ICS

中國標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)分類號

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSICExxxx-xxxx

發(fā)動機(jī)余熱回收裝置性能試驗(yàn)方法

Performancetestmethodsforenginewasteheatrecoverydevice

(征求意見稿)

xxxx-xx-xx發(fā)布xxxx-xx-xx實(shí)施

中國內(nèi)燃機(jī)學(xué)會發(fā)布

T/CSICExxxx-xxxx

發(fā)動機(jī)余熱回收裝置性能試驗(yàn)方法

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了發(fā)動機(jī)余熱回收裝置測試評價方法。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于配備余熱回收裝置的壓燃式或點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)在發(fā)動機(jī)臺架上開展余熱回收裝置性能

測試，發(fā)動機(jī)余熱回收裝置包括但不限于基于朗肯循環(huán)、布雷頓循環(huán)原理以電能或機(jī)械能作為功率輸出

的系統(tǒng)。

本標(biāo)準(zhǔn)還可作為余熱回收裝置最高熱效率或發(fā)動機(jī)-余熱回收裝置聯(lián)合最高熱效率的試驗(yàn)方法。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T21404-2022內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)功率的確定和測量方法一般要求

GB/T18297-2001汽車發(fā)動機(jī)性能試驗(yàn)方法

GB/T17692-1999汽車用發(fā)動機(jī)凈功率測試方法

3術(shù)語和定義

GB/T18297-2001、GB/T17692-1999、GB/T21404-2022確立的及下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1

朗肯循環(huán)（RC）Rankinecycle

朗肯循環(huán)是指以水蒸氣作為工質(zhì)的一種理想循環(huán)過程，主要包括等熵壓縮、等壓加熱、等熵膨脹、

以及一個等壓冷凝過程。

3.2

有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）OrganicRankinecycle

以低沸點(diǎn)有機(jī)物為工質(zhì)的朗肯循環(huán)。主要由換熱器、膨脹機(jī)、冷凝器和工質(zhì)泵四大部件組成，有機(jī)

工質(zhì)在換熱器中從余熱流中吸收熱量，生成具一定壓力和溫度的蒸汽，蒸汽進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹做功，從膨

脹機(jī)排出的蒸汽在冷凝器中向冷卻水放熱后凝結(jié)成液態(tài)，最后借助工質(zhì)泵重新回到換熱器，如此不斷地

循環(huán)下去。

3.3

布雷頓循環(huán)（BC）Braytoncycle

布雷頓循環(huán)是由絕熱壓縮、等壓加熱、絕熱膨脹和等壓冷卻4個過程組成的熱力循環(huán)。

3.4

渦輪復(fù)合技術(shù)Turbocompoundtechnology

2

T/CSICExxxx-xxxx

以布雷頓循環(huán)為基礎(chǔ)的利用發(fā)動機(jī)排氣余熱余壓能通過動力渦輪輸出功的技術(shù)。

3.5

燃油消耗率Fuelconsumptionrate

發(fā)動機(jī)單位有效功的耗油量。

3.6

發(fā)動機(jī)凈功率Enginenetpower

指在試驗(yàn)臺架上，發(fā)動機(jī)安裝本標(biāo)準(zhǔn)要求附件，在曲軸端或其等效件末端相應(yīng)轉(zhuǎn)速下輸出的功率，

并按標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)修正。

3.7

發(fā)動機(jī)有效熱效率Engineeffectivethermalefficiency

發(fā)動機(jī)曲軸輸出的有效功與所消耗的燃料熱量的比值。

3.8

余熱回收裝置凈功率Wasteheatrecoverydevicenetpower

余熱回收裝置膨脹機(jī)所輸出的功率減去工質(zhì)泵及系統(tǒng)其他消耗功部件（如冷卻泵）所消耗功率。

3.9

余熱回收裝置有效熱效率Wasteheatrecoverydeviceeffectivethermalefficiency

余熱回收裝置輸出的有效功（膨脹功與系統(tǒng)消耗功之差）與所吸收發(fā)動機(jī)熱量的比值。

3.10

發(fā)動機(jī)-余熱回收裝置聯(lián)合熱效率Combinedthermalefficiencyofengineandwasteheat

recoverydevice

發(fā)動機(jī)有效功和余熱回收裝置有效功之和與發(fā)動機(jī)所消耗的燃料熱量的比值。

4試驗(yàn)條件及要求

4.1環(huán)境要求

一般采用GB17691—2018要求的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)。

進(jìn)氣管路連接進(jìn)氣空調(diào)，進(jìn)氣管路做好保溫，不受環(huán)境熱輻射影響。排氣管路的長度為廠家申報值

的最大值。余熱回收系統(tǒng)管路和換熱器等部件按照廠家要求做好保溫，相關(guān)保溫材料由廠家提供。

4.2燃料、潤滑油、工作介質(zhì)等要求

試驗(yàn)用發(fā)動機(jī)所用燃料、潤滑油、冷卻液、尿素溶液以及余熱回收系統(tǒng)所用工質(zhì)等牌號和規(guī)格，應(yīng)

