Tecnica e Storia

Good vibration? Mica tanto...

- Caratteristiche forse, ma fastidiose e soprattutto tecnicamente problematiche. Ecco come si contengo le vibrazioni grazie agli equilibratori dinamici, dispositivi indispensabili per molti motori, a cominciare dai grossi mono

Degli equilibratori dinamici (qui il nostro primo articolo dedicato ai motori bicilindrici paralleli) si è sentita l’esigenza quasi subito allorché, a partire dagli ultimi anni Settanta, i grossi monocilindrici hanno iniziato ad avere una popolarità via via crescente, soprattutto sulle enduro stradali.

I grandi nemici in questi motori sono le vibrazioni dovute alle forze di inerzia del primo ordine, che non possono essere equilibrate contrappesando l’albero a gomito. La soluzione migliore è quella che prevede l’impiego di due alberi ausiliari.
Ha avuto un certo impiego inizialmente ma poi per ragioni di semplicità e di compattezza si è imposta quella che ne prevede uno soltanto (e che tutto sommato non è poi tanto inferiore, in quanto a efficacia).

L’albero di equilibratura viene generalmente piazzato nella parte superiore del basamento, dietro la superficie di appoggio del cilindro, oppure anteriormente, proprio davanti all’albero a gomito. Dunque per i mono le cose stanno in pratica come per i bicilindrici paralleli con manovelle a 360°.

La Honda XL 500, presentata nel 1979, è stata la prima grossa monocilindrica a essere dotata di un sistema di equilibratura dinamica, che in questo caso prevedeva due alberi ausiliari controrotanti
La Honda XL 500, presentata nel 1979, è stata la prima grossa monocilindrica a essere dotata di un sistema di equilibratura dinamica, che in questo caso prevedeva due alberi ausiliari controrotanti

Per quanto riguarda i monocilindrici, dunque, nel 1979 ha fatto la sua comparsa la Honda XL 500, con due alberi ausiliari che giravano alla stessa velocità dell’albero a gomiti ma in senso opposto rispetto ad esso; ad azionarli provvedeva una catena.
Due anni dopo sono entrati in produzione il Suzuki DR 500 (due alberi ausiliari) e il Rotax monoalbero a cinghia dentata (un solo albero di equilibratura, comandato da ingranaggi).
Nel 1982 è stata la volta della Yamaha con la XT 550 (nella XT 500 a due valvole non si impiegava alcun albero ausiliario) e l’anno successivo della Honda con la sua XL 600. In entrambi questi ultimi casi veniva impiegato un solo albero ausiliario controrotante, azionato mediante coppia di ingranaggi.

Questo sistema “a batacchio” funzionava ottimamente ma, probabilmente per problemi di ingombro (o forse anche di costo…), non è stato utilizzato su nessun altro monocilindrico

Un sistema molto razionale è stato utilizzato sul famoso Ducati Supermono, apparso nel 1993 e costruito in un numero molto ridotto di esemplari per un paio di anni soltanto. In questo caso il motore poteva essere considerato un bicilindrico a L privato del cilindro verticale. Al posto di quest’ultimo c’era, nella parte superiore del basamento, una leva oscillante dotata di una opportuna massa e vincolata al piede della biella.
Sull’unico perno di manovella dell’albero a gomito, come nei bicilindrici, erano montate appaiate due bielle, delle quali una era collegata alla leva oscillante e l’altra al pistone (alloggiato nel cilindro, che era disposto orizzontalmente).

Questo sistema “a batacchio” funzionava ottimamente ma, probabilmente per problemi di ingombro (o forse anche di costo…), non è stato utilizzato su nessun altro monocilindrico.

Nella prima metà degli anni Novanta la Ducati ha accarezzato l’idea di mettere in produzione una versione stradale del suo Supermono dotato di un equilibratore del tipo “a batacchio”. Tra i prototipi realizzati c’è stato anche questo, bialbero e con raffreddamento ad aria
Nella prima metà degli anni Novanta la Ducati ha accarezzato l’idea di mettere in produzione una versione stradale del suo Supermono dotato di un equilibratore del tipo “a batacchio”. Tra i prototipi realizzati c’è stato anche questo, bialbero e con raffreddamento ad aria

Da diverso tempo a questa parte hanno una notevole diffusione i motori a V con un angolo tra gli assi dei due cilindri inferiore a 90°, ovvero minore rispetto a quello che consente una perfetta bilanciatura delle forze d’inerzia del primo ordine. In questo caso per abbattere le vibrazioni si impiega in genere un singolo albero di equilibratura.

