空氣動(dòng)力汽車

1、“空氣動(dòng)力汽車”項(xiàng)目介紹 1隨著全世界汽車保有量的急劇增長，作為不可再生的石油資源正面臨短缺和枯竭；汽車燃燒石油產(chǎn)品所產(chǎn)生的有害氣體對環(huán)境所造成的污染，給人類生存環(huán)境帶來巨大的不良影響。節(jié)約石油資源和減少有害氣體排放量，尋找新的、可替代的、清潔的能源，是所有汽車業(yè)界的人特別是科技工作者責(zé)無旁貸的重大責(zé)任！首先選擇了電能。（一）電動(dòng)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀純電動(dòng)汽車，是汽車業(yè)界正在重點(diǎn)研發(fā)的項(xiàng)目，最有發(fā)展前景的是鋰離子電池。當(dāng)前，進(jìn)一步提高鋰電池的儲能密度以便提高汽車的續(xù)駛里程、增加充放電循環(huán)次數(shù)（壽命）、降低成本以及建設(shè)眾多的社會(huì)充電站，是純電動(dòng)汽車大規(guī)模進(jìn)入市場的重要前提?；旌蟿?dòng)力汽車，是以電和石油產(chǎn)

2、品兩者為動(dòng)力源的汽車，這種汽車的優(yōu)點(diǎn)是：提高了傳統(tǒng)汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性，降低了有害氣體的排放量，并且具有足夠的動(dòng)力性和續(xù)駛里程；其缺點(diǎn)是：電、油兩套裝置引起結(jié)構(gòu)笨重和生產(chǎn)成本提高。燃料電池汽車，是將氫和氧通過電化學(xué)反應(yīng)生成水并釋放出電能2驅(qū)動(dòng)汽車。專家認(rèn)為，這種形式的新能源汽車，具有良好的動(dòng)力性、燃料經(jīng)濟(jì)型、足夠的續(xù)駛里程，并實(shí)現(xiàn)無污染，是理想的未來型新能源。但燃料電池的高成本和短壽命以及大量高純度氫氣制備的產(chǎn)業(yè)化等，是擺在燃料電池汽車面前的重大課題。（二）以壓縮空氣為動(dòng)力的汽車（簡稱空氣動(dòng)力汽車）1.國外研發(fā)狀況在大多數(shù)汽車廠力爭盡早把電動(dòng)汽車投放市場時(shí)，國際上正有人在積極地研發(fā)以壓縮空氣為動(dòng)力

3、的汽車，最突出的代表是法國MDI公司工程師內(nèi)格雷（Guy Nègre），他的公司試制出多臺、多種型號的樣車，并在法國、南非和墨西哥等國有商品車上市。印度Tata汽車公司花3000萬美元購買了生產(chǎn)權(quán)，也已經(jīng)試制出樣車，并聲稱將于近年把產(chǎn)品投放市場。美國ZPM(Zero Pollution Motors)零排放汽車公司宣稱，力爭在2011年將空氣動(dòng)力汽車投放美國市場。繼美國、拉丁美洲及歐洲若干國家之后，內(nèi)格雷與英國有關(guān)廠商的談判也接近尾聲，預(yù)計(jì)空氣動(dòng)力汽車將于三年內(nèi)出現(xiàn)在英國市場上。在英國街道上還出現(xiàn)了空氣動(dòng)力自行車。2.國外研發(fā)的氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、空氣動(dòng)力汽車圖片 3法國法國MDI公司一種氣

4、動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)外形圖法國MDI公司AIRPod氣動(dòng)汽車 4AirPod 空氣動(dòng)力汽車及壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)5法國 MDI 公司的工人們正在組裝 AirPod 空氣動(dòng)力汽車 MDI 公司氣動(dòng)機(jī)的鋁合金缸體 6法國MDI公司空氣動(dòng)力汽車Citycat和Minicat。空氣動(dòng)力汽車技術(shù)是法國工程師內(nèi)格雷研發(fā)的。作為雷諾(Renault)的前賽車引擎設(shè)計(jì)師和法國MDI公司的老板，內(nèi)格雷在過去13年中一直致力于壓縮空氣技術(shù)的研究。他堅(jiān)信該技術(shù)不僅能為全球汽車產(chǎn)業(yè)帶來突破，還可從根本上改善城市生活質(zhì)量，延緩氣候變暖的進(jìn)程。內(nèi)格雷認(rèn)為，當(dāng)前的環(huán)保汽車技術(shù)其實(shí)都有著各式各樣的缺陷：混合動(dòng)力車的污染程度雖有所減輕，對日趨嚴(yán)

5、重的環(huán)境問題而言卻不過是杯水車薪；氫氣發(fā)電成本高昂，實(shí)用性欠佳；燃料電池同樣不便宜，性能尚有待證明；而被寄予厚望的電動(dòng)車則需依賴于昂貴而不可靠的電池技術(shù)。盡管空氣動(dòng)力車的碳排放量與電動(dòng)車相差無幾，成本卻只有后者的一個(gè)零頭，原因在于它無需每五年更換一次昂貴的電池，并可于瞬間完成充氣。 內(nèi)格雷不僅將這項(xiàng)技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了美國ZPM公司，還與印度汽車巨頭塔塔(Tata)簽署的一筆價(jià)值3000萬英鎊的合同，它使全球最便宜的汽車Nano同樣成為空氣動(dòng)力技術(shù)的受益者。繼美國、拉丁美洲及歐洲若干國家之后，內(nèi)格雷與英國有關(guān)廠商的談判也接近尾聲，預(yù)計(jì)空氣動(dòng)力車將于三年內(nèi)出現(xiàn)在英國市場上。然而，內(nèi)格雷的雄心并不僅限于此

