空气发动机用于车辆驱动的探讨毕业论文

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1、 毕业论文论文题目：空气发动机用于车辆驱动的探讨所属系别 车辆工程系 专业班级 大专检测 姓名 学号 指导教师 撰写日期 2012 年 5 月摘 要 国内汽车市场迅速发展，而轿车是汽车发展的方向。然而，随着汽车保有量的增加，不可再生资源的过度消耗，环境污染的不断加重以及市场油价的不断攀升，研制更为经济、良好驱动力、环保的新型发动机已经是当前各个发动机厂商的首要研究项目。 针对传统汽车发动机因上述问题和挑战，介绍了压缩空气动力汽车的工作原理,基本结构。分析了空气动力的能量转换过程以及压缩空气的存储特性，认为空气发动机在车辆上的驱动原理上是可行的，技术上可实现的是一种无污染环保型的发动机。分析了压

2、缩空气动力汽车的动力特性和行驶特性并讨论了压缩空气动力发动机工作特性的研究是进行发动机设计和配置该型发动机汽车的动力系统设计的基础。文中运用热力学建立了气动发动机工作过程数学模型，结合仿真研究探讨了转速变化时发动机工作特性的变化情况，并与发动机台架试验结果进行了比较分析，为优化气动发动机设计，提高气动发动机性能提供参考并讨论了空气发动机的发展前景。关键词：空气发动机，数学模型，仿真研究 Abstract The domestic automobile market rapidly, but the car is the developing direction of the car. Howe

3、ver, with the increase of the auto possession, the excessive consumption of non-renewable resources, environment pollution worse and market prices of the increasing, more economic development and environmental protection of driving force, good new engine is the first manufacturer to each engine curr

4、ent research projects. In traditional automobile engine for the above problems and challenges, introduces the compressed air power the car work principle, basic structure. The analysis of the aerodynamic force energy conversion process and compressed air storage properties, think the air to the vehi

5、cles engine driving principle was feasible, and technology can be realized on the is a kind of pollution environmental protection of the engine. Analyzes the compressed air power the car dynamic characteristics and operating characteristics and discuss the compressed air power engine working charact

6、eristics of the research is to perform the engine design and configuration this type of vehicle dynamic system design foundation. This paper by using thermodynamical established the mathematical model of the working process of the air-powered engine, combined with the simulation study explores the s

7、peed change engine work characteristics change of and diesel engine test is analyzed and compared with the air-powered engine for optimization design, improve pneumatic engine performance and discusses the reference air engine development prospects. Keywords: air engine, mathematical model, the simu

8、lation research 目录1 引言52 空气发动机汽车的认识53 空气发动机用于车辆驱动的研究63.1空气发动机的原理概述63.2气动汽车的研究现状73.3空气发动机汽车的工作特点93.4动力系统设计要求9.3.5动力系统设计方案104 空气动发动机工作过程理论建模和分析124.1气空动发动机工作过程热力学模型124.2气动发动机工作特性仿真分析164.3空气发动机试验研究184.4研究结论185发展前景和改进方向195.1发展前景195.2改进方向196 我国汽车业前景展望207 总结21参考文献22致谢22 1 引言 在当今社会里车辆已经成为我们生活中不可缺少的一项重要交通工具，

9、更多的汽车走进我们的生活，因它而起的汽车文化正在影响着我们的生活。然而，随着汽车保有量生资源的过度消耗，环境污染的不断加重以及市场油价的不断攀升，研制更为经济、良好驱动力、环保的新型发动机已经是当前各个发动机厂商的首要挑战任务。因此，人们期望有一种没有污染、用之不竭的新能源汽车出现。以压缩空气为能源，使用压缩空气发动机来驱动汽车，可以实现汽车的零排放，是真正意义上的绿色动力。2 空气发动机汽车的认识你听说过用空气来推动的汽车吗？这可是一件新鲜的事，在国际汽车界的汽车族谱里可是完完全全的一种另类汽车，但事情总是在发展的，近十年来，在法国、英国、西班牙、美国、墨西哥、南非一些汽车界的工程师，热心于

