压缩空气动力汽车的研究与发展

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1、万方数据第38卷第11期机械工程学报vol38N0112002年11月CHlNESEJOURNALOFMECHANICALENG工NEERrNGNov2o2压缩空气动力汽车的研究与发展+陈鹰许宏陶国良王宣银刘昊贾光政(浙江大学流体传动及控制国家重点实验室杭州310027)摘要：在对多种替代燃料汽车和电动汽车进行比较综述的基础上，介纠了压缩空气动力汽牟的丁作原理、结构特点和性能特性。从能量利用的角度分析了压缩空气动力汽车的效率问题和nJ行性，比较了压缩守气动力能源与电池能源、燃料能源的特性，并与目前最为看好的氧燃料电池电

2、动汽车的多种特性进行了全面的对比．结☆浙江大学所开腱的初步研究__r=作，指出r压缩空气动力汽车项目需进{J的主要研究内容，认为压缩空气动力汽车是一种真正“零污染”的、有广阔市场前景的新概念的“绿色汽车”。关键词：空气动力汽车绿色汽车气压传动环境保护中图分类号：u46976x382u461O前言目前，世界汽车保有量已达到6．7亿辆，并以每年2．3％的速度递增。人们L经开始更多地关注如何消除对矿物燃料的依赖，‘直渴望着新的“绿色汽车”及绿色汽车能源的出现⋯。在人们的期盼中，相继出虮了多种代用燃料汽车，如天然气(cNG、L

3、NG)汽车，醇类汽车和甲醚fDME)汽车等『2，”。但是，代用燃料汽车仍然有排放污染和热效应，有些燃料还有毒性，有些燃料燃烧控制也困难。与此同时，还出现了大量电动汽车以及混合动力汽车⋯。但目前的电动汽车仍受制于午用电池因素的制约，存在功率比、循环寿命、冲放电性能、造价、污染和安全性等方面的一系列问题，一时还难以达到实用的程度，电池本身也存在严重的二次污染问题。混和动力电动车具有电池电动车和内燃机汽车的优点，但仍存在排放问题。并且由十包括了两套动力装置．驱动和控制系统更为复杂”]。燃料电池电动车是人们寄予厚望的『6”。目

4、前认为最有发展前途的是质f交换膜燃料电池(DEMFc)，以氢气为燃料，可实现零排放，能量转化率高，结构简单。但燃料电池的制造成本比较高，氧气的安仝存储、制备和灌装都有许多问题，这制约了这种电动车辆的发展和实用化。人们期待着一种没有污染、用之不竭的新型能·周家自然科学基金委一福特基金资助项目(5叭22115)。20011108收到棚稿，20020208收到修改稿源出现，压缩卒气能源正是满足了这样的要求。1压缩卒气动力汽车1．1压缩空气动力汽车的原理压缩空气动力汽车(Air_poweredvehicleAPvl，简称气动汽

5、车，利用高压压缩空气为动力源，将压缩空气存储的压力能转化为其他形式的机械能，从而驱动汽车运行。从理论l：来说，液态空气和液氮等吸热膨胀作功为动力的其他气体动力汽车，也应属于气动汽车的范畴。除动力来源的不同，压缩空气动力汽车工作原珲与传统汽车基本相同，其发动机的总体结构形式还是兀J以借鉴传统汽车现有的结构模式，主要还足往复活塞式、旋转活塞式等形式。图l为法国MDI公一J出r昂的压缩卒气动力汽车发动机的外观图。此犁是燃料和压缩空气的混合动力发动机，它除进气压缩腔、膨胀排气缸腔外，另有一个球型腔作为燃料的燃烧腔。图l法围MD

6、I公司出品的发动机纯粹以J玉缩卒气为动力的发动机的总体结构和传统汽车的发动机结构基本相同。但压缩空气动力发动机的动力分配方式有串联方式、并联力式和串万方数据机械工程学报第38卷第1l期并联混合方式。町以是往复活塞式和旋转式等结构。图2a所示以往复活塞式结构为例的发动机动力的串联分配方式，其缸与缸之间的空气动力管道是串联的，卜一级缸的剩余压力是下级缸的始动力。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；图2b为发动机动力的并联分配方式，其缸与缸之间的空气动力管道是并联的，不同缸的初始动力相同。并联方

7、式的缸的结构尺寸相同、动力输出平稳，但剩余压力稍高。进气热交换器进气拌气排气与传统的汽车相比，其发动机工作时无燃料的燃烧过程，所以发动机的结构很简单、尺寸小、重量轻、造价低。对材料要求低、设计和制造容易。压缩空气动力汽车使用压缩卒气为动力，能量的传递快捷、储存很容易，空气介质来源方便、清洁、价廉，所需的电力能量容易获取。充气设备和加气站等费用不高，较容易建造。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。对污染要求特别严格的城市中心、重点旅游区、自然保护区，对噪声要求高或室内使用

8、的中小型工具、运输丁具等，对短途的交通工具，军用潜艇等场合，压缩卒气动力都将有不可替代的作用。特别足它可以满足现阶段宁气污染严重城市的迫切需要，具有巨大的市场潜力和广泛的应用前景。我国电力资源非常丰富，而石油资源相对紧缺，运输工具每年所燃烧掉的大量的不可再生的自然资源非常可惜。压缩空气动力汽车是对电力能源很好的二次利用，符合我国目