能源紧缺是制约当今人类社会持续、健康发展的首要因素，合理利用能源、提高能源利用率是世界范围内普遍关注的问题。近年来，MCHP由于其所具有的较高的能源利用率与较好的环境友好性而受到广泛关注。MCHP是指是指用于家庭住宅的，发电功率一般在1kW～15kW之间，并可以满足以家庭为单位的用电、采暖和热水需求的分布式能源系统，其优点主要是能源利用率高，对环境污染小。一般而言，MCHP系统的发动机有内燃机与外燃机之分，由于外燃机的燃烧过程是在发动机的外部进行，燃烧过程是连续的，所以相比于内燃机，外燃机的燃烧、排放更加具环境友好性。目前，MCHP大多采用热气机（外燃机）作为发动机。为了缩小体积，一般MCHP所采用的热气机都为紧凑型热气机，采用冲压式曲轴箱，并将发电机置于曲轴箱内。这类紧凑型的热气机结构，对于进行热气机的性能试验增加了一些难度。主要表现为：1）热气机与负载联为一体，热气机的机械功难以直接测量，只能从输出的电功率进行倒推，而发电机的效率又与其输入的机械功率有关，因此通过测量发电机输出的电功率来倒推热气机的机械轴功率会存在一些不确定性；2）若通过在热气机与发电机之间增加测扭矩法兰来直接进行热气机输出机械功的测量，则势必要对发动机的传动机构进行改进设计。从本文目前的检索范围来看，尚未见到有关紧凑型热气机性能试验方面的试验研究报告与技术文献。性能试验是检验热气机动力性能的基本手段，既是热气机性能参数计算和分析的依据，又是热气机性能优化方案的检验手段。因此对热气机的性能试验在热气机研发过程中占重要地位。为了对4R50GZ型热气机进一步进行性能优化研究，本文针对使用充压式曲轴箱的小型紧凑型热气机的性能试验研制了一套试验系统。该试验系统由扭矩传感器、转速传感器、瞬时缸压传感器、电加热系统、数据采集分析系统和开发的测试分析软件组成，可以对热气机的缸内瞬时压力、热气机的输出轴功率、热气机的转速进行测量，并可以对热气机的输入热量进行测量与控制。本文的主要工作内容如下：1.针对4R50GZ型热气机进行了性能分析和仿真计算，对初样机进行了性能评估；2.研制了性能试验系统，对4R50GZ型热气机热腔内瞬时压力进行了测量，并对其性能进行了试验，试验结果与仿真结果进行了对比，基本相符；3.性能试验系统可对小型紧凑型热气机的转速、输出扭矩、缸内瞬时压力、输出电功率以及输入热量进行测量；4.研制了电加热系统，可以对热气机的输入热量进行控制与测量；5.编制了4R50GZ型热气机性能试验数据采集与处理程序，可进行信号的采集和处理分析，根据处理结果可以计算热气机性能参数，如：指示压力、指示功率、示功图、机械效率等参数；6.对4R50GZ型热气机进行了改制设计，研制了适用于性能试验的试验样机；7.研制的性能试验系统可为热气机性能的进一步分析与优化提供了试验与测试手段，为4R50GZ型热气机性能的进一步优化与提高提供了试验保障。