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柴油发动机工作时，活塞在汽缸内往复运动，进行着进气、压缩、作功和排气4个工作行程，如图3-4所示。图中如果活塞往复两次，即曲轴转两圈完成这个过程，这种柴油发动机称为四冲程柴油机；若活塞往复1次，即曲轴转1圈，完成这4个过程，这种柴油机称二冲程柴油机。农用车所用的柴油机都是四冲程柴油机。
图3-4 柴油机工作原理示意图
（a）进气行程 （b）压缩行程 （c）作功行程 （d）排气行程 1.喷油器 2.高压油管 3.喷油泵 4.燃烧室
（1）进气行程
由于曲轴的旋转，通过连杆使活塞在汽缸内从上止点向下止点运动，这时排气门关闭，进气门打开。进气过程开始时，活塞位于上止点，汽缸内残存有上一循环未排净的废气，因此，汽缸内的压力稍高于大气压力。随着活塞下移，汽缸内容积增大，压力减小，当压力低于大气压时，在汽缸内产生真空吸力，新鲜空气通过进气门被吸入汽缸内，直至活塞向下运动到下止点。整个进气过程曲轴转半圈。对进气过程的要求是进气要充分，进气量越多越好。
（2）压缩行程
曲轴继续旋转，活塞从下止点向上止点运动，这时进气门和排气门都关闭，汽缸内形成封闭容积，随着活塞的上移，压力和温度不断升高。压缩过程要求气门关闭要严，汽缸和活塞环之间的密封性要好，不漏气。
（3）作功行程
当压缩行程接近终了时，柴油经过高压喷油泵和喷油嘴，呈雾状与空气很快混合，形成可燃混合气，喷入有高压、高温气体的汽缸内，立即燃烧放出大量的热，使汽缸内的压力和温度急剧上升。此时，进、排气门关闭，高温高压的气体急剧膨胀，推动活塞从上止点向下止点移动，通过连杆使曲轴作旋转运动，对外作功。
（4）排气行程
在飞轮惯性力作用下，旋转的曲轴带动连杆活塞从下止点向上止点运动，这时进气门关闭，排气门打开。由于废气压力高于外界大气压，同时在活塞的推动下，将工作废气从排气门排出。
排气行程结束，即活塞到达上止点后，曲轴继续旋转，活塞又开始从上止点向下止点运动，开始下一个进气行程。柴油机每进行一次进气—压缩—作功—排气的过程，叫做一个工作循环。在这个循环中，曲轴转了2圈，经历了4个行程，所以称这种柴油机为四冲程柴油机。在柴油机的一个工作循环中，只有1个（作功）行程是由活塞带动曲轴旋转来作功的，其他3个行程都是为作功做准备的，需要由曲轴带动活塞运动。
单缸柴油机的曲轴转两圈只有半圈作功，所以会产生较大的振动，曲轴旋转也不平衡。
多缸柴油机是指两个缸以上的柴油机。多缸柴油机的功率大，实际上是用一根曲轴将若干个单缸柴油机组合起来，并将各缸的工作行程按一定的顺序排列，这样在每一工作循环的两圈中，就有相互交替的多次作功，各缸的离心力和惯性力可以互相抵消或减弱，使得柴油机振动减小，运转平稳。
四轮农用车最常用的四缸四冲程柴油机就是由4个缸组成，除曲轴和飞轮为4个缸共有外，其余构造与单缸四冲程柴油机基本相同。各缸的活塞连杆组都与曲轴相连，每一个缸都按照进气、压缩、作功、排气完成工作循环。曲轴每转两圈（720°），各缸都完成一个工作循环，为保证转速均匀，各缸的作功行程都均匀地分布在720°的曲轴转角内，即每隔720°/4=180°就有一个缸作功。四缸四冲程柴油机各缸的作功次序常采用1—3—4—2或1—2—4—3，其工作过程见表3-4。
表3-4 四缸四冲程柴油发动机工作次序
除常用的单缸和四缸柴油机外，农用车上也有用二缸四冲程柴油机和三缸四冲程柴油机的，二缸四冲程柴油机的工作次序为1—2—0—0或1—0—0—2；三缸四冲程柴油机的工作顺序一般为1—3—2或1—2—3，每个缸作功的相互间隔角度为240°。
问大家一个问题，汽车发动机为什么能够平稳、持续的运行呢？我想大家一定会说发动机调校的好，曲轴动平衡，燃油系统、点火系统工作正常，多缸发动机做功重叠，等等。但是很多人都会忽略一个非常重要的因素，那就是发动机飞轮的作用。
很多人可能不知道发动机飞轮是什么，在哪里。如果我告诉你它安装在曲轴的末端，你可能也不太容易理解。但是我告诉你一件事，你就应该知道飞轮在哪里了。我们的汽车在启动时，需要起动机来带动发动机运转，然后才能启动。这个起动机直接驱动的就是飞轮，只要找到了起动机，就找到飞轮了。汽车在启动时，起动机通电运转，驱动齿轮与飞轮上的齿圈相啮合，然后起动机旋转，带动飞轮旋转，飞轮带动曲轴旋转，发动机就运转起来了。所以，飞轮是发动机的组件之一，它与曲轴组装在一起，是发动机的动力输出元件。
飞轮的结构很简单，就是一个铸铁圆盘，具有很大的转动惯量。为了在同样质量下增大转动惯量，一般飞轮的边缘做的比较厚。在飞轮边缘部位一般镶有齿圈，在发动机启动时与起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转。在飞轮的中心部位有几个螺丝孔，通过螺栓与曲轴组合为一体。飞轮的一面是平整的平面，与离合器片接触，另一面是特殊的形状，与曲轴连接在一起。
