名詞解釋:

Flying wheel·飛輪是內燃式熱機核心的結構,形狀為帶有圈齒圈的圓盤型零件;其功能有兩種,主要功能是貯存動能達到平穩執行,其次則為離合器傳動結構的主動盤。

燃油汽摩裝備的發動機均為「四衝程·活塞往復迴圈式熱機」,是內燃機的一種。所謂內燃機指在機體內部的燃燒室裡點火做功,以燃燒產生的動能轉化為機械能的機器;實現轉化的基礎是熱能推動活塞,活塞推動連桿,連桿將動力傳遞到曲軸並使其運轉。

下圖為單缸內燃機執行的概念。

四衝程是什麼意思?其實指的是內燃機的四個執行步驟。

進氣噴油·活塞下行

壓縮蒸發·活塞上行

點火做功·活塞下行

排氣吸氣·活塞上行

真正轉化動力的是第三步的做功衝程,而每個衝程都需要時間來完成活塞往復運轉的動作。那麼曲軸獲得的動力就必然會是“間斷”的,而且缸數越少間隔的時間越長;因為四衝程機的曲軸轉兩圈才會做功一次,級別最低的直列三缸發動機點火間隔角就是(720÷3=240°),普通的四缸發動機則為180°。

間隔角度越大則動力交替出現的間隔時間越長,反之則會越短;時間差值會影響曲軸的運轉穩定性,所以才需要飛輪。

曲軸被活塞推動才能運轉,但獲得動力只有第三衝程;而即使是四缸發動機也是每隔180°才能獲得一次做功產生的推動力,動力並非線性持續的輸入到曲軸,那麼曲軸的轉速也就會“忽快忽慢”。因為作用於曲軸的慣性力會“一下耗盡”,而一個氣缸做功時,其他氣缸或者是透過曲軸推動活塞上行壓縮,或者則是上行排氣,亦或者是下行吸氣。

這些動作都在損耗曲軸的慣性力,曲軸的轉速必然會在做功後減慢,又會在下一次做功時加快;忽快忽慢的轉速不僅會影響NVH,同時會影響駕駛的平穩性,不穩定的曲軸磨損也會加大很多。想要讓曲軸穩定的執行,只有加上一個“能量貯存器”——也就是飛輪。

飛輪固定在發動機的右側,與曲軸剛性連線!曲軸轉動時飛輪也會以相同的轉速運轉,或者說飛輪是被曲軸推動運轉;而圓形的“大鐵盤”的質量會比較大,在被曲軸推動運轉時會貯存一定量的轉矩,在做功結束並沒有開始下一次做功之前的“減速過程中”,飛輪貯存的能量又會被釋放出來,從而以“一吸一放”的狀態將曲軸轉速維持在穩定的標準線上。

這就是飛輪的功能,說白了就像是個“穩定器”“配重塊”“減振器”或者是“能量貯存器”;沒有飛輪的內燃機執行狀態會非常不穩定,所以即使是單缸摩托車也會有小小的飛輪,振動比較大的柴油機會使用很大的飛輪,那麼現在汽車的飛輪是大還是小呢?

飛輪越來越小,缸數越多也會越小!

需要飛輪的原因是動力輸出並非持續,點火間隔角的大小決定了動力中斷與銜接的效率;直列四缸機的是間隔角為180度,這個標準其實並不大了,尤其是很多大缸徑的大扭矩發動機動力銜接本就很順暢。那麼用於保持穩定的飛輪也就不用很大,同時有些飛輪還會配備減振器,所以質量可以進一步的降低。

六缸機的間隔角低至120度,動力銜接理論上會更加平順,所以飛輪的尺寸也會更小一些。

飛輪還有沒有其他的功能呢?

手動變速器,AMT電控機械變速器,DCT雙離合變速器都將飛輪作為“主動盤”使用;離合器就是在飛輪殼裡,飛輪上的摩擦片會帶動離合器運轉。流程是透過彈簧透過壓盤將離合器壓片壓在飛輪上,利用巨大壓力與粗糙的離合器實現足夠大的摩擦力,以實現離合器被飛輪帶動運轉進而輸出動力。

液力變矩器也是與飛輪連線,只是連線的方式並不一樣罷了。

最後在瞭解一個知識點:飛輪的齒圈是用於啟動內燃機。啟動系統的核心包括電瓶、電控和起動電機,啟動瞬間是為電機通電,電流在電機內部形成電磁場以推動電機運轉,單向離合器推動電機小齒輪與飛輪齒圈結合,從而帶動飛輪與曲軸同時運轉,開始自行點火做功後則為啟動完畢。

所以飛輪雖然是不得不使用的結構,但在使用後又有了其他功能,飛輪是非常重要的結構。