碳烟颗粒的微观结构是指在高倍电镜(TEM)下观测到的物理形貌结构,普遍具有典型的“壳核”结构,与发动机工况、颗粒生成历程及氧化活性息息相关。故研究发动机尾气碳烟颗粒的微观形貌结构及氧化活性的联系,对进一步深入了解碳烟颗粒的生成历程,指导发动机排放后处理具有重要的理论与实际意义。本文主要基于自行设计开发的碳烟颗粒TEM图像处理软件SootFringe,采用快速电缸采样、高倍电镜观测、热重分析(TGA)等技术,对样本碳烟和不同工况和燃料下尾气碳烟的微观形貌和氧化活性的变化规律进行系统分析。主要内容和结果如下。根据碳烟颗粒的微观形貌特征,基于现代图像处理技术,自主开发碳烟图像处理软件(SootFringe),此软件采用直方图均衡、高斯低通滤波、顶帽变换、傅里叶变换、图像细化、后处理(微晶修正)等一系列的图像处理方法,对原始TEM图像进行去噪滤波、细化修正等处理,并且可方便提取碳烟颗粒的微观形貌特征参数。结合图像处理软件和热重分析(TGA)技术,考虑不同热处理温度和不同碳烟种类等影响因素,对样本碳烟(模拟碳烟)的微观形貌参数和氧化活性的联系进行分析。研究发现,随着热处理温度的升高,碳烟颗粒的微晶长度增加,层间距和曲率减小,排列更加规则,石墨化程度提高,氧化活性较弱。同时,碳烟种类的不同也会导致其微观形貌结构参数和氧化活性的差异。对实际发动机尾气碳烟颗粒进行采样分析,研究不同负荷、喷油压力及不同燃料下尾气碳烟颗粒的微观形貌参数及氧化活性的变化规律。研究发现,碳烟颗粒的微晶长度绝大部分处于0.2~3 nm之间,层间距在0.28~0.52 nm内,微晶曲率在1~1.5范围内分布。随着负荷和压力的提高,尾气碳烟颗粒的微观参数变化相同,微晶长度均有所增大,而层间距和微晶曲率有所减小,微晶排列更加规则,石墨化程度增加,更难被氧化。燃用丁醇柴油(B50)与纯柴油(B00)相比,前者碳烟颗粒的微晶长度较小,层间距和微晶曲率较大,排列更加杂乱无序,活性碳原子比例增加,氧化活性较高。