无曲轴，无连杆，热效率42%！你想不到的发动机新时代来临！

你的可变气门正时直喷涡轮增压发动机已经过时了！如果我告诉你，以后的发动机用不着曲轴和连杆了，而且通过活塞的往复运动就可以直接发电，你会不会觉得这是天方夜谭？但是丰田正在研发的一款自由活塞发动机线性发电机（Free Piston Engine Linear Generator），有望将这一切都变为现实！

可能一看到自由活塞发动机线性发电机这么长的名字有点晕（以下简称FPEG），把它拆成自由活塞发动机+线性发电机会好理解一些。那到底是发动机还是发电机？我们暂且把它算为可以发电的发动机好了。

发动机加发电机，那相信大家已经猜到了这一定跟混合动力有关。没错，丰田研发FPEG就是旨在为增程式电动车量身定做一款小型装置。相比现款增程式电动车使用的发动机及发电机，FPEG将大大减小发动机的体积以及重量。

1FPEG发动机，取消曲轴机构让活塞运动更自由

其实FPEG并非一项新技术，因为早在1959年时，全球第一台FPEG即已取得专利认证，而FPEG则是根据FPE (Free Piston Engine) 的基础所延伸出来的装置。

那么，FPEG发动机是什么呢？顾名思义，我们可以知道这种发动机的活塞自由度较高，但是，它又是如何让活塞可以自由活动呢？原因就在于将曲轴以及连杆结构取消，并以一个空气弹簧 (Air Spring)取代，活塞运动全靠燃烧室的气体以及空气弹簧 (Air Spring) 控制，设计者可以自己决定空气的压力和体积，从而让整体设计趋于自由化。

简单来说，即是活塞运行至下死点时，会遭遇到空气弹簧的阻挡而往回弹，活塞因而往上死点移动，到达上死点时，再藉由燃料燃烧爆炸产生的气体推力往下死点运行，周而复始。

2Toyota让FPEG擁有超高熱效率

Toyota的FPEG技术，即是建立在FPE的运作基础下所延伸出的发电装置。传统油电系统下，发电机是与发动机本体分离，发电机与引擎曲轴连接、并利用其回旋动能而发电；但Toyota的FPEG则不同，由于FPEG没有曲轴，所以活塞本体就成为了发电机，且因为没有曲轴的机构装置，引擎本体的体积因而缩小，构造也相对简单许多。

而Toyota FPEG的发电方式，则是透过安装在活塞上的永磁磁铁 (Permanent Magnet)，以及磁铁外侧的线圈组 (Coil) 组成之发电系统 (Linear Generator) 运行。在燃烧室的相对侧，原厂将一个密闭空间填满空气，使其成为空气弹簧，而这个装置可以取代曲轴设计，让活塞到达下死点时可以反弹、朝逆向运动，而透过活塞上的磁铁反复在线圈组运行、交互感应，电力即由此而生。

FPEG的工作原理与两冲程发动机工作原理相同，在活塞下行时，完成做功、并用混合气将废气挤出，在活塞上行时，在活塞下部吸入新鲜空气、并且完成压缩冲程，到达上止点后完成喷油及点火等工作。

丰田表示，FPEG发动机在连续使用下能够达到42%的热功效。而在当今世界上，只有最好、最复杂、最昂贵的汽油发动机才能达到接近这个百分比的效果，而且必须是在特定的条件之下。更了不起的是，一个两缸的FPEG发动机天生就是平衡的，而且其长度仅有60厘米，直径也不过20厘米。这样一个尺寸的FPEG发动机能够产生15匹马力的输出功率，足以驱动一台电池耗尽的紧凑型电动汽车高速行驶。

3不只汽油，几乎任何燃料都能驱动FPEG

Toyota表示，目前尚未确定FPEG实际量产的日程，但其也表示，由于FPEG没有曲轴、全靠空气弹簧控制，所以内燃机压缩比可藉由空气弹簧的体积进而自由控制，这也意谓着FPEG除了可使用汽油当作驱动燃料，氢燃料也是可行的选项之一。FPEG在未来正式进入汽车市场后，Hybrid车款的发展将拥有更多可能性，而这对消费者来说，无疑是一大利多。