6、，他的下一個(gè)目標(biāo)是開發(fā)適用于飛機(jī)的混合版空氣動(dòng)力機(jī)。 7 不過有工程學(xué)專家對這項(xiàng)技術(shù)表示懷疑，說空氣壓縮本身就是高能耗。美國西北大學(xué)化學(xué)和生物工程學(xué)專家哈羅德說“空氣壓縮機(jī)是轉(zhuǎn)化電能效率最低的機(jī)器之一。為什么不像電動(dòng)汽車一樣直接使用電能？從能源利用的角度來說，空氣動(dòng)力汽車并沒有什么意義?！? CityCAT擁有一個(gè)可儲存52加侖壓縮空氣的空氣罐，最高時(shí)速可到68mph，充滿氣體后可連續(xù)駕駛125英里。所用的能源也就是我們最常見不過的空氣，可謂實(shí)現(xiàn)了真正的零耗能零污染。在遠(yuǎn)距離行駛中，為了增強(qiáng)這款汽車的機(jī)動(dòng)能力，它還可以添加其它燃料作為輔助燃料，每行駛100公里其燃料消耗不超過3升。在經(jīng)過了15

7、年漫長的研發(fā)后，MDI公司終于獲得了成果，在去年6月與印度Tata汽車集團(tuán)達(dá)成了協(xié)議，塔塔汽車公司花3000萬美元獲得了在印度生產(chǎn)和銷售MDI空氣動(dòng)力汽車及其技術(shù)的專營權(quán)。塔塔汽車公司將要出售的空氣動(dòng)力汽車名字為OneCAT。8印度 Tata Motors 公司制造的以空氣為動(dòng)力的新型環(huán)保汽車 OneCAT 汽車重量只有 350 公斤，在城市交通中，OneCAT 汽車的行駛只以空氣為動(dòng)力。在遠(yuǎn)距離行駛中，為了增強(qiáng)這款汽車的機(jī)動(dòng)能力，它還可以添加其它燃料，每行駛 100 公里其燃料消耗不超過 3 升。 美國據(jù)美國媒體報(bào)道，能源問題與環(huán)保問題是一直以來困擾全球汽車行業(yè)的最嚴(yán)峻的兩大問題。為此，各家

8、車廠也是“八仙過海，各顯神通”，各種概念層出不窮。在大多數(shù)車廠力爭盡早把電動(dòng)車投入市9場時(shí)，美國一家汽車公司卻正在生產(chǎn)空氣動(dòng)力汽車，這種車只需要靠壓縮空氣就能獲得能量來源。 美國 ZPM(Zero Pollution Motors，零排放汽車)公司力爭在 2011年初將空氣動(dòng)力汽車投放美國市場，這種汽車通過壓縮空氣和一個(gè)小型的常規(guī)引擎來提供動(dòng)力。ZPM 公司首席執(zhí)行官施瓦-文卡特說，公司的最終目標(biāo)是把空氣動(dòng)力汽車的價(jià)格控制在 18000 到20000 美元之間，燃料效能達(dá)到 100 公里 1 加侖汽油，在低速行駛時(shí)廢氣零排放。 在世界其他國家，空氣動(dòng)力汽車技術(shù)正在加速發(fā)展。今年 3 月法國 M

9、DI 公司在瑞士日內(nèi)瓦國際車展上展示了一輛空氣動(dòng)力汽車Airpod。Airpod 是一款是外形酷似甲殼蟲的三輪汽車，AirPod 前后各有一個(gè)向上開啟的玻璃門，2 排座位背靠背，前排有 1 個(gè)座位，后排有 2 個(gè)座位。Airpod 是一款只能在城市行駛的車輛，是世界上最小的 3 座車輛，但也可乘坐 3 名成人和 1 名兒童。這種車用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，完全是零排放、零污染的潔凈汽車。在本月，新版空氣動(dòng)力車正在阿姆斯特丹的史基浦機(jī)場(Schipol airport)接受法國航空-荷蘭皇家航空公司(Air France KLM)的測試，它們將在未來代替龐大的服務(wù)電動(dòng)車隊(duì)。 問卡特說他們公司生產(chǎn)的空氣動(dòng)力

