缸孔-活塞环摩擦副系统是发动机中最为关键的摩擦副之一,其摩擦功耗占整个发动机的50~60%。激光表面微织构技术能够有效改善缸孔-活塞环摩擦副的摩擦学性能,减少摩擦磨损,提高整机燃油效率,实现节能减排的效果。本文以某型号发动机为研究对象,建立润滑理论模型,数值模拟润滑性能与织构形貌参数的关系,为设计发动机试验方案提供理论支撑,系统开展激光微织构工艺试验研究,并进行发动机的倒拖与台架对比验证性能试验。其主要内容如下。首先,考虑时变效应及缸内气体压力变化对活塞环背压的影响,建立微凹坑织构化缸孔-活塞环润滑理论模型。对数学方程进行无量纲化处理,利用有限差分法进行参数离散化,采用多重网格法求解离散后的雷诺方程,得到一个冲程全周期过程中缸孔-活塞环间的最小油膜厚度、无量纲摩擦力变化曲线,研究发现微凹坑深度与面积密度对摩擦副润滑性能影响较大,优化微凹坑几何参数能够显著提高缸孔-活塞环的润滑性能。然后,围绕缸孔激光微织构技术,开展了三种系列工艺试验。其一,为最大程度发挥缸孔表面织构形貌的优势,降低机械珩磨网纹形貌的干扰,减少发动机机油耗,应优化缸孔前处理表面粗糙度参数值,开展缸孔前处理镜面珩磨工艺试验研究。以五个缸孔表面关键参数为衡量指标(Rz≦2μm,Ra≦0.2μm和Rpk≦0.15μm,Rk≦0.4μm,Rvk≦1μm),主要研究珩磨条粒度、珩磨压力对缸孔表面粗糙度值的影响。珩磨条粒度与珩磨压力对缸孔表面参数影响较大,得到优化镜面珩磨加工工艺参数;其二,开展激光微织构工艺试验,揭示了激光工艺参数对微凹坑形貌的影响规律。结果表明,单脉冲能量、脉冲次数为关键加工参数,不同材料、涂层和波长对微凹坑几何参数的影响显著;其三,为去除激光织构产生的熔渣,减少发动机磨合时间,避免因熔渣剥落造成的磨粒磨损,需对织构后的缸孔进行去除熔渣后处理工艺试验。以缸孔表面Rz为指标参数,采用四因素二水平正交试验,确定合理的后处理工艺参数。最后,针对某型四缸汽油机,加工三种不同缸孔织构方案样机,进行装机后倒拖与台架试验。考察微凹坑形貌参数对发动机动力性能、油耗性能影响。倒拖试验结果显示,当缸孔上止点与中部行程区域面积密度为10%时,摩擦功耗表现出有益的效果。台架点火试验表明,经24小时机油耗对比,两种织构方案机油耗低于原机,最大降幅达26.48%;发动机万有特性曲线看出,发动机大部分工况下,三种织构发动机燃油耗低于原机,激光织构位置为上止点、行程中部区域,且微凹坑直径为70μm、深度为4μm、面积密度为10%时,瞬时工况的燃油耗最大降幅达15%。