发动机为什么都要配一个很大很重的飞轮?

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发动机在运转过程中,四冲程发动机,只有做功冲程是燃料做功,其余三个冲程都是在消耗功率,那么他的功率来自哪里?就是靠飞轮的惯性来完成,这就是飞轮的作用,所以,单缸机飞轮比较重,因为其余三个冲程全靠惯性完成,多缸机只需要飞轮惯性完成一到两个冲程就可以,所以飞轮可以适当减重。高速柴油机转速较快,四个冲程用时较短,所以飞轮重量轻也能完成。低速柴油机周期较长,所需惯性也交大,所以飞轮越重,发动机的稳定转速越低,飞轮越轻,稳定转速越高,所以,单缸机飞轮重,转速350转就可以怠速,现在汽车飞轮较轻,怠速800,以前的飞轮较重,汽油车怠速也350转,现在都是高速汽油机,怠速也高。以前12马力单缸机140,双飞轮,怠速几十圈就可以,


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很多时候,我们都发现,柴油机有一个巨大的飞轮,可能很多人都觉得,那个飞轮的作用仅仅是为了可以让皮带更好的挂在上边,其实真相并非如此,飞轮的真正目的是为了储存能量,让发动机能够正常运转!


柴油发动机和汽油的发动机不同,汽油发动机可以没有飞轮,但是柴油机必须有。因为柴油机和汽油机构造不同,柴油机没有火花塞,而汽油机有火花塞,当缸内高温高压不足以点燃汽油时候,可以用火花塞点燃汽油,从而使发动机运转,而柴油机没有这个部件只有一看飞轮了!


说了半天,还是没提到飞轮的作用,下边就给大家介绍一下,通常,柴油机是单缸。气缸只有一个活塞,飞轮链接曲轴,可以使得缸内的活塞做上下往复运动,而柴油机压缩比大,要将喷入缸内的油气混合气体压缩,到达某个临界点,柴油就会自然爆炸,从而使得活塞向上,反应出来的就是柴油机在运转,而将活塞向下压的过程就需要飞轮提供能量了,所以最初启动的时候飞轮是没有运转的,需要人为为他提供一个动力才能发动起来!

这也就是发动机的工作原理,而如今发动机比较先进了,都不用人工去启动,采用蓄电池一键启动,不过,原理还是不变的!


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首先我们先了解一下发动机的基础构造,在来了解,发动机为啥都要配一个很大很重的飞轮

发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机,还是柴油机;无论是四行程发动机,还是二行程发动机;无论是单缸发动机,还是多缸发动机。要完成能量转换,实现工作循环,保证长时间连续正常工作,都必须具备以下一些机构和系统。 (1) 曲柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机实现工作循环,完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中,活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动,通过连杆转换成曲轴的旋转运动,并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中,飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。

(2) 配气机构配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程,定时开启和关闭进气门和排气门,使可燃混合气或空气进入气缸,并使废气从气缸内排出,实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构,一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。

(3) 燃料供给系统汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求,配制出一定数量和浓度的混合气,供入气缸,并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去;柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸,在燃烧室内形成混合气并燃烧,最后将燃烧后的废气排出。

(5) 冷却系统 冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去,保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。

(6) 点火系统在汽油机中,气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的,为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞,火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系,点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。

(7) 起动系统要使发动机由静止状态过渡到工作状态,必须先用外力转动发动机的曲轴,使活塞作往复运动,气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功,推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转,工作循环才能自动进行。因此,曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程,称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置,称为发动机的起动系。

汽油机由以上两大机构和五大系统组成,即由曲柄连杆机构,配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成;柴油机由以上两大机构和四大系统组成,即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成,柴油机是压燃的,不需要点火系!!

发动机的基本构造我们大概了解了接着是发动机为啥都要配一个很大很重的飞轮?