10、汽車只需將插頭插到墻上的插座內(nèi)，汽車的空氣壓縮機(jī)就開始工作，使汽車氣罐內(nèi)的氣壓達(dá)到每平方英寸 4500 磅。達(dá)到這一氣壓大約需要 4 小時(shí)，然后氣罐內(nèi)的空氣就會(huì)緩慢釋放，牽動(dòng)汽車的活塞運(yùn)動(dòng)。在車速低于 35 英里/小時(shí)時(shí)，這種空氣動(dòng)力汽車完全依賴氣罐工作，只排放出冷空氣。車速增高時(shí)，10一個(gè)小型常規(guī)燃料的引擎就會(huì)開始工作，加熱氣罐內(nèi)的空氣加速其釋放，從而獲得更高的速度。這個(gè)引擎也會(huì)給氣罐加氣，從而延長汽車的行駛里程和加大其速度。文卡特預(yù)計(jì)自己公司生產(chǎn)的空氣動(dòng)力汽車完全依靠壓縮空氣能夠行駛 20 英里，當(dāng)引擎發(fā)動(dòng)后將能夠再行駛數(shù)百英里，最高時(shí)速達(dá)到 96 英里。 空氣動(dòng)力汽車技術(shù)是法國工程師內(nèi)格

11、雷研發(fā)的。作為雷諾(Renault)的前賽車引擎設(shè)計(jì)師和法國 MDI 公司的老板，內(nèi)格雷在過去 13 年中一直致力于壓縮空氣技術(shù)的研究。他堅(jiān)信該技術(shù)不僅能為全球汽車產(chǎn)業(yè)帶來突破，還可從根本上改善城市生活質(zhì)量，延緩氣候變暖的進(jìn)程。內(nèi)格雷認(rèn)為，當(dāng)前的環(huán)保汽車技術(shù)其實(shí)都有著各式各樣的缺陷：混合動(dòng)力車的污染程度雖有所減輕，對日趨嚴(yán)重的環(huán)境問題而言卻不過是杯水車薪；氫氣發(fā)電成本高昂，實(shí)用性欠佳；燃料電池同樣不便宜，性能尚有待證明；而被寄予厚望的電動(dòng)車則需依賴于昂貴而不可靠的電池技術(shù)。盡管空氣動(dòng)力車的碳排放量與電動(dòng)車相差無幾，成本卻只有后者的一個(gè)零頭，原因在于它無需每五年更換一次昂貴的電池，并可于瞬間完成

12、充氣。 內(nèi)格雷不僅將這項(xiàng)技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了美國 ZPM 公司，還與印度汽車巨頭塔塔(Tata)簽署的一筆價(jià)值 3000 萬英鎊的合同，它使全球最便宜的汽車 Nano 同樣成為空氣動(dòng)力技術(shù)的受益者。繼美國、拉丁美洲及歐洲若干國家之后，內(nèi)格雷與英國有關(guān)廠商的談判也接近尾聲，預(yù)計(jì)空氣動(dòng)力車將于三年內(nèi)出現(xiàn)在英國市場上。然而，內(nèi)格雷的雄心并不僅限于此，他的下一個(gè)目標(biāo)是開發(fā)適用于飛機(jī)的混合版空氣動(dòng)力機(jī)。 11 不過有工程學(xué)專家對這項(xiàng)技術(shù)表示懷疑，說空氣壓縮本身就是高能耗。美國西北大學(xué)化學(xué)和生物工程學(xué)專家哈羅德說“空氣壓縮機(jī)是轉(zhuǎn)化電能效率最低的機(jī)器之一。為什么不像電動(dòng)汽車一樣直接使用電能？從能源利用的角度來說，空

13、氣動(dòng)力汽車并沒有什么意義?！?其次 AirPod 確實(shí)是一款零污染的空氣動(dòng)力車。雖然尺寸很小，Airpod 的體重也有 220 公斤，除了前不久肆虐的臺風(fēng)“獅子座”、“凡亞比”之外，一般的空氣也推不動(dòng)它，所以 AirPod 不是靠向后噴氣來前進(jìn)。其實(shí)它的工作原理和傳統(tǒng)汽車相近，裝有一部類似內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，依靠壓縮空氣在氣缸內(nèi)膨脹來推動(dòng)活塞做功。空氣膨脹的速度遠(yuǎn)不如油氣混合氣燃燒來的快，因此發(fā)動(dòng)機(jī)功率要比內(nèi)燃機(jī)小的多，只有區(qū)區(qū) 8 馬力，而且排氣聲不是那么動(dòng)聽（廠家消息說量產(chǎn)版會(huì)加消聲器，噪音顯著降低）。 在國外 MDI 公司計(jì)劃推出兩款車型，分別是“有駕照版”和“沒駕照版”。兩者差別在極速不同

14、，駕照版可達(dá) 70 公里/時(shí)，沒駕照版也不是很慢，可以開到 45 公里/時(shí)。鑒于國內(nèi)交通環(huán)境比較惡劣，無照行車那可不行。 依靠車上容量 175 升、壓強(qiáng) 350bar 的氣瓶（轎車輪胎的氣壓在 2bar左右，公交車氣瓶為 200bar）能讓車子跑 220 公里不斷氣。充氣成本更是低得嚇人，在充氣站充滿一罐氣只要 1.1 歐元（約合人民幣10 元）。隨車也配備了空氣壓縮機(jī)可在普通插座上插電充氣，充氣12時(shí)間大約需要 3-4 小時(shí)，城市生活定位的 Airpod 折合三到四天充一次氣的頻率基本讓人滿意。 美觀可愛、小巧靈活、環(huán)保低價(jià)，AirPod 果然很有前景。只是和其他使用高壓氣瓶的新能源車一樣，

