Kiegyensúlyozó tengely (internal balancer)

A kiegyensúlyozó tengely, angolul internal balancer, a motorba épített, súlyozott, a motor által hajtott tengely, amelyet kifejezetten azért szerelnek be, hogy ellensúlyozza az elrendezés jellegéből adódó rezgéseket. Azért van rá szükség, mert egyes hengerelrendezések, legszembetűnőbben a soros négyhengeres, működés közben olyan erőket keltenek, amelyeket a főtengely és az ellensúlyok önmagukban nem tudnak kioltani. Kezeletlenül ezek az erők zavaró zümmögésként jutnának el az utastérbe, ezért egészítik ki a motort kiegyensúlyozó tengellyel, hogy simítsák a járását, és közelebb hozzák a veleszületetten kiegyensúlyozott kialakítások kulturáltságához.

Az a rezgés, amelyet kezel, a négyhengeres motor másodrendű kiegyensúlyozatlansága. Ahogy a dugattyúk emelkednek és süllyednek, nem tökéletesen harmonikus mozgással teszik, mert a hajtórúd ferde szögben leng, ami miatt a dugattyúk a felső holtpont közelében némileg gyorsabban gyorsulnak, mint az alsó közelében. Ennek eredő hatása egy le-föl irányú rázóerő, amely a motor fordulatszámának kétszeresén jelentkezik, és a főtengely ellensúlyaival nem szüntethető meg. A klasszikus megoldás, amelyet a Mitsubishi finomított az 1970-es években egy korábbi Lanchester-szabadalomból, egy pár, a főtengelyhez képest kétszeres fordulatszámon, egymással ellentétes irányban forgó kiegyensúlyozó tengely, amelyek excentrikus súlyait úgy időzítik, hogy függőleges erőkomponenseik összeadódva ellensúlyozzák a kiegyensúlyozatlanságot, vízszintes komponenseik pedig kioltsák egymást.

A hajtás és a fázishelyzet kritikus. A tengelyt, vagy a tengelypárt, a főtengely hajtja fogaskerekeken, láncon vagy fogazott szíjon keresztül, és pontosan a motorfordulatszám meghatározott többszörösén, valamint a dugattyúkhoz képest pontosan a megfelelő szöghelyzetben kell forognia. Ha az időzítés akár csak egy kicsit is eltér, a tengely rezgést ad hozzá, ahelyett hogy elvenné. A súlyozott bütyköket általában alacsonyan, a forgattyúsházban helyezik el, gyakran részben az olajba merülve, tömegüket és kitérésüket pedig úgy számítják ki, hogy megfeleljen a kioltandó erő nagyságának.

A kiegyensúlyozó tengelyek leggyakrabban a nagyobb négyhengeres motorokban fordulnak elő, ahol a másodrendű erők a furattal és a lökettel együtt nőnek, valamint egyes V6-os motorokban, ahol az egyenetlen gyújtási elrendezés olyan billegtető nyomatékot kelt, amelyet egyetlen kiegyensúlyozó tengely is megfékezhet. A kisebb négyhengeresek olykor elhagyják őket a költség, a tömeg és a súrlódás megtakarítása érdekében, cserébe némileg több rezgést elfogadva. Ezzel szemben a veleszületetten kiegyensúlyozott elrendezések, mint a soros hathengeres, a boxer hathengeres és sok V12-es, nem mutatnak számottevő elsőrendű vagy másodrendű kiegyensúlyozatlanságot, ezért egyáltalán nincs szükségük kiegyensúlyozó tengelyre.

A gyakorlatban a kiegyensúlyozó tengely csendes, karbantartásigény szempontjából igénytelen alkatrész, de nem ingyenes. A súrlódáson és a nagy fordulaton való forgatás tehetetlenségén keresztül elnyel egy kevés teljesítményt, szíjas vagy láncos kialakításnál pedig a hajtását ugyanúgy szervizelni kell, mint bármely más vezérlőelemet. Egyes motoroknál a kiegyensúlyozó tengely csapágyai vagy lánca idő előtt elkopott, ami elhanyagolva olajnyomás-problémákhoz vezethet. Az alkatrész tehát mérnöki kompromisszumot testesít meg: a tömeg és a bonyolultság szándékos hozzáadását, amelyet azért fogadnak el, mert egy egyébként gazdaságos elrendezés simaságában elért nyereséget megéri a ráfordítás.