符合國家環(huán)境要求和制造廠試驗(yàn)技術(shù)條件。

4.3試驗(yàn)時發(fā)動機(jī)所帶的附件

附件要求，參照GB/T17692-1999汽車用發(fā)動機(jī)凈功率測試方法的C2.3.1和C2.3.2執(zhí)行。

4.4對儀表精度、測量參數(shù)及部位的要求

表1測量參數(shù)允差及部位的要求

序號測量參數(shù)允差測量部位及要求

1環(huán)境參數(shù)

1.1環(huán)境溫度±1℃試驗(yàn)室內(nèi)不受陽光和熱輻射的部位

1.2環(huán)境壓力±0.2kPa試驗(yàn)室內(nèi)不受陽光和熱輻射的部位

2發(fā)動機(jī)參數(shù)

2.1轉(zhuǎn)速±0.5%誤差不超過所測值的±0.5%

3

T/CSICExxxx-xxxx

2.2扭矩±1%誤差不超過所測發(fā)動機(jī)最大扭矩值的±1%

2.3燃油流量±0.5%誤差不超過所測值的±0.5%

2.4進(jìn)氣相對濕度±1%試驗(yàn)室內(nèi)不受陽光和熱輻射的部位

2.5進(jìn)氣流量±0.02kg/h氣流穩(wěn)定流動的直管處

2.6進(jìn)氣溫度±1℃進(jìn)氣口上游30mm~60mm處

2.7進(jìn)氣阻力±0.05kPa空氣濾清器下游

1.排氣歧管出口或渦輪增壓器出口50mm處

2.8排氣溫度±1℃2.排氣側(cè)換熱器前50mm處

3.排氣側(cè)換熱器后50mm處

1.排氣歧管出口或渦輪增壓器出口下游75mm處

2.9排氣背壓±0.2kPa2.排氣側(cè)換熱器前50mm處

3.排氣側(cè)換熱器后50mm處

2.10進(jìn)水溫度±1℃靠近發(fā)動機(jī)冷卻液進(jìn)口

2.11出水溫度±1℃靠近發(fā)動機(jī)冷卻液出口

2.12進(jìn)水壓力±0.2kPa靠近發(fā)動機(jī)冷卻液進(jìn)口

2.13出水壓力±0.2kPa靠近發(fā)動機(jī)冷卻液出口

2.14機(jī)油溫度±1℃主油道、主油道入口或有代表性的部位

2.15機(jī)油壓力±0.2kPa主油道或有代表性的部位

2.16燃油溫度±1℃臺架供油系統(tǒng)出口

2.17燃油壓力±0.2kPa臺架供油系統(tǒng)出口

2.18中冷前溫度±1℃中冷器前直管處

2.19中冷后溫度±1℃中冷器后直管處

2.20中冷前壓力±0.2kPa中冷器前直管處

2.21中冷后壓力±0.2kPa中冷器后直管處

3余熱回收裝置參數(shù)