那么飞轮都有什么作用呢？前面说了，发动机启动时需要用到飞轮，但是启动仅仅是飞轮的功能之一。现在有些搭载48V轻混系统的发动机，在启动时直接驱动曲轴前端，已经不需要驱动飞轮了。其实飞轮还有更重要的的作用，那就是通过储存和释放能量，来提高发动机运转的均匀性，以及改善发动机克服短暂超负荷的能力，同时飞轮还是发动机的动力输出元件，通过它将发动机的动力传递给离合器或者液力变矩器。此外，在飞轮上还刻有上止点记号，用来校准点火定时或喷油定时以及调整气门间隙。
那么发动机为什么要有飞轮呢？这就要从发动机的工作原理说起了。现在汽车上普遍使用的是往复活塞式四冲程发动机，这种发动机每四个活塞冲程作功一次，但是在整个工作循环中，只有做功冲程产生动力，其它的进气、压缩以及排气冲程都是要消耗动力的。如果没有飞轮，发动机做功冲程产生的动力全部对外输出，就没有多余的动力来克服进气、压缩以及排气冲程消耗的功了，发动机就无法持续的运转下去。即使是多缸发动机间隔做功，曲轴的运转也会极不均匀，转速忽高忽低，稍有阻力发动机就会熄火，很难持续运转。
而飞轮是一个转动惯量很大的盘形零件，其作用如同一个能量存储器。在作功冲程中发动机发出的能量，除对外输出外，还有部分被飞轮吸收，然后在进气、压缩以及排气冲程中释放出来，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。这样，发动机就可以持续的运转下去，不会因其它三个冲程消耗能量而熄火。此外还有一点，就是活塞位于上止点或者下止点时，连杆是完全垂直于曲轴，这时候连杆的动力是无法传递给曲轴的，也就是说“卡”住了。而飞轮巨大的转动惯量可以帮助活塞顺利越过上下止点，让连杆与曲轴之间重新形成夹角，继续传递动力，避免发动机“卡死”。
此外，由于四冲程发动机是间隔做功的，所以曲轴会受到周期性变化的扭力，曲轴的运转也是忽快忽慢，转速忽高忽低，缸数越少的车，这种现象越明显，这样会导致汽车极难驾驶。而飞轮由于有较大的转动惯量，它可以在曲轴增速时吸收部分能量阻碍其转速的增加，也可以在曲轴减速时释放能量增加曲轴的动力，阻碍其减速，这样就提高了曲轴运转的均匀性。即使发动机遇到短暂超负荷的工况，也可以由飞轮释放动力，避免发动机熄火，提高了发动机克服短暂超负荷的能力。
所以，飞轮对于发动机来说是必须存在的，不过不同类型的发动机飞轮的大小、形状是不同的。一般来说，发动机缸数越少，飞轮的尺寸及质量越大，发动机缸数越多，飞轮的尺寸及质量越小。此外，变速箱的型式也会影响飞轮的尺寸及质量，比如手动档车型，由于飞轮需要与离合器片结合、摩擦，所以飞轮尺寸及质量较大，同时还要有克服热衰退的能力；而自动档车型由于有液力变矩器的存在，可以在很大程度上吸收发动机的振动以及平衡曲轴的转速，所以飞轮的尺寸及质量较小，甚至有些车型使用质量?非常小的挠性飞轮。
那么飞轮重量的大小与发动机的动力有关吗？飞轮重量的大小，不会增加或减少发动机的动力输出，但是却可以改变发动机的动力输出特性。如果飞轮质量过大，会导致发动机提速较慢，但是克服超负荷的能力会更强，动力粘滞效应较强；如果飞轮质量较小，发动机提速较快，但是超负荷能力稍差，汽车加减速更顺畅。其实所有发动机的飞轮质量和尺寸，都是综合考虑了各方面的因素，经过精密计算后得出的结果，并且做了严格的动平衡测试，总体性能是非常均衡的。
传统的飞轮，是一个整体零件，可以帮助发动机平稳运行，但是不具备减振功能，发动机的振动会直接传递给传动系统，传动系统的振动也会反馈给发动机，从而影响发动机和传动系统的平稳运行。因此，汽车工程师发明了双质量飞轮。所谓的双质量飞轮，是指将原来的一个飞轮分成两个部分，一部分保留在原来发动机一侧的位置上，起到原来飞轮的作用，用于起动和传递发动机的转动扭矩；另一部分则放置在传动系变速器一侧，用于提高变速器的转动惯量。两部分飞轮之间有一个环型的油腔，在腔内装有弹簧减振器，由弹簧减振器将两部分飞轮连接为一个整体。
双质量飞轮最大的优点是：可以有效降低发动机旋转的不均衡性而造成传动系的扭转振动。在传统的离合器结构中，离合器片上有一个扭转减振器，用来降低离合器结合和转速变化时的扭转振动，但是它无法完美平衡发动机与变速箱在振动。而双质量飞轮一分为二，一是可以减少离合器在接合或分离时的冲击，另一点是可以减少发动机的震动。此外，双质量飞轮本身就有减振功能，所以与它配合的离合器片就不用设置扭转减振器，减小了离合器片的质量和尺寸。
所以，双质量飞轮现在应用越来越多，在传统的双离合变速箱上，一般都使用双质量飞轮来代替液力变矩器；在一些手动变速箱上，采用双质量飞轮可以减去离合器片上的扭转减振器，减小离合器片的转动惯量，让变速箱换挡更顺畅，也可以减轻同步器的负担；此外，在欧洲有很多柴油车，由于柴油机振动大，使用双质量飞轮可以有效的降低发动机的振动。
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