内燃机缸内空气运动对混合气形成和燃烧过程起着决定性作用,进而影响着发动机的动力性、经济性、燃烧噪声和有害废气的排放特性。激光粒子图像测速技术(PIV)作为一种无干扰﹑全场瞬态测量﹑数据实时采集和处理的二维平面速度场测量技术,其优点非常明显。为了提高发动机性能,本文采用PIV技术对一台经过光学改造的四气门汽油机的缸内气体流动规律进行了实验研究。本文改进并完善了汽油机缸内流场测量的实验系统,以较好地满足实验的要求:对光学发动机驱动系统改进;开发了一套控制PIV系统在预设曲轴转角下进行连续拍摄的电控系统;对PIV系统实验参数优化等。探索出一套较为完善的数据处理方法,采用多样本平均的方法来研究缸内流场的整体结构,减少汽油机循环变动对测量结果的影响;以缸内流场的速度矢量分布数据为基础,提出了用速度流线图、面平均速度、时间域湍流强度分布、空间域湍流强度、涡流比、滚流比等参数,多角度分析缸内流场结构和演化规律的方法,为缸内气流运动的量化提供了判定依据。本文运用PIV技术对四气门汽油机在进气与压缩行程中缸内流场的演化过程进行了分析研究,包括对气缸内不同转速下不同横截面上的流场以及同一转速下气门中心面和气缸中心面这两个纵截面上的流场的研究。研究结果表明:四气门汽油机横截面上双气门进气时,不存在大尺度涡流,单气门进气时,能观察到大尺度涡流结构;纵截面上的滚流运动十分明显,在进气行程的初始阶段就开始形成,经历了由弱到强再减弱的过程,形状也由最初的双涡变成单一的大尺度涡旋,单气门进气时,缸内滚流运动要比双气门进气时显著加强,气门中心面处所测得的滚流运动要比气缸中心面处的强烈;不论是时间域还是空间域湍流流动都有很强的方向性,且沿Y方向占主导;绝对湍流强度曲线随曲轴转角变化平缓,相对湍流强度曲线起伏较大,上止点后270°曲轴转角时,横截面和纵截面流场的相对湍流强度值都达到最大值;转速对涡流比的影响不大,不同横截面所得出的涡流比有较大差异,距离缸盖越近的平面的涡流比越大;滚流比曲线总的趋势是单气门进气时滚流比要比双气门进气时大大加强,气门中心面所测得的滚流比比气缸中心面的大体上要略高,在上止点后150°曲轴转角时,滚流比达到最大值。