丰田汽车一直执着坚定于混合动力技术路线，而且普锐斯令人惊叹的百公里4.5升的油耗并未使其满足，面对扮演重要角色的发动机，丰田还在致力于使其更节油、更高效、更小巧，这次他们将目光瞄准了发动机的活塞。
近日，在SAE 2014 World Congress车辆工程国际研讨会上，丰田发布了其最新科技——Free Piston Engine Linear Generator(下文简称FPEG)，自由活塞引擎线性发电机。该发电机基于二冲程发动机研发，结合传统发动机与发电机的结构，根据电磁感应原理，在发动机气缸中加入线圈和永磁体，利用活塞的往复运动，永磁体切割感应线圈产生电能。
FPEG模拟剖面图
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关键结构在于曲柄连杆机构。而在FPEG中，因为不直接输出机械能，同时在气缸中加入了磁铁，因此取消了曲柄连杆结构。线性发动机可以看成是一个永磁电机，能够同时作为电动机和发电机使用。
FPEG中最关键的结构就是中空的活塞，活塞两端的直径不同，其中，直径小的一端与气缸体组成了燃烧室，直径大的一头与气缸一起组成了气压弹簧室。从上面的剖面图中可以看出，活塞的剖面形状是一个W，因此，丰田把这种活塞称为W形活塞。
取消曲柄连杆结构之后，燃烧室的气体膨胀做功只能让活塞单向运动，在FPEG中，气压弹簧室则是保证活塞能够回到燃烧室的一端，进行下一个循环。
除此之外，FPEG的基本结构与一个单气缸两冲程的发动机基本相同。在燃烧室的一端设有喷油嘴、火花塞(原型机使用汽油为燃料)和排气门，而混合气则是从汽缸衬垫的扫气孔中进入燃烧室。
与传统的发动机相比，没有曲柄连杆机构之后，发动机的机械损失大大降低。而在发电上，因为磁铁与线圈之间的间隙固定，能够保证发电效率。在模拟实验中，不管是使用汽油机还是柴油机的热效率都有所提升，其中10千瓦下的柴油机热效率达到了42%。
虽然取消曲柄连杆机构，大幅度简化发动机的结构并且热效率也有所提升，但是活塞位置的确定变成了新的难题。传统发动机通过曲柄的转角来确定活塞的位置，活塞的位置又是一个决定燃油喷射、点火、打开和关闭排气门的时间的关键因素，而且在FPEG中，是活塞的运动切割磁感应线产生电磁反应从而发电，活塞的位置也就更加重要。
为了确定活塞的具体位置，丰田采用沟槽和间隙传感器的策略，在活塞上设计许多沟槽，并在气缸内表面上安装间隙传感器，用来确定活塞的不同位置。此外，活塞的上止点和下止点也不再固定，上下止点的不固定，也让气缸的压缩比不再是一个固定值。而为了保证燃烧过程的稳定性，必须精确控制上下止点的位置。
因此，虽然简化了机械结构，但是对于发动机控制系统的要求却更高了，控制系统的设定也就更加复杂。当然，除了带来以上问题，还带来一个好处，就是可以根据运行需要随时进行调整，保证发动机一直运行在高效的工况之下。
截止目前，FPEG还处于试验阶段，但是如果要进行量产，变为广泛应用的产品，还有很多问题需要解决，除了控制系统之外，在系统的可靠性、稳定性、寿命乃至输出功率和转化效率的提升上，都还需要进一步的研究。
虽然还处于试验阶段，但FPEG技术的发布以其高达42%的热效率将引领丰田在混合动力汽车技术上继续领跑世界，同时也表明了丰田坚定不移发展混合动力技术的企业战略。该技术不仅可以用传统的汽油、柴油作为燃料，还可以采用氢气作为燃料，联想丰田在燃料电池汽车技术方面的研发成果和战略规划，丰田的新能源汽车方面战略愈加清晰：一是通过混合动力技术使汽车更节油，如果将来FPEG技术批量用于混合动力汽车，将在现有的基础上更大幅度降低油耗，媲美2升左右的插电式综合油耗也不是不可能；二是靠燃料电池汽车直接走向零排放，或许未来FPEG技术能与燃料电池技术相结合，也同样值得关注。
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