空气动力汽车介绍

空气动力汽车简介

一、空气动力汽车介绍

空气动力汽车也称为压缩空气动力汽车，它使用高压压缩空气为动力源，将压缩空气存储的压力能转换为机械能来驱动汽车。压缩空气动力汽车在能量的转换过程中无矿物燃料的燃烧，排放的是纯净的空气，无污染、无热辐射、噪声小，是真正意义上具有绿色、无污染概念的汽车。因为气动汽车具有其他动力源汽车所无可比拟的先进技术性能和卓越的环保效果。

二、空气动力汽车的发展

（1）国外发展情况

法国走在气动汽车研制的前沿，世界上第一辆气动汽车就是由法国设计师Guyngre法国走在气动汽车研制的前沿，世界上第一辆气动汽车由法国设计师Guyngre就获得了压缩空气动力汽车发动机的专利，创建了MDI公司。并于1998年推出了第一台压缩空气动力汽车样车。到目前为止，该公司已获得相关专利20余项，设计的气动汽车已投入商业生产，并向多个国家出售。其中有一款名为TOP 的压缩空气动力出租车。该车使用一罐300 L、30 MPa压力的压缩空气做为动力源，行驶里程200 km，最大时速可达100 km/ h。

印度对气动汽车的研制紧跟在法国之后，印度的一家汽车制造商Tata motors 推出了一款名为AIRPOD的气动汽车。其特殊引擎由Motor Devel opment International开发，车上附设175 L的气罐，所用的空气可以通过外泵或者行车时由电动马达完成充气。Tata车厂表示，目前“空气小车”已进入原型测试第二阶段，未来还有四门轿车、敞篷、卡车与公交车车款。

美国人RogerLee也提过类似GuyNgre的专利。美国华盛顿大学在美国能源部的资助下，于1997年研制了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在受热蒸发后气体膨胀做功。该车载227L液氮可行使300km，补充液体仅需10 min多。但是以液氮为动力存在着液氮制取成本较高、使用过程氮气逸气量大、液氮汽化的热交换量大等问题。韩国EN-ERGINE公司研制了电动—气动混合动力汽车。另外，荷兰的国际汽车研究中心、英国伦敦威斯敏斯特大学以及奥地利等一些欧洲国家也都进行了气动汽车的相关研究。

2014雪铁龙研制出空气混合动力系统，空气混合动力系统”，通过一个液压泵和活塞将氮气压缩进一只名为“高压蓄能器”的存储舱。高压蓄能器工作时，释放出高压气体，借助液压油推动液压泵向相反方向运动，进而驱动车轮前行。在这里，液压泵起到了传统汽车中发动机的作用。当车主驾驶该车时，整个混合动力系统会根据行驶工况，在传统动力和空气动力之间进行切换。与油电混合动力汽车一样，传统发动机主要负责爬坡、高速公路等路况，并且在制动回收系统

（可将刹车时产生的多余能量转化为电能等）未能成功地为氮气再次加压时发挥作用。亚尔斯和穆卡德姆认为，在城市工况下，当时速低于43英里/每小时时，空气动力将单独支持60%到80%的行驶里程。而与传统的油电混合动力汽车相比，空气混合动力系统更加轻量和廉价，所以它不必像前者以及纯电动汽车那样，在车身下面或后备箱里，装载体体积庞大的动力电池。

（二）国内发展情况

世界各国都在加快气动汽车的研究进度，国内许多汽车公司和高校也开始着手气动汽车的研究。浙江大学研制出了国内的第一辆气动汽车，气罐罐体材料是碳纤维，碰撞时最多出现气体外泄，而不会发生爆炸。但由于没有牌照无法上路试车。浙江大学还在气动摩托车动力平台上分别进行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，以及气动—燃油混合动力发动机的研究，同时还进行了液氮气体动力汽车的有关项目研究。

合肥工业大学将一台R175柴油机改装为空气发动机，以此作为气动汽车的动力源。研究小组以软件平台为基础对压缩空气发动机系统进行建模、数值模拟和仿真，分析了各参数变化对发动机动力性和经济性的影响。北京工业大学对气动汽车的发动机做了一些研究，提出了一种采用喷射器代替节流阀的新型气动汽车减压系统，对表征喷射器工作性能的喷射系数进行了深入的计算研究。随着气动汽车的发展，有利于实现其工业化生产的研究越来越多，南京理工大学对气动汽车进行了人机工程学应用的研究。

到2015年止，根据中国国家知识产权局提供的数据，我国气动汽车相关发明专利有14条，实用新型专利有17条。

三、空气动力汽车的特点

（1）气动汽车的动力装置为压缩空气发动机，与传统汽车的发动机不同，压缩空气发动机没有燃烧过程，机体不承受高温，对缸体材料强度要求不高，且结构简单、尺寸小、重量轻，制造成本低；发动机工作平稳、噪声小，维护成本也比较低。另外，压缩空气发动机工作介质具有低温特性，可以很方便的实现汽车的低温空调作用，不需要额外的消耗能量，在我国南方等一些高温地区使用价值较高。

