当今世界能源危机和环境污染日趋严重,内燃机的代用燃料研究成为热点课题。氢气因其储量大、燃烧清洁、热效率高的特点,在燃料电池和内燃机领域有着广泛的应用,被称为21世纪的最终能源。但其在应用于内燃机过程中易出现回火、早燃等异常燃烧现象,阻碍了氢内燃机的发展。由于异常燃烧的诱因多发生在混合气形成过程中,且混合气形成质量的好坏对缸内的燃烧与排放有重要影响,因此如何改善混合气的形成质量显得尤为重要。本研究基于一台改装的PFI(进气道预混式)发动机,建立了完整的三维模型。利用AVL-fire软件分别模拟怠速转速(1000r/min)、最高扭矩转速(4500r/min)、最高功率转速(6000r/min)三种工况下,不同喷孔面积、喷氢压力对缸内混合气的形成质量及燃烧过程的影响。通过模拟揭示了进气道及缸内混合气速度场、浓度场、湍动能等的变化规律,并基于这些规律总结出两种参数对引起氢内燃机早燃和回火趋势的影响。结果表明,3mm喷孔直径不能满足中高转速时喷氢量的要求,在进气门关闭时缸内当量比太小,增大至5mm能显著提高混合气当量比。增加喷射压力有利于形成更均匀的混合气,使燃烧放热反应更加快速合理。0.2MPa喷氢压力需要超过5mm的喷孔直径去匹配,而增大喷孔直径和喷氢压力会使NO排放量增加,排放性变差。减小喷孔面积和喷氢压力会使喷出的氢气在进气道的滞留量和从缸内回流出的氢气量增大,增加了发动机早燃和回火的概率。综上所述,选择5mm的喷孔面积和0.3MPa的喷氢压力,可以在较小的异常燃烧概率下,达到强动力性、优经济性、低排放性的要求。