15、人們也擔(dān)心 AirPod 的碰撞安全問題。老實(shí)說，當(dāng)蒸汽機(jī)車剛發(fā)明的時(shí)候，人們也擔(dān)心那個(gè)大鍋爐的安全性；當(dāng)內(nèi)燃機(jī)車的油箱剛出現(xiàn)的時(shí)候，人們也擔(dān)心油箱的安全性要用發(fā)展的眼光看事物，這又不是無法改善的難題。要知道AirPod 的真實(shí)能耐 華盛頓大學(xué)研制的空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)英國 13英國氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)外形圖英國氣動(dòng)自行車掠影韓國韓國ENERG.NE公司研制的空氣動(dòng)力汽車（5）印度14印度有望在一年內(nèi)開發(fā)出一種特殊燃料汽車 OneCAT。OneCAT 汽車之所以特殊，就是因?yàn)樗钦嬲饬x上的以空氣為動(dòng)力的汽車。據(jù)報(bào)道，這種以空氣為燃料的汽車將由印度著名的汽車制造公司 Tata Motors 負(fù)責(zé)開發(fā)。 One

16、CAT 空氣動(dòng)力汽車開發(fā)項(xiàng)目的牽頭人是法國工程師和設(shè)計(jì)師蓋伊·內(nèi)格列。OneCAT 汽車共有五個(gè)座位，其玻璃纖維打造的車身非常輕便，總重量只有 350 公斤。該汽車的動(dòng)力系統(tǒng)中安裝的是壓縮空氣燃料瓶，汽車行駛就是依靠這些壓縮空氣為動(dòng)力的。據(jù)這款汽車的開發(fā)者稱，在城市交通中，OneCAT 汽車的行駛純粹以空氣為燃料，這對周圍環(huán)境沒有一絲污染。在遠(yuǎn)距離行駛中，為了增強(qiáng)這款汽車的機(jī)動(dòng)能力，它還可以添加其它任何燃料作為輔助燃料，而且每行駛 100 公里其燃料消耗不超過 3 升。 為了保證這款汽車能夠靠空氣行駛，研究人員專門為其開發(fā)出了特殊的壓縮機(jī)。另外，這款汽車還配備有機(jī)載充電設(shè)備，只要您的

17、車庫里配備有普通電源插座，就不用怕您的愛車無法充電。 除了輕盈、環(huán)保等品質(zhì)外，這款汽車的售價(jià)也相對低廉。專家們稱，在 OneCAT 開始批量生產(chǎn)后，每輛售價(jià)只有 5000 美元。最初這款車將只在印度本國銷售，在不遠(yuǎn)的將來，它將被推廣到其它國家。 來自印度的 Tata Motors 的汽車制造商的消息，工程師 Guy Nègre 設(shè)計(jì)出的空氣動(dòng)力汽車 City Cat，已經(jīng)準(zhǔn)備交付量產(chǎn)了！City Cat 沒用其它燃料，僅僅用壓縮空氣作為啟動(dòng)能源，空氣用完時(shí)則到加氣站加氣。City Cat 動(dòng)力上也沒想象中差，可達(dá) 68 MPH 每15小時(shí) 68 英里的速度，加滿一次可跑 125 英里

18、。 （6）棗莊農(nóng)民發(fā)明空氣動(dòng)力汽車莊市市中區(qū)侯圣春的小院里有一輛這輛只喝“空氣”的汽車。 “目前的汽車都是通過汽油或者天然氣的燃燒，將汽油或者天然氣的能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)汽車，就是通過在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒來獲得動(dòng)能；而我發(fā)明的空氣動(dòng)力汽車，是一種真正意義上的氣車，工作原理很簡單，就是壓縮空氣儲存在一個(gè)氣缸內(nèi)，利用其壓力來推動(dòng)16氣動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)?！焙钍ゴ赫f。 早在 2008 年，侯圣春已經(jīng)獲得了“氣動(dòng)機(jī)動(dòng)車”的國家專利。說明書介紹稱，本實(shí)用新型的氣動(dòng)車，利用高壓儲氣罐代替柴油機(jī)或汽油機(jī)壓縮機(jī)，能大大降低使用成本、環(huán)保節(jié)能，將加油站變成加氣站即可推進(jìn)該機(jī)的推廣應(yīng)用。 3.空氣動(dòng)力汽車可行性的初步

19、論證 空氣動(dòng)力汽車裝用氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并具有完整的空氣動(dòng)力系統(tǒng)。它利用高壓壓縮空氣為動(dòng)力源，通過氣動(dòng)機(jī)將存儲的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。在氣動(dòng)汽車進(jìn)行概念設(shè)計(jì)并走向?qū)嶋H技術(shù)研究時(shí)，總會(huì)問及氣動(dòng)汽車的可行性，續(xù)駛里程能達(dá)到多少，運(yùn)行成本是多少，安全性如何，甚至是這種汽車有沒有實(shí)用價(jià)值等問題?，F(xiàn)就所知，作出如下介紹?？諝鈩?dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)的基本構(gòu)成及工作原理： 17（1） 空氣動(dòng)力系統(tǒng)方框圖: 電能空氣壓縮機(jī)儲氣罐減壓裝置壓力控制氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)汽車底盤電能通常是指電網(wǎng)電能，是氣動(dòng)系統(tǒng)之外的“一次能源”；由太陽能、風(fēng)能和核能產(chǎn)生的電能是低碳的。空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)型式有往復(fù)活塞式和回轉(zhuǎn)式；又有車載和加氣站兩種供氣方式。在

