發動機為什麼都要配一個很大很重的飛輪?

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下面由中國智能機械雲來回答:

其實要想明白這個事實,還是得先了解飛輪是什麼,它的作用是什麼。

飛輪是轉動慣量很大的盤形零件,其作用如同一個能量存儲器。其能讓發動機運轉的更平穩,幫助活塞運行過上下止點,同時飛輪也是發動機動力輸出的關鍵部件,此外,其也讓發動機啟動的時候更省力,尤其是那種手搖式啟動的發動機。

看過發動機運轉得視頻和動圖,就會發現發動機活塞運動時,其動力輸出是間歇性的。活塞在氣缸內要經過四個衝程,依次是進氣衝程、壓縮衝程、膨脹衝程和排氣衝程。

像這樣

因為整個過程是一個間歇不連續的過程,活塞往復四次做一次功,做功時產生推力,不做時,要消耗動力,因此,發動機運轉的時候就會不平穩,抖動幅度大,而飛輪的存在,其旋轉後將發動機做功行程中傳輸給曲軸能量的一部分儲存起來,加上飛輪自身的轉動慣量,在很大程度上彌補了發動機活塞運動過程中間歇損耗的動能,讓整個動作,更加的連貫順暢。

這樣就帶動曲柄杆機構輕鬆地越過上、下止點。因為活塞位於上止點或者下止點時連桿完全垂直於曲軸,這樣就無法將動力傳遞給曲軸,所以就需要一個外力去做推動,而這個外力就來自於飛輪的慣性動能和其儲存的能量。

此外就是發動機也需要飛輪將動能傳播出去,反過來,在發動機啟動時,飛輪也能減輕啟動機啟動時的負擔,如果沒有飛輪,啟動機將需要更大的力去啟動發動機。

因此,發動機沒有飛輪,肯定是一個斷了手臂的硬漢。

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不論是汽油機還是柴油機都需要飛輪,否則發動機將無法運轉,飛輪對於發動機至關重要,主要有以下作用:

1、儲能,保證發動機能完成各個衝程

上圖是四衝程發動機的工作循環,其中進氣、壓縮、排氣衝程都需要消耗能量,只有做功衝程混合氣才可以推動活塞輸出動力。

其中有兩個位置比較尷尬,就是活塞分別位於上止點和下止點的時候,這時候曲軸與連桿以及活塞處於同一條線上,連桿無法推動曲軸轉動,這時候飛輪的作用就體現出來了,飛輪有一定的質量,高速旋轉時慣性很大,這個慣性力就可以在這兩個尷尬位置推動曲軸繼續轉動,只要曲軸轉過這個位置以後連桿就可以把動力重新傳遞給曲軸了。

2、緩衝,保證動力輸出的平順性

如果把發動機工作過程放慢我們會發現發動機對外做功並不是連續的,而是有間隔的,每個氣缸在做功衝程對外做功一次,做功瞬間活塞對曲軸連桿的推力最大,然後減小,這個動力如果直接作用在車輪上就會出現這樣的情況:每一次做功車輪就推動車輛前進一次,車輛會抖動著前進。而飛輪可以充分緩衝每一次做功輸出的動力,使發動機輸出動力盡量平順。

3、飛輪承擔著動力輸出轉換的作用

像上圖的拖拉機,柴油機輸出的動力反應在曲軸上,但是曲軸那麼細我們直接使用很不方便,因此在飛輪上裝上皮帶輪就可以通過皮帶機構來利用發動機的動力。

還有上圖,這是汽車的離合器系統,其中最左側就是飛輪,壓盤固定在飛輪上,離合器片位於兩者之間,巧妙的取得了發動機的動力。

4、啟動發動機也需要飛輪

飛輪直徑很大,起動機可以輕鬆驅動飛輪外側齒圈從而帶動發動機旋轉來啟動發動機。如果沒有飛輪直接驅動曲軸來啟動發動機的話那需要扭矩很大的起動機才能帶動。


愛車大家說


很多時候,我們都發現,柴油機有一個巨大的飛輪,可能很多人都覺得,那個飛輪的作用僅僅是為了可以讓皮帶更好的掛在上邊,其實真相併非如此,飛輪的真正目的是為了儲存能量,讓發動機能夠正常運轉!

