发动机缸内工质的运动状态影响着内燃机缸内混合气形成的速度及质量、混合气的着火和燃烧过程,对内燃机的动力性、经济性和排放特性产生重要的影响。为进一步提高发动机性能,就必须掌握发动机缸内流场和燃烧运动规律。内燃机缸内可视化研究是了解其缸内气体流动、火焰形成及发展、碳烟生成等规律最直接、最有效的手段。本论文从实现发动机缸内预混湍流燃烧可视化测试的目的出发,以幸福250摩托车发动机为原型机,将其设计和改造成了一台用于发动机缸内预混湍流燃烧可视化测试方法研究的光学发动机,并搭建了光学发动机实验台架。基于此光学发动机台架,利用FASTCAM-ultima512高速摄像机系统,直接对发动机缸内的燃烧过程进行了图像采集,得到了各转速工况下的燃烧序列图。结果表明,可向汽油中添加适量的机油来能够增强火焰的光度,实现汽油机缸内预混湍流燃烧的可视化。根据各转速工况下的燃烧序列图发现,火焰核心形成后并非立即产生火焰前锋,而是迅速消失。火焰核心随着缸内湍流漂流到缸内某一位置,导致缸内形成明显火焰前锋位置不在火花塞周围或气缸中心。为获得足够时间使缸内燃料完全燃烧,随着转速的提高,点火提前也相应地增加。转速的提高增强了缸内的湍流强度,使缸内混合气形成加快,但高转速也使混合气形成的时间大大缩短,使混合气没有足够的时间混合均匀,导致缸内混合气的燃烧恶化甚至失火。除此之外,利用高速摄像机系统和自制纹影系统对光学发动机纯压缩工况下的缸内湍流进行了测试,并绘制了发动机缸内压缩流场序列图,结果表明,自制的纹影系统能够用于发动机缸内预混湍流流场的可视化测试,发动机工作时缸内工质的流动状态十分复杂。随着发动机活塞向上止点运动,缸内工质不断被压缩,湍流状态越来越剧烈,工质密度梯度越来越大,导致上止点前,缸内流场测试纹影图像随着曲柄转角的增加而变得越来越清晰,流动状态也越来越复杂;上止点后,缸内流场测试纹影图像随着曲柄转角的增加而逐渐模糊。