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你造嗎？你的可變氣門(mén)正時(shí)直噴渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)過(guò)時(shí)了！如果我告訴你，以后的發(fā)動(dòng)機(jī)用不著曲軸和連桿了，而且通過(guò)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)就可以直接發(fā)電，你會(huì)不會(huì)覺(jué)得這是天方夜譚？但是豐田正在研發(fā)的一款自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)線性發(fā)電機(jī)（Free Piston Engine Linear Generator），有望將這一切都變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

可能一看到自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)線性發(fā)電機(jī)這么長(zhǎng)的名字有點(diǎn)暈（以下簡(jiǎn)稱(chēng)FPEG），把它拆成自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)+線性發(fā)電機(jī)會(huì)好理解一些。那到底是發(fā)動(dòng)機(jī)還是發(fā)電機(jī)？我們暫且把它算為可以發(fā)電的發(fā)動(dòng)機(jī)好了。

發(fā)動(dòng)機(jī)加發(fā)電機(jī)，那相信大家已經(jīng)猜到了這一定跟混合動(dòng)力有關(guān)。沒(méi)錯(cuò)，豐田研發(fā)FPEG就是旨在為增程式電動(dòng)車(chē)量身定做一款小型裝置。相比現(xiàn)款增程式電動(dòng)車(chē)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)，F(xiàn)PEG將大大減小發(fā)動(dòng)機(jī)的體積以及重量。

FPEG發(fā)動(dòng)機(jī)，取消曲軸機(jī)構(gòu)讓活塞運(yùn)動(dòng)更自由

其實(shí)FPEG并非一項(xiàng)新技術(shù)，因?yàn)樵缭?959年時(shí)，全球第一臺(tái)FPEG即已取得專(zhuān)利認(rèn)證，而FPEG則是根據(jù)FPE (Free Piston Engine) 的基礎(chǔ)所延伸出來(lái)的裝置。

那么，F(xiàn)PEG發(fā)動(dòng)機(jī)是什么呢？顧名思義，我們可以知道這種發(fā)動(dòng)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(dòng)呢？原因就在于將曲軸以及連桿結(jié)構(gòu)取消，并以一個(gè)空氣彈簧 (Air Spring)取代，活塞運(yùn)動(dòng)全靠燃燒室的氣體以及空氣彈簧 (Air Spring) 控制，設(shè)計(jì)者可以自己決定空氣的壓力和體積，從而讓整體設(shè)計(jì)趨于自由化。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，即是活塞運(yùn)行至下死點(diǎn)時(shí)，會(huì)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(dòng)，到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)，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(dòng)車(chē)與油電混合動(dòng)力汽車(chē)最大的區(qū)別就是，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)只為電池充電，而不直接參與驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。全球首臺(tái)增程式電動(dòng)車(chē)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(dòng)機(jī)進(jìn)行了改造。

Toyota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(dòng)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(dòng)能而發(fā)電；但Toyota的FPEG則不同，由于FPEG沒(méi)有曲軸，所以活塞本體就成為了發(fā)電機(jī)，且因?yàn)闆](méi)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(duì)簡(jiǎn)單許多。

而Toyota FPEG的發(fā)電方式，則是透過(guò)安裝在活塞上的永磁磁鐵 (Permanent Magnet)，以及磁鐵外側(cè)的線圈組 (Coil) 組成之發(fā)電系統(tǒng) (Linear Generator) 運(yùn)行。在燃燒室的相對(duì)側(cè)，原廠將一個(gè)密閉空間填滿(mǎn)空氣，使其成為空氣彈簧，而這個(gè)裝置可以取代曲軸設(shè)計(jì)，讓活塞到達(dá)下死點(diǎn)時(shí)可以反彈、朝逆向運(yùn)動(dòng)，而透過(guò)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(dòng)機(jī)工作原理相同，在活塞下行時(shí)，完成做功、并用混合氣將廢氣擠出，在活塞上行時(shí)，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(dòng)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(dòng)機(jī)才能達(dá)到接近這個(gè)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，一個(gè)兩缸的FPEG發(fā)動(dòng)機(jī)天生就是平衡的，而且其長(zhǎng)度僅有60厘米，直徑也不過(guò)20厘米。這樣一個(gè)尺寸的FPEG發(fā)動(dòng)機(jī)能夠產(chǎn)生15匹馬力的輸出功率，足以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電池耗盡的緊湊型電動(dòng)汽車(chē)高速行駛。

不只汽油，幾乎任何燃料都能驅(qū)動(dòng)FPEG

Toyota表示，目前尚未確定FPEG實(shí)際量產(chǎn)的日程，但其也表示，由于FPEG沒(méi)有曲軸、全靠空氣彈簧控制，所以?xún)?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(dòng)燃料，氫燃料也是可行的選項(xiàng)之一。FPEG在未來(lái)正式進(jìn)入汽車(chē)市場(chǎng)后，Hybrid車(chē)款的發(fā)展將擁有更多可能性，而這對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一大利多。