柴油發動機和汽油的發動機不同,汽油發動機可以沒有飛輪,但是柴油機必須有。因為柴油機和汽油機構造不同,柴油機沒有火花塞,而汽油機有火花塞,當缸內高溫高壓不足以點燃汽油時候,可以用火花塞點燃汽油,從而使發動機運轉,而柴油機沒有這個部件只有一看飛輪了!



說了半天,還是沒提到飛輪的作用,下邊就給大家介紹一下,通常,柴油機是單缸。氣缸只有一個活塞,飛輪鏈接曲軸,可以使得缸內的活塞做上下往復運動,而柴油機壓縮比大,要將噴入缸內的油氣混合氣體壓縮,到達某個臨界點,柴油就會自然爆炸,從而使得活塞向上,反應出來的就是柴油機在運轉,而將活塞向下壓的過程就需要飛輪提供能量了,所以最初啟動的時候飛輪是沒有運轉的,需要人為為他提供一個動力才能發動起來!


這也就是發動機的工作原理,而如今發動機比較先進了,都不用人工去啟動,採用蓄電池一鍵啟動,不過,原理還是不變的!


TT百怪千奇


並不是說有發動機都要配重質飛輪,飛輪可大、可小,關鍵在於什麼樣的用途;一般賽車用的飛輪都是輕質飛輪,因為賽用發動機的一生都在不斷的給油中度過,所以它不需要飛輪幫它儲能,輕質一些還能減少發動機帶動它所需要的能耗,對於賽車的起步有好處,因為賽車基本沒有帶擋滑行的時候,所以儲能對於賽用發動機來說意義不大!



飛輪如何儲能?

至於飛輪如何儲能,簡單點說我們可以聯想一下家用的縫紉機,家用縫紉機的飛輪當然是不大,但必須得有;上世紀7、80年代縫紉機可是家庭標配的必需品,幾乎家家都有,可能有很多朋友小的時候都玩過;家用縫紉機在使用前我們先回用手帶一下飛輪,給飛輪傳遞一些初始慣量,讓我們踩踏板起步更加容易;而我們通過踩踏板將縫紉機的轉速拉起來時,飛輪的轉速也同步提高,而這時即便我們停止踩踏縫紉機踏板,縫紉機還能在依然旋轉的飛輪帶動下繼續工作一會,這就給咱們的腿腳省了力氣(晚上就可以少吃點飯,節省點碳水化合物了),這就叫飛輪儲能、可以適當的給我們省一些力氣;把場景換到內燃機,道理是完全一樣的,縫紉機的飛輪通過自身的慣性為我們節省一些體力、從而減少碳水化合物的攝入,而發動機的飛輪也可以減少活塞上下行時所需克服的阻力、從而減少燃油的消耗;具體場景就是帶擋滑行的發動機轉速不至於下降過快,還能依靠飛輪自轉維持上一陣!



飛輪越重、越好?

還是那句話飛輪可重、可輕,關鍵看是什麼樣的用途;上一段說了一些飛輪的好處,我們可以得知飛輪越重、旋轉時產生的慣量越大,就可以在失去動力輸出源的情況下讓機器旋轉的更久,那麼是不是飛輪越重越好?咱們還用縫紉機的飛輪來解釋,家庭用的縫紉機飛輪比較小也很輕(具體幾斤幾兩鄙人也沒稱過),如果我們現在給縫紉機換上一個達到30斤重的飛輪會怎麼樣(假設)?結果就是旋轉起來的30斤飛輪可以讓縫紉機自轉時間更長(遠長於原裝小飛輪的自轉時間),當然這是重飛輪帶來的好處,可以克服更大的運轉阻力;但壞處就是我們讓飛輪高速轉起來時所花費的力量變大了,您想啊,靠我們的一條腿給30斤重的飛輪加速,累不累?而縫紉機大多數情況下的運行阻力並不大,只要刺穿布料即可,所以咱們用不著這30斤重的飛輪;車子也是一樣,飛輪太大的確可以儲存更多的動能,但在給飛輪充能的過程中也一定會消耗更多的能量,所以配多重的飛輪往往要結合發動機實際的排量、動力參數、用途來決定!