10、研制空气汽车，并已经取得近乎实用性试验阶段，达到令人感叹的进步！ 毫无疑问的，原油每桶爆涨至一百多美元，迫使人们改采其它低污染的燃料，然而一位赛车引擎设计师设计的车子在都市行驶却是零污染，即便在高速公路也几近无污染。这位引擎设计师表示，空气车的设计原理，主要是透过气体的压缩和膨胀来推动引擎，冷空气在纤维容器储槽中进行压缩，加热后送入活塞引擎的汽缸中驱动车辆，系无氧化燃烧反应，因此不会造成污染。他设计的空气汽车载有4个总容量90升的压缩空气缸，可储存90立方米的空气，“加气”过程相当简易，可以家用220伏特的电源接上压缩机，4小时即可充气完成，若是至特定的加气站快速充气，则仅需几分钟。空气汽车最

11、高时速已达100-120公里，加速能力0-50公里为6秒，行车距离230公里或12小时。最后还要说明的是，由于在排出气管中装有碳活性过滤器，从理论上讲它排出的气体，比我们一般生活上呼吸的空气还干净。实现真正意义上的零燃油、零排放和零污染。3 空气发动机用于车辆驱动的研究 压缩空气动力汽车(Air Powered Vehicle-APV，简称气动汽车)利用高压压缩空气动力，将压缩空气存储的压力能转化为机械能驱动汽车运行，不消耗燃料，尾气无任何污染物资排放。同时压缩空气可以利用水力、风力、太阳能等可再生绿色能源作为动力的电力储备，用于汽车动力可使汽车真正成为零排放的环保汽车，解决石油矿物资源和环境

12、污染问题。气动汽车与传统汽车相比，具有不可比拟的优势:气动汽车是真正的零排放汽车，在循环利用的空气的同时也对空气进行了净化;同时，高压空气膨胀做功后温度降低，低温的尾气可以作为空气动力汽车制冷空调的冷源而不需要额外消耗能量。要存储保证汽车正常行驶里程的能量，需要采用很高的压力并占用较大的空间，不适于长途行驶的需要。空气动力汽车的优缺点决定了它将主要针对污染严重城市日常短途交通或室内交通工具，如:城市公交车、城市上班私家车、观光游船、运动小车及室内搬运工具车等，这是一个巨大的市场。 3.1空气发动机的原理概述原理是将空气中的氮气分离出来后再经零下160的低温使其液化，用制备的液体作发动机燃料。在

13、氮气空气发动机汽车上装一类似汽车水箱散热网的热能交换器，当液体氮气经过热能交换时会遇热迅速变为气体，其体积在瞬间会膨胀700倍，氮气体积膨胀推动活塞运动，与汽油燃烧时的作用一样。空气发动机不是我们通常看到的空压机，而是一种比较高效、高速、低噪声、可控制的发动机，它有三个行程，即压缩、燃烧、充气。它由两个气缸组成，一个是进气及压缩活塞，一个是充气及排气活塞，中间有一个球形“燃烧室”。当空气注入“燃烧室”时，转换阀关闭，经过充气、压缩、燃烧和排气过程，完成发动机的运行，再由变速箱转到传动桥上，驱动汽车行进。 图3-1 压缩气体发动机理论工作循环示功图 压缩气体发动机理论工作循环如图3-1所示，图1

14、中V0表示余隙容积；V1表示进气容积；V2表示气缸容积。进气门开启后，气缸压力迅速由上一循环的残余压力升到进气压力(12)。在进气门保持开启阶段，由于有储气罐内高压气体的补充而进行等压充气(23)，当活塞下行到某合适位置3时，进气门关闭。于是气缸中的高压气体开始膨胀(34)，此阶段一般是一个多变过程，之后，排气门开启，缸内气体排出气缸(41)。 压缩空气发动机是通过高压气体膨胀做功以实现动力输出的，其总体结构形式可以借鉴传统发动机现有的结构模式，主要是往复活塞式及旋转活塞式等形式。高压压缩空气经减速压阀减压，通过热交换器吸热膨胀，进入气缸后进一步膨胀，推动活塞输出动力。为了能够有针对性地改进缩

15、空气发动机及管路系统的各项参数，提高发动机的效率与能量利用率，对现有压缩空气发动机及管路系统进行数值模拟是有必要的，这样能够摸清压缩空气系统动力学特性，提高系统工作效率，缩短改进工作周期，节约研制成本。3.2气动汽车的研究现状气动汽车具有零排放绿色环保的特点，能较好的解决目前能源和环境两大危机，具有明显的社会意义，目前世界许多国家都积极投入对气动汽车的研究。国外的气动汽车研究工作主要集中在法国工程师Guy Negre领导的研究小组。他于1991年获得了法国气动发动机的专利，并组建了法国MDI汽车公司专门研制气动汽车。 MDI公司的气动发动机类型中一种纯气动的发动机外观及工作原理如图 3-2所示

