Cigüeñal del camión: función y averías

Un tractor cargado acelera al pie de una rampa y del bloque motor sale un golpeteo sordo y profundo; al soltar el acelerador el ruido se atenúa, y reaparece al retomar la carga. El testigo de presión de aceite ha parpadeado un instante en ralentí caliente. En el taller, al abrir el tapón del cárter el aceite resulta más fluido de lo normal y en el colador aparecen finas escamas metálicas. Ese cuadro apunta al esqueleto portante del motor: el cigüeñal y los cojinetes que lo sostienen. Esta guía trata el cigüeñal no como una simple pieza rotativa, sino como el elemento central de la cadena pistón-biela-cojinete-aceite, cuya salud depende de toda esa cadena.

¿Qué es el cigüeñal? El eje que convierte movimiento lineal en rotación

El cigüeñal es el eje principal que convierte el movimiento lineal alternativo del pistón, generado por la presión de la combustión, en rotación continua a través de las bielas, y que concentra todo el par que produce el motor. La potencia se reparte por el extremo trasero, a través del volante, hacia la transmisión, y por el delantero, mediante la polea, hacia el alternador, el compresor de aire de frenos, la bomba de dirección y la bomba de agua.

El error más común es imaginar el cigüeñal como un eje recto. En realidad combina tramos apoyados sobre el eje de giro con tramos desplazados de ese eje. Los primeros sostienen el cigüeñal en el bloque; los segundos convierten el recorrido del pistón en un giro sobre un radio. Ese desplazamiento define la carrera: la carrera equivale al doble del radio de manivela. Por eso los diésel pesados de carrera larga generan tanto par a bajas revoluciones: es geometría pura. Las partes del eje son las siguientes:

• Muñones de bancada: superficies sobre el eje de giro donde el cigüeñal se apoya en el bloque. En un motor de seis cilindros en línea suele haber siete apoyos.
• Muñequillas de biela: superficies desplazadas del eje donde se acopla el pie de biela; el tramo que convierte la fuerza en par motor.
• Brazos de manivela y contrapesos: los brazos unen los muñones; los contrapesos equilibran la fuerza centrífuga de las masas en rotación.
• Taladros y canales de aceite: conductos que llevan el aceite desde el muñón de bancada, por un taladro inclinado en el brazo, hasta la muñequilla.
• Extremos delantero y trasero: en uno, la polea, el piñón de distribución y el retén delantero; en el otro, la brida del volante y el retén trasero.

Los muñones se mecanizan a espejo y se templan, pero la zona más crítica es el radio de acuerdo entre muñón y brazo: la tensión se concentra ahí y las grietas de fatiga casi siempre nacen en ese radio. El desplazamiento longitudinal del eje queda limitado por la superficie de empuje axial junto a uno de los apoyos de bancada.

¿Cuál es la diferencia entre el cigüeñal y el árbol de levas?

El cigüeñal se apoya en la parte inferior del motor, recoge el movimiento de los pistones y entrega la potencia. El árbol de levas es el eje de mando: con sus levas determina cuándo se mueven las válvulas y, en algunos diseños, la bomba-inyector. En resumen, el cigüeñal transporta fuerza y el árbol de levas transporta tiempo. Ambos están unidos por engranajes, cadena o correa; en un motor de cuatro tiempos el árbol de levas gira una vuelta por cada dos del cigüeñal, y un ciclo completo exige 720 grados de giro del cigüeñal. Los síntomas del árbol de levas se tratan en la guía del árbol de levas.

¿Cómo funciona el cigüeñal? Cadena de fuerzas, encendido y continuidad

La presión de la cámara de combustión empuja el pistón, que transmite la fuerza por el bulón a la biela, y esta la traslada mediante su cojinete a la muñequilla. Como la muñequilla está desplazada del eje, la fuerza actúa sobre un brazo y genera giro: el par motor es esa fuerza multiplicada por el radio de manivela. El rendimiento varía con el ángulo: en el punto muerto superior la componente de giro es mínima y alcanza su máximo tras cierto recorrido angular. El avance de encendido se ajusta según esta geometría.

En cuatro tiempos, cada cilindro trabaja una sola vez por cada cuatro carreras; en las otras tres, el cigüeñal sigue girando por la fuerza de los demás cilindros y la inercia del volante. En los diésel pesados de seis cilindros en línea, los 720 grados se reparten a partes iguales, las combustiones se producen cada 120 grados y el flujo de potencia es casi continuo. La línea de seis es además equilibrada por naturaleza, porque las fuerzas de inercia de primer y segundo orden se compensan entre sí. El orden de encendido habitual es 1-5-3-6-2-4, aunque varía según el motor.

