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无曲轴 无连杆?丰田引爆发动机新革命!

来源:新浪汽车   更新时间:2018-12-19 15:43:40    

  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(以下简称FPEG),有望将这一切都变为现实。可以把它看成自由活塞发动机+线性发电机会好理解一些。那到底是发动机还是发电机?

  简单来说,FPEG引擎就像是一台汽油发电机。目前,丰田的试做版本采用单缸设计,相比传统燃油发动机拥有更大的燃烧室和活塞,活塞在燃油爆燃所产生的推动力下来回运动,但这次它的任务并非是向车轮输出动力,而是发电。

  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。

  FPEG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。

  增程式电动车与油电混合动力汽车最大的区别就是,汽油发动机只为电池充电,而不直接参与驱动车辆。全球首台增程式电动车雪佛兰沃蓝达(VOLT)仅仅是根据传统的1.4L汽油发动机进行了改造。

  丰田让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FPEG发动机长度仅有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13匹马力的输出功率,因此并不具备装配普通大型车辆的条件,但足以驱动微型电动汽车行驶。而且FPEG引擎还能够与动能回收系统等其它系统进行合作来达到更好的使用效果。

  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。

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