在世界汽車工業(yè)飛速發(fā)展的今天,傳統(tǒng)燃油車帶來的尾氣污染和能源危機等問題越來越嚴(yán)重,新能源汽車已成為世界汽車產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展方向。由于目前主流新能源車型如純電動汽車等仍存在造價昂貴、電池污染等問題,因此發(fā)展以壓縮空氣動力汽車（Compressed Air Vehicle,CAV）為代表的新型新能源汽車勢在必行。CAV的運行依靠壓縮空氣動力發(fā)動機（Compressed Air Engine,CAE）來提供持續(xù)穩(wěn)定的動力,CAE可類比為汽車的“心臟”,其作用是將高壓空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機械能以驅(qū)動汽車行駛。本文以某汽油機改型設(shè)計得到的四沖程CAE為主要研究對象,利用理論、仿真與試驗相結(jié)合的方法對CAE系統(tǒng)（CAE、主供氣系統(tǒng)、支供氣系統(tǒng)和電控系統(tǒng)）及CAV樣車進行分析研究,以驗證CAE和CAV的運轉(zhuǎn)可行性并得到影響其工作性能的相關(guān)規(guī)律。首先,改型設(shè)計某1.2L自然吸氣式四沖程汽油機得到氣缸直噴式四沖程CAE。在理論分析的基礎(chǔ)之上,以CAE為研究對象,利用GT-Power軟件建立完整的四沖程CAE仿真模型。通過仿真結(jié)果分析,得到CAE主要初始參數(shù)對其工作特性的影響規(guī)律。此外,對比分析臺架試驗與GT... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

主流新能源汽車結(jié)構(gòu)示意圖

8提供動力。在電動機驅(qū)動汽車行駛時，該混合動力汽車?yán)昧薈AE作為剎車能量回收裝置，這是該樣車的一大亮點[15]。2009年，MDI公司在日內(nèi)瓦車展上展出了一款名為AirPod的空氣動力概念車。AirPod是一輛微型三輪式CAV，它的兩排座位以背靠背的形式布置，標(biāo)準(zhǔn)載人數(shù)為3人。該車重約220kg，以標(biāo)準(zhǔn)工作氣壓為2MPa壓縮空氣為動力，可使汽車的最大行駛速度達到70km/h左右。AirPod的車載氣罐可壓縮空氣體積約為200L，最大續(xù)航里程可達220km，汽車在運行時可以實現(xiàn)“零排放、零污染”。此外，AirPod外形設(shè)計獨特，汽車車門選用玻璃材質(zhì)，整車車身材料選用玻璃纖維，這使得AirPod在輕量化方面具有極佳的表現(xiàn)。如圖1-2所示是MDI公司不同時期的三款CAV。（a）GreenTaxi（b）CityCAT（c）AirPod圖1-2MDI公司不同時期的三款CAV近幾年，荷蘭國際汽車研究中心、奧地利汽車研發(fā)中心及瑞士汽車研究院等一些歐洲國家的科研機構(gòu)也逐漸意識到CAV的研究價值，正在積極進行相關(guān)研究。2）國內(nèi)CAV的研究現(xiàn)狀國內(nèi)CAV的相關(guān)研究在本世紀(jì)初才剛剛起步，且大多的研發(fā)都集中在高校。

