Unii constructori de motoare cunoscuți au exprimat că o echilibrare adecvată poate adăuga 20 de cai putere unui motor.

engine

Fie că construiți un motor de stoc, un motor cu performanțe ridicate sau un motor diesel cu rotație lentă, nu puteți trece cu vederea importanța echilibrului. De fiecare dată când pistoanele unui motor alternativ cu ardere internă schimbă direcția, ele generează o forță. Această forță este creată de masa alternativă și rotativă a ansamblului piston și tijă. Dacă această forță nu este echilibrată de o forță egală și opusă, va crea o vibrație.

Într-un motor cu turație redusă, puțină vibrație poate părea greu de observat. Dar pe parcursul a numeroase mile și milioane de cicluri, chiar și o vibrație mică poate afecta taxarea arborelui cotit și a rulmenților.

Într-un motor cu turații mari, orice dezechilibru se înmulțește exponențial pe măsură ce RPM-urile cresc. Un mic dezechilibru la 1000 RPM devine un dezechilibru imens la 8.000 RPM. Un dezechilibru de doar câteva uncii poate genera o forță de peste 200 lbs. la 8.000 RPM! Este o mulțime de agitare și stres la capătul inferior al motorului.

Majorității șoferilor de mașini de curse nu le pasă atât de mult de NVH (Noise Vibration Harshness), dar le place să termine cursele. Un motor cu un dezechilibru sever poate literalmente să se scuture de moarte. Forțele generate de dezechilibru pot provoca fisuri de oboseală în arborele cotit și frecare la rulmenți. Deci, dacă ceva se rupe ca urmare a forțelor dezechilibrate din interiorul motorului, cursa s-a încheiat pentru nefericitul nostru concurent.

Proprietarilor de autoturisme și camioane ușoare le pasă de NVH și doresc, de asemenea, ca motorul lor să reziste cât mai multe mile posibil. Un motor care nu este echilibrat în mod corespunzător poate produce vibrații și armonici enervante care pot fi resimțite în întreaga transmisie și șasiu. Și chiar dacă motorul nu poate fi împins niciodată atât de tare, forțele generate de dezechilibru vor scurta, în timp, durata de viață a motorului și a altor componente ale trenului de rulare (inclusiv suporturile motorului).

Cu motoarele diesel cu rotire lentă, echilibrul poate să nu pară atât de important. Dar majoritatea motoarelor diesel sunt motoare care lucrează din greu, astfel încât chiar și un mic dezechilibru pe o perioadă lungă de timp poate scurta durata de viață a arborelui cotit și a rulmenților. Șoferii de camioane de peste drum apreciază, de asemenea, un motor diesel cu funcționare lină, cu NVH minim.

Echilibrul nu numai că reduce NVH-ul pentru un motor cu funcționare mai lină, ci și îmbunătățește fiabilitatea și durabilitatea motorului prin minimizarea forțelor din interiorul motorului care ar putea dăuna acestuia.

Minimizarea problemelor de echilibru

Ideea de bază din spatele echilibrării motorului este de a egaliza forțele reciproce cât mai mult posibil și de a vă asigura că toată masa rotativă (arborele cotit și jumătatea inferioară a bielelor) sunt în echilibru, astfel încât manivela se rotește ușor în jurul axei sale centrale.

Când un obiect rotativ, cum ar fi arborele cotit, volanta sau anvelopa este dezechilibrat, se clatină deoarece centrul său de masă nu se aliniază cu axa sa de rotație. Punctul greu dorește să scoată obiectul descentrat în timp ce se rotește.

Forța centripetă generată de dezechilibru se înmulțește exponențial cu viteza de rotație (dublarea vitezei cvadruplează forța), creând o mișcare sau vibrație.

Echilibrarea unui obiect care se rotește necesită plasarea acestuia într-un echilibru de rotație, astfel încât punctul greu să poată fi identificat. În cazul unei echilibrări a anvelopelor, o greutate egală cu dezechilibrul este apoi atașată la janta roții opusă punctului greu pentru a egaliza forțele.

Cu un arborele cotit sau cu un volant, este mult mai ușor să ușurezi pata grea decât să adaugi greutate, astfel încât echilibrorul identifică pata grea, astfel încât o gaură sau găuri pot fi găurite în componentă pentru a reduce dezechilibrul. De obicei este nevoie de mai multe rotiri și corecții înainte de a se realiza echilibrul.

