隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車(chē)已經(jīng)從奢侈品變成代步工具，現(xiàn)在全球汽車(chē)保有量已經(jīng)達(dá)到8億輛。而與此對(duì)應(yīng)的是：即使*樂(lè)觀(guān)的估計(jì)，全球的石油儲(chǔ)存也只能維持四、五十年；因環(huán)境破壞引起的自然事故頻頻發(fā)生。

　　這使得人類(lèi)不得不面對(duì)兩大難題石油資源的曰益枯竭和環(huán)境污染的曰益嚴(yán)重。于是，人們的目光都聚焦到“綠色汽車(chē)”上，節(jié)能環(huán)保成了現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)的基本要求。1991年，法國(guó)F1方程式賽車(chē)工程師GuyNgre獲得了壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的專(zhuān)利，并于1998年制造出世界上**款在技術(shù)上和價(jià)格上都可行的“零污染”汽車(chē)。

　　1壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)的工作原理使用高壓空氣作為動(dòng)力源，空氣作為介質(zhì)，在汽車(chē)運(yùn)行時(shí)通過(guò)動(dòng)力裝置把壓縮空氣儲(chǔ)存的壓能轉(zhuǎn)化為汽車(chē)的動(dòng)能。以液態(tài)空氣或液氮吸熱膨脹做功為動(dòng)力的汽車(chē)也屬于此范疇?？諝鈩?dòng)力汽車(chē)的原理與傳統(tǒng)汽車(chē)基本相同，主要差別在于汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源不同，其發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有往復(fù)活塞式和氣動(dòng)馬達(dá)等類(lèi)型，但目前國(guó)內(nèi)外主要只能見(jiàn)到往復(fù)活塞式的報(bào)道，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)形式可以借鑒傳統(tǒng)往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　壓縮空氣動(dòng)力系統(tǒng)的工作原理圖見(jiàn)，儲(chǔ)存在氣罐中高壓壓縮空氣經(jīng)過(guò)壓力調(diào)節(jié)器減至工作壓力，通過(guò)師，享受?chē)?guó)勞院政府特殊津貼，江蘇省汽車(chē)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，首批江蘇省普通高?？缡兰o(jì)學(xué)術(shù)帶頭人。主要科研方向?yàn)槠?chē)綜合節(jié)能與凈化技術(shù)。獲得部省級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)7項(xiàng)。熱交換器吸熱升溫后，由配氣系統(tǒng)控制進(jìn)入做功機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，把壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。通過(guò)改變進(jìn)入空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體壓力值，可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力特性。

　　2壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)可行性分析2.1壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)的能量分析壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)的行駛里程主要由高壓氣罐儲(chǔ)存的能量決定，由于汽車(chē)空間有限，所以必須選擇一個(gè)合適的儲(chǔ)氣壓力。假定高壓氣罐的儲(chǔ)氣壓力是pl，膨脹終了的壓力值為大氣壓力p，給出了由高壓到低壓的膨脹過(guò)程，圖中曲線(xiàn)1為等溫膨脹過(guò)程，曲線(xiàn)2為絕熱膨脹過(guò)程。

　　壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)按理想的等溫膨脹過(guò)程做功并膨脹至環(huán)境壓力時(shí)，膨脹過(guò)程中系統(tǒng)為閉口系熱力學(xué)能是溫度的單值函數(shù)，故等溫過(guò)程中U=0.境熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)；v，v-膨脹前后的比體積；Rg-氣體常數(shù)。

　　絕熱膨脹當(dāng)壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)按絕熱膨脹1過(guò)程做功并膨脹至環(huán)境壓力時(shí)：式（2）可以看出，壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的做功能力受到膨脹初始溫度的影響。壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)在夏季（膨脹初始溫度為環(huán)境溫度300K）和冬季（膨脹初始溫度為環(huán)境溫度273K）分別按絕熱和等溫方式膨脹至大氣壓力時(shí)可用能的對(duì)比，可以看出氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)夏季的做功能力比冬季高10%左右，而且等溫膨脹過(guò)程的做功能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于絕熱膨脹。所以這種發(fā)動(dòng)機(jī)工作在環(huán)境溫度較高的地區(qū)效果較好，可以使用輔助加熱系統(tǒng)，或者與內(nèi)燃機(jī)聯(lián)合使用，利用排氣的熱量來(lái)加熱工作介質(zhì)，提高膨脹氣體的初始溫度并使工作循環(huán)盡量接近等溫過(guò)程，從而提高其性能。

