气动发动机是以高压空气作为"燃料",来提供动力。由于高压空气能力密度较低,且气动发动机的能量利用率低,因此,改善其能量利用率,提高其机械效率至关重要。曲柄连杆机构是发动机动力传输的核心机构,对发动机的整体工作及汽车的动力传递起到至关重要的作用。通过研究一种新型气动发动机的曲柄连杆机构,利用MATLAB/Simulink对其运动特性进行仿真分析,分析其对气动发动机性能的影响,研究结果为今后进一步提高气动发动机的效率提供了指导方向。

数控气动发动机以压缩空气或液氮为动力源，通过其膨胀做功，将压力能转化为机械能。该文根据气动发动机的特点，对其能量供给系统、做功系统及控制系统进行了研究。分析了气动发动机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加入容积减压和定量预喷系统，提出了新型数控气动发动机动力系统的设计方案。

为提高气动发动机能量利用率不高的问题,在气动发动机系统中的二级膨胀往复式结构以及容积减压装置中引入换热器,对气体进行加热,利用气体膨胀做功吸热以及传热学的原理来提高工作气体的温度,进而提高整个气动发动机的能量利用率问题.选取纵向翅片管壳式换热器,通过对减压、换热、阻力、热扩散、能耗、效率等的计算,对比不用换热器和使用换热器时两种情况气动发动机的效率,同时借助AMESim软件对两级气动发动机系统热交换模型进行模拟仿真,得到仿真结果.对比仿真结果和实际实验结果,得出合理使用换热器可以使气动发动机的效率提升29.83％.

对气动发动机工作过程进行建模，并对性能进行了分析。建立了气动发动机工作过程模型，并搭建了气动发动机动态虚拟样机。通过虚拟样机的运行，对气动发动机部分结构动力学的合理性进行了仿真计算，给出了在一定参数变化范围内的最优组合与计算性能指标。分析结果为新型气动发动机实物的设计提供了重要依据。

为了研究气缸配气冲程对某型气动发动机工作性能的影响，根据该气动发动机的工作原理建立了气动发动机的AMESim仿真模型。通过改变仿真参数，得到了不同配气冲程下气动发动机的工作性能。通过对仿真结果的分析，可以为气动发动机的结构设计和配气控制提供参考依据。

为优化气动发动机设计，提高气动发动机的工作性能，在一台由四冲程汽油机改装的二冲程气动发动机上进行了详细的台架试验。提出一个评价气动发动机性能的新指标——气动发动机平均有效压力和缸内平均压力的比值。采用铜、铝和尼龙三种材料制作相同尺寸的配气滑块进行试验，结果表明配气滑块的质量，对气动发动机动力性有影响。对进气持续角为128°、143°和156°的尼龙材料配气滑块进行试验，试验结果表明增大进气持续角可以提高压缩空气的膨胀效率。在三种不同压缩比的状况下进行了气动发动机试验。试验证明在传统内燃机的基础上改装气动发动机时，增大发动机压缩比，会降低压缩空气的膨胀效率。

为了确定单级气动发动机的最优配气持续角区间，根据该气动发动机的工作原理建立了基于MATLAB／Simulink的仿真模型。在负载扭矩恒定的前提下，通过改变仿真参数，发现输出功率随着配气持续角的增大呈先增大后减小的趋势，气耗率在70°～100°区间内较低，在70°～100°区间内呈迅速增大趋势，而能量利用率的变化趋势与气耗率相反。通过对仿真结果的分析，考虑动力性能指标和经济性能指标，确定气动发动机最优配气持续角区间为80°～100°，该结论可为多级气动发动机的结构设计和控制策略的制定提供参考依据。

随着环境问题的日益严重，气动发动机作为一种清洁能源的动力装置而逐渐被人们所关注。然而，能量利用效率低和输出功率低已经严重影响了气动发动机的发展。分析了气动发动机工作过程中的能量损失，并在此基础上提出了一种多气阀的新型气动发动机机构。建立了气动发动机工作过程数学模型。为了验证模型的准确性，搭建实验平台对气动发动机进行实验研究。通过误差与进气压力和曲轴转速之间的关系对所建立的模型进行修正，得到精确的气动发动机工作过程的数学模型。在此模型的基础上得到多气阀气动发动机的扭矩和能量利用效率特性。结果显示，在同样的结构参数下，进气压力为2MPa时，相比单进气和排气的气动发动机机构，多气阀气动发动机气输出扭矩提高了26．2-41．9N·m，能量效率提高了8％～10％。