本发明涉及一种氢气发动机燃烧系统，包括一台四缸氢气发动机，具有气缸、与气缸连接的缸盖，与气缸配合的活塞，设在所述缸盖一侧的两个进气道及进气门，设在所述缸盖另一侧的两个排气道及排气门，所述活塞的顶面与缸盖的下面之间为燃烧室，还包括匹配的机械增压装置和低压冷却EGR系统；其特征是：一高压氢气喷嘴设置在缸盖一侧的两个进气道之间；一预燃室设置在缸盖的中心部位；所述机械增压装置的发动机几何压缩比为16‑18；所述气缸的直径为70mm。还涉及一种氢气发动机燃烧模式控制方法。其能够提高当前氢气发动机热效率及改善排放性能。