为什么要把双质量飞轮换成单质量飞轮?

車誌編輯部

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双质量飞轮
单质量飞轮
flywheel



离合器是众多手波爱好者想要升级的传动部件,目的当然是为了提高传动效率、减少动力损失。在升级离合器时,车友们通常还会顺手把另外一个部件换掉,那就是飞轮(Flywheel)。对此稍有了解的车友会知道升级飞轮是为了轻量化,提升发动机响应,更深入了解者或许还能说出双质量飞轮(Dual-Mass Flywheel)和单质量飞轮(Single-Mass Flywheel)这两个专业名词。要弄懂该部位的升级思路,首先要从飞轮的工作原理开始说起。



图:将变速箱与离合器拆掉,就能看见飞轮固定在发动机上。



飞轮在哪?它直接与发动机曲轴相连,只要发动机工作它就旋转,曲轴转多快它就转多快(说的是角速度)。当驾驶者释放离合器踏板,簧片将离合器摩擦盘压紧到飞轮上,动力才得以传导到变速箱上。虽然离合器常与飞轮挨在一起工作,但它们实质上是两个独立的结构。



图:因为飞轮直接与离合器接触,很容易被误认为是离合器的一部分,其实它们是不同的两个结构。



飞轮有何作用?上述的传动功能只是飞轮身处该位置顺带履行的“副职”而已,它的主要作用是为发动机储能。在发动机的四个冲程里,只有做功冲程对外释放动能,大家有没有想过完成其余冲程的能量从何获得?没错,就是惯性。但发动机内部机件的惯性远远不够,如果不加干预,发动机工作起来会因为动力时强时弱而产生恼人的脉冲振动。所以工程师在曲轴末端增加了带有一定质量的飞轮,当发动机处于做功冲程时它能存储一部分动能,并在做功冲程结束时释放动能以平衡脉冲,让发动机持续平稳工作。



图:说白了,这就是一个“配重盘”罢了,并没有太复杂的原理。至于飞轮边缘的一圈锯齿,是为了与启动机(Starter)啮合,帮助发动机启动,属于飞轮的另外一个“副职”。



飞轮原理早在新石器时期已被人类发现,苏格兰工程师James Watt(詹士·瓦特,1736年1月30日-1819年8月25日)在18世纪改良蒸汽机时已经将其应用到热机上。毫无疑问,最初的飞轮只是一块纯粹的“铁饼”,也就是单质量飞轮。随着发动机技术不断发展,工程师不断“压榨”发动机的工作效率,试图以更小的排量、更少的缸数发挥出更强的动力,发动机振动也随之增加,所以后来不得不研发出双质量飞轮以进一步平衡脉冲、减少振动。工程师巧妙地将飞轮一分为二,一侧连接发动机曲轴,另一侧则连接离合器,二者之间由弧形弹簧相连。这种存在一定活动空间的设计,在发动机产生巨大振动时能提供更好的缓冲能力,让行驶品质更上一层楼。



图:将双质量飞轮简化成平面模型,它的主要结构包含与曲轴相连的输入端(红)、与离合器相连的输出端(蓝)以及连接二者的弧形弹簧(黑)。输入端与输出端之间由弹簧作为缓冲,哪怕输入端的旋转不线性,也能维持输出端的稳定工作。



图:双质量飞轮的实际结构会比平面模型来得复杂,还能细分出单弹簧、平行单相弹簧、并联两相弹簧、三相弹簧等多种类目,甚至带有行星齿轮结构。本文不作太深入的介绍,它们之间虽结构有异,但基础原理相通。



按照历史发展的眼光辨析,将双质量飞轮更换成单质量飞轮貌似是一种“逆潮流”的降级行为,为什么还有那么多车友愿意为之慷慨解囊呢?归根结底还是双质量飞轮的机械复杂度带来了诸多问题,例如更易损坏以及造价高等等,但其中一个突出劣势是主因:能量消耗过大。结构更复杂的双质量飞轮更重,会消耗掉发动机更多能量,同时其活动结构也会“吞噬”更多动能,最终造成发动机的动力响应迟缓。从双质量飞轮换成单质量飞轮后,最明显的提升是发动机响应更好,踩油门和松油门时转速的起落会更快,峰值动力表现也会有一定提升。



图:双质量飞轮更换单质量飞轮并非民间自创的“土炮”升级思路,实际上许多赛车或高性能车都会这样做。例如保时捷911 GT3(996)官方提供名为“Clubsport”的选装套餐,其中除了赛车桶椅、防火内饰面料、半笼防滚架、6点式安全带、灭火器和断电开关外,还包含提升动力响应的单质量飞轮。



图:996 GT3的原厂双质量飞轮。



图:Clubsport套餐内配套的单质量飞轮,从视觉层面,二者的体积、复杂度已经存在巨大差异。



有得必有失,从双质量飞轮更换成单质量飞轮后,车辆的行驶舒适性会略微下降,振动会稍微增加。这到底还是舒适性与性能之间的一场博弈,每个人所倾向的驾驶风格不同,自然会有不同的取舍,需要各位车友根据自身情况进行判断。




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