20、我國，能夠產(chǎn)生30MPa壓力的壓縮機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟，國內(nèi)有多個(gè)廠家在生產(chǎn)。儲氣罐推薦儲氣罐的最大壓力為30MPa，對空氣動(dòng)力汽車的擔(dān)憂主要是儲氣罐內(nèi)的高壓。目前，儲氣罐多采用無縫鋁內(nèi)膽外用高強(qiáng)度連續(xù)長碳纖維全纏繞技術(shù)制造，具有強(qiáng)度高、重量非常輕（有資料介紹一個(gè)最高壓力為500bar、容積為50 升的儲氣罐重量僅為20kg）、抗腐蝕、電絕緣等優(yōu)點(diǎn)，并具有爆破撕裂的特性，不會(huì)飛濺碎片傷人。某公司公布的產(chǎn)品數(shù)據(jù)為工作壓力30MPa，水壓檢測45Mpa，最小爆破壓力90MPa。法國MDI公司采用的碳纖維儲罐是由Airbus公司設(shè)計(jì)，即使是在非常極端的條件下如槍擊、火燒都不會(huì)發(fā)生爆炸。由此可見，存儲壓

21、縮空氣的技術(shù)是成熟與可靠的。國內(nèi)有多個(gè)廠家生產(chǎn)這種儲氣罐。減壓裝置由儲氣罐的30MPa壓力到氣動(dòng)機(jī)所需要的1MPa左右的工作壓力，必須進(jìn)行減壓，有節(jié)流減壓和容積式減壓等方式，18技術(shù)已經(jīng)成熟。熱交換器從儲氣罐釋放出來的壓縮空氣發(fā)生膨脹，隨之溫度降低，內(nèi)能（焓）減少，安裝熱交換器的目的是從環(huán)境或者其它熱源獲得熱量，從而增加氣體的內(nèi)能。國內(nèi)有多個(gè)廠家生產(chǎn)熱交換器，技術(shù)成熟。壓力調(diào)節(jié)裝置是一種根據(jù)行駛工況的要求調(diào)節(jié)進(jìn)入氣缸內(nèi)氣體壓力的裝置，猶如汽車的加速踏板。國內(nèi)有多個(gè)廠家生產(chǎn)，技術(shù)成熟。氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)通常采用往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。進(jìn)入氣缸中的壓縮空氣，在進(jìn)氣門關(guān)閉后發(fā)生膨脹，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，沒有燃

22、燒過程。在曲軸轉(zhuǎn)角的前180°為進(jìn)氣、膨脹、做功行程，在曲軸轉(zhuǎn)角的后180°為排氣行程，膨脹比為1.51.8，空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)是二沖程的；不知國內(nèi)是否有廠家在生產(chǎn)。據(jù)介紹，透平機(jī)具有極低的“燃料”經(jīng)濟(jì)性（耗氣量很大），氣動(dòng)汽車上的儲氣罐無法與之匹配。負(fù)載指汽車的總質(zhì)量和傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)，不屬于氣動(dòng)系統(tǒng)，但與氣動(dòng)系統(tǒng)密切相關(guān)，必須進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。（2）往復(fù)活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理下圖示出往復(fù)活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理圖。 19往復(fù)活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理示意圖空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)理想工作循環(huán)如下圖所示。進(jìn)氣門開啟，氣缸壓力迅速由上一循環(huán)的殘余壓力上升至進(jìn)氣壓力(12)；在進(jìn)氣門保持開啟階段

23、，由于有儲氣罐內(nèi)高壓氣體的補(bǔ)充而進(jìn)行等壓充氣(23)；當(dāng)活塞下行到某合適位置3時(shí)，進(jìn)氣門關(guān)閉，于是氣缸中的高壓氣體開始膨脹(34)，此階段一般是一個(gè)多變過程；之后，排氣門打開，缸內(nèi)氣體排出氣缸（41）。氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)（3）關(guān)于儲氣罐的儲能目前氣動(dòng)汽車業(yè)界公認(rèn)的基本參數(shù)為三個(gè)“300”：儲氣罐容積：300升儲氣罐最高儲氣壓力：300bar（30MPa）環(huán)境溫度：300K（23） 20此三個(gè)參數(shù)確定了氣動(dòng)機(jī)能量的大小，并用這個(gè)能量與電動(dòng)車進(jìn)行比較。氣動(dòng)汽車業(yè)界認(rèn)為300升容積和300bar最高儲氣壓力對于大多數(shù)汽車是可行的：第一，這個(gè)體積在汽車上是可以布置的；第二，當(dāng)環(huán)境溫度為300K、進(jìn)行