3.1工質(zhì)流量±0.02kg/h工質(zhì)為液態(tài)且流動狀態(tài)穩(wěn)定處

3.2工質(zhì)泵前、后溫度±1℃靠近工質(zhì)泵前、后100mm工質(zhì)流體處

3.3工質(zhì)泵前、后壓力±0.2kPa靠近工質(zhì)泵前、后100mm工質(zhì)流體處

3.4工質(zhì)側(cè)換熱器前、后溫度±1℃靠近換熱器前、后100mm工質(zhì)流體處

3.5工質(zhì)側(cè)換熱器前、后壓力±0.2kPa靠近換熱器前、后100mm工質(zhì)流體處

3.6膨脹機(jī)前、后溫度±1℃靠近膨脹機(jī)前、后100mm工質(zhì)流體處

3.7膨脹機(jī)前、后壓力±0.2kPa靠近膨脹機(jī)前、后100mm工質(zhì)流體處

3.8工質(zhì)側(cè)冷凝器前、后溫度±1℃靠近冷凝器前、后100mm工質(zhì)流體處

3.9工質(zhì)側(cè)冷凝器前、后壓力±0.2kPa靠近冷凝器前、后100mm工質(zhì)流體處

3.10冷卻側(cè)冷凝器前、后溫度±1℃靠近冷凝器前、后100mm冷卻水處

3.11冷卻側(cè)冷凝器前、后壓力±0.2kPa靠近冷凝器前、后100mm冷卻水處

3.12冷卻水流量±0.02kg/h工質(zhì)泵與蒸發(fā)器之間工質(zhì)穩(wěn)定流動直管處

4

T/CSICExxxx-xxxx

3.13膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速±0.5%誤差不超過所測值的±0.5%

3.14膨脹機(jī)扭矩±1%誤差不超過所測發(fā)動機(jī)最大扭矩值的±1%

3.15發(fā)電機(jī)輸出電壓±0.5%誤差不超過所測值的±0.5%

3.16發(fā)電機(jī)輸出電流±0.5%誤差不超過所測值的±0.5%

3.17發(fā)電機(jī)輸出功率±0.5%誤差不超過所測值的±0.5%

注：根據(jù)實(shí)際測試需求，可以增加或刪減傳感器或測量參數(shù)

5試驗(yàn)程序

5.1臺架準(zhǔn)備

5.1.1檢查發(fā)動機(jī)與余熱回收裝置匹配安裝完好，余熱回收裝置充注合適量工質(zhì)并保證無泄漏、氣

密性良好。

5.1.2發(fā)動機(jī)及余熱回收裝置應(yīng)按照制造廠推薦規(guī)范磨合（制造廠可自行磨合）。

5.2發(fā)動機(jī)和余熱回收裝置調(diào)試

5.2.1啟動發(fā)動機(jī)及余熱回收裝置，根據(jù)企業(yè)要求進(jìn)行暖機(jī)。暖機(jī)結(jié)束后，在額定功率點(diǎn)按照企業(yè)

要求調(diào)整邊界參數(shù)，完成進(jìn)氣、中冷控制閥和排氣背壓控制閥的調(diào)節(jié)，并驗(yàn)證外特性數(shù)據(jù)滿足廠家性能

要求。

5.2.2根據(jù)GB/T17692標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行凈功率試驗(yàn)，以確認(rèn)發(fā)動機(jī)狀態(tài)。發(fā)動機(jī)功率滿足在最大功

率的轉(zhuǎn)速(1±1.5%)范圍內(nèi)，實(shí)測最大校正凈功率與申報的最大凈功率偏差在±2%以內(nèi)，其它轉(zhuǎn)速凈功率

偏差在±4%以內(nèi)則認(rèn)定該發(fā)動機(jī)性能狀態(tài)正常。

5.2.3按照企業(yè)要求調(diào)試余熱回收裝置，確定余熱回收系統(tǒng)參數(shù)且在發(fā)動機(jī)額定功率點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行

10min后，余熱回收裝置輸出功率偏差在±3%以內(nèi)則認(rèn)定該發(fā)動機(jī)及余熱回收裝置性能狀態(tài)正常。

5.3需要記錄的數(shù)據(jù)和要求

5.3.1根據(jù)實(shí)際需求可在表1所列項(xiàng)目基礎(chǔ)上，增減傳感器布置和測量參數(shù)。

5.3.2測量數(shù)據(jù)時的發(fā)動機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速與選定轉(zhuǎn)速相差應(yīng)不超過±1%或者±10r/min，取其中較大值，

扭矩值誤差范圍在±1%以內(nèi)。發(fā)動機(jī)余熱回收系統(tǒng)的膨脹機(jī)前溫度和壓力分別穩(wěn)定在±2℃、±1kPa，

膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速相差應(yīng)不超過±30r/min。

5.3.3待發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩、排氣溫度，余熱回收系統(tǒng)膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩、膨脹機(jī)前溫度、壓力穩(wěn)

定3min后方可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和記錄，記錄時間應(yīng)不少于10s，記錄頻率不低于5Hz。每個工況點(diǎn)需連續(xù)