飞轮(flying wheel),转动惯量很大的盘形零件,其作用如同一个能量存储器。对于四冲程发动机来说,每四个活塞行程作功一次,即只有作功行程作功,而排气、进气和压缩三个行程都要消耗功。因此曲轴对外输出的转矩呈周期性变化,曲轴转速也不稳定。为了改善这种状况,在曲轴后端装置飞轮。

在曲轴的动力输出端,也就是连变速箱和连接做功设备的那边。飞轮的主要作用是储存发动机做功冲程外的能量和惯性。四冲程的发动机只有做功一个冲程,吸气、压缩、排气的能量来自飞轮存储的能量。

飞轮具有较大转动惯量。由于发动机各个缸的做功是不连续的,所以发动机转速也是变化的。当发动机转速增高时,飞轮的动能增加,把能量贮蓄起来;当发动机转速降低时,飞轮动能减少,把能量释放出来。飞轮可以用来减少发动机运转过程的速度波动。

装在发动机曲轴后端,具有转动惯性,它的作用是将发动机能量储存起来,克服其他部件的阻力,使曲轴均匀旋转;通过安装在飞轮上的离合器,把发动机和汽车传动连接起来;与起动机接合,便于发动机起动。并且是曲轴位置传感和车速传感的集成处。

  在作功行程中发动机传输给曲轴的能量,除对外输出外,还有部分能量被飞轮吸收,从而使曲轴的转速不会升高很多。在排气、进气和压缩三个行程中,飞轮将其储存的能量放出来补偿这三个行程所消耗的功,从而使曲轴转速不致降低太多。

除此之外,飞轮还有下列功用:飞轮是摩擦式离合器的主动件;在飞轮轮缘上镶嵌有供起动发动机用的飞轮齿圈;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。另外,选车就跟投资一样,选对导师就像选对车一样,有时候选择大于努力,适不适合只有自己知道


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不论是汽油机还是柴油机都需要飞轮,否则发动机将无法运转,飞轮对于发动机至关重要,主要有以下作用:

1、储能,保证发动机能完成各个冲程

上图是四冲程发动机的工作循环,其中进气、压缩、排气冲程都需要消耗能量,只有做功冲程混合气才可以推动活塞输出动力。


其中有两个位置比较尴尬,就是活塞分别位于上止点和下止点的时候,这时候曲轴与连杆以及活塞处于同一条线上,连杆无法推动曲轴转动,这时候飞轮的作用就体现出来了,飞轮有一定的质量,高速旋转时惯性很大,这个惯性力就可以在这两个尴尬位置推动曲轴继续转动,只要曲轴转过这个位置以后连杆就可以把动力重新传递给曲轴了。

2、缓冲,保证动力输出的平顺性

如果把发动机工作过程放慢我们会发现发动机对外做功并不是连续的,而是有间隔的,每个气缸在做功冲程对外做功一次,做功瞬间活塞对曲轴连杆的推力最大,然后减小,这个动力如果直接作用在车轮上就会出现这样的情况:每一次做功车轮就推动车辆前进一次,车辆会抖动着前进。而飞轮可以充分缓冲每一次做功输出的动力,使发动机输出动力尽量平顺。

3、飞轮承担着动力输出转换的作用



像上图的拖拉机,柴油机输出的动力反应在曲轴上,但是曲轴那么细我们直接使用很不方便,因此在飞轮上装上皮带轮就可以通过皮带机构来利用发动机的动力。

还有上图,这是汽车的离合器系统,其中最左侧就是飞轮,压盘固定在飞轮上,离合器片位于两者之间,巧妙的取得了发动机的动力。

4、启动发动机也需要飞轮

飞轮直径很大,起动机可以轻松驱动飞轮外侧齿圈从而带动发动机旋转来启动发动机。如果没有飞轮直接驱动曲轴来启动发动机的话那需要扭矩很大的起动机才能带动。


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并不是说有发动机都要配重质飞轮,飞轮可大、可小,关键在于什么样的用途;一般赛车用的飞轮都是轻质飞轮,因为赛用发动机的一生都在不断的给油中度过,所以它不需要飞轮帮它储能,轻质一些还能减少发动机带动它所需要的能耗,对于赛车的起步有好处,因为赛车基本没有带挡滑行的时候,所以储能对于赛用发动机来说意义不大!



