Eje de equilibrado

Eje de equilibrado de un motor Ford Taunus V4.

En la ingeniería de los motores de pistones, un eje de equilibrado o eje de balanceo es

un eje con contrapesos excéntricos el cual anula las vibraciones que se producen en los motores que no

son inherentemente balanceados (por ejemplo, muchos motores de cuatro cilindros). Fue inventado

originalmente por el ingeniero británico Frederick Lanchester en 1904.1

Índice

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1 Descripción general

2 Aplicaciones de cuatro cilindros

3 Aplicaciones de seis cilindros

4 Motores con ejes de equilibrado

5 Referencias

o 5.1 Fuente

Descripción general[editar · editar fuente]

Los ejes de equilibrado son más comunes en los motores en línea de 4 cilindros, debido a que por la

asimetría de su diseño, tienen una vibración de segundo orden inherente (la vibración se produce al

doble de las RPM del motor) la cual no puede ser eliminada sin importar lo bien que estén equilibrados

los componentes internos. Los motores boxer tienen sus pistones opuestos horizontalmente, por lo que

están naturalmente balanceados, y no necesitan la complejidad extra, el costo ni la pérdida de potencia

asociadas con los ejes de equilibrado. Estas vibraciones son generadas por el movimiento de

las bielas que en un motor en línea no es simétrico con la rotación del cigüeñal; en consecuencia en una

rotación dada del cigüeñal, el ascenso y descenso de los pistones tienen aceleraciones que no son

completamente opuestas, dando lugar a una fuerza inercial neta, dos veces con cada revolución, que se

incrementa cuadráticamente con las RPM, sin importar lo perfecto que sea el balanceo de los

componentes.2

El problema se incrementa con cilindradas grandes, debido que sólo es posible aumentar la cilindrada

aumentando la carrera del pistón, y por ende las aceleraciones, o aumentando el diámetro, y por lo

tanto la masa de los pistones; de cualquier manera, se incrementa la magnitud de la vibración inercial.

Durante muchos años los dos litros fueron vistos como el límite "no oficial" de desplazamiento para

motores en línea de producción con características aceptables de ruido y vibración.

El concepto básico del eje de equilibrado ha existido desde 1904, cuando fue inventado y patentado por

el ingeniero británico Frederick Lanchester. Dos ejes de equilibrado que rotaban en sentidos opuestos al

doble de velocidad que el motor. Contrapesos excéntricos en estos ejes estaban dimensionados y

colocados de tal forma que los giros contrarrotatorios cancelaban sus reacciones inerciales en el plano

horizontal, pero sumándose en el plano vertical, dando una fuerza neta igual, pero desplazada 180º, con

la vibración indeseable del motor básico, cancelándose. La aplicación efectiva del concepto, sin

embargo, es bastante concreta como para ser patentada. El problema básico presentado por el

concepto es dar un soporte y lubricación adecuados a las partes que rotan al doble de velocidad del

motor cuando las vibraciones de segundo orden se vuelven inaceptables.

Existe el debate sobre cuánta energía del motor cuesta mantener los dos ejes en movimiento. La cifra

dada es generalmente de alrededor de 15 CV (11 kW), pero esto puede ser excesivo para pérdidas

por fricción. Es posible que este sea un error de cálculo derivado de la utilización común

de dinamómetros de inercia, que calculan la potencia midiendo la aceleración angular en vez de la

medida real de par a velocidad constante. Los 15 HP (11 kW), entonces, incluyen tanto las pérdidas por

fricción como el incremento de la inercia angular de los ejes que giran rápidamente, los cuales pueden

no ser un factor a velocidad constante. Sin embargo, algunos usuarios quitan estos ejes, para recuperar

esa potencia perdida y para reducir la complejidad y las fuentes de posibles fallas para usos de alto

rendimiento y competición, y por la creencia común (pero falsa) que la suavidad que proveen estos ejes

puede obtenerse balanceando cuidadosamente los componentes rotatorios del motor.[cita requerida]

Aplicaciones de cuatro cilindros[editar · editar fuente]

Mitsubishi Motors fue pionera en la era moderna con el diseño del motor Astron de "eje silencioso" en

1975, con ejes de equilibrado ubicados abajo y a un costado del bloque de cilindros, y comandados por

la bomba de aceite a través de cadenas. Posteriormente, el diseño fue licenciado

aFiat, Saab y Porsche.1

Saab refinó aún más el principio de los ejes de equilibrado para eliminar las vibraciones laterales

armónicas secundarias (debido a la misma asimetría en el diseño del motor, pero de mucha menor

magnitud) colocando los ejes en forma simétrica con los laterales, pero a diferentes alturas del cigüeñal,

introduciendo de esa manera un momento de fuerza que contrarresta las vibraciones laterales,

resultando en el motor B234, excepcionalmente suave.

Aplicaciones de seis cilindros[editar · editar fuente]

Otros diseños con ejes de equilibrado se pueden encontrar en muchos diseños de motores V6. Mientras

que un V6 de diseño óptimo tiene los bancos de cilindros a 60º, muchos de los motores actuales derivan

de los motores V8, los cuales tienen los bloques de cilindros a 90º. Esto provee un orden de encendido

uniforme en un motor de 8 cilindros, pero en un motor de 6 cilindros resulta en "zancadas" rítmicas,

debido a que con cada rotación del cigüeñal, tres cilindros encienden a intervalos de 90º, seguidos por

un lapso de 90º sin impulso. Esto puede eliminarse usando un cigüeñal, más caro y complejo, que altere

la relación entre los dos bancos de cilindros para dar una diferencia efectiva de 60º, pero recientemente

muchos fabricantes han encontrado que es más económico adaptar el concepto del eje de equilibrado,

usando uno sólo con contrapesos espaciados que cancelen las sacudidas intrínsecas del motor V6 a

90º.

Motores con ejes de equilibrado[editar · editar fuente]

Imagen de la distribución de un motor Ford Taunus V4. El engranaje pequeño es el cigüeñal, el grande corresponde

al árbol de levas. El engranaje pequeño a la izquierda corresponde al eje de equilibrado.

Otros fabricantes produjeron motores con uno o dos ejes de equilibrado, incluyendo:

Alfa Romeo  2,0L cuatro cilindros, usado en el Alfa Romeo 156

BMW K75 , motocicleta

motor Chrysler K

Motor Chrysler motor Neon 2,4L y 2,5L

Motor Ford Modular  V10

Ford Taunus V4

Buick 3800 V6

Motor General Motors Quad 4 y Ecotec

Motor GM Atlas  de cuatro y cinco cilindros (dos ejes de equilibrado)

Motor GM Quad-4 , usado en el Pontiac Sunfire de 1995.

Motor GM Vortec  V-6 (un eje de equilibrado)

Honda  2,2L (F22) de cuatro cilindros

Kawasaki  Kawasaki Z440LTD

Motor Mazda 2,3L MZR (dos ejes de equilibrado)

Motor Mitsubishi Astron

Nissan  2,5L (QR25DE) de cuatro cilindros

Porsche  2,5L, 2,7L y 3,0L, de cuatro cilindros en línea

Motor Subaru EF

Tata Nano

Toyota  2,4L (2AZ-FE)

Motor Saab H

Volvo  B234F, B204GT y B204FT (cuatro cilindros, dos ejes de equilibrado, 16 válvulas a la cabeza,

usado en las series 700 y 900)

así como también numerosos motores de motocicleta, particularmente bicilíndricos verticales, y algunos

monocilíndricos pequeños.