24、等溫膨脹時(shí)，氣動(dòng)機(jī)具有4.76×107焦耳的能量，合13.3kWh；進(jìn)行準(zhǔn)等溫膨脹時(shí)，氣動(dòng)機(jī)具有3.44×107焦耳的能量，合9.56kWh；按照多變過程膨脹時(shí)，具有2.64×107焦耳的能量，合7.33 kWh。日本富士重工STELLA純電動(dòng)汽車電池的能量為9kwh，續(xù)駛里程90km。國家對電動(dòng)汽車的財(cái)政補(bǔ)助金管理暫行辦法中規(guī)定：純電動(dòng)乘用車動(dòng)力電 池組能量不低于 15 千瓦時(shí)，插電式混合動(dòng)力乘用車動(dòng)力電池組能量不低于 10 千瓦時(shí)，純電動(dòng)模式下續(xù)駛里程不低于 50km。 對于微型面包車和大客車來說，增大儲氣罐的容積是可能的。降低汽車的總質(zhì)量（比如設(shè)計(jì)出完全新的

25、氣動(dòng)概念車），可以得到理想的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和續(xù)駛里程。壓縮空氣的儲能密度（kJ/kg）是密閉容器內(nèi)單位質(zhì)量（kg）壓縮空氣所具有的做功潛力（kJ），壓縮空氣的儲能密度與其存儲壓力21有關(guān)。壓縮空氣參數(shù)為：儲氣筒容積300升，最高儲氣壓力30MPa,環(huán)境溫度300K，進(jìn)行等溫膨脹時(shí)，儲能密度為405kJ/kg。壓縮空氣同常見蓄電池的儲能密度的比較見下表。不同能量型式的儲能密度能源類型 鎳鎘電池鎳鋅電池鎳氫電池鋰鐵電池壓縮空氣汽油能量密度(kJ/kg) 144-216 216-234 216-252 324-468 405 46000 由上表可以看出，壓縮空氣的能量密度是很高的，如果能夠?qū)ふ业奖韧?/p>

26、復(fù)活塞式效率更高的空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，如果能夠很好地實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)等溫膨脹，將會(huì)直接推動(dòng)空氣動(dòng)力汽車快速進(jìn)入市場。國外汽車工程界對幾種不同汽車動(dòng)力能源進(jìn)行了總循環(huán)效率的比較（見下表），所謂”總循環(huán)效率”是指某種能源的生產(chǎn)和使用所發(fā)生的效率總合。不同汽車動(dòng)力能源的總循環(huán)效率比較 22高的總循環(huán)效率，意味著車輛行駛所消耗的自然資源最少，即對外界環(huán)境的影響最小。因此，開發(fā)氣體動(dòng)力能源有利于節(jié)約社會(huì)資源和自然資源。（4）氣動(dòng)機(jī)及儲氣罐的空間尺寸新型氣動(dòng)機(jī)（內(nèi)燃機(jī)）比現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)小得多（見樣機(jī)）。儲氣罐容積為300升時(shí)的尺寸舉例：方案：選擇儲氣罐的直徑為35cm，三個(gè)，經(jīng)計(jì)算，每個(gè)儲氣罐長度為104cm 方案：選擇儲

27、氣罐的直徑為30cm，四個(gè)，經(jīng)計(jì)算，每個(gè)儲氣罐長度為106cm 方案可以很多，具體選擇應(yīng)由汽車的實(shí)際情況決定；儲氣罐可以布置在發(fā)動(dòng)機(jī)艙、座位下和后備箱中；微型面包車和客車較為容易布置。300 升、300 大氣壓時(shí)的壓縮空氣單位能量容積為300÷14.3=21L/kwh.。參照汽車：日本富士重工STELLA純電動(dòng)汽車電池的外形尺寸為2331.1×16.2×30.3cm；逆變器尺寸：33.1×35×13cm。電動(dòng)汽車的單位能量容積為：動(dòng)力電池與逆變器體積的總和除以該電池的能量：30.28÷9=3.4L/kwh。由此看出壓縮空氣所需體積是動(dòng)

28、力電池的（21÷3.4）=6.2倍，這是空氣動(dòng)力汽車的不足。這一概念只是讓人去考慮如何實(shí)現(xiàn)空氣動(dòng)力汽車的總體設(shè)計(jì)，它并非是左右是否采用壓縮空氣為動(dòng)力的因素，因?yàn)楹笳哂性S多方面是電池驅(qū)動(dòng)無法比擬的。（5）關(guān)于氣動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性氣動(dòng)汽車行駛百公里時(shí)的電費(fèi)：以一現(xiàn)有往復(fù)活塞式壓縮機(jī)產(chǎn)品為例壓縮機(jī)排氣量為265升/分鐘，我們設(shè)定的儲氣罐容積為300升，乘以300bar，總進(jìn)氣量應(yīng)為300×30090000升；充滿儲氣罐的時(shí)間為90000升÷265升/分鐘340分鐘；為340÷605.7小時(shí)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為6.6kw，滿功率為6.6kw，平均使用功率為3.3kw，實(shí)

