Во время работы двигателя при перемещении деталей кривошипно-шатунного механизма возникают, как известно, сила инерции первого порядка возвратно движущихся масс; сила инерции второго порядка возвратно движущихся масс; центробежная сила инерции неуравновешенных вращающихся масс, а также моменты от всех этих сил инерции.
Все эти силы и моменты, если их не уравновесить, достигают иногда очень больших значений. Они воздействуют на отдельные детали и их сочленения, передаются блоку двигателя и раме автомобиля, расшатывают крепления и способствуют разрушению автомобиля. Кроме того, вибрации, вызываемые периодически действующими силами и моментами, понижают мощность, а следовательно, и экономичность двигателя. Вследствие этого вопрос уравновешивания двигателя является чрезвычайно важным. Ниже рассматривается система уравновешивания двигателя ЯМЗ-236, схема которой приведена на рис. 1.
Вследствие принятого расположения кривошипов (под углом 120°) равнодействующая центробежных сил инерции неуравновешенных вращающихся масс, действующих по радиусу кривошипа, равна нулю, а момент центробежных сил инерции остается свободным (неуравновешенным). Силы инерции первого порядка возвратно движущихся масс переменны по величине и направлению и действуют вдоль оси цилиндров.
Равнодействующая сил инерции первого порядка возвратно движущихся масс, действующих в двух цилиндрах, шатуны которых расположены на одной шатунной шейке под утлом 90°, постоянна по величине, направлена по радиусу кривошипа и суммируется с центробежной силой инерции неуравновешенных вращающихся масс.
Следовательно, при угле развала цилиндров 90° у шестицилиндрового двигателя равнодействующая всех сил инерции первого порядка аналогично равнодействующей центробежных сил инерции неуравновешенных вращающихся масс равна нулю, а момент сил инерции первого порядка остается свободным и суммируется с моментом центробежных сил инерции неуравновешенных вращающихся масс. Уравновешивание этого свободного суммарного момента достигается с помощью системы противовесов.
Для уменьшения размеров и веса кривошипно-шатунного механизма и двигателя в целом применена система выносных противовесов в сочетании с противовесами, установленными на продолжении кривошипов.
Передний выносной противовес (см. рис. 1) посажен на передний конец коленчатого вала, а задний противовес 8 сделан в виде неуравновешенной массы на маховике.
Равнодействующая сил инерции второго порядка возвратно движущихся масс также равна нулю, а момент сил инерции второго порядка остается свободным и его уравновесить при данной конструкции двигателя не удается. Неуравновешенный момент сил инерции второго порядка имеет амплитудное значение и лежит в горизонтальной плоскости.
Таким образом, принятый угол развала цилиндров 90° и расположение кривошипов под углом 120° позволили подобрать систему уравновешивания, при которой в двигателе полностью уравновешены силы инерции вращающихся масс и силы инерции первого и второго порядка возвратно движущихся частей, а также моменты этих сил, за исключением момента сил инерции второго порядка.
Шестицилиндровый двигатель ЯМЗ-236 отличается от других модификаций двигателей семейства ЯМЗ большей неравномерностью крутящего момента. Это объясняется тем, что рабочие ходы в цилиндрах следуют не равномерно, а через 90° и 150° (по углу поворота коленчатого вала), что следует из рассмотрения схемы двигателя (см. рис. 11) и порядка работы цилиндров. При данном порядке работы цилиндров (90° — 150° — 90° — 150° — 90° — 150°) частота низшего порядка гармонических составляющих крутящего момента равна 1,5я, где n — число оборотов коленчатого вала в единицу времени. Вследствие этого в зоне холостых чисел оборотов наблюдаются колебания двигателя 1,5 порядка и, следовательно, неравномерность крутящего момента особенно заметна на малых (холостых) числах оборотов коленчатого вала, когда разница между средними и максимальными значениями этого момента наибольшая.
Благодаря правильно спроектированной подвеске силового агрегата удалось уменьшить вибрации шасси автомобиля вследствие наличия неравномерности крутящего момента и неуравновешенного момента сил инерции второго порядка до уровня, не превышающего допустимые пределы.