16、。在这种类型的气动发动机里，储存在高压气罐中的压缩空气经过减压，依次进入多个气缸推动活塞做功，在前后各气缸之间设置了热交换器，以利用外界空气中的热能，提高发动机的效率。这种发动机提高效率的手段是设置热交换器以使高压空气尽可能的释放，从而得到经可能多的对外输出功，获得较高的效率。 3-2 MDI 发动机图和原理图这种纯压缩气动发动机，采用吸入外界空气的环境热能利用形式，结构为双缸双曲轴四冲程对置式气动发动机(包括吸新鲜空气压缩进压缩空气排气冲程)，使用了已申请专利的曲柄活塞连杆结构，该结构可以使压缩冲程末端活塞保持在上止点位置较长时间，从而被压缩的高温新鲜空气可以和喷射进来的低温压缩空气充分混和

17、，使环境温度得到充分利用。同时，在汽车整体气动系统的布置上，由储气罐出来的高压气体减压后先经过热交换器，充分吸收环境热能后再进入发动机气缸做功，提高气动汽车整体效率。这种气动发动机对进气过程做了改进，较好的利用了环境热能。 国内有浙江大学流体传动及控制国家重点实验室进行了气动汽车的研究工作，其它的未见文献报道。但是在有关气动发动机相关的气动马达和其他气动系统方面，国内有一些学者做过一定的研究，提出了以选择合适的膨胀比来提高压缩空气利用效率的方法。目前浙江大学已经取得的研究成果有:活塞式气动发动机单级及两级建模，普通燃油发动机改造为气动发动机、两级膨胀发动机研制、气动汽车整车动力集成、试验液氮发

18、动机理论与实验研究等。他们采用4XSOL的气罐作为气源，试验结果表明，汽车最高时速大于30km/h，由零加速到30km/h的时间约为15s。经济性方面，储气瓶充气至12MPa时，平均时速30km/h时，平坦路面上最大行驶里程约Skm左右。试验技术数据离理论计算及实际应用还有一定差距，因此有必要对气动汽车整车系统进行能效分析。利用热力学第一定律数值模拟的基础上,应用热力学第二定律,对其两种工作模式的工作过程的可用能分布进行仿真研究，进而可以得出相关理论参数，可以为下一步的研发设计和制造提供了宝贵的技术指导。3.3空气发动机汽车的工作特点空气发动机汽车行驶的能量由存储在高压压缩空气中的压力能提供，

19、由气动发动机转换为转矩形式的机械能经转动系统驱动汽车行驶。压缩空气动力发动机的工作特性具有起动及低速转矩大，随发动机转速升高输出转矩逐渐减小，而耗气量逐渐增大的特点，通常情况下进气阀打开后发动机即可运行并输出最大转矩，直接驱动汽车起步行驶。同时，发动机的输出转矩及转速与进气压力和流量成比例，可以通过对进气压力和流量的调节方便地进行调整，适应不同工况的需要。3.4动力系统设计要求 空气发动机汽车本质上是一套气动设备，因此它的动力系统与常规的气动系统的构成是相同的，仅一些元器件上的差别，也包括了气源、气阀、气动管道、执行机构（在此为压缩空气动力发动机）和控制元件等 。但是作为汽车动力，动力系统的设

20、计具有比较特殊的要求，主要有以下几点： （1）高安全性 压缩空气动力汽车是载人交通工具，必须保障车内乘客的生命安全，而动力系统中气体介质的存储压力达到数百个大气压，工作压力为几十个大气压，必须采用具有耐超高压能力、性能可靠的储气罐及工作管路。 （2）高效率 不同于普通气动系统具有可以持续提供压缩空气的空气压缩机作为气源，车载存储于气罐中的高压压缩空气的容量是有限的，要保证汽车有足够的继驶能力，在提高车载储气量的同时，必须尽可能提高动力系统的效率。 （3）高可靠性 压缩空气动力汽车作为交通工具，必须满足较高的可靠性要求，减少日常故障的发生。 （4）占用空间小，重量轻 汽车内的空间有限，承载也有限

