Wałek wyrównoważający

Wałek wyrównoważający to obciążony, napędzany przez silnik wałek montowany wewnątrz jednostki napędowej specjalnie po to, aby równoważyć drgania, które dany układ wytwarza z natury. Istnieje, ponieważ niektóre rozmieszczenia cylindrów, zwłaszcza rzędowy czterocylindrowy, generują podczas pracy siły, których samego wału korbowego z przeciwciężarami nie da się znieść. Pozostawione bez kompensacji siły te docierałyby do kabiny jako natrętne buczenie, dlatego wałek wyrównoważający dodaje się, aby wygładzić pracę silnika i zbliżyć ją do kultury konstrukcji wyważonych z natury.

Drgania, które wałek niweluje, to niewyważenie wtórne silnika czterocylindrowego. Gdy tłoki unoszą się i opadają, nie poruszają się w idealnym ruchu harmonicznym, ponieważ korbowód odchyla się pod kątem, sprawiając, że tłoki przyspieszają nieco szybciej w pobliżu górnego martwego punktu niż przy dolnym. Wypadkową jest pionowa siła drgająca występująca z dwukrotną częstotliwością obrotów silnika, której nie da się usunąć przeciwciężarami wału korbowego. Klasycznym rozwiązaniem, dopracowanym przez Mitsubishi w latach siedemdziesiątych na podstawie wcześniejszego patentu Lanchestera, jest para wałków wyrównoważających obracających się z podwójną prędkością wału korbowego w przeciwnych kierunkach, których mimośrodowe obciążniki zsynchronizowano tak, by ich pionowe składowe siły sumowały się przeciw niewyważeniu, a poziome wzajemnie znosiły.

Napęd i fazowanie mają znaczenie krytyczne. Wałek lub para wałków jest napędzana przez wał korbowy za pomocą kół zębatych, łańcucha lub paska zębatego i musi obracać się z dokładną wielokrotnością prędkości silnika oraz w precyzyjnym położeniu kątowym względem tłoków. Jeśli fazowanie jest choćby nieznacznie błędne, wałek doda drgań, zamiast je usunąć. Obciążone krzywki umieszcza się zwykle nisko w bloku silnika, często częściowo zanurzone w pobliżu oleju, a ich masę i mimośród dobiera się tak, aby odpowiadały wielkości siły, którą mają znieść.

Wałki wyrównoważające najczęściej spotyka się w większych silnikach czterocylindrowych, gdzie siły wtórne rosną wraz ze średnicą cylindra i skokiem tłoka, oraz w niektórych silnikach V6, gdzie nierównomierny układ zapłonu tworzy moment kołyszący, który pojedynczy wałek potrafi opanować. Mniejsze jednostki czterocylindrowe niekiedy je pomijają, by zaoszczędzić na koszcie, masie i tarciu, godząc się w zamian na nieco większe drgania. Z kolei układy wyważone z natury, takie jak rzędowa szóstka, bokser sześciocylindrowy oraz wiele jednostek V12, nie wykazują istotnego niewyważenia pierwotnego ani wtórnego, a więc w ogóle nie potrzebują wyrównoważenia.

W praktyce wałek wyrównoważający jest podzespołem cichym i niewymagającym obsługi, lecz nie jest darmowy. Pochłania niewielką część mocy przez tarcie oraz bezwładność rozpędzania do wysokich obrotów, a w konstrukcjach napędzanych paskiem lub łańcuchem jego napęd trzeba serwisować jak każdy inny element rozrządu. Niektóre silniki cierpią na przedwczesne zużycie łożysk lub łańcucha napędu wałka, co w razie zaniedbania może prowadzić do problemów z ciśnieniem oleju. Podzespół ten stanowi zatem kompromis inżynierski: celowe dodanie masy i złożoności, zaakceptowane dlatego, że zysk w gładkości pracy z poza tym ekonomicznego układu uznano za wart tej ceny.