发动机飞轮的主要作用就是储存发动机的能量，辅助发动机工作，使发动机运转更平稳，其实飞轮和我们小时候经常玩的陀螺很像，你给他一个力陀螺就会旋转很久，依靠的就是自身的惯性，飞轮也是这个原理。因为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。飞轮给曲轴增加一个转动惯量，把做功冲程输出功的一部分转化为飞轮的动能储存起来，用于克服其它三个冲程的阻力，从而使发动机的转速波动不至于过大，输出的扭矩更平稳。这是飞轮的储能作用。
除此之外，飞轮还有下列功用：飞轮是摩擦式离合器的主动件；在飞轮轮缘上镶嵌有供起动发动机用的飞轮齿圈；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。
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。
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。
汽车飞轮除了这个作用以外还有启动发动机的作用，在飞轮的外圆安装齿圈以后起动机就可以带动飞轮启动发动机了，但也不是飞轮越重就越好，飞轮如果太重会增加发动机的运行负担，降低发动机的加速性，所以现在的小型车的飞轮都是很轻的。
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