Diferencia entre las manivelas de plano cruzado y plano

Hay dos diseños de manivela disponibles al elegir uno para su próximo proyecto V8: plano cruzado y plano. En su mayor parte, las bielas de plano cruzado dominan, especialmente en los motores V8 estadounidenses, mientras que las bielas de plano plano suelen aparecer en los exóticos europeos de alta gama y en los autos de carrera completos. Las bielas de plano cruzado le dan al músculo americano su distintivo estruendo, mientras que las bielas planas tienen un chirrido revelador a altas revoluciones. Pero, hay más en estas manivelas que solo sus notas de escape.

Las bielas planas, sin importar el orden de encendido que tengan, siempre alternarán de un banco a otro. Esto produce un barrido de escape óptimo y, por lo tanto, no requiere los primarios de cabecera más complejos que tienen que cruzar de un banco a otro. Debido a su diseño, no necesitan grandes contrapesos, por lo que aceleran tan rápido. El inconveniente es que sufren vibraciones secundarias. Más sobre eso más adelante.

El cigüeñal más común que vemos en nuestras construcciones de motores hot rod es un cigüeñal de plano cruzado (también conocido como cigüeñal cruciforme). Esta manivela recibe su nombre de los cuatro pasadores de manivela que se colocan en dos planos, desplazados 90 grados. Por lo general, los dos pasadores exteriores son perpendiculares al exterior y los dos pasadores de los extremos están en un plano de 180 grados.

Cuando se ven desde el final, los cuatro diarios, dispuestos a intervalos de 90 grados, forman una forma +. Un orden de encendido típico es 1-8-4-3-6-5-7-2 con cilindros pares en el lado del pasajero y cilindros impares en el otro. El hecho de que tengan dos disparos de escape consecutivos, en un banco, es la razón por la que tienen ese estruendo de autos musculosos que amamos. Claro, la eliminación de gases de escape no es tan eficiente como con una manivela plana, pero ese sonido lo vale. Este diseño requiere contrapesos más grandes para lograr un equilibrio adecuado del motor. El resultado es que no tiene los problemas de vibración secundarios asociados con las bielas planas. Pero tampoco aceleran tan rápido ni tan alto.

Debido a su diseño liviano, las bielas de plano plano tienen excelentes propiedades de equilibrio primario, por lo que no hay necesidad de los grandes contrapesos que se encuentran con las bielas de plano cruzado. Menos peso significa menos inercia, menor tamaño y mayor aceleración (revoluciones más rápidas).

Debido a que el orden de encendido salta de un banco a otro, en un patrón alterno, cada banco recibe pulsos de gas de escape igualmente espaciados. El beneficio es que el escape (colectores) se puede ajustar para un rendimiento óptimo en lugar de tratar de solucionar los problemas de gases de escape inherentes a las bielas de plano cruzado y su orden de encendido.

Bueno, la mayoría de los autos de cuatro cilindros en línea, pero estamos aquí para hablar sobre V8 y molinos más grandes. Hasta hace poco, solo encontraba bielas planas en autos deportivos europeos exóticos (piense en McLaren P1, Porsche 918, Lotus Esprit, Ferrari F430, etc.) y autos de carrera de altas revoluciones, pero recientemente eso ha cambiado. Ford metió uno en su GT350 Mustang, y para el nuevo auto de carrera C8.R Corvette hay una manivela plana en el DOHC 5.5L V8. Tener uno en el auto de carrera C8.R significa que Chevrolet está obligado a poner uno en al menos 300 autos de producción. Cualquiera puede adivinar qué es eso, pero estamos apostando por un nuevo ZR1 super ‘Vette.

Por lo general, con una manivela plana, el diseño es arriba-abajo-abajo-arriba. Pero, si observa la manivela del Mustang GT350, verá que está configurada para arriba-abajo-arriba-abajo. No sabemos por qué iban en contra del diseño tradicional de manivela de plano plano, pero notamos que los contrapesos opuestos, en cada extremo de la manivela, son mucho más grandes. Esto probablemente se hizo por razones de equilibrio. Tal vez eligieron este diseño para que las bielas pudieran fabricarse en maquinaria existente, o por alguna otra razón de producción, pero el diseño anula algunos de los beneficios de masa/inercia de hacer funcionar una biela plana.

Las bielas de plano cruzado son más fáciles de equilibrar, especialmente en términos de equilibrio secundario, en comparación con una biela plana. Sin profundizar demasiado en las malas hierbas técnicas, hay dos tipos de fuerzas que los ingenieros consideran al equilibrar un conjunto giratorio: primaria y secundaria. Las fuerzas primarias ocurren una vez por revolución y las fuerzas secundarias ocurren dos veces por revolución.

El movimiento de los pistones hacia arriba y hacia abajo provoca las vibraciones primarias. En un motor plano (que alterna hacia arriba y hacia abajo) esta vibración se cancela, lo cual es algo muy bueno. El problema viene en forma de vibraciones secundarias causadas por un desequilibrio de fuerzas cuando la manivela está a 270 y 90 grados. Aquí es donde ingresas a las matemáticas de la escuela secundaria (trigonometría) y al Teorema de Pitágoras (encontrar el cateto faltante de un triángulo rectángulo). Esta no es una clase de física, así que digamos que este movimiento de masas crea problemas de equilibrio secundarios, por lo que normalmente no se ven manivelas planas en motores de mayor cilindrada.

Las bielas de plano cruzado corrigen esta vibración secundaria mediante el uso de contrapesos más grandes, pero esto agrega peso, lo que afecta la inercia, por lo que no aceleran tan rápido ni tan alto. También son más grandes y ocupan más espacio dentro del motor. Agregar peso a la manivela plana anularía muchos de los beneficios de tenerla en primer lugar.