汽車飛輪—汽車飛輪壞了是什么原因造成的

問大家一個(gè)問題，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為什么能夠平穩(wěn)、持續(xù)的運(yùn)行呢？我想大家一定會(huì)說發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)校的好，曲軸動(dòng)平衡，燃油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)工作正常，多缸發(fā)動(dòng)機(jī)做功重疊，等等。但是很多人都會(huì)忽略一個(gè)非常重要的因素，那就是發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的作用。

很多人可能不知道發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪是什么，在哪里。如果我告訴你它安裝在曲軸的末端，你可能也不太容易理解。但是我告訴你一件事，你就應(yīng)該知道飛輪在哪里了。我們的汽車在啟動(dòng)時(shí)，需要起動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，然后才能啟動(dòng)。這個(gè)起動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的就是飛輪，只要找到了起動(dòng)機(jī)，就找到飛輪了。汽車在啟動(dòng)時(shí)，起動(dòng)機(jī)通電運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪上的齒圈相嚙合，然后起動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，飛輪帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)就運(yùn)轉(zhuǎn)起來了。所以，飛輪是發(fā)動(dòng)機(jī)的組件之一，它與曲軸組裝在一起，是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出元件。

飛輪的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，就是一個(gè)鑄鐵圓盤，具有很大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。為了在同樣質(zhì)量下增大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，一般飛輪的邊緣做的比較厚。在飛輪邊緣部位一般鑲有齒圈，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)與起動(dòng)機(jī)齒輪嚙合，帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。在飛輪的中心部位有幾個(gè)螺絲孔，通過螺栓與曲軸組合為一體。飛輪的一面是平整的平面，與離合器片接觸，另一面是特殊的形狀，與曲軸連接在一起。

那么飛輪都有什么作用呢？前面說了，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)需要用到飛輪，但是啟動(dòng)僅僅是飛輪的功能之一。現(xiàn)在有些搭載48V輕混系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，在啟動(dòng)時(shí)直接驅(qū)動(dòng)曲軸前端，已經(jīng)不需要驅(qū)動(dòng)飛輪了。其實(shí)飛輪還有更重要的的作用，那就是通過儲(chǔ)存和釋放能量，來提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的均勻性，以及改善發(fā)動(dòng)機(jī)克服短暫超負(fù)荷的能力，同時(shí)飛輪還是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出元件，通過它將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給離合器或者液力變矩器。此外，在飛輪上還刻有上止點(diǎn)記號(hào)，用來校準(zhǔn)點(diǎn)火定時(shí)或噴油定時(shí)以及調(diào)整氣門間隙。

那么發(fā)動(dòng)機(jī)為什么要有飛輪呢？這就要從發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理說起了。現(xiàn)在汽車上普遍使用的是往復(fù)活塞式四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)每四個(gè)活塞沖程作功一次，但是在整個(gè)工作循環(huán)中，只有做功沖程產(chǎn)生動(dòng)力，其它的進(jìn)氣、壓縮以及排氣沖程都是要消耗動(dòng)力的。如果沒有飛輪，發(fā)動(dòng)機(jī)做功沖程產(chǎn)生的動(dòng)力全部對(duì)外輸出，就沒有多余的動(dòng)力來克服進(jìn)氣、壓縮以及排氣沖程消耗的功了，發(fā)動(dòng)機(jī)就無法持續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)下去。即使是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)間隔做功，曲軸的運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)極不均勻，轉(zhuǎn)速忽高忽低，稍有阻力發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)熄火，很難持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

而飛輪是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大的盤形零件，其作用如同一個(gè)能量存儲(chǔ)器。在作功沖程中發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的能量，除對(duì)外輸出外，還有部分被飛輪吸收，然后在進(jìn)氣、壓縮以及排氣沖程中釋放出來，補(bǔ)償這三個(gè)行程所消耗的功，使曲軸能夠克服阻力，繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)就可以持續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)下去，不會(huì)因其它三個(gè)沖程消耗能量而熄火。此外還有一點(diǎn)，就是活塞位于上止點(diǎn)或者下止點(diǎn)時(shí)，連桿是完全垂直于曲軸，這時(shí)候連桿的動(dòng)力是無法傳遞給曲軸的，也就是說“卡”住了。而飛輪巨大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以幫助活塞順利越過上下止點(diǎn)，讓連桿與曲軸之間重新形成夾角，繼續(xù)傳遞動(dòng)力，避免發(fā)動(dòng)機(jī)“卡死”。