Ricordiamo in particolare la sfortunata Yamaha XZ 550 del 1982 (bialbero con raffreddamento ad acqua e un angolo tra i cilindri di 70°). E poi il bellissimo motore Rotax a V di 60° della fine anni Novanta, impiegato sulla Aprilia RSV 1000, che in aggiunta all’albero di equilibratura principale ne aveva anche un altro, di piccole dimensioni, nella testa del cilindro posteriore!
Naturalmente non si possono non menzionare i vari KTM, con angolo tra i cilindri di 75°, nei quali l’albero di equilibratura svolge anche altre funzioni.

Per abbattere le vibrazioni dei suoi bicilindrici a V di 52° la Honda ha scelto una strada differente, che non prevede alcun albero ausiliario ma l’impiego di un albero a gomito con perno di manovella diviso in due parti opportunamente sfalsate.

Nei tricilindrici in linea sono squilibrate le coppie e per abbattere le vibrazioni da esse generate si impiega un singolo albero ausiliario di equilibratura, mostrato in colore in questa sezione di un motore BMW K75 degli anni Ottanta
Nei tricilindrici in linea sono squilibrate le coppie e per abbattere le vibrazioni da esse generate si impiega un singolo albero ausiliario di equilibratura, mostrato in colore in questa sezione di un motore BMW K75 degli anni Ottanta

In una categoria a sé stante rientrano i bicilindrici boxer. Nei motori con questa architettura sono perfettamente equilibrate le forze d’inerzia del primo e del secondo ordine. Tutto OK, quindi se non fosse per il fatto che, essendo leggermente distanziati gli assi dei due cilindri, esiste una coppia non equilibrata, di entità comunque assai modesta. Alla ricerca della perfezione assoluta, la BMW ha comunque dotato i suoi bicilindrici delle ultime generazioni di un albero ausiliario in grado di annullarne gli effetti!

Nei motori a tre cilindri in linea le vibrazioni, relativamente modeste, sono dovute non a forze ma a coppie squilibrate. Per abbatterle è sufficiente adottare un albero ausiliario di bilanciatura.

 

Sui motori a quattro cilindri in linea, nei quali le vibrazioni da abbattere sono di entità decisamente limitata (si tratta solo di quelle dovute alle forze d’inerzia del secondo ordine) gli equilibratori hanno esordito nel 1983 con la Kawasaki GPz 900, una moto che ha davvero fatto la storia. Non solo era la prima quadricilindrica con questa architettura ad adottare il raffreddamento ad acqua ma era anche la prima con la catena di comando della distribuzione collocata lateralmente e non più in posizione centrale. Proponeva insomma diverse soluzioni che in seguito sarebbero state impiegate universalmente…

Il bicilindrico Rotax montato sulla Aprilia RSV 1000, entrata in produzione alla fine degli anni Novanta, era dotato di un albero di equilibratura principale nel basamento più un albero “secondario” nella parte superiore della testa verticale
Il bicilindrico Rotax montato sulla Aprilia RSV 1000, entrata in produzione alla fine degli anni Novanta, era dotato di un albero di equilibratura principale nel basamento più un albero “secondario” nella parte superiore della testa verticale

L’entità delle forze d’inerzia del secondo ordine è pari solo al 25% di quella delle forze del primo ordine, ma la loro frequenza è doppia.

Nei quadricilindrici in linea che ruotano molto forte e/o che hanno ingenti masse in moto alterno (ossia grandi cilindrate unitarie) esse possono dare origine a vibrazioni fastidiose.
Ciò è dovuto al fatto che le forze d’inerzia crescono con le masse (linearmente) e con il quadrato del regime di rotazione. Per abbattere gli effetti di queste forze non equilibrate in campo automobilistico si utilizzano due alberi di equilibratura, ma nel nostro settore in genere si preferisce impiegarne uno solo (l’abbattimento è in questo caso solo parziale). Tale albero ausiliario è dotato di una massa eccentrica e gira in senso opposto rispetto all’albero a gomiti ma con velocità doppia! Ciò significa che quando il motore ruota a 10.000 giri/min, esso ruota a 20.000 giri/min!

  • cesare4, Mascalucia (CT)

    insomma, il bicilindrico a V di 90° cosi detto a L sono perfettamente bilanciati, peccato che ultimamente stanno scomparendo.
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