Partea cu adevărat dificilă este echilibrarea forțelor reciproce din interiorul unui motor V6 sau V8. Spre deosebire de forțele rotative care se învârt în jurul unei axe de rotație, forțele cu mișcare alternativă se mișcă înainte și înapoi.

Într-un motor cu un singur cilindru, nu există nimic care să contracareze aceste forțe decât contragreutatea de pe arborele cotit.

Dacă masa contragreutății este egală cu greutatea jumătății superioare a tijei, pistonului, știftului și inelelor, forțele vor fi echilibrate și motorul va funcționa fără probleme.

Dacă nu, motorul va tremura.

Echilibrul dintre arborele cotit și componentele sale conexe este esențial pentru asigurarea unei centrale electrice netede și fără probleme.

Echilibrarea diferitelor tipuri de motoare

Cu un motor cu patru cilindri opus orizontal, doi pistoane se deplasează întotdeauna când doi pistoane se deplasează afară.

În consecință, forțele, egale și opuse, sunt în esență echilibrate cu condiția ca greutățile fiecărui ansamblu de piston și tijă să fie egale. Echilibrarea acestor tipuri de motoare este destul de simplă, deoarece tot ce trebuie să faceți este să egalizați greutățile ansamblurilor piston și tijă.

Cu un motor cu patru cilindri în linie, doi pistoane se deplasează în sus, în timp ce doi pistoane se deplasează în jos. Mișcările pistoanelor se compensează, dar pentru că nu sunt opuse orizontal, arborele cotit are nevoie de contragreutăți pentru a compensa forțele alternative.

Lucrurile devin mult mai complicate atunci când începem să vorbim despre motoarele V6 și V8, deoarece o bancă de pistoane se mișcă într-un unghi față de cealaltă bancă de pistoane.

Acest lucru creează interacțiuni de forță care trebuie compensate prin contragreutăți poziționate cu atenție pe arborele cotit.

Într-un motor V6 sau V8 de 90 de grade, masa contragreutăților trebuie să fie egală cu 100% din masa rotativă (jumătatea inferioară a bielelor și rulmenților tijei), plus 50% din masa alternativă (jumătatea superioară a tijei, piston, știft și inele) de două ori (deoarece fiecare jurnal al tijei are două biele și pistoane).

Câteva grame suplimentare trebuie adăugate, de asemenea, pentru a compensa uleiul din lagăre și pentru a se agăța de piese. Masa totală cu care ajungeți este aceea pe care trebuie să o egaleze contragreutățile pentru a echilibra motorul.

De exemplu, dacă fiecare piston cântărește 680 de grame, știfturile pentru încheietura mâinii cântăresc 190 de grame, setul de inele cântărește 60 de grame, iar capătul mic al tijei cântărește 290 de grame, greutatea totală alternativă pentru fiecare piston și ansamblul tijei superioare este de 1220 de grame. Luați jumătate din cantitatea respectivă (610 grame), apoi înmulțiți-le cu două și ajungem cu 1220 grame de greutate alternativă care trebuie compensate de contragreutăți pe arborele cotit. La aceasta, trebuie să adăugăm greutatea rotativă a capătului mare al fiecărei biele și lagăre (650 grame), de asemenea de două ori, deoarece există două tije pe jurnal. Cu ce ​​ajungem este o greutate combinată de 2520 grame pe care contragreutățile trebuie să o compenseze pentru a echilibra motorul. Aceasta este denumită „greutatea bob” la care arborele cotit este echilibrat folosind greutăți înșurubate.

Atunci când un arborele cotit V6 sau V8 de 90 de grade este echilibrat, greutățile egale care sunt egale cu 50% din masa alternativă și 100% din masa rotativă sunt asamblate și atașate la fiecare jurnal al tijei de pe arborele cotit pentru a simula tijele și pistoanele. Manivela este apoi echilibrată la bobinele, de obicei prin forarea contraponderilor pentru a egaliza forțele.

