以可燃气体为燃料的内燃机统称为气体燃料发动机。天然气、石油气、煤气、甲烷、氢气、沼气和生物制气等多种气体均可作为气体燃料发动机的燃料。

1860年lenior制成世界上最早的以煤气为燃料的气体燃料发动机，表明人们在使用液体燃料之前，就通过实践证明了各种成分的可燃气体同样可以作为发动机的燃料。 1908年，我国上海均和安机器厂制造出了我国首台以煤气为燃料的内燃机。20世纪30年代,在意大利、俄罗斯、荷兰等天然气储存和产量较大的国家中开始发展压缩天然气(CNG，Compressed Natural Gas)和液化石油气(LPG，Liquefied Petroleum Gas)汽车及发动机。进入20世纪80年代后，气体燃料发动机的研究与开发异常活跃，气体燃料发动机的应用技术、燃烧机理和燃烧过程优化成为研究的热点。

气体燃料发动机按其使用燃料的特点分为单一气体燃料发动机和两用燃料发动机。

专门针对一种气体燃料的特性而设计制造的专用发动机，可以最大限度的发挥气体燃料的优势，多用于气源供应充足的固定场所，如油田电站，气源供应稳定的城市公交车辆，中大型生物制气发电站等。

同时兼顾液体燃料与气体燃料的特点，即可单独使用液体燃料也可单独使用气体燃料。两用燃料发动机可以方便的由现有的火花点火汽油发动机改造而实现，例如汽油-LPG或汽油-CNG等，这对于气体燃料供气系统未形成网络的地区使用两用燃料发动机尤为重要。

可以同时使用气体燃料与液体燃料,例如柴油-CNG,柴油-LPG和柴油-生物制气等。这种发动机以少量的柴油引燃进入气缸的气体燃料。气体燃料发动机按其混合物的着火方式可分为两类：

点燃式

单一气体燃料发动机和两用燃料发动机，由点火系统的火花塞点燃。在将柴油机改装为单一气体燃料发动机时，需要增加点火系统，并同时降低压缩比，避免气体燃烧时产生爆燃现象。

压燃式

可燃气与空气进入气缸后在压缩阶段均匀混合，混合气依靠喷入气缸的少量柴油自燃放出的热量引燃。双燃料发动机根据工况按比例调节引燃油量和进气量，也可单独使用柴油。

与点燃式发动机相比，压燃式双燃料发动机具有以下优点：

（1）保持了柴油机的高压缩比，热效率高，燃料经济性好；

（2）引燃柴油所释放的能量大大高于火花点火的能量，有利于保证气体燃料着火稳定，避免失火，双燃料发动机的循环变动也较点燃式发动机小；

（3）引燃柴油可形成多个点火源，加快气体燃料的火焰传播速度，提高动力性，能够在较宽的空燃比范围内工作，可实现较稀薄的燃烧；

（4）柴油机结构的改动小，各部件与原机型之间具有良好的互换性，从而降低了制造和配套成本，使用和维修比较方便；

（5）可双燃料运行，也可在气体燃料成本较高或短缺时纯柴油工作。

使用气体燃料除了能替代石油燃料缓解能源危机，降低石油燃料对环境造成的污染外还具有以下特点：

（1）由于气体燃料的使用，使得气缸内积碳减少，减小发动机磨损，从而延长了发动机的寿命；

（2）与使用液体燃料不同，不需要精密的喷油设备或雾化装置；

（3）能与空气很好的混合，各缸间分配较均匀，并能进行较充分的燃烧，有利于组织稀混合气的燃烧；

（4）形成混合气时，气体燃料占有一定的体积，减小了进入气缸的新鲜空气量，对发动机的动力性有不利的影响；

（5）由于气体燃料的成分、气量及压力不稳定，需对混合气的调节控制系统进行精心的设计。