21、，为尽可能多的增加乘客、货物等有效的载荷的承载量，动力系统必须尽可能地做到占用最小的空间，系统重量最轻。3.5动力系统设计方案根据以上压缩空气动力汽车的特点和设计要求，我们设计了如图1所示的动力系统，它由储气罐，减压控制系统和发动机组成。由气源部分开始，设计使用超高压碳纤维储气罐来存储高压气体，这种储气罐为复合型气罐，采用了薄壁铝合金内胆，外壁缠绕高耐特高温的强度碳纤维的结构，具有重量轻，耐高压，安全耐用的特点，使用压力达 图3-3 压缩空气动力汽车动力系统50MPa以上。气罐出口设置了主控阀，行驶时保持开启，在维修或长时间停驶以关闭常规气动系统的减压控制都采用气动减压阀进行节流减压方式。在节

22、流减压过程中，由于通过节流口高速流动的气体的摩擦作用，能量损失较大，而且压力差越大，损失越大。这对于有不间断气源供应，只注重功能性要求的一般气动系统是适应的，但是对于压缩空气动力汽车来说，车载的压缩空气存储的总能量是非常有限的，减压阀的节流损失在此就是一个不容忽视的无效能量耗散过程，将降低动力系统的能量利用效率，缩短汽车的继驶里程。因此，普通的节流减压方式不适宜压缩空气汽车气动回路高压减压段。 图3-3所示的动力系统采用了高压容积减压方式，使用气体膨胀减压的方法使压力降低到设定值。高压容积减压方式在回路中设置了一个一定体积的减压气罐，设定好减压气罐的控制压力范围后，使用压力传感器检测气罐气压，

23、当罐内气压低于设定压力下限时，控制器发出控制信号开启高压大流量高速气动开关阀，让储气罐中的超高压气体通过大截面的阀口冲入减压罐，膨胀减压。而当气罐中进入足够的高压气体，罐内压力升高到设定压力上限时，控制器根据压力传感器的反馈关闭高压大流量高速气动开关闭。通过开关阀的断续开启，维持减压气罐中的压力在设定压力范围内，保证提高次级气动系统的正常工作压力。 高压大流量高速气动开关阀尽可能减小了阀口流过程中的摩擦能耗损失，所以对于高压气动动力系统的节能应用是一种很好的减压方式。目前，人们对高压气动开关阀研究的较少，对其工作过程中的理论模型和动态特性还少有文献进行介绍，容积减压系统的超高压大流量气动开关阀

24、的动态特性及其影响因素是此类阀应用的关键。在动力系统的设计中，使用了比例流量调节阀，通过改变发动机的进气流量来改变发动机的实际工作压力，调整发动机的功率输出。考虑到一般驾驶员驾驶习惯，设计连接机构将发动机进气流量调节阀与汽车油门踏板连接，按驾驶员踏下油门踏板的深度升高发动机进气流量，实时改变发动机转矩和功率，满足不同工况的需要。容积式减压系统和比例流量调节阀一起在动力系统中构成了一个两级减压系统，第一级属于高压减压部分，输出的压力确定了发动机的最高工作压力，也就确定了发动机的最大输出功率，避免发动机的部件超过许用压力而损坏。而采用节流阀的环节构成了第二级减压部分，使发动机的实际输出功率可以得到

25、灵活的控制。 在动力系统的设计中，考虑到高压气体在减压后温度大幅降低，与环境温度将形成较大温度差。如果从环境中给低温的气体补充热量，根据热力学规律，气体的温度和压力将升高，能量增大，最终使发动机输出更多的机械能，整车效率提高，也将获得更长的继驶能力。因此，动力系统中两级减压环节后都设置了热交换器，让减压后的气体尽可能充分地从环境中吸热，并可充当制冷空调的冷源，减少了需要拖动制冷压缩机而消耗的发动机动力。动力系统的控制部分由单片机、压力传感器、电子开关阀和显示器件组成。单片机将压力传感器检测到的气源压力和发动机进气压力值送入到驾驶室仪表盘显示，而同时根据减压气罐出口压力与设定发动机一级减压输出压

