Vyvažovací hřídel potřebuje více čtyřválec než tříválec

Co vůbec dělá písty „nevyvážené"

Píst v motoru neletí nahoru a dolů konstantní rychlostí. Když je v horní úvrati a mění směr, na okamžik se zastaví, pak zrychluje dolů, zpomaluje, znovu zastavuje v dolní úvrati a vrací se. Tahle změna pohybu vytváří setrvačné síly. Jedna sada působí ve frekvenci otáček klikové hřídele, říká se jim primární. Druhá, takzvaná sekundární, kmitá dvakrát za otáčku.

Sekundární síly nejsou žádný matematický rébus, mají velmi praktický původ. Ojnice je nakloněná pod úhlem ke klikovce, a kvůli tomu se píst v horní polovině zdvihu pohybuje rychleji než ve spodní. Zrychlení tedy není symetrické, a to vytváří přebytečnou sílu, která se každou otáčku objeví dvakrát – jednou nahoru, jednou dolů. U jednoválce se tyhle síly nedají schovat. U více válců záleží, jak jsou písty rozfázované.

Také čtěte

2 min. čtení

Cesta do Chorvatska bez kolon: Jak zjistit aktuální situaci na trase?

22. 8. 2026 J. Mokříš Tipy a rady

• Mohlo by vás zajímat: Písty motoru mohou být dole širší než nahoře. Proč?

Čtyřválec: dobrá zpráva, špatná zpráva

Klasický řadový čtyřválec má kliku uspořádanou tak, že písty 1 a 4 jdou nahoru, zatímco 2 a 3 jdou dolů. Z pohledu primárních sil je to ideální stav, všechny se navzájem ruší a motor se v tomhle ohledu chová jako vyvážený. Háček je v sekundárních silách.

Protože se v daném okamžiku všechny čtyři písty pohybují stejnou logikou (dva nahoru, dva dolů, ale s tím nesymetrickým zrychlením), jejich sekundární složky se nevyruší, naopak, ukládají se na sebe. Výsledek je, že motor dostává dvakrát za každou otáčku ránu ve svislém směru. Při 3000 otáčkách za minutu to znamená sto kmitů za sekundu, a to už je něco, co cítíte v sedačce, na volantu i v páteři.

Nerovnováha roste se zdvihem a vrtáním pístů. U malých čtyřválců do litrového obsahu zůstávají sekundární síly v přijatelné rovině a posádka je díky uložení motoru v podstatě neregistruje. Ale jakmile se dostáváme k objemu kolem dvou litrů a výš, je to už nepříjemné natolik, že se s tím něco musí udělat.

Také čtěte

2 min. čtení

„Benzina“ a „gasolio“: značení paliv na cestě do Itálie

31. 8. 2026 J. Mokříš Tipy a rady

Konvenční hranicí, kdy automobilky sahají po vyvažovacích hřídelích, je zhruba 2,0 až 2,2 litru, záleží na tom, jak rychle motor točí a jak agresivně je laděn. Existují i výjimky, ovšem dnes spíš historické. Třeba 2,4litrový Citroën DS nebo 2,5litrový GM Iron Duke vyvažovací hřídele neměly. Šlo ale o motory s nízkými otáčkami, kde sekundární síly nešly tak vysoko jako u moderních agregátů.

• Přečtěte si také: Tříválec vs. čtyřválec: Proč jsou tři válce účinnější?

Lanchesterův patent z roku 1907

Princip, jakým se vyvažovací hřídele dnes řeší, vymyslel britský konstruktér Frederick W. Lanchester už na začátku minulého století. Skutečně je to záležitost stará přes sto let, jen mezitím prošla řadou zdokonalení.

Mechanika je elegantně jednoduchá: pod klikovou hřídel se umístí dvě další hřídele opatřené nevyváženými závažími. Točí se v opačných směrech a, což je klíčové, dvojnásobnou rychlostí oproti klikovce. Díky tomu jejich excentrické hmoty generují sílu o stejné frekvenci jako problematická sekundární vibrace, ale opačně orientovanou. Síly se v součtu vyruší a do bloku motoru jde znatelně méně chvění.

Praktickým průkopníkem v automobilovém světě byla automobilka Mitsubishi. V polovině sedmdesátých let použila u motoru Astron 80 vylepšenou variantu s jednou hřídelí položenou výš než druhou, aby zachytila i klopný moment druhého řádu. Tenhle koncept později licencovala řada dalších výrobců včetně Porsche a Saabu.

Tříválec: proč to není tak jednoduché

Tady musím trochu zkorigovat někdy mylně šířenou představu, že tříválec vyvažovací hřídel „nepotřebuje“. Není to tak úplně černobílé. Tříválec s klikovkou rozdělenou po 120 stupních má primární i sekundární síly v podstatě dokonale vyrovnané. Když se jeden píst žene nahoru, druhý zpomaluje a třetí akceleruje směrem dolů, součet jejich svislých sil v každém okamžiku vychází velmi blízko nule. Z tohoto pohledu by se mohlo zdát, že tříválec je z hlediska vibrací výhodnější než čtyřválec. A v jistém smyslu to tak skutečně je.

Jenže má jiný neduh: klopný moment. Krajní válce, tedy první a třetí, sedí daleko od sebe. Při běhu motoru tahají krajní písty blok motoru střídavě dopředu a dozadu, jako kdyby se snažily motor přes sebe překlopit kolem jeho středu. Vzniká podélné houpání, které je obzvlášť patrné ve volnoběhu. Pokud jste někdy stáli vedle tříválce nebo malé motorky s tímhle uspořádáním, znáte to – motor se nepatrně klepe ze strany na stranu.

Co s tím konstruktéři dělají

Pro klopný moment tříválce stačí jedna vyvažovací hřídel. Točí se stejnou rychlostí jako klikovka, ale opačným směrem, a její závaží jsou rozmístěna tak, aby vytvářela protilehlý moment. Tohle řešení používá řada dnešních tříválců, třeba motory BMW B38 i diesel B37, různé motory Mazda Skyactiv i Toyota.

Jenže u velmi malých objemů, kde je klopný moment relativně mírný, se výrobci rádi vyvažovací hřídeli vyhnou. Každá rotující součástka znamená vyšší tření, vyšší hmotnost a náročnější výrobu. Slavný příklad je Ford EcoBoost 1.0, představený roku 2012 ve Focusu. Ford u něj vyvažovací hřídel zcela vynechal a klopný moment řeší jinak – speciálně laděnými setrvačníky (jeden z nich je záměrně lehce nevyvážený) a měkčími gumovými vložkami motoru, které vibrace pohltí dřív, než se dostanou ke karoserii.

Tahle filosofie se uchytila i u dalších malých tříválců. Záleží na tom, kolik kompromisů je výrobce ochotný přijmout. Důsledně tlumené uložení znamená trochu jiné jízdní vlastnosti a méně přímého spojení mezi motorem a šasi. Inženýrské řešení tedy bývá hybridní: částečné vybalancování přímo na klikovce pomocí závaží navržených s posunem o devadesát stupňů vůči prostřednímu válci, nevyvážený setrvačník, hydraulická uložení a u větších litráží i ta klasická vyvažovací hřídel.