此外，由于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)是間隔做功的，所以曲軸會(huì)受到周期性變化的扭力，曲軸的運(yùn)轉(zhuǎn)也是忽快忽慢，轉(zhuǎn)速忽高忽低，缸數(shù)越少的車，這種現(xiàn)象越明顯，這樣會(huì)導(dǎo)致汽車極難駕駛。而飛輪由于有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，它可以在曲軸增速時(shí)吸收部分能量阻礙其轉(zhuǎn)速的增加，也可以在曲軸減速時(shí)釋放能量增加曲軸的動(dòng)力，阻礙其減速，這樣就提高了曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)的均勻性。即使發(fā)動(dòng)機(jī)遇到短暫超負(fù)荷的工況，也可以由飛輪釋放動(dòng)力，避免發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)克服短暫超負(fù)荷的能力。

所以，飛輪對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來說是必須存在的，不過不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的大小、形狀是不同的。一般來說，發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)越少，飛輪的尺寸及質(zhì)量越大，發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)越多，飛輪的尺寸及質(zhì)量越小。此外，變速箱的型式也會(huì)影響飛輪的尺寸及質(zhì)量，比如手動(dòng)檔車型，由于飛輪需要與離合器片結(jié)合、摩擦，所以飛輪尺寸及質(zhì)量較大，同時(shí)還要有克服熱衰退的能力；而自動(dòng)檔車型由于有液力變矩器的存在，可以在很大程度上吸收發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)以及平衡曲軸的轉(zhuǎn)速，所以飛輪的尺寸及質(zhì)量較小，甚至有些車型使用質(zhì)量 非常小的撓性飛輪。

那么飛輪重量的大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力有關(guān)嗎？飛輪重量的大小，不會(huì)增加或減少發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出，但是卻可以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出特性。如果飛輪質(zhì)量過大，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)提速較慢，但是克服超負(fù)荷的能力會(huì)更強(qiáng)，動(dòng)力粘滯效應(yīng)較強(qiáng)；如果飛輪質(zhì)量較小，發(fā)動(dòng)機(jī)提速較快，但是超負(fù)荷能力稍差，汽車加減速更順暢。其實(shí)所有發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪質(zhì)量和尺寸，都是綜合考慮了各方面的因素，經(jīng)過精密計(jì)算后得出的結(jié)果，并且做了嚴(yán)格的動(dòng)平衡測(cè)試，總體性能是非常均衡的。

傳統(tǒng)的飛輪，是一個(gè)整體零件，可以幫助發(fā)動(dòng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，但是不具備減振功能，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)會(huì)直接傳遞給傳動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)也會(huì)反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。因此，汽車工程師發(fā)明了雙質(zhì)量飛輪。所謂的雙質(zhì)量飛輪，是指將原來的一個(gè)飛輪分成兩個(gè)部分，一部分保留在原來發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)的位置上，起到原來飛輪的作用，用于起動(dòng)和傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩；另一部分則放置在傳動(dòng)系變速器一側(cè)，用于提高變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。兩部分飛輪之間有一個(gè)環(huán)型的油腔，在腔內(nèi)裝有彈簧減振器，由彈簧減振器將兩部分飛輪連接為一個(gè)整體。

雙質(zhì)量飛輪最大的優(yōu)點(diǎn)是：可以有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的不均衡性而造成傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。在傳統(tǒng)的離合器結(jié)構(gòu)中，離合器片上有一個(gè)扭轉(zhuǎn)減振器，用來降低離合器結(jié)合和轉(zhuǎn)速變化時(shí)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，但是它無法完美平衡發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱在振動(dòng)。而雙質(zhì)量飛輪一分為二，一是可以減少離合器在接合或分離時(shí)的沖擊，另一點(diǎn)是可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)。此外，雙質(zhì)量飛輪本身就有減振功能，所以與它配合的離合器片就不用設(shè)置扭轉(zhuǎn)減振器，減小了離合器片的質(zhì)量和尺寸。

所以，雙質(zhì)量飛輪現(xiàn)在應(yīng)用越來越多，在傳統(tǒng)的雙離合變速箱上，一般都使用雙質(zhì)量飛輪來代替液力變矩器；在一些手動(dòng)變速箱上，采用雙質(zhì)量飛輪可以減去離合器片上的扭轉(zhuǎn)減振器，減小離合器片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，讓變速箱換擋更順暢，也可以減輕同步器的負(fù)擔(dān)；此外，在歐洲有很多柴油車，由于柴油機(jī)振動(dòng)大，使用雙質(zhì)量飛輪可以有效的降低發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。