1壓縮空氣動力汽車1.1壓縮空氣動力汽車的原理壓縮空氣動力汽車（Air-PoweredVehicle，APV）通常稱為氣動汽車。它使用高壓壓縮空氣為動力源，空氣作為介質(zhì)，汽車運(yùn)行時將壓縮空氣存儲的壓力能轉(zhuǎn)化為其它形式的機(jī)械能（汽車動能）。

　　以液態(tài)空氣和液氮等吸熱膨脹作功為動力的其它氣體動力汽車也應(yīng)屬于氣動汽車的范疇1氣動汽車工作原理與傳統(tǒng)汽車*大差別在于汽車動力來源的不同其發(fā)動機(jī)的總體結(jié)構(gòu)形式還是可以借鑒傳統(tǒng)汽車現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)模式，主要還是往復(fù)活塞式、旋轉(zhuǎn)活塞式等形式。、分別為法國MDI公司出品的壓縮空氣動力和內(nèi)燃機(jī)動力的混合動力汽車發(fā)動機(jī)的外觀圖和結(jié)構(gòu)示意圖。

　　燒室及其相應(yīng)裝置去除，即成為純粹以壓縮空氣為動力的發(fā)動機(jī)。

　　空氣注射器X膨脹排活迤進(jìn)氣壓縮活塞壓縮空氣動力發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)也可以有往復(fù)活塞式、旋轉(zhuǎn)活塞式和氣馬達(dá)型等多種結(jié)構(gòu)形式，目前只有往復(fù)活塞式結(jié)構(gòu)的報(bào)道。

　　壓縮空氣動力發(fā)動機(jī)的動力分配方式有串聯(lián)方式、并聯(lián)方式和串、并聯(lián)混合方式。以往復(fù)活塞式結(jié)構(gòu)為例，所示的動力分配為串聯(lián)方式，缸與缸間的空氣動力是串接的，上一缸的剩余壓力是下一缸的始動力。該方式的下級作用缸的結(jié)構(gòu)尺寸較大，但動力利用率較高熱交換較充分。為動力分配的并聯(lián)方式其缸與缸之間的空氣動力是并接的不同缸的初始動力相同。并聯(lián)方式的缸的結(jié)構(gòu)尺寸相同勁力輸出平穩(wěn)，但剩余壓力稍高。

　　構(gòu)成，分別是進(jìn)氣壓縮缸、膨脹排氣缸和一個球型的定容燃燒室。它通過電控裝置進(jìn)行燃料燃燒動力和壓縮空氣動力的切換。若將中的球型定容燃sn儲壓力，提高機(jī)械效率減小排氣損失和減壓損失，進(jìn)行能量回收和能量的充分利用。

　　現(xiàn)正在南非約翰內(nèi)斯堡、墨西哥城推廣基于壓縮空氣動力發(fā)動機(jī)的城市用出租車。

　　汽車技術(shù)、中儲氣瓶的高壓壓縮空氣經(jīng)減壓后，通過熱交換器吸熱進(jìn)入作用缸推動負(fù)載運(yùn)動。合理設(shè)計(jì)串、并聯(lián)通道的壓力切換，以及各缸在曲軸上的轉(zhuǎn)角相位關(guān)系；將可以獲得發(fā)動機(jī)平穩(wěn)的動力輸出。通過調(diào)節(jié)進(jìn)入作用缸的氣體壓力和流量，可以改變發(fā)動機(jī)的動力特性。

　　1.2能量分析對壓縮空氣動力汽車的使用性能要求與傳統(tǒng)汽車一樣決定壓縮空氣動力汽車前景的關(guān)鍵問題是汽車的整車效率問題。為此，需對壓縮空氣動力汽車進(jìn)行能量分析。

　　壓縮空氣動力汽車直接采用流量或壓力調(diào)節(jié)，傳動系的機(jī)械損失將有較大減少，雖無傳統(tǒng)汽車發(fā)動機(jī)的泵氣損失，但存在于壓縮空氣動力汽車發(fā)動機(jī)的殘存氣中的壓力損失（殘氣損失），將對整個壓縮空氣動力汽車的效率產(chǎn)生很大影響。采用壓力分級控制和串聯(lián)動力分配方式將會減少殘存氣中的能量同時采用汽車制動能的回收將會較大程度地解決壓縮空氣動力汽車整車效率問題。

