Árboles de equilibrado del motor

Desde el nacimiento del automóvil el número de cilindros ha sido variable.

Con el paso del tiempo y su evolución se identificó con las prestaciones y categoría del automóvil, cuantos más cilindros más lujo y prestaciones.

Es evidente que la cilindrada es determinante, pero lo más habitual es que a más número de cilindros, más cubicaje.

Con muchos cilindros hay que plantearse su disposición, pues la tradicional en línea ocupa demasiado espacio.

El número de cilindros y sus disposiciones se han ido adecuando al tipo de automóvil y espacio disponible.

Pero en este artículo no vamos a tratar de este tema como tal, se facilitan enlaces a otros artículos relacionados por si interesa consultarlos.

Actualmente, las directivas anticontaminación, que ya estaban, son tan severas que obligan a encontrar soluciones más complejas para cumplirlas, y una de las más habituales es reducir la cilindrada del motor, que puede afectar también al número de cilindros.

Para no perder prestaciones, inherentes a motores más pequeños, lo más frecuente es incorporar la sobrealimentación o un motor eléctrico complementario, híbrido.

Con menos cilindros para la misma cilindrada se reducen los rozamientos, pero aumentan las vibraciones que se han de compensar para no afectar demasiado a los ocupantes, está es la función de los árboles de equilibrado.

Porqué vibra el motor. Orden de encendido

En un motor de varios cilindros las secuencias de combustiones o explosiones se van produciendo según un orden predeterminado, para que al funcionar se generen las menores vibraciones posibles.

La causa de estas vibraciones son las explosiones E en cada cilindro para producir el empuje sobre el pistón.

Para las explicaciones utilizamos dos motores con 4 y 6 cilindros en línea de la misma cilindrada, es decir son más pequeños los del motor de 6 cilindros.

  • Energía E de las explosiones de cada cilindro 1a (columna izquierda); se ven dos motores, de 4 cilindros en línea arriba y de 6 abajo. El orden de encendido es en el que se van produciendo las explosiones, en el motor de 4 cilindros el más frecuente es 1 – 3 – 4 – 2, y en el de 6 se ha seleccionado 1 – 5 – 3 – 6 – 2 – 4. Se aprecia como las explosiones E del motor de 4 cilindros son más enérgicas que en el de 6, de lo que se deduce que con más cilindros menos vibraciones.
  • Distancia angular entre las explosiones 1b (columna central); en el motor de 4 cilindros las explosiones se producen cada 90º y en el de 6 cada 60º, como en el de 4 cilindros son más fuertes y están más separadas que en el de 6, que además son más próximas este vibra menos.
  • Tiempo transcurrido entre las explosiones 1c (columna derecha); depende de las RPM del motor como se refleja en los cuentavueltas, a menor y mayor régimen de giro. Según suben los motores de RPM las explosiones son más seguidas reduciéndose las vibraciones, que son siempre menores en el de 6 cilindros al ser menos fuertes y más próximas angularmente.

Por suavidad de funcionamiento es mejor más cilindros, pero además de mayores rozamientos es más caro.

En el automóvil se han utilizado motores de dos tiempos, se producen las explosiones en la mitad de la distancia angular que el de cuatro tiempos con el mismo número de cilindros, lo que supone menos vibraciones, pero la contaminación es mayor y al ser un factor prioritario actualmente ya no se aplican.

Porqué vibra el motorMotores “down size” + sobrealimentación o motor eléctrico (híbrido)

  • Ya se ha comentado que una forma de reducir la contaminación es con motores más pequeños, “down size”, pero se pierden prestaciones. Se evita este inconveniente recurriendo a la sobrealimentación, que es la solución más utilizada ya que se mejoran además las prestaciones con relación a un motor de más cilindrada equivalente (más par motor). Otra solución es acoplar un motor eléctrico de propulsión alimentado por baterías al térmico, es la tecnología híbrida. Hay una tercera opción, desconectar parte de los cilindros del motor cuando no se demanden prestaciones, es como funcionar con un motor de menos cilindros lo que induce vibraciones en esta fase de funcionamiento.
  • En la imagen se ve el efecto “down size”; de motores de 8 cilindros (en V) se pasa a 6, de estos a 4, y de estos a 3 e incluso a 2.
  • Con motores sobrealimentados se están obteniendo valores de potencia y par similares a motores del doble de cilindrada atmosféricos, y es muy habitual que el motor sobrealimentado tenga también menos cilindros que el atmosférico.
  • Estos motores de menos cilindros pueden producir más vibraciones de las deseadas en un automóvil de turismo, por lo que hay que buscar soluciones.

Motores “down size” + sobrealimentación o motor eléctrico (híbrido)

Árboles de equilibrado

Consiste esta tecnología en acoplar uno o más árboles paralelos al cigüeñal y movidos por este, pueden girar en sentidos opuestos, contra rotantes.

El objetivo es generar inercias contrapuestas a las que produce el motor al funcionar, reduciendo las vibraciones.

Hay algo más de rozamiento y peso pero se compensa por los resultados globales.

Se ven en la imagen cuatro motores:

  • Arriba a la izquierda; con 4 cilindros en línea y dos árboles de equilibrado paralelos al cigüeñal y a su misma altura, uno a cada lado.
  • Arriba a la derecha; cuatro cilindros en línea y dos árboles de equilibrado contra rotantes, uno a cada lado del cigüeñal y a más altura.
  • Abajo a la izquierda; motor con tres cilindros en línea y un árbol de equilibrado a un lado del cigüeñal a su misma altura.
  • Abajo a la derecha; de frente se ve un motor de 2 cilindros en línea con dos árboles de equilibrado contra rotantes, a lados opuesto del cigüeñal y situados a diferentes alturas.

Árboles de equilibrado

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