　　隨著膨脹初始?jí)毫Φ脑黾樱瑝嚎s空氣的比能量的呈增加的趨勢(shì)，但是增加的幅度逐步減小?？紤]到能量利用，當(dāng)前儲(chǔ)氣罐材料的限制和高壓空氣儲(chǔ)存的安全性，現(xiàn)在通常采用30MPa的壓力儲(chǔ)存壓縮空氣。

　　2.2續(xù)駛里程的分析壓縮空氣等溫膨脹至環(huán)境壓力，忽略節(jié)流、漏氣等能量損失時(shí)空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)所做功為：假設(shè)該空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)牽引的微型轎車(chē)以勻速在水平路面上行駛，該車(chē)參數(shù)如下：車(chē)迎風(fēng)面積：A=1.95m2，風(fēng)阻系數(shù)：Cd=0.3，滾動(dòng)摩擦系數(shù)：f=0.018，機(jī)械傳動(dòng)效率：n=.9.由汽車(chē)功率平衡方程：隨著車(chē)速的上升汽車(chē)的行駛里程下降很快。汽車(chē)以100kn/h速度行駛時(shí)的里程數(shù)比以50kn/h速度行駛時(shí)下降近一半，當(dāng)汽車(chē)運(yùn)行在高速時(shí)行駛較短里程就會(huì)很快消耗掉壓縮空氣。可見(jiàn)該車(chē)適合以較低車(chē)速運(yùn)行，當(dāng)汽：車(chē)以50kn/h速度運(yùn)行時(shí)可以行駛近200kn.在現(xiàn)在復(fù)雜的城市交通環(huán)境中，汽車(chē)的行駛速度通常低于50kn/h，而且200kn的行駛里程也可以滿(mǎn)足都市行駛的要求，故該車(chē)芫全有能力作為城市用車(chē)使用。

　　汽車(chē)在水平勻速行駛時(shí)主要消耗的功率是滾動(dòng)阻力功率Pf=Gfoa/3600和空氣阻力功率Pw=CDAu，3/76410.可見(jiàn)汽車(chē)的行駛里程與汽車(chē)的質(zhì)量和風(fēng)阻系數(shù)密切相關(guān)。顯示的是等溫膨脹時(shí)Cd= 0.3的壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)勻速行駛里程隨汽車(chē)總質(zhì)量變化的關(guān)系。

　　可以看出隨著汽車(chē)總質(zhì)量的增加，行駛里程以較大的幅度下降，總質(zhì)量2000kg時(shí)壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)的行駛里程僅約為1000kg時(shí)的一半，所以降低其質(zhì)量是提高壓其行駛里程的重要手段，而這對(duì)于本來(lái)續(xù)行里程就較短的壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)尤為重要?？諝庾枇ο禂?shù)對(duì)行駛里程也有一定影響，但大幅度降低空氣阻力系數(shù)很有難度，而它對(duì)行駛里程的增加卻很有限。

　　23環(huán)保與能源消耗空氣動(dòng)力汽車(chē)排出的廢氣是接近大氣壓力的清潔空氣，是芫全無(wú)污染的，而且它所消耗的壓縮空氣可以使用電力壓縮空氣得到的，而電力是一種可再生能源，它可以由多種清潔的方法得到?，F(xiàn)在全球電力資源非常豐富，而石油儲(chǔ)量卻曰益減少，據(jù)估計(jì)只能使用幾十年，而且交通工具燃燒大量不可再生能源造成能源危機(jī)并產(chǎn)生大量污染?？諝鈩?dòng)力汽車(chē)的使用不僅與世界能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整相符合而且減輕了環(huán)境的污染。

