Балансиращ вал (вътрешен балансьор)

Вътрешният балансьор, по-точно известен като балансиращ вал, е претеглен, задвижван от двигателя вал, монтиран вътре в двигателя специално за да противодейства на вибрациите, които схемата му присъщо поражда. Той съществува, защото определени подредби на цилиндрите, най-вече редовият четирицилиндров двигател, пораждат по време на работа сили, които коляновият вал и противотежестите му сами по себе си не могат да погасят. Оставени без контрол, тези сили биха достигали до купето като натрапчиво бръмчене, затова балансиращият вал се добавя, за да изглади работата на двигателя и да я доближи до изтънчеността на присъщо балансираните схеми.

Вибрацията, с която се справя, е вторичният дисбаланс на четирицилиндровия двигател. Докато буталата се движат нагоре и надолу, те не следват идеално хармонично движение, защото мотовилката се люлее под ъгъл, което кара буталата да ускоряват малко по-бързо близо до горната мъртва точка, отколкото близо до долната. Нетният ефект е разтърсваща сила нагоре-надолу, която възниква с двойната честота на двигателя и не може да се премахне с противотежести на коляновия вал. Класическото решение, усъвършенствано от Mitsubishi през 70-те години на ХХ век на основата на по-ранен патент на Lanchester, представлява двойка балансиращи валове, въртящи се с двойната честота на коляновия вал в противоположни посоки, чиито ексцентрични тежести са фазирани така, че вертикалните им съставящи се сумират срещу дисбаланса, докато хоризонталните се погасяват взаимно.

Задвижването и фазирането са от решаващо значение. Валът или двойката валове се задвижва от коляновия вал чрез зъбни колела, верига или зъбен ремък и трябва да се върти с точно кратно на оборотите на двигателя и точно в правилното ъглово положение спрямо буталата. Ако фазирането е дори леко изместено, валът ще добавя вибрация вместо да я премахва. Претеглените гърбици обикновено се разполагат ниско в картера, често частично потопени близо до маслото, а тяхната маса и отместване се изчисляват така, че да съответстват на големината на силата, която трябва да погасят.

Балансиращите валове най-често се срещат при по-големите четирицилиндрови двигатели, където вторичните сили нарастват с диаметъра на цилиндъра и хода на буталото, както и при някои V6 двигатели, където неравномерната подредба на запалването създава люлееща двойка сили, която единичен балансиращ вал може да укроти. По-малките четирицилиндрови двигатели понякога ги пропускат, за да спестят разход, тегло и триене, приемайки малко повече вибрация в замяна. За разлика от тях, присъщо балансираните схеми като редовия шестцилиндров двигател, опозитния шестцилиндров и много V12 двигатели нямат значим първичен или вторичен дисбаланс и затова изобщо не се нуждаят от балансьор.

На практика балансиращият вал е тих и нискоизискващ обслужване компонент, но не е безплатен. Той поглъща малка част от мощността чрез триене и инерцията на високоскоростното въртене, а при ремъчно или верижно задвижваните решения неговото задвижване трябва да се обслужва като всеки друг елемент на разпределението. Някои двигатели страдат от преждевременно износване на лагерите или веригата на балансиращия вал, което при пренебрегване може да доведе до проблеми с налягането на маслото. Компонентът следователно представлява инженерен компромис: нарочно добавяне на маса и сложност, прието, защото печалбата в плавност от иначе икономична схема се преценява като заслужаваща цената.