เครื่องยนต์สันดาปภายใน ( ICEหรือIC engine ) คือเครื่องยนต์ความร้อนที่การเผาไหม้เชื้อเพลิงเกิดขึ้นพร้อมกับตัวออกซิไดเซอร์ (โดยปกติคืออากาศ) ในห้องเผาไหม้ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ วงจรการไหล ของของเหลวทำงานในเครื่องยนต์สันดาปภายใน การขยายตัวของ ก๊าซที่มี อุณหภูมิ สูง และความดัน สูงที่เกิดจากการเผาไหม้จะส่ง แรงโดยตรงไปยังส่วนประกอบต่างๆ ของเครื่องยนต์ แรงนี้มักจะส่งไปยังลูกสูบ ( เครื่องยนต์ลูกสูบ ) ใบพัดกังหัน ( กังหันก๊าซ ) โรเตอร์ (เครื่องยนต์แวนเคล)หรือหัวฉีด ( เครื่องยนต์ไอพ่น ) แรงนี้จะทำให้ส่วนประกอบเคลื่อนที่ไปในระยะทางหนึ่ง กระบวนการนี้จะเปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานจลน์ซึ่งใช้ในการขับเคลื่อน เคลื่อนย้าย หรือให้พลังงานแก่สิ่งใดก็ตามที่เครื่องยนต์นั้นเชื่อมต่ออยู่

เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์เครื่องแรกถูกประดิษฐ์ขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 เครื่องยนต์สันดาปภายในสมัยใหม่เครื่องแรกคือเครื่องยนต์ออตโตซึ่งได้รับการออกแบบในปี 1876 โดยวิศวกรชาวเยอรมันนิโคลาอุส ออตโต^{[ 1 ]}คำว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในโดยทั่วไปหมายถึงเครื่องยนต์ที่มีการเผาไหม้แบบไม่ต่อเนื่องเช่น เครื่องยนต์ลูกสูบ สองจังหวะและสี่จังหวะ ที่คุ้นเคยกันดี รวมถึงแบบต่างๆ เช่น เครื่องยนต์ลูกสูบ หกจังหวะและเครื่องยนต์โรตารี่แวนเคลเครื่องยนต์สันดาปภายในประเภทที่สองใช้การเผาไหม้แบบต่อเนื่อง ได้แก่กังหันก๊าซเครื่องยนต์เจ็ทและเครื่องยนต์จรวด ส่วนใหญ่ ซึ่งแต่ละชนิดเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในตามหลักการเดียวกันกับที่ได้อธิบายไว้ก่อนหน้านี้^{[ 1 ] [ 2 ]}ในทางตรงกันข้าม ในเครื่องยนต์สันดาปภายนอกเช่น เครื่องยนต์ ไอน้ำหรือเครื่องยนต์สเตอร์ลิงพลังงานจะถูกส่งไปยังของเหลวทำงานที่ไม่ประกอบด้วย ผสมกับ หรือปนเปื้อนด้วยผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ สารทำงานสำหรับ เครื่องยนต์สันดาป ภายนอกได้แก่ อากาศ น้ำร้อนน้ำแรงดันสูงหรือแม้แต่โซเดียมเหลวที่ให้ความร้อนจากหม้อไอน้ำ

แม้ว่าจะมีการใช้งานแบบอยู่กับที่มากมาย แต่เครื่องยนต์สันดาป ภายในส่วนใหญ่ใช้ในแอปพลิเคชันเคลื่อนที่ และเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับยานพาหนะเช่นรถยนต์เครื่องบินและเรือเครื่องยนต์สันดาปภายในมักใช้ เชื้อเพลิง ไฮโดรคาร์บอนเช่นก๊าซธรรมชาติน้ำมันเบนซินน้ำมันดีเซลหรือเอทานอลเชื้อเพลิงหมุนเวียนเช่นไบโอดีเซลใช้ในเครื่องยนต์จุดระเบิดแบบอัด (CI) และ ไบ โอเอทานอลหรือETBE (เอทิลเทอร์ท-บิวทิลอีเทอร์) ที่ผลิตจากไบโอเอทานอล ใช้ในเครื่องยนต์จุดระเบิดแบบประกายไฟ (SI) ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1900 รูดอล์ฟ ดีเซล ผู้ประดิษฐ์เครื่องยนต์ดีเซล ใช้น้ำมันถั่วลิสงในการขับเคลื่อนเครื่องยนต์ของเขา^{[ 3 ]}เชื้อเพลิงหมุนเวียนมักผสมกับเชื้อเพลิงฟอสซิล ไฮโดรเจนซึ่งใช้น้อยมาก สามารถได้มาจากเชื้อเพลิงฟอสซิลหรือพลังงานหมุนเวียน

นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรหลายคนมีส่วนร่วมในการพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปภายใน ในปี 1791 จอห์น บาร์เบอร์ได้พัฒนาเครื่องกังหันแก๊สในปี 1794 โทมัส มีด ได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์แก๊สและในปีเดียวกันนั้น โรเบิร์ต สตรีท ได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์สันดาปภายใน ซึ่งเป็นเครื่องยนต์เครื่องแรกที่ใช้เชื้อเพลิงเหลวและสร้างเครื่องยนต์ขึ้นในช่วงเวลานั้น ในปี 1798 จอห์น สตีเวนส์ได้สร้างเครื่องยนต์สันดาปภายในเครื่องแรกของอเมริกา ในปี 1807 วิศวกรชาวฝรั่งเศสนิเซฟอร์ นิเอปซ์ (ผู้ซึ่งต่อมาได้คิดค้นการถ่ายภาพ ) และโคลด นิเอปซ์ได้ทดลองใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในต้นแบบ โดยใช้การระเบิดของฝุ่นที่ควบคุมได้ เรียกว่า ไพรี โอโลฟอร์ ซึ่งได้รับสิทธิบัตรจากนโปเลียน โบนาปาร์ตเครื่องยนต์นี้ใช้ขับเคลื่อนเรือใน แม่น้ำ ซาโอเนในฝรั่งเศส^{[ 4 ] [ 5 ]}ในปีเดียวกันนั้นวิศวกรชาวสวิส ฟรองซัวส์ ไอแซค เดอ ริวาซ์ได้คิดค้นเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง โดยจุดระเบิดด้วยประกายไฟไฟฟ้า ในปี พ.ศ. 2351 เดอ ริวาซ ได้นำสิ่งประดิษฐ์ของเขาไปใช้กับยานพาหนะใช้งานแบบดั้งเดิม ซึ่งก็คือ "รถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายในคันแรกของโลก" ^{[ 6 ]}ในปี พ.ศ. 2466 ซามูเอล บราวน์ได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์สันดาปภายในเครื่องแรกที่นำไปใช้ในอุตสาหกรรม

