压缩空气动力汽车

　　1压缩空气动力汽车1.1压缩空气动力汽车的原理压缩空气动力汽车（Air-PoweredVehicle，APV）通常称为气动汽车。它使用高压压缩空气为动力源，空气作为介质，汽车运行时将压缩空气存储的压力能转化为其它形式的机械能（汽车动能）。

　　以液态空气和液氮等吸热膨胀作功为动力的其它气体动力汽车也应属于气动汽车的范畴1气动汽车工作原理与传统汽车*大差别在于汽车动力来源的不同其发动机的总体结构形式还是可以借鉴传统汽车现有的结构模式，主要还是往复活塞式、旋转活塞式等形式。、分别为法国MDI公司出品的压缩空气动力和内燃机动力的混合动力汽车发动机的外观图和结构示意图。

　　烧室及其相应装置去除，即成为纯粹以压缩空气为动力的发动机。

　　空气注射器X膨胀排活迤进气压缩活塞压缩空气动力发动机的结构也可以有往复活塞式、旋转活塞式和气马达型等多种结构形式，目前只有往复活塞式结构的报道。

　　压缩空气动力发动机的动力分配方式有串联方式、并联方式和串、并联混合方式。以往复活塞式结构为例，所示的动力分配为串联方式，缸与缸间的空气动力是串接的，上一缸的剩余压力是下一缸的始动力。该方式的下级作用缸的结构尺寸较大，但动力利用率较高热交换较充分。为动力分配的并联方式其缸与缸之间的空气动力是并接的不同缸的初始动力相同。并联方式的缸的结构尺寸相同劲力输出平稳，但剩余压力稍高。

　　构成，分别是进气压缩缸、膨胀排气缸和一个球型的定容燃烧室。它通过电控装置进行燃料燃烧动力和压缩空气动力的切换。若将中的球型定容燃sn储压力，提高机械效率减小排气损失和减压损失，进行能量回收和能量的充分利用。

　　现正在南非约翰内斯堡、墨西哥城推广基于压缩空气动力发动机的城市用出租车。

　　汽车技术、中储气瓶的高压压缩空气经减压后，通过热交换器吸热进入作用缸推动负载运动。合理设计串、并联通道的压力切换，以及各缸在曲轴上的转角相位关系；将可以获得发动机平稳的动力输出。通过调节进入作用缸的气体压力和流量，可以改变发动机的动力特性。

　　1.2能量分析对压缩空气动力汽车的使用性能要求与传统汽车一样决定压缩空气动力汽车前景的关键问题是汽车的整车效率问题。为此，需对压缩空气动力汽车进行能量分析。

　　压缩空气动力汽车直接采用流量或压力调节，传动系的机械损失将有较大减少，虽无传统汽车发动机的泵气损失，但存在于压缩空气动力汽车发动机的残存气中的压力损失（残气损失），将对整个压缩空气动力汽车的效率产生很大影响。采用压力分级控制和串联动力分配方式将会减少残存气中的能量同时采用汽车制动能的回收将会较大程度地解决压缩空气动力汽车整车效率问题。

　　一般可假设在压缩空气动力汽车的动力控制过程中，气体减压作功时吸热充分，并认为这一过程为等温过程。由此可以计算分析整个过程释放的能量。

　　假定高压气体的压力为30MPa、储气体积为300L，当压缩空气从30MPa压力芫全等温膨胀到0.1MPa时所能做的全部膨胀功为：（1）、式（2）及相应参数可计算出起始、终了状态间的全部膨胀功为：假定储气罐质量为100kg，可求得常温下对应的压缩空气的质量比能量约为75Wh/kg.若要获得较大的行驶里程只、有加大罐容和存假定用压缩空气动力发动机驱动某一款轿车，取其空气阻力系数为0.25，迎风面积为1.7：2，整车装备质量为700kg，载质量250kg，滚动摩擦系数为0.015，按平均时速60km/h计算需牵引力约为216N.定义压缩空气所做的有效膨胀功与压缩空气储存的全部膨胀功之比为压缩空气的使用效率。并假设全部压缩空气等温膨胀做功，汽车的机械传动效率为0.85，当需汽车行驶150km时，由上述计算可得压缩空气的使用效率为68提高压缩空气使用效率、增大罐容和增大充气压力是提高汽车一次充气行驶里程的主要手段。当然增大罐容受到汽车有效空间的限制增大充气压力受罐工艺的限制，在罐容、充气压力和汽车行驶里程之间有个*优匹配参数。压缩空气使用效率为*大的变数需深入研究。随着发动机结构优化、能量回收、少损减压控制等问题的解决压缩空气使用效率将会不断提高。

