為氣動發(fā)動機(jī)，它是一種通過高壓壓縮空氣在氣缸內(nèi)的膨脹、將儲存的壓力能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能輸出的動力機(jī)械。它可以不消耗石油燃料，實(shí)現(xiàn)了真正的零排放。

　　壓縮空氣發(fā)動機(jī)實(shí)際上也是一種對電能的應(yīng)用方式。使用空氣壓縮機(jī)將常態(tài)的空氣進(jìn)行壓縮，并儲存入高壓氣瓶中。利用氣瓶中儲存的高壓壓縮空氣，在發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)膨脹釋放出的壓力能，以推動活塞的下行，以驅(qū)動汽車行駛。

　　與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)相比，壓縮空氣發(fā)動機(jī)沒有燃燒過程。所以，發(fā)動機(jī)缸內(nèi)工作壓力和壓力升高率均較低，使得發(fā)動機(jī)工作平穩(wěn)、噪聲低，對材料強(qiáng)度要求不高，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，制造成本也較低。同時，基金項(xiàng)目：清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)的是四沖程壓縮空氣發(fā)動機(jī)的理論P(yáng)―Y圖。其中，0°CA~180°CA為自然吸氣沖程，進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，吸入一個大氣壓力的常溫空氣；180度CA ~360度CA為壓縮沖程，進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，完成的是將0.1MPa大氣壓力壓縮至2MPa的終了~540°CA為噴氣、膨脹沖程，進(jìn)、排氣門依然關(guān)閉，高速電磁閥打開，在完成等壓噴氣過程后關(guān)閉，高壓空氣便在發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)膨脹完成做功過~720°CA為排氣過程，排氣門打開，進(jìn)氣門關(guān)閉，將膨脹后壓力降低的空氣排出發(fā)動機(jī)氣缸，完成排氣過程，為新一輪的做功過程做好準(zhǔn)備。

　　1電控噴射式壓縮空氣發(fā)動機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案在壓縮空氣發(fā)動機(jī)的研究上，如前所述國內(nèi)已有人做過不少卓有成效的工作，主要是基于機(jī)械式二沖程壓縮空氣發(fā)動機(jī)。不難發(fā)現(xiàn)這類壓縮空氣發(fā)動機(jī)存在著固有的弱點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)所有工況下都具有*佳噴氣提前角和噴氣脈寬，從而影響經(jīng)濟(jì)性和動力性。

　　由于機(jī)械式壓縮空氣發(fā)動機(jī)由進(jìn)氣凸輪來驅(qū)動進(jìn)氣閥控制噴氣提前角和噴氣脈寬，進(jìn)氣凸輪形線確定后噴氣提前角和噴氣脈寬也就確定了。而發(fā)動機(jī)要在不同工況下運(yùn)行，要求不同配氣參數(shù)才能達(dá)到發(fā)動機(jī)的*優(yōu)運(yùn)行。顯然機(jī)械式壓縮空氣發(fā)動機(jī)很難滿足全工況下發(fā)動機(jī)的*優(yōu)狀態(tài)運(yùn)行。

　　造成一部分節(jié)流損失。因?yàn)闄C(jī)械式的壓縮空氣發(fā)動機(jī)不能采用調(diào)節(jié)脈寬的方法來改變發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率，所以只有采用在輸氣管路上加裝控制閥控制進(jìn)氣流通截面來調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速和輸入功率，勢必造成節(jié)流損失。單缸四沖程壓縮空氣發(fā)動機(jī)的理論尸一Y圖⑶結(jié)構(gòu)改動大。以前的潘空氣發(fā)動機(jī)多采此外，采用四沖程的工作方式還有一個重要的用將四沖程發(fā)動機(jī)更改為二沖程工作方式，需要重原因。分析發(fā)現(xiàn)，如果壓縮空氣按等溫過程膨脹，則新設(shè)計(jì)配氣機(jī)構(gòu)釋放出的機(jī)械能*多。這就需要發(fā)動機(jī)在運(yùn)行時從周圍環(huán)境當(dāng)中吸收盡可能多的熱量，以接近等溫膨脹曲線。在自然吸氣沖程中，壓縮空氣發(fā)動機(jī)吸入常溫的新鮮空氣（引入外界空氣的環(huán)境熱量）并壓縮至活塞上止點(diǎn)。然后電磁閥打開，高壓空氣噴射入氣缸，便和缸內(nèi)的熱空氣混合膨脹推動活塞下行。

　　整個電控噴射式壓縮空氣發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)方案的核心部分是壓縮空氣發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作及調(diào)試。它包括傳感器、執(zhí)行器、電子控制單元ECU和PC機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)四大部分，其基本思路是：電子控制單元ECU根據(jù)相關(guān)傳感器（主要是發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和踏板位置）的輸入信號，判斷出發(fā)動機(jī)所處的運(yùn)行工況；由主單片機(jī)根據(jù)發(fā)動機(jī)所處的運(yùn)行工況，查找標(biāo)定在外部存儲器中的進(jìn)氣噴射正時和噴射脈寬的脈譜（MAP）圖，并根據(jù)進(jìn)氣壓力、大氣溫度、蓄電池電壓等輔助信號對進(jìn)氣噴射正時和噴射脈寬進(jìn)行必要的修正；人單片機(jī)接收到由主單片機(jī)傳送過來的進(jìn)氣噴射正時和噴射脈寬，形成高速電磁閥的驅(qū)動信號，通過驅(qū)動電路來控制進(jìn)氣噴射過程（即控制高速電磁閥的開閉）。

