曲軸飛輪組機構結構圖
飛輪（flying wheel），轉動慣量很大的盤形零件，其作用如同乙個能量儲存器。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。
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。因為四衝程發動機720度才能完成一次做工，而只有燃燒做工行程的180度有動能，飛輪就把做工的能量儲存起來，利用自身的慣性來輔助發動機完成另外3個行程的做工，發動機的氣缸數量越少飛輪的質量就越大，發動機的氣缸多了就可以降低做工的間隔角度，所以氣缸越多發動機也就越平穩，相對來說飛輪的重量也不需要那麼大了。
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、在啟動時，起動機通過與飛輪上的齒圈嚙合，帶動曲軸轉動，實現發動機的啟動。
2、為使飛輪既具有較大的轉動慣量，質量又要盡可能小，飛輪的質量多集中在輪緣上。多缸機的飛輪應與曲軸一起進行動平衡，否則在旋轉時會因為質量不平衡而產生離心力將加劇發動機的振動，加大主軸承的磨損。為了在拆裝時不破壞它們的平衡狀態，飛輪與曲軸之間有嚴格的相對位置，一般用定位銷或不對稱布置螺栓給予保證。在使用自動變速箱的車輛上，由於液力變矩器本身有較大的轉動慣量，飛輪僅起連線發動機和變速箱的作用，這時飛輪簡化為在乙個柔性鋼板上安裝有啟動齒圈的柔性連線盤。
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。
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