摩擦损失是发动机能量损耗的主要原因之一，降低发动机摩擦损失对于汽车节能减排具有重要意义。如何有效降低汽车发动机摩擦损失，已经成为各大汽车企业及研究机构的重要研究方向。本文通过数值模拟与试验相结合的方法，详细分析发动机结构参数对摩擦损失影响，利用系统摩擦学优化设计及类金刚石薄膜沉积相结合的方法，实现发动机降低摩擦损失及燃油消耗。首先，基于流体动压润滑理论与多体系统动力学，建立发动机最重要摩擦副活塞-缸筒系统、活塞环-缸筒系统、曲轴-轴承系统摩擦学仿真分析模型，并在此基础上，开发发动机曲柄连杆机构摩擦学工程应用分析软件，分析摩擦副间油膜压力、最小油膜厚度、摩擦力及摩擦损失等摩擦性能参数。利用摩擦学分析软件分析曲柄连杆机构及缸体结构参数对摩擦学性能的影响，分析结果如下：活塞裙部主副推力侧横向型面及纵向型线对摩擦损失都有明显影响，主推力侧影响略大。适当减小裙部横向型面，对油膜厚度没有明显影响；使裙部型线中凸点与活塞销中心线之间保持合理的距离，可以控制活塞的横向运动从而降低摩擦损失。适当调整活塞-缸筒之间间隙，可以降低摩擦损失，但对油膜有明显影响。活塞环高度及弹力对摩擦损失有明显影响，活塞环轴向高度对冲程中间点最小油膜厚度影响较大，但不改变流体润滑的性质，对上止点附近的最小油膜厚度影响不大，活塞环弹力降低对最小油膜厚度影响不大。轴承宽度、直径及曲轴轴承间隙对摩擦损失有明显影响，改变轴承结构后，随转速的降低，最大油膜压力升高。缸筒表面粗糙度对摩擦损失有重要影响。在摩擦学仿真分析的基础上，对自主CA4GA发动机进行摩擦学系统优化设计。对曲柄连杆机构摩擦学系统优化设计包括：减少活塞裙部宽度，提高活塞裙部纵向型线中凸点；降低活塞环组弹力及高度，改变油环结构；降低曲轴主轴承宽度，增加曲轴主轴承间隙。对缸体摩擦学系统优化设计包括：通过调整珩磨设备加工工艺参数及更换珩磨刀具等措施，降低缸筒网纹表面粗糙度；减少缸盖螺栓力对缸筒变形影响，降低缸筒变形；减少曲轴箱内部缸间气体流动对摩擦损失影响，在缸体下部增加缸间通风孔，对缸体进行有限元结构强度分析。对配气机构摩擦学系统优化设计包括：降低气门弹簧预紧力及刚度，并进行配气机构动力学分析；在链条导轨表面开槽以减少润滑区接触面积，改进链条结构并降低表面粗糙度，降低链条张紧器刚度。采用真空磁控溅射方法制备发动机DLC薄膜挺柱、活塞环及活塞销，分析DLC薄膜性能，DLC薄膜可以明显提高发动机零件表面硬度，通过适当过渡层可以使DLC薄膜与发动机零件间的结合力满足发动机使用要求。DLC薄膜在流体润滑条件下，对发动机零件摩擦系数几乎没有影响；在边界润滑及混合润滑状态下，可以明显降低发动机零件摩擦系数，且摩擦系数随着载荷的升高而降低。发动机零件沉积DLC薄膜后对表面粗糙度影响不大，可以明显提高发动机零件表面耐磨损性能。建立配气机构电动反拖试验台架分析DLC薄膜挺柱对配气机构摩擦损失的影响。发动机挺柱表面沉积DLC薄膜后，可以明显降低配气机构的摩擦损失，在转速范围内，平均降低10%左右。利用拆除法反拖摩擦损失测试试验，测量低摩擦发动机与原机各系统及整机摩擦损失，分析发动机各零件结构参数及DLC薄膜对摩擦损失影响。在低负荷条件下，活塞裙部润滑接触面积及纵向型线的变化对摩擦损失影响不大，平均降低曲柄连杆机构摩擦损失3.6%；轴承宽度及轴承间隙的变化对摩擦损失影响不大，平均降低曲柄连杆机构摩擦损失2.3%；活塞环弹力对发动机摩擦损失有重要影响，平均降低曲柄连杆机构摩擦损失12.3%。综合对曲柄连杆机构进行系统摩擦学优化设计可以明显降低摩擦损失。曲轴箱内缸间气体流动对机械损失有明显影响，在缸壁上增加缸间通风孔可以有效降低发动机摩擦损失。气门弹簧弹力对配气机构摩擦损失有明显影响，平均降低配气机构摩擦损失2.3%；链条张紧器弹力对配气机构摩擦损失没有影响；链条结构及表面粗糙度对配气机构摩擦损失有明显影响，平均降低配气机构摩擦损失16.8%；链条导轨表面润滑接触区域对配气机构摩擦损失有明显影响，平均降低配气机构摩擦损失10%。对配气机构进行系统摩擦学优化设计，可以明显降低其摩擦损失。发动机摩擦学系统优化设计及DLC薄膜技术相结合的方法可以有效降低发动机摩擦损失，且在整个转速范围内都起作用，摩擦损失降低值恒定，不随转速变化。利用台架性能试验测量低摩擦发动机与原机动力性能及燃油消耗性能，分析发动机摩擦损失对动力性能及燃油消耗性能的影响。对发动机整机运用系统摩擦学优化设计及DLC薄膜技术后，发动机整机摩擦损失降低17.1%。整机摩擦损失降低后，可以有效提升发动机动力性能，降低比油耗2.5%。