Contragreutățile pot fi, de asemenea, frezate pentru a elimina greutatea pentru un rezultat mai curat, mai aerodinamic, dar acest lucru necesită îndepărtarea manivelei de la echilibrare și îndepărtarea greutăților bob, astfel încât manivela să poată fi frezată, apoi reinstalați cu grijă greutățile bob în exact aceeași poziție ca și înainte și reaprindeți manivela pentru a vedea dacă sunt necesare corecții suplimentare.

La motoarele V6 de 60 de grade, unghiul dintre pistoane este mai mic, deci trebuie utilizată o valoare diferită atunci când se calculează masa alternativă pentru greutățile bobine. Aceasta va varia în funcție de aplicație și poate varia de la 35% la 40 sau 45%. Valoarea poate varia, de asemenea, în funcție de faptul dacă motorul are sau nu arbori de echilibrare.

Arborii de echilibru au greutăți compensate care ajută la contracararea vibrațiilor dinamice ale motorului și a vibrațiilor cauzate de ordinele de tragere inegale. Arborii de echilibrare trebuie să fie corect sincronizați cu arborele cotit, altfel forțele nu se vor anula reciproc, rezultând vibrații nedorite.

În unele cazuri, greutatea poate fi adăugată la un arbore cotit pentru a compensa pistoanele/tijele mai grele. Acest lucru se poate face prin găuri în contragreutăți și instalarea dopurilor metalice grele din tungsten (Mallory).

Dacă contragreutățile nu sunt suficient de grele pentru a echilibra complet motorul în interior, pot fi adăugate greutăți suplimentare la volant, placă flexibilă și/sau echilibrare armonică pentru a compensa orice dezechilibru rezidual. Aceasta se numește echilibrarea externă a motorului. Echilibrarea externă a unui motor necesită montarea volantului, a plăcii flexibile și/sau a echilibrorului armonic pe arborele cotit atunci când este rotit în mașina de echilibrare.

Motoarele care sunt echilibrate extern din fabrică includ blocuri mai vechi Ford (302 și 351W) și Chevy 400. Blocurile mici Chevy, majoritatea blocurilor mari Chevy, Chevy LS și modelul târziu Ford V8s (4.6, 5.0L și 5.4L) sunt toate pe plan intern echilibrat din fabrică.

Echilibrul intern este întotdeauna cel mai bun, deoarece menține greutatea compensatoare mai aproape de forțele reciproce care trebuie echilibrate. Mutarea greutății la ambele capete ale arborelui cotit poate crea uneori forțe dinamice suplimentare care provoacă vibrații proprii. De asemenea, schimbarea poziției indexului volantului sau a echilibrului armonic pe un motor echilibrat extern (sau înlocuirea oricărei componente) va face ca balanța să fie supusă.

La majoritatea manivelelor V8, există doar șase contragreutăți pentru a economisi costuri și a reduce greutatea. Contragreutățile sunt poziționate în așa fel încât să compenseze nu numai ansamblurile piston și tijă pe propriile jurnale, ci și jantele adiacente. Unele manivele de curse sunt disponibile cu opt contragreutăți (două pentru fiecare pereche de pistoane), ceea ce ajută adesea la reducerea vibrațiilor RPM ridicate și mai bine, mai ales la manivele cu cursă lungă.

Contrabalanțele arborelui cotit sunt de obicei realizate pentru o anumită greutate bob țintă. Cu alte cuvinte, dimensiunea, poziționarea și masa contragreutăților sunt concepute pentru a compensa o anumită greutate a pistonului și tijei, (plus sau minus câteva puncte procentuale). Cu manivele de rezervă, greutatea bob este mai mult sau mai puțin egală cu greutatea pistoanelor și tijelor de rezervă. Cu manivele performante, sunt disponibile diferite greutăți bob în funcție de combinația tijă/piston pe care doriți să o utilizați. Dacă tijele și pistoanele sunt mai ușoare decât greutatea țintă a arborelui cotit, contragreutățile vor trebui găurite sau frezate pentru a echilibra motorul. La fel, dacă pistoanele/tijele sunt mai grele decât greutatea țintă a manivelei, va fi necesar un echilibru metalic și/sau extern pentru a obține un echilibru adecvat.

Acestea sunt informații importante de reținut dacă utilizați piese de la diferiți furnizori sau înlocuiți un set de pistoane sau tije cu un set mai ușor de pistoane sau tije. S-ar putea să ajungeți la o nepotrivire care necesită multe foraje sau frezări pentru a obține un echilibru adecvat.