26、力的稳定。4 空气动发动机工作过程理论建模和分析4.1气空动发动机工作过程热力学模型 往复活塞式气动发动机的工作循环为简单的两冲程，即高压压缩空气进入气缸膨胀做功冲程，和膨胀后的低压气体排出气缸的排气冲程。气缸中气体的压力通过活塞、连杆传递到曲轴转化为扭矩输出，因此，发动机输出扭矩与气缸内气体的状态相关。发动机工作过程中气缸内气体状态的变化规律，也就决定了发动机的工作特性。P1进气压力；P2进气温度；hE进气气体比焓；mE进气气体质量；P2排气压力；T2排气温度；hA排气气体比焓；mA排气气体质量；P气缸内气体瞬时压力；T气缸内气体瞬时温度；V气缸内气体瞬时体积；m气缸内气体瞬时质量；u气体比

27、内能；Q通过系统边界交换的热量；W机械功；曲轴转角4-1 空气发动机热力学分析图因为压缩空气在气缸内的状态变化是一个热力学过程，取单个气缸作为一个热力学系统进行考察研究，系统的边界由活塞顶、气缸盖及气缸套壁面组成，如图4-1中虚线框中所示在进气冲程，排气门关闭，进气门打开阶段，气缸是一个开口体系，高压压缩空气由气门进入气缸，气缸内气体的质量增加；而在进气冲程后段，进、排气门均关闭，气缸成为一个封闭体系，气缸内气体质量不变，在排气冲程，气门关闭，排气门开启，气缸又变成一个开口体系，气缸内的气体是经过空气发动机工作时工作使用的压缩空气。简化计算过程，做如下假定： （1）气缸内的气体状态是均匀的，气

28、缸内各点的压力、温度完全相同； （2）压缩空气为理想气体，比热、内能仅与气体温度有关； （3）气体流入或流出气缸为准稳定流动； （4）进、出口的动能忽略不计； （5）气缸及配气机构在工作过程中无泄漏。在上述假定下，对于该热力学系统在发动机工作过程中气体状态变化应满足以下能量守恒方程。式中U气体内能。在一般情况下，气缸内气体的比内能u和质量m同时变化，因此有：实际气体的比内能u是压力P温度T和气体成分的函数，因为气缸内的气体为成分稳定的纯空气，所以比内能的变化只与气体压力、温度有关，如下式所示对（3）式进行微分得将上述关系式代入（1）式，并因为压力P对气体比内能u的影响非常小忽略不计，可以求得缸

29、内气体温度随曲轴转角变化的微分方程考虑到在热力学中，理想气体比内能和比热比存在以下关系：式中Cv- 气体等容比热,（5） 式可以简化为：在发动机工作过程中，由于不存在燃烧过程，系统的热量的来源主要来自通过气缸周壁与外界交换的热量，由下式确定式中w曲轴转动角速度；aw气体换热系数；Aw气缸传热表面积；Tw气缸传热表面平均温度,（7）式中，系统对外界所做的机械功由下式确定同时，在发动机工作过程中，系统内气体质量的变化满足质量守恒微分方程在系统内外压差和气阀的开口截面确定时，气体的瞬时质量流量是可以计算的，而进、出系统的质量随曲轴转角的变化率与瞬时质量流量的关系如下式所示式中j标志进气或排气状态；m

30、流入或流出系统的气体的瞬时质量流量，其值由下式计算，式中气体流量系数；A进气阀或排气阀瞬时开口面积；P气阀前气体瞬时压力；气阀前气体瞬时密度；流动函数，由气体流动状态确定，见下式当时为亚临界流动式中P2气阀后气体压力；k气体比热比.当时为超临界流动联立微分方程（7）和（10），再结合气体状态方程式中R气体常数，即组成气动发动机的热力学模型，可以求解发动机稳定转动时任一曲轴转角位置的缸内气体的压力p、温度T和质量m.参考往复活塞式内燃机输出扭矩计算过程,分别以活塞和曲轴作为研究对象进行受力分析，可得发动机单个缸输出的扭矩为式中(P0大气压； s活塞顶投影面积；连杆与气缸轴线夹角；活塞与缸壁间滑动

31、摩擦系数；Ab活塞与缸壁接触面积；mi往复质量；r曲柄半径；曲柄连杆比。4.2气动发动机工作特性仿真分析基于上述数学模型, 在应用热力学第一定律数值模拟得到缸内瞬时温度、压力和气体质量的基础上,应用热力学第二定律对混合动力发动机两种工作模式的工作过程进行能量可用性分析计算。在城市交通中, 平均车速通常在40km/ h 左右,此时发动机转速一般在15001800r/ min 之间。仿真计算时两种工作模式的切换转速设为1500r/ min ,其他仿真计算初始参数见表4-2。表4-2 空气动力发动机仿真初始参数 气缸直径（mm） 62 活塞行程（mm） 66 压缩比 8.70 吸气压力(Mpa) 0