ในปี ค.ศ. 1854 ในสหราชอาณาจักร นักประดิษฐ์ชาวอิตาลีEugenio BarsantiและFelice Matteucciได้รับการรับรองว่า "การได้มาซึ่งพลังงานขับเคลื่อนโดยการระเบิดของก๊าซ" ในปี ค.ศ. 1857 สำนักงานสิทธิบัตรตราประทับใหญ่ได้มอบสิทธิบัตรหมายเลข 1655 ให้แก่พวกเขาสำหรับการประดิษฐ์ "อุปกรณ์ปรับปรุงสำหรับการได้มาซึ่งพลังงานขับเคลื่อนจากก๊าซ" ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} Barsanti และ Matteucci ได้รับสิทธิบัตรอื่น ๆ สำหรับสิ่งประดิษฐ์เดียวกันในฝรั่งเศส เบลเยียม และปีเอมอนต์ ระหว่างปี ค.ศ. 1857 ถึง 1859 ^{[ 11 ] [ 12 ]}ในปี ค.ศ. 1860 วิศวกรชาวเบลเยียมJean Joseph Etienne Lenoirได้ผลิตเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิง^{[ 13 ]}ในปี ค.ศ. 1864 Nicolaus Ottoได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์ก๊าซบรรยากาศเครื่องแรก ในปี ค.ศ. 1872 จอร์จ เบรย์ตัน ชาวอเมริกัน ได้ประดิษฐ์เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบใช้เชื้อเพลิงเหลวเชิงพาณิชย์เครื่องแรก ในปี ค.ศ. 1876 นิโคเลาส์ ออตโตเริ่มทำงานร่วมกับก็อตต์ลีบ ไดม์เลอร์และวิลเฮล์ม มายบัคและจดสิทธิบัตรเครื่องยนต์แบบอัดอากาศสี่จังหวะ ในปี ค.ศ. 1879 คาร์ล เบนซ์ จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์เบนซิน สองจังหวะ ที่ เชื่อถือได้ต่อมาในปี ค.ศ. 1886 เบนซ์เริ่มการผลิตรถยนต์เชิงพาณิชย์ครั้งแรกด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายใน โดยที่เครื่องยนต์สี่จังหวะสามล้อและแชสซีประกอบเป็นหน่วยเดียวกัน^{[ 14 ]}ในปี ค.ศ. 1892 รูดอล์ฟ ดีเซลพัฒนาเครื่องยนต์แบบอัดอากาศจุดระเบิดด้วยการอัดอากาศเครื่องแรก ในปี ค.ศ. 1926 ^โรเบิร์ต ก็อดดาร์ดปล่อยจรวดเชื้อเพลิงเหลวลำแรก ในปี ค.ศ. 1939 เครื่องบินไฮน์เคล เฮ 178 กลายเป็น เครื่องบินเจ็ทลำแรกของโลก[ ^{15 ]}

ในอดีต คำว่าengine (มาจากภาษาฝรั่งเศสโบราณซึ่งมาจากภาษาละตินingeniumแปลว่า "ความสามารถ") หมายถึงเครื่องจักร ใดๆ ก็ตาม ซึ่งความหมายนี้ยังคงปรากฏอยู่ในสำนวนต่างๆ เช่นsiege engineส่วนคำว่า "motor" (มาจากภาษาละตินmotorแปลว่า "ตัวขับเคลื่อน") คือเครื่องจักรใดๆ ก็ตามที่ผลิตกำลัง เชิงกล ตามธรรมเนียมแล้วมอเตอร์ไฟฟ้าจะไม่ถูกเรียกว่า "engines" แต่เครื่องยนต์สันดาปมักถูกเรียกว่า "motors" (ส่วนคำว่าelectric engineหมายถึงหัวรถจักรที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า)

ในการเดินเรือ เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ติดตั้งอยู่ในตัวเรือเรียกว่าเครื่องยนต์ แต่เครื่องยนต์ที่ติดตั้งอยู่บนท้ายเรือเรียกว่ามอเตอร์^{[ 16 ]}

เครื่องยนต์ลูกสูบแบบเคลื่อนที่ขึ้นลงเป็นแหล่งพลังงานที่พบได้บ่อยที่สุดสำหรับยานพาหนะ บนบกและ ใน น้ำ รวมถึงรถยนต์รถจักรยานยนต์เรือและในระดับที่น้อยกว่าคือหัวรถจักร(บางรุ่นใช้ไฟฟ้า แต่ส่วนใหญ่ใช้เครื่องยนต์ดีเซล^{[ 17 ] [ 18 ]} ) เครื่องยนต์โรตารี่แบบ Wankel ใช้ในรถยนต์ เครื่องบิน และรถจักรยานยนต์บางรุ่น ซึ่งโดยรวมแล้วเรียกว่ายานพาหนะเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICEV) ^{[ 19 ]}

ในกรณีที่ต้องการอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักสูง เครื่องยนต์สันดาปภายในจะปรากฏในรูปแบบของกังหันเผาไหม้หรือบางครั้งก็เป็นเครื่องยนต์แวนเคลเครื่องบินที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์มักใช้เครื่องยนต์สันดาปภายใน ซึ่งอาจเป็นเครื่องยนต์ลูกสูบ เครื่องบินอาจใช้เครื่องยนต์เจ็ทแทนและเฮลิคอปเตอร์อาจใช้เครื่องยนต์เทอร์โบชาฟต์ แทน ซึ่งทั้งสองอย่างเป็นประเภทของกังหัน นอกจากจะให้แรงขับเคลื่อนแล้ว เครื่องบินอาจใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในแยกต่างหากเป็นหน่วยพลังงานเสริม เครื่องยนต์แวนเคลถูกติดตั้งใน ยานบินไร้คนขับหลาย ลำ

เครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICE) ขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่จ่ายพลังงานให้กับโครงข่ายไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้วจะอยู่ในรูปของกังหันเผาไหม้ซึ่งมีกำลังไฟฟ้าประมาณ 100 เมกะวัตต์โรงไฟฟ้าแบบวงจรผสมใช้ไอเสียอุณหภูมิสูงในการต้มและเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำเพื่อขับเคลื่อนกังหันไอน้ำดังนั้นประสิทธิภาพจึงสูงกว่า เนื่องจากสามารถดึงพลังงานจากเชื้อเพลิงได้มากกว่าที่ได้จากเครื่องยนต์สันดาปภายในเพียงอย่างเดียว โรงไฟฟ้าแบบวงจรผสมมีประสิทธิภาพอยู่ในช่วง 50-60% ในขนาดที่เล็กกว่านั้นเครื่องยนต์ แบบอยู่กับที่เช่นเครื่องยนต์แก๊สหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลจะถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานสำรองหรือเพื่อจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับพื้นที่ที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า

เครื่องยนต์ขนาดเล็ก (โดยทั่วไปคือเครื่องยนต์เบนซิน2 จังหวะสูบเดียว ) เป็นแหล่งพลังงานที่ใช้กันทั่วไปสำหรับ เครื่องตัดหญ้าเครื่องเล็มหญ้า เลื่อยยนต์ เครื่องเป่าใบไม้เครื่องฉีดน้ำแรงดันสูงรถบังคับวิทยุรถสโนว์โมบิลเจ็ทสกีเครื่องยนต์ เรือจักรยานยนต์ขนาด เล็ก และรถจักรยานยนต์

