Балансирные валы наиболее характерны для рядных четырёхцилиндровых двигателей, которые из-за асимметрии конструкции имеют присущую вибрацию второго порядка (колеблющуюся с удвоенной частотой вращения двигателя), которую невозможно устранить, насколько бы хорошо ни были сбалансированы внутренние компоненты.
Оппозитные двигатели имеют поршни, расположенные горизонтально напротив друг друга, поэтому они сбалансированы естественным образом и не несут дополнительной сложности, стоимости или потерь мощности, связанных с балансирными валами.
Эта вибрация возникает потому, что движение шатунов в рядном двигателе несимметрично в течение всего вращения коленчатого вала; так, за определённый период вращения коленчатого вала движущиеся вниз и вверх поршни не всегда имеют полностью противоположные ускорения, что приводит к возникновению суммарной вертикальной силы инерции дважды за оборот, интенсивность которой квадратично возрастает с ростом оборотов, насколько бы ни были точно отрегулированы грузы компонентов.
Проблема усугубляется с ростом рабочего объёма двигателя, поскольку единственные способы увеличить рабочий объём — это увеличить ход поршня, что повышает разницу ускорений, или увеличить диаметр цилиндра, что увеличивает массу поршней; в любом случае растёт величина инерционной вибрации.
В течение многих лет два литра считались «неофициальным» пределом рабочего объёма для серийного рядного четырёхцилиндрового двигателя с приемлемыми характеристиками NVH.
Базовая концепция балансирных валов существует с 1904 года, когда она была изобретена и запатентована британским инженером Фредериком Ланчестером.
Два балансирных вала вращаются в противоположных направлениях с удвоенной частотой вращения двигателя.
Одинаковые по размеру эксцентриковые грузы этих валов рассчитаны и синхронизированы так, что инерционная реакция на их встречное вращение гасится в горизонтальной плоскости, но суммируется в вертикальной, что даёт суммарную силу той же величины, но сдвинутую на 180 градусов относительно нежелательной вибрации второго порядка базового двигателя, и подавляет её.
Тем не менее, реальная реализация этой концепции достаточно конкретна, чтобы быть запатентованной.
Основная проблема, которую ставит эта концепция, — надёжно поддерживать и смазывать деталь, вращающуюся с удвоенной частотой вращения двигателя на высоких оборотах, где вибрация второго порядка становится неприемлемой.
Существуют определённые споры о том, сколько мощности отнимают у двигателя два балансирных вала. Обычно приводят цифру около 15 л.с. (11 кВт), но это может быть завышено для чисто фрикционных потерь. Возможно, это погрешность расчёта, возникающая из-за обычного использования инерционного динамометра, который вычисляет мощность по угловому ускорению, а не реально измеряет крутящий момент в установившемся режиме. Эти 15 л.с. (11 кВт), таким образом, включают как реальные потери на трение, так и возрастание угловой инерции быстро вращающихся валов, которое не было бы фактором при постоянной скорости. Тем не менее, некоторые владельцы модифицируют двигатели, снимая балансирные валы, как чтобы вернуть часть этой мощности, так и чтобы снизить сложность и возможные места поломок в высокопроизводительных и соревновательных применениях, поскольку считается (ошибочно), что плавность, которую обеспечивают балансирные валы, можно получить после их снятия, тщательно сбалансировав возвратно-поступательно движущиеся компоненты двигателя.
