柴油机在世界范围内应用越来越广泛,但其碳烟微粒排放对环境污染严重并日益威胁人类健康。柴油机微粒捕集器DPF（Diesel Particulate Filter）是去除碳烟微粒排放最有效的后处理技术之一。其再生问题一直是DPF研究中的重点和难点。如何高效节能地完成DPF的再生一直是国内外专家学者们力求达到的目标。本文就柴油机微粒捕集器的复合再生过程中的微观理化特性展开了相关研究。本文研究内容主要包括:基于AVL-Fire和Boost的后处理计算模块,构建DPF流场、内部压降、碳烟预测和再生化学反应模型,采用数值模拟的手段研究DPF相关物性参数对其内部碳烟捕集过程、主动再生频率、主动再生最高温度的影响;基于CHEMKIN-PRO构建DOC-DPF系统主动再生时后喷助燃剂的低温燃烧简化机理,研究后喷助燃剂的种类以及内部成分配比对其燃烧和排放的影响;构建DPF内部NOx（包含N2O）和PM之间的化学反应动力学机理,利用柴油机台架测试系统对其排放规律进行了研究并利用排放测试试验结果对反应机理进行试验验证,研究DPF不同入口条件下的NOx-PM反应过程。本文经研究发现,高孔密度、高进出口比例、六边形孔道、高壁面渗透率、低碳烟渗透率、高灰分分布系数、低初始灰分量、较大孔道壁厚等物性参数有利于实现DPF的节能、有效再生。分别研究了滤饼层碳烟和深床层碳烟压降曲线,将二者的交点定义为滤饼层和深床层碳烟压降曲线交点TR。TR与DPF的最佳再生时刻密切相关。将TR的监测与DPF再生信号相关联,可以有效降低主动再生频率。TR会随DPF孔道壁厚的降低和碳烟渗透率的升高而推迟。本文研究得到了甲烷-氢气混合气做DPF助燃剂的11步简化反应机理和正庚烷-甲苯混合物作为柴油替代物做DPF助燃剂的32步简化反应机理,两种混合物之间分别的掺混比例对其性质影响很大。随着H2在甲烷-氢气混合气中的掺混比增加,燃料的燃烧速率加快,滞燃期缩短,CO排放有所降低,氮氧化物排放增加,H2掺混比超过20%时,氮氧化物排放的数值大幅增加。随着甲苯在正庚烷-甲苯混合物燃料中掺混比的增加,降低了燃烧速率,滞燃期相应变长,燃烧更加缓慢,CO排放比同条件下反应的甲烷-氢气混合气增大了50%左右,但氮氧化物排放极低。本文构建了DPF内部含N2O的NOx-PM详细反应机理,并通过研究不同入口条件下NOx和PM之间的化学反应过程,发现DPF入口温度应该在400～500℃之间最为适宜,此时能够保证较高的碳烟微粒去除效率,又不会因温度过高抑制NOx的去除。引入DPF入口处柴油机尾气中NO2占NOx总含量的比值系数α,控制DOC的工作过程从而将α值控制在0.7～0.8范围内可以在不过多恶化NOx去除效率的前提下达到对碳烟微粒的较好再生去除效果。引入DPF入口柴油机排气中NOx和PM中碳的摩尔比值为β,β=1左右NOx的去除效率最高,β≥8时,碳烟微粒在此条件下仅仅依靠DPF内部反应物的相互化学反应已经可以完成连续完全的被动再生。但在实际发动机运行中仍须兼顾NOx的排放且辅以相应主动再生手段。经研究发现N2O是NOx-PM反应过程中的重要中间产物,它的存在能够进一步降低碳烟微粒的起燃临界温度。CO也是NOx-PM反应过程中的重要中间产物,它能继续与其它氧化剂反应并最终生成CO2,同时也能间接促进氮氧化物之间的转化与还原。在CO与氮氧化物反应过程中,CO和氮氧化物的比例关系的影响,要远大于CO与不同种类的反应物发生反应的影响,适当提高氮氧化物在反应物中的比例有助于提高CO的去除效率。本文通过对DPF微观理化特性的研究,掌握了DPF主、被动再生时的相关规律以及对应的控制策略,为今后的研究中更好的实现DPF高效节能再生打下了理论基础。