飞轮如何储能?

至于飞轮如何储能,简单点说我们可以联想一下家用的缝纫机,家用缝纫机的飞轮当然是不大,但必须得有;上世纪7、80年代缝纫机可是家庭标配的必需品,几乎家家都有,可能有很多朋友小的时候都玩过;家用缝纫机在使用前我们先回用手带一下飞轮,给飞轮传递一些初始惯量,让我们踩踏板起步更加容易;而我们通过踩踏板将缝纫机的转速拉起来时,飞轮的转速也同步提高,而这时即便我们停止踩踏缝纫机踏板,缝纫机还能在依然旋转的飞轮带动下继续工作一会,这就给咱们的腿脚省了力气(晚上就可以少吃点饭,节省点碳水化合物了),这就叫飞轮储能、可以适当的给我们省一些力气;把场景换到内燃机,道理是完全一样的,缝纫机的飞轮通过自身的惯性为我们节省一些体力、从而减少碳水化合物的摄入,而发动机的飞轮也可以减少活塞上下行时所需克服的阻力、从而减少燃油的消耗;具体场景就是带挡滑行的发动机转速不至于下降过快,还能依靠飞轮自转维持上一阵!


飞轮越重、越好?

还是那句话飞轮可重、可轻,关键看是什么样的用途;上一段说了一些飞轮的好处,我们可以得知飞轮越重、旋转时产生的惯量越大,就可以在失去动力输出源的情况下让机器旋转的更久,那么是不是飞轮越重越好?咱们还用缝纫机的飞轮来解释,家庭用的缝纫机飞轮比较小也很轻(具体几斤几两鄙人也没称过),如果我们现在给缝纫机换上一个达到30斤重的飞轮会怎么样(假设)?结果就是旋转起来的30斤飞轮可以让缝纫机自转时间更长(远长于原装小飞轮的自转时间),当然这是重飞轮带来的好处,可以克服更大的运转阻力;但坏处就是我们让飞轮高速转起来时所花费的力量变大了,您想啊,靠我们的一条腿给30斤重的飞轮加速,累不累?而缝纫机大多数情况下的运行阻力并不大,只要刺穿布料即可,所以咱们用不着这30斤重的飞轮;车子也是一样,飞轮太大的确可以储存更多的动能,但在给飞轮充能的过程中也一定会消耗更多的能量,所以配多重的飞轮往往要结合发动机实际的排量、动力参数、用途来决定!


什么时候用大重量飞轮、什么时候可以用重量较轻的飞轮?

咱们还用缝纫机的例子来解释,缝纫机一般运行阻力不大,所以原装的小飞轮足以,布料一般也不厚,通常不需要太大的力量即可完成刺穿;可将普通布料换成厚厚的毛呢,再用普通的家庭缝纫机就很费力了,因为毛呢太厚给缝纫机的运转阻力太大,可能我们使劲一脚都很难刺穿,由于阻力太大,原装飞轮由于质量较轻、储能少,根本就克服不了缝纫机的运转阻力,所以这个时候就不要指望飞轮能自转维持缝纫机运转了,因为储能太低;同理这个时候上一段那个30斤重大飞轮就派上用场了,只要我们能拼尽全力让30斤大飞轮转起来,它就能克服阻力自转一阵子,依然可以让我们在运转中节省体力,但起步时体力消耗过大,所以飞轮的大小主要看发动机用于什么样的用途,是承担高负荷或低负荷!举一个常见的例子,早期的拖拉机用的柴油机通常只有二十几匹的马力,动力弱还要在农田泥泞中行驶,机器运转阻力很大,可依然可以保证良好的通过性,原因就在于它的飞轮又大、又重(比咱们家用轿车大的多),让这么大的飞轮转起来无疑是很费力,但只要它转起来就能克服掉很多的运行阻力!


