Unutarnji uravnoteživač (balansno vratilo)

Unutarnji uravnoteživač, službenije poznat kao balansno vratilo, opterećeno je vratilo koje pokreće motor i koje se ugrađuje u motor upravo zato da poništi vibracije koje njegov raspored urođeno proizvodi. Postoji jer pojedini rasporedi cilindara, ponajprije redni četverocilindrični, tijekom rada stvaraju sile koje koljenasto vratilo i protuutezi sami ne mogu poništiti. Da ostanu nesvladane, te bi sile dosegnule kabinu kao nametljivo zujanje, pa se balansno vratilo dodaje kako bi rad motora postao mirniji i približio se uglađenosti urođeno uravnoteženih izvedbi.

Vibracija koju rješava sekundarna je neuravnoteženost četverocilindričnog motora. Dok se klipovi dižu i spuštaju, ne gibaju se savršenim harmoničkim gibanjem jer se klipnjača njiše pod kutom, zbog čega klipovi blizu gornje mrtve točke ubrzavaju nešto brže nego blizu donje. Ukupni je učinak sila tresenja gore-dolje koja se javlja pri dvostrukoj brzini vrtnje motora i koju protuutezi koljenastog vratila ne mogu ukloniti. Klasično rješenje, koje je Mitsubishi sedamdesetih godina razradio iz ranijeg Lanchesterova patenta, par je balansnih vratila koja se vrte pri dvostrukoj brzini koljenastog vratila u suprotnim smjerovima, s ekscentričnim utezima vremenski usklađenima tako da im se okomite sastavnice sile zbrajaju i suprotstavljaju neuravnoteženosti, dok im se vodoravne sastavnice međusobno poništavaju.

Pogon i fazno usklađivanje od ključne su važnosti. Vratilo, ili par vratila, okreće koljenasto vratilo putem zupčanika, lanca ili nazubljenog remena, a mora se vrtjeti pri točnom višekratniku brzine motora i u točno određenom kutnom položaju u odnosu na klipove. Bude li usklađenost i malo pogrešna, vratilo će vibracije dodavati umjesto uklanjati. Opterećeni izbočci obično su smješteni nisko u kućištu koljenastog vratila, često djelomično uronjeni blizu ulja, a njihova su masa i odmak izračunani tako da odgovaraju veličini sile koju moraju poništiti.

Balansna vratila najčešće se nalaze na većim četverocilindričnim motorima, gdje sekundarne sile rastu s promjerom i hodom cilindra, te na nekim V6 motorima, gdje neravnomjeran raspored paljenja stvara njihajni spreg koji jedno balansno vratilo može svladati. Manji četverocilindrični motori katkad ih izostavljaju radi uštede troška, mase i trenja, prihvaćajući nešto više vibracija zauzvrat. Naprotiv, urođeno uravnoteženi rasporedi poput rednog šesterca, bokserskog šesterca i mnogih V12 motora nemaju znatnu primarnu ni sekundarnu neuravnoteženost, pa im uravnoteživač uopće nije potreban.

U praksi je balansno vratilo tih sastavni dio koji ne zahtijeva mnogo održavanja, no nije besplatno. Trenjem i tromošću vrtnje pri visokim brzinama upija nešto snage, a kod izvedbi s pogonom remenom ili lancem njegov se pogon mora servisirati kao i svaki drugi sastavni dio razvodnog mehanizma. Neki su motori trpjeli prijevremeno trošenje ležajeva ili lanca balansnog vratila, što zanemareno može dovesti do problema s tlakom ulja. Sastavni dio stoga predstavlja inženjerski kompromis: namjerno dodavanje mase i složenosti, prihvaćeno jer se dobitak na ujednačenosti inače gospodarnog rasporeda procjenjuje vrijednim te cijene.