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飞轮是安装在发动机曲轴动力输出端（即曲轴后端）的一个具有较大转动惯量的盘形零件。作为曲柄连杆机构的重要组成部分，飞轮的核心功能如同一个能量存储器，通过储存和释放动能来平衡发动机转速波动，使曲轴均匀旋转。
往复活塞式四冲程发动机在一个完整工作循环（曲轴旋转720°）中，只有做功冲程产生动力，而进气、压缩和排气三个冲程均需消耗能量。如果没有飞轮，做功冲程产生的能量将全部对外输出，发动机将无法持续运转。飞轮通过在作功冲程中吸收部分能量，在其余三个冲程中释放能量，补偿这三个行程所消耗的功，使曲轴能够克服阻力继续运转。与此同时，飞轮的巨大转动惯量还能帮助活塞顺利越过上止点和下止点，避免连杆与曲轴“卡死”。
此外，飞轮还具有多重功能：飞轮边缘镶有齿圈，在发动机启动时与起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转实现启动；飞轮是摩擦式离合器的主动件，通过其平整的工作面与离合器片接触，将发动机动力传递给变速器；飞轮上刻有上止点记号，用于校准点火定时或喷油定时以及调整气门间隙；同时，飞轮还是曲轴位置传感器和车速传感器的信号集成处。
飞轮的结构看似简单，实际设计涉及精密的力学计算。其基本构造是一个铸铁或钢制圆盘，为在较小质量下获得较大的转动惯量，飞轮的大部分质量集中在轮缘部位，轮缘做得又宽又厚。飞轮边缘镶有齿圈，中心部位设有螺栓孔，通过螺栓与曲轴组合为一体。飞轮的一面为平整平面，用于与离合器片接触；另一面为特殊形状，与曲轴连接。
飞轮的转动惯量大小需权衡设计——惯量大可使输出扭矩更平滑、转速更稳定，但过大的飞轮质量会增加启动功率需求，降低发动机扭矩输出的响应性。一般而言，发动机气缸数越少，飞轮所需的质量越大；气缸数越多，发动机运转越平稳，飞轮质量可相应减小。
按结构形式，飞轮主要分为单质量飞轮和双质量飞轮两大类。
单质量飞轮即传统的整体式飞轮，结构简单、成本较低，广泛应用于各类车型。
双质量飞轮是20世纪80年代末出现的新型结构。它将原来的一个飞轮分成两个部分：第一部分（初级质量）保留在发动机一侧，起到传统飞轮的作用；第二部分（次级质量）放置在变速器一侧。两部分飞轮之间设有环型油腔，腔内装有弹簧减振器将其连接为一体。双质量飞轮可有效隔离发动机曲轴的扭振，将发动机低速区域的不均衡性完全过滤掉，从而降低怠速转速、提升燃油经济性并降低噪音。1985年首个批量生产的双质量飞轮投产用于宝马轿车；1989年弧形弹簧阻尼器的引入解决了共振问题。截至2026年，排量超过2L的发动机基本上都装备了双质量飞轮。在自动变速箱车型中，由于液力变矩器本身具有较大转动惯量，飞轮常简化为在柔性钢板上安装启动齿圈的柔性连接盘。
飞轮通常采用铸铁、铸钢或球墨铸铁制造。铸件因铸造性能和减震性能良好而被广泛选用。制造完成后，飞轮需经机械加工和镗孔等精加工工序。飞轮毛坯需做消除内应力处理，不得有裂纹、夹渣等铸造缺陷。飞轮及压盘有严格的动平衡要求。飞轮必须与曲轴一起进行精确动平衡，否则旋转时因质量不平衡会产生离心力，加剧发动机振动、加大主轴承磨损。飞轮与曲轴之间通过定位销或不对称布置螺栓保证严格的相对位置，拆装时不可破坏二者的平衡状态。飞轮的动平衡等级一般要求达到G6.3级。飞轮在制造完成后通常已做好动平衡测试，达到运行标准。
飞轮的常见故障主要集中在齿圈损坏和工作面磨损两方面。
齿圈损坏是最常见的故障之一。起动机齿轮与飞轮齿圈在启动时频繁啮合，长期撞击易造成齿端损耗、变形甚至断齿。由于多缸发动机熄火时往往停转在压缩力最大的那个缸，每次启动时飞轮齿圈受撞击的部位大致相同，久之便使该处齿圈切入面变形。齿圈局部齿面磨损出现凹坑或崩裂后，启动时会产生剧烈异响，有时需多次尝试才能点火成功。
工作面磨损是另一类常见问题。飞轮工作面磨损成波浪形或起槽后，会影响离合器片的接合平顺性。双质量飞轮的常见故障还包括减振元件老化或损坏，导致初级质量和次级质量之间的连接失效，引发发动机抖动和异常声音。
飞轮损坏后的典型表现包括：发动机运转时产生异响并伴有明显抖动；启动困难；变速器传动轴失去平衡。
飞轮的维修以检查和更换为核心。检查时需重点确认：启动齿圈是否完整，有无断齿或严重磨损；飞轮工作面有无严重烧灼、撞伤或划痕；工作面沟槽磨损深度是否超过0.5mm。当磨损深度超过0.5mm时，应更换飞轮并对曲轴和飞轮进行动平衡试验。若飞轮工作面磨损或起槽不超过0.5mm，可消除毛刺后继续使用。
齿圈损坏的维修视程度而定。若仅有个别齿损坏或单面磨损，可将齿圈翻面使用。若齿圈磨损超过齿长的30%或连续损坏4个齿以上，则应更换齿圈。齿圈与飞轮为过盈配合，拆卸时需先将齿圈加热至约300℃（可用喷灯或焊炬加热），再用铜冲或油压机压出。安装新齿圈时，过盈量一般为0.30至0.60mm。将齿圈加热至300℃左右使其膨胀，将有倒角的一面朝向飞轮，趁热压入到位。更换飞轮时，建议同步检查并视情更换离合器压盘等相关部件。截至2026年7月，飞轮一旦损坏应及时更换，否则可能导致曲轴疲劳、飞轮壳产生裂纹等更严重后果。
