Работа кривошипно-шатунного механизма сопровождается
возникновением сил инерции от движения его конструктивных элементов.
Различают силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс (поршни) и
вращающихся масс (шатуны). В многоцилиндровом двигателе силы инерции в
отдельных цилиндрах создают еще и моменты инерции в продольной
плоскости. В совокупности силы и моменты вызывают вибрацию двигателя,
которая передается на кузов и сопровождается повышенным уровнем шума,
перегрузками и увеличением износа элементов.
Для противодействия вибрации производится уравновешивание (балансировка) двигателя.
Наиболее распространенным способом балансировки является установка
дополнительных противовесов на щеках коленчатого вала. Вместе с тем
данный способ не позволяет уравновесить силы инерции, возникающие в
двигателях различных компоновочных схем. Так, в четырехцилиндровом
рядном двигателе неуравновешенными остаются силы инерции второго порядка
(силы, возникающие при движении масс с удвоенной частотой коленчатого
вала). При этом величина сил инерции увеличивается с ростом объема
двигателя.
Для уравновешивания сил инерции второго порядка в
четырехцилиндровых рядных двигателях рабочим объемом 2,0 и более литра
применяются дополнительные валы с противовесами – т.н. балансирные валы. Впервые балансирные валы на своих автомобилях применила в 1976 году компания Mitsubishi, технология получила название Silent Shaft
(бесшумный вал). В настоящее время балансирные валы достаточно широко
используются в продукции других автопроизводителей – VW, Audi, BMW,
Mercedes-Benz, GM.
Балансирные валы устанавливаются попарно с одной и другой стороны коленчатого вала,
как правило, симметрично. Наиболее предпочтительной в плане занимаемого
объема является установка балансирных валов в картере двигателя ниже
коленчатого вала. Балансирный вал представляет собой деталь сложной
формы, обычно это металлический стержень с выбранными в нем пазами.
Балансирный вал вращается в двух подшипниках скольжения, смазываемых в
составе системы смазки двигателя.
Привод балансирных валов осуществляется
непосредственно от коленчатого вала и обеспечивает вращение валов в
разные стороны с удвоенной угловой скоростью. В качестве привода могут
использоваться зубчатый редуктор, цепная передача или их комбинация. Для
гашения крутильных колебаний, возникающих при вращении валов, в
приводной звездочке цепного привода устанавливается пружинный гаситель
колебаний.
В силу своей конструкции балансирные валы при работе
испытывают значительные нагрузки. Особенно нагружены дальние от привода
подшипники. Все это приводит к ускоренному износу подшипников, а также
элементов привода. Износ сопровождается шумом, вибрацией и может
привести к обрыву приводной цепи. Последствия для двигателя такой
поломки несложно представить.
Ремонт балансирных валов – дорогое
удовольствие. Поэтому отечественные умельцы просто от валов избавляются,
а отверстия в картере закрывают заглушками. Вибрация, конечно,
увеличивается, но опоры двигателя с ней неплохо справляются. Помимо
повышенного износа, применение балансирных валов усложняет и удорожает
конструкцию двигателя. При этом потери мощности двигателя на их привод могут достигать 15 л.с.
