你知道嗎?你的可變氣門正時直噴渦輪增壓發(fā)動機(jī)已經(jīng)過時了!而且沒有曲軸和連桿，通過活塞的往復(fù)運(yùn)動就可以直接運(yùn)轉(zhuǎn)!

豐田正在研發(fā)的一款自由活塞發(fā)動機(jī)線性發(fā)電機(jī)FreePistonEngineLinearGenerator(以下簡稱FPEG)，有望將這一切都變?yōu)楝F(xiàn)實?？梢园阉闯勺杂苫钊l(fā)動機(jī)+線性發(fā)電機(jī)會好理解一些。那到底是發(fā)動機(jī)還是發(fā)電機(jī)?

簡單來說，F(xiàn)PEG引擎就像是一臺汽油發(fā)電機(jī)。目前，豐田的試做版本采用單缸設(shè)計，相比傳統(tǒng)燃油發(fā)動機(jī)擁有更大的燃燒室和活塞，活塞在燃油爆燃所產(chǎn)生的推動力下來回運(yùn)動，但這次它的任務(wù)并非是向車輪輸出動力，而是發(fā)電。

豐田研發(fā)FPEG就是旨在為增程式電動車量身定做一款小型裝置。相比現(xiàn)款增程式電動車使用的發(fā)動機(jī)及發(fā)電機(jī)，F(xiàn)PEG將大大減小發(fā)動機(jī)的體積以及重量。

FPEG發(fā)動機(jī)，取消曲軸機(jī)構(gòu)讓活塞運(yùn)動更自由

其實FPEG并非一項新技術(shù)，因為早在1959年時，全球第一臺FPEG即已取得專利認(rèn)證，而FPEG則是根據(jù)FPE(FreePistonEngine)的基礎(chǔ)所延伸出來的裝置。

那么，F(xiàn)PEG發(fā)動機(jī)是什么呢?顧名思義，我們可以知道這種發(fā)動機(jī)的活塞自由度較高，但是，它又是如何讓活塞可以自由活動呢?原因就在于將曲軸以及連桿結(jié)構(gòu)取消，并以一個空氣彈簧(AirSpring)取代，活塞運(yùn)動全靠燃燒室的氣體以及空氣彈簧(AirSpring)控制，設(shè)計者可以自己決定空氣的壓力和體積，從而讓整體設(shè)計趨于自由化。簡單來說，即是活塞運(yùn)行至下死點(diǎn)時，會遭遇到空氣彈簧的阻擋而往回彈，活塞因而往上死點(diǎn)移動，到達(dá)上死點(diǎn)時，再藉由燃料燃燒爆炸產(chǎn)生的氣體推力往下死點(diǎn)運(yùn)行，周而復(fù)始。

增程式電動車與油電混合動力汽車最大的區(qū)別就是，汽油發(fā)動機(jī)只為電池充電，而不直接參與驅(qū)動車輛。全球首臺增程式電動車雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)(VOLT)僅僅是根據(jù)傳統(tǒng)的1.4L汽油發(fā)動機(jī)進(jìn)行了改造。

豐田讓FPEG擁有超高熱效率

Toyota的FPEG技術(shù)，即是建立在FPE的運(yùn)作基礎(chǔ)下所延伸出的發(fā)電裝置。傳統(tǒng)油電系統(tǒng)下，發(fā)電機(jī)是與發(fā)動機(jī)本體分離，發(fā)電機(jī)與引擎曲軸連接、并利用其回旋動能而發(fā)電;但Toyota的FPEG則不同，由于FPEG沒有曲軸，所以活塞本體就成為了發(fā)電機(jī)，且因為沒有曲軸的機(jī)構(gòu)裝置，引擎本體的體積因而縮小，構(gòu)造也相對簡單許多。

而ToyotaFPEG的發(fā)電方式，則是透過安裝在活塞上的永磁磁鐵(PermanentMagnet)，以及磁鐵外側(cè)的線圈組(Coil)組成之發(fā)電系統(tǒng)(LinearGenerator)運(yùn)行。在燃燒室的相對側(cè)，原廠將一個密閉空間填滿空氣，使其成為空氣彈簧，而這個裝置可以取代曲軸設(shè)計，讓活塞到達(dá)下死點(diǎn)時可以反彈、朝逆向運(yùn)動，而透過活塞上的磁鐵反復(fù)在線圈組運(yùn)行、交互感應(yīng)，電力即由此而生。

FPEG的工作原理與兩沖程發(fā)動機(jī)工作原理相同，在活塞下行時，完成做功、并用混合氣將廢氣擠出，在活塞上行時，在活塞下部吸入新鮮空氣、并且完成壓縮沖程，到達(dá)上止點(diǎn)后完成噴油及點(diǎn)火等工作。

豐田表示，F(xiàn)PEG發(fā)動機(jī)在連續(xù)使用下能夠達(dá)到42%的熱功效。而在當(dāng)今世界上，只有最好、最復(fù)雜、最昂貴的汽油發(fā)動機(jī)才能達(dá)到接近這個百分比的效果，而且必須是在特定的條件之下。更了不起的是FPEG發(fā)動機(jī)長度僅有60厘米，直徑也不過20厘米。這樣一個尺寸的FPEG發(fā)動機(jī)能夠產(chǎn)生13匹馬力的輸出功率，因此并不具備裝配普通大型車輛的條件，但足以驅(qū)動微型電動汽車行駛。而且FPEG引擎還能夠與動能回收系統(tǒng)等其它系統(tǒng)進(jìn)行合作來達(dá)到更好的使用效果。

不只汽油，幾乎任何燃料都能驅(qū)動FPEG

Toyota表示，目前尚未確定FPEG實際量產(chǎn)的日程，但其也表示，由于FPEG沒有曲軸、全靠空氣彈簧控制，所以內(nèi)燃機(jī)壓縮比可藉由空氣彈簧的體積進(jìn)而自由控制，這也意謂著FPEG除了可使用汽油當(dāng)作驅(qū)動燃料，氫燃料也是可行的選項之一。FPEG在未來正式進(jìn)入汽車市場后，Hybrid車款的發(fā)展將擁有更多可能性，而這對消費(fèi)者來說，無疑是一大利多。

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