MOTORES TEMA 3.5 componentes motor/Tren Alternativo(3)

 Empezaremos esta entrega estudiando el Cigüeñal, que es la pieza motor que recoge el esfuerzo de la explosión y lo convierte en Par Motor y, en consecuencia, también en Potencia como hemos visto. Durante su funcionamiento está sometido a los esfuerzos provocados por las explosiones en los Cilindros y las reacciones debidas a la aceleración de las piezas dotadas de movimiento alternativo. Por esta causa se construye, generalmente, de acero con aleaciones de níquel y cromo o silicio. En su proceso de fabricación tiene gran importancia los tratamientos térmicos que se aplican a determinadas superficies del Cigüeñal, como el temple y cementado que se le dan a los Codos y Apoyos de Bancada, llamado "flameado" o nitruración. Un procedimiento moderno es el proceso de endurecimiento superficial mediante calentamiento eléctrico y posterior enfriado, con el que se obtiene un aumento de la resistencia a la fatiga.

 En la figura 1 se ha representado un Cigüeñal para motor de 4 Cilindros en Línea posicionado sobre la Bancada del Bloque motor.

                                                                 Fig.1

 Los Apoyos del Cigüeñal se fijan a los Apoyos de Bancada mediante los Sombreretes, con interposición de semicojinetes, como vemos en la figura 2.

                                                                Fig.2

 A los Codos o Muñequillas del Cigüeñal se unen las Cabezas de Biela como ya vimos en el artículo anterior. En prolongación a estos Codos se encuentran los Contrapesos, oponiéndose a ellos y equilibrando el Cigüeñal, los Codos y los Contrapesos deben pesar lo mismo para que el equilibrado sea el correcto, vemos un detalle en la figura 3.

                                                                Fig.3

 Los Codos del Cigüeñal forman entre ellos ángulos de desplazamiento, lo primero que debemos conocer es que una circunferencia(círculo) se puede dividir en 360º(grados sexagesimales), éste es un concepto básico de geometría. Para lo que nos ocupa a nosotros ahora mismo es saber que para el caso de un motor de 4 Cilindros en Línea, los Codos forman ángulos de 180º entre ellos.

 También que en los motores con número de Cilindros par, mayor que 2, los Codos forman pares alineados entre sí. Por ejemplo, vemos que en la figura 3 los Codos de los Cilindros 1 y 4 están alineados entre sí, y a su vez forman un ángula de 180º con respecto a los Codos de los Cilindros 2 y 3.

 Sin embargo, esto no siempre es así ya que vemos en la figura 4 un Cigüeñal de un motor de 4 Cilindros en Línea también, pero los Codos alineados entre sí son el 1 y 3, formando el ángulo de 180º con respecto a los Codos 2 y 4.

                                                                 Fig.4

 Esta diferencia entre Cigüeñales afecta principalmente al Orden de Encendido, y con ello al tipo de esfuerzos a los que se somete al Cigüeñal. Podemos apreciar el ángulo de desplazamiento de un motor Boxer de 4 Cilindros en la figura 5, 180º, que coincide con el de 4 Cilindros en Línea.

                                                                Fig.5

 Si habláramos de un motor de 6 Cilindros en Línea, vemos en la figura 6 un ejemplo de Cigüeñal, donde se aprecia por la altura de los Pistones que un par lo forman los Codos 1 y 6, otro 2 y 5, y por último 3 y 4.

                                                               Fig.6

 En este caso vemos los ángulos que forman los pares de Muñequillas entre ellas es de 120º, lo vemos en la figura 7.

                                                              Fig.7

 En el caso del Cigüeñal de un motor de 6 Cilindros en V que tenga 3 Muñequillas, 2 Bielas en cada una de ellas, forman entre sí ángulos de 120º, coincidiendo con el de 6 Cilindros en Línea, lo vemos en la figura 8.

                                                              Fig.8

 Como último ejemplo veremos el diagrama de un Cigüeñal de un motor de 5 Cilindros en Línea, al tener un número impar de Codos no forman pares, y se calan entre sí a 72º cada uno del otro, lo vemos en la figura 9.

                                                             Fig.9

 Estos motores destacan por su funcionamiento regular y sin vibraciones, puesto que las Fases de Explosión de sus Cilindros se solapan entre sí, es decir, todavía no ha terminado de llegar un Pistón cualquiera al p.m.i.(punto muerto inferior) en su Fase de Explosión cuando el siguiente Pistón en su orden de encendido, que suele ser 1-3-5-4-2, ya comienza su correspondiente Fase de Explosión.