（2）气动汽车的动力装置还可以采用气动马达。气动马达的结构简单、体积小、重量轻，而且具有很多优点：无级调速；能够正转也能反转；有过载保护作用，工作安全；具有较高的起动力矩，可以直接带载荷起动；功率范围及转速范围较宽；操纵方便；维护检修较容易。

（3）空气是清洁能源，资源较多，使用空气作为介质，排放出来的仍然是无污染的空气，不仅可以减少煤炭石油资源的使用，而且还减少了二氧化碳以及其他污染物的排放。另外，它的安全性、经济性、也是目前其他能源汽车所不能媲美的：第一，目前气动汽车的气罐大多采用碳纤维，遇到问题最多就是罐体破碎，空气漏出，而不会出现危险情况。第二，压缩气体经过膨胀做功后排出的还是一成不变的空气，不仅没有污染，而且能够重复利用，降低资源成本。第三，气动汽车使用气动发动机，不需要配气系统等，能够简化控制系统，使整车生产费用低；可以利用现有气动技术、汽车设计和制造技术使研制和开发周期短；对润滑油高温性能的要求也大为降低，所以维护简单，费用低，使用寿命延长。第四，气罐内气体快用完时，有两种方法解决，第一种方法是到加气站更换气罐。

夜间电价相对较低，这时对储气罐充气，不仅充气价格较低，而且可以实现电力生产的填谷价值，提高常规电力系统的效率和经济性。压缩空气所用的能量可以是完全清洁的可再生能源，如可以用风能直接压缩空气，将风能存储为压缩空气能，作为气动汽车动力源。另一种方法是直接给气罐充气，可以使用民用电充气，也可以使用高压气泵充气，充气时间较短。家用充气设备和加（换）气站等社会基础建设费用不高，较容易建造。城市内建成网状的充电站，既方便又快捷。

四、空气动力汽车主要部件

压缩空气发动机：空气发动机在工作过程中将空气加压形成高压空气，高压空气进入到气动发动机中的气缸内进行膨胀做功，高压空气能够产生较大的动力，转化为使汽车启动的动力。

涡轮机：它能够将空气进行压缩，使空气流动产生的能量更能够聚在一起，起到最好的工作效果。

气动马达：叶片式气动马达的工作过程主要有进气、膨胀、主排气、压缩、副排气等步骤，能够将空气的压力转化为机械能。

五、空气动力汽车面临的问题

（1）目前气动动力系统还不成熟，效率还不高，对之应从下几个方面提高:1）采用多级膨胀中间吸热，减少节流的能量损失.提高做功效率；2）提高储能装置的储量，减少管路的损失；3）可以利用气动发动机与涡轮相结合的方式增加功率，提高汽车的动力性。随着轻薄气缸、一些特殊气缸（无活塞气缸、行程可调气缸、步进气缸、增力气缸、膜片气缸）的出现和一些气动元件（减压阀、方向阀、流量控制阀）的不断发展。

（2）目前气动汽车研究面临的主要问题是气动汽车动力系统效率较低，车载有限的高压压缩空气的能量得不到有效的利用，限制了气动汽车的行驶里程。气动汽车的尾气排放能量损失高达43.2%，而输出的机械能才占30.7%，残气损失对整个压缩空气能量利用率产生很大影响，所以尾气排放中残余压力是不能不考虑的一部分能量。采用压力分级控制合适的动力分配方式和能量回收措施将会减少残气损失，提高压缩空气能量利用率。国内外对气动汽车的发动机等方面进行了较多研究和改进，但对于如何降低减压过程的能量损失，尤其是如何对系统进行质量能量补偿理论的研究还非常缺乏。

六、气动汽车应用前景

气动汽车领域是汽车行业很有发展潜力的领域，备受世界各国的青睐。在能源资源日渐减少的情况下，中国政府也加大了对新能源汽车的扶持，消费者不仅享受购车补贴，还享有许多税费优惠。

在一些大城市，市内平均车速小于20 km/h，而且城市中的机动车始终处于急起急停状态，使得排放增加，燃油经济性降低。气动汽车就有了“用武之地”，它可以作为市内公交车，也可以作为市内上班族的代步车。在市内，气动汽车完全能满足续驶里程要求，而且城市交通工况也不会造成气动汽车的经济性明显降低；气动汽车无污染，对城市的环境保护有很大的作用。另外，在一些重点旅游区、自然保护区以及对噪声要求严格的场合或室内，气动汽车都将有不可替代的作用。气动汽车的产业化、工业化和市场化会带来多方面的利益。一方面，随着气动汽车研究技术的成型，气动汽车的性能更加优越，加之气动汽车价格低，使