มีหลายวิธีที่เป็นไปได้ในการจำแนกประเภทเครื่องยนต์สันดาปภายใน

เรียงตามจำนวนจังหวะ:

• เครื่องยนต์สองจังหวะ
  • วงจรเสมียน^{[ 20 ]}
  • วงจรกลางวัน
• เครื่องยนต์สี่จังหวะ ( วัฏจักรโอโต )
• เครื่องยนต์หกจังหวะ

จำแนกตามประเภทของการจุดระเบิด:

• เครื่องยนต์จุดระเบิดแบบอัด
• เครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟ (โดยทั่วไปพบในรูปแบบเครื่องยนต์เบนซิน )

โดยวงจรเชิงกล/เทอร์โมไดนามิก (วงจรเหล่านี้ไม่ค่อยได้ใช้ แต่พบได้ทั่วไปในรถยนต์ไฮบริดรวมถึงรถยนต์อื่นๆ ที่ผลิตขึ้นเพื่อประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง^{[ 21 ]} ):

• วงจรแอตคินสัน
• วงจรมิลเลอร์

• เครื่องยนต์แวนเคล
• เครื่องยนต์โรตารี่ไร้ลูกสูบ

• เครื่องยนต์ กังหันแก๊ส
  • เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ตผ่านหัวฉีดขับเคลื่อน
  • พัดลมเทอร์โบผ่านพัดลมท่อ
  • เครื่องบินเทอร์โบพร็อปใช้ใบพัดแบบไม่มีท่อหุ้ม โดยปกติจะมีระยะพิทช์ปรับได้
  • เครื่องยนต์ เทอร์โบชาฟต์คือกังหันก๊าซที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างแรงบิดเชิงกลแทนที่จะเป็นแรงขับ
• แรมเจ็ต [ ^{22 ] คล้าย}กับเทอร์โบเจ็ต แต่ใช้ความเร็วของยานพาหนะเพื่ออัด (แรม) อากาศแทนที่จะใช้คอมเพรสเซอร์
• เครื่องยนต์สแครมเจ็ต (Scramjet)คือเครื่องยนต์แรมเจ็ตแบบหนึ่งที่ใช้การเผาไหม้แบบความเร็วเหนือเสียง
• เครื่องยนต์จรวด

ฐานของเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบคือบล็อกเครื่องยนต์ซึ่งโดยทั่วไปทำจากเหล็กหล่อ (เนื่องจากทนต่อการสึกหรอได้ดีและต้นทุนต่ำ) ^{[ 23 ]}หรืออลูมิเนียมในกรณีหลังนี้ ปลอกกระบอกสูบทำจากเหล็กหล่อหรือเหล็กกล้า^{[ 24 ]}หรือเคลือบด้วยวัสดุเช่นนิกาซิลหรืออลูซิลบล็อกเครื่องยนต์ประกอบด้วยกระบอกสูบในเครื่องยนต์ที่มีกระบอกสูบมากกว่าหนึ่งกระบอก มักจะจัดเรียงเป็นแถวเดียว ( เครื่องยนต์แบบตรง ) หรือ 2 แถว ( เครื่องยนต์แบบบ็อกเซอร์หรือเครื่องยนต์แบบตัววี ) บางครั้งก็ใช้ 3 หรือ 4 แถว ( เครื่องยนต์แบบตัววี ) ในเครื่องยนต์รุ่นใหม่ และการกำหนดค่าเครื่องยนต์ อื่นๆ ก็เป็นไปได้และเคยใช้มาแล้วเครื่องยนต์แบบกระบอกสูบเดียว (หรือเครื่องยนต์แบบสูบ เดียว ) เป็นเรื่องปกติสำหรับรถจักรยานยนต์และเครื่องยนต์ขนาดเล็กอื่นๆ ที่พบในเครื่องจักรเบา ด้านนอกของกระบอกสูบจะมีช่องทางที่บรรจุของเหลวหล่อเย็นหล่ออยู่ในบล็อกเครื่องยนต์ ในขณะที่ในเครื่องยนต์สำหรับงานหนักบางรุ่น ช่องทางเหล่านี้เป็นแบบปลอกกระบอกสูบที่ถอดเปลี่ยนได้^{[ 23 ]}เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยน้ำมีช่องทางในบล็อกเครื่องยนต์ที่ของเหลวหล่อเย็นไหลเวียน ( เสื้อสูบน้ำ ) เครื่องยนต์ขนาดเล็กบางรุ่นระบายความร้อนด้วยอากาศ และแทนที่จะมีเสื้อสูบน้ำ บล็อกกระบอกสูบจะมีครีบยื่นออกมาเพื่อระบายความร้อนของเครื่องยนต์โดยการถ่ายเทความร้อนไปยังอากาศโดยตรง ผนังกระบอกสูบมักจะถูกขัดให้เรียบเพื่อให้ได้พื้นผิวเป็นลายขวางซึ่งสามารถกักเก็บน้ำมันได้มากขึ้น พื้นผิวที่หยาบเกินไปจะทำให้เครื่องยนต์เสียหายอย่างรวดเร็วเนื่องจากการสึกหรอของลูกสูบมากเกินไป

ลูกสูบ เป็น ชิ้นส่วนทรงกระบอกสั้นที่ปิดปลายด้านหนึ่งของกระบอกสูบจากแรงดันสูงของอากาศอัดและผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ และเลื่อนไปมาอย่างต่อเนื่องภายในกระบอกสูบขณะที่เครื่องยนต์ทำงาน ในเครื่องยนต์ขนาดเล็ก ลูกสูบทำจากอะลูมิเนียม ในขณะที่ในเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ ลูกสูบมักทำจากเหล็กหล่อ^{[ 23 ]}ในการใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพสูง ลูกสูบอาจทำจากไทเทเนียมหรือเหล็กกล้าตีขึ้นรูปเพื่อความแข็งแรงที่มากขึ้น พื้นผิวด้านบนของลูกสูบเรียกว่าหัวลูกสูบและโดยทั่วไปจะมีลักษณะแบนหรือเว้า เครื่องยนต์สองจังหวะบางรุ่นใช้ลูกสูบที่มีหัวเบี่ยงลูกสูบเปิดที่ด้านล่างและกลวง ยกเว้นโครงสร้างเสริมแรงในตัว (เว็บลูกสูบ) เมื่อเครื่องยนต์ทำงาน แรงดันก๊าซในห้องเผาไหม้จะออกแรงกระทำต่อหัวลูกสูบ ซึ่งจะถูกส่งผ่านเว็บไปยังสลักลูกสูบลูกสูบแต่ละตัวมีแหวนติดตั้งอยู่รอบเส้นรอบวง ซึ่งส่วนใหญ่จะป้องกันไม่ให้ก๊าซรั่วไหลเข้าไปในห้องข้อเหวี่ยงหรือน้ำมันเข้าไปในห้องเผาไหม้^{[ 25 ]}ระบบระบายอากาศจะขับก๊าซปริมาณเล็กน้อยที่หลุดผ่านลูกสูบในระหว่างการทำงานปกติ (ก๊าซที่รั่วไหล) ออกจากห้องข้อเหวี่ยง เพื่อไม่ให้สะสมปนเปื้อนน้ำมันและทำให้เกิดการกัดกร่อน^{[ 23 ]}ในเครื่องยนต์เบนซินสองจังหวะ ห้องข้อเหวี่ยงเป็นส่วนหนึ่งของทางเดินอากาศ-เชื้อเพลิง และเนื่องจากการไหลอย่างต่อเนื่อง เครื่องยนต์สองจังหวะจึงไม่จำเป็นต้องมีระบบระบายอากาศห้องข้อเหวี่ยงแยกต่างหาก

