氢作为内燃机燃料，与汽油、柴油等相比，在燃烧方面具有以下特点^[7-10]：

（1）易燃性

氢燃料与其他燃料相比具有非常宽的可燃范围。氢与空气燃烧的范围最宽，为4.2%～74.2%，这有利于实现更加完全和更经济的燃料，因此，氢气在内燃机中可以与空气在非常宽的混合范围内燃烧，在过量空气系数0.15～9.6范围内正常燃烧。一般而言，当车辆以稀混合物运行时，稀混合气能降低燃烧的温度，生成较少的氮氧化合物，燃油越经济其燃烧就更完全。

（2）低点火能量

氢气具有非常低的点火能，仅为15.1μJ，比一般烃类小一个数量级以上。这就意味着气缸中的热源可用于点火。这既有利于发动机在部分负荷下工作，又使得氢发动机可以点燃稀混合物，确保及时点火。另一方面，热气体或气缸壁上的“热点”却容易引起早燃和回火。防止出现这种情况是运行氢发动机的挑战之一。

（3）高自燃温度

物质的自燃温度是指化学物品在没有外界点燃的情况下在大气中自然地燃烧所需的最低温度。此温度对于提供燃烧所需的激活能是十分必要的，因为压缩过程中温度上升与压缩比相关，自燃温度对于压缩比而言是一个非常重要的因素，它决定采取哪种压缩比的发动机。在压缩过程，自燃温度与压缩比的关系如式（15-1）：

式中，V₁/V₂为压缩比；T₁为绝对开始温度；T₂为绝对最终温度；γ为比热容。

因此，氢气的自燃温度高，氢气发动机可使用更大的压缩比，提高内燃机热效率。

（4）小熄火距离

熄火距离是火焰在狭窄的管道中传播直至不能传播时管道的临界尺寸。淬熄距离随着初始压力的不同而不同，气体火焰速度越高，熄火距离越小。氢气火焰的熄灭距离与汽油相比更短，故氢气火焰熄灭前距离缸壁更近，因而与汽油相比，氢气火焰更难于熄灭。与碳氢化合物空气火焰相比，较小的淬熄距离使得氢气空气混合物火焰在接近进气阀处更容易发生回火。(www.daowen.com)

（5）低密度

氢的密度很低。在气态条件下，氢气作为燃料时需要的空间更大，在理论混合比下进入气缸时，氢气约占气缸体积的30%（汽油仅占1%～2%），而且所含的能量也少，故而会导致效率下降（与汽油机相比降低15%）。它要占据很大的存储空间，降低了功率输出。氢释放单位热量所需的燃料体积极大，如采用0.1MPa、20℃的氢气需3130L，30MPa、20℃的氢气需15.6L，即使是液态氢也需3.6L，而汽油只需1L。

（6）高扩散速率

氢密度小，扩散系数很大，扩散速度很快，混合气易均匀一致。氢在空气中的扩散速率要比汽油高很多，（氢为6100m²/s、汽油为500m²/s），与汽油相比，氢能够更快地扩散到空气中。这促进了燃料和空气均匀混合，有利于氢内燃机中气缸内燃烧，因此，氢燃料发动机应比汽油机的热效率高。其次，如果发生氢泄漏，氢迅速分散可以避免不安全事故的发生。

（7）高火焰速度

氢具有非常高的火焰速度。氢能够以2.83m/s的速度燃烧，而汽油只有0.34m/s，这使发动机能最大限度地接近发动机理想的热力学循环。但是，高的火焰速度对点火时间的要求更加严格。氢的火焰速度下的最高火焰温度高达2100℃，高于一般烃类物质。但在稀混合物中，火焰速度明显降低。

（8）低环境污染

氢优于化石燃料，不仅由于氢是自然界广泛存在的元素，而且因为氢与空气混合气燃烧产物中唯一的有害成分是氮氧化物NO_x，在废气中还会含有未参与燃烧的N₂和剩余的O₂，以及没有来得及燃烧的H₂，无其他有害排放物。美国清洁燃料研究所在道奇D-50皮卡型载货车上燃用氢燃料，按CVS-75排放实验的要求，测得的排放见表15-1，可以看出，HC和CO排放量极少，而且NO_x的排放量也远低于标准值。NO_x的排放量可以通过控制空燃比、压缩比、发动机的工作速度、点火定时等燃烧条件加以降低。燃烧室中的空气/燃料比率对于氮氧化物减少至零是非常重要的，氢在空气中化学计量低于0.4时几乎没有氮氧化物产生。氢内燃机常常被错误地作为是氮氧化物生产者，适当地控制空气/燃料比，使得氮氧化物排放成为过去。

表15-1 道奇D-50皮卡型载货车排放^[11]（单位：g/km）