Como las combustiones se producen en distintos puntos del eje, el cigüeñal se retuerce ligeramente en cada explosión y recupera su posición. Esta vibración torsional crece en los regímenes cercanos a la frecuencia natural del eje y es la principal fuente de grietas de fatiga; el amortiguador delantero existe para absorber esa energía. El eje soporta a la vez compresión, flexión y torsión.

Mapa de la mecánica interna: la cadena que va del cigüeñal a la válvula

El cigüeñal no falla de forma aislada. La mecánica interna es una cadena de elementos, y el defecto de cualquier eslabón suele manifestarse, tarde o temprano, en los cojinetes de bancada. El orden es: cigüeñal, biela, pistón y segmentos, camisa, culata, válvulas, balancines y árbol de levas.

Estas relaciones no son de sentido único. Un conjunto pistón-camisa desgastado no solo pierde compresión: los gases que pasan al cárter diluyen el aceite y lo cargan de hollín, acortando la vida de los cojinetes; su comportamiento se explica en la guía de pistón y camisa. Las fugas de arriba también afectan al tren inferior: una junta de culata deteriorada deja pasar refrigerante al cárter e inicia corrosión en los cojinetes; sus síntomas se explican en la guía de la culata.

Material y fabricación: forjado, fundido y endurecimiento superficial

El cigüeñal es la pieza con mayor carga de fatiga del motor; el método de fabricación se elige según la potencia que debe soportar. En el cigüeñal forjado, un tocho de acero se conforma entre matrices; el flujo de grano sigue la forma de la pieza y mantiene la fibra continua en los radios, dando alta resistencia a la fatiga. Es la opción habitual en motores con presiones de cilindro altas. En el de fundición nodular, la geometría compleja se obtiene en una sola operación y más barata; el grafito esférico da tenacidad superior a la fundición gris, aunque menos resistencia que el forjado.

Tras conformar el eje en bruto, la resistencia final se obtiene con tratamientos superficiales: se templan los muñones y se refuerza el radio de acuerdo.

La consecuencia práctica: el cigüeñal no admite rectificados ilimitados. La capa templada es delgada y cada rectificado se lleva parte de ella. En algunos motores el fabricante lo define como pieza no rectificable; la decisión se toma según la documentación OE, no según el torno.

Cojinetes de bancada y de biela: la película de micras que sostiene el eje

El cigüeñal no apoya metal contra metal en el bloque. Entre los muñones y las semicamisas del cojinete hay una fina película de aceite sobre la que el eje literalmente flota. El mecanismo se llama lubricación hidrodinámica: el muñón, al girar, arrastra el aceite formando una cuña que se estrecha, y la presión de esa cuña genera la fuerza portante que sostiene el eje. La bomba de aceite no crea esta película directamente; su función es aportar caudal suficiente sin interrupción.

Los cojinetes, con forma de media caña, llevan una capa blanda colada sobre un respaldo de acero. Que sea blanda no es un defecto sino diseño: deja que las partículas duras del aceite se incrusten en ella y protejan al muñón. Los bimetálicos usan un recubrimiento de aluminio-estaño; los trimetálicos, preferidos en carga elevada, añaden sobre la capa intermedia un fino recubrimiento antifricción. La lengüeta del respaldo posiciona el cojinete, pero no lo sujeta; lo sujeta la tensión circunferencial al apretar la tapa.

¿Qué es la holgura del cojinete y por qué importa tanto?

La holgura del cojinete es la diferencia entre el diámetro del muñón y el diámetro interior del cojinete montado, una de las cotas más delicadas del motor. Si es demasiado pequeña, el aceite no entra en cantidad suficiente, la película se adelgaza y el cojinete se funde pronto. Si es demasiado grande, el aceite escapa deprisa, cae la presión y el muñón golpea el cojinete en cada combustión; ese es el golpeteo profundo desde abajo. Se mide con el método del hilo plástico (Plastigage) o con micrómetro y comparador de interiores.

Cojinete de empuje y holgura axial

El desplazamiento longitudinal del eje lo limita el cojinete de empuje, o las arandelas axiales, a ambos lados de un apoyo de bancada. Al crecer la holgura axial el eje se mueve hacia delante y atrás: hay juego en la polea, fuga en el retén trasero e irregularidad en el embrague. El peor enemigo del cojinete de empuje es el hábito de mantener el pie sobre el pedal del embrague, que empuja el eje hacia delante y priva al cojinete de su película de aceite.