ฝาสูบยึดติดกับบล็อกเครื่องยนต์ด้วยสลักเกลียวหรือแกนยึด จำนวนมาก ฝาสูบมีหน้าที่หลายอย่าง ฝาสูบทำหน้าที่ปิดผนึกกระบอกสูบด้านตรงข้ามกับลูกสูบ ประกอบด้วยท่อสั้นๆ ( พอร์ต ) สำหรับไอดีและไอเสีย และวาล์ว ไอดีที่เกี่ยวข้อง ซึ่งเปิดเพื่อให้อากาศบริสุทธิ์เข้าไปในกระบอกสูบ และวาล์วไอเสียซึ่งเปิดเพื่อให้ก๊าซจากการเผาไหม้ระบายออก วาล์วมักจะเป็นวาล์วแบบป๊อปเป็ต^{[ 26 ] [ 27 ]}แต่ก็อาจเป็นวาล์วแบบโรตารี่^{[ 28 ]}หรือวาล์วแบบปลอก [ ^{26 ] อย่างไรก็ตาม}เครื่องยนต์ 2 จังหวะแบบกวาดห้องข้อเหวี่ยงจะเชื่อมต่อพอร์ตก๊าซโดยตรงกับผนังกระบอกสูบโดยไม่มีวาล์วป๊อปเป็ต ลูกสูบจะควบคุมการเปิดและปิดแทน ฝาสูบยังยึดหัวเทียนในกรณีของเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟ และหัวฉีดสำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้ระบบฉีดเชื้อเพลิงโดยตรง เครื่องยนต์ CI (การจุดระเบิดด้วยการอัด) ทั้งหมดใช้ระบบฉีดเชื้อเพลิง โดยปกติจะเป็นระบบฉีดโดยตรง แต่บางเครื่องยนต์ก็ใช้ระบบฉีดทางอ้อมแทน เครื่องยนต์ SI (จุดระเบิดด้วยประกายไฟ) สามารถใช้คาร์บูเรเตอร์หรือระบบฉีดเชื้อเพลิงแบบพอร์ตอินเจคชั่นหรือแบบฉีดตรงได้ เครื่องยนต์ SI ส่วนใหญ่มีหัวเทียน 1 หัวต่อกระบอกสูบ แต่บางรุ่นก็มี 2หัวปะเก็นฝาสูบช่วยป้องกันการรั่วไหลของก๊าซระหว่างฝาสูบและเสื้อสูบ การเปิดและปิดของวาล์วถูกควบคุมโดยเพลาลูกเบี้ยวและสปริงหนึ่งหรือหลายตัว หรือในบางเครื่องยนต์ อาจ ใช้ กลไกแบบเดสโมโดรมิกที่ไม่ใช้สปริง เพลาลูกเบี้ยวอาจกดก้านวาล์วโดยตรง หรืออาจกระทำต่อแขนโยกวาล์วซึ่งอาจเกิดขึ้นโดยตรงหรือผ่านก้านดันวาล์วก็ได้

ห้องข้อเหวี่ยงถูกปิดผนึกที่ด้านล่างด้วยอ่างน้ำมันที่รวบรวมน้ำมันที่ไหลลงมาในระหว่างการทำงานปกติเพื่อนำกลับมาหมุนเวียนอีกครั้ง ช่องว่างที่เกิดขึ้นระหว่างบล็อกกระบอกสูบและอ่างน้ำมันเป็นที่อยู่ของเพลาข้อเหวี่ยงซึ่งแปลงการเคลื่อนที่แบบไป-กลับของลูกสูบเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุน เพลาข้อเหวี่ยงถูกยึดไว้กับบล็อกเครื่องยนต์ด้วยแบริ่งหลักซึ่งช่วยให้มันหมุนได้ แผ่นกั้นในห้องข้อเหวี่ยงเป็นครึ่งหนึ่งของแบริ่งหลักแต่ละตัว อีกครึ่งหนึ่งเป็นฝาครอบที่ถอดได้ ในบางกรณี อาจใช้ แผ่นแบริ่งหลัก เพียง แผ่นเดียวแทนที่จะใช้ฝาครอบขนาดเล็กหลายแผ่น ก้าน สูบเชื่อมต่อกับส่วนที่เยื้องศูนย์ของเพลาข้อเหวี่ยง ( สลักข้อเหวี่ยง ) ที่ปลายด้านหนึ่งและกับลูกสูบที่ปลายอีกด้านหนึ่งผ่านสลักลูกสูบ จึงถ่ายทอดแรงและแปลงการเคลื่อนที่แบบไป-กลับของลูกสูบเป็นการเคลื่อนที่แบบวงกลมของเพลาข้อเหวี่ยง ปลายของก้านสูบที่ติดกับสลักลูกสูบเรียกว่าปลายเล็ก และปลายอีกด้านหนึ่งที่เชื่อมต่อกับเพลาข้อเหวี่ยงเรียกว่าปลายใหญ่ ปลายใหญ่มีส่วนที่ถอดแยกได้ครึ่งหนึ่ง เพื่อให้สามารถประกอบเข้ากับเพลาข้อเหวี่ยงได้ โดยยึดติดกับก้านสูบด้วยสลักเกลียวที่ถอดได้

ฝาสูบมีท่อร่วมไอดีและท่อร่วมไอเสียที่ต่ออยู่กับพอร์ตที่เกี่ยวข้อง ท่อร่วมไอดีเชื่อมต่อโดยตรงกับกรองอากาศหรือกับคาร์บูเรเตอร์ (ถ้ามี) ซึ่งจากนั้นจะเชื่อมต่อกับกรองอากาศ อีกที ท่อร่วมไอดีจะกระจายอากาศที่เข้ามาจากอุปกรณ์เหล่านี้ไปยังกระบอกสูบแต่ละกระบอก ท่อร่วมไอเสียเป็นส่วนประกอบแรกในระบบไอเสียมันรวบรวมก๊าซไอเสียจากกระบอกสูบและส่งไปยังส่วนประกอบถัดไปในเส้นทาง ระบบไอเสีย ของ เครื่องยนต์สันดาป ภายในอาจรวมถึงตัวแปลงไอเสียและท่อเก็บเสียงด้วยส่วนสุดท้ายในเส้นทางของก๊าซไอเสียคือท่อไอเสีย

