首页 > 汽车信息 > 新闻 > 汽车评测 > 正文

早期的发动机为什么要有个大飞轮?

分享到微信朋友圈

打开微信。点击 “ 发现 ” ,
使用 “ 扫一扫 ” 即可将网页分享至朋友圈。

不光是早期发动机要飞轮,现在的发动机同样要飞轮呀。内燃机工作时候,本质是脉冲形式的,而我们对车子的要求是连续运动的,如果没有
早期的发动机为什么要有个大飞轮?

不光是早期发动机要飞轮,现在的发动机同样要飞轮呀。内燃机工作时候,本质是脉冲形式的,而我们对车子的要求是连续运动的,如果没有飞轮,转速波动会非常大,而且在带负载时候估计无法平稳的工作,飞轮可以理解成家里的蓄水池,也可以理解成电路上的电池和电容,储能用了,请关注:容济点火器

发动机之所以要有个,目的就是为了能够更好地存储发动机的运动能量,保证曲轴的平稳运转,就跟陀螺一样,用力旋转一下就能保持相当长时间的转动。陀螺在给它一个初始动力后就能保持较长一段时间的转动。发动机飞轮采用的也正是这种原理,另外飞轮的外圈部分特意做成齿环的形状,和汽车发动机相连,通过起动机带动飞轮旋转,从而启动发动机。

四冲程发动机的工作过程,都是要经过进气,压缩,做功,排气四个行程。拿一般单缸的发动机来说,它只有一个行程做功,其他三个不做功,这样曲轴转两圈却只有180度是在做功的,所以运转不平顺,平稳性差。而飞轮有储存能量的作用,它可以让另外三个不做功的行程转动保持平稳。所以单缸发动机需要一个大的飞轮。而多缸的因为做功行程是相互错开的,所以运转更加平顺些(这也是越多缸的汽车震动越小的原因),飞轮也就更小一点。

飞轮作为一个质量比较大的铸铁惯性圆盘,它能够贮存能量,这些能量用来供给非作功的行程,从而保证发动机曲轴旋转的均匀性和输出扭矩的均匀性。另外借助飞轮本身旋转的惯性力,来克服汽车起动时汽缸中的压缩阻力,从而推动发动机的正常运转。

实际上,从工业革命开始,人们就使用飞轮来储存能量,如蒸汽机。 对飞轮施加一定的扭矩,飞轮就能欢快的飞起来,即使不施加扭矩,也由于惯性,飞轮不会立即马 上停下来。 然而提升飞轮动能的方法有两种,加大飞轮的质量和提高飞轮的旋转速度。F=mv 正如你说,为了能量的连续,所以发动机都要使用飞轮。

早期的发动机为什么要有个大飞轮?

不要说早期的发动机为什么要有个大飞轮,任何时期的发动机都有飞轮、还都不小、重量也不低;飞轮必须要有,因为飞轮承担起了将发动机的力传导出来的作用,再一点就是大而重的飞轮可以储能;其实早在欧洲进行工业革命的时候,就开始利用飞轮进行储能了,比如当年的蒸汽机也是有这个飞轮的!看到很多答友都有提到飞轮储能,那鄙人就简单的说说飞轮是如何储能的!简单点说就是飞轮又大、又重,当发动机燃烧汽油使得曲轴克服掉飞轮的重量致使其旋转,而由于飞轮自身的重量大,一旦旋转起来自身就会具备一定的惯性,而在这时即便收油(简单理解为假设已经不喷油了),飞轮在自身惯性的作用下,还会保持旋转,这样就可以继续将转钜传递给变速箱、最终传递到驱动轴!我们假设发动机不装这么大的飞轮,将飞轮的直径改变成和曲轴的直径一般大小,那么飞轮的重量会大幅度下降,这样当收油时,维持飞轮自转的惯性就会大幅度降低;这会影响什么呢?拿咱们平时开的车为例,咱们现在开的车收油后,在短时间内发动机还能提供一部分力量,不会立刻让车子拖发动机,而将飞轮做小及做轻之后,只要收油,发动机转速瞬间就会大幅度降低、车速也很难维持住!发动机将燃烧汽油产生的力储存在了飞轮之上,因为飞轮克服自身重量转起来了,即便发动机不在继续做功,飞轮也能依靠自身的惯性再继续转上一会,这也就叫储能了!其实根据F=MV这个公式可以更好的理解,公式中的F可以理解成飞轮储存的力、M为飞轮的质量、V为飞轮的转速,在飞轮转速(发动机的转速)一定时,飞轮质量M越大,施加在飞轮上的力F越大,而飞轮上储存的力F也就越多,获得维持自身运转的惯性就越大,这就是民用买菜车飞轮一般都很重的原因!至于飞轮为什么都要做的大一些?这个也是非常容易理解的,因为扭矩。。扭矩=力??力臂,而对于发动机而言,它的力臂就是“飞轮半径”,这么一说就比较容易懂了吧?飞轮半径越大等同于力臂就越长,而扭矩也就越大,如果飞轮太小了导致扭矩的损失就比较大了!在发动机轻量化中有提到飞轮轻量化的例子,但只是降低飞轮重量,但并不缩小飞轮的半径,道理还是一样的,就是防止飞轮的扭矩降低太多!扭矩=F·L、F=MV即可推断出“扭矩=M·V·L,如果在这个公式中同时降低质量M、力臂L的大小,那么扭矩损失非常的严重,也很难保证发动机的稳定运行!所以咱们的民用买菜车通常飞轮都比较大、也很重,但那些赛车采用的都是轻量化飞轮,因为轻量化飞轮相应速度更快,也就是克服飞轮自身重量拉升转速更快,但缺点就是这些轻量化飞轮无法获得足够维持自转的惯性,所以拉转速快、将转速也快,但考虑到赛车都是全程大油门,所以转速的相应高于储能,所以赛用发动机都很费油,因为只能靠不断的给油来维持高转速,但这对于民用买菜车来说就消耗不起了,所以民用车都是用较重的飞轮,虽然让它转起来克服的力更大、损耗的能量更多,可它储能也多,更容易依靠自身惯性来维持发动机稳定运行;最后一点就是,飞轮可以依靠自身的惯性来保证发动机同向运转,而防止发动机出现反转!

