Un amortiguador armónico es un dispositivo instalado en el extremo libre (transmisión de accesorios) del cigüeñal de un motor de combustión interna para contrarrestar las vibraciones de torsión y resonancia del cigüeñal. Este dispositivo debe tener un ajuste de interferencia en el cigüeñal para poder funcionar de manera efectiva. Un ajuste de interferencia garantiza que el dispositivo se mueva en perfecto equilibrio con el cigüeñal. Es esencial en motores con cigüeñales largos (como motores de seis u ocho en línea ) y motores V8 con cigüeñales en cruz, o motores V6 y de tres en línea con orden de encendido desigual. Los armónicos y las vibraciones torsionales pueden reducir en gran medida la vida útil del cigüeñal o causar fallas instantáneas si el cigüeñal funciona con una resonancia amplificada o a través de ella. Los amortiguadores están diseñados con un peso (masa) y un diámetro específicos, que dependen del material/método de amortiguación utilizado, para reducir el factor Q mecánico , o resonancias húmedas del cigüeñal.
Un equilibrador armónico (a veces llamado amortiguador de cigüeñal , amortiguador de torsión o amortiguador de vibraciones ) es lo mismo que un amortiguador armónico excepto que el equilibrador incluye un contrapeso para equilibrar externamente el conjunto giratorio. El equilibrador armónico a menudo sirve como polea para las correas de transmisión de accesorios que hacen girar el alternador, la bomba de agua y otros dispositivos impulsados por el cigüeñal. [1]
La necesidad de un amortiguador dependerá de la antigüedad del diseño del motor, su fabricación, la resistencia de los componentes, la banda de potencia utilizable, el rango de revoluciones y, lo más importante, [ cita necesaria ] la calidad del ajuste del motor. La afinación del motor, especialmente en aplicaciones controladas por computadora, puede tener un efecto dramático en la durabilidad; [ cita necesaria ] la agresividad de la afinación pone al motor en riesgo de detonación, lo que puede ser catastrófico para todos los componentes giratorios del conjunto. Los DOHC, SOHC flat 4, flat 6, flat 8 y flat-plane V8 modernos (aproximadamente 1988+) no necesitan este dispositivo. Con o sin la presencia de un amortiguador, un cigüeñal actuará hasta cierto punto como un resorte de torsión. Los impulsos aplicados al cigüeñal por las bielas "enrollarán" este resorte, que responderá (como un sistema resorte-masa ) desenrollándose y rebobinándose en la dirección opuesta. Este devanado del cigüeñal normalmente se amortiguará de forma natural. Sin embargo, a ciertas velocidades de rotación del cigüeñal, dicho devanado puede superponerse con la frecuencia de resonancia natural del cigüeñal, aumentando así la amplitud de la frecuencia y posiblemente provocando daños en el cigüeñal.
Cada vez que se dispara un cilindro, la fuerza de la combustión se transmite al muñón del vástago del cigüeñal. El muñón de la varilla se desvía hasta cierto punto en un movimiento de torsión bajo esta fuerza. Las vibraciones armónicas resultan del movimiento de torsión impartido al cigüeñal. Estos armónicos son función de muchos factores, incluidas las frecuencias creadas por la combustión real y las frecuencias naturales que producen los metales bajo las tensiones de la combustión y la flexión. En algunos motores, el movimiento de torsión del cigüeñal a determinadas velocidades puede sincronizarse con las vibraciones armónicas, provocando una resonancia . En algunos casos, la resonancia puede forzar el cigüeñal hasta el punto de agrietarse o fallar por completo.
El equilibrador armónico ayuda a minimizar los armónicos y la resonancia torsionales del cigüeñal. El amortiguador está compuesto por dos elementos: una masa de inercia y un elemento disipador de energía. Este elemento, que suele estar hecho de caucho, puede estar compuesto por un elastómero sintético, un embrague, un resorte o un líquido. La masa contrarresta los movimientos de torsión del cigüeñal y, junto con el elemento disipador de energía, absorbe las vibraciones armónicas.
Un amortiguador OEM consta de una masa exterior unida/vulcanizada a un cubo interior. Un amortiguador de rendimiento no original consiste en una masa que está unida/montada a una carcasa (acero, aluminio, titanio, etc.) según los diferentes tipos de amortiguador y donde la masa se controla de manera diferente. Los tres primeros utilizan tecnología más antigua; Primero está el amortiguador de tipo líquido que rodea la masa sumergida en la carcasa que luego se une o suelda. El segundo es el tipo de junta tórica que rodea la masa con varias juntas tóricas mientras se asienta en su alojamiento. En tercer lugar está el tipo de fricción que tiene embragues y resortes que actúan sobre la masa dentro de la carcasa exterior. El cuarto es el tipo más nuevo en el que la masa se asienta sobre un anillo de elastómero y se le une, que luego se fija a la carcasa exterior. El cigüeñal y el amortiguador juntos se convierten nuevamente (en su respuesta torsional) en un sistema resorte-masa-amortiguador que solo puede ocurrir si los dos encajan por interferencia.