32、.10 排气压力(Mpa) 0.11 压缩空气进气压力（Mpa） 3.00 环境温度（K) 293 以压缩行程始点(即= 180) 作为计算始点,在= 355(即压缩空气进气提前角为5) 时,开启电磁开关阀向缸内喷入压缩空气,在=445时关闭电磁开关阀(即压缩空气进气持续角为90) 。仿真可得到转速为1500r/ min 时系统可用能随曲轴转角变化的曲线。下图4-2所示为发动机输出扭矩、功率及耗气量随转速变化换算到自由空气状态下体积计算的仿真结果曲线。由4-2图中可以看出，气动发动机低速输出扭矩（平均扭矩）很大，随着转速的上升，扭矩值不断下降，且曲线下降的斜率逐渐变大。这就引起作为转速和扭矩乘

33、积的输出功率在较低转速时随转速上升而上升， 在转速300-400之间达到最大值，随后虽然转速继续上升，由于扭矩降低幅度加大，输出功率却开始逐渐下降。而发动机的耗气量持续上升，但曲线的上升斜率逐渐减小，这表明耗气量与转速并不成正比，转速升高时，单位工作循环耗气量降低。（功率曲线；扭矩曲线；耗气量）图4-2 发动机输出扭矩、功率及耗气量随转速变化曲线有上述发动机热力学模型，由（16）式可知，发动机的瞬时输出扭矩由缸内气压确定。 对于往复活塞式气动发动机，虽然每一个工作循环中气缸容积随曲轴转角变化规律是不变的，但是在进、排气阀开启阶段，气缸为开口体系，气缸内气体质量是变化的，其变化率受转速影响，这就

34、导致了不同转速下发动机工作循环中气体的压力随曲轴转角度的变化规律发生改变，从而使平均输出扭矩发生变。气缸内气体质量的变化率即排气和进气气体质量流量之和，由（11）和（12）式可知，在压力和通流截面一定时，发动机单位转角内进气和排气的流量与发动机转速成反比。随发动机转速的升高，在发动机工作循环中单位转角进、排气流量均下降! 这就导致在进气冲程进气门刚开启阶段，气缸内气体压力上升较慢，气缸内最高压力降低，且在进气门持续开启阶段维持的压力也降低，进气冲程平均压力下降，最终使发动机输出的正向扭矩降低；而在排气冲程，排气流量的减小使气缸内气体的压力降低速度减小，排气不充分，平均压力高，发动机负向扭矩增大

35、，最终整个工作循环气缸内气体温差和发动机平均输出扭矩都随转速的上升不断减小。4.3空气发动机试验研究 为验证仿真结果，通过对配气方式和机体结构的改造，将一台4冲程汽油发动机改造为使用压缩空气工作的往复活塞式气动发动机，并在气动发动机台架上进行了试验。原发动机为直列4缸、4 冲程、8气门单顶置凸轮轴配气，气缸直径62mm，活塞行程66mm，总排量0.797L，压缩比8.7：1进气压力为1MPa。气动发动机工作平稳，工作特性变化规律和仿真曲线一致，但在数值上有较大降低，发动机空载最高转速在2100r/min左右，四缸总输出功率在转速为31100r/min左右达到最大值，最低稳定运转转速为200r/

36、min左右，此时输出最大扭矩。空气动发动机在转速1000r/min时其中一缸缸内压力变化缸内压力变化与对应仿真曲线变化趋势也基本一致，因此导致发动机输出扭矩和功率下降，转速较低。分析其原因，是因为发动机进气门采用了滑阀结构，进气口较小且在开始阶段开启不充分，而气缸及活塞未作改造，两者间一定间隙，泄漏量大。虽然有进气提前，并且在活塞刚开始下行时活塞运动速度很低，气缸内气压可以迅速上升到较高压力但随着活塞加速下行，导致缸内压力下降，到达最低点时进气门升程达到最大，进气流量增大使缸内压力回升，但由于进气截面依然偏小，进气流量不足，气缸内压力偏低。这一现象与发动机结构有关，对其进一步改造完善后可以改进