29、際用電量為3.3kw×5.7小時(shí)19kWh. 設(shè)電價(jià)為0.6元/kwh，則充滿儲氣罐需電費(fèi)為：0.6×1911.5元。若一次充滿儲氣罐可行駛50km，則汽車的百公里費(fèi)用為23元。以某一乘用車為例，其百公里油耗為8升，每升油價(jià)為6.5元，百公里行駛費(fèi)用為52元。 24氣動(dòng)汽車行駛百公里費(fèi)用是汽油車的44%（23÷52=0.44）。如果社會(huì)上建設(shè)眾多的高壓空氣站，擁有大排氣量壓縮機(jī)和大容量高壓儲氣罐（或儲氣槽），可使充滿汽車儲氣罐的時(shí)間降低至35分鐘。集中供氣將會(huì)產(chǎn)生降低使用費(fèi)用的效果，并且使氣動(dòng)汽車進(jìn)入實(shí)際使用比電動(dòng)汽車更加無障礙。高壓空氣站的建設(shè)費(fèi)用比充電站少的多

30、。（6）關(guān)于空氣動(dòng)力汽車的續(xù)駛里程總質(zhì)量不同的汽車，在具有三個(gè)“300”參數(shù)時(shí)，其能量可以得到不同的續(xù)駛里程。實(shí)際上，不同總質(zhì)量的汽車可以裝用不同容積的儲氣罐。由儲氣量、單位耗氣量、傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)和汽車動(dòng)力因數(shù)初步計(jì)算表明，一個(gè)總質(zhì)量為1000kg的汽車，裝用上述參數(shù)儲氣罐時(shí)，可行駛50km；當(dāng)汽車的總質(zhì)量降低到500kg時(shí)，續(xù)駛里程達(dá)到100km是可能的，如欲再增加續(xù)駛里程，必須加大儲氣罐的容積。采用壓縮空氣與燃油（燃?xì)猓┗旌蟿?dòng)力的驅(qū)動(dòng)方式，可以使汽車具有足夠好的動(dòng)力性、燃料經(jīng)濟(jì)性，低的有害氣體排放量，并達(dá)到相當(dāng)長的續(xù)駛里程。（7）往復(fù)活塞式氣動(dòng)機(jī)的可用能熱效率 25由上圖可以看出，往復(fù)活塞式

31、氣動(dòng)機(jī)的可用能機(jī)械功率輸出僅為30.0%，有效能利用非常低，這一點(diǎn)阻礙著氣動(dòng)汽車早日進(jìn)入市場。4.空氣動(dòng)力汽車的優(yōu)、缺點(diǎn)空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃機(jī)相比的優(yōu)點(diǎn)：氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)相比，由于在氣缸里沒有高溫高壓的氣體燃燒過程，只通過單純的高壓氣體膨脹做功來達(dá)到功率輸出的目的，因此不再需要復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)，機(jī)體選用較低強(qiáng)度、輕質(zhì)的材料和簡單的結(jié)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、造價(jià)低。在日常工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體和各活動(dòng)部件也不再受到高溫沖擊和腐蝕，熱應(yīng)力和沖擊負(fù)載減小，對潤滑油沒有高溫性能的要求，所以維護(hù)簡單，費(fèi)用低，使用壽命將有效延長。 26空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī) 空氣動(dòng)力汽車工作的介質(zhì)都來自大氣，排放的尾氣

32、是純凈的空氣，對環(huán)境沒有任何污染。氣動(dòng)汽車具有高的“燃料”經(jīng)濟(jì)性（見上述分析）由于氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度很低，所以利用低溫排氣來降低駕駛室內(nèi)溫度，可減少汽車空調(diào)裝置的使用時(shí)間或強(qiáng)度，因此，降低了汽車的使用成本?？諝鈩?dòng)力汽車與電動(dòng)車相比的優(yōu)點(diǎn)：純電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池，需要50多公斤的磷酸鐵鋰、40多公斤的陰極材料以及40多公斤的電解液，而空氣動(dòng)力汽車則不需要這些稀有金屬材料，因此空氣動(dòng)力汽車的制造成本更低。在汽車減速行駛時(shí)，可利用壓縮機(jī)將汽車行駛的慣性能量以壓27縮空氣的方式儲存到儲氣罐中，在汽車驅(qū)動(dòng)行駛時(shí)再行利用；電動(dòng)汽車也可以進(jìn)行能量回收，但在幾秒鐘的短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大電流充電，充電效率是很低的，而

33、且對電池的壽命也會(huì)造成不利的影響。如欲讓電動(dòng)汽車在充電站在幾分鐘內(nèi)快速充電時(shí)，充電電流將達(dá)到幾百安培，大電流對動(dòng)力電池產(chǎn)生極壞的影響，降低電池的使用壽命。與電動(dòng)車相比，百公里耗電費(fèi)是差不多的。但是，由于純電動(dòng)汽車“一生”中需要更換12次電池（按汽車15年壽命計(jì)），如果每個(gè)動(dòng)力電池售價(jià)為6萬元，則由用戶承擔(dān)的使用附加費(fèi)用將增加612萬元，接近一輛轎車的原始購買價(jià)。而壓縮空氣動(dòng)力汽車的“一生”中不需要更換總成，所以，空氣動(dòng)力汽車具有更高的使用經(jīng)濟(jì)性。具有更高的社會(huì)效益：不像電動(dòng)車那樣需要很多的電池生產(chǎn)及社會(huì)維護(hù)人員，不需要處理電池廢棄物，因而減少了社會(huì)成本，提高了社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。空氣動(dòng)力汽車的缺點(diǎn)：