不光是早期,现在的汽车发动机依然离不开飞轮,离开飞轮发动机将无法工作。飞轮主要有这几个作用:

1、缓冲,让发动机运转更平稳

发动机运行时是连续转动的,但是从细微方面来看其实动力是间断输出的,因为活塞往复4次做功1次,做功时产生推力,不做功时反而消耗动力,飞轮质量大,惯性更大,所以转动状态更稳定,做功时可以缓冲瞬间的巨大冲击力,保证动力输出的平顺性。

2、帮助活塞运行过上下止点

活塞位于上止点或者下止点时连杆完全垂直于曲轴,这时候连杆的动力是无法传递给曲轴的,需要有外力帮助活塞运行过上下指点让连杆与曲轴之间重新形成夹角才可以继续传递动力,而飞轮转动的惯性就可以轻松胜任。

3、飞轮是发动机动力输出的关键部件

发动机动力最终体现在曲轴的转动上,而曲轴直径很小,我们不能直接利用,所以需要飞轮做中介,曲轴把动力传递给飞轮,离合器系统就安装在飞轮上,这样就可以完美获得发动机的动力。

4、启动的需要

飞轮直径很大,起动机可以轻松驱动飞轮,如果没有飞轮起动机直接驱动曲轴的话就需要更大的起动机,显然这是很不划算的。

储存惯量!

不光是早期的发动机采用的是大飞轮,现在汽车的发动机也是有一个比较大的飞轮呢!今天给学生培训的时候,就说到了飞轮的作用。然后今天详细的给大家解释一下什么是飞轮,为什么发动机要有一个比较大的尺寸的飞轮。

我们都知道汽车的发动机和变速箱中间是靠离合器进行连接的离合器,也可以理解为是一个开关,离合器在结合的时候,发动机和变速箱就有动力的传输,离合器松开的时候发动机和变速箱之间就没有了动力的传输,那么汽车的发动机和离合器接触的地方就是汽车的大飞轮。

一般四冲程发动机,汽车的飞轮连接的直接就是发动机的曲轴,在我们启动的时候汽车的启动机有小齿轮带动发动机的大齿轮,然后由大齿轮带动曲轴进行工作,启动发动机进行正常的四冲程循环。

如果是这一个飞轮的直径比较小,就没有办法储存过多的能量来带动曲轴正常的运转。因为储存的这些能量用来供给非做功的形成,从而保证发动机曲轴的均匀性和输出力矩的均匀性,如果是飞轮过小的话,那么我们动力的输出就不平均。

所以说无论是早期的发动机还是现在的发动机起到储存能量的,无论是柴油发动机还是汽油发动机,汽车的飞轮起到储存能量的作用。

初中物理中教材中,只介绍单缸四冲程内燃机,一个工作循环有吸气、压缩、做功和排气四个冲程组成,活塞往复两次,带动飞轮转动两周(每一个冲程转180°),只有做功冲程燃气推动活塞运动对外做功,带动飞轮转动。完成做功冲程后,由于惯性飞轮保持原来的运动状态,继续转动,进而带动活塞完成排气、吸气、压缩三个冲程,而后就迎来下一个做功冲程。因此飞轮的作用就是将做功冲程获得的能量储存起来,并靠其惯性完成排气、吸气、压缩三个冲程。至于飞轮为什么要大,实质是质量大,惯性大。另外,由于四个冲程(两周)只有一个冲程(180°)做功,转速不均匀,转动势必不太平稳。大飞轮也凭借较大的惯性,使内燃机的转速较为均匀,转动较为平稳。

