el vástago del cigüeñal. Con el tiempo, estos nidos pueden romperse. Tales fallas se clasifican como desgaste por fatiga.

Como resultado del mecanismo que funciona bajo cargas pesadas, se forman microgrietas en las partes metálicas, debido a que se forman depresiones individuales o grupales en las articulaciones.

El mal funcionamiento se elimina perforando agujeros para tornillos de mayor diámetro. Esta manipulación debe realizarse tanto con la brida como con el volante.

Fuga de la caja de relleno

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Se instalan dos sellos de aceite en los cuellos del eje principal (uno en cada lado). Evitan que el aceite se escape por debajo de los cojinetes principales. Si la grasa entra en las correas dentadas, esto reduce significativamente su vida útil.

Las fugas del sello de aceite pueden ocurrir por las siguientes razones.

  1. Vibraciones del cigüeñal. En este caso, la parte interna de la glándula se desgasta y no se ajusta cómodamente contra el cuello.
  2. Largo tiempo de inactividad en el frío. Si el automóvil permanece parado en la calle durante mucho tiempo, el sello de aceite se seca y pierde su elasticidad. Y debido a la escarcha, él está doblando.
  3. La calidad del material. Los detalles del presupuesto siempre tienen un recurso de trabajo bajo.
  4. Error de instalación La mayoría de los mecánicos instalan usando un martillo, rellenando cuidadosamente un sello de aceite en el eje. Para que la pieza funcione por más tiempo, el fabricante recomienda usar la herramienta diseñada para este procedimiento (mandril para cojinetes y sellos).

Muy a menudo, los sellos de aceite se desgastan al mismo tiempo. Sin embargo, si es necesario reemplazar solo uno, se debe cambiar el segundo.

Mal funcionamiento del sensor del cigüeñal

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Este sensor electromagnético está montado en el motor para sincronizar el funcionamiento del inyector y los sistemas de encendido. Si está defectuoso, entonces el motor no puede arrancarse.

El sensor del cigüeñal detecta la posición de las bielas en el punto muerto del primer cilindro. Según este parámetro, la unidad de control electrónico del vehículo determina el momento de la inyección de combustible en cada cilindro y suministro de chispa. Hasta que se reciba un pulso del sensor, no se formará una chispa.

Si este sensor falla, el problema se resuelve reemplazándolo. Simplemente elija el modelo diseñado para este tipo de motor, de lo contrario, los parámetros de la posición del cigüeñal no se corresponderán con la realidad, y el motor de combustión interna no funcionará correctamente.

Servicio de cigüeñal

No hay piezas en el automóvil que no necesiten inspección, mantenimiento o reemplazo periódicos. Lo mismo ocurre con los cigüeñales. Dado que esta pieza está constantemente sometida a una carga pesada, se desgasta (esto sucede especialmente rápido si el motor a menudo experimenta falta de aceite).

Para verificar el estado del cigüeñal, se debe quitar del bloque.

El cigüeñal se retira en la siguiente secuencia:

  • Primero necesitas drenar el aceite;
  • A continuación, debe quitar el motor del automóvil, luego todos sus elementos se desconectan de él;
  • El cuerpo del motor de combustión interna se pone boca abajo con la paleta;
  • En el proceso de desmontaje del soporte del cigüeñal, es necesario recordar la ubicación de las tapas de los cojinetes principales: son diferentes;
  • Se desmontan las tapas del soporte o cojinetes principales;
  • Se quita la junta tórica trasera y se quita la pieza del cuerpo;
  • Se quitan todos los cojinetes principales.

A continuación, verificamos el cigüeñal, en qué estado se encuentra.

Reparación y costo de un cigüeñal dañado

El cigüeñal es una pieza extremadamente difícil de reparar. La razón es que esta parte opera a altas revoluciones bajo cargas pesadas. Por tanto, esta pieza debe tener una geometría perfecta. Esto solo se puede lograr utilizando equipos de alta precisión.

¿Qué es un cigüeñal en un automóvil y cómo funciona?

Si es necesario rectificar el cigüeñal debido a la apariencia de rayaduras y otros daños, este trabajo debe ser realizado por un técnico profesional con equipo especial. Para restaurar un cigüeñal desgastado, además de rectificar, necesita:

  • Limpieza de canales;
  • Reemplazo de cojinetes;
  • Tratamiento térmico;
  • Equilibrio.

