内燃机

是最常见的内燃机，图示的星型发动机是其中的一种，为早期飞机大量采用。]]
内燃機（，縮寫為ICE）是熱機的一種，能將燃料的化學能轉化動能。一般的實現方式为，燃料與空氣混合燃燒，產生熱能，氣體受熱膨脹，透過機械裝置轉化為機械能對外做功。内燃機有非常廣泛的應用，車輛、船舶、飛機、火箭等的引擎基本都是内燃機，其最常見的例子即為車用汽油機與柴油機。

内燃机的燃烧气体同时也是工作介质，比如汽油机中，汽油燃烧后的气体直接推动活塞做功。与此相对，燃料不作为工作介质的热机则称为外燃机，比如蒸汽机的工作介质（蒸气）并不是燃料。

能量转化原理
的往复活塞式内燃机工作过程，内燃机通过进气获得了燃料，燃烧后，通过做功行程（依靠工作介质的膨胀，推动活塞）转化为机械能，之后废气被排出，并获得新的燃料，开始下一次循环过程。]]

作为热机的一种，内燃机的能量来源是燃料燃烧产生的热，即物质蕴含的化学能先要转化为热能，再成为机械能。液体通过相态的变化（汽化）就能增加压力，而气体受热膨胀也能增大压力，因此液体和气体都理论上都可以作为工作介质使用。内燃机的工作介质多为燃料与空气混合燃烧产生的气体，在受热膨胀后，压力增大，高温高速的气体再通过一定的机械装置对外做工。对于内燃机而言，工作介质必须更换（开式循环），即排放燃烧过的气体，进入新鲜气体。。

1801年，法国化学家发明了煤气氢气内燃机，他采用煤干馏得到的煤气和氢气，与空气混合后点燃产生膨胀力推动活塞。

1862年，比利时工程师艾蒂安·勒努瓦发明以天然气为原料的二冲程卧式内燃机。

近代
在18世纪开始广泛使用的蒸汽机（为外燃机）促进了当时工业化的发展，但是其效率较低，结构笨重，与此同时，内燃机基本仍处于试验阶段。

1860年，比利时工程师艾蒂安·勒努瓦以蒸汽机为蓝本，制成了首台燃气发动机（以天然气为燃料），同时也是世界上第一台实用的内燃机，获得了专利并批量生产。尽管这台内燃机的效率仅有2%－3%，但其宣告了蒸汽时代即将结束。

德国工程师尼古拉斯·奥托在1862年－1876年间，使得燃气发动机的热效率达到了10%，这通过较高的气体热膨胀来实现。因为此发动机效率高出同期产品一倍，在1867年的巴黎博览会上荣获了最高奖。1876年，奥拓制成了“新奥托发动机”（），引入了压缩行程的概念，气体可以被压缩至2.36巴，将效率进一步提高至12%，这即为四冲程发动机的原型，即奥托循环。不过这台发动机使用煤气为燃料，阻碍了其推广。

1885年，戈特利布·戴姆勒制成了第一台汽油机，并于次年造出第一辆用汽油机驱动的汽车。

1893年鲁道夫·狄塞尔也制成了一台四冲程发动机，即世界首台柴油机。空气在压缩行程中被活塞剧烈压缩而产生高温，之后燃料被喷入气缸，随即发生自燃。通过大幅高压缩比的方法，使得效率接近了27%。不过早期的燃料都是依靠空气被喷射入气缸的，直至1922年博世开发出了机械喷射装置。

1903年，挪威工程师埃吉迪乌斯·艾林制成了一台燃气涡轮发动机，这是首台能靠燃烧产生的动力对外做功的燃气涡轮发动机，因此他也被称作燃气涡轮发动机之父。

德国工程师菲力斯·汪克尔在1929年即获得了转子发动机专利，这种特殊的活塞式发动机因此被广泛称作汪克尔发动机，但发动机的成品直到1950年代才出现。

在1930年代，英国人弗兰克·惠特尔和德国人汉斯·冯·奥海恩各自取得了涡轮喷气发动机的专利，而被认为是喷气发动机的发明人。

分类
内燃机均需要借助于燃料燃烧，根据工作原理的不同，内燃机可表现出不同的燃烧方式，或者机械能产生与利用方式的区别。内燃机具体实现的技术繁多，从工作原理上可粗略地作如下划分：（值得注意的是少量喷气发动机不是内燃机）
的往复活塞式内燃机，其工作方式即为循环燃烧。每次循环可分为如下过程：1. 进气。2. 压缩。3. 做功。4. 排气。]]