จุดศูนย์ตายบน (TDC) ของลูกสูบคือตำแหน่งที่ลูกสูบอยู่ใกล้กับวาล์วมากที่สุดจุดศูนย์ตายล่าง (BDC) คือตำแหน่งตรงกันข้ามที่ลูกสูบอยู่ไกลจากวาล์วมากที่สุดจังหวะคือการเคลื่อนที่ของลูกสูบจาก TDC ไปยัง BDC หรือในทางกลับกัน พร้อมกับกระบวนการที่เกี่ยวข้อง ในขณะที่เครื่องยนต์ทำงาน เพลาข้อเหวี่ยงจะหมุนอย่างต่อเนื่องด้วยความเร็ว คงที่เกือบตลอด เวลา ในเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบ 4 จังหวะ ลูกสูบแต่ละตัวจะเคลื่อนที่ 2 จังหวะต่อการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง 1 รอบ ตามลำดับต่อไปนี้ เริ่มต้นคำอธิบายที่ TDC ได้แก่: ^{[ 29 ] [ 30 ]}

1. การดูดอากาศเข้า หรือ การเหนี่ยวนำ: วาล์วดูดอากาศเปิดออกเนื่องจากแคมลูกเบี้ยวไปกดลงบนก้านวาล์ว ลูกสูบเคลื่อนที่ลง ทำให้ปริมาตรของห้องเผาไหม้เพิ่มขึ้น และอากาศจะเข้าไปในห้องเผาไหม้ในกรณีของเครื่องยนต์ดีเซล หรือส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงในกรณีของเครื่องยนต์เบนซินที่ไม่ใช้ระบบฉีดตรงอากาศหรือส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงนี้เรียกว่า " ประจุ"ในทุกกรณี
2. การอัด: ในจังหวะนี้ วาล์วทั้งสองปิดสนิท และลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นด้านบน ทำให้ปริมาตรห้องเผาไหม้ลดลง จนถึงค่าต่ำสุดเมื่อลูกสูบอยู่ที่จุดสูงสุด (TDC) ลูกสูบทำงานกับส่วนผสมของเชื้อเพลิงขณะที่ถูกอัด ส่งผลให้ความดัน อุณหภูมิ และความหนาแน่นเพิ่มขึ้น พฤติกรรมนี้สามารถประมาณได้ด้วยกฎของก๊าซในอุดมคติก่อนที่ลูกสูบจะถึงจุดสูงสุด (TDC) การจุดระเบิดจะเริ่มต้นขึ้น ในกรณีของเครื่องยนต์ SI หัวเทียนจะได้รับพัลส์แรงดันสูงที่สร้างประกายไฟ ซึ่งเป็นที่มาของชื่อ และจุดระเบิดส่วนผสมของเชื้อเพลิง ในกรณีของเครื่องยนต์ดีเซล หัวฉีดเชื้อเพลิงจะฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้อย่างรวดเร็วเป็นละออง เชื้อเพลิงจะจุดระเบิดเนื่องจากอุณหภูมิสูง
3. จังหวะการทำงานหรือจังหวะกำลัง: แรงดันของก๊าซจากการเผาไหม้จะดันลูกสูบลง ทำให้เกิดพลังงานจลน์ มากกว่า ที่จำเป็นในการอัดเชื้อเพลิง ในขณะเดียวกันกับจังหวะการอัด ก๊าซจากการเผาไหม้จะขยายตัว ส่งผลให้อุณหภูมิ ความดัน และความหนาแน่นลดลง เมื่อลูกสูบอยู่ใกล้จุดต่ำสุด (BDC) วาล์วไอเสียจะเปิด ในจังหวะระบายแรงดัน ก๊าซ จาก การเผาไหม้ จะขยาย ตัวอย่างถาวรเนื่องจากแรงดันที่เหลืออยู่ ซึ่งมากกว่าแรงดันย้อนกลับ (แรงดันเกจที่พอร์ตไอเสีย)
4. การระบายไอเสีย: วาล์วไอเสียจะเปิดอยู่ขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นเพื่อระบายก๊าซจากการเผาไหม้ สำหรับเครื่องยนต์แบบดูดอากาศเองตามธรรมชาติ ก๊าซจากการเผาไหม้บางส่วนอาจยังคงอยู่ในกระบอกสูบในระหว่างการทำงานปกติ เนื่องจากลูกสูบไม่ได้ปิดห้องเผาไหม้สนิท ก๊าซเหล่านี้จะละลายไปกับส่วนผสมของเชื้อเพลิงในรอบถัดไป เมื่อสิ้นสุดจังหวะนี้ วาล์วไอเสียจะปิด วาล์วไอดีจะเปิด และลำดับจะซ้ำในรอบถัดไป วาล์วไอดีอาจเปิดก่อนที่วาล์วไอเสียจะปิดเพื่อให้การระบายไอเสียมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ลักษณะเด่นของเครื่องยนต์ประเภทนี้คือ ลูกสูบแต่ละตัวจะหมุนครบหนึ่งรอบในทุกๆ การหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง กระบวนการทั้ง 4 อย่าง ได้แก่ การดูด การอัด การเผาไหม้ และการปล่อยไอเสีย เกิดขึ้นในเพียง 2 จังหวะเท่านั้น ดังนั้นจึงไม่สามารถกำหนดจังหวะเฉพาะสำหรับแต่ละกระบวนการได้ โดยเริ่มจากจุดสูงสุด (TDC) วัฏจักรประกอบด้วย:

1. กำลัง: ขณะที่ลูกสูบกำลังเคลื่อนลง ก๊าซจากการเผาไหม้จะทำงานให้กับลูกสูบ เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ 4 จังหวะหลักการทางเทอร์โมไดนามิกส์สำหรับการขยายตัวก็ใช้ได้ เช่นกัน
2. การระบายไอเสีย: เมื่อเพลาข้อเหวี่ยงหมุนไปประมาณ 75 องศาก่อนถึงจุดต่ำสุด (BDC) วาล์วหรือช่องไอเสียจะเปิดออก และเกิดการระบายไอเสียขึ้น หลังจากนั้นไม่นาน วาล์วหรือช่องรับอากาศจะเปิดออก ไอดีที่เข้ามาจะดันก๊าซเผาไหม้ที่เหลืออยู่ไปยังระบบไอเสีย และส่วนหนึ่งของไอดีอาจเข้าไปในระบบไอเสียด้วย ลูกสูบถึงจุดต่ำสุด (BDC) และเปลี่ยนทิศทาง หลังจากที่ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นไปในกระบอกสูบได้ระยะหนึ่ง วาล์วหรือช่องไอเสียจะปิดลง หลังจากนั้นไม่นาน วาล์วหรือช่องรับอากาศก็จะปิดลงเช่นกัน
3. การอัด: เมื่อทั้งวาล์วไอดีและไอเสียปิดอยู่ ลูกสูบจะยังคงเคลื่อนที่ขึ้นด้านบนเพื่ออัดอากาศและทำงานกับอากาศนั้น เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ 4 จังหวะ การจุดระเบิดจะเริ่มขึ้นก่อนที่ลูกสูบจะถึงจุดศูนย์ตายบน (TDC) และหลักการทางเทอร์โมไดนามิกส์ของการอัดอากาศก็ยังคงใช้ได้เช่นเดียวกัน

