汽车的发展受到了能源和环境两方面的挑战与制约，为应对这一紧迫的问题，各国政府也分别制定日益严格的排放法规。除此之外，也有一些新技术和优化方法，其中之一就为气动发动机技术。但其存在效率低下的问题，提高气动发动机做功效率也有一些方法，本文针对准等温膨胀进行研究。论文研究课题是以国家自然科学基金委-福特基金项目(50122115)，国家教育部博士点专项基金项目(20020335079)，国家“十五”科技攻关计划项目(2003BA408814)以及浙江省重点科技计划基金项目(021101759)为依托。完成的主要工作如下：1)基于传热学理论，通过计算得到了气动发动机实现等温膨胀对加热量的需求，分析了影响换热量的主要因素。在Matlab中进行了仿真，得出气动发动机气缸在加上翅片后缸内温度随曲轴转角变化的曲线；2)根据缸壁加热法对气缸的特殊要求，在UG中进行了满足要求的气缸模型的建模；3)由工质等温膨胀所需的热量及气动发动机换热量的关系，得到换热面积与温差的关系式及函数关系图。由换热面积与温差的关系可知：在环境温度下，所需的肋化系数太大，缸壁加热法是不可行的；在高温条件下，缸壁加热法相对有效，但考虑到热源的来源，缸壁加热法是不可行的。无论是在环境温度还是高温条件下，缸壁加热法是不可行的；4)结合气动发动机多级膨胀的特点，求出了在等温、等容和等压条件下工质随气动发动机级数变化输出功的大小。在此基础上，确定了气动发动机的再热方式及级数；5)基于等容再热方式的多级膨胀示意图，分析说明了气动发动机单级膨胀与多级膨胀间的能量分配关系。根据气动发动机多级膨胀等温再热方式的特点，确定了实现等容再热的方式。6)计算了气动发动机多级膨胀换热器的换热面积。对气动发动机多级膨胀换热器的布置形式做了探讨。