往复式运动机械，将燃料（如天然气）与空气注入汽缸混合，点火引发其爆炸做功，推动活塞运动，驱动发电机发电。在高科技的引领下，脱颖而出的现代车用动力一改老旧的观念。车用动力集成涡轮增压中冷、电控高压喷射等多种技术和结构优化，欧-V发动机的最小有效比油耗低于190g/kW·h，相当于热效率44%。未来的研究重点放在废热回收利用，包括涡轮复合增压和ORC系统［3］。2009年我国的车用内燃机产量已位居世界第一，2010年车用内燃机的排放标准与国际接轨［4］。
配备燃气内燃机的发电系统如图5-2所示。
图5-2 燃气内燃机发电系统流程图
燃气内燃机通常包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机等，其中以往复活塞式内燃机最为普遍。在内燃机中，要完成一个工作循环，活塞在气缸内需要往返4个行程（即曲轴转2转），或者往返2个行程（即曲轴转1转），前者称为四冲程内燃机，后者称为二冲程内燃机。其实际动作原理分别举例介绍如下。
燃料与空气在气缸中被点燃，产生的高压气体推动活塞做功，并通过连杆将活塞的直线运动转化为曲轴的旋转运动。往复式活塞内燃机的工作过程是进气、压缩、做功、排气的不断循环，从而实现燃料化学能到机械能的转变。图5-3［5］所示的是四冲程内燃机工作原理。它形象地表示了内燃机每个工作循环所经历的4个阶段。
图5-3 燃气内燃机工作原理示意图
首先发动机将天然气与空气混合通过涡轮增压器增压后进入气缸燃烧做功，与此同时内燃机的活塞将推动连杆以带动曲轴旋转。发动机的这四个过程：进气、压缩、做功、排气也称为四个行程［6］。
（1）吸气行程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，天然气和空气的混合物进入气缸。
（2）压缩行程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩。
（3）做功行程：在压缩行程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。
（4）排气行程：当活塞到下止点稍前一点时，排气门开启，排气溢出，气缸内压力下降，活塞上行把膨胀完了的燃气排出气缸外。这样就完成一个循环，然后又重复以上过程，使发动机连续不断地运转。在四冲程内燃机内，只有一个行程做功，其余三个行程是依靠飞轮的惯性，或其他气缸工作来推动的。
在热力学过程中，二冲程和四冲程发动机没有什么不同，只不过在实现过程中有所差别。二冲程机没有四冲程机所具有的进、排气行程，仅仅反复地进行压缩和膨胀行程。在压缩行程中，由于活塞下部产生低压，把混合气吸到曲柄箱内。接着，在作功行程将结束时，当活塞越过排气口，燃气被排出，然后活塞继续下行，扫气口与曲柄箱经通道相通，此时在曲柄箱内已经压缩的混合气流入气缸，把气缸内的燃气扫出并取而代之，将其称为扫气过程。这个过程一直继续到压缩行程，直到活塞先后把扫气口和排气口遮堵住为止。在大型内燃机中，不用曲柄箱来压缩扫气空气，而是另外设置一种称为扫气泵的压缩机来压缩扫气空气。
燃气内燃机主要特点如下。
（1）规格齐全，价格低廉。市场上燃气内燃机的规格从1kW到5MW及以上都有销售，对用户来说有很大的选择余地，同样规格的燃气内燃机比燃气轮机投资低。
（2）内燃机能够根据用户需要同时输出热水和低压蒸气。(www.xing528.com)
（3）启动快。快速启动的特性使得燃气内燃机能够从停止状态很快地恢复工作，在用电高峰或紧急情况下，燃气内燃机能够很快地根据需求供电。
（4）启动耗能小。在突然停电情况下，启动燃气内燃机只需要很少的辅助电力，通常只要蓄电池就足够了。
（5）部分负荷运行性能好。因为燃气内燃机在部分负荷下运行仍能维持较高的效率，这就保证了燃气内燃机在用户不同的用电负荷情况下都能有较好的经济性。当燃气内燃机在50%负荷下运行时，其效率只比满负荷运行时低8%～10%，而燃气轮机在部分负荷下运行时，效率通常要比满负荷运行时低15%～25%。
（6）可靠性和安全性。只要适当维护，燃气内燃机的运行可靠性相当高。
（7）环保性。燃气内燃机排放的NOx相当低，环保性能优良。
燃气内燃机的不足之处：体积大，重量大；运行费用较高；噪声大，通常超过100dB；余热回收复杂，需要对烟气、气缸冷却水、中冷器三段热量进行回收；供热量小。
1）类型及特点
燃气内燃机的类型有以下几种分类方式，按燃气类型，可分为天然气机组、沼气机组、瓦斯机组；按行程数，可分为2行程、4行程。按转速，可分为低速（≤300r/min）、中速（300～1000r/min）、高速（＞1000r/min）；根据进气冲量压力，可分为自然吸气式、增压式；根据气缸排列方式，可分为直列、斜置、对斜、V形和W形。
燃气内燃机的特点［7］：设备集成度高，安装快捷；技术成熟工艺稳定，可现场大修；国产与进口机器差距有限；启动快；所需燃气压力较低；气体中的粉尘要求不高，基本不需要水；发电效率高；有缸套水。
2）性能
（1）性能参数。内燃机组热电输出特性将影响分布系统的性能，小型内燃机组的性能参数如表5-2所示。
表5-2 卡特比勒内燃机组性能参数
（续表）
由表5-2可知，内燃机组适用于较小规模的分布式系统，且排烟温度较低。
（2）余热特性。内燃机的余热分为两部分：一部分为缸套冷却水余热，是为保证燃气内燃机正常工作温度，通过冷却系统带走的热量，温度较低；另一部分为烟气余热，是燃料燃烧做功后烟气携带的热量，烟气温度基本介于微型与小型燃气轮机组之间。由于缸套冷却水温度较低，主要用于供热、可制备生活热水；烟气可用于驱动吸收式冷水机组及生产蒸气外输。
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