润滑油被誉为发动机的“血液”,是影响发动机机械效率、可靠性和颗粒物（Particulate Matter,PM）排放的关键因素之一。近年来,发动机高效节能、近零排放以及低油耗的迫切需求对润滑油品质提出了更高的要求,如低灰分、低硫磷、低粘度、长换油周期、降摩减磨性能等。随着纳米科技的发展,纳米添加剂被应用到工业润滑领域,因其具有优异的降摩减磨功效,受到广泛关注。然而发动机复杂多变且极其恶劣的工况对纳米润滑油分散稳定性和降摩减磨功效带来了更高的挑战,同时,纳米润滑油消耗对PM排放和后处理可靠性的影响尚未探明,这严重阻碍了纳米润滑油在发动机领域的推广应用。因此,本文选择最具降摩减磨潜力和代表性的纳米二氧化铈（Cerium Oxide,Ce O2）和纳米石墨烯两种纳米添加剂,引入到发动机低粘度润滑油中,基于分子动力学仿真、摩擦试验及发动机性能试验平台,从纳观和宏观两个角度,对纳米润滑油的分散稳定性及理化特性、降摩减磨机理、PM粒径分布及理化性质展开系列研究,为纳米润滑油的设计开发及应用奠定了理论基础和科学依据。本文的主要研究内容如下:（1）基于分子动力学Material Studio（MS）软件,根据纳米添加剂和润滑油特征,提出采用油酸和硬脂酸在纳米添加剂表面进行化学接枝改性的方法,建立改性前后的纳米润滑油分子模型,研究纳米添加剂改性对纳米润滑油分散稳定性的影响。结果表明:环境温度和发动机运行温度条件下,改性后的纳米润滑油分散稳定性均得到有效提升,纳米Ce O2改性对提升分散稳定性的效果强于纳米石墨烯。这是由于纳米添加剂经过油酸和硬脂酸改性后,油酸和硬脂酸的长碳链能够在润滑油中伸展形成位阻层,产生空间斥力位能,阻碍了纳米添加剂的团聚,且相比于层状的纳米石墨烯,球形的纳米Ce O2表面接枝的油酸和硬脂酸能够从各个方向更充分地伸展形成位阻层。（2）采用油酸和硬脂酸对纳米添加剂进行化学接枝改性试验,制备改性前后不同浓度的纳米润滑油,结合沉淀法和透光率法,研究环境温度下纳米添加剂改性及浓度对纳米润滑油实际的分散稳定性影响,基于润滑油相关测试标准,分析纳米添加剂改性及浓度对纳米润滑油的理化特性变化。结果表明:改性后的两种纳米添加剂在润滑油中的分散稳定性提高,与模拟结果一致;随着纳米添加剂浓度的增加,分散稳定性略有降低;Ce O2润滑油的分散稳定性均略低于石墨烯润滑油的,这是由于实际情况下,纳米添加剂要综合考虑油酸和硬脂酸空间位阻的作用和纳米添加剂重力的作用,而Ce O2密度较大,易产生沉降;纳米添加剂改性后,随着Ce O2浓度的增加,润滑油密度略有增加,氧化性能提高,随着石墨烯浓度的增加,润滑油粘度略有波动,呈现先减后增的趋势,纳米添加剂对润滑油其他理化特性参数（倾点、闪点、总酸值）影响较小。（3）基于MS软件,从分子层面建立摩擦副与不同润滑油间的作用力模型,揭示纳米粒子与润滑油间的接触行为以及纳米润滑油的降摩减磨机理。结果表明:纳米添加剂在摩擦副表面附近时,附着在摩擦副表面的类固层和纳米添加剂表面的吸附层出现重叠,导致一定剪切速度时纳米添加剂相对于摩擦副表面位移为零;随着纳米添加剂远离摩擦副表面,剪切应力随之减小,说明分散性较好的纳米润滑油降摩效果较好;与纯润滑油相比,不同压力下纳米润滑油的压缩率较低,有助于减少微凸体接触,减小磨损。从润滑油分子对径向分布函数可以看出,这是由于纳米润滑油表现出了液固两相特性;纳米润滑油在较大压力下更能体现抗剪切的能力,这是由于在较大压力下,纳米润滑油的液固转变压力更高。（4）基于摩擦试验及相关表征测试平台,研究了纳米润滑油在发动机不同工况条件下的摩擦磨损性能,揭示纳米添加剂与摩擦副表面作用机制,并通过发动机倒拖试验研究纳米润滑油对发动机整机的降摩效果。结果表明:纳米添加剂加入润滑油后,具有不同程度的降摩功效,高温下表现更为明显,这是由于高温下润滑油粘度更低,分子运动更为剧烈,纳米添加剂效应占主导作用,纳米添加剂通过塑性变形或低剪切强度面形成润滑,石墨烯层间滑动的自润滑效应以及Ce O2的微轴承效应更易凸显出来;随着纳米添加剂的添加,抗磨性能先提升后降低,这是由于纳米添加剂在摩擦副表面附着和沉积,过量的纳米石墨烯在摩擦剪切过程中会发生褶皱或团聚起到增磨作用,过量的Ce O2会引起堆积起到增磨作用;纳米润滑油润滑下的摩擦损失功降低,验证了摩擦学试验结果。（5）搭建发动机性能试验平台,采用润滑油掺烧的方式,研究纳米润滑油对发动机PM粒径分布及理化特性的影响,评估纳米润滑油对降低后处理系统可靠性的潜在风险。结果表明,与纯润滑油相比,纳米润滑油对应的核态PM数量、积聚态PM数量明显增加,积聚态PM数量增加幅度更为明显,且负荷越大时,这种现象更为明显,这是由于纳米润滑油参与燃烧时,纳米添加剂会自成核,产生核态PM的风险增加,并且这些自成核粒子及其团聚体会直接吸附在碳表面或者与碳粒子进一步团聚形成积聚态PM,产生积聚态PM风险增加,且随着负荷的增加,温度增加,导致团聚增加,积聚态PM增加;揭示了纳米添加剂的使用导致PM微观结构、表面官能团组分的变化以及Ce O2本身的催化性能是PM氧化特性发生变化（石墨烯润滑油对应的PM氧化性能降低,Ce O2润滑油对应的PM氧化性能提高）的根本原因;纳米润滑油产生的PM存在一定程度的负面影响。