進(jìn)行兩次測量，取兩次測量的平均值作為該工況點(diǎn)的測試結(jié)果，如果兩次測量的發(fā)動機(jī)扭矩和燃油消耗

率偏差小于±2%，則該結(jié)果有效。

5.4測試方法

發(fā)動機(jī)余熱回收系統(tǒng)測試方法規(guī)定以下三種，可選擇其中一種方法進(jìn)行試驗(yàn)：

5.4.1基于測功機(jī)的測試方法。通過聯(lián)軸器將發(fā)動機(jī)余熱回收裝置動力輸出軸與測功機(jī)連接，測功

機(jī)作為負(fù)載和調(diào)節(jié)裝置，直接測量轉(zhuǎn)速、扭矩，計(jì)算輸出軸功。

5.4.2基于扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器的測試方法。發(fā)動機(jī)余熱回收裝置動力輸出軸與發(fā)電機(jī)連接，發(fā)電機(jī)

與消耗電功的可變負(fù)載相連。通過在余熱回收裝置輸出軸與發(fā)電機(jī)之間安裝扭矩和轉(zhuǎn)速傳感器，測量轉(zhuǎn)

速、扭矩，計(jì)算輸出軸功。

5.4.3基于電功率分析儀的測試方法。發(fā)動機(jī)余熱回收裝置動力輸出軸與發(fā)電機(jī)連接，發(fā)電機(jī)與消

耗電功的可變負(fù)載相連。通過負(fù)載系統(tǒng)調(diào)節(jié)，以電功率分析儀測量發(fā)電機(jī)的電功率。基于發(fā)電機(jī)制造廠

提供發(fā)電機(jī)發(fā)電效率測試數(shù)據(jù)、電功率分析儀測量功率，計(jì)算輸出軸功。

5.5計(jì)算方法

5

T/CSICExxxx-xxxx

5.5.1采用5.4中方法1、2進(jìn)行測試時，計(jì)算膨脹機(jī)輸出軸功率Pt

Pt=n·T/9550

式中：Pt為膨脹機(jī)輸出軸功率（kW），n為膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min），T為膨脹機(jī)扭矩（N·m）

5.5.2采用5.4中方法3進(jìn)行測試時，計(jì)算膨脹機(jī)輸出軸功率Pt

Pt=Pg/ηg

式中：Pt為膨脹機(jī)輸出軸功率（kW），Pg為電功率分析儀測量的發(fā)電機(jī)電功率（kW），ηg為基于運(yùn)

行工況信息（輸出電壓、電流及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速）查詢發(fā)電機(jī)制造廠提供的發(fā)電機(jī)發(fā)電效率脈譜圖獲得。

5.5.3發(fā)動機(jī)余熱回收裝置凈功率Pnet

發(fā)動機(jī)余熱回收系統(tǒng)若有工質(zhì)泵、用于單獨(dú)冷卻余熱回收系統(tǒng)的冷卻水泵，則在計(jì)算其有效熱效率

時需要減去工質(zhì)泵、冷卻水泵等附件的功。

Pnet=Pt-Pf-Pc

式中：Pnet、Pt、Pf、Pc分別為發(fā)動機(jī)余熱回收裝置凈功率（kW）、膨脹機(jī)輸出軸功率（kW）、工質(zhì)

泵功率（kW）和冷卻水泵功率（kW），其中工質(zhì)泵和冷卻水泵的功率可通過電功率分析儀測量獲得。

5.5.4余熱回收裝置熱效率ηwhr，按如下公式計(jì)算：

ηwhr=Pnet/Qwhr

Qwhr=mf·（hfout-hfin）

式中：

Qwhr——發(fā)動機(jī)余熱回收系統(tǒng)單位時間吸收的熱量，kW；

Pnet——發(fā)動機(jī)余熱回收裝置凈功率，kW；

mf——余熱回收系統(tǒng)工質(zhì)流量，kg/s；

hfin——工質(zhì)被加熱前的比焓值，kJ/kg；

hfout——工質(zhì)被加熱后的比焓值，kJ/kg。

5.5.5發(fā)動機(jī)-余熱回收裝置聯(lián)合熱效率ηc按如下公式計(jì)算：

ηc=(We+Wnet)/Q

式中：

We——發(fā)動機(jī)曲軸輸出的有效功，kJ；

Wnet——發(fā)動機(jī)余熱回收裝置凈輸出功，kJ；

Q——得到有效功發(fā)動機(jī)所消耗的燃料熱能，kJ。

對于一臺發(fā)動機(jī)，當(dāng)通過試驗(yàn)測得有效功率和每小時耗油量時，根據(jù)有效熱

效率的定義可得：

3

ηc=3.6×10(Pe+Pnet)/G·Hu

gc=1000G/(Pe+Pnet)

