El equilibrio de los motores (David Ayala)

Uno de vosotros me comentaba la posible equivocación respecto a un menor equilibrio de un motor de tres cilindros respecto a uno de cuatro. Aquí va una explicación amplia del porqué digo siempre que un motor con tres cilindros está peor equilibrado que uno de cuatro a igualdad del resto de parámetros. Pero como eso seria muy soso, hablo del equilibrio de los motores en general.

La denominación de “cuatro tiempos” en los motores de gasolina se debe a que ésa es la cantidad de acciones que se realizan para completar un ciclo de funcionamiento: admisión, compresión, explosión y escape. Mientras, para convertir el movimiento longitudinal del motor en circular se requieren dos vueltas completas del cigüeñal; admisión y compresión en una, explosión y escape en la siguiente. Por tanto, el número de ciclos que un motor realiza por cada vuelta de cigüeñal (revolución) es igual a su número de cilindros dividido por dos. Así, en un motor de un solo cilindro el equilibrio de su funcionamiento es muy precario entre otros motivos porque, por cada revolución, el motor realizará sólo medio ciclo.

Aplicando la misma equivalencia tendremos que en motores de dos, tres, cuatro, cinco y seis cilindros los ciclos realizados en cada vuelta de motor serán 1, 1,5, 2, 2,5 y 3. Con dicho cálculo se tiene que sólo a partir de cuatro cilindros el cigüeñal está recibiendo fuerza en todo momento, pues se producen dos ciclos por cada vuelta del mismo, es decir, siempre hay un cilindro que está realizando una explosión que empuja al cigüeñal. Sin embargo no es el número de ciclos realizados por cada vuelta el único motivo por el cual un motor es más o menos equilibrado, dependiendo mucho dicho equilibrio de la disposición de los cilindros, su cilindrada unitaria y la existencia de árboles de equilibrado.

Convertir el movimiento longitudinal de los cilindros en el movimiento circular del cigüeñal genera en la mayoría de los motores una serie de vibraciones parásitas que perjudican a la suavidad de funcionamiento. Así, los motores de tres cilindros tienen su centro de gravedad en el cilindro central, por lo que los cilindros laterales producen fuerzas alternativas que no pueden contrarrestarse a menos que dotemos al mismo de un árbol de equilibrado. Dicho árbol tiene un peso extra a cada extremo del mismo y contrarresta las fuerzas antes comentadas trabajando al mismo régimen de giro que el motor.

El caso de los cuatro cilindros es diferente. Con cilindradas inferiores a los dos litros el funcionamiento es suficientemente suave pero, al superar dicha cilindrada, se producen lo que se denomina fuerzas de segundo orden. Estas ocurren porque, hasta que se encuentran a la misma altura, los cilindros que parten desde el punto muerto superior hacen un recorrido mayor que los que parten del punto muerto inferior, haciendo que las fuerzas producidas (que dependen del espacio recorrido) sean diferentes. Esta disparidad se produce dos veces por cada ciclo y para contrarrestarla se recurre a dos árboles de equilibrado que giran en direcciones opuestas y a doble régimen que el motor.

Para llegar a un equilibrado de las diferentes fuerzas que intervienen en un motor hay que ir a una mecánica de seis cilindros en línea. Por cada dos vueltas de cigüeñal tenemos seis explosiones por lo que éstas se van superponiendo y la marcha es más regular que en los motores de cuatro cilindros. Además, las fuerzas transversales y verticales de cada cilindro son contrarrestadas por el cilindro que conforma su par (1/6, 2/5 y 3/4) También en el V12 -como el que ilustra este post- se contrarrestan estas fuerzas aunque, dado que hay mayor número de cilindros y por tanto de explosiones, el funcionamiento de éste será aún más suave.