柴油机排放的NOX和颗粒物已成为我国空气污染的主要来源之一。为进一步降低柴油机的NOX和颗粒排放,满足更加严格排放法规的要求。针对轻型车用柴油机,一般采用废气再循环(EGR)+颗粒催化氧化/捕集(POC/DOC/DPF)等技术措施。EGR技术通过增加混合气热容值,稀释混合气中的氧浓度,起到了降低最高燃烧温度的作用,是降低柴油机NOX排放的主要机内净化措施之一。但采用EGR后,过量空气系数和氧浓度下降,会对颗粒排放产生不利影响。针对柴油机EGR氛围颗粒的形成和衍变规律,论文共分为七章,重点对EGR氛围颗粒前驱体的形成过程、颗粒的碰撞凝并过程、颗粒官能团和氧化活性以及微观物理特性等方面进行了研究。围绕EGR率、废气组分和温度等参数,采用台架试验和数值模拟相结合的方法,研究了EGR对柴油机燃烧过程、燃烧中间产物以及NOX和颗粒排放的影响;通过构建化学反应动力学机理和固体动力学物理模型,探讨了EGR氛围颗粒前驱体多环芳香烃(PAHs)的生成规律和形成路径,分析了EGR对颗粒形成过程中碰撞、凝并等固体动力学过程的影响机制;采用热重分析、X射线近边吸收光谱、拉曼光谱和X射线小角散射等分析手段,考察了EGR对颗粒挥发、氧化特性以及官能团组分和含量的影响,总结了颗粒形貌、基本碳粒子微观结构特征参数(微晶尺寸、弯曲度、层面间距)、颗粒分形特征、石墨化程度等微观物理特性的衍变规律。采用EGR后,对燃烧过程的影响主要来自废气组分,废气中CO2对柴油机燃烧过程的影响明显大于N2,主要通过抑制H2O2的分解反应,减少OH自由基的大量生成,起到推迟柴油着火的作用,并进一步阻滞了OH自由基对CH2O的氧化反应,使柴油裂解氧化过程中由低温向高温的转化过程受到抑制,阻滞了燃烧反应的进行;废气中的CO2对NOX的抑制作用强于N2,可以有效降低柴油机的NOX排放;n2是导致采用egr后积聚态颗粒粒径增大、数量和质量浓度升高的主要气体成分,co2可以降低颗粒排放数量和质量浓度,主要是起到降低积聚态颗粒的作用。根据碳氢燃料的燃烧特点,在总结苯环形成路径和芳香烃生长机理的基础上,构建了包含芳香烃(pahs)生成过程的正庚烷-pahs化学反应机理,并分别对机理的着火延迟、燃烧产物和中间产物进行了验证。采用构建的化学反应机理,分析了egr率、废气组分和温度对苯、萘、菲、芘四种典型pahs生成规律的影响,运用生成速率和敏感性分析方法,确定了egr氛围颗粒前驱体的主要基元反应和形成路径。研究结果表明,导致采用egr后,pahs生成量增加的主要影响因素是废气中的n2和废气温度的升高,废气中的co2对pahs的生成具有抑制作用;引入egr后主要是通过促进了丙炔基聚合反应,造成苯生成量增加,是苯生成的主要反应路径;萘主要是通过苯基的二次脱氢加乙炔反应和苯基与乙烯基乙炔化合反应生成;菲的反应路径主要有两个,在低温时主要通过菲基a3-4和h的反应得到,另一个反应路径是联苯基(p2-)与乙炔的反应,该反应主要发生在高温环境中,引入egr后,菲基a3-4和h的反应是菲的主要生成路径;egr对芘生成主要基元反应和形成路径影响不大,主要通过a3-4与乙炔反应生成。通过建立包含颗粒碰撞、凝并以及粗颗粒对细颗粒捕集过程的物理模型,运用矩方法对通用动力学方程进行求解。以自由分子区中的颗粒为研究对象,分析了egr对颗粒形成过程中碰撞、凝并等固体动力学过程的影响机制。