利用CAE 技術，從提高機械零部件結構緊湊性，增加其剛度和強度，改善機油耗入手，對機體、缸蓋、活塞等關鍵零部件進行改進研究。
3.1 機體結構優化
　　機體在柴油機零部件中占有極其關鍵的位置，機體的強度直接關系到柴油機的壽命，并牽涉機體變形導致氣缸孔失圓的問題，從而直接關系到柴油機的機油耗性能。
　　樣機單缸臥式柴油機機體的設計采用直角大平面框架模式，因而重要部位如在機體頭部及主軸承孔蓋接合面部位因加強不到位而帶來局部剛性不夠的問題。利用ansys 有限元分析軟件對機體進行結構強度分析，見圖8，機體頭部及主軸承孔附近應力較大，易發生變形甚至開裂，因此對上述部位進行加強。如圖9 所示，機體頭部的機體側壁通過圓弧曲面與內螺栓孔底部加強筋連接，以減少機體連接處的應力來提高機體強度，并通過增加加強筋尺寸，提高機體頭部的強度和剛度。其次針對主軸承孔孔徑較大，造成機體強度較弱的特點，如圖9 所示，增大承孔蓋接合面外側尺寸，而且主軸承孔蓋接合面與機體上平面以與圓弧相切加高平板的接合體連接，通過增加上平衡軸蓋接合面與主軸承孔蓋接合面之間的加強筋的寬度，以及新增主軸承孔蓋接合面與機體上平面之間的加強筋來提高主軸承孔蓋接合面的強度，降低機體中部的應力集中，減小機體變形，從而直接降低機油消耗。圖8

3.2 缸蓋結構優化
　　樣機為二氣門柴油機，噴油器在缸蓋上安裝傾斜角度及其在水平面內相對于燃燒室中心的位置，對柴油機的燃油霧化與油氣混合均有著較大的影響，從而影響柴油機的油耗與排放性能。
　　如圖10 所示，將噴油器的安裝傾斜角度由原機的17°減小為10°，傾斜角度越接近于垂直，各噴孔的出油量差值越小；同時改用外徑較小的P 型噴油器，使噴油器位置離燃燒室中心越近，油束在周向分布的間隔更加均勻，噴霧油線包圍的面積趨于相等，由此提高了燃燒室內的空氣利用率，使柴油機的燃燒過程得到改善。但是，由于噴油器向燃燒室中心靠近，進、排氣門與噴油器孔之間的三角地帶縮小，帶來相應的熱負荷問題，因此需對冷卻水腔進行改進。如圖10 所示，將冷卻水腔延伸至噴油器孔和排氣道之間的缸壁處，從而保證噴油器及缸蓋高溫部分在工作中能得到良好的冷卻。

3.3 活塞、活塞環及缸套優化
  　柴油機顆粒排放的降低要求較低的機油消耗。所以在保證氣缸活塞組良好潤滑的條件下，盡量減少竄機油量。從活塞環、活塞型線、配合間隙優化以及缸套珩磨技術等方面探討改善機油消耗性能。
　　活塞形狀與參數優化：如圖11 所示，活塞環岸區在縱向設計成錐形，同時適當縮短火力岸的高度h（9～13 mm），加大火力岸與氣缸孔的間隙，避免因活塞擠壓頂岸上的積碳而擦傷氣缸壁，也降低了因活塞頂邊緣積碳后刮油致使機油消耗量增加的可能性。合理地設計活塞的橢圓度及裙部型線，并適當減小了配缸間隙，適應缸套內孔的微量失圓度，加寬裙部接觸帶，以確保活塞與缸套間的最小油膜厚度，既有利于潤滑，又降低了機油耗。在活塞第三道環岸側推力方向開泄油孔，降低了機油消耗量。
　　活塞環：第一道氣環為桶面形狀，有利于形成合適的油膜厚度，使活塞的壓縮和排氣行程不致將大量的潤滑油帶入燒燃室。第二道氣環采用錐面形狀，在反扭曲設計中，使環的下側面與環槽下側面始終保持線接觸狀態，有效地封鎖潤滑油通道,從而使機油耗的狀況得以改善。另外，設計時，還將第二道氣環的工作間隙設計得比第一道氣環大，方便卸壓。
　　平頂珩磨缸套：將原機采用的普通機械珩磨缸套改用先進的平臺珩磨缸套，可減少發動機初期磨合時間、改善缸套內表面的油膜分布、減少缸套磨損、延長缸套的使壽命。