De todas las partes móviles de un motor, el cigüeñal es la más grande y pesada. No cabe duda de que es el componente base sobre el que se construye el motor de combustión, cuya eficiencia ha avanzado enormemente desde su aparición de 1876. Ninguna parte del proceso de ignición de un motor (admisión, compresión, combustión o escape) ocurre sin un cigüeñal que lo ponga en movimiento. Pero para la mayoría de las personas, comprender cómo funciona no está del todo claro.

El nombre “cigüeñal” se remonta a principios del siglo XX, cuando los motores de los primeros coches se arrancaban con una manivela, y girarlo significaba, literalmente, girar el cigüeñal con la susodicha manivela. Hoy en día, los motores de arranque hacen ese trabajo, pero el componente interno todavía se llama cigüeñal. Aunque si somos un poco quisquillosos, esta pieza ya existía en la antigua Roma; un cigüeñal de hierro romano de propósito aún desconocido que data del siglo II d.C. fue excavado en Augusta Raurica, Suiza. Pero vayamos al meollo de la cuestión.

¿Qué es un cigüeñal?

A grandes rasgos, un cigüeñal es un eje giratorio que convierte el movimiento alternativo de un pistón en un movimiento giratorio. Se usa comúnmente en motores de combustión interna para realizar dicha operación, y permite que las ruedas impulsen el vehículo. Esta pieza se crea no para un modelo de coche, sino específicamente para un motor. Como veremos en las próximas líneas, los cigüeñales constan de una serie de ejes y muñequillas a las que se unen las bielas.

Dado que la terminología de un cigüeñal es bastante especializada, comenzaremos nombrando algunas partes. El eje sirve de guía durante el giro, ya que a través de él se extrae el movimiento. El cuello está alineado con el eje y permite guiar el giro al unirlo a soportes adecuados. Luego, hay dos tipos de muñequillas en un cigüeñal. Las del cojinete principal forman el eje de rotación, mientras que las de las bielas están asegurados a sus extremos, que van hasta los pistones. El brazo es la pieza de unión entre el cuello y la muñequilla, y su longitud determina la carrera de la biela.

Los apoyos se encargan de realizar un giro sobre el mismo cárter y reciben diversos tratamientos térmicos para adquirir la resistencia óptima que permita una precisión máxima y una tolerancia mínima. Por otro lado, los contrapesos ayudan a ajustar las masas de la estructura y la inercia de la biela, es decir, permiten minimizar las irregularidades generadas por el movimiento del eje. El metal utilizado para ellos suele ser una aleación de tungsteno, pero también se ha usado uranio empobrecido. Una opción más económica es el plomo, pero su densidad es mucho menor.

Los cigüeñales suelen estar hechos de metal, como hierro fundido, aunque algunos de ellos más modernos están hechos de acero forjado, especialmente aquellos motores destinados a trabajar con un montón de estrés, como el de un deportivo, por ejemplo. Para elaborar un cigüeñal, se calienta un bloque de acero o hierro hasta que esté al rojo vivo y se le da forma usando una presión extremadamente alta. Los cigüeñales están forjados para resistir el desgaste y la tensión del movimiento giratorio. Las muñequillas del cigüeñal también tienen la superficie endurecida.

La lubricación juega un papel importante en la eficiencia del motor, ya que su funcionamiento implica el roce de muchas piezas metálicas. Para evitar el desgaste innecesario del cigüeñal, las muñequillas se colocan sobre una película de aceite. Esta se asienta sobre la superficie de los cojinetes y se suministra al principal a través de las galerías que hay desde el bloque del motor. Para entendernos mejor, el eje del cigüeñal está perforado con unos orificios que suministran aceite a las entrañas del bloque, suavizando todos los movimientos.

¿Cómo funciona un cigüeñal?

Durante el proceso de combustión del combustible, el pistón va directamente disparado hacia abajo dentro del cilindro. Es el trabajo del cigüeñal convertir este movimiento lineal en rotación, básicamente girando y empujando el pistón hacia arriba del cilindro. Para buscar un símil más gráfico, el cigüeñal de tu vehículo hace el mismo trabajo que la biela de una bicicleta, la cual convierte el movimiento de sube y baja de las piernas –más o menos– en una rotación que hace girar la cadena, y esta a su vez el eje de la rueda posterior.

Las fuerzas que tiene que soportar un cigüeñal son enormes, superiores a las 9 toneladas a veces. Como era de esperar, la presión de la cámara de combustión crea una fuerza importante, que golpea el pistón y la biela hacia abajo, girando el cigüeñal contra la resistencia del neumático; las fuerzas de torsión y flexión asociadas son grandes. Luego están las fuerzas creadas por la aceleración del pistón. A medida que este se acerca a la parte superior del cilindro, el cigüeñal lo obliga a desacelerar; si no estuvieran unidos, volaría hacia arriba, chocando irremediablemente con las válvulas.

Además de ser lo suficientemente fuerte para traducir las fuerzas explosivas lineales en rotación, el cigüeñal también determina cuándo los pistones suben y bajan (siempre que haya más de uno), lo que a su vez determina el nivel de vibración, el tipo de ruido que hace y cómo se conduce un vehículo. La mayoría de los motores de cuatro cilindros tienen un cigüeñal que envía los dos pistones centrales hacia arriba y hacia abajo juntos, y los dos exteriores hacen lo propio en el momento opuesto. Esto significa que las fuerzas principales (primarias) están equilibradas.

Pero ahí no es donde termina el trabajo del cigüeñal. Una rueda dentada en la parte delantera del cigüeñal lo sincroniza con el árbol de levas. Estas piezas funcionan en conjunto para que el motor funcione sin problemas, dado que la relación entre ambos es extremadamente vital para la integración de la transmisión. Básicamente, inician y terminan el ciclo del propulsor, desde la carrera de admisión hasta la carrera de escape, manteniendo los diferentes procesos mecánicos de cada ciclo en perfecta armonía a través de su conexión por correa/cadena.

Sin embargo, a pesar del diseño efectivo del cigüeñal, la mayoría de las pérdidas de potencia de un motor ocurren en este área, ya sea por calor, vibraciones, ruido o fricción. La naturaleza multidireccional de las fuerzas que se aplican al cigüeñal desde los pistones significa que el arte de equilibrarlo también puede ser extremadamente difícil, por lo que los ingenieros intentan minimizar la longitud de un cigüeñal tanto como sea posible. Esta es la gran razón por la que el V8 reemplazó a la configuración de ocho cilindros en línea, relativamente más pequeña y controlable al ser más corto (la mitad).

Fuente: How a Car Works

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