Conductos de aceite y dependencia de la presión

El aceite a presión llega primero, por el conducto del alojamiento de bancada, al muñón de bancada, y de ahí por el taladro inclinado del brazo a la muñequilla. Es decir, el aceite del cojinete de biela es el mismo que atraviesa antes el de bancada; si la holgura de bancada crece o el conducto se estrecha por hollín y lodo, el de biela es el primero en quedarse sin lubricación. Que la presión baje en ralentí caliente es normal; que se acerque al umbral de aviso, no. Al desgastarse los cojinetes crece la fuga total y la presión cae de forma permanente; por eso es el indicador de salud más temprano y fiable.

¿Cómo se reconocen los síntomas de avería del cigüeñal?

Los síntomas suelen llegar por los cojinetes y evolucionan por etapas: primero una caída silenciosa de presión, después un ruido bajo carga y, al final, vibración y partículas metálicas.

La mayoría de estos síntomas no son exclusivos del cigüeñal: un tornillo de polea flojo o un colador obstruido pueden dar un cuadro similar. Como el bloque propaga el sonido, que un punto suene más fuerte con el estetoscopio tampoco confirma dónde está la avería.

¿Cómo se produce el gripaje de un cojinete? Mecanismo y causas

"Se ha fundido el cojinete" no es una rotura instantánea, sino una cadena breve que se retroalimenta. La película pierde capacidad portante, el muñón toca el recubrimiento, el calor de fricción sube deprisa, el recubrimiento blando se funde y se adhiere al muñón, ese material estrecha aún más el hueco y el proceso se acelera solo. Al final el recubrimiento desaparece, el respaldo de acero corta el muñón y el cojinete gira en su alojamiento, tapando el orificio de aceite.

El daño no se detiene ahí: el calor liberado puede alterar el tratamiento térmico del eje y aparece el azuleado del muñón; el cojinete que gira desgasta también el alojamiento del bloque. Por eso, tras un gripaje, hay que medir también los alojamientos.

• Presión o caudal insuficientes: nivel bajo, bomba desgastada, colador obstruido, válvula de descarga abierta.
• Conducto obstruido: el taladro del cigüeñal o del bloque se estrecha por hollín, lodo o restos de un rectificado anterior.
• Viscosidad incorrecta o aceite degradado: aceite fuera de especificación, cambio retrasado, dilución con combustible o refrigerante, filtro tardío.
• Holgura y errores de montaje: montar sin medir, cota equivocada, alojamiento sucio, cuerpo extraño tras el respaldo, tornillos mal apretados.
• Sobrecarga y defectos geométricos: carga alta a bajas revoluciones, motor frío exigido, biela torcida, alojamiento ovalado, eje excéntrico.

El sentido práctico: el gripaje es una consecuencia. Si no se localiza la causa antes de cerrar el motor, el cojinete nuevo tendrá la misma vida corta. Examinar los cojinetes desmontados es el camino más rápido: la forma y el color del desgaste suelen decir qué mecanismo actuó.

Lecturas adicionales

Para una visión técnica en lenguaje sencillo de este tema, consulte el artículo de referencia en Wikipedia. Confirme siempre las cifras y los procedimientos concretos con los datos de servicio del fabricante del vehículo.

Diagnóstico del cigüeñal: método secuencial de la carretera al taller

El error más caro es desmontar el motor adivinando el origen del ruido. El método correcto empieza con pasos baratos y reversibles.

1. Revise el historial: cambios de aceite, grado usado, reparaciones recientes, sobrecalentamientos y quejas de consumo de aceite.
2. Compruebe nivel y estado del aceite. Nivel alto y aceite fluido sugiere dilución con combustible; color café con leche, mezcla con refrigerante.
3. Al vaciar el aceite, fíltrelo e inspeccione el imán del tapón. Escamas plateadas apuntan al cojinete; viruta de acero, a daño mecánico mayor.
4. Mida la presión con manómetro mecánico, no con el testigo, en frío y a temperatura de trabajo por separado.
5. Escuche con carga y sin carga. El ruido de biela sube con la carga y baja al cortar ese cilindro; el de bancada es más grave.
6. Revise la polea y el volante con comparador; una marca de deslizamiento en el aro indica amortiguador muerto. Mida excentricidad y holgura axial.
7. Mida la presión del cárter; un valor alto explica fugas en los retenes y también un problema en segmentos-camisa.
8. Si todo apunta al cojinete, abra el cárter y desmonte uno de biela para inspeccionarlo; el patrón de desgaste orienta y clasifica el daño.