　　一般可假設(shè)在壓縮空氣動力汽車的動力控制過程中，氣體減壓作功時吸熱充分，并認(rèn)為這一過程為等溫過程。由此可以計(jì)算分析整個過程釋放的能量。

　　假定高壓氣體的壓力為30MPa、儲氣體積為300L，當(dāng)壓縮空氣從30MPa壓力芫全等溫膨脹到0.1MPa時所能做的全部膨脹功為：（1）、式（2）及相應(yīng)參數(shù)可計(jì)算出起始、終了狀態(tài)間的全部膨脹功為：假定儲氣罐質(zhì)量為100kg，可求得常溫下對應(yīng)的壓縮空氣的質(zhì)量比能量約為75Wh/kg.若要獲得較大的行駛里程只、有加大罐容和存假定用壓縮空氣動力發(fā)動機(jī)驅(qū)動某一款轎車，取其空氣阻力系數(shù)為0.25，迎風(fēng)面積為1.7：2，整車裝備質(zhì)量為700kg，載質(zhì)量250kg，滾動摩擦系數(shù)為0.015，按平均時速60km/h計(jì)算需牽引力約為216N.定義壓縮空氣所做的有效膨脹功與壓縮空氣儲存的全部膨脹功之比為壓縮空氣的使用效率。并假設(shè)全部壓縮空氣等溫膨脹做功，汽車的機(jī)械傳動效率為0.85，當(dāng)需汽車行駛150km時，由上述計(jì)算可得壓縮空氣的使用效率為68提高壓縮空氣使用效率、增大罐容和增大充氣壓力是提高汽車一次充氣行駛里程的主要手段。當(dāng)然增大罐容受到汽車有效空間的限制增大充氣壓力受罐工藝的限制，在罐容、充氣壓力和汽車行駛里程之間有個*優(yōu)匹配參數(shù)。壓縮空氣使用效率為*大的變數(shù)需深入研究。隨著發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、能量回收、少損減壓控制等問題的解決壓縮空氣使用效率將會不斷提高。

　　壓縮空氣動力的質(zhì)量比能量較燃料電池小較大部分蓄電池高，處于中等水平。但只要?dú)夤薏牧闲阅茉试S，該項(xiàng)指標(biāo)會有較大幅度的提高。

　　1.3壓縮空氣動力汽車的特點(diǎn)壓縮空氣動力汽車無燃料燃燒，排放的是無污染、無熱輻射的空氣是真正的“綠色”概念汽車。其能量的傳遞快捷、儲存容易，介質(zhì)來源方便、清潔，所需的電力容易獲?。怀錃庠O(shè)備和社會基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用不高較容易建造。

　　與傳統(tǒng)汽車相比其發(fā)動機(jī)工作時無燃料燃燒過程，所以發(fā)動機(jī)對材料要求低，結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、質(zhì)量輕、造價低，設(shè)計(jì)和制造容易。整車使用維護(hù)和生產(chǎn)費(fèi)用低，且可利用現(xiàn)有氣動技術(shù)、汽車設(shè)計(jì)和制造技術(shù)研制和開發(fā)周期短。

　　對環(huán)境污染要求特別嚴(yán)格的城市中心、重點(diǎn)旅游區(qū)、自然保護(hù)區(qū)，以及對噪聲要求高或室內(nèi)使用的中小型工具、運(yùn)輸工具、軍用潛艇等場合壓縮空氣動力發(fā)動機(jī)具有很大的市場潛力和廣泛的應(yīng)用前景。

　　2國內(nèi)外研究工作綜述空氣動力發(fā)動機(jī)的專利，并加盟MDI公司，于1998年推出了**臺壓縮空氣動力汽車樣車。MDI公司目前國外的研究工作主要集中在法國工程師GuryN-gre領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，他們已獲得相關(guān)的專利20余項(xiàng)。為他們設(shè)計(jì)的名為“TOP”的壓縮空氣動力出租車。