什麼時候用大重量飛輪、什麼時候可以用重量較輕的飛輪?

咱們還用縫紉機的例子來解釋,縫紉機一般運行阻力不大,所以原裝的小飛輪足以,布料一般也不厚,通常不需要太大的力量即可完成刺穿;可將普通布料換成厚厚的毛呢,再用普通的家庭縫紉機就很費力了,因為毛呢太厚給縫紉機的運轉阻力太大,可能我們使勁一腳都很難刺穿,由於阻力太大,原裝飛輪由於質量較輕、儲能少,根本就克服不了縫紉機的運轉阻力,所以這個時候就不要指望飛輪能自轉維持縫紉機運轉了,因為儲能太低;同理這個時候上一段那個30斤重大飛輪就派上用場了,只要我們能拼盡全力讓30斤大飛輪轉起來,它就能克服阻力自轉一陣子,依然可以讓我們在運轉中節省體力,但起步時體力消耗過大,所以飛輪的大小主要看發動機用於什麼樣的用途,是承擔高負荷或低負荷!舉一個常見的例子,早期的拖拉機用的柴油機通常只有二十幾匹的馬力,動力弱還要在農田泥濘中行駛,機器運轉阻力很大,可依然可以保證良好的通過性,原因就在於它的飛輪又大、又重(比咱們家用轎車大的多),讓這麼大的飛輪轉起來無疑是很費力,但只要它轉起來就能克服掉很多的運行阻力!


總而言之飛輪可重、可輕,關鍵看是什麼樣的用途;賽車在賽道上跑,賽道平整,發動機運行阻力很低,所以它就沒必要利用飛輪去儲存太多的能量,而且大重量在車子起步時還會過多的消耗發動機動能、影響車子的起步,所以賽用飛輪都是輕質的,缺點就是可以儲存的能量太少,空油門轉速下降很快,所以只能靠不斷的給油來維持;而一些越野車所用的飛輪就很重,因為越野車不需要起步快不快,關鍵在於通過性,發動機在越野穿越各種溝溝坎坎時運轉阻力極大,就需要一個能儲存更多能量的大質量飛輪來幫助克服阻力;除此之外飛輪還有一個作用就是防止曲軸反轉,比如一些柴油機處於壓縮衝程活塞上行過程中,活塞還沒上行到頂點,柴油卻先燃燒了,這股能量很可能將還沒到達頂點的活塞給壓回去,未到頂點的活塞一旦被壓回去就等於曲軸反轉了,而有了飛輪就可以避免這種問題,因為旋轉的飛輪可以繼續帶動曲軸旋轉、保證活塞可以繼續達到頂點,而不會被頂回去,所以飛輪也是保證發動機曲軸一直同方向運轉的利器!


非專業車評


首先我們先了解一下發動機的基礎構造,在來了解,發動機為啥都要配一個很大很重的飛輪?