ในขณะที่เครื่องยนต์ 4 จังหวะใช้ลูกสูบเป็นปั๊มปริมาตรคงที่เพื่อทำการกวาดล้างโดยใช้ 2 ใน 4 จังหวะ เครื่องยนต์ 2 จังหวะจะใช้ส่วนสุดท้ายของจังหวะกำลังและส่วนแรกของจังหวะอัดสำหรับการดูดและปล่อยไอเสียรวมกัน งานที่จำเป็นในการเคลื่อนย้ายประจุและก๊าซไอเสียมาจากห้องข้อเหวี่ยงหรือพัดลมแยกต่างหาก สำหรับการกวาดล้าง การขับไล่ก๊าซที่เผาไหม้แล้วและการเข้าของส่วนผสมใหม่ มีวิธีการหลักสองวิธีที่อธิบายไว้คือ การกวาดล้างแบบวนรอบ และการกวาดล้างแบบไหลทางเดียว ข่าว SAE ที่เผยแพร่ในช่วงปี 2010 ระบุว่า 'การกวาดล้างแบบวนรอบ' ดีกว่าการกวาดล้างแบบไหลทางเดียวในทุกกรณี^{[ 20 ]}

เครื่องยนต์ SI บางรุ่นใช้ระบบดูดอากาศจากห้องข้อเหวี่ยงและไม่ใช้ลิ้นวาล์วแบบป๊อปเป็ต แต่จะใช้ห้องข้อเหวี่ยงและส่วนของกระบอกสูบใต้ลูกสูบเป็นปั๊ม ช่องดูดอากาศเชื่อมต่อกับห้องข้อเหวี่ยงผ่านลิ้นวาล์วแบบรีดหรือลิ้นวาล์วแบบจานหมุนที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ สำหรับแต่ละกระบอกสูบจะมีช่องส่งผ่านอากาศเชื่อมต่อด้านหนึ่งกับห้องข้อเหวี่ยงและอีกด้านหนึ่งกับผนังกระบอกสูบ ช่องไอเสียเชื่อมต่อโดยตรงกับผนังกระบอกสูบ ช่องส่งผ่านอากาศและช่องไอเสียจะเปิดและปิดโดยลูกสูบ ลิ้นวาล์วแบบรีดจะเปิดเมื่อความดันในห้องข้อเหวี่ยงต่ำกว่าความดันดูดอากาศเล็กน้อย เพื่อให้อากาศใหม่เข้าไปเติม ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้น เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ลง ความดันในห้องข้อเหวี่ยงจะเพิ่มขึ้นและลิ้นวาล์วแบบรีดจะปิดทันที จากนั้นอากาศในห้องข้อเหวี่ยงจะถูกอัด เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ลง มันยังเปิดช่องไอเสียและช่องส่งผ่านอากาศ และความดันที่สูงขึ้นของอากาศในห้องข้อเหวี่ยงจะทำให้มันเข้าไปในกระบอกสูบผ่านช่องส่งผ่านอากาศ พร้อมกับดันก๊าซไอเสียออกไป การหล่อลื่นทำได้โดยการเติมน้ำมันหล่อลื่นสำหรับเครื่องยนต์สองจังหวะลงในเชื้อเพลิงในอัตราส่วนเล็กน้อยน้ำมันเบนซิน หมายถึงส่วนผสมของน้ำมันเบนซินกับน้ำมันหล่อลื่นดังกล่าว เครื่องยนต์สองจังหวะประเภทนี้มีประสิทธิภาพต่ำกว่าเครื่องยนต์สี่จังหวะที่เทียบเคียงกันได้ และปล่อย ก๊าซไอเสียที่เป็นมลพิษมากกว่าในสภาวะต่อไปนี้:

• พวกเขาใช้ระบบหล่อลื่นแบบสูญเสียทั้งหมดกล่าวคือ น้ำมันหล่อลื่นทั้งหมดจะถูกเผาไหม้ไปพร้อมกับเชื้อเพลิงในที่สุด
• มีข้อกำหนดที่ขัดแย้งกันสำหรับการกวาดล้างไอเสีย: ในด้านหนึ่ง ต้องมีการป้อนอากาศบริสุทธิ์เข้าไปในแต่ละรอบการทำงานให้เพียงพอเพื่อแทนที่ก๊าซจากการเผาไหม้เกือบทั้งหมด แต่การป้อนมากเกินไปก็หมายความว่าส่วนหนึ่งของอากาศบริสุทธิ์นั้นจะเข้าไปอยู่ในท่อไอเสีย
• พวกเขาต้องใช้พอร์ตถ่ายโอน (หรือหลายพอร์ต) เป็นหัวฉีดที่ออกแบบและวางตำแหน่งอย่างระมัดระวัง เพื่อสร้างกระแสแก๊สที่กวาดไปทั่วทั้งกระบอกสูบก่อนที่จะถึงพอร์ตไอเสีย เพื่อขับไล่ก๊าซจากการเผาไหม้ออกไป แต่ลดปริมาณไอดีที่ถูกปล่อยออกมาให้น้อยที่สุด เครื่องยนต์ 4 จังหวะมีข้อดีคือสามารถขับไล่ก๊าซจากการเผาไหม้เกือบทั้งหมดออกไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพราะในระหว่างการปล่อยไอเสีย ห้องเผาไหม้จะลดปริมาตรลงเหลือน้อยที่สุด ในเครื่องยนต์ 2 จังหวะแบบกวาดไอเสียจากห้องข้อเหวี่ยง การปล่อยไอเสียและการดูดอากาศส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นพร้อมกันและในขณะที่ห้องเผาไหม้มีปริมาตรสูงสุด

ข้อได้เปรียบหลักของเครื่องยนต์ 2 จังหวะประเภทนี้คือความเรียบง่ายทางกลไกและอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนัก ที่สูง กว่าเครื่องยนต์ 4 จังหวะ แม้ว่าจะมีจังหวะการทำงานต่อรอบมากกว่าถึงสองเท่า แต่ในทางปฏิบัติแล้วกำลังที่ได้นั้นน้อยกว่าสองเท่าของเครื่องยนต์ 4 จังหวะที่เทียบเท่ากัน

ในสหรัฐอเมริกา เครื่องยนต์ 2 จังหวะถูกห้ามใช้กับยานพาหนะบนท้องถนนเนื่องจากมลพิษ รถจักรยานยนต์สำหรับใช้งานนอกถนนส่วนใหญ่ยังคงใช้เครื่องยนต์ 2 จังหวะ แต่แทบจะไม่ได้รับอนุญาตให้วิ่งบนถนนสาธารณะ อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ 2 จังหวะสำหรับงานบำรุงรักษาสนามหญ้าหลายพันเครื่องยังคงถูกใช้งานอยู่

