03.05 早期的發動機為什麼要有個大飛輪?

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早期的發動機為什麼要有個大飛輪?

不要說早期的發動機為什麼要有個大飛輪,任何時期的發動機都有飛輪、還都不小、重量也不低;飛輪必須要有,因為飛輪承擔起了將發動機的力傳導出來的作用,再一點就是大而重的飛輪可以儲能;其實早在歐洲進行工業革命的時候,就開始利用飛輪進行儲能了,比如當年的蒸汽機也是有這個飛輪的!


看到很多答友都有提到飛輪儲能,那鄙人就簡單的說說飛輪是如何儲能的!簡單點說就是飛輪又大、又重,當發動機燃燒汽油使得曲軸克服掉飛輪的重量致使其旋轉,而由於飛輪自身的重量大,一旦旋轉起來自身就會具備一定的慣性,而在這時即便收油(簡單理解為假設已經不噴油了),飛輪在自身慣性的作用下,還會保持旋轉,這樣就可以繼續將轉鉅傳遞給變速箱、最終傳遞到驅動軸!
我們假設發動機不裝這麼大的飛輪,將飛輪的直徑改變成和曲軸的直徑一般大小,那麼飛輪的重量會大幅度下降,這樣當收油時,維持飛輪自轉的慣性就會大幅度降低;這會影響什麼呢?拿咱們平時開的車為例,咱們現在開的車收油後,在短時間內發動機還能提供一部分力量,不會立刻讓車子拖發動機,而將飛輪做小及做輕之後,只要收油,發動機轉速瞬間就會大幅度降低、車速也很難維持住!發動機將燃燒汽油產生的力儲存在了飛輪之上,因為飛輪克服自身重量轉起來了,即便發動機不在繼續做功,飛輪也能依靠自身的慣性再繼續轉上一會,這也就叫儲能了!

其實根據F=MV這個公式可以更好的理解,公式中的F可以理解成飛輪儲存的力、M為飛輪的質量、V為飛輪的轉速,在飛輪轉速(發動機的轉速)一定時,飛輪質量M越大,施加在飛輪上的力F越大,而飛輪上儲存的力F也就越多,獲得維持自身運轉的慣性就越大,這就是民用買菜車飛輪一般都很重的原因!至於飛輪為什麼都要做的大一些?這個也是非常容易理解的,因為扭矩。。

扭矩=力✖️力臂,而對於發動機而言,它的力臂就是“飛輪半徑”,這麼一說就比較容易懂了吧?飛輪半徑越大等同於力臂就越長,而扭矩也就越大,如果飛輪太小了導致扭矩的損失就比較大了!在發動機輕量化中有提到飛輪輕量化的例子,但只是降低飛輪重量,但並不縮小飛輪的半徑,道理還是一樣的,就是防止飛輪的扭矩降低太多!扭矩=F·L、F=MV即可推斷出“扭矩=M·V·L,如果在這個公式中同時降低質量M、力臂L的大小,那麼扭矩損失非常的嚴重,也很難保證發動機的穩定運行!

所以咱們的民用買菜車通常飛輪都比較大、也很重,但那些賽車採用的都是輕量化飛輪,因為輕量化飛輪相應速度更快,也就是克服飛輪自身重量拉昇轉速更快,但缺點就是這些輕量化飛輪無法獲得足夠維持自轉的慣性,所以拉轉速快、將轉速也快,但考慮到賽車都是全程大油門,所以轉速的相應高於儲能,所以賽用發動機都很費油,因為只能靠不斷的給油來維持高轉速,但這對於民用買菜車來說就消耗不起了,所以民用車都是用較重的飛輪,雖然讓它轉起來克服的力更大、損耗的能量更多,可它儲能也多,更容易依靠自身慣性來維持發動機穩定運行;最後一點就是,飛輪可以依靠自身的慣性來保證發動機同向運轉,而防止發動機出現反轉!


非專業車評


不光是早期的發動機採用的是大飛輪,現在汽車的發動機也是有一個比較大的飛輪呢!今天給學生培訓的時候,就說到了飛輪的作用。然後今天詳細的給大家解釋一下什麼是飛輪,為什麼發動機要有一個比較大的尺寸的飛輪。


我們都知道汽車的發動機和變速箱中間是靠離合器進行連接的離合器,也可以理解為是一個開關,離合器在結合的時候,發動機和變速箱就有動力的傳輸,離合器鬆開的時候發動機和變速箱之間就沒有了動力的傳輸,那麼汽車的發動機和離合器接觸的地方就是汽車的大飛輪。

一般四衝程發動機,汽車的飛輪連接的直接就是發動機的曲軸,在我們啟動的時候汽車的啟動機有小齒輪帶動發動機的大齒輪,然後由大齒輪帶動曲軸進行工作,啟動發動機進行正常的四衝程循環。



如果是這一個飛輪的直徑比較小,就沒有辦法儲存過多的能量來帶動曲軸正常的運轉。因為儲存的這些能量用來供給非做功的形成,從而保證發動機曲軸的均勻性和輸出力矩的均勻性,如果是飛輪過小的話,那麼我們動力的輸出就不平均。


所以說無論是早期的發動機還是現在的發動機起到儲存能量的,無論是柴油發動機還是汽油發動機,汽車的飛輪起到儲存能量的作用。


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簡單的說,不是早期的發動機要有個大飛輪,實際上現代的也有一個大飛輪。發動機之所以要有個大飛輪,主要就是因為兩個字“慣性”!

