Contralbero di equilibratura

Il contralbero di equilibratura è un albero zavorrato, azionato dal motore e montato al suo interno con il preciso scopo di contrastare le vibrazioni che lo schema costruttivo genera per sua natura. Esiste perché alcune disposizioni dei cilindri, soprattutto il quattro cilindri in linea, producono durante il funzionamento forze che l'albero a gomiti e i suoi contrappesi da soli non riescono ad annullare. Lasciate libere, queste forze raggiungerebbero l'abitacolo sotto forma di un ronzio fastidioso, perciò il contralbero viene aggiunto per addolcire il funzionamento del motore e avvicinarlo alla raffinatezza degli schemi intrinsecamente equilibrati.

La vibrazione che esso combatte è lo squilibrio secondario del quattro cilindri. Mentre i pistoni salgono e scendono, non si muovono di moto armonico perfetto perché la biella oscilla angolata, facendo accelerare i pistoni un poco più rapidamente vicino al punto morto superiore che vicino a quello inferiore. L'effetto netto è una forza oscillante verticale che si manifesta a una frequenza doppia rispetto al regime motore e che i contrappesi dell'albero a gomiti non possono eliminare. La soluzione classica, perfezionata da Mitsubishi negli anni Settanta a partire da un precedente brevetto Lanchester, è una coppia di contralberi che ruotano a velocità doppia rispetto all'albero motore in versi opposti, con le masse eccentriche temporizzate in modo che le componenti verticali si sommino per opporsi allo squilibrio mentre quelle orizzontali si annullano a vicenda.

L'azionamento e la fasatura sono determinanti. L'albero, singolo o in coppia, è mosso dall'albero a gomiti tramite ingranaggi, una catena o una cinghia dentata, e deve girare a un multiplo preciso del regime motore e nell'esatta posizione angolare rispetto ai pistoni. Se la fasatura è anche solo leggermente errata, il contralbero aggiunge vibrazioni anziché toglierle. I lobi zavorrati sono di solito alloggiati in basso nel basamento, spesso parzialmente immersi vicino all'olio, e la loro massa e il loro disassamento sono calcolati per eguagliare l'entità della forza da annullare.

I contralberi di equilibratura si trovano più comunemente sui quattro cilindri di maggiore cilindrata, dove le forze secondarie crescono con l'alesaggio e la corsa, e su alcuni V6, dove uno schema di accensione irregolare crea una coppia di rollio che un singolo contralbero può domare. I quattro cilindri di minore cilindrata talvolta li omettono per risparmiare costi, peso e attrito, accettando in cambio un po' più di vibrazioni. Al contrario, gli schemi intrinsecamente equilibrati come il sei cilindri in linea, il sei cilindri boxer e molti V12 non presentano squilibri primari o secondari significativi e non necessitano quindi di alcun contralbero.

Nella pratica il contralbero è un componente silenzioso e poco soggetto a manutenzione, ma non è gratuito. Assorbe una piccola quota di potenza a causa dell'attrito e dell'inerzia dovuta alla rotazione ad alta velocità e, negli schemi a cinghia o catena, il suo azionamento va sottoposto a manutenzione come ogni altro organo della distribuzione. Alcuni motori hanno sofferto di usura precoce dei cuscinetti o della catena del contralbero, con possibili problemi di pressione dell'olio se trascurati. Il componente rappresenta dunque un compromesso ingegneristico: un'aggiunta volontaria di massa e complessità, accettata perché il guadagno in dolcezza ricavato da uno schema per altri versi economico è ritenuto valere il costo.