天然气单燃料发动机的关键技术
a) 压缩比、燃烧室结构优化选择、设计
要充分发挥天然气燃料潜质，必须合理选择压缩比，提高发动机的热效率。燃用天然气的发动机应采用的合理压缩比在10—12左右，允许的最高压缩比可达15：l。
燃烧室的设计应有利于组织燃烧过程，使用不同挤气面积的燃烧室结构产生的NOx和NMHC排放物显著不同。为组织最佳的进气涡流与挤流运动，提高工质流动和火焰传播速度，设计了四种不同形状的燃烧室：分别为A型（弧形缩口)，B型(敞口直口)，c型(敞口)，D型(缩口)。
不同结构的燃烧室对发动机动力性能和排放有很大的影响。尤其通过数值计算和试验研究获得了兼顾动力性、经济性、排放指标和可靠性的燃烧室设计手段和方案。最终确定的燃烧室具有NOx排放物低和热效率高的特点．有利于天然气快速、充分燃烧。使经济性、排放指标大大优化。四种不同结构燃烧室截面见图所示。
b) 活塞头部改进设计
活塞头部表面进行陶瓷微氟氧化处理，避免了拉缸现象，达到减小热膨胀的要求，提高了活塞的可靠性。
c) 进、排气门座材料的优化选择
由于天然气发动机的燃料不再具有润滑气门和气门座的成份．对气门座的材料相应进行了改进、优化。进气座圈采用钴基材料，排气座圈采用镍基材料，它们具有稳定的含钴和含镍化合物．并具有铬、钨、钼等元素的硬质点，大大提高了气门座的耐高温、耐磨损、耐腐蚀性。
d) 点火系统优化
由于气体燃料与汽油的特性有较大的差异，如果点火提前角不合适，会出现热效率降低、动力性下降、燃料消耗上升、排放增多等现象。点火提前角减小，会影响动力性，点火提前角加大，又会增加NOx和HC排放量。因此，必须对燃气发动机进行点火系统优化，提高点火能量，才能获得良好的发动机性能。使用微处理器控制点火提前角，可以保证在发动机各种工况下，都能提供最佳的点火提前角。点火控制器需要在发动机运行时，不断采集各种传感器信号，得到当前发动机的转速，负荷，温度等信息，并按照一定的控制策略(如模糊控制)，获得最佳点火提前角。点火控制系统结构如图2所示。
图2 点火控制系统结构
e) 燃烧室优化 燃烧室优化的目的就是设计合适的燃烧室形状，使缸内气流运动及燃气燃料的分布相配合，以改善燃烧。
天然气发动机在燃烧初期，浴盆型燃烧室火花塞中心附近气流速度较低，因此更有利于初期稳定火核的形成。
提高压缩比可以缩短混合气的着火延迟期和主燃期，并能减少循环变动率。天然气发动机压缩比在10．5至12．0范围内比较好，开发时综合考虑发动机性价比的提高，尽量降低发动机成本的增加，将压缩比确定为11．0。