问大家一个问题。汽车发动机为什么能够平稳。持续的运行呢？我想大家一定会说发动机调校的好。曲轴动平衡。燃油系统。点火系统工作正常。多缸发动机做功重叠。等等。但是很多人都会忽略一个非常重要的因素。那就是发动机飞轮的作用。
很多人可能不知道发动机飞轮是什么。在哪里。如果我告诉你它安装在曲轴的末端。你可能也不太容易理解。但是我告诉你一件事。你就应该知道飞轮在哪里了。我们的汽车在启动时。需要起动机来带动发动机运转。然后才能启动。这个起动机直接驱动的就是飞轮。只要找到了起动机。就找到飞轮了。汽车在启动时。起动机通电运转。驱动齿轮与飞轮上的齿圈相啮合。然后起动机旋转。带动飞轮旋转。飞轮带动曲轴旋转。发动机就运转起来了。所以。飞轮是发动机的组件之一。它与曲轴组装在一起。是发动机的动力输出元件。
飞轮的结构很简单。就是一个铸铁圆盘。具有很大的转动惯量。为了在同样质量下增大转动惯量。一般飞轮的边缘做的比较厚。在飞轮边缘部位一般镶有齿圈。在发动机启动时与起动机齿轮啮合。带动曲轴旋转。在飞轮的中心部位有几个螺丝孔。通过螺栓与曲轴组合为一体。飞轮的一面是平整的平面。与离合器片接触。另一面是特殊的形状。与曲轴连接在一起。
那么飞轮都有什么作用呢？前面说了。发动机启动时需要用到飞轮。但是启动仅仅是飞轮的功能之一。现在有些搭载48V轻混系统的发动机。在启动时直接驱动曲轴前端。已经不需要驱动飞轮了。其实飞轮还有更重要的的作用。那就是通过储存和释放能量。来提高发动机运转的均匀性。以及改善发动机克服短暂超负荷的能力。同时飞轮还是发动机的动力输出元件。通过它将发动机的动力传递给离合器或者液力变矩器。此外。在飞轮上还刻有上止点记号。用来校准点火定时或喷油定时以及调整气门间隙。
那么发动机为什么要有飞轮呢？这就要从发动机的工作原理说起了。现在汽车上普遍使用的是往复活塞式四冲程发动机。这种发动机每四个活塞冲程作功一次。但是在整个工作循环中。只有做功冲程产生动力。其它的进气。压缩以及排气冲程都是要消耗动力的。如果没有飞轮。发动机做功冲程产生的动力全部对外输出。就没有多余的动力来克服进气。压缩以及排气冲程消耗的功了。发动机就无法持续的运转下去。即使是多缸发动机间隔做功。曲轴的运转也会极不均匀。转速忽高忽低。稍有阻力发动机就会熄火。很难持续运转。
而飞轮是一个转动惯量很大的盘形零件。其作用如同一个能量存储器。在作功冲程中发动机发出的能量。除对外输出外。还有部分被飞轮吸收。然后在进气。压缩以及排气冲程中释放出来。补偿这三个行程所消耗的功。使曲轴能够克服阻力。继续运转。这样。发动机就可以持续的运转下去。不会因其它三个冲程消耗能量而熄火。此外还有一点。就是活塞位于上止点或者下止点时。连杆是完全垂直于曲轴。这时候连杆的动力是无法传递给曲轴的。也就是说“卡”住了。而飞轮巨大的转动惯量可以帮助活塞顺利越过上下止点。让连杆与曲轴之间重新形成夹角。继续传递动力。避免发动机“卡死”。
此外。由于四冲程发动机是间隔做功的。所以曲轴会受到周期性变化的扭力。曲轴的运转也是忽快忽慢。转速忽高忽低。缸数越少的车。这种现象越明显。这样会导致汽车极难驾驶。而飞轮由于有较大的转动惯量。它可以在曲轴增速时吸收部分能量阻碍其转速的增加。也可以在曲轴减速时释放能量增加曲轴的动力。阻碍其减速。这样就提高了曲轴运转的均匀性。即使发动机遇到短暂超负荷的工况。也可以由飞轮释放动力。避免发动机熄火。提高了发动机克服短暂超负荷的能力。
所以。飞轮对于发动机来说是必须存在的。不过不同类型的发动机飞轮的大小。形状是不同的。一般来说。发动机缸数越少。飞轮的尺寸及质量越大。发动机缸数越多。飞轮的尺寸及质量越小。此外。变速箱的型式也会影响飞轮的尺寸及质量。比如手动档车型。由于飞轮需要与离合器片结合。摩擦。所以飞轮尺寸及质量较大。同时还要有克服热衰退的能力；而自动档车型由于有液力变矩器的存在。可以在很大程度上吸收发动机的振动以及平衡曲轴的转速。所以飞轮的尺寸及质量较小。甚至有些车型使用质量 非常小的挠性飞轮。
那么飞轮重量的大小与发动机的动力有关吗？飞轮重量的大小。不会增加或减少发动机的动力输出。但是却可以改变发动机的动力输出特性。如果飞轮质量过大。会导致发动机提速较慢。但是克服超负荷的能力会更强。动力粘滞效应较强；如果飞轮质量较小。发动机提速较快。但是超负荷能力稍差。汽车加减速更顺畅。其实所有发动机的飞轮质量和尺寸。都是综合考虑了各方面的因素。经过精密计算后得出的结果。并且做了严格的动平衡测试。总体性能是非常均衡的。
传统的飞轮。是一个整体零件。可以帮助发动机平稳运行。但是不具备减振功能。发动机的振动会直接传递给传动系统。传动系统的振动也会反馈给发动机。从而影响发动机和传动系统的平稳运行。因此。汽车工程师发明了双质量飞轮。所谓的双质量飞轮。是指将原来的一个飞轮分成两个部分。一部分保留在原来发动机一侧的位置上。起到原来飞轮的作用。用于起动和传递发动机的转动扭矩；另一部分则放置在传动系变速器一侧。用于提高变速器的转动惯量。两部分飞轮之间有一个环型的油腔。在腔内装有弹簧减振器。由弹簧减振器将两部分飞轮连接为一个整体。
双质量飞轮最大的优点是：可以有效降低发动机旋转的不均衡性而造成传动系的扭转振动。在传统的离合器结构中。离合器片上有一个扭转减振器。用来降低离合器结合和转速变化时的扭转振动。但是它无法完美平衡发动机与变速箱在振动。而双质量飞轮一分为二。一是可以减少离合器在接合或分离时的冲击。另一点是可以减少发动机的震动。此外。双质量飞轮本身就有减振功能。所以与它配合的离合器片就不用设置扭转减振器。减小了离合器片的质量和尺寸。
所以。双质量飞轮现在应用越来越多。在传统的双离合变速箱上。一般都使用双质量飞轮来代替液力变矩器；在一些手动变速箱上。采用双质量飞轮可以减去离合器片上的扭转减振器。减小离合器片的转动惯量。让变速箱换挡更顺畅。也可以减轻同步器的负担；此外。在欧洲有很多柴油车。由于柴油机振动大。使用双质量飞轮可以有效的降低发动机的振动。
