空气动力汽车
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空气动力汽车(全称:压缩空气动力汽车)是一种使用高压压缩空气为动力源,以空气为介质,运行时将高压压缩空气存储的空气能转化为其他形式能量驱动的汽车。其分为两种:一种是将压缩空气作为唯一动力来源;另一种则是空气混合动力,发动机仍然存在,压缩空气只作为一种辅助手段。

空气动力汽车的研究最早始于法国。1991年,法国工程师居伊·内格尔获得了压缩空气动力发动机的专利。2008年印度塔塔汽车公司制造出了Airpod小型城市汽车。该汽车基于卢森堡的MDI技术,新型的引擎以压缩空气作为动力输出。2021年4月5日下午,厦门大学发布了一系列智能摩擦与新动能代表性科研成果,其中以高效、清洁、可持续动力为引擎的空气能发动机已实现安装在乘用车上试用。

空气动力汽车的优点是行驶过程无尾气排放、结构简单、维护成本低;缺点是储气罐内空气压力随消耗持续下降,导致动力与能量输出逐渐衰减,高压气体存在一定安全隐患,使用与储气成本较高,需要频繁补充压缩空气,续驶里程较短。该类汽车核心问题是动力系统效率低,能量损失大、利用率不足,致使续驶里程短。相关理论研究仍有欠缺,其零排放说法也存在争议。压缩空气需消耗能源,若能源非清洁则仅为污染转移,且转换效率低易造成更多能耗与排放。

定义概念

空气动力汽车是一种使用高压压缩空气为动力源,空气为介质,运行时将高压压缩空气存储的空气能转化为其他形式能量驱动的汽车。

历史沿革

空气动力汽车的研究最早始于法国。1991年,法国工程师居伊·内格尔获得了压缩空气动力发动机的专利。2002年,在巴黎举行的国际汽车展上,展出了世界第一款使用高压空气推动发动机的小型汽车,名叫city-CAT。2008年印度的塔塔(塔塔汽车公司)汽车公司制造出了Airpod小型城市汽车。该汽车基于卢森堡的MDI技术,新型的引擎以压缩空气作为动力输出。

美国零排放汽车公司计划于2011年初在美国市场推出空气动力汽车,该车采用压缩空气与小型常规引擎混合动力。该公司首席执行官施瓦・文卡特表示,其目标定价为1.8万至2万美元,能耗等效于百公里消耗1加仑汽油,低速行驶状态下实现零废气排放。2012年3月,法国MDI公司在日内瓦国际车展上展示了一辆空气动力汽车Airpod。Airpod是一款外形酷似大众甲壳虫的三轮汽车,AirPod前后各有一个向上开启的玻璃门,2排座位背靠背,前排有1个座位,后排有2个座位。Airpod是一款只能在城市行驶的车辆,是世界上最小的3座车辆,但也可乘坐3名成人和1名儿童。这种车用压缩空气驱动,完全是零排放、零污染的洁净汽车。同年3月,新版空气动力车正在阿姆斯特丹的阿姆斯特丹史基浦机场接受法国航空荷兰皇家航空公司的测试,它们计划在未来代替庞大的服务电动车队。

2013年日内瓦国际车展上,PSA集团曾展示了一台搭载Hybird Air空气混合动力系统的雪铁龙C3。PSA集团当时宣称,这套空气混合动力系统将会在2016年正式量产,截至2019年6月,PSA还未有相关量产车型上市。2021年4月5日下午,厦门大学发布了一系列智能摩擦与新动能代表性科研成果,其中以高效、清洁、可持续动力为引擎的空气能发动机已实现在乘用车上安装试用。

基本原理

压缩空气发动机:它在工作中将空气压缩成高压气体,高压空气进入到启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动力,用于驱动发动机。与传统内燃机相比,由于在气缸里没有高温高压的气体燃烧过程,只通过单纯的气体膨胀做功来达到功率输出的目的,因此不再需要复杂的冷却系统,机体也可以选用较低强度、轻质的材料和简单的结构,所以结构简单、尺寸小、重量轻、造价低。

涡轮机:它能够将空气进行压缩,使空气流动产生的能量更集中,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。

主要构造

空气动力汽车的结构部件包括储气罐、倍增器、气体发生器、气动马达、单向阀、安全阀(没有温度传感器和压力传感器)、分压阀和控制仪表等。

主要特征

空气动力汽车的优点是行驶过程无尾气排放、结构简单、维护成本低;缺点是储气罐内空气压力随消耗持续下降,导致动力与能量输出逐渐衰减,高压气体存在一定安全隐患,使用与储气成本较高,需要频繁补充压缩空气,续驶里程较短。

分类

空气动力汽车分为两种:一种是将压缩空气作为唯一动力来源;另一种则是空气混合动力,发动机仍然存在,压缩空气只作为一种辅助手段。

发展趋势

空气动力汽车研究的核心问题为动力系统效率较低。该车尾气排放能量损失约占四成,机械能输出仅占三成,车载高压压缩空气能量利用率不足,导致续驶里程受限。全球虽对气动发动机开展了相关研究与改进,但针对降低压缩过程能量损失、系统质量能量补偿的理论研究仍较为欠缺。此外,其“零排放”特性亦存在争议。压缩空气的制备过程需要消耗能源,若能源来源非清洁能源,空气动力汽车仅实现污染转移,并未从根本上解决污染问题。受能量转换效率限制,获取同等能量可能产生更多能源消耗与污染物排放。

参考资料 >

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