　　压缩空气动力的质量比能量较燃料电池小较大部分蓄电池高，处于中等水平。但只要气罐材料性能允许，该项指标会有较大幅度的提高。

　　1.3压缩空气动力汽车的特点压缩空气动力汽车无燃料燃烧，排放的是无污染、无热辐射的空气是真正的“绿色”概念汽车。其能量的传递快捷、储存容易，介质来源方便、清洁，所需的电力容易获取；充气设备和社会基础建设费用不高较容易建造。

　　与传统汽车相比其发动机工作时无燃料燃烧过程，所以发动机对材料要求低，结构简单、尺寸小、质量轻、造价低，设计和制造容易。整车使用维护和生产费用低，且可利用现有气动技术、汽车设计和制造技术研制和开发周期短。

　　对环境污染要求特别严格的城市中心、重点旅游区、自然保护区，以及对噪声要求高或室内使用的中小型工具、运输工具、军用潜艇等场合压缩空气动力发动机具有很大的市场潜力和广泛的应用前景。

　　2国内外研究工作综述空气动力发动机的专利，并加盟MDI公司，于1998年推出了**台压缩空气动力汽车样车。MDI公司目前国外的研究工作主要集中在法国工程师GuryN-gre领导的研究小组，他们已获得相关的专利20余项。为他们设计的名为“TOP”的压缩空气动力出租车。

　　据报道，此型号汽车以一罐300 430MPa压力的压缩空气，可以行驶150km以上，*大时速达美国人RogerLee也提出了类似的专利；荷兰的国际汽车研究中心，以及奥地利等一些欧洲国家也正积极进行相关的研究。

　　美国华盛顿大学于1997年研制了一台以液氮为动力的气动原型汽车。其基本工作原理与压缩空气动力汽车相同，只是动力来源于液态氮受热蒸发后气体膨胀做功。液氮无需使用高压罐储存，安全性较好。但液氮的制取和存储需很低的温度，制氮成本不低贮氮费用较大。使用过程中存在氮气逸气量大、液氮汽化的热交换量也很大等问题。

　　国内近来也有人提出液态空气动力汽车的设想，但其同样存在液氮气体动力汽车的问题。

　　目前国内尚无压缩空气动力汽车的研究报道。

　　浙江大学的气动汽车课题组已在气动摩托车动力平台上分别进行了凸轮配气、阀配气的单缸和双缸压缩空气动力发动机的实验研究进行了压缩空气动力发动机原理性实验，已取得了一定的成果。

　　3汽车特性对比分析为了进一步说明以压缩空气为动力的气动汽车的特点，以人们普遍看好的氪燃料电池电动汽车作为全面的比较对象表1列出了这两种汽车常用的使用特性对比情况。

　　压缩空气动力汽车在制造、使用、安全性等方面都具有很强的实用性和竞争力，特别是其具有良好的环保特性和较低的制造成本。表中的“能量密度”和“能量转化率”项，表明了压缩空气动力汽车的不足之外也是限制压缩空气动力汽车广泛应用的*主要的两项指标。但“能量密度”可以通过储气罐性能的提高而提高，能量转化率“可通过合理地设计气动回路和进行能量回收来提高。

　　表1压缩空气动力汽车与氢燃料电池电动汽车特性比较特性氨燃料电池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！机械能排放物胝压控气能量转化率局较高发动机工作温度中、局温环境温度前期耗能过程制氨、储氨制音高压空气控制程度简单较简单制造成本局低维护成本局低使用成本灌氨、储氨成本较高充气方便、成本低声小热辐射较大无起动特性较好寿命较长长充气时间较长短动力能量密度大较大能源存储安全性较差较好4结束语压缩空气动力汽车是可行的具有突出的环保特性符合汽车“绿色设计”的时代精神。

　　压缩空气动力汽车的实用化尚有许多工作要做主要集中在如下几个方面：压缩空气动力汽车的效率和气动系统的控制。

　　压缩空气动力汽车发动机原理研究及结构优化设计。

　　C.发动机气动动力分配形式的研究。

　　压缩空气容积式减压控制技术。

　　气动汽车能量回收系统研究。

　　其它气动汽车发动机结构形式的探索。

　　高压压缩空气贮放装置的设计与选用。