总而言之飞轮可重、可轻,关键看是什么样的用途;赛车在赛道上跑,赛道平整,发动机运行阻力很低,所以它就没必要利用飞轮去储存太多的能量,而且大重量在车子起步时还会过多的消耗发动机动能、影响车子的起步,所以赛用飞轮都是轻质的,缺点就是可以储存的能量太少,空油门转速下降很快,所以只能靠不断的给油来维持;而一些越野车所用的飞轮就很重,因为越野车不需要起步快不快,关键在于通过性,发动机在越野穿越各种沟沟坎坎时运转阻力极大,就需要一个能储存更多能量的大质量飞轮来帮助克服阻力;除此之外飞轮还有一个作用就是防止曲轴反转,比如一些柴油机处于压缩冲程活塞上行过程中,活塞还没上行到顶点,柴油却先燃烧了,这股能量很可能将还没到达顶点的活塞给压回去,未到顶点的活塞一旦被压回去就等于曲轴反转了,而有了飞轮就可以避免这种问题,因为旋转的飞轮可以继续带动曲轴旋转、保证活塞可以继续达到顶点,而不会被顶回去,所以飞轮也是保证发动机曲轴一直同方向运转的利器!


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飞轮是为了让活塞下压,压缩油和空气的混合气体。我印象最深的就是以前的柴油机,前边的飞轮质量都是相当的大而且笨重,这样设计是很有科学道理的。


我们都知道,所谓的动力都是由一连串的爆炸产生的,油在气缸内燃烧,推动然后产生气体膨胀现象,推动活塞向上运动,然后对外做工。

发动机都有一个特正,对活塞来说,气体只能够将活塞推上去,但是却没有什么装置能将活塞压下来,所以聪明的人类就想到了用一个大的飞轮储存一些动能,当活塞上去之后,飞轮旋转,通过特殊的装置将飞轮的动力转化为将活塞向下推的推力,这个推力很大,能够将油气混合气体压缩很多,最后火花塞一点火花就能点燃气体。然后又推动活塞向上运动,周而复始,发动机就能够持续不断的做工,不断输出。


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朱博士回答:因为4冲程发动机只有做功冲程对外输出功,其它三个冲程进气、压缩、排气都是消耗功的。飞轮给曲轴增加一个转动惯量,把做功冲程输出功的一部分转化为飞轮的动能储存起来,用于克服其它三个冲程的阻力,从而使发动机的转速波动不至于过大,输出的扭矩更平稳。这是飞轮的储能作用。飞轮还有其它的作用,请您仔细向下看。

下图是单缸机的飞轮转动惯量不同时,输出扭矩的平滑效果。只是一个示意图,可以直观的理解飞轮的作用。

虽然4缸机,每个180度曲轴转角,都有一个气缸做功,但是在做功冲程中,缸内压力不仅不是一个恒定值,而是有剧烈的变化,基本上使在压缩上止点后10度作用,缸内压力达到最大值,然后就是一路下降,所以四缸机的扭矩波动虽然没有单缸机那么剧烈,还是有一定波动的,也必须要用飞轮来对扭矩进行平滑。下图是4缸机的飞轮转动惯量不同时,输出扭矩的平滑效果。

飞轮的转动惯量大一些,会使发动机的输出扭矩更平滑,转速更稳定。但是飞轮的转动惯量也不能太大,惯量大,飞轮的质量也会增大,发动机启动功率需求就会增大,发动机扭矩输出的响应性也会变差。

所以,飞轮设计时,把大部分质量集中在轮缘上,把轮缘做的又宽又厚,以便在较小的飞轮质量下获得较大的转动惯量。

飞轮除了起到储能作用外,还有以下功用:

1、飞轮是摩擦式离合器的主动件;

2、飞轮中心的圆孔还要安装轴承,为变速器的一轴前端提供支撑;

3、飞轮轮缘上镶嵌有供发动机启动用的齿圈,用于和起动机的主动齿轮啮合,为启动发动机提供动力。

4、飞轮上一般标有上止点记号;