飞轮这个零件其实不单单是内燃机上有使用,过去的蒸汽机,现在的一些冲压机床上也有使用,飞轮对内燃机来说尤为重要,飞轮的主要作用是储存发动机的动能,由于四冲程发动机工作需要进气,压缩,做功,排气四个过程,曲轴需要旋转720度才能完成一次做功,而在720度的范围内只有燃烧做功的180度发动机是有动能的,所以其他的540度旋转都是依靠飞轮的惯性带动的,如果没有了飞轮发动机在到达再次点火做功以前就停止转动了,这个原理就像是陀螺一样,我们让陀螺旋转起来,陀螺就会依靠惯性自己旋转,有了飞轮还可以让发动机运转更加平稳,而且发动机燃烧做功以后的旋转方向也是依靠飞轮的惯性来完成,在飞轮的外圆上安装齿圈起动机就可以带动发动机启动了,所以说现阶段发动机还是离不开飞轮的。那么飞轮是不是越大越重就越好呢?这个还真不是,飞轮的大小重量都是经过严格的设计的,比如单缸发动机就需要比较大的飞轮才能保证发动机的正常运转和平稳性,因为发动机只有一个气缸,720度的范围内只有一次点火做功,所以就需要比较大比较重的飞轮来配合发动机。而我们多缸发动机就不需要这么大的飞轮了,比如4缸发动机在720度的范围之内,每180度就会有一个气缸点火做功,这样发动机就会有连续的动力旋转,所以多缸发动机的飞轮就小多了,而且飞轮的重量过大还会消耗发动机的动力,降低发动机的加速和反应,所以现在很多车型都是采用的轻量化的飞轮来提高发动机的加速性和反应速度。

简单的说,不是早期的发动机要有个大飞轮,实际上现代的也有一个大飞轮。发动机之所以要有个大飞轮,主要就是因为两个字“惯性”!

实际上发动机是靠惯性来工作的,举个例子,当我们快速奔跑时,前面突然有一个悬崖,此时你就需要迅速停下,否则就会掉进去,可是,如果你跑的速度很快,就会发现不可能立即停下,一定要持续一段距离,这就是惯性起的作用。

我们常见的四冲程发动机实际上每完成一个工作循环,要经历4个冲程(吸气、压缩、燃烧、排气),在整个过程中,曲轴需要旋转两圈,720度,而发动机运转就是由这一个一个循环组成的,而在这四个过程中,只有燃烧一个环节是做功的,其它的3个冲程就需要用这个所谓的“飞轮”来维持旋转,也就是在爆燃周期,推动活塞下行,带动曲轴旋转,同时带动“飞轮”旋转,而其它三个冲程实际上都是由这个飞轮的惯性带动的。就像下图一样,4个冲程有3个是被动的。

而实际上我们常见的发动机是多缸发动机,由多个汽缸在不同的相位做功,这样就可以维持“飞轮”的持续运转了。

如果没有惯性,那么现代的发动机原理就不成立了,平衡轴末端带动一个飞轮,利用惯性带动,就这么简单!

内燃式热机至今仍有「飞轮」·只是不需要很大

名词解释:

  • Flying wheel·飞轮是内燃式热机核心的结构,形状为带有圈齿圈的圆盘型零件;其功能有两种,主要功能是贮存动能达到平稳运行,其次则为离合器传动结构的主动盘。

燃油汽摩装备的发动机均为「四冲程·活塞往复循环式热机」,是内燃机的一种。所谓内燃机指在机体内部的燃烧室里点火做功,以燃烧产生的动能转化为机械能的机器;实现转化的基础是热能推动活塞,活塞推动连杆,连杆将动力传递到曲轴并使其运转。

下图为单缸内燃机运行的概念。

四冲程是什么意思?其实指的是内燃机的四个运行步骤。

  1. 进气喷油·活塞下行
  2. 压缩蒸发·活塞上行
  3. 点火做功·活塞下行
  4. 排气吸气·活塞上行

真正转化动力的是第三步的做功冲程,而每个冲程都需要时间来完成活塞往复运转的动作。那么曲轴获得的动力就必然会是“间断”的,而且缸数越少间隔的时间越长;因为四冲程机的曲轴转两圈才会做功一次,级别最低的直列三缸发动机点火间隔角就是(720÷3=240°),普通的四缸发动机则为180°。

