Eje de equilibrio

ejes de equilibrio se utilizan en motores de pistón para reducir la vibración anulando las fuerzas dinámicas desequilibradas. Los ejes de contrapeso tienen pesos excéntricos y giran en direcciones opuestas entre sí, lo que genera una fuerza vertical neta.

El eje de equilibrio fue inventado y patentado por el ingeniero británico Frederick W. Lanchester en 1907. Se utiliza más comúnmente en motores de cuatro en línea y V6 utilizados en automóviles y motocicletas.

Sinopsis

El principio de funcionamiento de un sistema de eje de equilibrio es que dos ejes que llevan pesos excéntricos idénticos giran en direcciones opuestas al doble de la velocidad del motor. La fase de los ejes es tal que las fuerzas centrífugas producidas por los pesos cancelan las fuerzas verticales de segundo orden (al doble de las RPM del motor) producidas por el motor. Las fuerzas horizontales producidas por los ejes de equilibrio son iguales y opuestas y, por tanto, se anulan entre sí.

Los ejes de equilibrio no reducen las vibraciones que experimenta el cigüeñal.

Aplicaciones

Motores de dos cilindros

Numerosos motores de motocicletas, particularmente motores bicilíndricos en paralelo, han empleado sistemas de eje de equilibrio; por ejemplo, los motores Yamaha TRX850 y Yamaha TDM850 tienen un cigüeñal de 270° con un eje de equilibrio. Un enfoque alternativo, como el utilizado por el motor bicilíndrico paralelo BMW GS, es utilizar un sistema 'ficticio' biela que mueve un contrapeso articulado.

Motores de cuatro cilindros

Los ejes de equilibrio se utilizan a menudo en motores de cuatro en línea para reducir la vibración de segundo orden (una fuerza vertical que oscila al doble de las RPM del motor) que es inherente al diseño de un motor típico de cuatro en línea. Esta vibración se genera porque el movimiento de las bielas en un motor de cuatro en línea de encendido uniforme no es simétrico durante toda la rotación del cigüeñal; por lo tanto, durante un período determinado de rotación del cigüeñal, los pistones descendentes y ascendentes no siempre son completamente opuestos en su aceleración, dando lugar a una fuerza vertical neta dos veces en cada revolución (que aumenta cuadráticamente con las RPM).

La cantidad de vibración también aumenta con la cilindrada del motor, lo que da como resultado que los ejes de equilibrio se utilicen a menudo en motores de cuatro en línea con cilindradas de 2,2 L (134 cu in) o más. Tanto una mayor carrera como un mayor diámetro provocan un aumento de la vibración secundaria; una carrera mayor aumenta la diferencia de aceleración y un diámetro mayor aumenta la masa de los pistones.

El diseño de Lanchester de los sistemas de ejes de equilibrio se perfeccionó con el Mitsubishi Astron 80, un motor de cuatro cilindros en línea introducido en 1975. Este motor fue el primero en ubicar un eje de equilibrio más alto que el otro, para contrarrestar el par rodante de segundo orden. (es decir, alrededor del eje del cigüeñal) debido al par ejercido por la inercia provocada por los aumentos y disminuciones en la velocidad del motor.

En un motor de cuatro cilindros, las fuerzas se anulan cuando los pistones se mueven en direcciones opuestas. Por lo tanto, los ejes de equilibrio no son necesarios en los motores de cuatro cilindros.

Motores de cinco cilindros

Los ejes de equilibrio también se utilizan en motores de cinco cilindros en línea, como el GM Vortec 3700.

Motores de seis cilindros

En un motor de seis cilindros en línea y en un motor de seis cilindros en línea, las fuerzas de balanceo se equilibran naturalmente, por lo que no se requieren ejes de equilibrio.

Los motores V6 están inherentemente desequilibrados, independientemente del ángulo en V. Cualquier motor en línea con un número impar de cilindros tiene un desequilibrio primario, lo que provoca un movimiento de balanceo de un extremo a otro. Como cada bancada de cilindros en un V6 tiene tres cilindros, cada bancada de cilindros experimenta este movimiento. Los ejes de equilibrio se utilizan en varios motores V6 para reducir este movimiento de balanceo.

Motores de ocho cilindros

Algunos ejemplos son el motor Mercedes-Benz OM629 y Volvo B8444S.