 Este solape en las explosiones no sólo sucede con el motor de 5 Cilindros en Línea sino en cualquier motor con más de 4 Cilindros que las Muñequillas de su Cigüeñal estén caladas a menos de 180º entre sí.

 Como siempre, hablamos de la norma general de fabricantes de motores, pero como ya comentamos en el Tema de introducción del Orden de Encendido, en competición o en modelos de serie hiperdeportivos, los fabricantes juegan con el calado de los Codos del Cigüeñal junto con el Sistema de Distribución, que lo estudiaremos en el próximo Tema, para conseguir la mejor relación Tracción/Potencia y lo podemos comprobar en el siguiente vídeo.

 Es el motor de una conocida motocicleta japonesa de 1000c.c. con motor de 4 Cilindros en Línea, pero decidieron que no iban a formar pares 2 a 2 con los Codos y calarlos a 180º, que es la norma general como hemos visto, sino que calaron cada Codo a 90º uno del otro. Esto se puede ver exactamente en el segundo 25 del vídeo. El Orden de Encendido que determinaron es 1-3-2-4, como cualquier otro motor de 4 Cilindros en Línea con sus Codos calados a 180º. La verdadera diferencia es que consiguen que se solapen las explosiones, pero sólo entre 2 de sus Cilindros, el 2 y el 4 que explosionan casi en el mismo momento, exactamente con una diferencia en el giro del Cigüeñal de 90 grados.

 Aparte de otras medidas como girar unos grados los Contrapesos del Cigüeñal para contrapesar mejor el Cigüeñal y equilibrar las Inercias que perturban el giro de Cigüeñal.

 Bueno, esto sólo era un inciso con el que quería demostrar que no todo en la mecánica de motores está inventado y que influye mucho, tarde o temprano, las medidas que se adoptan en las diferentes competiciones del motor que existen actualmente.

 Ahora debemos proseguir con más detalles de la morfología y disposición de los distintos elementos que complementan al Cigüeñal como es un plato al que se une el Volante de Inercia por medio de tornillos como muestra la figura 10.

                                                              Fig.10

 En el interior del plato del Cigüeñal, donde acopla el Volante motor, se aloja un cojinete(8) de bolas o rodillos donde apoya el Eje Primario de la Caja de Velocidades. En la cara externa del Volante motor se acopla el Embrague, que es el elemento que se encarga de conectar y desconectar el Giro motor de la Caja de Velocidades, el Embrague puede ser de Disco de fricción o Hidráulico (Convertidor de Par) pero esto lo estudiaremos en profundidad en un próximo Curso dedicado a la Transmisión y al Frenado. En la figura 11 vemos el ejemplo de un Disco de Embrague.

                                                              Fig.11

 En el estriado central del que está provisto el disco encaja, con cierta holgura, el Eje Primario de la Caja de Cambios del vehículo.

 La pieza que se encarga de presionar el Disco de Embrague contra el Volante motor para que se haga efectivo la transmisión del Trabajo motor(Torque) se denomina Maza de Embrague, y podemos ver un ejemplo en la figura 12.

                                                               Fig.12

 El conjunto montado se vería como la figura 13.

                                                                 Fig.13

 En el extremo opuesto del Cigüeñal se monta uno o varios piñones, fijados por chaveta, según sea el sistema de accionamiento de la Bomba de Aceite y otro para accionar el Sistema de Distribución. Finalmente se monta una Polea, también mediante chaveta, con la que se acciona mediante Correa al Alternador, la Bomba de la Dirección Asistida y al Compresor del Aire Acondicionado, entre otros dispositivos.

 Abrazando a los Apoyos del Cigüeñal en su unión a la Bancada, se disponen unos semicojinetes similares a los utilizados en las Cabezas de Biela, como hemos visto anteriormente y los volvemos a ver en la figura 14.

                                                                 Fig.14

 Generalmente, el apoyo más cercano al Volante motor, o en otros casos el Apoyo central, está provisto de unos cojinetes Axiales en su acoplamiento a la Bancada y a su respectivo Sombrerete, son unos cojinetes de una forma especial, planos y en media luna, que se encargan de limitar el Desplazamiento Axial del Cigüeñal cuando se acopla y desacopla el mecanismo de Embrague. Vemos unos ejemplos de cojinetes Axiales en la figura 15.

                                                                   Fig.15

 Vemos ahora dónde y cómo van posicionados los cojinetes Axiales de Bancada, con las ranuras de engrase de cara al contrapeso del Cigüeñal, no mirando a la Bancada, en la figura 16.

