根据国际能源署（IEA）2023年发布的《二氧化碳排放报告》，全球能源生产和使用过程中的二氧化碳排放量增加了1%，达到了374亿吨的历史高点[1]。超过100个国家签署了《巴黎协定》，中国决定在2030年前实现“碳峰值”并在2060年前实现“碳中和”[2]、[3]。鉴于减少二氧化碳排放的必要性，世界各国正在用新的清洁能源替代传统燃料发动机。目前，氢气、天然气[4]、[5]、氨[6]以及基于酒精的燃料[7]、[8]、[9]、[10]都显示出作为发动机替代燃料的潜力，其中氢气因其燃烧产物仅为水而受到特别关注。表1比较了几种传统燃料和氢气的物理化学性质。氢气作为燃料具有多种优势：单位质量的发热值高，有助于减轻燃料的整体重量；其高的火焰传播速度有助于提高热效率；低点火能量使燃烧更加稳定；并且具有宽的易燃范围，更容易实现贫燃燃烧。尽管氢气被认为是最佳的替代燃料，但其燃烧过程中的高火焰速度可能导致爆震[11]、[12]，这阻碍了发动机热效率的提高。爆震燃烧已成为提高氢发动机热力学性能和功率输出的主要障碍[13]、[14]。爆震限制了氢发动机的最大压缩比，而更高的压缩比可以提高发动机效率并降低燃料消耗。目前，氢发动机的压缩比通常低于12.5，而传统柴油发动机的压缩比通常高于15。因此，抑制爆震对于进一步提高氢发动机的效率至关重要。
这会导致强烈的、高频的、大幅度的压力振荡，火焰以比正常情况快几倍的速度向外传播，造成严重的发动机振动。在极端情况下，爆震会产生尖锐的噪音并损坏发动机部件，显著降低发动机性能。爆震的发生对发动机极为有害，通常被称为“发动机爆震”。爆震的存在严重阻碍了发动机的正常运行和热效率的提升。为了抑制爆震，研究导致爆震的因素至关重要。
氢发动机中的爆震问题一直是研究的重点。Lai等人[16]研究了2.0升直喷涡轮增压氢发动机的爆震强度。在他们关于当量比、喷射系数（SOI）、喷射压力等参数对爆震强度影响的研究中，当量比在决定爆震强度方面起着更重要的作用。Li等人[17]、[18]对氢燃料发动机中爆震发展过程中的火焰传播特性和火焰与压力波的相互作用进行了数值研究。他们表明，爆震是由于未燃尽的尾气爆炸以及火焰与压力波之间的相互作用引起的。此外，较高的压缩比会大幅放大燃料混合比对燃烧和爆震的影响。Luo等人[19]使用计算模型研究了异常燃烧的触发机制和发生率。结果表明，在各种运行条件下，氢发动机的爆震频率高于汽油发动机。利用快速傅里叶变换进行的频谱分析显示，严重爆震产生的压力波主要沿周向传播，而轻微爆震产生的压力波则沿径向传播。
Manzoor等人[20]研究了氢气的正常燃烧和爆震燃烧。该研究在保持压缩比不变的情况下，通过改变点火正时来考察爆震倾向。结果表明，在爆震条件下，爆震点火核出现在排气阀附近，该区域的未燃温度高于其他区域，随后形成了第二个点火点，两个自燃火焰最终合并。Szwaja等人[21]在单缸发动机上进行了实验，以研究严重爆震条件。使用EGR（废气再循环）比使用贫燃混合物更有效地减少了爆震。Hong等人[22]对氢发动机进行了实验，并提出了两种爆震抑制策略。研究的第一部分分析了空气-燃料当量比对爆震的影响，第二部分引入了λ（空气-燃料比）和SOI（点火正时）的协调控制策略，第三部分采用了协调调整λ和进气可变气门正时（VVT）的方法。Kawahara等人[23]使用高速摄像机观察了由火焰前沿发展与高幅度压力波扰动共同引起的尾气自燃现象。Ye等人[24]通过数值模拟研究了燃料喷射相位对氢发动机爆震行为的影响。对于单次喷射，延迟喷射正时首先减少了爆震强度，随后又使其增加。此外，压力振荡与火焰传播之间的相互作用显著影响了局部压力，从而影响了爆震强度。Li[25]等人使用氢气作为燃料在CRF（连续可变进气）发动机中进行了爆震点火测试，指出受爆震限制的当量比主要依赖于压缩比和进气温度的变化，而点火正时的影响相对较小。Maghbouli等人[26]开发了一个综合模型，利用局部压力和局部HO2浓度的变化来识别爆震燃烧。这些关于氢发动机爆震燃烧的研究强调了发动机参数（如当量比、喷射正时、喷射位置和点火正时）对燃烧性能的显著影响。Liang等人[27]利用数值模拟探索了在压缩比为13的重型氢直喷发动机中不同当量比下的爆震燃烧机制及其优化策略。Liang等人[28]通过实验研究了气门正时和氢喷射策略对直喷氢发动机爆震的影响。他们发现，通过采用特定的气门正时和分段氢喷射比例可以有效减轻爆震强度。Lou等人[29]利用台架测试数据和模拟模型评估了影响爆震燃烧的因素，发现发动机转速的影响最大。
然而，大多数研究集中在具有传统压缩比的氢发动机爆震燃烧上，对于类似于柴油配置的高压缩比发动机的爆震行为的研究较少。此外，对于氢喷射策略对高压缩比直喷氢发动机爆震燃烧的影响也关注不足。因此，这项学术研究重点探讨了喷射策略对高压缩比氢发动机爆震燃烧的影响。
