Eje de equilibrado (internal balancer)

Un eje de equilibrado es un eje lastrado y accionado por el propio motor que se monta en su interior con el fin específico de contrarrestar las vibraciones que su arquitectura genera de forma inherente. Existe porque ciertas disposiciones de cilindros, sobre todo el cuatro en línea, producen durante su funcionamiento fuerzas que ni el cigüeñal ni sus contrapesos pueden anular por sí solos. Si no se corrigieran, esas fuerzas llegarían al habitáculo en forma de un zumbido molesto, de modo que el eje de equilibrado se añade para suavizar el giro del motor y acercarlo al refinamiento de los diseños equilibrados por naturaleza.

La vibración que aborda es el desequilibrio secundario de un motor de cuatro cilindros. Al subir y bajar, los pistones no describen un movimiento armónico perfecto, porque la biela oscila con cierto ángulo y hace que los pistones aceleren algo más cerca del punto muerto superior que cerca del inferior. El efecto neto es una fuerza de sacudida vertical que se produce al doble del régimen del motor y que los contrapesos del cigüeñal no pueden eliminar. La solución clásica, perfeccionada por Mitsubishi en los años setenta a partir de una patente anterior de Lanchester, consiste en un par de ejes de equilibrado que giran al doble de la velocidad del cigüeñal en sentidos opuestos, con sus masas excéntricas calibradas para que sus componentes verticales se sumen y se opongan al desequilibrio mientras sus componentes horizontales se cancelan entre sí.

El accionamiento y el calado son críticos. El eje, o el par de ejes, lo mueve el cigüeñal mediante engranajes, una cadena o una correa dentada, y debe girar a un múltiplo preciso del régimen del motor y en la posición angular exacta respecto a los pistones. Si el calado se desvía aunque sea ligeramente, el eje añadirá vibración en lugar de eliminarla. Los lóbulos lastrados suelen alojarse en la parte baja del cárter, a menudo parcialmente sumergidos cerca del aceite, y su masa y su desfase se calculan para igualar la magnitud de la fuerza que deben anular.

Los ejes de equilibrado se encuentran sobre todo en motores de cuatro cilindros de gran cilindrada, donde las fuerzas secundarias crecen con el diámetro y la carrera, y en algunos motores V6, en los que un orden de encendido irregular crea un par de balanceo que un solo eje de equilibrado puede domar. Los cuatro cilindros más pequeños a veces prescinden de ellos para ahorrar coste, peso y fricción, aceptando algo más de vibración a cambio. En el otro extremo, las arquitecturas equilibradas por naturaleza, como el seis en línea, el seis bóxer y muchos V12, carecen de desequilibrio primario o secundario significativo y, por tanto, no necesitan ningún eje de equilibrado.

En la práctica, un eje de equilibrado es un componente silencioso y de escaso mantenimiento, pero no sale gratis. Absorbe una pequeña parte de la potencia por la fricción y la inercia de girar a alta velocidad, y en los diseños accionados por correa o cadena su transmisión debe revisarse como cualquier otro elemento de la distribución. Algunos motores han sufrido un desgaste prematuro en los cojinetes o la cadena del eje de equilibrado, lo que puede acarrear problemas de presión de aceite si se descuida. El componente representa, por tanto, un compromiso de ingeniería: una adición deliberada de masa y complejidad, aceptada porque la mejora de suavidad que aporta a una arquitectura por lo demás económica se considera digna de su coste.