随着我国柴油车保有量的日益提高以及汽车排放污染法规的日趋严峻,柴油机尾气微粒排放控制已经成为目前防治汽车排放污染物的一个主要课题。微粒捕集器是一种公认的最为有效的控制柴油机微粒排放的排气后处理装置,特别是在中小排量的柴油轿车和轻型商用车领域,微粒捕集器与其他后处理净化装置相比优势明显。传统的微粒捕集器热再生过程需要外热源和复杂的控制系统,增加了柴油车的油耗和成本,尤其是采用车载电源作为外热源时,还对车载电池有较高要求。催化型微粒捕集器不需要外热源与控制系统,但柴油中的硫含量对其性能影响很大,在我国实施新的燃油标准后,柴油中的硫含量得到了控制,使用催化型微粒捕集器代替传统的微粒捕集器对柴油车的节能与减排以具有重要意义。催化型微粒捕集器由于没有外热源,再生过程中主要通过强氧化剂NO2进行再生,而柴油机排气中的NO2浓度很低,并且是一种污染物。因此,在控制柴油机NOx排放的基础上提高NO2的浓度和再生过程中的NO2利用效率以及提高再生反应的反应活性是催化型微粒捕集器亟待解决的问题。本文以国家自然科学基金“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”(50876027)、“微粒捕集器过滤体复合再生与多场协同机理及其优化研究”(51176045)等项目为课题来源,对催化型微粒捕集器NO2高效利用和铈基辅助复合再生的过程与机理开展研究,以期得到一种再生温度窗口宽,排气背压损失小,再生可靠的催化型微粒捕集器。论文的主要研究工作如下：(1)基于质量、动量和能量守恒定律,在DPF的入口孔道、出口孔道、过滤壁和微粒层选取控制体,推导得到了DPF的流场模型,并基于化学反应动力学理论建立了DPF再生过程的化学动力学模型。通过耦合求解,得到了排气流量、排气温度、排气中NO2和O2浓度以及排气中NO2微粒质量比对NO2氧化再生性能的影响,并对各影响因素的权重进行了灰色关联分析,提出了从NO2高效利用和复合再生两个方面提高催化型微粒捕集器再生性能。(2)采用DOC提高催化型微粒捕集器的NO2浓度,推导得到了DOC的流场模型和化学动力学模型,通过数值研究,对影响DOC提高NO2浓度的因素进行了分析,DOC对NO转化的最佳温度窗口为30O～400℃,不同转速下,中等负荷工况时排气中NO的转化效率最高,而高转速高负荷工况下NO的转化效率迅速降低。(3)对催化型微粒捕集器再生过程中NO2浓度不足的状况,采用贵金属催化涂层强化NO2利用效率,实现了中大负荷工况下催化型微粒捕集器的正常再生。通过分析微粒在催化型微粒捕集器中的捕集机理与沉积过程,将微粒在催化涂层作用下的再生过程分成两个阶段,采用新的再生机理建立了深床部分微粒的再生模型,并通过台架试验验证了新模型。考虑了催化涂层对催化型微粒捕集器压降特性的影响,将入口孔道压降与出口孔道压降单独计算,建立了新的压降模型,计算结果显示新模型深床捕集阶段的压降与试验值吻合得更好,滤饼捕集阶段压降与原模型趋势相同。(4)定义了催化型微粒捕集器的N02循环系数,通过与未涂覆催化涂层时的微粒沉积质量对比,研究各工况下催化涂层对NO2利用效率的的影响。在低负荷工况下,NO2循环系数随着再生进行达到最大值后保持稳定；在中等负荷工况下,NO2循环系数随着再生进行达到最大值后逐渐减小；大负荷工况下,NO2循环系数在再生过程中基本保持稳定。(5)基于宏观反应建立了铈基添加剂辅助催化复合再生模型,通过数值计算与试验验证研究铈基添加剂对各工况下催化型微粒捕集器再生性能的影响,实现了中小负荷工况下催化型微粒捕集器的正常再生。通过试验研究了不同配比和添加量的铈基添加剂对催化型微粒捕集器再生性能的影响,确定了铈基添加剂的优选配比与合理添加量。本文的研究为催化型微粒捕集器N02的高效利用提供了理论依据,揭示了铈基添加剂辅助催化复合再生的机理,实现了中小负荷以上工况下催化型微粒捕集器的正常再生,为其实用化奠定了基础。本文的一些研究方法与结论也能够为其他类型的微粒捕集器提供一定参考。