37、，使试验曲线与仿真曲线更为接近。因此，试验说明气动发动机数学模型可以较好的描述发动机的工作过程，其仿真结果可以为完善实际发动机的结构设计提供帮助。4.4研究结论 运用热力学理论建立了压缩空气动力发动机数学模型，基于该模型的仿真结果表明，在保持进气压力不变时，发动机工作特性随发动机转速变化改变较大。 随着转速的上升，发动机输出扭矩加速下降，输出功率在逐渐上升到峰值后下降，而耗气量上升的速度不断减小。气动发动机工作特性按上述规律变化的主要原因在于，单位转角进、排气流量受发动机转速变化影响，引起压缩空气在气缸工作循环中的热力学状态变化过程发生改变。改变进气压力和气门开启截面，可以改变不同转速下的单位

38、转角进气流量，因此可以调节相应转速下发动机的性能特性，适应实际工况的需要。发动机台架试验结果证明，压缩空气动力发动机数学模型可以较好地描述发动机的工作过程，为深入研究气动发动机工作特性，进行优化设计奠定基础。5空气发动机发展前景和改进方向 5.1发展前景 空气汽车的诞生，给汽车产业寻求可再生能源，提供一个重要的启示。如果说，原油的采集属于一次能源，那么，石油的制成品，汽油、柴油则属于二次能源。空气是属于哪次能源呢？因为它的采集是一件很普通的事，这对于汽车的节能和污染具有重大意义，这是否以称为零次能源。压缩空气动力汽车在很大程度上可以借鉴传统技术的发展.如气体的压缩.气体存储和气体的加注的方面.

39、帮助公司减少研发时间和研发成本.使得公司能更好更快的迎合市场的需求,更快的打入市场和占领市场.压缩空气动力汽车只有储存液态气体的灌体.控制气体流量的控制器和势能转换成动力的机构组成,在保养方面只有控制住注入的液态气体没有颗粒物就行了.维修方面只有一个压力传感器和电子控制气体流量机构很容易就可以将故障判断出.而储气罐的好坏直接可以加气后听有没有漏气声音就可判断出来。压缩空气动力汽车利用气体压力推动叶片产生动力进气口是交替工作,输出的动力强劲而且平顺.在配合压力传感器和电子阀门使得操控不比传统发动机的汽车差.所以，空气发动机在车辆上的驱动有着非常广泛的研发前景，必将成为新型车辆驱动动力。尽管当空气

40、汽车能否成为汽车产业的一个分支还很难说，事情不会是那么容易的。但我们说汽车产业的创新是无止境的，我们要勇于探索勇于创新，用我们的聪明才智探索空气汽车的发展和为来，相信我们一定可以成功，一定可以带来汽车新的科技革命，制造出最高效，最环保，最实用，最完美的汽车。5.2改进方向 通过以上分析，可以看出设计出实用的压缩空气动力汽车尚有许多上作要做。主要集中在如下几个方面。 (1)压缩空气动力汽车发动机原理研究及结构优化设计。发动机的下作原理、结构、材料及材料热处理的要求与传统的内燃机区别很大，需建立起气动汽车发动机结构设计准则。 (2)发动机气动动力分配形式的研究。发动机配气方式有阀配气及凸轮轴配气等

41、，同时多还柯串联、并联和混合动力方式。 (3)压缩空气减压控制技术研究。减压控制技术的研究可减小传统节流方式的大能耗。 （4)气动汽车能量凹收系统研究。包括制动能的回收和气动汽牟残存气中的能量的回收。 （5)其他气动汽车芨动机结构彤式的探索。在理论上探索其他诸如涡轮式、气动马达式和旋转式等气动汽车发动机结构形式的可行性。 (6)高压压缩空气贮放装置的设汁与选用。 （7）将排气口设在汽车表明气体流速快的地方减少排气口压力,也可以提高气体利用率，还可以增加受力面的粗糙程度来增加受力角度提高气体的利用率。 （8)高速气动开关阀的寿命和可靠性仍需进一步提高。 （9)储气罐的体积仍显较大，占用了较多的汽

