柴油机由于具备效率高、燃油消耗率低等优点，具有较好的动力性和经济性。柴油机由于在动力方面的优越性而广泛应用于工程机械。对于工程机械使用的柴油机来说，大多数的工作过程是处于瞬态工况中。在瞬态工况下，柴油机的许多特性与稳态环境中相比明显存在偏差。欧洲和美国都专门针对柴油机的瞬态工况颁布了瞬态循环测试，例如美国的FTP（Federal Test Procedure）测试循环和欧洲的ETC（European Transient Test Cycle）测试循环。瞬态工作过程中的燃烧特性对柴油机瞬态动力性能和排放性能都有重要影响，因此，本论文以安徽全椒柴油机厂生产的4B2-38M34型直喷柴油机为研究对象，利用MATLAB/Simulink与GT-POWER的耦合技术，对该柴油机的恒转速增转矩与恒转矩增转速两种瞬态工作过程进行了模拟计算。同时，为了降低该柴油机NOx的排放，文章针对该柴油机设计了一套内部EGR（废气再循环）系统。所谓内部EGR就是依靠配气机构的特殊设计，增加缸内废气的残余量。实现内部EGR的方法主要是改变气门重叠角，既可以提前关闭排气门使重叠角减小甚至为零，致使一部分废气滞留于气缸内参与下一循环的燃烧，实现内部废气再循环；也可以推迟排气门的关闭，使气门重叠角增大，使一部分废气回流入气缸内，参与下一循环的燃烧，同样也可以实现内部EGR。本文采用一种双峰排气凸轮方案，即在原来排气凸轮上另外设计一个小排气凸轮，使排气门能够开启两次，将部分废气重新引入气缸参与燃烧，从而实现内部EGR。本文利用GT-POWER软件对某小型挖掘机用柴油机的工作过程进行了数值模拟计算，分析了排气小凸轮的升程、包角和位置变化对该柴油机NOx排放、功率和燃油消耗率的影响规律，并进行了柴油机外特性和EPA八工况法排放测量来验证改进后的结果。分析结果显示，采用内部EGR后，柴油机NOx排放量有效降低，并且确定了针对该柴油机实现内部EGR的最佳参数。在变转矩的瞬变工况中，伴着转矩变化率的升高，进气量出现了下降，但是燃油消耗量变化不明显，空燃比下降。