34、空氣動(dòng)力汽車的突出缺點(diǎn)是：由于壓縮空氣的“單位體積能量密度”較低，比汽油等燃料小很多，要存儲保證汽車長途行駛時(shí)的能量需要占用較大的空間。像純電動(dòng)車一樣，空氣動(dòng)力汽車尚達(dá)不到足夠的續(xù)駛里程，不能滿足長途行駛的需要。法國空氣動(dòng)力汽車儲氣罐中的30MPa壓縮空氣是由車外壓縮機(jī)充氣，使用不方便，直接阻礙著空氣動(dòng)力汽車進(jìn)入市場。5.空氣動(dòng)力汽車的適用性： 28由于空氣動(dòng)力汽車尚不能達(dá)到理想的續(xù)駛里程，當(dāng)前它主要可應(yīng)用于污染嚴(yán)重的城市內(nèi)部短途交通運(yùn)輸，如公交車、城市上班私家車、市內(nèi)小商品運(yùn)輸車、觀光旅游車船以及工廠運(yùn)輸車等，這也是一個(gè)巨大的市場，具有很好的應(yīng)用前景。超小型汽車，可以采用純氣動(dòng)汽車。城市上班

35、族可以使用“壓縮空氣燃油（燃?xì)猓┗旌蟿?dòng)力汽車”，在絕大多數(shù)情況下以壓縮空氣為動(dòng)力，只是在壓縮空氣“斷檔”時(shí)，臨時(shí)短時(shí)間地使用燃油（燃?xì)猓?，這樣當(dāng)然也會(huì)大大提高燃料經(jīng)濟(jì)性并減少廢氣排放量。微型面包車具有較大的安裝儲氣罐的空間，較為適宜采用空氣動(dòng)力汽車。對于固定線路的公交車采用空氣動(dòng)力內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)是最為合適的。由于它具有很大的儲氣罐安裝空間，所以更有使用氣動(dòng)能源的條件；采用混合動(dòng)力型式（空氣動(dòng)力加原有內(nèi)燃機(jī)），可在整個(gè)往返路程中主要使用壓縮空氣作為動(dòng)力，只有在應(yīng)急情況下才使用內(nèi)燃機(jī)作為輔助驅(qū)動(dòng)。這將大大減少石油產(chǎn)品的消耗和有害氣體的排放，并降低運(yùn)營成本，非常具有現(xiàn)實(shí)意義。公交車經(jīng)常起步和加速

36、，在這種行駛工況時(shí)，內(nèi)燃機(jī)不僅耗油量加大，而且有害氣體的排放量也很大（燃燒不完全），而氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)具有低速大扭矩的特點(diǎn)，非常適于起步和加速行駛?？諝鈩?dòng)力系統(tǒng)具有很高的能量回收效率：公交車進(jìn)站前必須減速行駛，據(jù)統(tǒng)計(jì)，城市公交車的制動(dòng)能量消耗達(dá)到總能量消耗的47%，29相當(dāng)可觀。氣動(dòng)車上的壓縮機(jī)可以吸收大部分汽車慣性行駛的能量，供重新起步、加速時(shí)使用，將大大提高汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性。在公交車上采用“空氣動(dòng)力燃油”混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，可行性強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)，是應(yīng)當(dāng)首先要考慮的方案，在全國，這是一個(gè)相當(dāng)大的市場。一種僅僅在必要的時(shí)間應(yīng)急使用燃油又結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、容易布置、成本低、油/氣轉(zhuǎn)換方便、效能高、污染少的“

37、空氣動(dòng)力燃油”混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，必將促成空氣動(dòng)力汽車的快速發(fā)展?。ㄈ┮呀?jīng)取得的進(jìn)展1、幾年前，我們設(shè)計(jì)出一種全新的回轉(zhuǎn)式機(jī)構(gòu)，按照這種機(jī)構(gòu)的基本原理，研制出空氣壓縮機(jī)、氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)以及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)；氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)可以集成于一個(gè)總成，稱為“回轉(zhuǎn)式氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)”。經(jīng)過幾年的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、試制及試驗(yàn)，單級回轉(zhuǎn)式空氣壓縮機(jī)已經(jīng)研制成功，比往復(fù)活塞式壓縮機(jī)具有更高的效率和更低的能源消耗；我們完成了將回轉(zhuǎn)式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在自行車上的初步試驗(yàn)；經(jīng)過國家知識產(chǎn)權(quán)局的檢索、查新，確認(rèn)它們的結(jié)構(gòu)特征在各自的專業(yè)領(lǐng)域里是創(chuàng)新的。以上各項(xiàng)工作，為純氣動(dòng)汽車及混合動(dòng)力汽車的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。2、下面介紹回轉(zhuǎn)式氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)總成的結(jié)構(gòu)及工作原理。 30“回轉(zhuǎn)式氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)”集成動(dòng)力總成的基本單元A進(jìn)氣（膨脹）空間；B壓縮（排