42、车空间，以后研究的方向是使气罐的耐压进一步提高，并可以做成适宜于镶嵌安装于汽车地板下，与底盘结合的形状，而气动发动机的效率也需要进一步提高，以更好地满足动力性及继驶能力的需要。6 我国汽车业前景展望 我国目前的汽车保有量刚刚达到5000 万辆，人均汽车拥有量仅为世界水平的三分之一， 新能源汽车的发展必将为我国汽车工业的“弯道超越”和“中国式发展”带来良好的机遇。可以看到，现在各大汽车集团纷纷上马新能源汽车产业链项目，并积极推进自主知识产权的研发：以比亚迪为代表的国内自主品牌企业， 主攻混合动力和电动车方向，并且已久把空气动力汽车作为其重要发展的方向。为了进一步说明以压缩空气为动力的气动汽车的发

43、展前景以人们普遍看好的氢燃料电池电动汽车作为全面的比较对象，表6-1列出了压缩空气动力汽车与氢燃料电池电动汽车常用的使用特性的对比情况。6-1 压缩空气动力汽车与氢燃料电动汽车常用特性对比特性氢燃料电动汽车压缩空气动力汽车能源转化方式化学能电能机械能电能压缩能机械能排放物H2O、CO2低压空气能量转化率高很高发动机工作温度高温环境温度控制程度电力控制，简单气压控制，较简单制造成本高低维护成本高低使用成本灌氢、储氢不易充气方便，成本低噪音一般较小热辐射较大无启动特性一般较好寿命长很长充气时间较长短动力特性好很好能源储存安全性较差较好 由此可见，气动汽车在制造、使用和安全性等方面都具有很强的竞争力

44、和实用性，特别是压缩空气动力汽车具有良好的环保特性和较低的制造成本，这些独特的特性必将在未来社会发挥其独特作用。发展新能源汽车，尤其是空气动力汽车，决不是为了“赶时髦”，而是对百年来汽车动力技术最重要的变革， 是对汽车工业长足发展的巨大驱动。 在发展和前进的道路上遇到各种各样的困难在所难免，也不足为奇。凡此种种，都会对新能源汽车的发展带来不小的负面影响。然而，无论遇到什么样的困难和问题，都必须想明白，也必须看清楚，这些困难是发展中的困难，这些问题是前进中的问题，发展新能源汽车仍然是汽车工业发展的必由之路， 还需要政策上的引导、技术上的突破、成本上的降低、市场上的拓展。因此，必须坚定信念，克服各

45、种困难，抢夺发展新能源汽车的制高点，只有这样，我国的新能源汽车工业才会不断地发展壮大，才能迎来光明的前景。7.总结 压缩空气动力汽车是不同于内燃机汽车及各种电动汽车的一种全新的零污染汽车，压缩空气动力在汽车上的驱动原理上是可行的，而且，这样的汽车已经研究出来，现实生活中已经有这样的汽车被使用，而且，表现出来的整体性能特别是驱动性能还是比较使用可靠的。其结构简单，造价低廉，同时符合环境保护，节约资源的可持续发展战略，压缩空气动力汽车技术上优势明显，空气来源方便，能量储存方式优于电气、液压等其它类型车辆。压缩方式气动汽车发动机驱动车辆的研究思路可以沿用现有的汽车技术，气动控制技术及电控系统技术实并

46、对其加以革新改善，在车辆驱动方面现已是成熟技术，可以根据市场需要给与批量生产。 参考文献1 法国MDI公司网站,2 宋天虎.机械工程学报M.北京：机械工业出版社，2003.3 3 王铎，程靳.理论力学M.北京：高等教育出版社，2003.84 周龙保.内燃机学M.北京: 机械工业出版社，2004.5(4):46-465 ordonz CA.Cryogenic heat engines for nowering zero emission vehcleJ.Energy conversion and Monagenment，2005.26 Knowlen C.High efficiency conv

47、ersion systems for liquid nitrogen automobilesJ.SAE Paper，2005.77 张宗法，熊锐.汽车发动机技术现状与进展J.城市车辆，2007,6(2):38-428 吴存真，张诗针，孙志坚. 热力过程分析基础M. 杭州: 浙江大学出版社，2008. 39 俞小莉，元广杰. 气动汽车发动机工作循环的理论分析J.机械工程学报，2008,8(29): 118-12210 沈维道，郑佩芝，蒋淡安.工程热力学M. 北京: 高等教育出版社，2009.611 刘元鹏.空气动力汽车的研究与发展M.上海：东方教育出版，2010，211 许宏. 压缩空气动力汽车的可行性研究J. 中国机械工程，2010,8