Los pasos más saltados son el segundo y el séptimo. El estado del aceite y la presión del cárter son las dos mediciones baratas que marcan el diagnóstico, y ambas se hacen sin desmontar el motor.

Medición y rectificado: micrómetro, grietas y cota de reparación

Con el eje desmontado y limpio, la inspección visual no basta: decide la medición. Diámetro y geometría del muñón: cada muñón se mide con micrómetro en dos o tres secciones, y en cada una en dos direcciones perpendiculares. La diferencia entre direcciones da la ovalización; entre secciones, la conicidad. Si alguna supera el límite OE, se rectifica o se sustituye.

Excentricidad y grietas: el eje se apoya por los muñones extremos sobre bloques en V, se coloca un comparador en el muñón central y se gira despacio para leer la desviación; un eje torcido consume los cojinetes de un solo lado en poco tiempo. Todo eje con sobrecarga o gripaje debe revisarse por grietas: las partículas magnéticas hacen visibles las grietas en el acero, y el lugar a mirar es claro, los radios y las bocas de los taladros de aceite. Una grieta en el radio deja el eje fuera de servicio; ni soldar ni rectificar para eliminarla son válidos. Con azuleado hay daño térmico, y no debe reutilizarse sin medir la dureza.

Si las medidas son aceptables, el eje se lleva a una cota inferior y se monta el cojinete de medida de reparación correspondiente. Habitualmente las medidas van en múltiplos de 0,25 mm, pero cuáles existen y si el rectificado está permitido depende del motor. Tres reglas no cambian: el radio se conserva en su medida original, los taladros se avellanan y limpian, y el eje se pule al final. Después es obligatorio lavar y limpiar a presión los conductos.

Contrapesos, equilibrado, polea y volante: la gestión de la vibración

El cigüeñal debe gestionar el desequilibrio que él mismo genera. Las muñequillas y las masas que giran con ellas, desplazadas del eje, producen fuerza centrífuga; los contrapesos se colocan en los brazos para compensarla. El pequeño desequilibrio residual se mide en una equilibradora y se corrige quitando material. En la mayoría de diseños el equilibrado se hace con el eje montado junto al volante y la polea, no de forma aislada; marque la posición de las piezas antes de desmontarlas.

El amortiguador de vibraciones torsionales, integrado en la polea, merece un apartado propio. Absorbe la vibración torsional mediante un elemento de goma o un relleno viscoso. No es una pieza de por vida: la goma envejece y se agrieta, y el aro exterior se desplaza respecto al cubo; en el tipo viscoso el líquido pierde propiedades. Un amortiguador muerto no avisa, pero deja al cigüeñal expuesto a fatiga torsional; detrás de muchas roturas de cigüeñal hay un amortiguador sin cambiar durante años. El desplazamiento de la marca de distribución en el aro es a la vez la señal más visible y la causa de una lectura errónea.

El volante, en el extremo trasero, es masa de inercia e interfaz de transmisión; se atornilla a la brida del cigüeñal y lleva la corona de arranque y la superficie de fricción del embrague. Sus tornillos suelen ser de un solo uso y se aprietan por par más ángulo. Un volante flojo o descentrado fatiga el cojinete de bancada trasero y el retén; una vibración de embrague puede acabar convirtiéndose en daño de cojinete.

Retenes del cigüeñal y fugas de aceite: retén delantero y trasero

El cigüeñal sale por los dos extremos del motor, y en cada salida hay un retén que evita la fuga. El retén delantero va detrás de la polea, sobre la tapa de distribución; el trasero, delante del volante y, en muchos diseños, sobre un portarretén independiente. La fuga por el retén trasero es la más discutida, porque exige desmontar el volante y casi siempre el embrague.

Diagnosticar la causa importa más que cambiar el retén. Las causas principales son el envejecimiento del labio, el canal de desgaste que forma el eje en la zona de contacto, un juego excesivo del eje y, la más olvidada, una presión de cárter elevada. Si la ventilación se obstruye o crece el paso de gases al cárter, la presión interior empuja el aceite por el punto más débil; aunque se cambie el retén, la fuga vuelve pronto.

Una regla de montaje importa especialmente: los retenes clásicos de goma se montan con el labio ligeramente engrasado, mientras los de labio de PTFE, que trabajan en seco, se montan sin lubricar y con su propia guía; engrasarlos les hace perder la estanqueidad desde el inicio. Para no dañar el labio, proteja las aristas del eje y empuje el retén, perpendicular a su alojamiento, con un mandril adecuado, nunca a martillazos.

