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大飞轮是一个较大直径的圆盘，一般都是铸铁材料的。它的主要作用是将能量贮存起来，目前市面上90%汽车都是四缸的，都属于间歇性燃烧做功，各个气缸产生的能量传递到曲轴不是连续和均匀的，飞轮的作用就是存储这样的能量，使得曲轴系统有较大的惯性，再借助这个大飞轮使得发动机运转平稳和降低噪声，简单的说就是让速度更平稳。
图为4冲程发动机只有做功冲程对外输出功，其它三个冲程进气、压缩、排气都是消耗功的。因为四冲程发动机720度才能完成一次做工，而只有燃烧做工行程的180度有动能，飞轮就把做工的能量储存起来，利用自身的惯性来辅助发动机完成另外3个行程的做工，发动机的气缸数量越少飞轮的质量就越大，发动机的气缸多了就可以降低做工的间隔角度，所以气缸越多发动机也就越平稳，相对来说飞轮的重量也不需要那么大了。
下图是单缸机的飞轮转动惯量不同时，输出扭矩的平滑效果。只是一个示意图，可以直观的理解飞轮的作用。
虽然4缸机，每个180度曲轴转角，都有一个气缸做功，但是在做功冲程中，缸内压力不仅不是一个恒定值，而是有剧烈的变化，基本上使在压缩上止点后10度作用，缸内压力达到最大值，然后就是一路下降，所以四缸机的扭矩波动虽然没有单缸机那么剧烈，还是有一定波动的，也必须要用飞轮来对扭矩进行平滑。下图是4缸机的飞轮转动惯量不同时，输出扭矩的平滑效果。
飞轮的转动惯量大一些，会使发动机的输出扭矩更平滑，转速更稳定。但是飞轮的转动惯量也不能太大，惯量大，飞轮的质量也会增大，发动机启动功率需求就会增大，发动机扭矩输出的响应性也会变差。所以，飞轮设计时，把大部分质量集中在轮缘上，把轮缘做的又宽又厚，以便在较小的飞轮质量下获得较大的转动惯量。
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