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,新能源汽车已成为世界汽车产业的主要发展方向。由于目前主流新能源车型如纯电动汽车等仍存在造价昂贵、电池污染等问题,因此发展以压缩空气动力汽车(Compressed Air Vehicle,CAV)为代表的新型新能源汽车势在必行。CAV的运行依靠压缩空气动力发动机(Compressed Air Engine,CAE)来提供持续稳定的动力,CAE可类比为汽车的“心脏”,其作用是将高压空气的压力能转化为机械能以驱动汽车行驶。本文以某汽油机改型设计得到的四冲程CAE为主要研究对象,利用理论、仿真与试验相结合的方法对CAE系统(CAE、主供气系统、支供气系统和电控系统)及CAV样车进行分析研究,以验证CAE和CAV的运转可行性并得到影响其工作性能的相关规律。首先,改型设计某1.2L自然吸气式四冲程汽油机得到气缸直喷式四冲程CAE。在理论分析的基础之上,以CAE为研究对象,利用GT-Power软件建立完整的四冲程CAE仿真模型。通过仿真结果分析,得到CAE主要初始参数对其工作特性的影响规律。此外,对比分析台架试验与GT-Power仿真的缸压曲线可验证该仿真模型的正确性。其次,基于四冲程CAE的工作特性设计气压控制分配系统,并对其气动元件进行选型,搭建出完整可行的气压控制分配台。该研究的意义在于搭建以分配台为核心的供气试验平台,供气试验旨在得到合适的CAE供气参数设定范围,调试出最优供气系统,保障CAE台架试验的顺利进行。此外,通过分析气压控制分配系统内部管路的流量特性,得到管道系统及其气动流通元件的流量特性规律。再次,基于四冲程CAE和气压控制分配台的结构与原理,设计四种不同类型的高压喷嘴结构,并利用CFD技术对不同喷嘴的内部流场进行仿真分析。通过仿真结果的对比分析,得到最优的喷嘴结构设计方案,从而有效提高CAE供气系统的供气效率。最后,基于四冲程CAE、气压控制分配系统和高压喷嘴的相关研究搭建供气试验平台进行试验,得到合适的CAE供气系统匹配参数。在此基础上,进行CAE台架试验,通过台架试验与仿真结果的对比分析,验证四冲程CAE的运转可行性,并得到与CAE工作特性相关的规律性结论,这对未来CAE领域的深入研究具有一定的指导意义。此外,基于CAV的可行性理论分析,在台架试验完成之后,将CAE装载在CAV样车上进行整车试验,试验验证了CAV的可行性。依据试验数据对三辆装载不同CAE的空气动力样车进行实车对比分析,为后续本课题CAV样车的优化改进提供思路。