其中循环燃烧是指燃料的燃烧、做功、更换等过程都是可以从时间上区分的，内燃机总是在不断重复每一次的循环过程。而对于连续燃烧的内燃机而言，所有过程是混合在一起的，或者说时刻都在发生。

内燃机只有在作功的過程才可以產生動能，连续燃烧的内燃机隨時都有混合氣體在推動渦輪，產生動能，但單個循环燃烧的内燃机（转子发动机除外），只有在做功过程才會產生動能，其他階段不會產生動能，因此轉矩的波動較大。因此有些應用會使用多個内燃机，再用曲軸或其他機種輔助，使各内燃机做功的过程錯開，任一時間都有一内燃机在做功，可以減少轉矩的波動。

往复活塞式内燃机
汽车上最常见的汽油机与柴油机都属于往复活塞式内燃机。气缸的内空气与燃料的混合气燃烧后，高压气体推动曲柄连杆机构产生扭矩，通过曲轴对外做功，即燃料的化学能最终转化为曲轴旋转的动能。汽油机一般是点燃式发动机，燃料与空气的混合气体在压缩行程的末端被火花塞点燃，随即发生爆炸并推动活塞作往复运动；而柴油机也叫压燃式发动机，燃料一般被喷入气缸并发生自燃，自燃后的混合气体也因膨胀而推动了活塞。除了点燃和压燃这两种主要方式外，还有复合式燃烧过程，兼具点燃与压燃式内燃机的特点。不过少数使用电能、核能、太阳能等的火箭发动机不属于热机范畴，自然也就不是内燃机。

燃料
型卡车改造后可以使用木煤气作为燃料驱动]]
内燃机使用的燃料非常广泛，一般都是碳氢化合物，
*压缩天然气：作为汽车发动机的燃料有少量应用。
*生物燃料：为可再生能源，如生物柴油、二甲醚、甲烷、乙醇等均可从生物质中获取。
*氢气：一种常见的火箭发动机燃料，也是氢气车的燃料。

氧化劑
内燃机的燃料需要氧化才能產生能量，因此也需要氧化劑。最常見的氧化劑是空氣中的氧氣，好處是不需另外儲存，可以提昇功率重量比及功率體積比，在一些特別應用中會需要其他的氧化劑，可能是因為提昇功率，或是在水底或太空等沒有空氣的場合：以下是一些曾用到内燃机中，不是空氣的氧化劑。

*壓縮空氣曾用在魚雷上。
*加入一些壓縮空氣的壓縮氧氣，曾用在日製的93型魚雷，有些潛水艇會用純氧，火箭上會使用液氧。
*在一些賽車用油中會加入硝基甲烷，以提昇功率並控制燃燒。
*戰術飛機會用二氧化氮及額外的汽油來提昇瞬間的沖力，有些特種車輛及伯特·鲁坦的航天火箭也是如此。
*在二次大戰時德國曾研究用過氧化氫作為潛水艇的氧化劑，有些非核子動力的潛水艇、火箭（黑箭號運載火箭）及戰鬥機（Me 163戰鬥機）也使用過氧化氫作為氧化劑。
*氯氣及氟氣也曾在實驗室中用作内燃机的氧化劑，但沒有實務上的應用。

冷却
作为一种热机，内燃机通常需要冷却，最主要的冷却方式为风冷和水冷：内燃机的最重要排放物是二氧化碳、水汽和一些碳黑颗粒物。取决于工作状况和油气比例，内燃机还会排放一氧化碳、氮氧化物、硫化物和一些未燃烧的碳氢化合物。

噪音污染
内燃机工作时会产生显著的噪音污染。比如公路上的汽车会产生噪音，飞机飞行时也会产生喷气噪音（尤其是超音速飞机）。火箭发动机产生的噪音最大。

参考文献
外部链接
参见
*发动机
*热机
*外燃机