Con el tiempo, el desarrollo de motores ha avanzado continuamente en casi todas las áreas, desde el material, el funcionamiento y la función. Muchos de los avances fueron liderados por los fabricantes japoneses, que han hecho de la calidad y la durabilidad la piedra angular de sus programas. Los japoneses impulsaron la proliferación de cigüeñales forjados con conjuntos giratorios con un equilibrio de 0 gramos. Los cigüeñales forjados son mucho más resistentes y significativamente menos propensos a exhibir un movimiento de torsión perjudicial, lo que también mitiga las frecuencias armónicas. Esta progresión también ha visto la adición de varillas y pistones forjados inicialmente en motores de inducción forzada y más recientemente en motores de aspiración normal. Agregar estos componentes forjados adicionales mejora la rigidez del motor y reduce aún más la preocupación por daños al cigüeñal. Con la llegada del diseño asistido por computadora y el análisis de elementos finitos, los fabricantes ahora pueden encontrar y rediseñar áreas más débiles. Independientemente de algunas de estas mejoras, ciertos motores, como el V8 tradicional, tienen un orden de encendido propenso a producir armónicos excesivos por naturaleza, lo que requiere el uso de este dispositivo. El V8 plano, utilizado tradicionalmente en motores más exóticos, no sufre armónicos excesivos y, por lo tanto, puede utilizar un dispositivo sólido no amortiguado. Los DOHC, SOHC Flat 4, Flat 6, Flat 8 y Flat Plane V8 modernos (aproximadamente 1988+) no necesitan este dispositivo. A lo largo de los años, muchos de estos motores utilizan poleas de cigüeñal sólidas de hierro fundido o aluminio o un amortiguador NVH audible (lo que reduce el ruido del motor que se escucha en el compartimento de ocupantes). El NVH audible ha sido el factor más importante en las decisiones de los fabricantes de equipos originales en todo el vehículo. Además, las poleas de estos motores están montadas de forma holgada con un ajuste de ubicación que anula cualquier posibilidad de actuar como amortiguador protector del motor.
El amortiguador se instalará en la parte delantera del motor (opuesto al embrague o la transmisión ), justo más allá de la cubierta de la cadena de distribución, los engranajes o la correa, y detrás de la polea impulsora de accesorios (que puede llevar una o más V, serpentina o correas dentadas.) En vehículos más antiguos, la polea y el amortiguador eran unidades separadas que estaban atornilladas entre sí. En los vehículos de último modelo, los dos se han combinado en una sola unidad. Las marcas de sincronización casi siempre están grabadas con el fin de ajustar el tiempo de encendido.
Los amortiguadores OE se fabrican predominantemente con caucho como agente adhesivo entre el cubo interior y la masa exterior. El caucho es susceptible a factores operativos y ambientales. El caucho solo tiene una capacidad finita para soportar temperaturas de funcionamiento más cualquier fluido que pueda llegar al amortiguador. También son susceptibles a las bajas temperaturas, que pueden hacer que el caucho se vuelva quebradizo. Cualquier agrietamiento del elastómero (goma) sería un indicador inmediato de la necesidad de reemplazar la unidad. Los amortiguadores OE deben estar equilibrados, a menos que actúen como un equilibrador externo (equilibrador armónico), ya que la calidad de los materiales (normalmente hierro fundido o sinterizado) no se prestan a especificaciones de equilibrio aceptables/perfectos directamente desde la fabricación. La mayoría de los amortiguadores del mercado de accesorios son reconstruibles, excluyendo los de tipo fluido. Cuando se utilizan en carreras (arranque, pista circular, carrera en ruta, etc.), requieren una inspección periódica para garantizar su correcto funcionamiento. Cuando se utiliza en vehículos de calle, el fabricante del amortiguador puede proporcionar intervalos de inspección y servicio según las características del motor en el que se utiliza el amortiguador.
Esto dependerá de una serie de factores, desde la calidad de los materiales del motor utilizados hasta el equilibrio del motor, el tipo de diseño del cigüeñal, la calidad del ajuste del motor y más. Los motores han mejorado continuamente en casi todos los aspectos, pero lo más importante es la calidad de los materiales utilizados y su fabricación (también discutido en Diseño del motor, materiales y otros factores más arriba). Estas mejoras van desde cigüeñales, pistones y bielas forjados hasta otros componentes rotacionales. El equilibrio del motor también ha mejorado significativamente gracias a técnicas de equilibrio más avanzadas y componentes del motor de mayor calidad que facilitan el proceso de equilibrio. Muchos fabricantes de equipos originales han logrado un equilibrio de 0 gramos en toda su producción desde la década de 1980. El diseño del cigüeñal también es un factor, ya que los cigüeñales de plano transversal pueden ser los más susceptibles a sufrir daños por armónicos internos. Los cigüeñales planos y los motores de formato I y H no presentan estos problemas, pero pueden alcanzar niveles extremos de salida y RPM donde puede ser necesario un amortiguador armónico. Por último, está la calidad de la melodía, que puede ser uno de los factores más importantes debido a todo tipo de aspectos negativos asociados con melodías deficientes, desde la detonación hasta el aumento excesivo. Otros factores como el desplazamiento del pasador del pistón, el tiempo de permanencia en el PMS y la longitud de la carrera pueden ser factores, pero se limitan principalmente a los motores cross-plane.
Tanto Frederick Henry Royce como Frederick W. Lanchester tienen sólidos reclamos sobre la invención del amortiguador de vibraciones, y las últimas investigaciones muestran que Rolls-Royce utiliza un amortiguador de vibraciones tipo patineta (fricción) del cigüeñal en sus modelos 1906 de 30 CV ; sin embargo, Royce no lo había presentado para patentarlo. Lanchester había desarrollado un diseño viscoso teórico de placas múltiples en 1910 (patente 21.139, 12 de septiembre de 1910). Este diseño fue adoptado por Daimler Company y empleado en sus motores de seis cilindros durante varios años. Royce desarrolló un amortiguador viscoso en 1912 que luego se desarrolló aún más y se trasladó al motor B60 de la década de 1950. [2]
