自上世纪30年代初第一台天然气发动机诞生至今，先后经历了3次大发展：首次大发展出现在第二次世界大战后，石油燃料十分匾乏，大都应用于战争中，为了解决燃料应用问题，此时人们想到了天然气燃料，因此固定式内燃机上大量使用天然气燃料，并且一部分车用内燃机也是用天然气，但是由于天然气储存和携带不方便，限制了其发展，在随后的三四十年内发展缓慢。
第二次大发展是在上世纪的七十年代中期，中东战争和石油危机爆发，使得石油价格暴涨，因此美国、西欧各国及日本等石油进口大国的用油成本急剧增加，另外世界上主要的石油输出国联合起来控制石油的生产、价格；使得这些国家认识到能源不能过分依赖石油，能源的多元化战略开始付诸实施。天然气此时再次被重视起来，由于其燃烧后基本不排放黑烟，被称为“绿色能源”，人们初步认识到其环保价值，天然气发动机获得了再次发展的机会。
第三次快速发展是在上世纪末和本世纪初，全球石油价格持续上涨，加上发展中国家逐步开始工业化进程，因此对能源的需求量急剧增加，从而导致国际上能源的供需矛盾日益突出，因此世界上主要发达国家的政府都大幅度的增加了对发动机代用燃料的开发和扶持力度，发动机的代用燃料技术取得了显著的进步。
近年来，世界上众多国家，例如美国、德国、日本、韩国、泰国等都相继制定了天然气动力应用的发展规划。我国相继实行了“清洁汽车”、“十城千辆”等政策，大力推广新能源汽车，使得天然气发动机在城市公交、出租车上得到的广泛的应用我国对天然气发动机的研发工作起步较晚，从上世纪八十年代开始，但发展迅速，尤其是全国开展“清洁汽车”行动后。天然气发动机未来仍将保持高速发展的态势。
天然气发动机
非均质压燃式
压燃式天然气发动机的燃料供给方式是向缸内直喷高压天然气，喷射时刻一般在上止点前，在压缩上止点前自行着火，实现扩散燃烧。由于甲烷是天然气的主要成分，其着火温度比柴油高因此为了使其可靠着火，直喷式天然气发动机一般需要助燃措施，常用的为电热塞辅助着火。使用中电热塞易于发生氧化，因此通常选用具有陶瓷外壳的内热式热面管形式的电热塞，由发电机提供能量，并且根据发动机的运转条件调节电热塞的外加电压。
压燃式高压缸内直喷的天然气发动机像柴油机一样没有节气门，因此其不存在节流损失和容积效率损失。高压天然气在压缩上止点前喷入燃烧室内，与柴油机的混合气形成方式一样，边混合边燃烧，属于扩散燃烧的范畴，因此该类型的天然气发动机可以采用相对较高的压缩比，能够获得与柴油机相当的热效率，另外可以通过控制燃料的供应量来控制发动机负荷，因此进气道供气的天然气发动机普遍存在的小负荷性能差的缺点能够得到有效的改善。
天然气发动机的点火技术包括如下几种：预燃室式火花塞点火、预燃室火花塞点火、主燃室柴油引燃着火、预燃室柴油引燃着火，如图1所示。
米勒循环通过改变气门正时来使有效膨胀过程大于有效压缩过程，使有效压缩比减小，降低压缩终点时缸内温度和压力，从而抑制排放的生成。往往是通过进气门早关和进气门晚关实现米勒循环。米勒循环必然导致进气量的减少，在应用中往往配合高增压来使用，采用高的进气压力来弥补由于气门早关或晚关导致的进气量的减少。
