飛輪（flying wheel），轉動慣量很大的盤形零件，其作用如同一個能量儲存器。對於四衝程發動機來說，每四個活塞行程作功一次，即只有作功行程作功，而排氣、進氣和壓縮三個行程都要消耗功。因此曲軸對外輸出的轉矩呈週期性變化，曲軸轉速也不穩定。為了改善這種狀況，在曲軸後端裝置飛輪。
發動機飛輪的主要作用就是儲存發動機的能量，輔助發動機工作，使發動機運轉更平穩，其實飛輪和我們小時候經常玩的陀螺很像，你給他一個力陀螺就會旋轉很久，依靠的就是自身的慣性，飛輪也是這個原理。
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因為4衝程發動機只有做功衝程對外輸出功，其它三個衝程進氣、壓縮、排氣都是消耗功的。飛輪給曲軸增加一個轉動慣量，把做功衝程輸出功的一部分轉化為飛輪的動能儲存起來，用於克服其它三個衝程的阻力，從而使發動機的轉速波動不至於過大，輸出的扭矩更平穩。這是飛輪的儲能作用。飛輪還有其它的作用，請您仔細向下看。
下圖是單缸機的飛輪轉動慣量不同時，輸出扭矩的平滑效果。只是一個示意圖，可以直觀的理解飛輪的作用。
雖然4缸機，每個180度曲軸轉角，都有一個氣缸做功，但是在做功衝程中，缸內壓力不僅不是一個恆定值，而是有劇烈的變化，基本上使在壓縮上止點後10度作用，缸內壓力達到最大值，然後就是一路下降，所以四缸機的扭矩波動雖然沒有單缸機那麼劇烈，還是有一定波動的，也必須要用飛輪來對扭矩進行平滑。下圖是4缸機的飛輪轉動慣量不同時，輸出扭矩的平滑效果。
飛輪的轉動慣量大一些，會使發動機的輸出扭矩更平滑，轉速更穩定。但是飛輪的轉動慣量也不能太大，慣量大，飛輪的質量也會增大，發動機啟動功率需求就會增大，發動機扭矩輸出的響應性也會變差。所以，飛輪設計時，把大部分質量集中在輪緣上，把輪緣做的又寬又厚，以便在較小的飛輪質量下獲得較大的轉動慣量。
發動機的氣缸數量越少飛輪的質量就越大，發動機的氣缸多了就可以降低做工的間隔角度，所以氣缸越多發動機也就越平穩，相對來說飛輪的重量也不需要那麼大了。
汽車飛輪除了這個作用以外還有啟動發動機的作用，在飛輪的外圓安裝齒圈以後起動機就可以帶動飛輪啟動發動機了，但也不是飛輪越重就越好，飛輪如果太重會增加發動機的執行負擔，降低發動機的加速性，所以現在的小型車的飛輪都是很輕的。
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飛輪除了起到儲能作用外，還有以下功用：
1、飛輪是摩擦式離合器的主動件；
2、飛輪中心的圓孔還要安裝軸承，為變速器的一軸前端提供支撐；
3、飛輪輪緣上鑲嵌有供發動機啟動用的齒圈，用於和起動機的主動齒輪齧合，為啟動發動機提供動力。
4、飛輪上一般標有上止點記號；
飛輪是與曲軸一起進行動平衡，為了保持動平衡後曲軸和飛輪的相對位置，通常採用定位銷或不等距的螺栓將飛輪固定在曲軸後端
