En la ingenier¨ªa de motores de
pist¨®n, el eje de equilibrio es un eje de contrapeso
exc¨¦ntrico utilizado para compensar la vibraci¨®n
desequilibrada inherente en el diseño del motor.
El eje de equilibrio es el m¨¢s com¨²n en
los motores de cuatro cilindros en
l¨ªnea, que por la asimetr¨ªa de su diseño
tienen una vibraci¨®n inherente de
segundo orden (el doble de la velocidad
del motor) que no se puede eliminar
independientemente del grado de
equilibrio de los componentes internos.
Los pistones de los motores planos est¨¢n
horizontalmente opuestos, por lo que
est¨¢n equilibrados naturalmente y no
generan complejidad adicional, costos o
p¨¦rdidas de potencia relacionadas con el
eje de equilibrio.
Esta vibraci¨®n se debe a que el
Movimiento de la Biela en el motor en
l¨ªnea no es sim¨¦trico durante toda la
rotaci¨®n del cig¨¹eñal; Por lo tanto,
durante el per¨ªodo de tiempo dado de la
rotaci¨®n del cig¨¹eñal, la aceleraci¨®n
del pist¨®n descendente y ascendente no
siempre es exactamente lo contrario,
cada rotaci¨®n produce dos fuerzas
inerciales verticales netas, cuya
resistencia aumenta por segunda vez con
la velocidad, independientemente de lo
estrechamente que coincida el peso del
componente.
A medida que aumenta el
desplazamiento del motor, el
problema tambi¨¦n aumenta, ya que
la ¨²nica manera de lograr un
desplazamiento mayor es
prolongar la carrera del pist¨®n,
aumentar la diferencia de
aceleraci¨®n o aumentar la masa
del pist¨®n a trav¨¦s de un
di¨¢metro m¨¢s grande; De
cualquier manera, la amplitud de
la vibraci¨®n inercial aumentar¨¢.
A lo largo de los años, los dos
litros se han considerado un
l¨ªmite de desplazamiento "no
oficial" para la producci¨®n de
motores de cuatro cilindros en
l¨ªnea con caracter¨ªsticas nvh
aceptables.
El concepto fundamental detr¨¢s
del eje de equilibrio existe
desde 1904, cuando fue inventado
y patentado por el ingeniero
brit¨¢nico Frederick lanchester.
Los dos ejes de equilibrio giran
en la direcci¨®n opuesta al doble
del r¨¦gimen del motor.
El tamaño y la fase de estos
contrapesos exc¨¦ntricos del
mismo tamaño en el eje hacen que
la respuesta inercial a su
rotaci¨®n inversa se compense en
el plano horizontal, pero
aumenta en el plano vertical, lo
que produce una fuerza neta
igual pero 180 grados de
diferencia con la vibraci¨®n no
deseada de segundo orden del
motor b¨¢sico, contrarrestando
as¨ª.
Sin embargo, la implementaci¨®n
real de este concepto es lo
suficientemente espec¨ªfica como
para obtener una patente.
El problema fundamental que
plantea este concepto es apoyar
y lubricar adecuadamente las
piezas que giran al doble de la
velocidad del motor a altas
velocidades, en las que la
vibraci¨®n de segundo orden se
vuelve inaceptable.
Hay algunas controversias sobre
cu¨¢nta potencia consume el doble
eje de equilibrio para el motor.
La cifra b¨¢sica dada suele ser
de unos 15 caballos de fuerza
(11 kilovatios), pero para las
p¨¦rdidas de fricci¨®n pura esto
puede ser demasiado alto. Esto
puede deberse a un error de
c¨¢lculo causado por el uso com¨²n
de los dinam¨®metros inerciales,
que calculan la Potencia en
funci¨®n de la medici¨®n real de
la Aceleraci¨®n angular en lugar
del par constante. Por lo tanto,
15 caballos de fuerza (11
kilovatios) incluyen la p¨¦rdida
real de fricci¨®n y el aumento de
la inercia angular del eje de
rotaci¨®n r¨¢pida, que no es un
factor a una velocidad estable.
Sin embargo, algunos
propietarios modifican el motor
desmontando el eje de
equilibrio, lo que permite tanto
recuperar parte de la Potencia
como reducir la complejidad y
las posibles ¨¢reas de daño para
lograr un alto rendimiento y un
uso de carreras, ya que se suele
(pero err¨®neamente) pensar que
al equilibrar cuidadosamente los
componentes rec¨ªprocos del motor
se puede obtener la estabilidad
que proporciona El eje de
equilibrio despu¨¦s de
desmontarlo.
Mitsubishi Motors fue
pionera en el
lanzamiento en 1975 del
motor astron, el "eje
silencioso" de diseño
moderno, con un eje de
equilibrio situado en
una posici¨®n m¨¢s baja en
el lado del bloque del
motor, impulsado por la
cadena de la bomba de
aceite, y luego
autorizaron la patente a
fiat, Saab y porsche.
Saab perfeccion¨® a¨²n m¨¢s
el principio del eje de
equilibrio al localizar
el eje de equilibrio con
simetr¨ªa transversal
pero situado a
diferentes alturas por
encima del cig¨¹eñal,
superando la vibraci¨®n
transversal arm¨®nica
secundaria (debido a la
misma asimetr¨ªa b¨¢sica
en el diseño del motor,
pero con una amplitud
mucho menor),
introduciendo as¨ª un par
que contrarresta la
vibraci¨®n transversal al
doble r¨¦gimen del motor,
lo que hace que el motor
b234 sea inusualmente
estable.
Muchos motores V6 tienen otro
diseño de eje de equilibrio
¡¡
Aunque los motores V6 mejor diseñados
tienen un ¨¢ngulo de 60 grados entre las
dos filas de cilindros, muchos de los
actuales se derivan de los viejos
motores v8, que tienen un ¨¢ngulo de 90
grados entre las dos filas de cilindros.
Aunque esto proporciona una secuencia de
encendido de intervalos uniformes en el
motor de 8 cilindros, en el motor de 6
cilindros esto conduce a un ritmo lento,
en cada rotaci¨®n del cig¨¹eñal, los tres
cilindros se encienden a intervalos de
90 grados, seguido de un intervalo de 90
grados, sin pulso de potencia.
Esto se puede eliminar utilizando
cig¨¹eñales m¨¢s complejos y caros, que
cambian la relaci¨®n entre dos filas de
cilindros, generando as¨ª una diferencia
efectiva de 60 grados, pero
recientemente muchos fabricantes han
descubierto que es m¨¢s econ¨®mico adoptar
el concepto de eje de equilibrio,
utilizando un solo eje con contrapesos
para proporcionar la eliminaci¨®n de
vibraciones de 90 grados de temblor
inherente de v6.