                                                                     Fig.16

 Y vemos los cojinetes Axiales del Sombrerete en la figura 17 de la misma manera, con las ranuras de engrase hacia el contrapeso del Cigüeñal.

                                                                     Fig.17

 En la construcción del Cigüeñal y más concretamente en su fase de mecanizado, tiene una importancia crucial el Equilibrado Estático y Dinámico del mismo. Las masas del Tren Alternativo en su movimiento pueden producir serias vibraciones si no se equilibra convenientemente el Cigüeñal. Para conseguirlo se disponen los Contrapesos en oposición a los Codos, estampados en una sola pieza con ellos.

 Los Cigüeñales van taladrados adecuadamente desde los Codos a los Apoyos para permitir su engrase, como vemos en la figura 18.

                                                                   Fig.18

 El aceite motor que se hace llegar a presión a los Apoyos de Bancada pasa de éstos, por el interior del Cigüeñal, hasta los Codos desde los que es salpicado al exterior después de engrasar las aticulaciones, es decir, los cojinetes de Cabeza y Pie de Biela, formando la correspondiente película de aceite. El Sistema de Engrase motor lo estudiaremos en profundidad en el Tema 5.

 Por último estudiaremos el Volante motor, también llamado Volante de Inercia. Los impulsos de las explosiones transmitidos al Cigüeñal no se aplican de manera continua, a pesar de que las carreras motrices, es decir, las Fases de Explosión de los diferentes Cilindros puedan solaparse, como ocurre en los motores de más de 4 Cilindros. Por esta razón, en el giro del Cigüeñal hay momentos en que se le aplica un impulso que tiende a acelerarlo y otros en que tiende a detenerlo, como pueden ser las Fases de Compresión, resultando de ello un giro irregular que requiere un sistema capaz de producir una regulación lo más efectiva posible.

 El Volante motor realiza esta función, convirtiéndose en una especie de rueda pesada que, unida al Cigüeñal por uno de sus extremos, se opone a las variaciones de Régimen de Giro por los efectos de Inercia debidos a su peso, almacenando la energía recibida con cada impulso, que devuelve una vez finalizado éste.

 El Volante motor se fabrica generalmente de fundición y se monta en el Cigüeñal en una única posición posible, equilibrándose juntamente con él. Cuanto mayor número de Cilindros tiene un motor, más regular resulta su giro y, por tanto, menor es el peso necesario del Volante.

 En la dimensión del Volante influyen muchos factores, por ejemplo, las condiciones de arranque del motor, marcha a ralentí, aceleraciones, etc. El arranque se facilita con un gran Volante de Inercia, con el que se acumula gran cantidad de energía en la 1º Fase Útil, para superar después las fases pasivas y negativas. Lo mismo ocurre con la marcha a ralentí. Por el contrario, para asegurar una aceleración rápida, es importante reducir al mínimo posible el peso del Volante motor.

 Hay que destacar que en la periferia del Volante motor se monta a presión una Corona Dentada, que se utiliza para dar movimiento al Cigüeñal por medio del Motor de Arranque en la puesta en marcha del motor. En la figura 19 podemos ver un ejemplo de Volante motor.

                                                               Fig.19

 En la cara externa del Volante motor y cerca de la Corona Dentada suelen grabarse las marcas de p.m.s.(punto muerto superior) y los Grados de Avance del Encendido, estas marcas son fundamentales para la Puesta a Punto de cualquier motor.

 Hay que mencionar a un tipo de Volante motor que poco a poco se ha ido incorporando a las gamas de vehículos medias-altas, que es el denominado Volante Bimasa, su principal ventaja frente al clásico Volante es que confiere al Sistema de Transmisión cierta progresividad extra en el momento que acopla el Disco de Embrague con el Volante, pues lleva incorporado un sistema de muelles helicoidales y engranajes que tienen por misión amortiguar hasta cierto punto el golpe de Transmisión que imprime el conjunto del Embrague a la Caja de Velocidades, más exactamente a su Eje Primario. Vemos un Volante Bimasa seccionado en la figura 20.

                                                               Fig.20

 Hasta aquí señores el estudio del Tren Alternativo, en la próxima entrega daremos comienzo al Tema del Sistema de Distribución que me atrevería a decir que es de los más fundamentales para comprender realmente el funcionamiento básico de los Motores de Combustión Interna con el que apoyarnos y avanzar en el estudio global del motor.

 Por último pedirles, por favor, que si no me he explicado bien en algún punto, o ven un fallo o error, comenten sin problema.