發動機是一種由許多機構和系統組成的複雜機器。無論是汽油機,還是柴油機;無論是四行程發動機,還是二行程發動機;無論是單缸發動機,還是多缸發動機。要完成能量轉換,實現工作循環,保證長時間連續正常工作,都必須具備以下一些機構和系統。 (1) 曲柄連桿機構曲柄連桿機構是發動機實現工作循環,完成能量轉換的主要運動零件。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。在作功行程中,活塞承受燃氣壓力在氣缸內作直線運動,通過連桿轉換成曲軸的旋轉運動,並從曲軸對外輸出動力。而在進氣、壓縮和排氣行程中,飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉運動轉化成活塞的直線運動。

(2) 配氣機構配氣機構的功用是根據發動機的工作順序和工作過程,定時開啟和關閉進氣門和排氣門,使可燃混合氣或空氣進入氣缸,並使廢氣從氣缸內排出,實現換氣過程。配氣機構大多采用頂置氣門式配氣機構,一般由氣門組、氣門傳動組和氣門驅動組組成。

(3) 燃料供給系統汽油機燃料供給系的功用是根據發動機的要求,配製出一定數量和濃度的混合氣,供入氣缸,並將燃燒後的廢氣從氣缸內排出到大氣中去;柴油機燃料供給系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸,在燃燒室內形成混合氣並燃燒,最後將燃燒後的廢氣排出。

(5) 冷卻系統 冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發出去,保證發動機在最適宜的溫度狀態下工作。水冷發動機的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風扇、水箱、節溫器等組成。

(6) 點火系統在汽油機中,氣缸內的可燃混合氣是靠電火花點燃的,為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞,火花塞頭部伸入燃燒室內。能夠按時在火花塞電極間產生電火花的全部設備稱為點火系,點火系通常由蓄電池、發電機、分電器、點火線圈和火花塞等組成。

(7) 起動系統要使發動機由靜止狀態過渡到工作狀態,必須先用外力轉動發動機的曲軸,使活塞作往復運動,氣缸內的可燃混合氣燃燒膨脹作功,推動活塞向下運動使曲軸旋轉。發動機才能自行運轉,工作循環才能自動進行。因此,曲軸在外力作用下開始轉動到發動機開始自動地怠速運轉的全過程,稱為發動機的起動。完成起動過程所需的裝置,稱為發動機的起動系。

汽油機由以上兩大機構和五大系統組成,即由曲柄連桿機構,配氣機構、燃料供給系、潤滑系、冷卻系、點火系和起動系組成;柴油機由以上兩大機構和四大系統組成,即由曲柄連桿機構、配氣機構、燃料供給系、潤滑系、冷卻系和起動系組成,柴油機是壓燃的,不需要點火系!!

發動機的基本構造我們大概瞭解了接著是發動機為啥都要配一個很大很重的飛輪?

飛輪(flying wheel),轉動慣量很大的盤形零件,其作用如同一個能量存儲器。對於四衝程發動機來說,每四個活塞行程作功一次,即只有作功行程作功,而排氣、進氣和壓縮三個行程都要消耗功。因此曲軸對外輸出的轉矩呈週期性變化,曲軸轉速也不穩定。為了改善這種狀況,在曲軸後端裝置飛輪。

在曲軸的動力輸出端,也就是連變速箱和連接做功設備的那邊。飛輪的主要作用是儲存發動機做功衝程外的能量和慣性。四衝程的發動機只有做功一個衝程,吸氣、壓縮、排氣的能量來自飛輪存儲的能量。

飛輪具有較大轉動慣量。由於發動機各個缸的做功是不連續的,所以發動機轉速也是變化的。當發動機轉速增高時,飛輪的動能增加,把能量貯蓄起來;當發動機轉速降低時,飛輪動能減少,把能量釋放出來。飛輪可以用來減少發動機運轉過程的速度波動。

裝在發動機曲軸後端,具有轉動慣性,它的作用是將發動機能量儲存起來,克服其他部件的阻力,使曲軸均勻旋轉;通過安裝在飛輪上的離合器,把發動機和汽車傳動連接起來;與起動機接合,便於發動機起動。並且是曲軸位置傳感和車速傳感的集成處。

