Balansno vratilo (internal balancer)

Balansno vratilo, formalnije poznato kao izravnavajuće vratilo, jeste opterećeno vratilo koje pokreće motor i koje se ugrađuje unutar motora upravo zato da poništi vibracije koje njegov raspored urođeno proizvodi. Postoji zato što pojedini rasporedi cilindara, ponajpre redni četvorocilindarski, tokom rada stvaraju sile koje kolenasto vratilo i protivtegovi sami ne mogu poništiti. Ostavljene bez kontrole, te sile bi do kabine stizale kao nametljivo zujanje, pa se balansno vratilo dodaje da se rad motora ublaži i približi istančanosti urođeno uravnoteženih izvedbi.

Vibracija koju ono otklanja jeste sekundarna neuravnoteženost četvorocilindarskog motora. Dok se klipovi dižu i spuštaju, oni se ne kreću savršeno harmonijski, jer se klipnjača njiše pod uglom, zbog čega klipovi ubrzavaju nešto brže blizu gornje mrtve tačke nego blizu donje. Krajnji rezultat jeste sila trešnje gore-dole koja se javlja pri dvostrukom broju obrtaja motora i koja se ne može otkloniti protivtegovima kolenastog vratila. Klasično rešenje, koje je Mitsubishi sedamdesetih godina usavršio iz ranijeg Lanchesterovog patenta, jeste par balansnih vratila koja se okreću pri dvostrukom broju obrtaja kolenastog vratila u suprotnim smerovima, sa ekscentričnim tegovima usklađenim tako da im se uspravne komponente sile sabiraju i suprotstavljaju neuravnoteženosti, dok im se vodoravne komponente međusobno poništavaju.

Pogon i usklađivanje faza presudni su. Vratilo, ili par vratila, pokreće kolenasto vratilo putem zupčanika, lanca ili nazubljenog kaiša, i mora se okretati pri tačnom umnošku broja obrtaja motora i u tačno određenom uglovnom položaju u odnosu na klipove. Ako je usklađenost makar malo pomerena, vratilo će vibracije dodavati umesto da ih uklanja. Opterećeni grebeni obično se nose nisko u bloku motora, neretko delimično uronjeni blizu ulja, a njihova masa i odstupanje izračunavaju se tako da odgovaraju veličini sile koju moraju poništiti.

Balansna vratila najčešće se nalaze na većim četvorocilindarskim motorima, gde sekundarne sile rastu sa prečnikom i hodom klipa, kao i na pojedinim V6 motorima, gde neravnomeran raspored paljenja stvara sprežnu silu trešnje koju jedno balansno vratilo može ukrotiti. Manji četvorocilindarski motori ponekad ih izostavljaju radi uštede troška, mase i trenja, prihvatajući nešto više vibracija zauzvrat. Nasuprot tome, urođeno uravnoteženi rasporedi, poput rednog šestocilindarskog, bokser-šestocilindarskog i mnogih V12 motora, nemaju značajnu primarnu ni sekundarnu neuravnoteženost, pa im balansno vratilo uopšte nije potrebno.

U praksi je balansno vratilo tiha komponenta koja zahteva malo održavanja, ali nije besplatna. Trenjem i inercijom okretanja pri visokom broju obrtaja troši nešto snage, a kod izvedbi sa kaišom ili lancem njegov pogon mora se servisirati kao i svaka druga komponenta razvoda. Pojedini motori imali su prevremeno habanje ležajeva ili lanca balansnog vratila, što, ako se zanemari, može dovesti do problema sa pritiskom ulja. Komponenta stoga predstavlja inženjerski kompromis: namerno dodavanje mase i složenosti, prihvaćeno zato što se dobitak u mekoći rada od inače ekonomičnog rasporeda procenjuje vrednim tog troška.