为了实现大幅度提高内燃机工作热效率的突破，内燃机领域出现了很多种新型循环内燃机。本文从几种典型新型循环内燃机中总结出两大共性技术特征：工质移缸和喷水做功。研究这两个技术特征，对于揭示新型循环内燃机节能原理和开发新型节能内燃机具有重要意义。为了研究新型循环内燃机的节能原理与应用基础，本文作者在一台传统四缸四冲程汽油机基础上设计并改造出一款兼具工质移缸和喷水做功技术特征的试验用复合循环内燃机。该内燃机的一个工作循环由前后两个四冲程气缸完成。前缸的燃烧废气通过转接管送入后缸，后缸通过喷水做功提高工作效率。实验表明，复合循环内燃机在低负荷工况下可以通过工质移缸降低燃油消耗率，在高负荷工况下可以通过喷水蒸发膨胀做功降低燃油消耗率。复合循环内燃机工质移缸节能的原理是燃烧废气的二次膨胀做功。根据膨胀缸的工作模式，二次膨胀可以分为四冲程二次膨胀和二冲程二次膨胀。与传统内燃机相比，四冲程二次膨胀的节油工况集中在低负荷区域，而二冲程二次膨胀的节油工况则集中在高负荷区域。因此，本文提出了2/4可变冲程二次膨胀内燃机概念，该内燃机的膨胀缸可以根据工况切换工作模式，它的高效工况可以节油10-17.6%，且覆盖一般车用内燃机的所有常用工况。在喷水做功方面，本文通过向固定容积气缸高温气体中喷水研究了喷水做功的节能机理，发现闪蒸可以提升喷水做功的能力。本文总结出了“一低两高”的喷水做功类内燃机设计目标：喷水时缸内压力尽量低、喷水水温尽量高，以及气缸壁面温度尽量高。根据此目标，在复合循环内燃机的基础上，本文提出了缸内闪蒸喷水内燃机概念。该内燃机在缸外利用高温燃气对水预热以提高喷水温度；利用高温燃气对后缸缸壁预热以提高后缸壁面温度；在喷水前将燃气排出后缸以降低喷水时缸内压力。根据仿真研究，该内燃机可以提升内燃机转矩15.4%，降低油耗9.4%。内燃机气缸内喷水会造成气缸湿壁的现象，导致活塞环与气缸壁摩擦阻力增加和磨损加剧的问题。为增强内燃机气缸壁的疏水性，本文提出了利用椭圆振动纹理加工（EVT）的方法，在气缸壁与活塞环的接触面上加工出结构化纹理。实验结果表明EVT可以通过改变加工参数控制材料表面的疏水性，利用凹坑表面纹理获得较大的材料表面疏水性。