内燃机新型燃烧方式具有高热效率和低污染物排放的优势,但高度预混的特点通常会造成高负荷工况燃烧剧烈、压力升高,因而使运行负荷受到限制。部分预混燃烧(PPC)相比于均质压燃(HCCI),能够通过控制一定的混合气分层实现更大工况范围的高效清洁燃烧,成为当前研究的一个热点。本文针对PPC火焰发展特性开展研究,对于揭示PPC火焰特性与燃烧放热等的内在联系,探索PPC实现燃烧过程控制的机理具有重要意义。本研究在一台光学发动机上以正庚烷为燃料,采用自发光高速摄像技术结合基于缸压的燃烧分析开展。首先,通过改变单次喷油策略的喷射时刻,实现不同燃油浓度分层的PPC燃烧,研究了火焰发展模式、火焰速度与燃油浓度分层、燃烧放热率之间的关系。结果表明,与HCCI相比,PPC火焰发展过程中出现了明显的火焰传播过程。随燃油分层度提高,火焰发展过程中火焰传播的比例也会增加,自燃着火的比例相应减小,导致燃烧反应速率下降,燃烧持续期变长,放热率峰值降低。计算得到的PPC及HCCI中火焰速度在10m/s~50m/s之间,且放热率峰值与火焰速度之间存在很好的一致性,火焰速度高的工况,放热率峰值也越高。因此,PPC燃烧中出现一定比例的火焰传播是其相比于HCCI运行负荷得到有效拓展的本质原因。在单次喷射的基础上,进一步研究了两次喷射策略下PPC燃烧的火焰特性。结果发现,固定两次喷油时刻、改变两次喷射比例时,如果两次喷射不能改变火焰多点自燃为主的火焰发展模式,则放热率峰值变化较小,对燃烧反应速率的影响也较小。固定两次喷射比例、推迟第二次喷油时刻时,扩散燃烧比例提高,放热率峰值降低,同时燃烧图像中出现了明显的碳烟信号。最后,通过调节两次喷射策略参数控制着火时刻与单次喷射相同,探究了两次喷射降低PPC压升率及噪声的机理。结果表明,在所研究的边界条件下,单次喷射火焰发展模式以多点自燃为主,同时调节两次喷油比例及喷油时刻,可以控制两次喷射PPC火焰发展模式以火焰传播为主导。相比单次喷射,两次喷射火焰传播为主的火焰发展模式导致火焰的整体发展速度减慢,因而放热率峰值及最大压力升高率有明显降低,燃烧反应速率得到有效的控制,且燃烧图像没有出现明显的碳烟信号。燃烧中火焰发展模式的改变是PPC实现燃烧控制的主要途径。