　　24經(jīng)濟(jì)性在理論上，等溫壓縮空氣的過(guò)程耗能*少，絕熱壓縮過(guò)程耗能*多。為了節(jié)省能量，壓縮空氣的過(guò)程應(yīng)該盡可能接近等溫過(guò)程，這可以通過(guò)帶中冷的多級(jí)壓縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于多級(jí)壓縮過(guò)程，在各級(jí)增壓比相等時(shí)壓縮機(jī)能耗*低。壓縮機(jī)總的功耗量可以通過(guò)單級(jí)壓縮計(jì)算得出的功耗量再乘以相應(yīng)的級(jí)數(shù)得到P8.壓縮機(jī)不同工作狀態(tài)壓縮氣體的能耗如下：p2―空氣壓縮機(jī)的進(jìn)、排氣氣體壓力；Rg―氣體常數(shù)，壓縮氣體的初始溫度；k一絕熱系數(shù)；z―多級(jí)壓縮的級(jí)數(shù)。上述壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)，300L壓力30MPa的壓縮空氣可以使空氣動(dòng)力汽車(chē)以50km/h的速度行駛190km.采用六級(jí)壓縮來(lái)制造這么多壓縮空氣所消耗的能量為5.6446X10. 2.5結(jié)構(gòu)布置與汽車(chē)質(zhì)量壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)的原理與傳統(tǒng)汽車(chē)基本相同，都是通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系傳遞動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，主要差別在于壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力，而且壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)就安裝在傳統(tǒng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝的位置。與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)無(wú)燃燒過(guò)程，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)材料的要求較低，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、質(zhì)量輕。壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)布置上*大的問(wèn)題是安排300L壓縮空氣的位置，這可以利用通常安置油箱的位置，可以在汽車(chē)車(chē)身和底盤(pán)設(shè)計(jì)時(shí)把多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的儲(chǔ)氣罐嵌在車(chē)廂地板下與底盤(pán)之間或底盤(pán)中，由于壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的體積較小，也可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)騰出的空間。這樣可以留較大的車(chē)廂和行李箱空間給乘客使用。

　　300L壓力30MPa壓縮空氣的總質(zhì)量為104.5kg，而同級(jí)別汽車(chē)油箱裝滿(mǎn)燃料后的重量通常為40kg40kg，由于壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且比內(nèi)燃機(jī)少了些設(shè)備、尺寸小，質(zhì)量減輕很多。綜合儲(chǔ)氣罐質(zhì)量和其他一些因素，壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)總質(zhì)量與同級(jí)別內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)質(zhì)量基本接近。

　　2.6高壓氣體儲(chǔ)存的安全性高壓氣體使用超高壓碳纖維儲(chǔ)氣罐來(lái)存儲(chǔ)，這種儲(chǔ)氣罐為復(fù)合型氣罐，采用了薄壁鋁合金內(nèi)膽，外壁纏繞高強(qiáng)度碳纖維的結(jié)構(gòu)，具有重量輕，耐高壓，安全耐用的特點(diǎn)，使用壓力達(dá)50MPa以上，即使在裝有高壓氣體破裂的時(shí)候也不會(huì)發(fā)生爆炸，只會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似輪胎的漏氣現(xiàn)象。它非常適宜作為車(chē)載壓縮空氣儲(chǔ)氣罐使用，它的缺點(diǎn)是現(xiàn)階段的造價(jià)還較高。

　　3結(jié)論壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)作為一種新型的“零污染”汽車(chē)在理論上是可行的，它的行駛里程較短、高速耗氣快和零污染等特點(diǎn)決定它更適宜作為城市用車(chē)和景區(qū)旅游用車(chē)。

　　能量利用率的提高是壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)性能提高的重要指標(biāo)，所以應(yīng)充分利用壓縮空氣的潛能，讓膨脹終了的壓力盡量接近大氣壓力，使用輔助加熱系統(tǒng)或者與內(nèi)燃機(jī)聯(lián)合使用利用排氣的熱量來(lái)加熱工作介質(zhì)，提高膨脹氣體的初始溫度，并使工作循環(huán)盡量接近等溫：過(guò)程，從而提高其性能。

　　以較低的速度運(yùn)行、降低汽車(chē)的總質(zhì)量、減小空氣阻力系數(shù)Cd值等對(duì)增加壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)的行駛里程有著重要的作用。

　　根據(jù)對(duì)空氣動(dòng)力汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程、環(huán)境保護(hù)、能源消耗、經(jīng)濟(jì)性、安全性、結(jié)構(gòu)布置的可行性等因素的分析，表明空氣動(dòng)力汽車(chē)在技術(shù)上是芫全可行的。

　　壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)作為一種符合當(dāng)前社會(huì)需要的新型節(jié)能環(huán)保汽車(chē)，具有其它汽車(chē)所不具備的優(yōu)勢(shì)，它的出現(xiàn)必將為汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展注入新的活力，相信壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)在不久的將來(lái)會(huì)得到應(yīng)用與推廣。