天然气发动机按照其着火方式的不同划分，可以分为点燃式天然气发动机，压燃式天然气发动机和柴油引燃式天然气发动机。

点燃式

点燃式天然气发动机技术就是类似汽油机的工作方式，用火花塞引燃天然气混合气，其供气方式可以分为进气道内供给天然气和燃烧室内直接供给天然气，进气道供气还可分为单点供给天然气和多点供给天然气，多点供气就是在每缸的进气道单独供给，单点供气就是在进气总管供给天然气。单点供气类似于汽油机的进气道单点喷射，各缸会出现抢气导致的工作不均匀现象，因此在大型多缸天然气发动机上，多采用多点供气方式。

的燃料直接从排气系统排出，造成燃料的浪费及排放的提高。

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。

均质压燃式

在混合气着火之前，低浓度的均质混合气在燃烧室内形成，当缸内温度压缩到天然气的自燃温度以上时，均质混合气开始着火，即实现均质压燃燃烧。均质压燃燃烧的天然气发动机在工作方式上融合了点火燃烧和压燃燃烧两种燃烧方式的工作特点，混合气形成采用预混形式，燃烧采用压燃燃烧方式，并且采用质调节的方式控制负荷，将节气门去掉。由研究结果可知，均质压燃的燃烧方式适合于多种燃料，包括汽油、柴油、天然气等；天然气是气体燃料，比起汽油和柴油等液体燃料来说，能够更容易的形成成均质混合气，再加上天然气的高辛烷值，有很好的抗爆性能，因此天然气发动机可以采用相对高的压缩比，从而更容易实现压缩着火的燃烧方式。

双燃料

这类发动机大都是有柴油机改装设计，形式上会保留原柴油机上的所有装置和功能，在此基形式础上加装燃气供给装置，气、油控制和切换装置。这种发动机以天然气作为主要燃料，由压缩柴油着火引燃天然气混合气，这种发动机即可以作为纯柴油发动机使用，也可以作为天然气柴油双燃料使用，并可自主控制替代率。