结果表明,采用egr后,随着燃烧形成的成熟颗粒再次进入气缸,一方面增加了缸内自由分子区中颗粒系统的初始分散性,加快了自由分子区中颗粒数量的衰减和平均体积的增加;另一方面,由于成熟的颗粒粒径较大,多为形状不规则的团聚体,再次进入气缸后,在改变颗粒初始分散性的同时,颗粒形状不规则程度增加也是使碰撞频率增加的主要原因,同时也加强了粗颗粒对细颗粒的捕集作用。采用x射线近边吸收光谱,探讨了egr对颗粒中碳官能团组分的影响,结合分峰拟合方法,对比分析了颗粒中主要碳官能团相对含量的变化规律。结果表明,柴油机颗粒中碳官能团主要包括不含氧的芳香基碳、石墨碳官能团和脂肪族c-h官能团以及含氧的醌类、羧基、羰基、酚/酮类官能团;随着egr率增加,颗粒中芳香基碳、石墨碳官能团逐渐降低,含氧官能团和脂肪族c-h官能团呈升高趋势;随着废气温度升高,颗粒中碳官能团产生相反的变化规律。废气中的co2对颗粒中碳官能团相对含量的影响作用要明显强于n2,可以显著降低颗粒中的石墨碳和芳香基碳官能团,增加含氧官能团和脂肪族c-h官能团的相对含量,对提高颗粒的氧化活性具有较强的促进作用。采用热重分析仪,分析了egr对颗粒中可挥发性物质、干碳烟等组分含量的影响,通过计算颗粒的氧化反应动力学参数、着火温度、燃烧特性指数等,研究了egr对颗粒氧化活性的影响。结果表明,随着egr率增加,颗粒中碳烟所占比例逐渐降低,水分和挥发性有机物增多,颗粒中挥发物析出温度tsof1逐渐降低;与引入废气和n2时相比,只通入co2时的tsof1最低,废气中的co2是导致颗粒中碳烟、挥发性有机物等随egr率增加产生变化的主要因素;废气温度升高,颗粒中主要组分的含量会产生相反的变化规律,并且tsof1逐渐升高。颗粒中挥发物起始燃烧温度tsof2、soot组分着火温度ti和燃尽温度th的变化规律与tsof1相同。颗粒的活化能与egr率呈近似线性关系,随着egr率增加,颗粒的燃烧特性指数和燃尽特性指数均逐渐增加,活化能降低明显,颗粒氧化所需的能量减少,更易氧化燃烧,燃烧效率增加,燃烧性能得到改善。废气中co2对颗粒氧化活性的影响明显高于n2,可以显著降低颗粒的反应活化能,提高颗粒的氧化活性;废气温度升高,会对颗粒的氧化活性产生不利影响。采用激光拉曼光谱,分析了不同egr率、废气组分和温度条件下产生颗粒的石墨化程度。研究结果表明,随着egr率增加,颗粒的石墨化程度逐渐降低,通过对比废气组分和温度的影响,认为废气中的CO2是使颗粒石墨化程度随EGR率增加而降低的主要因素,废气温度的升高会使颗粒的石墨化程度升高。采用原子力显微镜、扫描电子显微镜和X射线小角散射等试验方法,考察了EGR对颗粒微观形貌和结构的影响。随着EGR率和废气温度增加,颗粒的团簇大小逐渐增大,颗粒间的统计平均距离逐渐减小,团粒间隙尺寸和数量逐渐减小,致密程度增大,空间结构更为紧密,结构刚性增强,颗粒间团聚力逐渐增大,且主要作用形式由液桥力向范德华力和液桥力共同作用转变,并且范德华力逐渐起到主要作用。与引入废气和N2相比,废气中的CO2可以减小颗粒团簇大小、增大颗粒间的统计平均距离、降低结构紧密程度和结构刚性。采用透射电子显微镜结合图像处理的方法,考察了EGR对颗粒基本碳粒子微观结构的影响,确定了层面间距、微晶尺寸、弯曲度和分形维数等结构特征参数随EGR率、废气组分和温度的变化规律。采用EGR后,基本碳粒子的层面间距、弯曲度逐渐有所增大,微晶尺寸逐渐减小,分形维数也有所减小,结构致密度降低,废气中的CO2对基本碳粒子微观结构的影响明显大于N2,使基本碳粒子的微观结构更有利于提高其自身的氧化能力,废气温度升高对于基本碳粒子微观结构的改变,会对其氧化能力会产生不利影响。