З кінця 1990-их років ведеться активне обговорення питання, що стосується пневматичної гібридизації ДВС [24, 25]. Ключова ідея полягає в тому, щоб використовувати ДВС як насоса для відновлення кінетичної енергії транспортного засобу під час фаз гальмування і як силову установку. Це можна здійснити, якщо з'єднати резервуар зі стисненим повітрям з усіма циліндрами за допомогою електронно-контрольованих газових клапанів, як показано на малюнку зліва.
На додаток до можливості рекуперації, дана концепція пропонує можливість швидкого старту / зупинки і дозволяє перемістити робочу точку двигуна в зони високої ефективності. Останнього можна досягти при традиційній роботі половини циліндрів, в той час як інша половина циліндрів працює в режимі прокачування (режим «перезарядки»). Попередня концепція передбачає використання двотактного насоса і пневматичні режими роботи двигуна, що є можливим, тільки коли всі клапани циліндрів поперемінно приводяться в дію.
На початковій стадії проекту були проведені теоретичні дослідження з метою визначення ефективності застосування гібридного пневмодвигателя менш складної конструкції. В [26] показано, що достатньо привести в дію всі впускні і випускні клапани непеременним розподілвалом, в той час, як тільки газовий клапан повинен повністю працювати змінним способом. Отже, чотиритактних робота двигуна зберігається у всіх режимах його роботи, що дає можливість використання менш складної системи з мінімальними додатковими витратами.
На малюнку показана спрощена ілюстрація додаткові режими роботи двигуна в подвійних логарифмічних р-V діаграмах. Режим роботи чотиритактного пневматичного двигуна має одну особливість: велика ступінь крутного моменту може бути досягнута в цьому режимі роботи за рахунок закривання дросельної заслінки. Через зниженого тиску на впуску, робота, яка повинна бути виконана в процесі стиснення, зменшується. Крім того, це дозволяє більшій кількості повітря надходити з резервуара в циліндр. Однак слід підкреслити, що основною перевагою цієї концепції є так званий режим наддуву. Це модифікація звичайного циклу згоряння. Під час стиснення, повітря (стиснений) надходить через клапан наддуву в циліндр, що дозволяє впорснути більшу кількість палива для того ж циклу роботи двигуна.
Упрощенная иллюстрация - дополнительные режимы работы двигателя
Режим наддува позволяет получить быстрый отзыв крутящего момента. Основные преимущества этого режима, заключаются в его использовании в комбинации с турбо-нагнетателем. Отсутствие воздуха в системе во время переходных процессов возмещается за счёт использования резервуара для воздуха. Большая энергия топлива обеспечивает высокую энтальпию выхлопных газов, которые ускоряют работу турбокомпрессора, вырабатывая дополнительный объём воздуха, необходимый всего лишь на несколько секунд. Это приводит к основе концепции: использование преимущества синергетического эффекта благодаря уменьшению габаритов двигателя и использованию наддува и пневматической гибридизации.
Другим следствием описанного эффекта синергии является устранение необходимости разработки турбокомпрессора для получения оптимальных динамических характеристик. В отличие от этого, теперь можно обеспечить максимальное нагнетание воздуха в двигатель, используя систему настройки турбокомпрессора для получения максимальной эффективности. Таким образом, обеспечивается повышение среднего эффективного давления, что в конечном итоге позволяет максимально уменьшить габариты двигателя.
Чтобы свести к минимуму выбросы, система должна быть настроена на режим обеспечения стехиометрического воздушно-топливного отношения. Это является еще одним преимуществом концепции: с помощью установленного экономичного трехслойного катализатора уменьшены выбросы вредных веществ.
Основной целью предложенной концепции является снижение расхода топлива, сохранив при этом управляемость автомобиля. После проведения квазистатического моделирования в [27] был показан предполагаемый объём топлива, который можно сэкономить за счёт определённых особенностей данной концепции. Наиболее значительное снижение потребления топлива происходит в результате большого уменьшения габаритов двигателя. Набор таких функциональных возможностей как старт / стоп, рекуперация также как и дополнительный режим «наддува» играют второстепенную роль при попытке снижения расхода топлива.