天然气与空气混合形成的可燃气体混合物具有较宽的着火极限。一般其过剩空气系数的变化范围通常为0.6-1.8天然气发动机哪家好，即实际风量和理论所需风量可以大大改变可燃气体的浓度。根据空燃比，有两种类型的发动机：
首先是按理论空燃比混合的天然气发动机。在理论空燃比下，氮氧化物的排放量接近峰值，而未燃碳氢化合物的排放量相对较低。使用三元催化转化器可以将氮氧化物和碳氢化合物的排放量降至非常低的水平。这种类型的发动机需要在低 BMEP 下运行，因为它在爆震区附近运行。此外，按理论空燃比混合的可燃混合气燃烧迅速天然气发动机哪家好，缸内温度较高，导致排气温度较高。这会导致更大的热应力，从而影响零件的耐用性。
对于稀燃天然气发动机，对于火花点火发动机，当过量空气系数为1.1时，氮氧化物最大，因为此时火焰传播速度较大，而气缸内的温度和压力上升最快。随着过量空气系数的进一步增加，可燃混合物的浓度降低，火焰传播速度降低，缸内温度降低，氮氧化物的排放量减少。对于稀燃天然气发动机，过量空气系数一般在1.4到1.7之间，可以有效减少排放。由于富氧环境，一氧化碳也能达到更好的氧化作用，同时排气温度显着降低，其他发动机部件的气门寿命和耐用性也得到提高。稀燃天然气发动机的满负荷热效率通常与柴油发动机相当，甚至更高。然而，天然气发动机的稀薄燃烧也面临着一些困难，例如对失火和爆震敏感。使用后处理的三元催化剂时，转化效率会降低，尤其是碳氧化物，需要更好的氧化催化剂，成本更高。