随着生态环境破坏和石油资源枯竭,新能源开发和高效利用迫在眉睫。压缩空气能量密度高,对环境无污染,是适合汽车的绿色动力能源。由于车载的特殊性,压缩气体一般以超高压的形式储存,高效节能车载高压动力系统是气动汽车的基石,直接决定汽车适用性和经济性。本文基于有限容积减压原理,通过理论分析和软件仿真,研究了高压气体膨胀减压做功的关键技术,设计了车载高压气动动力系统,并为后续的研究工作提供的理论依据。论文的主要研究内容如下:首先综述了在能源危机与环境污染日趋严重的背景下,压缩空气能的优点以及其在汽车运用的优势,介绍了气动汽车及其相关高效减压做功技术的研究现状和发展趋势,阐明了开发车载高压动力系统的重要意义,提出了本论文的主要研究工作。其次提出了气动发动机的基本设计需求,阐述了高压多级发动机的工作原理,分析了发动机的做功过程,完成了车载高压动力系统的总体方案设计。在现有的低压气动的发动机的基础上,提出了高压两级气动发动机的具体结构形式和配气要求,并对多级发动机的结构参数和控制参数进行了设计和确定。针对高压气动两级发动机的结构,通过热力学和机械动力学的原理,建立了数学模型,基于Matlab进行了动力学仿真。分析了两级发动机的膨胀减压做功过程;对比了两级发动机和单级发动机之间的优劣;研究了控制参数和结构参数对发动机气动效率的影响。再次根据高压两级气动发动机对配气的要求,提出了高压大流量气动电磁阀的结构形式。根据配气流量要求完成了阀芯结构设计;针对工作频率和控制要求完成了电磁铁结构设计;运用电磁学原理,从容许线圈的温升出发,对比和设计了励磁线圈的结构形式。针对设计的高压大流量气动电磁阀,建立了电磁-气热-机械相互耦合的数学模型。基于Matdab进行了计算机的数值仿真,研究了电磁阀两级阀芯的运动过程、控制腔室压力和励磁线圈电流的变化。分析各个控制参数和结构参数对电磁阀动态性能的影响,并通过遗传算法,优化了电磁阀的结构。最后对全文内容进行了总结,对课题的后续研究方向进行了展望。