Naturalmente, dicho trabajo solo puede ser realizado por especialistas altamente calificados, y tomarán mucho dinero por esto (el trabajo se realiza en equipos costosos). Pero esto es solo la punta del iceberg. Antes de que el maestro comience a reparar el cigüeñal, debe quitarlo del motor y luego instalarlo correctamente en su lugar. Y esto es un desperdicio adicional en el trabajo de un cuidador.

El costo de todas estas obras depende del precio del maestro. Esto debe aclararse en el área donde se está llevando a cabo dicho trabajo.

No tiene sentido reparar solo el cigüeñal cuando se desmonta por completo el motor, por lo que es mejor combinar inmediatamente este procedimiento con la revisión del motor de combustión interna. En algunos casos, es más fácil comprar un motor por contrato (importado de otro país que no esté bajo el capó de un automóvil y sin un recorrido por el territorio de este país) e instalarlo en lugar del anterior.

Algoritmo para comprobar el cigüeñal:

Para determinar el estado de una pieza, se debe lavar con gasolina para eliminar el aceite residual de la superficie y de los canales de aceite. Después de enjuagar, la pieza se lava con un compresor.

Además, la verificación se lleva a cabo en la siguiente secuencia:

  • Se realiza una inspección de la pieza: no hay astillas, rayones o grietas en ella, y también se determina cuánto está desgastada.
  • Todos los conductos de aceite se purgan y purgan para identificar posibles bloqueos.
  • Si se encuentran raspaduras y rayones en los muñones de la biela, la pieza está sujeta a esmerilado y pulido posterior.
  • Si se encuentran daños en los cojinetes principales, deben reemplazarse por otros nuevos.
  • Se realiza una inspección visual del volante. Si tiene daño mecánico, se cambia la pieza.
  • Se examina el cojinete montado en la puntera. En caso de defectos, se presiona la pieza y se presiona una nueva.
  • Se comprueba el retén de aceite de la tapa del árbol de levas. Si el automóvil tiene un alto kilometraje, entonces se debe reemplazar el sello de aceite.
  • Se está reemplazando el sello en la parte trasera del cigüeñal.
  • Todos los sellos de goma se revisan y, si es necesario, se reemplazan.

Después de la inspección y el mantenimiento adecuado, la pieza se devuelve a su lugar y el motor se ensambla en orden inverso. Después de completar el procedimiento, el cigüeñal debe girar suavemente, sin mucho esfuerzo ni tirones.

Rectificado del cigüeñal

Independientemente del material del que esté hecho el cigüeñal, tarde o temprano se forma una elaboración en él. En las primeras etapas de desgaste, para prolongar la vida útil de una pieza, se rectifica. Dado que el cigüeñal es una pieza que debe tener una forma perfecta, el proceso de rectificado y pulido debe ser realizado por un tornero conocedor y experimentado.

Él hará todo el trabajo por su cuenta. Solo la compra de los cojinetes de biela de reparación (son más gruesos que los de fábrica) depende del propietario del automóvil. Las piezas de reparación difieren en su grosor, y hay tamaños 1,2, 3 y XNUMX. Dependiendo de cuántas veces se haya rectificado el cigüeñal o del grado de desgaste, se compran las piezas correspondientes.

Para obtener más información sobre la función del DPKV y el diagnóstico de su mal funcionamiento, vea el video:

Sensores de cigüeñal y árbol de levas: principio de funcionamiento, mal funcionamiento y métodos de diagnóstico. Parte 11

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Además, mire un video sobre cómo se restaura el cigüeñal:

Preguntas y respuestas

¿Dónde está el cigüeñal? Esta pieza está ubicada en la carcasa del motor debajo del bloque de cilindros. Las bielas con pistones en el lado opuesto están unidas a los cuellos del mecanismo de manivela.

¿Cuál es otro nombre para el cigüeñal? Cigüeñal es un nombre abreviado. El nombre completo de la pieza es cigüeñal. Tiene una forma compleja, cuyos elementos integrales son las llamadas rodillas. Otro nombre es la rodilla.

¿Qué impulsa el cigüeñal? El cigüeñal está conectado al volante donde se transmite el par. Esta parte está diseñada para convertir movimientos alternativos en rotacionales. El cigüeñal es impulsado por la actuación alterna de los pistones. La mezcla de aire / combustible se enciende en el cilindro y desplaza el pistón conectado a la manivela del cigüeñal. Debido al hecho de que ocurren los mismos procesos en cilindros adyacentes, el cigüeñal comienza a girar.

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