随着近些年雾霾天气的增多和空气质量的下降,人们对生存环境也越来越关注。在机动车颗粒物排放方面,政府颁布了更加严厉的法规,汽油缸内直喷（GDI）发动机的超细颗粒物排放引起了重视。本文聚焦碳烟测量领域,首先对比研究了有关碳烟测量的光学诊断方法,对其技术发展过程、测量原理、应用效果进行了详细的对比分析,充分考虑其优缺点,最终决定采用基于双色法的激光诱导炽光法（2C-LII）作为本文的测量手段。本文建立了层流乙烯-空气扩散火焰LII测试系统和GDI光学发动机LII测试系统。标定了ICCD相机的光强响应系数,400nm波长对应的光强响应系数为2.08×10^-7,600nm波长对应的光强响应系数为7.8×10^-9。利用2C-LII测试方法测量高度为64mm的层流乙烯-空气扩散火焰的碳烟分布。层流乙烯-空气扩散火焰的碳烟在燃料扩散的方向上先增后减,直至完全消失,火焰高度低于28mm时,碳烟分布呈双峰状态,火焰高度超过28mm时,双峰状态的分布开始减弱,火焰中心区域的碳烟开始增多;碳烟最浓的区域位于层流乙烯-空气扩散火焰的外侧,此处碳烟体积分数最大值约为8.2×10^-6。测量结果和参考文献数据吻合得很好,验证了测试方法的准确性。利用LII测试方法测量GDI光学发动机缸内碳烟体积分数。测量了距离缸套顶部往下5mm、10mm和15mm三个平面在6000μs、7000μs和8000μs三个喷油脉宽下的碳烟体积分数,同时研究了8000μs喷油脉宽下三个平面碳烟体积分数随曲轴转角的变化。实验结果表明:1)活塞刚好完全经过选定平面时,对应的曲轴转角是该平面碳烟最浓的时刻;10mm平面为最浓区域,5mm平面次之,15mm平面为最稀区域,并且15mm平面位于碳烟浓区的边缘。2)5mm和10mm平面最浓时刻:6000μs喷油脉宽下的碳烟浓度整体水平比较低,7000μs、8000μs喷油脉宽对应的碳烟体积分数相对较大,其中7000μs喷油脉宽的碳烟体积分数略大,但分布不均匀,靠近进气门一侧的碳烟体积分数相对较大,靠近排气门一侧的相对较小;15mm平面最浓时刻:7000μs和8000μs喷油脉宽对应的碳烟浓度分布特性发生了变化,碳烟最浓的部分主要分布在中部靠上区域,相比于其他两个平面有所下移。3)8000μs喷油脉宽下,每个平面从各自最浓时刻开始,随着活塞逐渐的下行,碳烟浓度整体逐渐下降,到膨胀冲程后期,碳烟明显的浓区逐渐消失,分布更加均匀。利用DMS500快速颗粒分析仪测量了6000μs、7000μs和8000μs三个喷油脉宽下颗粒物的数量浓度和粒径分布。三个喷油脉宽对应的颗粒物粒径分布都呈双峰状态,一个峰在核态部分,另一个在积聚态部分。8000μs喷油脉宽对应的总数数量浓度最大,大部分为核态颗粒物,积聚态颗粒物相对较少;7000μs喷油脉宽对应的颗粒物总数数量浓度稍小,大部分为积聚态颗粒物,核态颗粒物相对较少;6000μs喷油脉宽对应的颗粒物总数数量浓度最小,大部分为核态颗粒物,积聚态颗粒物相对较少。