随着现代工业的迅猛发展,能源与污染问题日益突出。因此,人们迫切希望研发出一款“绿色”“零污染”的清洁汽车来替代对环境污染严重的内燃动力汽车。而目前出现的新能源汽车并不能实现完全意义上的“零污染”,如电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车和氢动力汽车都会间接地对环境造成污染。在此背景下,另一种新能源发动机—空气动力发动机得到了人们的关注,本课题基于多级膨胀理论来设计和研究一款电控两级式气动发动机。本文在总结国内外対气动发动机的研究现状和课题组自身研究的基础上,创新性地提出了利用一台量产的两级活塞式空气压缩机为原型机,将其改装成电控两级式气动发动机的方案。主要研究内容如下:1、依据气动发动机的工作原理和高压气体多级膨胀理论,并结合前人对气动发动机的研究经验,提出了一种电控两级式气动发动机的整体设计方案。2、对电控两级式气动发动机控制系统的硬件进行设计、制作和调试,同时对相关传感器和执行器进行选型。3、对电控两级式气动发动机控制系统的软件进行设计、编程、仿真及调试,确定了不同工况下的配气正时和喷气脉宽。4、搭建了电控两级式气动发动机实验台架,并进行了初步的性能实验。本文将有效功率和气体消耗率分别作为气动发动机的动力性指标和经济性指标。通过查阅相关的资料和研究成果,可知配气正时和喷气脉宽大小对气动发动机动力性和经济性影响较大。为了比较单级式气动发动机和两级式气动发动机的性能特点,并结合所搭建实验台架的结构特点,分别改变配气正时和喷气脉宽大小来做动力性和经济性的实验。由于所做实验组别较多,部分组别的实验结果也较为接近,同时也为了保持文章的简洁性,因此文中没有将所做的全部实验结果列出。通过对多组实验结果的分析和探究,文中从定性的角度选取了最优,且实验结果最为明显的三组不同配气正时和喷气脉宽进行了对比实验。三组实验结果均表明:两级式气动发动机动力性和经济性都优于单级式,从而佐证了多级膨胀理论的正确性。其次,还探究了喷气脉宽改变对两种形式气动发动机有效功率、气体消耗率的影响,以及进排气开启角改变对两种形式气动发动机有效功率、气体消耗率的影响。实验结果表明:两级式气动发动机相比单级式,可以在较大的喷气脉宽变化范围内保持相对较低的气体消耗率,而单级式气动发动机不行。排气提前角不变的情况下,适当的进气提前角可以提高两种形式气动发动机动力性和经济性,而进气提前角不变的情况下,让一级气缸的排气高频电磁提前适当的角度开启,对动力性和经济性有利。