  在作功行程中發動機傳輸給曲軸的能量,除對外輸出外,還有部分能量被飛輪吸收,從而使曲軸的轉速不會升高很多。在排氣、進氣和壓縮三個行程中,飛輪將其儲存的能量放出來補償這三個行程所消耗的功,從而使曲軸轉速不致降低太多。

除此之外,飛輪還有下列功用:飛輪是摩擦式離合器的主動件;在飛輪輪緣上鑲嵌有供起動發動機用的飛輪齒圈;在飛輪上還刻有上止點記號,用來校準點火定時或噴油定時,以及調整氣門間隙。另外,選車就跟投資一樣,選對導師就像選對車一樣,有時候選擇大於努力,適不適合只有自己知道


愛做夢的中國聰


飛輪是為了讓活塞下壓,壓縮油和空氣的混合氣體。我印象最深的就是以前的柴油機,前邊的飛輪質量都是相當的大而且笨重,這樣設計是很有科學道理的。

我們都知道,所謂的動力都是由一連串的爆炸產生的,油在氣缸內燃燒,推動然後產生氣體膨脹現象,推動活塞向上運動,然後對外做工。

發動機都有一個特正,對活塞來說,氣體只能夠將活塞推上去,但是卻沒有什麼裝置能將活塞壓下來,所以聰明的人類就想到了用一個大的飛輪儲存一些動能,當活塞上去之後,飛輪旋轉,通過特殊的裝置將飛輪的動力轉化為將活塞向下推的推力,這個推力很大,能夠將油氣混合氣體壓縮很多,最後火花塞一點火花就能點燃氣體。然後又推動活塞向上運動,週而復始,發動機就能夠持續不斷的做工,不斷輸出。


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朱博士回答:因為4衝程發動機只有做功衝程對外輸出功,其它三個衝程進氣、壓縮、排氣都是消耗功的。飛輪給曲軸增加一個轉動慣量,把做功衝程輸出功的一部分轉化為飛輪的動能儲存起來,用於克服其它三個衝程的阻力,從而使發動機的轉速波動不至於過大,輸出的扭矩更平穩。這是飛輪的儲能作用。飛輪還有其它的作用,請您仔細向下看。

下圖是單缸機的飛輪轉動慣量不同時,輸出扭矩的平滑效果。只是一個示意圖,可以直觀的理解飛輪的作用。

雖然4缸機,每個180度曲軸轉角,都有一個氣缸做功,但是在做功衝程中,缸內壓力不僅不是一個恆定值,而是有劇烈的變化,基本上使在壓縮上止點後10度作用,缸內壓力達到最大值,然後就是一路下降,所以四缸機的扭矩波動雖然沒有單缸機那麼劇烈,還是有一定波動的,也必須要用飛輪來對扭矩進行平滑。下圖是4缸機的飛輪轉動慣量不同時,輸出扭矩的平滑效果。

飛輪的轉動慣量大一些,會使發動機的輸出扭矩更平滑,轉速更穩定。但是飛輪的轉動慣量也不能太大,慣量大,飛輪的質量也會增大,發動機啟動功率需求就會增大,發動機扭矩輸出的響應性也會變差。

所以,飛輪設計時,把大部分質量集中在輪緣上,把輪緣做的又寬又厚,以便在較小的飛輪質量下獲得較大的轉動慣量。

飛輪除了起到儲能作用外,還有以下功用:

1、飛輪是摩擦式離合器的主動件;

2、飛輪中心的圓孔還要安裝軸承,為變速器的一軸前端提供支撐;

3、飛輪輪緣上鑲嵌有供發動機啟動用的齒圈,用於和起動機的主動齒輪齧合,為啟動發動機提供動力。

4、飛輪上一般標有上止點記號;

