火花点火-可控自燃(SI-CAI)混合燃烧是一种双阶段放热的稀释燃烧方式,可以提升点燃式发动机的热效率。但是其前期的稀释火焰易产生明显的放热量波动,进而导致后期自燃过程失稳。分层火焰引燃策略(SFI)利用浓混合气火焰传播速度快的特点,抑制混合燃烧前期火焰传播的不稳定性。但是,混合燃烧具有高温高稀释的特点,其缸内条件濒临自燃,火焰特征与传统存在区别。为设计合理的分层火焰引燃策略,本文通过光学发动机试验平台,采用外部EGR和进气加热模拟了混合燃烧的缸内边界条件,拍摄火焰发展的图像,研究了不同缸内条件下的汽油机分层火焰特征及发展规律。首先,考虑到混合燃烧前期火焰传播对整个燃烧放热过程的调控作用,本文研究了燃油加浓、废气-空气稀释以及初始温度对前期火焰传播速度的影响规律。结果表明,分层策略使高稀释条件下的火焰传播速度提升明显,浓混合气相对于稀混合气火焰传播速度提升10%以上,分层火焰引燃策略具有可实现性。其次,统计了火焰面上的曲率半径的PDF。火焰褶皱结构表现出对分层和稀释的敏感性。稀释的火焰锋面前会出现少量自燃点,在自燃方向上的火焰传播最大达到17m/s,相对平均火焰传播速度提升一倍左右;而废气的不均匀分布则会阻碍火焰的发展,导致火焰发展的各向异性,减慢火焰传播速度。最后,研究了稀释条件下直喷参数的调控规律以及分层火焰的传播特征。结果显示:分层燃烧主要受直喷时刻的控制,燃烧相位随直喷时刻的推迟而提前。当直喷时刻早于60°CA BTDC时,火焰表现出均质燃烧特征,单循环火焰发展趋于非分层火焰。而直喷时刻晚于60°CA时,燃烧形成分层火焰,相比于λ=1的均质燃烧,分层火焰在浓区的火焰传播速度提升9.4%,相比λ=0.9提升3.1%。与均质燃烧相比,分层火焰策略加浓了中心混合气,显著提升前期火焰速度与着火稳定性。