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曲轴，是发动机内不可或缺部分，它将活塞、连杆传来的力转化为转矩，用来驱动汽车和其他辅助装置；简单来说，曲轴连杆组有着将活塞直线运动转化为转动的重要功能。作为发动机内的高精度、高强度的重要部件，曲轴的设计和制造往往决定了发动机性能的好坏，但若有一台发动机没有曲轴，你能够想象吗？ 2014年底，丰田在底特律国际汽车工程国际研讨会上，提出了自由活塞发动机线性发电机（FPEG）的设想，并在近日展示了其原型机。其实自由活塞发动机（FPE）并不是一个全新的技术，早在1959年就已经有人申请了其专利，此次丰田展出的FPEG，就是在FPE的基础之上，进行的拓展。该装置将自由活塞发动机与直线电机集成在一起，能够将气缸内燃料燃烧产能的能量，通过与活塞刚性连接的发电机转子，直接转化为电能。 自由活塞发动机（FPE）有什么特点？ 相比起传统燃油发动机，FPE减少了曲柄连杆机构，使得发动机结构更加简单，成本更低；而没有了曲柄连杆的约束，活塞行程可变，气缸压缩比就能更好的调节，发动机热效率也能随之提升；此外，FPE还采用了二冲程做功方式，相比传统四冲程发动机，在计算压缩比、进排气影响的情况下，依然能够达到传统发动机1.6倍左右的功率，且二冲程做功频率大，运转更平稳，更容易达到高速；此外丰田还透露，FPE还将采用HCCI技术，通过压燃的方式点火，进一步提升热效率和降低排放。 丰田FPEG最优适用对象与优势是什么？ 丰田的FPEG技术，是建立在FPE的运作基础下所延伸出的发电装置。既然发动机与发电结合到了一起，相信大家都会本能地想到混合动力汽车，对于热衷于混动的丰田来说，更是再适合不过了。 现阶段混动汽车动力系统方面，电机与发动机曲轴相连，通过曲轴输出的旋转动能进行发电，丰田FPEG与其相比，减少了曲轴连杆组的动能传递过程，能量转化效率会更高；此外，由于没有曲轴等部件，FPEG的体积相应的会更小，且机械结构更加简单，降低了设计和制造的成本，同时也更利于动力系统的布置和摆放；第三，因为其压缩比的自由变化，使得不仅是汽油，甚至包含氢气在内的诸多燃料，都可以进入FPEG燃烧，提升了燃料适应性。 丰田FPEG量产化的难点 既然14年丰田就提出了这一优秀的构想，为何直到现在才拿出样机呢？而FPEG真正实现量产又存在哪些需要解决的问题呢？ 众所周知，传统发动机上进排气门开闭、点火时刻等重要时间点，与活塞位置紧密相关，同时曲轴连杆又控制着活塞的位置，所以我们可以通过曲轴转角传感器得知的数据来控制发动机平稳工作，而没有曲轴的FPEG，完全依靠电控定位活塞，所需要的电控系统相比传统发动机要复杂的多，加之二冲程发动机本身的缺陷原因，如果不能完美的解决电控问题，随之而来的燃烧不稳定、燃烧不完全等问题，不仅会加剧油耗、排放和导致发动机工作不平顺，更会影响HCCI技术的正常运行。可见，电控问题是困扰其量产的最大原因。 丰田FPEG具有可变压缩比、燃料适应性广等优势，并且与增程式混动汽车、移动电源等有着极高的契合度，具有良好的发展前景。加之丰田对于混动汽车独有的情怀，相信在不久的将来，我们有机会看到搭载FPEG的丰田车了。 |
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