Sustitución del cigüeñal y disciplina de montaje

Sustituir el cigüeñal exige bajar el motor y desmontar por completo el tren inferior. La dificultad está más en la disciplina que en la habilidad: limpieza, medición, orden y par de apriete. Valores, órdenes y herramientas especiales varían según el motor y se toman del manual OE.

1. Inmovilice el vehículo, desconecte la batería, vacíe aceite y refrigerante según el procedimiento, y baje el motor hasta el caballete.
2. Desmonte volante, embrague, polea, tapa de distribución y cárter; anote posición y marcas de alineación de cada pieza.
3. Desmonte la culata y los conjuntos pistón-biela. Antes de retirar las tapas de biela y bancada, compruebe su numeración y orientación; no son intercambiables.
4. Extraiga el cigüeñal sujetándolo por sus apoyos. Es pesado y desequilibrado; un golpe del muñón contra algo duro puede inutilizarlo.
5. Mida los alojamientos de bancada del bloque; con ovalización o desalineación, sustituir solo el cigüeñal no resuelve nada.
6. Antes de montar, limpie a presión todos los conductos y confirme que quedan libres; los restos de rectificado son la causa más frecuente de fallo. Limpie alojamientos y dorsos con un paño sin pelusa: una partícula tras el respaldo basta para provocar un gripaje.
7. Mida la holgura con hilo plástico o con micrómetro y comparador, y confirme que coincide con el valor OE.
8. Aplique aceite de montaje, asiente el eje, coloque las tapas en su numeración y orientación, y apriete al par OE y en el orden indicado, con par más ángulo si el fabricante lo exige. Tras cada tapa, gire el eje a mano y compruebe que gira libre.
9. Mida la holgura axial y confirme el rango OE; monte bielas, cárter, retenes, polea y volante. Antes de arrancar, asegure la presión de aceite y evite cargas altas durante el rodaje.

Valores técnicos y rangos de referencia generales

La tabla reúne los criterios más consultados; no sirve para decidir, sino para valorar si un resultado es razonable.

La regla que no cambia: ningún valor numérico del cigüeñal se aplica al margen del código de motor. Dos motores de igual cilindrada y fabricante pueden exigir holguras y criterios de rectificado distintos.

Mantenimiento, vida útil y el lugar del cigüeñal en el motor

El cigüeñal no tiene un intervalo de sustitución establecido. En un motor pesado bien mantenido completa toda la vida del motor y, por lo general, no se cambia nunca. Su vida útil no la deciden los kilómetros, sino la presión, la limpieza y la temperatura del aceite que pasa por él. De dos vehículos con el mismo motor, uno puede no tocar jamás su cigüeñal mientras el otro entra en el taller mucho antes por un simple cambio de aceite retrasado.

• Disciplina de aceite y filtro: cambie según kilometraje o tiempo, lo que llegue antes; acorte el intervalo en uso severo y respete la viscosidad aprobada, que determina el espesor de la película.
• Nivel y presión de aceite: compruebe que el nivel no baja ni sube; registre la presión en ralentí caliente como referencia del vehículo y vigile su tendencia.
• Calentamiento y enfriamiento: no exija el motor en frío, y déjelo un momento en ralentí antes de pararlo.
• Ventilación, amortiguador y registro: una ventilación obstruida hace fugar los retenes; revise el amortiguador por grietas y desplazamiento del aro; anote la medida de reparación y la cota de cojinetes en el historial.

El cigüeñal es, dentro de la mecánica interna, la pieza más resistente y más dependiente a la vez: diseñado con superficies templadas para no tocarse nunca, pero flota sobre una película de aceite de apenas micras, y todo lo que sostiene esa película es obra del resto de la cadena. Por eso una avería de cigüeñal casi nunca es culpa del cigüeñal. El orden del diagnóstico es claro: primero el aceite limpio, luego la presión correcta, luego el tren superior sano; el cigüeñal se cuestiona el último. En todo caso, prevalece la documentación de servicio OE vigente para el motor y chasis del vehículo.

Para los síntomas de desgaste y el procedimiento de cambio del grupo pistón-camisa que transmite este movimiento al cigüeñal, consulte la guía pistón y camisa de motor.

Categoría de producto: Motor

Guía técnica detallada: Para el diagnóstico de averías, la sustitución paso a paso y los intervalos de mantenimiento: Cigüeñal del compresor y grupo de accionamiento: guía técnica

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