การใช้พัดลมแยกต่างหากช่วยหลีกเลี่ยงข้อเสียหลายประการของการกวาดล้างห้องข้อเหวี่ยง แต่ก็แลกมาด้วยความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้น ซึ่งหมายถึงต้นทุนที่สูงขึ้นและความต้องการการบำรุงรักษาที่มากขึ้น เครื่องยนต์ประเภทนี้ใช้พอร์ตหรือวาล์วสำหรับดูดอากาศและวาล์วสำหรับไอเสีย ยกเว้นเครื่องยนต์ลูกสูบตรงข้ามซึ่งอาจใช้พอร์ตสำหรับไอเสียด้วย พัดลมมักจะเป็นแบบ Rootsแต่ก็มีการใช้แบบอื่นด้วยเช่นกัน การออกแบบนี้เป็นเรื่องปกติในเครื่องยนต์ดีเซล และบางครั้งก็ใช้ในเครื่องยนต์เบนซิน

เครื่องยนต์ดีเซลแบบลูกสูบ (CI) ที่ใช้พัดลมดูดอากาศ มักใช้ ระบบกวาดไอเสียแบบไหลทาง เดียว (uniflow scavenging ) ในการออกแบบนี้ ผนังกระบอกสูบจะมีช่องดูดอากาศหลายช่องเรียงตัวอย่างสม่ำเสมอตามแนวเส้นรอบวง เหนือตำแหน่งที่หัวลูกสูบไปถึงเมื่ออยู่ที่จุดต่ำสุด (BDC) มีการใช้ลิ้นไอเสียหนึ่งตัวหรือหลายตัวเหมือนกับเครื่องยนต์ 4 จังหวะ ส่วนสุดท้ายของท่อร่วมไอดีคือปลอกอากาศที่ป้อนอากาศเข้าสู่ช่องดูดอากาศ ช่องดูดอากาศจะวางทำมุมแนวนอนกับผนังกระบอกสูบ (กล่าวคือ อยู่ในระนาบเดียวกับหัวลูกสูบ) เพื่อสร้างการหมุนวนให้กับอากาศที่เข้ามาเพื่อปรับปรุงการเผาไหม้ เครื่องยนต์ลูกสูบแบบลูกสูบขนาดใหญ่ที่สุดคือเครื่องยนต์ดีเซลความเร็วต่ำประเภทนี้ ซึ่งใช้สำหรับการขับเคลื่อนทางทะเล (ดูเครื่องยนต์ดีเซลสำหรับเรือ ) หรือการผลิตไฟฟ้าและมีประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุดในบรรดาเครื่องยนต์สันดาปภายในทุกชนิดเครื่องยนต์ดีเซลไฟฟ้าสำหรับหัวรถจักร บางรุ่น ทำงานบนวัฏจักร 2 จังหวะ เครื่องยนต์ที่ทรงพลังที่สุดมีกำลังเบรกประมาณ 4.5  เมกะวัตต์หรือ  6,000 แรงม้า รถจักรไอน้ำรุ่น EMD SD90MACเป็นตัวอย่างหนึ่งของรถจักรประเภทนี้ ส่วนรถจักรไอน้ำรุ่นGE AC6000CWที่มีกำลังเบรกเกือบเท่ากันนั้น ใช้เครื่องยนต์ 4 จังหวะ

ตัวอย่างของเครื่องยนต์ประเภทนี้คือเครื่องยนต์ดีเซล 2 จังหวะเทอร์โบชาร์จWärtsilä-Sulzer RTA96-C ซึ่งใช้ในเรือบรรทุกสินค้าขนาดใหญ่ เป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบที่มีประสิทธิภาพและทรงพลังที่สุดในโลก โดยมี ประสิทธิภาพเชิงความร้อนมากกว่า 50% ^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}เมื่อเปรียบเทียบกัน เครื่องยนต์ 4 จังหวะขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพสูงสุดจะมีประสิทธิภาพเชิงความร้อนประมาณ 43% (SAE 900648) ขนาดเป็นข้อได้เปรียบสำหรับประสิทธิภาพเนื่องจากอัตราส่วนของปริมาตรต่อพื้นที่ผิวเพิ่มขึ้น

ดูลิงก์ภายนอกสำหรับวิดีโอการเผาไหม้ภายในกระบอกสูบของเครื่องยนต์รถจักรยานยนต์ 2 จังหวะที่สามารถมองเห็นภายในได้

Dugald Clerkพัฒนาเครื่องยนต์สองจังหวะเครื่องแรกในปี พ.ศ. 2322 โดยใช้กระบอกสูบแยกต่างหากซึ่งทำหน้าที่เป็นปั๊มเพื่อถ่ายโอนส่วนผสมเชื้อเพลิงไปยังกระบอกสูบ^{[ 20 ]}

ในปี ค.ศ. 1899 จอห์น เดย์ได้ปรับปรุงการออกแบบของคลาร์กให้ง่ายขึ้นเป็นเครื่องยนต์ 2 จังหวะแบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน^{[ 34 ]} เครื่องยนต์แบบเดย์ไซเคิลใช้ระบบกวาดไอเสียจากห้องข้อเหวี่ยงและตั้งเวลาพอร์ต ห้องข้อเหวี่ยงและส่วนของกระบอกสูบที่อยู่ต่ำกว่าพอร์ตไอเสียถูกใช้เป็นปั๊ม การทำงานของเครื่องยนต์แบบเดย์ไซเคิลเริ่มต้นเมื่อหมุนเพลาข้อเหวี่ยงเพื่อให้ลูกสูบเคลื่อนที่จากจุดต่ำสุดขึ้นไป (ไปทางหัวกระบอกสูบ) ทำให้เกิดสุญญากาศในบริเวณห้องข้อเหวี่ยง/กระบอกสูบ จากนั้นคาร์บูเรเตอร์จะป้อนส่วนผสมเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องข้อเหวี่ยงผ่านวาล์วรีดหรือวาล์วจานหมุน (ขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์) มีท่อหล่อจากห้องข้อเหวี่ยงไปยังพอร์ตในกระบอกสูบเพื่อดูดอากาศ และอีกท่อหนึ่งจากพอร์ตไอเสียไปยังท่อไอเสีย ความสูงของพอร์ตที่สัมพันธ์กับความยาวของกระบอกสูบเรียกว่า "การตั้งเวลาพอร์ต"

ในจังหวะขึ้นแรกของเครื่องยนต์ จะไม่มีเชื้อเพลิงถูกดูดเข้าไปในกระบอกสูบ เนื่องจากห้องข้อเหวี่ยงว่างเปล่า ในจังหวะลง ลูกสูบจะอัดส่วนผสมของเชื้อเพลิง ซึ่งได้หล่อลื่นลูกสูบในกระบอกสูบและแบริ่งเนื่องจากส่วนผสมของเชื้อเพลิงมีน้ำมันผสมอยู่ เมื่อลูกสูบเคลื่อนลง มันจะเปิดช่องระบายไอเสียก่อน แต่ในจังหวะแรกนั้นไม่มีเชื้อเพลิงที่เผาไหม้แล้วให้ระบายออก เมื่อลูกสูบเคลื่อนลงไปอีก มันจะเปิดช่องดูดอากาศ ซึ่งมีท่อที่วิ่งไปยังห้องข้อเหวี่ยง เนื่องจากส่วนผสมของเชื้อเพลิงในห้องข้อเหวี่ยงอยู่ภายใต้ความดัน ส่วนผสมจึงเคลื่อนที่ผ่านท่อและเข้าไปในกระบอกสูบ

