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),热效率高达40%以上。
自由活塞发动机线性发电机(简称FPEG),分为自由活塞发动机和线性发电机。是一种由发动机驱动发电机工作,将能量存储在电池中的新型发动机,将机械能转换成电能,从而使发动机的整体能量转换效率升高的新型发动机。
发动机加发电机,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,提高总体能量转换效率。
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。
FPEG发动机将普通发动机的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,设计者可以自己确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,即是活塞运行至受力平衡点时,会遭遇到空气弹簧的阻挡而往回弹,活塞因而往上平衡点移动,到达上平衡点时,再藉由燃料燃烧爆炸产生的气体推力往下平衡点运行,不断循环。
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FPEG拥有超高熱效率
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;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,热转换效率提升!更省油!
FPEG的发电方式,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,而这个装置可以替换曲轴设计,让活塞到达下平衡点时可以反弹、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。
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。
不只汽油,几乎任何燃料都能驱动FPEG
Three dimensional architected thermoelectric devices with high toughness and power conversion effici