Vyvažovací hřídel (Internal Balancer)

Vyvažovací hřídel, formálně označovaná také jako balanční hřídel, je vážená a motorem poháněná hřídel umístěná uvnitř motoru právě proto, aby potlačila vibrace, které jeho koncepce přirozeně vytváří. Vzniká tam, kde určitá uspořádání válců — především řadový čtyřválec — generují při chodu síly, které kliková hřídel s vývažky nedokáže sama vyrušit. Bez zásahu by se tyto síly přenášely do kabiny jako otravné bzučení, a tak se přidává vyvažovací hřídel, která chod motoru zjemní a přiblíží ho úrovni přirozeně vyvážených koncepcí.

Vibrace, kterou řeší, je sekundární nevyváženost čtyřválcového motoru. Když písty stoupají a klesají, nepohybují se v dokonale harmonickém pohybu, protože ojnice se kývá v úhlu a písty se proto poblíž horní úvrati zrychlují o něco rychleji než poblíž dolní. Výsledkem je svislá chvějivá síla, která vzniká při dvojnásobku otáček motoru a kterou nelze odstranit vývažky na klikové hřídeli. Klasické řešení, které v sedmdesátých letech zdokonalila Mitsubishi z dřívějšího Lanchesterova patentu, je pár vyvažovacích hřídelí točících se dvojnásobnými otáčkami proti sobě, jejichž excentrické vývažky jsou fázovány tak, aby svislé složky jejich sil sčítaly a působily proti nevyváženosti, zatímco vodorovné složky se vzájemně rušily.

Klíčové jsou pohon a fázování. Hřídel, nebo dvojice hřídelí, je hnaná klikovou hřídelí přes ozubená kola, řetěz nebo ozubený řemen a musí se točit přesným násobkem otáček motoru a v přesné úhlové poloze vůči pístům. Pokud je časování byť jen mírně mimo, hřídel místo potlačování vibrací přidává. Vyvážená lalokovitá závaží jsou obvykle uložena nízko v klikové skříni, často částečně ponořená v blízkosti oleje, a jejich hmotnost a osazení jsou spočítány tak, aby odpovídaly velikosti síly, kterou mají potlačit.

Vyvažovací hřídele se nejčastěji vyskytují u větších čtyřválcových motorů, kde sekundární síly rostou s vrtáním a zdvihem, a u některých šestiválců V6, kde nepravidelné pořadí zapalování vytváří klopný moment, který dokáže utlumit jediná vyvažovací hřídel. Menší čtyřválce je někdy vynechávají, aby ušetřily náklady, hmotnost i tření, a smiřují se s o něco vyššími vibracemi. Naproti tomu přirozeně vyvážená uspořádání jako řadový šestiválec, plochý šestiválec a mnohé motory V12 nemají významnou primární ani sekundární nevyváženost, a proto žádnou vyvažovací hřídel nepotřebují.

V praxi je vyvažovací hřídel tichý a téměř bezúdržbový prvek, ale ne zadarmo. Třením a setrvačností při vysokých otáčkách spotřebuje malou část výkonu a u konstrukcí poháněných řemenem či řetězem je třeba její pohon servisovat jako kterýkoli jiný díl rozvodu. Některé motory trpěly předčasným opotřebením ložisek nebo řetězu vyvažovacích hřídelí, což může při zanedbání vést k problémům s tlakem oleje. Vyvažovací hřídel je tedy inženýrským kompromisem: úmyslným přidáním hmotnosti a složitosti, na něž se přistupuje proto, že přínos v podobě hladšího chodu jinak úsporné koncepce za tuto cenu stojí.