飞轮是与曲轴一起进行动平衡,为了保持动平衡后曲轴和飞轮的相对位置,通常采用定位销或不等距的螺栓将飞轮固定在曲轴后端。


朱博士白话发动机


大家好!最近头脑有点迷糊,几天没有回答问题了,今天看到发动机为什么都要配一个很大很重的飞轮的问题后,我就一时兴起,再来小试一把牛刀。
既然说很大很重的飞轮,我们就从飞轮最大最重的单缸发动机说起,就是发动机运行起来有咚咚咚爆破声的那种。众所周知我们目前使用的都是四冲程发动机,即:吸气、压缩、做功、排气四个过程。发动机唯一释放能量的环节在做功环节,而其它三个冲程都是在消耗能量,为了让发动机能够连贯性的运行,就必须得配上一个又大又重的飞轮,在发动机做功环节时积蓄住动能,利用其惯性带着发动机完成其它三冲程工作,如果没有飞轮积蓄动能惯性的话,发动机根本就不能连车。


以前的手摇式发动机如今都已逐步退出了历史舞台,启动机
的应用让发动机变得更加的方便快捷。把飞轮的外圈做成锯齿状安装启动机,能让启动机做到最省力,所以几乎所有的启动机都选择的这种安装方式。
真正两缸以上的发动机,不是专业维修人员和老司机的话,估计好多人都不知道还有飞轮这种玩意,这时候的飞轮都选择了装在机壳里的隐蔽处。汽缸越多的发动机,选择的飞轮越小越轻,毕竟多缸同时做功,发动机本身就可以达到一定的连贯性啦,所以汽缸越多的发动机就越安静、运行越平稳。

当然飞轮的重量和大小也得根据发动机功率合理配备,并不是越大越好,汽缸越少的发动机越需要走惯性,否则发动机就会没力,在发动机吃力的情况下,飞轮过重更容易导致加不起来油门而熄火停车,飞轮的大小也得考虑发动机的承受能力,小了费油,大了怕发动机内部机械强度不够,跑散架啦。


用户5446401805


业余回答下:

1,以单缸机为例,四冲发动机只有一个冲程做功,其它三个冲程得用外力完成,尤其是压缩冲程,外力小了还不行,解决办法就是个大飞轮。比如手扶上的大飞轮。

2,随着缸数增多,飞轮在变小变轻,因为别的冲程可以用其它缸的做功冲程带着走,但是呢,调不好就抖。双缸、三缸机抖是先天性的。

3,理论上四缸以上的发动机可以取消飞轮,因为每个冲程都有一个缸在作功,完全可以去掉飞轮。不过呢,发动机还得考虑一个问题叫曲轴运动方向……气缸做功是从上往下压的,垂直压下来可以往左走也可以往右走对不?这时候飞轮作用就出来了,以飞轮的惯性去稳定发动机曲轴的转动方向。所以,四缸以上的发动机不用圆形的大轮子了,改了个锤子头状的小结构,起到稳定曲轴转向的作用就成,不要求飞轮有多大能量了。

4,科技进步后,如果不改电,随着电子技术发展,以后说不定就会产生没有飞轮的发动机。比如用涡轮取代飞轮,比如用电机取代飞轮等


用户4046357747176



发动机飞轮的主要作用就是储存发动机的能量辅助发动机工作,使发动机运转更平稳,其实飞轮和我们小时候经常玩的陀螺很像,你给他一个力陀螺就会旋转很久,依靠的就是自身的惯性,飞轮也是这个原理
因为四冲程发动机720度
才能完成一次做工,而只有燃烧做工行程的180度有动能,飞轮就把做工的能量储存起来,利用自身的惯性来辅助发动机完成另外3个行程的做工,发动机的气缸数量越少飞轮的质量就越大,发动机的气缸多了就可以降低做工的间隔角度,所以气缸越多发动机也就越平稳,相对来说飞轮的重量也不需要那么大了。

汽车飞轮除了这个作用以外还有启动发动机的作用,在飞轮的外圆安装齿圈以后起动机就可以带动飞轮启动发动机了,但也不是飞轮越重就越好,飞轮如果太重会增加发动机的运行负担,降低发动机的加速性,所以现在的小型车的飞轮都是很轻的。


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