氢燃料在用于车用发动机时具有燃烧速度快、着火界限宽、点火能量低等优点,从而使得氢燃料发动机与传统的化石燃料发动机相比具有其独特的优势。但氢燃料发动机目前还存在许多问题如：氢发动机很容易发生早燃、回火、燃烧压力波动、工作粗暴等异常燃烧现象。这严重阻碍了氢发动机的发展，因此本研究采用数值模拟和理论分析相结合的方法，利用交集的思想提出氢发动机中早燃发生的条件，在此基础上开展了有关氢发动机中异常燃烧机理的研究，可为今后改善氢发动机的燃烧性能、减少其异常燃烧方面提供一定的理论依据。本研究根据实际的氢发动机，利用AVL公司的三维流体分析软件AVL-FIRE建立了氢发动机三维仿真模型，模拟氢发动机的正常工作过程。利用该模型系统地研究了不同初始压力、初始温度、转速、点火提前角以及当量比对氢发动机缸内状态参数的影响。确定了影响该氢发动机缸内状态参数的主要因素。提出了缸内发生早燃的条件，建立了缸内状态参数与早燃的关系，并研究了早燃的发生对缸内状态参数的影响。对发生早燃时计算结果（包括温度、压力、速度场等）的二维曲线以及彩色云图进行分析，结合对缸内氮氧化物排放的比较分析，研究了早燃对氢发动机燃烧性能的影响。研究结果表明，相比于其他三个因素，点火提前角和当量比的变化对状态参数的变化影响更大；早燃使气缸中氢混合气被提前点燃，缸内压力、温度迅速上升的始点大大提前并且峰值都有所增加，发动机效率大大降低，早燃的不断提前导致发动机回火的产生，最终使得氢发动机停车；早燃的发生促使NO生成量增多，对环境将会带来不利的影响等。