柴油机微粒捕集器是一种能够有效降低柴油车微粒排放污染的装置。如何使过滤体有效捕集微粒,并且可靠地进行再生是微粒捕集器研究的重点与难点。微波加热再生技术因其加热迅速、能量利用率高、可控性好等优点被人们广泛研究并应用于微粒捕集器的再生。然而微粒捕集器微波再生技术中仍有一些关键性技术问题需要进一步研究,例如微粒的捕集和再生过程不能协调统一、再生过程中微波消耗功率较大,车载电池难以负荷等。如上所述,由于传统微波再生微粒捕集器中存在一些不足,为了解决这些技术难题,本文以国家自然科学基金项目(50876027)“车用柴油机微粒捕集多孔介质的微波及铈-锰添加剂复合再生机理研究”以及湖南省自然科学基金重点项目(06JJ20018)“车用微粒捕集器复合再生过程气粒两相流动与燃烧数值模拟”为课题来源,提出采用“分区微波加热”的方式对微粒捕集器内的过滤体进行有效再生。为了深入考察该技术的可行性和可靠性,本文对所设计的“分区微波再生微粒捕集器”捕集与再生过程中的主要控制数学模型及其影响因素进行了深入研究。另外,从“分区微波再生微粒捕集器”今后车载实用化的角度考虑,本文还对该微粒捕集器的再生控制系统的进行了设计和研究。论文的主要内容及研究成果有：(1)研究了微粒捕集器结构参数(如扩张角、直径比、过滤单元长度等)对其内部气流流速分布的影响。基于经典多孔介质捕集理论,建立了过滤单元的捕集效率模型,得到了过滤单元孔隙率、微孔平均直径、过滤单元厚度及长度、柴油机排气参数等因素对该微粒捕集器捕集效率的影响规律。(2)建立了微粒捕集器过滤单元压力损失计算模型,相对于传统多孔介质的F-W压降模型,该模型采用了新的方法对二次项以及一次项系数进行了计算,并通过试验对所建模型进行了验证。研究结果表明,微粒捕集器过滤单元压力损失计算数学模型比传统多孔介质压降计算F-W模型具有更高的精确度和更好的实用性。(3)以过滤单元的压力损失和捕集效率为优化目标,以过滤单元的微观结构参数(孔隙率、微孔平均直径等)以及外形尺寸参数(如长度、个数、内外径等)为约束参数,以柴油机排气工况参数为决策条件,建立了微粒捕集器过滤单元结构的优化数学模型。采用惩罚函数法对该模型进行了无约束化处理,并利用微型遗传算法对其进行了求解,得到了不同捕集效率条件下的过滤单元结构尺寸局部最优解,揭示了微粒捕集器的高捕集效率、低压力损失的协同优化规律。(4)建立了捕集器再生腔内部的微波电场分布数学模型,并耦合微波再生数学模型,对再生腔内微波电场分布均匀性影响因素以及再生过程中过滤单元上温度的分布进行了研究。为再生腔结构优化设计、提高微波能量利用率提供了技术参考,同时也为“分区微波再生微粒捕集器”的再生过程控制系统的研究奠定了基础。(5)对“分区微波再生微粒捕集器”再生控制系统中关键核心的ECU硬件进行了研究和分析。设计了一套主要由单片机系统电路、总线电路、电源模块电路、信号输入电路、低边驱动电路、Lambda传感器控制电路以及旁通阀驱动电路等组成的微波再生控制ECU硬件系统。本文工作为微波再生微粒捕集器的研究和开发提供了新的思路,文中研究成果不仅为“分区微波再生微粒捕集器”的结构设计、性能分析、以及再生过程控制提供了重要的理论依据和技术参考,同时也为“分区微波再生微粒捕集器”最终的市场化应用奠定了坚实的基础。另外,需要特别指出的是,文中的一些研究方法和成果对其它类型微粒捕集器的研究和开发也具有重要的参考价值。