環保新動力－壓縮空氣引擎

許兆芳

一、前言

近年來，生活中賴以為重的石化工業之原料價格高漲，以及溫室效應所帶來的影響日益顯著，世界各國正著手尋找新的替代能源，並提升綠色能源的應用。「綠色能源」泛指再生能源或是利用節能的設備及提升能源效率的技術與方法，常見的有太陽能、風能、地熱能、海洋能、生質能、水力能等；另一方面，積極開發新能源的應用，例如燃料電池、電動車、汽電共生等。本篇將介紹一項發展十餘年的技術「壓縮空氣引擎」，在環保人士和經濟學家心中是一種理想的引擎，使用該引擎作為動力的汽車已經進入量產階段。

二、壓縮空氣動力車的沿革

壓縮空氣引擎並非在初期就單獨被使用在汽車動力上，而是與汽油引擎共存，1991年法國工程師Guy Negre設計出汽油及壓縮空氣並用的雙能源引擎，再獲得投資者的投資後，才全面投入單能源壓縮空氣引擎的開發，目標在增加引擎輸出的力量。1996年，義大利工程師Di Pietro投入壓縮空氣引擎的研究，了解整個引擎的概念及特性，實驗多年後提出一款比傳統往復移動的引擎更有效率的設計－「迴轉式壓縮空氣引擎」，最大的特色是只要1psi的氣壓即可以驅動該引擎。

2002年10月在巴黎國際汽車展覽會上，不需要用燃油而用壓縮空氣推動引擎的小型汽車「City cat」首次發表，平均每加一次空氣若以時速50公里行駛可以超過300公里。2007年，法國MDI公司與印度Tata公司合作量產之壓縮空氣動力車，被美國時代雜誌列為年度最佳發明之一。2008年的紐約國際車展中，第一家獲得MDI授權製造壓縮空氣動力車的美國公司Zero Pollution Motors所發表的壓縮空氣動力車，使用30公升的壓縮空氣，可以跑1365公里，車子最高時速約153.6公里，擁有75hp馬力，比過去壓縮空氣動力車最高時速約110公里，有更優越的性能表現。印度Tata汽車公司2008年2月與法國MDI公司簽約，將投入九億五千多萬台幣在印度量產空氣車。壓縮空氣動力車的上市將減少化石能源的使用，減緩全球暖化的步伐；不過當壓縮空氣動力車加氣時，仍需使用電力將空氣壓縮，如何採用更多的再生能源產生電力，是發展新的應用能源外，更急迫的問題。

圖1 Zero Pollution Motors所製造的壓縮空氣動力車

（圖片來源：http://www.cnet.com.au/cartech/cars/0,2000438541,339286327,00.htm；CNET Australia）

三、壓縮空氣引擎的設計形式

壓縮空氣引擎形式主要發展有兩種：往復式、迴轉式。

（一）往復式

往復式壓縮空氣引擎的設計結構類似傳統汽油引擎，其工作方式是將儲氣瓶中的高壓壓縮空氣減壓至工作壓力後，通過熱交換器吸熱增溫，再進入汽缸推動活塞，使曲軸轉動通過調節進入汽缸的氣體壓力和流量以調整發動機的動力特性。

圖2 往復式壓縮空氣引擎系統

（圖片來源：http://www.theaircar.com/；MDI）

（二）迴轉式

　　迴轉式空氣引擎是設計一個圓柱體可旋轉的活塞作為轉子，放在圓柱狀的定子裡，這些轉子與定子被分為六個空間，這些空間內可移轉的活塞會帶動轉子在定子內轉動。壓縮空氣可由旋轉活塞被導入引擎內，透過上述機構對轉子產生一個力矩，輸出動力。

圖3 迴轉式壓縮空氣引擎

（圖片來源：http://www.engineair.com.au/；engineair）

四、壓縮空氣動力車的設計應用

國際上已開發出多種與壓縮空氣引擎並用的複合式引擎，或是單一使用壓縮空氣引擎的運輸工具。應用的市場如下列幾個方向：

（一）交通運輸類

　　適合短途客運和貨運汽車，以「City cat」為例，車上具有4個總容量90升的壓縮空氣缸，可儲存90立方公尺的空氣，其最高時速約110公里；平均每加一次空氣可行駛200公里，以時速50公里行駛可以超過300公里，這樣的設計方式已能夠滿足都會區內通勤距離60km約為八成的駕駛者需求。

圖4 MDI公司的cat系列車款

（圖片來源：http://www.theaircar.com/；MDI）

（二）工廠內運輸車類

　　在工廠或是市場交易等區域，需要短程的貨物搬運工作，使壓縮空氣引擎的車輛具有環保與符合經濟效應的優勢，以迴轉式空氣引擎的應用來說，只要有低的轉速就可以產生很高的扭力，意味著不需要很高的氣壓值即可運作，在工廠內完成汽車的搬運也不是問題。

圖5 engineair公司的應用車款

（圖片來源：http://www.engineair.com.au/；engineair）

五、結論

綜觀壓縮空氣動力車的發展趨勢，顯示壓縮空氣引擎未來仍具潛力，尤其像我國屬小島國家，交通距離短、人口密度高，為了減少交通工具對石化能源的依賴，及降低環境衝擊，壓縮空氣引擎值得我國投資與研究。而我國目前在空氣引擎之開發推廣上，仍落後先進國家一段距離，行政院環境保護署亦曾派專員前往參與相關研討，期待在政府與學界的推動下，業界也能在這塊領域有所突破。中央大學於2008年9月公開發表使用壓縮空氣作為動力的機車「中大綠能1號」，雖然還有許多技術待克服、無法量產，但以國內在發展壓縮空氣引擎的研究來說，有其重要指標，期望未來十年內看見空氣引擎在台灣商品化之可能性。

參考資料

1. Engineair.(n.d.). Rotary Air Engine. Retrieved April 19, 2008, from http://www.engineair.com.au/

2. MDI.(n.d.). The MDI Air Car - The World’s Cleanest Car. Retrieved April 10, 2008, from http://www.theaircar.com/

3. TIME.(n.d.). The Best Inventions Of The Year. Retrieved May 1, 2008, from http://www.time.com/time/specials/2007/article/0,28804,1677329_1677971_1678000,00.html

4. Zero Pollution Motors. (n.d.). ZPM News. Retrieved April 17, 2008, from http://zeropollutionmotors.us/

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6. 黃健琨（2003）。環保概念車空氣車。環保雙月刊，67。

7. 魏世弘（2006）。複合式氣動系統能量管理之研究。未出版之碩士論文，私立大葉大學車輛工程學研究所，彰化縣。