丰田关于混合动力可谓是适当固执，尤其是非插电式混合动力。因而，哪怕是在纯电动动力体系的研制中，这种“混动”思想也是如影随形。
好像在上一篇文章《燃效提高30%，“专宠”混动的丰田表错情了么?》中说到的那样，在向纯电动车的过渡阶段，内燃机将仍然扮演重要的人物，因而，即便是压注混动的丰田，也并没有抛弃对发动机的研讨。而怎样让内燃机在纯电动车作业中持续发光发热也是工程师们的研讨方向之一。
便是在这样的指导思想之下，丰田的中心研讨所研制出了一种新式的发电机，功率为10千瓦。这款线性发电机尽管是发电机，可是却是在内燃机的结构上改造而成的，有一个让人不明觉厉的姓名——Free Piston Engine Linear Generator(下文简称FPEG)，自在活塞引擎线性发电机。它与传统发动机最大的不同便是，在气缸中加入了发电设备。
丰田估计，一对10千瓦的发电机能够让一辆B/C级的纯电动车巡航速度到达120公里/时。要知道关于纯电动车来说，其行进速度一向遭到续航路程的约束。尽管许多电动车的最高时速都能够超越150公里/时，可是要想取得最大的续航路程，这个数字也就会大打折扣。那么，丰田是怎样做到的呢?
其实这项新发明运用的原理适当简略，仍是高中时分的物理常识——电磁感应。
咱们知道，传统的内燃机中，曲柄连杆机构让活塞在气缸内进行往复运动，把燃料焚烧的化学能转变成机械能进行输出。而在FPEG中，活塞的外部增加了一块磁铁，活塞的往复运动切开磁铁发生的磁感应线，与外部的感应线圈发生电磁感应，把活塞运动的动能转化成了电能。
现在，丰田中心研讨院仅仅是制作了一款原型机用于实验。这个原型机是在一个两冲程的气缸基础上进行改造的，由焚烧室、线性发电机以及气压绷簧室组成。
气缸结构剖面简图
在传统的发动机中，使活塞进行循环的往复运动的要害结构在于曲柄连杆机构。而在FPEG中，由于不是直接输出机械能，也由于气缸中加入了磁铁，曲柄连杆结构就被直接撤销了。磁铁附在活塞之上，而在本来的气缸体中，加入了感应线圈以及嵌入气缸套的定子，磁铁、感应线圈和定子一同组成了线性发电机。线性发动机能够看成是一个永磁电机，能够一同作为电动机和发电机运用。
FPEG中最要害的结构便是中空的活塞，活塞两头的直径不同，其间，直径小的一端与气缸体组成了焚烧室，直径大的一头与气缸一同组成了气压绷簧室。从上面的剖面图中能够看出，活塞的剖面形状是一个W，丰田也就把这种活塞称为W形活塞。
撤销曲柄连杆结构之后，焚烧室的气体胀大做功只能让活塞单向运动，也便是只能“往”而不能“复”。在FPEG中，气压绷簧室则是确保活塞能够回到焚烧室的一端，进行下一个循环。气体焚烧推进活塞做功的一同会紧缩气压绷簧室中的气体，也就适当于将活塞的一部分动能储存在气压绷簧室中，当紧缩到必定程度时，推进活塞进行回复运动。气压绷簧室中有一个压力调整阀，能够依据发动机的不同工况对其间的压力进行调理。
除此之外，FPEG的根本结构与一个单气缸两冲程的发动机根本相同。在焚烧室的一端设有喷油嘴、火花塞(原型机运用汽油为燃料)和排气门，而混合气则是从汽缸衬垫的扫气孔中进入焚烧室。
FPEG模仿剖面图
W形活塞的规划是FPEG的要害之处。在气缸的底座中，有一个固定的圆柱支柱。中空的活塞便是依附在这个固定的支柱上进行往复运动，固定支柱内部规划了冷却油的管道。为了确保活塞在光滑条件缺乏的情况下也能正常地进行往复运动，在活塞和气缸衬垫上都运用了陶瓷涂层下降摩擦力。而依附于活塞的磁铁的方位被设在远离焚烧室的一端，防止遭到高温的影响而呈现消磁现象。
与传统的发动机比较，没有曲柄连杆机构之后，发动机的机械丢失大大下降，推进活塞往复的气压绷簧室尽管也是依托气体紧缩做功，可是其横截面积越大，气体紧缩后的问题也就越低，也就减少了整个进程中的热力丢失。而在发电上，由于磁铁与线圈之间的空隙固定，能够确保发电功率。在模仿实验中，不管是运用汽油机仍是柴油机的热功率都有所提高，其间10千瓦下的柴油机热功率到达了42%。
当然，凡事有利必有弊。
尽管撤销曲柄连杆机构，把发动机的结构大幅度简化并且热功率也有所提高，可是随之而来的问题便是，活塞方位的确认变成了一个难题，由于无法经过曲柄的转角来确认了。可是活塞的方位又是一个至关重要的要素，燃油喷发、焚烧、翻开和封闭排气门的时刻都由它决议，并且在FPEG中，是活塞的运动切开磁感应线发生电磁反响然后发电，活塞的方位也就愈加重要。
为了能够得知活塞的具体方位，研讨院在活塞上规划了许多沟槽，并在气缸内外表上安装了空隙传感器。活塞上沟槽的深度不同，活塞运转在不同方位时，与气缸内外表的空隙也就不同，空隙传感器经过空隙不同确认活塞方位。
没有曲柄连杆机构的别的一个问题是活塞的上止点和下止点不再固定。FPEG中，活塞是依附于气缸内的固定支柱往复运动，尽管支柱的长度确认了活塞的运动规模，可是在这个运动规模内，上下止点却都是不固定的。上止点取决于焚烧时刻，当焚烧之后，焚烧气体胀大做功，活塞则开端下行;下止点取决于气压绷簧室的压力，当气压绷簧室的压力到必定值时，则推进活塞上行。别的，上下止点的不固定，也让气缸的紧缩比不再是一个固定值。
而为了确保焚烧进程的安稳性，上下止点的方位有必要被准确操控。因而，尽管简化了机械结构，可是关于发动机操控体系的要求，却更高了，操控体系的设定也就愈加杂乱。并且，关于操控体系的要求并不止于此。两冲程的发动机得不到遍及的原因之一就在于其排气与进气进程的重合，换气进程中很简单有未焚烧的混合气跟着废气一同扫除，形成丢失，因而在FPEG中，排气门的敞开和封闭时刻也需求得到准确地操控。
当然，可控要素的增多也有一个优点，便是能够依据运转需求随时进行调整，确保发动机一向运转在高效的工况之下。
到现在为止，FPEG还处于实验阶段。FPEG的原型机在实验室中安稳运转了4个小时，暂时没有发现任何冷却或许光滑缺乏的问题。可是假如要进行量产，工程师们还有许多作业要做，除了操控体系之外，在体系的可靠性、安稳性、寿数甚至输出功率和转化功率的提高上，都还需求进一步的研讨。
