徐劲力，赵 睿，曾凡琮

（武汉理工大学机电工程学院，湖北 武汉 430070）

1 引言

在世界汽车工业飞速发展的今天，传统燃油车带来的尾气污染和能源危机等问题越来越严重[1]，然而目前主流新能源车型仍存在造价昂贵、电池污染等问题，因此发展以压缩空气动力汽车（Compressed Air Vehicles，CAV）为代表的新型新能源汽车势在必行[2]。CAV由其核心部件压缩空气动力发动机（Compressed Air Engine，CAE）提供动力，近年来，国内外均对CAE进行过相关研究。法国MDI公司研发的“AirPod”概念车采用带有主动膨胀室的CAE[3]；美国华盛顿大学研究以液态氮为动力的CAE样机，液态氮经过减压受热，膨胀为高压氮气，将其储存的能量转化为机械能[4-5]；韩国ENERGINE公司设计了一种电-气混动发动机，汽车在起步时，利用高压空气能转化为机械能提供动力，当汽车时速达到20km/h，利用电能转化为机械能以提升发动机动力，该发动机可显著回收汽车刹车过程中的能量[6-7]；中国浙江大学主要研究单缸及多缸汽油机改造为试验型单级膨胀式CAE[8]。在CAE领域，直喷式四冲程CAE的相关研究较少，该机型具有动力足、造价低、运转稳定性好等优点。通过改型某自然吸气式汽油机，设计了一种四冲程直喷式CAE，运用GT-Power软件建立了包含进、排气系统的四冲程CAE仿真模型，对其不同工况下缸压、输出扭矩、输出功率、排气压力和排气温度等参数进行了研究，并通过台架试验验证了仿真模型的正确性及CAE的运转可行性。利用MATLAB软件对比分析仿真与试验结果，得出充气提前角、充气持续角、发动机转速等因素对CAE输出参数的影响规律，并探究出CAE最优充气提前角约为-70℃A，对未来CAE领域的深入研究具有一定的指导意义。……