间隔角度越大则动力交替出现的间隔时间越长,反之则会越短;时间差值会影响曲轴的运转稳定性,所以才需要飞轮。

曲轴被活塞推动才能运转,但获得动力只有第三冲程;而即使是四缸发动机也是每隔180°才能获得一次做功产生的推动力,动力并非线性持续的输入到曲轴,那么曲轴的转速也就会“忽快忽慢”。因为作用于曲轴的惯性力会“一下耗尽”,而一个气缸做功时,其他气缸或者是通过曲轴推动活塞上行压缩,或者则是上行排气,亦或者是下行吸气。

这些动作都在损耗曲轴的惯性力,曲轴的转速必然会在做功后减慢,又会在下一次做功时加快;忽快忽慢的转速不仅会影响NVH,同时会影响驾驶的平稳性,不稳定的曲轴磨损也会加大很多。想要让曲轴稳定的运行,只有加上一个“能量贮存器”——也就是飞轮。

飞轮固定在发动机的右侧,与曲轴刚性连接!曲轴转动时飞轮也会以相同的转速运转,或者说飞轮是被曲轴推动运转;而圆形的“大铁盘”的质量会比较大,在被曲轴推动运转时会贮存一定量的转矩,在做功结束并没有开始下一次做功之前的“减速过程中”,飞轮贮存的能量又会被释放出来,从而以“一吸一放”的状态将曲轴转速维持在稳定的标准线上。

这就是飞轮的功能,说白了就像是个“稳定器”“配重块”“减振器”或者是“能量贮存器”;没有飞轮的内燃机运行状态会非常不稳定,所以即使是单缸摩托车也会有小小的飞轮,振动比较大的柴油机会使用很大的飞轮,那么现在汽车的飞轮是大还是小呢?

飞轮越来越小,缸数越多也会越小!

需要飞轮的原因是动力输出并非持续,点火间隔角的大小决定了动力中断与衔接的效率;直列四缸机的是间隔角为180度,这个标准其实并不大了,尤其是很多大缸径的大扭矩发动机动力衔接本就很顺畅。那么用于保持稳定的飞轮也就不用很大,同时有些飞轮还会配备减振器,所以质量可以进一步的降低。

六缸机的间隔角低至120度,动力衔接理论上会更加平顺,所以飞轮的尺寸也会更小一些。

飞轮还有没有其他的功能呢?

手动变速器,AMT电控机械变速器,DCT双离合变速器都将飞轮作为“主动盘”使用;离合器就是在飞轮壳里,飞轮上的摩擦片会带动离合器运转。流程是通过弹簧通过压盘将离合器压片压在飞轮上,利用巨大压力与粗糙的离合器实现足够大的摩擦力,以实现离合器被飞轮带动运转进而输出动力。

液力变矩器也是与飞轮连接,只是连接的方式并不一样罢了。

最后在了解一个知识点:飞轮的齿圈是用于启动内燃机。启动系统的核心包括电瓶、电控和起动电机,启动瞬间是为电机通电,电流在电机内部形成电磁场以推动电机运转,单向离合器推动电机小齿轮与飞轮齿圈结合,从而带动飞轮与曲轴同时运转,开始自行点火做功后则为启动完毕。

所以飞轮虽然是不得不使用的结构,但在使用后又有了其他功能,飞轮是非常重要的结构。

编辑:天和Auto-汽车科学岛

天和MCN授权发布

欢迎转发留言讨论,保留版权保护权利

感谢邀请,松哥在汽车行业从业18年,有过经销商端工作经验,也有整车厂区域管理经验,对售后服务经销商端运营有丰富经验,对保修索赔,保险理赔,保养维护有多年实践经验,可以为车主提供有参考价值的意见,在帮住车主省钱的同时还能在4S店接受优质的服务,喜欢就关注,有问题可以私信!

看到这个问题我吓了一跳,还以为我OUT了。不只是早期的发动机有大飞轮,现在的汽油发动机都有大飞轮,说到大飞轮,那我们来说说汽车的启动系统。

为了使静止的发动机进入工作状态,必须先用外力转动发动机曲轴,使活塞开始上下运动,气缸内吸入可燃混合气,然后依次进入后续的工作循环。而依靠的这个外力系统就是启动系统。这个启动系统最关键的就是启动机。

飞轮作为离合器的一部分,可与离合器压盘结合或分离,与曲轴刚性连接,可以作为发动机正时标记的核对。利用飞轮旋转的惯性,使发动机工作的四个工作循环顺利进行(进气-压缩-工作-排气),发动机起动时,起动电机工作,通过启动机电机上的小齿轮,与飞轮外周的齿圈啮合,带动发动机曲轴旋转,使发动机起动。

也就是说,发动机的启动时依靠大飞轮的,因此发动机设计上必须有大飞轮!

松哥讲武堂,喜欢就关注吧!

标签:汽车评测,飞轮,发动机,曲轴

网友评论: