【汽车点评·技术·原创】
相信不少小伙伴知道，现在汽车上最常见的活塞发动机，是由气缸内部的活塞做往复运动，由连杆推动曲轴旋转从而获得动力的。不过，有种活塞发动机没有连杆，也没有曲轴，却依旧可以推动车辆前进。笔者今天就和你聊一聊这种看似“缺零件”的活塞发动机。
关于咱们最常见的活塞发动机，笔者也不想废话，一张动态图相信大家就能明白。
关于“缺零件”的活塞发动机，其实人家的学名是叫自由活塞式发动机。这种发动机没有曲轴和推动其旋转的连杆，只有活塞（一般是一对儿）在气缸中做往复运动。由于没有曲轴把活塞“拽”回来，所以，一般在气缸两侧，还布置有空气弹簧把活塞“弹回”下止点。那么问题来了？活塞自己动，那么怎么取力呢？
就好像我们在排气口能感受到排气强大的压力一样，早期的自由活塞式发动机是依靠发动机点燃后的高压尾气，推动涡轮旋转进而获得动力的（其实就是燃气轮机）。这一点和现在汽车上的废气涡轮增压器道理是一样的。
通用在1956年推出了XP 500 Firebird，它是有史以来唯一使用由自由活塞发动机驱动的汽车。由于这种发动机只是需要燃料燃烧后的高压排气，所以这台汽车的Hyprex四缸燃气发生器（发动机）能使用几乎任何可燃液体作为燃料，最大功率达186kW（250hp）。
△ 不难看出，这台车还是“前置后驱”的。前面的发动机将燃烧后的高压气体送至后轮的涡轮驱动其旋转，带动后轮。
由于车辆依靠燃气推动涡轮旋转，这使得车辆对油门的反应比较迟钝。毕竟气体推动涡轮旋转肯定没有活塞推动曲轴旋转那么直接。加上较大的噪音问题，通用公司最终打造了一台6000马力的机组，安装在了对加速并不敏感的货船上。
△ 1956年自由级“William Patterson”号货轮。从右侧的广告上不难看出，这艘船采用了自由活塞式发动机。
虽然后来有些公司采用了让涡轮驱动发电机，然后用电力驱动车辆的方案，但是工程师们还是决定翻一翻初中时的物理课本（笔者瞎掰的）。既然活塞在不断进行往复运动，那么如果在活塞上装上磁铁，在气缸上缠上线圈，活塞的往复运动不就成了导体在磁场中切割磁感线么？
结果便是：发动机直接“变身”发电机。
丰田的工程师绝对是“好学生”，他们立刻着手开发了“自由活塞式发动/发电机”，其实说到底和我们上文提到的那些大家伙类似。只不过丰田这个新发动机采用了缸内直喷的单缸结构。活塞下面布置了一个长长的永磁铁（转子），外面布置了更长的线圈（定子），用这样的组合完成一个发电结构。
这台发动机现如今还在测试阶段，但是丰田预计这套动力可以输出大约10kW的动力，但是由于其体积小、结构简单、运动部件少等特性，使得其布置（不用考虑传动系统的布置等）及发电效率都会比较出色，量产的可能性还是很高的。不过，永磁铁高温状态下会有退磁的现象，如何冷却等一系列难题恐怕需要丰田的工程师们好好攻克一番。
多说一句，如果给线圈供电，这个发电机就变成了电动机，可以反向推动活塞运动，加上适当的喷油和点火程序，这样这台发动机就解决了启动的问题。
总结：虽然自由活塞式发动机的想法早在1807年就由一个叫De Rivaz的法国人提出来，在上世纪初就被用来作为燃气发生器推动涡轮，也在一些看似不靠谱的车辆上进行了测试，但是这个看似“奇葩”的动力终究还是被传统的活塞发动机抢了“风头”。不过随着技术的发展，谁知道以后会变成啥样呢！
原创文章，作者：李寅博，如若转载，请注明出处：https://car.58.com/1278309/
