虽然氢气发动机比常规石油燃料发动机具有着火界限宽广，燃烧速度快，使发动机能在稀薄混合气下运转，有害排放物少等一系列优点，但若其工作过程组织不当，易出现燃烧初期的燃烧压力升高率太高和爆燃、燃烧过程的早燃和进气管回火等现象，不仅发动机性能急剧下降，甚至发动机无法正常工作，熄火停止运转。目前国内外研究表明，氢燃料发动机所遇到的最主要问题是早燃和回火问题。因此，有必要研究氢燃料发动机的异常燃烧，尤其是早燃和回火的原因和解决对策。

与其他内燃机相比，因为氢的低点火能量、燃烧速率快，可燃范围、熄火距离短以及点燃后造成缸内压力升高率过大，所以早燃在氢内燃机中的问题更大。当燃料混合物在燃烧室先于火花点燃被点燃时，就发生早燃现象，导致发动机效率降低。如果早燃发生于燃油进气阀附近，并且火焰返回至感应系统，就会造成回火现象发生。早燃和回火易发生在采用外部混合气形成方式下的氢气发动机上，在高压缩比、高负荷（即混合气较浓）下容易发生。原因是在高压缩比、高负荷下，燃料放出的热量多，以致排温有所升高，而高速工况则容易使燃烧滞后也有助于排温升高。这样在进气阀开启后，残余废气仍保持较高的温度，从而使氢气在进气行程中即被高温的残余废气所点燃产生回火。此外，在高压缩比、高负荷下，缸内温度高，容易造成某些炽热点（如火花塞、排气阀头部等），则混合气容易被这些炽热点点燃而引起早燃。

目前抑制和消除回火的常用方法有以下4种办法：^{[5-8，15-18]}

（1）采用合适的火花塞和压缩比

由于早燃可能是由于气缸壁内的炽热点和较高的压缩比所引起的，所以必须保证气缸的严格清洁，并且采用相对较冷的火花塞和更狭小的火花塞间隙，同时采用合适的压缩比。

（2）采用废气再循环(www.daowen.com)

根据异常燃烧机理可知，任何能减少火焰传播速度、增加点火所需的能量和淬熄距离的方法都可以减少回火的发生几率。为此，采用稀燃、废气再循环都可以抑制回火的产生。进入气缸的废气可以降低热点的温度，减少早燃的可能性。同时废气再循环降低燃烧的最高温度，减少了NO_x的排放。但是，EGR率（废气进气量/总进气量）需要在25%～30%以上才有明显的效果。

（3）采取有效措施降低进气温度（如喷液态氢气、喷水或喷射冷空气）

采取液氢供氢系统，利用液氢的低温来降低吸入空气的温度，该方法由于降低了吸入空气的温度，使混合气正常燃烧的范围加宽，实际效果比较好。缺点是液氢供氢系统成本较高，此外该系统还受到发动机运动副的耐冻能力和循环工作情况的限制，向进气管中喷水后吸收一部分热量，降低了气缸内的温度，使其降到表面着火温度以下，从而防止了热面着火的发生。Wooley和Henriksen研究了向进气管内混合气喷水的氢发动机运行情况，发现对回火有一定程度的抑制作用，NO_x的排放也有所下降，但是这种方式需要较大的喷水率才有明显效果。

（4）采用最佳的氢气喷射系统

采用缸内氢气喷射方式，氢气在进气形成后期直接喷射进入气缸，换气过程中新鲜空气对燃烧室的冷却作用大大减少了不正常表面点火的发生，使得内燃机运转平稳可靠。另外，采用进气歧管多点氢气喷射系统，能够减少早燃的发生。一方面，氢气在进气行程开始之后被分别喷入到进气歧管，这样可以解决早燃问题；另一方面，在进气行程开始，空气进入气缸里，它不但能够稀释缸内残留的气体，还能够冷却热点，而在任何时候进气歧管里残留的氢气和空气的混合气都很少，从而解决早燃和回火问题。