Arbore de echilibrare (internal balancer)

Un arbore de echilibrare este un ax greutat, antrenat de motor, montat în interiorul acestuia tocmai pentru a contracara vibrațiile pe care configurația sa le produce în mod inerent. Există fiindcă anumite dispuneri ale cilindrilor, în special motorul în linie cu patru cilindri, generează în funcționare forțe pe care arborele cotit și contragreutățile sale nu le pot anula singure. Lăsate necontrolate, aceste forțe ar ajunge în habitaclu ca un bâzâit supărător, așa că arborele de echilibrare este adăugat pentru a netezi funcționarea motorului și a-l apropia de rafinamentul construcțiilor echilibrate intrinsec.

Vibrația pe care o abordează este dezechilibrul secundar al unui motor cu patru cilindri. Pe măsură ce pistoanele urcă și coboară, ele nu se mișcă într-o oscilație armonică perfectă, fiindcă biela se înclină într-un unghi, ceea ce face ca pistoanele să accelereze ușor mai repede în apropierea punctului mort superior decât în apropierea celui inferior. Efectul net este o forță de zguduire pe verticală, care apare la dublul turației motorului și nu poate fi eliminată prin contragreutățile arborelui cotit. Soluția clasică, rafinată de Mitsubishi în anii '70 pornind de la un brevet Lanchester anterior, constă într-o pereche de arbori de echilibrare ce se rotesc cu dublul turației arborelui cotit, în sensuri opuse, cu greutățile excentrice astfel cronometrate încât componentele lor verticale se adună pentru a se opune dezechilibrului, iar cele orizontale se anulează reciproc.

Antrenarea și sincronizarea sunt critice. Arborele, sau perechea de arbori, este antrenat de arborele cotit prin pinioane, lanț sau curea dințată și trebuie să se rotească la un multiplu precis al turației motorului și exact în poziția unghiulară corectă față de pistoane. Dacă sincronizarea este cât de puțin greșită, arborele va adăuga vibrații în loc să le elimine. Lobii greutați sunt de regulă plasați jos, în carter, deseori parțial scufundați lângă ulei, iar masa și excentricitatea lor sunt calculate pentru a egala mărimea forței pe care trebuie să o anuleze.

Arborii de echilibrare se întâlnesc cel mai frecvent la motoarele cu patru cilindri de capacitate mai mare, unde forțele secundare cresc odată cu alezajul și cursa, și la unele motoare V6, unde o dispunere cu aprindere neuniformă creează un cuplu de balans pe care un singur arbore de echilibrare îl poate domoli. Motoarele mai mici cu patru cilindri îi omit uneori pentru a economisi cost, greutate și frecare, acceptând în schimb ceva mai multe vibrații. Prin contrast, configurațiile echilibrate intrinsec, precum motorul în linie cu șase cilindri, boxerul cu șase cilindri și multe V12-uri, nu au dezechilibru primar sau secundar semnificativ și, prin urmare, nu au nevoie de niciun arbore de echilibrare.

În practică, arborele de echilibrare este o componentă silențioasă și cu întreținere redusă, dar nu este gratuit. Consumă o cantitate mică de putere prin frecare și prin inerția rotirii la viteză mare, iar la construcțiile antrenate prin curea sau lanț, antrenarea sa trebuie întreținută ca orice altă componentă de distribuție. Unele motoare au suferit uzură prematură la lagărele sau la lanțul arborelui de echilibrare, ceea ce poate duce la probleme de presiune a uleiului dacă este neglijată. Componenta reprezintă, așadar, un compromis ingineresc: o adăugare deliberată de masă și complexitate, acceptată fiindcă sporul de finețe obținut de la o configurație altminteri economică este considerat a merita costul.