11圖1-3法國MDI公司的CAE美國華盛頓大學(xué)與北德克薩斯大學(xué)對以液氮為動力的發(fā)動機進行了許多研究，液氮發(fā)動機利用液氮受熱膨脹做功來提供動力，從某種意義上來說，該發(fā)動機也屬于CAE的一種。他們首先將空氣中的氮氣分離出來，然后使用超低溫將氮氣液化，制備成液態(tài)氮儲存起來用作發(fā)動機的燃料。同時，他們在CAV上安裝有類似汽車水箱散熱網(wǎng)的熱能交換器，當(dāng)液氮經(jīng)過熱能交換器時會迅速受熱膨脹至700倍左右體積的氣體，利用液氮膨脹產(chǎn)生的能量推動氣缸的活塞往復(fù)運動。不同的是，華盛頓大學(xué)的科研人員采用往復(fù)活塞式發(fā)動機改型設(shè)計得到液氮發(fā)動機，而北德克薩斯大學(xué)的研究人員利用葉片馬達式發(fā)動機來進行改型設(shè)計[25]。在美國福特汽車公司的資助下，加州大學(xué)洛杉磯分校的研究學(xué)者對空氣-燃油混合動力發(fā)動機進行了一系列研究。他們研制的混合動力發(fā)動機沒有凸輪軸配氣，利用壓縮空氣起動，使用新型電磁閥系可變地控制氣門正時，此外，研究人員還對閥門釋放的驅(qū)動策略進行了研究。研究結(jié)果表明，該混合動力系統(tǒng)比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機系統(tǒng)具有更高的能量轉(zhuǎn)化效率[26]。英國倫敦威斯敏斯特大學(xué)的研究學(xué)者基于兩級偏心葉片的結(jié)構(gòu)特點設(shè)計一臺式兩級旋轉(zhuǎn)葉片式氣動發(fā)動機，該發(fā)動機總重約50kg，提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以有效提高氣缸的容積效率，增加發(fā)動機的輸出功率[27]。韓國ENERGINE公司研制了一款電動-氣動混合動力發(fā)動機，該混合動力發(fā)動機采用往復(fù)式活塞結(jié)構(gòu)，發(fā)動機的氣缸容積約為0.8L，氣動部分的正常工作壓力約為1MPa。發(fā)動機的氣-電混合技術(shù)是一種成本效益高、能量轉(zhuǎn)化率高的混動技術(shù)，且發(fā)動機在氣動模式和電動模型下均沒有燃燒。當(dāng)發(fā)動機啟動時，采用氣動機提供動力；當(dāng)發(fā)動機正常運行后，采用電動機提供動力，這時的氣動機將作為剎車能量?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]2018年中國能源產(chǎn)業(yè)回顧及2019年展望[J]. 許萍,楊晶.  石油科技論壇. 2019(01)
[2]氣動元件流量特性測試自動化系統(tǒng)研究[J]. 司冀.  物聯(lián)網(wǎng)技術(shù). 2018(05)
[3]高壓單螺桿膨脹機初步性能試驗[J]. 李國強,吳玉庭,趙英昆,劉廣宇,郭志宇,智瑞平,雷標(biāo),馬重芳.  北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2018(06)
[4]新型預(yù)混式氣動噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計及其工作原理[J]. 連曉燕,郝惠娣,王艷.  化工機械. 2018(02)
[5]基于GT-POWER的配氣相位對柴油機性能影響的研究[J]. 董曉慶.  柴油機設(shè)計與制造. 2018(01)
[6]液壓與氣壓傳動開放實驗研究[J]. 郭文靜,李晶,尹昱東.  實驗室科學(xué). 2018(01)
[7]基于氣動霧化機理的噴嘴性能試驗研究[J]. 李淑江,吳明.  輕工機械. 2018(01)
[8]Optimization Study on Expansion Energy Used Air-Powered Vehicle with Pneumatic-Hydraulic Transmission[J]. Xiang-Heng Fu,Mao-Lin Cai,Yi-Xuan Wang,Yan Shi.  Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2018(01)
[9]氣壓傳動系統(tǒng)多功能組合式實驗臺架的設(shè)計[J]. 楊雅君,趙世英,陳永輝,張子林,孫如民,成挺.  科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2018(03)
[10]單罐熔融鹽釋熱傳熱規(guī)律實驗研究[J]. 孫曉麗,鹿院衛(wèi),崔錫民,于強,吳玉庭,馬重芳.  太陽能學(xué)報. 2018(01)

博士論文
[1]可調(diào)膨脹比氣動發(fā)動機的理論與實驗研究[D]. 徐正岡.華南理工大學(xué) 2014
[2]空氣動力發(fā)動機的探索性研究[D]. 劉昊.浙江大學(xué) 2004

碩士論文
[1]基于GT-Power的天然氣發(fā)動機數(shù)值模擬與研究[D]. 馬鎮(zhèn)鎮(zhèn).山東理工大學(xué) 2016
[2]纖維纏繞復(fù)合氣瓶的研究[D]. 郝延平.東北大學(xué) 2010



本文編號：3280703