實際上發動機是靠慣性來工作的,舉個例子,當我們快速奔跑時,前面突然有一個懸崖,此時你就需要迅速停下,否則就會掉進去,可是,如果你跑的速度很快,就會發現不可能立即停下,一定要持續一段距離,這就是慣性起的作用。

我們常見的四衝程發動機實際上每完成一個工作循環,要經歷4個衝程(吸氣、壓縮、燃燒、排氣),在整個過程中,曲軸需要旋轉兩圈,720度,而發動機運轉就是由這一個一個循環組成的,而在這四個過程中,只有燃燒一個環節是做功的,其它的3個衝程就需要用這個所謂的“飛輪”來維持旋轉,也就是在爆燃週期,推動活塞下行,帶動曲軸旋轉,同時帶動“飛輪”旋轉,而其它三個衝程實際上都是由這個飛輪的慣性帶動的。就像下圖一樣,4個衝程有3個是被動的。


而實際上我們常見的發動機是多缸發動機,由多個汽缸在不同的相位做功,這樣就可以維持“飛輪”的持續運轉了。

如果沒有慣性,那麼現代的發動機原理就不成立了,平衡軸末端帶動一個飛輪,利用慣性帶動,就這麼簡單!


眾口說車


看到這個問題我嚇了一跳,還以為我OUT了。不只是早期的發動機有大飛輪,現在的汽油發動機都有大飛輪,說到大飛輪,那我們來說說汽車的啟動系統。

為了使靜止的發動機進入工作狀態,必須先用外力轉動發動機曲軸,使活塞開始上下運動,氣缸內吸入可燃混合氣,然後依次進入後續的工作循環。而依靠的這個外力系統就是啟動系統。這個啟動系統最關鍵的就是啟動機。

飛輪作為離合器的一部分,可與離合器壓盤結合或分離,與曲軸剛性連接,可以作為發動機正時標記的核對。利用飛輪旋轉的慣性,使發動機工作的四個工作循環順利進行(進氣-壓縮-工作-排氣),發動機起動時,起動電機工作,通過啟動機電機上的小齒輪,與飛輪外周的齒圈齧合,帶動發動機曲軸旋轉,使發動機起動。

也就是說,發動機的啟動時依靠大飛輪的,因此發動機設計上必須有大飛輪!

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不光是早期發動機要飛輪,現在的發動機同樣要飛輪呀。內燃機工作時候,本質是脈衝形式的,而我們對車子的要求是連續運動的,如果沒有飛輪,轉速波動會非常大,而且在帶負載時候估計無法平穩的工作,飛輪可以理解成家裡的蓄水池,也可以理解成電路上的電池和電容,儲能用了,請關注:容濟點火器

發動機之所以要有個,目的就是為了能夠更好地存儲發動機的運動能量,保證曲軸的平穩運轉,就跟陀螺一樣,用力旋轉一下就能保持相當長時間的轉動。陀螺在給它一個初始動力後就能保持較長一段時間的轉動。發動機飛輪採用的也正是這種原理,另外飛輪的外圈部分特意做成齒環的形狀,和汽車發動機相連,通過起動機帶動飛輪旋轉,從而啟動發動機。

四衝程發動機的工作過程,都是要經過進氣,壓縮,做功,排氣四個行程。拿一般單缸的發動機來說,它只有一個行程做功,其他三個不做功,這樣曲軸轉兩圈卻只有180度是在做功的,所以運轉不平順,平穩性差。而飛輪有儲存能量的作用,它可以讓另外三個不做功的行程轉動保持平穩。所以單缸發動機需要一個大的飛輪。而多缸的因為做功行程是相互錯開的,所以運轉更加平順些(這也是越多缸的汽車震動越小的原因),飛輪也就更小一點。

飛輪作為一個質量比較大的鑄鐵慣性圓盤,它能夠貯存能量,這些能量用來供給非作功的行程,從而保證發動機曲軸旋轉的均勻性和輸出扭矩的均勻性。另外借助飛輪本身旋轉的慣性力,來克服汽車起動時汽缸中的壓縮阻力,從而推動發動機的正常運轉。