　　所示的是電控噴射式壓縮空氣發(fā)動機(jī)總體設(shè)計(jì)方案的示意圖。工作介質(zhì)高壓壓縮空氣由配氣系統(tǒng)提供，通過高壓氣體管路輸送到發(fā)動機(jī)各缸的噴射器上。高速電磁閥安裝在電磁閥座內(nèi)，與噴射器相聯(lián)，用以控制進(jìn)氣噴射過程。電子控制單元ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和踏板位置這兩個主控信號，判斷出發(fā)動機(jī)所處的運(yùn)行工況，得出所需要的進(jìn)氣噴射正時和噴射脈寬，并由輔助信號如進(jìn)氣壓力、大氣溫度、蓄電池電壓等加以修正，然后輸出驅(qū)動信號用以控制高速電磁閥的開閉，從而完成高壓壓縮空氣的進(jìn)氣噴射過程。

　　13.發(fā)動機(jī)機(jī)體總成14啟動馬達(dá)15.噴氣閥、單向閥及閥座總成16連軸器17光電編碼器（上止點(diǎn)傳感器）18.提前角調(diào)節(jié)滑板19.提前角調(diào)節(jié)螺釘20.支架2電控噴射式壓縮空氣發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)電子控制單元ECU主要由三部分組成，分別為邏輯電路部分、功率驅(qū)動電路部分和電源模塊部分。

　　其中，邏輯電路部分采用的是雙單片機(jī)結(jié)構(gòu)，即存在主、從單片機(jī)。它們之間的通訊方式采用的是同步串行接口（SynchronousSerialPort，SSP）的SPI工作模式，且兩者共用一個4MHz的時鐘電路。傳感器輸入的數(shù)字量信號和模擬量信號由主單片機(jī)負(fù)責(zé)接收、處理和分析，從單片機(jī)則負(fù)責(zé)合成與發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況所對應(yīng)的高速電磁閥驅(qū)動信號，并根據(jù)凸輪軸的位置信號，通過功率驅(qū)動電路來控制高速電磁閥的開閉。電子控制單元與PC機(jī)的通訊也是由主單片機(jī)通過串行通訊電路（SerialCommunicationCircuit，SCI）來完成的。電源模塊部分負(fù)責(zé)向各個模塊提供各自所需要的電源形式。所示的是電子控制單元的基本結(jié)構(gòu)框5671.數(shù)字量輸入模擬量輸入電源模塊LSPI通訊I主單片機(jī)從單片機(jī)率驅(qū)動電路電磁閥3電控噴射式壓縮空氣發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)電控噴射式壓縮空氣發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)軟件分為三大模塊，即發(fā)動機(jī)管理模塊、噴射控制模塊和PC機(jī)監(jiān)控程序模塊。其軟件的總體架構(gòu)如所示。

　　發(fā)動機(jī)管理模塊由電子控制單元ECU的主單片機(jī)完成，故又稱為主機(jī)程序。其主要任務(wù)包括壓縮空氣發(fā)動機(jī)運(yùn)行時相關(guān)信息的采集和處理，并據(jù)此確定出發(fā)動機(jī)的運(yùn)行工況，實(shí)施相應(yīng)的控制策略等，故又可劃分為若干個子模塊。

　　PC機(jī)監(jiān)控程序模塊由PC機(jī)完成，主要任務(wù)是將主單片機(jī)通過SCI串行通訊模塊實(shí)時發(fā)送過來的壓縮空氣發(fā)動機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、踏板位置、進(jìn)氣壓力、大氣溫度、蓄電池電壓、進(jìn)氣噴射正時、噴射脈寬等，進(jìn)行顯示，并可以將修改后的MAP圖在線寫入主單片機(jī)的外部存儲器中。

　　4電控噴射式壓縮空氣發(fā)動機(jī)的初步試驗(yàn)研究本研究所采用發(fā)動機(jī)是對R175型柴油機(jī)進(jìn)行改造而來。中國機(jī)械工2陳鷹，許宏，陶國良等。壓縮空氣動力汽車的研究與發(fā)展3安達(dá)，談健，左承基。壓縮空氣發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)及初步實(shí)驗(yàn)卜合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，4左承基，錢葉劍，歐陽明高，楊福源。氣動發(fā)動機(jī)能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)分析。中國機(jī)械工程，2007，7（8）870-873. 5左承基，錢葉劍，談健。等。一種用于液化燃料的電控共軌式噴射系統(tǒng)。內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2002，20（6）481―486. 6方會詠。點(diǎn)燃式煤層氣發(fā)動機(jī)電控單元的改進(jìn)及點(diǎn)火控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)D.合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，7魯祥友。二甲醚發(fā)動機(jī)電控單元的研究D.合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，2007. 8左承基，錢葉劍，安達(dá)，歐陽明高，楊福源。氣動發(fā)動機(jī)的試驗(yàn)研究。機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2007，4（43）93―96.