飛輪是與曲軸一起進行動平衡,為了保持動平衡後曲軸和飛輪的相對位置,通常採用定位銷或不等距的螺栓將飛輪固定在曲軸後端。


朱博士白話發動機


大家好!最近頭腦有點迷糊,幾天沒有回答問題了,今天看到發動機為什麼都要配一個很大很重的飛輪的問題後,我就一時興起,再來小試一把牛刀。
既然說很大很重的飛輪,我們就從飛輪最大最重的單缸發動機說起,就是發動機運行起來有咚咚咚爆破聲的那種。眾所周知我們目前使用的都是四衝程發動機,即:吸氣、壓縮、做功、排氣四個過程。發動機唯一釋放能量的環節在做功環節,而其它三個衝程都是在消耗能量,為了讓發動機能夠連貫性的運行,就必須得配上一個又大又重的飛輪,在發動機做功環節時積蓄住動能,利用其慣性帶著發動機完成其它三衝程工作,如果沒有飛輪積蓄動能慣性的話,發動機根本就不能連車。


以前的手搖式發動機如今都已逐步退出了歷史舞臺,啟動機
的應用讓發動機變得更加的方便快捷。把飛輪的外圈做成鋸齒狀安裝啟動機,能讓啟動機做到最省力,所以幾乎所有的啟動機都選擇的這種安裝方式。
真正兩缸以上的發動機,不是專業維修人員和老司機的話,估計好多人都不知道還有飛輪這種玩意,這時候的飛輪都選擇了裝在機殼裡的隱蔽處。汽缸越多的發動機,選擇的飛輪越小越輕,畢竟多缸同時做功,發動機本身就可以達到一定的連貫性啦,所以汽缸越多的發動機就越安靜、運行越平穩。

當然飛輪的重量和大小也得根據發動機功率合理配備,並不是越大越好,汽缸越少的發動機越需要走慣性,否則發動機就會沒力,在發動機吃力的情況下,飛輪過重更容易導致加不起來油門而熄火停車,飛輪的大小也得考慮發動機的承受能力,小了費油,大了怕發動機內部機械強度不夠,跑散架啦。


用戶5446401805


業餘回答下:

1,以單缸機為例,四衝發動機只有一個衝程做功,其它三個衝程得用外力完成,尤其是壓縮衝程,外力小了還不行,解決辦法就是個大飛輪。比如手扶上的大飛輪。

2,隨著缸數增多,飛輪在變小變輕,因為別的衝程可以用其它缸的做功衝程帶著走,但是呢,調不好就抖。雙缸、三缸機抖是先天性的。

3,理論上四缸以上的發動機可以取消飛輪,因為每個衝程都有一個缸在作功,完全可以去掉飛輪。不過呢,發動機還得考慮一個問題叫曲軸運動方向……氣缸做功是從上往下壓的,垂直壓下來可以往左走也可以往右走對不?這時候飛輪作用就出來了,以飛輪的慣性去穩定發動機曲軸的轉動方向。所以,四缸以上的發動機不用圓形的大輪子了,改了個錘子頭狀的小結構,起到穩定曲軸轉向的作用就成,不要求飛輪有多大能量了。

4,科技進步後,如果不改電,隨著電子技術發展,以後說不定就會產生沒有飛輪的發動機。比如用渦輪取代飛輪,比如用電機取代飛輪等


用戶4046357747176


真扯淡!什麼賽車什麼亂七八糟一通,真的跟很懂似的。四衝程發動機只有一個衝程做功,其他三個衝程都是耗能的,如果其他三個衝程沒有額外的動力提供,就得靠做功衝程順便帶動飛輪儲能,然後由飛輪帶動玩成其他三個衝程,所以四衝程單缸就必須有飛輪,比如常見的那種拖拉機頭,還有些小舢板用的十二匹機等等。當缸數增加的時候,可以把做功衝程錯開,這樣汽缸之間能夠交替做功,總會有至少一個汽缸做功去推動其他汽缸的非做功衝程,所以多汽缸發動機能夠不用飛輪。雙缸發動機要要考慮曲軸死點,所以通常情況要飛輪帶著連續運轉,此時輕質飛輪就夠了。三缸及以上的時候,理論上就可以完全不用飛輪。


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