　　據(jù)報(bào)道，此型號汽車以一罐300 430MPa壓力的壓縮空氣，可以行駛150km以上，*大時速達(dá)美國人RogerLee也提出了類似的專利；荷蘭的國際汽車研究中心，以及奧地利等一些歐洲國家也正積極進(jìn)行相關(guān)的研究。

　　美國華盛頓大學(xué)于1997年研制了一臺以液氮為動力的氣動原型汽車。其基本工作原理與壓縮空氣動力汽車相同，只是動力來源于液態(tài)氮受熱蒸發(fā)后氣體膨脹做功。液氮無需使用高壓罐儲存，安全性較好。但液氮的制取和存儲需很低的溫度，制氮成本不低貯氮費(fèi)用較大。使用過程中存在氮?dú)庖輾饬看?、液氮汽化的熱交換量也很大等問題。

　　國內(nèi)近來也有人提出液態(tài)空氣動力汽車的設(shè)想，但其同樣存在液氮?dú)怏w動力汽車的問題。

　　目前國內(nèi)尚無壓縮空氣動力汽車的研究報(bào)道。

　　浙江大學(xué)的氣動汽車課題組已在氣動摩托車動力平臺上分別進(jìn)行了凸輪配氣、閥配氣的單缸和雙缸壓縮空氣動力發(fā)動機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行了壓縮空氣動力發(fā)動機(jī)原理性實(shí)驗(yàn)，已取得了一定的成果。

　　3汽車特性對比分析為了進(jìn)一步說明以壓縮空氣為動力的氣動汽車的特點(diǎn)，以人們普遍看好的氪燃料電池電動汽車作為全面的比較對象表1列出了這兩種汽車常用的使用特性對比情況。

　　壓縮空氣動力汽車在制造、使用、安全性等方面都具有很強(qiáng)的實(shí)用性和競爭力，特別是其具有良好的環(huán)保特性和較低的制造成本。表中的“能量密度”和“能量轉(zhuǎn)化率”項(xiàng)，表明了壓縮空氣動力汽車的不足之外也是限制壓縮空氣動力汽車廣泛應(yīng)用的*主要的兩項(xiàng)指標(biāo)。但“能量密度”可以通過儲氣罐性能的提高而提高，能量轉(zhuǎn)化率“可通過合理地設(shè)計(jì)氣動回路和進(jìn)行能量回收來提高。

　　表1壓縮空氣動力汽車與氫燃料電池電動汽車特性比較特性氨燃料電池電動汽車壓縮空氣動力汽車能源轉(zhuǎn)化方式化學(xué)能！電能！機(jī)械能電能！壓縮能！機(jī)械能排放物胝壓控氣能量轉(zhuǎn)化率局較高發(fā)動機(jī)工作溫度中、局溫環(huán)境溫度前期耗能過程制氨、儲氨制音高壓空氣控制程度簡單較簡單制造成本局低維護(hù)成本局低使用成本灌氨、儲氨成本較高充氣方便、成本低聲小熱輻射較大無起動特性較好壽命較長長充氣時間較長短動力能量密度大較大能源存儲安全性較差較好4結(jié)束語壓縮空氣動力汽車是可行的具有突出的環(huán)保特性符合汽車“綠色設(shè)計(jì)”的時代精神。

　　壓縮空氣動力汽車的實(shí)用化尚有許多工作要做主要集中在如下幾個方面：壓縮空氣動力汽車的效率和氣動系統(tǒng)的控制。

　　壓縮空氣動力汽車發(fā)動機(jī)原理研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　C.發(fā)動機(jī)氣動動力分配形式的研究。

　　壓縮空氣容積式減壓控制技術(shù)。

　　氣動汽車能量回收系統(tǒng)研究。

　　其它氣動汽車發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)形式的探索。

　　高壓壓縮空氣貯放裝置的設(shè)計(jì)與選用。