气动发动机是利用高压气体在气缸内膨胀将压力能转化为其它形式机械能的动力设备。它不消耗石油等化石燃料，无污染废气排放，作为汽车动力，可以使汽车成为零排放的清洁交通工具。压缩空气能量传递方向是从高压气源到低压尾气，随着能量转化和不断消耗，其压力逐渐降低。高压气动动力系统的减压方式和控制方法是气动发动机动力系统能量控制的关键。本文根据气动发动机的特点，提出了一种新型数控气动发动机动力系统的设计方案，对其能量供给系统、工作过程及控制策略进行了研究。分析了动力源与气动发动机之间的高压气体减压控制过程及气动系统能量变化的特性，在能量的供给系统中设置容积减压和定量预喷系统，能有效提高压缩空气利用率。本文的主要内容有： (1)论述了气动发动机的动力系统组成和高压气体能量控制流程，研究了气动发动机的工作原理及动力分配形式，并对高压气体的制备及高压空气在气动发动机中的能量释放特点进行分析。 (2)从可用能损失的角度对高压空气减压方式进行了对比研究，得出在高压气体减压过程中合理利用容积减压方式，可有效降低减压过程中的可用能损失，提高高压气体的能量利用效率。 (3)为使高压气体压力能能有效释放，提出在进入气缸做功前应用容积减压预喷系统，并进行了数控气动发动机动力系统的理论设计及控制策略的研究，对预喷缸和工作缸的匹配进行了理论分析，为预喷缸设计提供理论依据。 (4)对预喷过程和缸内工作过程分别建立数学模型，对不同进气压力及不同负载情况下的缸内气体变化状态及数控气动发动机做功能力进行了仿真计算。分析得到高压气体预喷过程中的气体变化规律以及数控气动发动机的做功能力与预喷进气压力的关系，数控气动发动机扩展了压缩空气压力利用范围，提高了压缩空气利用率，为气动发动机的开发提供一定的理论指导。