6

ηc=3.6×10/gc·Hu

式中：

Hu——燃料的低熱值（以第三方檢測機(jī)構(gòu)燃油熱值檢測報告為準(zhǔn)），kJ/kg

Pe——發(fā)動機(jī)曲軸輸出的功率，kW

G——每小時耗油量，kg/h

gc——燃油消耗率，g/kW·h

5.6測試選項(xiàng)

在制造商需求的測試項(xiàng)目，如發(fā)動機(jī)余熱回收裝置最大凈輸出功、最高熱效率和發(fā)動機(jī)-余熱系統(tǒng)

聯(lián)合最高熱效率等，有兩種聚焦最優(yōu)工況的方法，可選擇其中一種方法進(jìn)行試驗(yàn)：

5.6.1提供最優(yōu)工況范圍，依據(jù)提供的工況范圍設(shè)定發(fā)動機(jī)測試工況的轉(zhuǎn)速及負(fù)荷步長，調(diào)控余熱

回收系統(tǒng)參數(shù)，精細(xì)測量該區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)評價指標(biāo)，進(jìn)而確定最優(yōu)值；

6

T/CSICExxxx-xxxx

5.6.2根據(jù)GB/T18297標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行萬有特性試驗(yàn)，確定目標(biāo)指標(biāo)最優(yōu)工況點(diǎn)所在區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)

縮短發(fā)動機(jī)測試工況的轉(zhuǎn)速及負(fù)荷步長，調(diào)控余熱回收系統(tǒng)參數(shù)，精細(xì)測量該區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)評價指標(biāo)，

進(jìn)而確定最優(yōu)值。

7

T/CSICExxxx-xxxx

附錄A

發(fā)動機(jī)基本參數(shù)

生產(chǎn)廠商標(biāo)

規(guī)格型號發(fā)動機(jī)編號

排量(L)發(fā)火順序

進(jìn)氣方式冷卻方式

進(jìn)氣阻力(kPa)怠速轉(zhuǎn)速（r/min）

缸數(shù)-缸徑×行程（mm）燃料及硫含量（10-6）

額定功率/轉(zhuǎn)速（kW/r/min）最大扭矩/轉(zhuǎn)速（Nm/r/min）

額定功率轉(zhuǎn)速時每沖程燃料供最大扭矩轉(zhuǎn)速時每沖程燃

給量(ml)料供給量(ml)

最大凈扭矩/轉(zhuǎn)速

最大凈功率/轉(zhuǎn)速（kW/r/min）

（Nm/r/min）

最大凈功率對應(yīng)最高轉(zhuǎn)速下的最大凈扭矩對應(yīng)最高轉(zhuǎn)速

排氣背壓（kPa）下的排氣背壓（kPa）

氣缸排列型式噴油器噴射壓力（MPa）

單缸進(jìn)/排氣閥數(shù)缸體構(gòu)造

容積壓縮比最高空車轉(zhuǎn)速（r/min）

供油系統(tǒng)形式燃燒室結(jié)構(gòu)

發(fā)動機(jī)缸心距（mm）發(fā)動機(jī)點(diǎn)火方式

燃油溫度(K)排氣系統(tǒng)容積(L)

備機(jī)油牌號機(jī)油生產(chǎn)廠

注發(fā)動機(jī)生產(chǎn)日期

附錄B

發(fā)動機(jī)余熱回收裝置基本參數(shù)

系統(tǒng)類型有機(jī)朗肯循環(huán)ORC渦輪復(fù)合Turbocompound其他

利用熱源排氣缸套水EGR增壓空氣其他

回收能形式機(jī)械能電能機(jī)械能和電能其他

有機(jī)朗肯循環(huán)ORC

名稱

全球變暖潛能值GWP

工作流體介質(zhì)

毒性/可燃性等級

系統(tǒng)工質(zhì)充注質(zhì)量（kg）

類型

型號

額定功率/轉(zhuǎn)速（kW/r/min）

工質(zhì)泵

流量（m3/s）

揚(yáng)程(m)

等熵效率（%）

熱源-工質(zhì)個數(shù)

換熱器類型板式管殼式其他

8

T/CSICExxxx-xxxx

換熱面積（m2）

總傳熱系數(shù)（W/m2·K）

尺寸：長/寬/厚（mm）

最大承受壓力（MPa）

最大承受溫度（℃）