压缩空气发动机是以压缩空气为动力源的新型节能环保发动机,对它的研究旨在减轻当前社会中日趋严重的能源危机与环境污染问题,具有十分重要的意义。本文主要是对压缩空气发动机进行一些前期的基础性研究。首先,从压缩空气的能量密度和理想可用能两方面分析了压缩空气作为发动机动力源是切实可行的,并从续驶里程、安全性能以及经济性能等角度分析了汽车搭载压缩空气发动机也是可行的。其次,初步确定了压缩空气发动机的结构方案和基本参数,并根据对其工作过程的热力学分析和力学分析在Matlab/Simulink软件环境下建立了其工作过程的仿真模型和人机交互的工作界面。之后,通过仿真得到了发动机的功率Pe、平均有效扭矩Mp和气耗率Ge,分析了工作循环中气缸内气体的变化规律,并将气缸内压力变化的仿真结果与试验结果对比分析,验证了仿真结果的可靠性。最后,分析了压缩空气发动机各主要结构参数,配气相位以及工作参数对其工作性能的影响规律,为以后压缩空气发动机设计的深入研究提供了一定的理论依据。此外,研究了压缩空气发动机的优化方法,将Isight与Simulink软件集成优化的方法应用在压缩空气发动机的优化研究中。首先在常用转速下,通过对结构参数的优化使发动机功率与平均有效扭矩提高了20%,而气耗率降低了6%。然后又以结构参数的优化结果为基础对不同转速下的配气相位进行了优化,进一步提高了发动机的动力性与经济性。