實際上,從工業革命開始,人們就使用飛輪來儲存能量,如蒸汽機。 對飛輪施加一定的扭矩,飛輪就能歡快的飛起來,即使不施加扭矩,也由於慣性,飛輪不會立即馬 上停下來。 然而提升飛輪動能的方法有兩種,加大飛輪的質量和提高飛輪的旋轉速度。F=mv 正如你說,為了能量的連續,所以發動機都要使用飛輪。


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飛輪這個零件其實不單單是內燃機上有使用,過去的蒸汽機,現在的一些衝壓機床上也有使用,飛輪對內燃機來說尤為重要,飛輪的主要作用是儲存發動機的動能,由於四衝程發動機工作需要進氣,壓縮,做功,排氣四個過程,曲軸需要旋轉720度才能完成一次做功,而在720度的範圍內只有燃燒做功的180度發動機是有動能的,所以其他的540度旋轉都是依靠飛輪的慣性帶動的,如果沒有了飛輪發動機在到達再次點火做功以前就停止轉動了,


這個原理就像是陀螺一樣,我們讓陀螺旋轉起來,陀螺就會依靠慣性自己旋轉,有了飛輪還可以讓發動機運轉更加平穩,而且發動機燃燒做功以後的旋轉方向也是依靠飛輪的慣性來完成,在飛輪的外圓上安裝齒圈起動機就可以帶動發動機啟動了,所以說現階段發動機還是離不開飛輪的。
那麼飛輪是不是越大越重就越好呢?這個還真不是,飛輪的大小重量都是經過嚴格的設計的,比如單缸發動機就需要比較大的飛輪才能保證發動機的正常運轉和平穩性,因為發動機只有一個氣缸,720度的範圍內只有一次點火做功,所以就需要比較大比較重的飛輪來配合發動機。

而我們多缸發動機就不需要這麼大的飛輪了,比如4缸發動機在720度的範圍之內,每180度就會有一個氣缸點火做功,這樣發動機就會有連續的動力旋轉,所以多缸發動機的飛輪就小多了,而且飛輪的重量過大還會消耗發動機的動力,降低發動機的加速和反應,所以現在很多車型都是採用的輕量化的飛輪來提高發動機的加速性和反應速度。


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不光是早期,現在的汽車發動機依然離不開飛輪,離開飛輪發動機將無法工作。飛輪主要有這幾個作用:

1、緩衝,讓發動機運轉更平穩

發動機運行時是連續轉動的,但是從細微方面來看其實動力是間斷輸出的,因為活塞往復4次做功1次,做功時產生推力,不做功時反而消耗動力,飛輪質量大,慣性更大,所以轉動狀態更穩定,做功時可以緩衝瞬間的巨大沖擊力,保證動力輸出的平順性。

2、幫助活塞運行過上下止點

活塞位於上止點或者下止點時連桿完全垂直於曲軸,這時候連桿的動力是無法傳遞給曲軸的,需要有外力幫助活塞運行過上下指點讓連桿與曲軸之間重新形成夾角才可以繼續傳遞動力,而飛輪轉動的慣性就可以輕鬆勝任。

3、飛輪是發動機動力輸出的關鍵部件

發動機動力最終體現在曲軸的轉動上,而曲軸直徑很小,我們不能直接利用,所以需要飛輪做中介,曲軸把動力傳遞給飛輪,離合器系統就安裝在飛輪上,這樣就可以完美獲得發動機的動力。

4、啟動的需要

飛輪直徑很大,起動機可以輕鬆驅動飛輪,如果沒有飛輪起動機直接驅動曲軸的話就需要更大的起動機,顯然這是很不划算的。


愛車大家說


初中物理中教材中,只介紹單缸四衝程內燃機,一個工作循環有吸氣、壓縮、做功和排氣四個衝程組成,活塞往復兩次,帶動飛輪轉動兩週(每一個衝程轉180°),只有做功衝程燃氣推動活塞運動對外做功,帶動飛輪轉動。完成做功衝程後,由於慣性飛輪保持原來的運動狀態,繼續轉動,進而帶動活塞完成排氣、吸氣、壓縮三個衝程,而後就迎來下一個做功衝程。因此飛輪的作用就是將做功衝程獲得的能量儲存起來,並靠其慣性完成排氣、吸氣、壓縮三個衝程。至於飛輪為什麼要大,實質是質量大,慣性大。另外,由於四個衝程(兩週)只有一個衝程(180°)做功,轉速不均勻,轉動勢必不太平穩。大飛輪也憑藉較大的慣性,使內燃機的轉速較為均勻,轉動較為平穩。


甜甜向上314159


沒有飛輪就沒有慣性,發動機無法工作!


闌珊王老師


往復式活塞發動機的飛輪盤主要是為了完成奧拓循環。沒有飛輪發動機是不能正常工作的,


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