Apropo de echilibru, majoritatea motoarelor V6 și V8 de 90 de grade sunt echilibrate „neutre”, ceea ce înseamnă că sunt echilibrate folosind 100% din greutatea rotativă și 50% din greutatea alternativă a pistoanelor și tijelor. Echilibrul neutru funcționează cel mai bine în majoritatea aplicațiilor, deoarece toate forțele sunt compensate și egale. Dar în unele aplicații cu performanțe ridicate, cum ar fi NASCAR, unde un motor poate funcționa la 8.000 - 9.500 RPM sau mai mare pentru cea mai mare parte a cursei, acest lucru poate să nu fie suficient. Efectele secundare ale arderii la astfel de turații pot crea forțe suplimentare care pot fi compensate prin „echilibrarea” motorului.

Unii constructori de motoare spun că au găsit cai putere suplimentară și netezime la turații mari atunci când depășesc ușor un motor. În loc să utilizeze greutatea alternativă standard de 50% la calcularea greutăților lor, utilizează 51 sau 52% sau orice altceva pentru a obține un anumit exces.

Acest lucru va supune în mod evident echilibrul normal al motorului la RPM-uri mai mici, dar poate oferi unele avantaje de performanță la RPM-uri mari. Singura modalitate de a ști cu siguranță dacă suprasolicitarea produce sau nu câștiguri semnificative este testarea motorului pe un dyno.

Cât de aproape ar trebui să fie echilibrat un motor? Depinde de aplicație, dar cu cât vă puteți apropia de echilibrul neutru, cu atât mai bine - mai ales pentru motoarele cu turații mari.

Mai mulți producători de arborele cotit pe care i-am intervievat pentru acest articol au spus că manivelele de performanță ar trebui să fie echilibrate la plus sau minus 2 grame sau mai puțin.

Multe echilibratoare electronice ale manivelei au o precizie de 0,1 grame (0,004 oz), astfel încât este posibil să trageți pentru un echilibru aproape zero. Dar cu cât te apropii de aproape zero, cu atât mai multe rotiri și corecții sunt necesare pentru a obține un echilibru aproape perfect.

Realist, un motor nu trebuie să fie atât de aproape pentru a fi suficient de bun. Majoritatea motoarelor stradale de stoc vor funcționa suficient de lin dacă sunt echilibrate la 1 oz. (28 de grame), deși multe motoare cu model târziu au specificații din fabrică mult mai stricte (de la 4 la 6 grame). Pentru o aplicație cu performanțe ridicate, vizați cele 2 grame sau mai puțin recomandate.

Dacă cumpărați un ansamblu rotativ (manivelă, tije și pistoane) de la un furnizor, achiziționarea unui ansamblu pre-echilibrat vă va economisi timp și probleme și vă va asigura un motor care funcționează fără probleme.

Dacă cumpărați o manivelă de la un furnizor și pistoane și tije de la alți furnizori, aflați greutățile exacte ale pieselor pentru a determina greutatea țintă pentru manivela ÎNAINTE să cumpărați manivela.

Acest lucru va simplifica procesul de echilibrare și va minimiza cantitatea de găurire sau frezare care trebuie făcută pe manivelă pentru a echilibra motorul.

Furnizorii de pistoane și tije de performanță fac o treabă mult mai bună în aceste zile, potrivind cu exactitate greutățile între piese. Chiar și așa, ar trebui să cântăriți toate părțile și să egalizați la cea mai ușoară din set atunci când calculați o greutate bob țintă pentru arborele cotit.

Dacă faceți propriul echilibrare a motorului, una dintre cheile pentru a obține o repetabilitate fiabilă este să vă asigurați că echipamentul dvs. este calibrat cu precizie.

Aceasta include nu numai echilibrorul, ci și cântarul pe care îl utilizați pentru a cântări piese individuale. De asemenea, trebuie să urmați în mod consecvent aceleași proceduri.

Când montați greutăți bobine pe manivelă, asigurați-vă că greutățile sunt instalate exact în aceeași poziție de fiecare dată. De asemenea, asigurați-vă că piulițele care țin bobweights împreună sunt strânse și nu se desprind în timp ce manivela se învârte.