เนื่องจากไม่มีสิ่งกีดขวางในกระบอกสูบที่ทำให้เชื้อเพลิงไหลออกจากช่องไอเสียโดยตรงก่อนที่ลูกสูบจะขึ้นไปสูงพอที่จะปิดช่องไอเสียได้ เครื่องยนต์รุ่นแรกๆ จึงใช้ลูกสูบทรงโดมสูงเพื่อชะลอการไหลของเชื้อเพลิง ต่อมาเชื้อเพลิงถูก "สะท้อน" กลับเข้าไปในกระบอกสูบโดยใช้การออกแบบห้องขยายตัว เมื่อลูกสูบขึ้นไปใกล้จุดสูงสุด (TDC) ประกายไฟจะจุดเชื้อเพลิง เมื่อลูกสูบถูกผลักลงด้วยกำลัง มันจะเปิดช่องไอเสียก่อน ซึ่งเชื้อเพลิงที่เผาไหม้แล้วจะถูกขับออกมาภายใต้แรงดันสูง จากนั้นจึงเปิดช่องไอดี ซึ่งกระบวนการจะเสร็จสมบูรณ์และจะเกิดขึ้นซ้ำๆ

ต่อมาเครื่องยนต์ใช้ระบบพอร์ตชนิดหนึ่งที่คิดค้นโดยบริษัท Deutz เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ เรียกว่า ระบบ Schnurle Reverse Flowในปี 1932 บริษัท Auto Union AG ได้รับใบอนุญาตแต่เพียงผู้เดียวสำหรับเครื่องยนต์สองจังหวะความเร็วสูง ต่อมาในปีเดียวกันนั้น DKW Block 350 กลายเป็นรถจักรยานยนต์รุ่นแรกที่ได้รับการดัดแปลงให้ใช้เทคโนโลยีที่เพิ่งได้รับมาใหม่ การพัฒนาระบบกวาดล้างแบบย้อนกลับเพิ่มเติมโดย Auto Union AG ได้ปฏิวัติการสร้างเครื่องยนต์สองจังหวะขนาดเล็ก^{[ 35 ]}

เครื่องยนต์สันดาปภายในต้องการการจุดระเบิดของส่วนผสม ไม่ว่าจะโดยการจุดระเบิดด้วยประกายไฟ (SI)หรือการจุดระเบิดด้วยการอัด (CI)ก่อนการคิดค้นวิธีการทางไฟฟ้าที่เชื่อถือได้ จะใช้วิธีการท่อร้อนและเปลวไฟ เครื่องยนต์ทดลองที่มีการจุดระเบิดด้วยเลเซอร์ได้รับการสร้างขึ้น^{[ 36 ]}

เครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟเป็นการปรับปรุงเครื่องยนต์รุ่นแรกๆ ที่ใช้การจุดระเบิดแบบท่อร้อน เมื่อ Bosch พัฒนาแม็กนีโตขึ้นมา มันจึงกลายเป็นระบบหลักในการผลิตไฟฟ้าเพื่อกระตุ้นหัวเทียน^{[ 37 ]}เครื่องยนต์ขนาดเล็กหลายเครื่องยังคงใช้การจุดระเบิดแบบแม็กนีโต เครื่องยนต์ขนาดเล็กสตาร์ทโดยการหมุนข้อเหวี่ยงด้วยมือโดยใช้สตาร์ทเตอร์แบบดึงหรือข้อเหวี่ยงมือ ก่อนที่Charles F. Ketteringจาก Delco จะพัฒนาสตาร์ทเตอร์สำหรับรถยนต์ รถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์เบนซินทั้งหมดใช้ข้อเหวี่ยงมือ^{[ 38 ]}

โดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์ขนาดใหญ่จะใช้พลังงานไฟฟ้าที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่ตะกั่วกรด ในการขับเคลื่อน มอเตอร์สตาร์ทและระบบจุดระเบิดสถานะการชาร์จของแบตเตอรี่จะถูกรักษาไว้โดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับของรถยนต์หรือ (ในอดีต) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้พลังงานจากเครื่องยนต์ในการสร้างพลังงานไฟฟ้าเพื่อจัดเก็บ

แบตเตอรี่ทำหน้าที่จ่ายพลังงานไฟฟ้าสำหรับการสตาร์ทเครื่องยนต์เมื่อมี ระบบ มอเตอร์สตาร์ทและจ่ายพลังงานไฟฟ้าเมื่อเครื่องยนต์ดับ นอกจากนี้ แบตเตอรี่ยังจ่ายพลังงานไฟฟ้าในสภาวะการทำงานที่เกิดขึ้นไม่บ่อยนัก ซึ่งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไม่สามารถรักษาแรงดันไฟฟ้าได้มากกว่า 13.8 โวลต์ (สำหรับระบบไฟฟ้า 12 โวลต์ทั่วไปในรถยนต์) เมื่อแรงดันไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลดลงต่ำกว่า 13.8 โวลต์ แบตเตอรี่ตะกั่วกรดจะรับภาระทางไฟฟ้ามากขึ้นเรื่อยๆ ในสภาวะการทำงานเกือบทั้งหมด รวมถึงสภาวะเดินเบาปกติ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเป็นผู้จ่ายพลังงานไฟฟ้าหลัก

ระบบบางระบบจะปิดการทำงานของสนามแม่เหล็ก (โรเตอร์) ของอัลเทอร์เนเตอร์ในขณะที่เร่งเครื่องเต็มที่ การปิดการทำงานของสนามแม่เหล็กจะช่วยลดภาระทางกลของรอกอัลเทอร์เนเตอร์ลงเกือบเป็นศูนย์ ทำให้กำลังที่ส่งไปยังเพลาข้อเหวี่ยงเพิ่มขึ้นสูงสุด ในกรณีนี้ แบตเตอรี่จะเป็นผู้จ่ายพลังงานไฟฟ้าหลักทั้งหมด

เครื่องยนต์เบนซินดูดอากาศและน้ำมันเบนซินผสมกันแล้วอัดด้วยการเคลื่อนที่ของลูกสูบจากจุดศูนย์ตายล่างไปยังจุดศูนย์ตายบนเมื่อเชื้อเพลิงมีแรงอัดสูงสุด การลดขนาดของพื้นที่กวาดของกระบอกสูบโดยคำนึงถึงปริมาตรของห้องเผาไหม้จะอธิบายด้วยอัตราส่วน เครื่องยนต์รุ่นแรกๆ มีอัตราส่วนการอัด 6 ต่อ 1 เมื่ออัตราส่วนการอัดเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน

ในระบบไอดีและระบบจุดระเบิดยุคแรก อัตราส่วนการอัดต้องอยู่ในระดับต่ำ แต่ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเชื้อเพลิงและการจัดการการเผาไหม้ เครื่องยนต์สมรรถสูงสามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือที่อัตราส่วน 12:1 อย่างไรก็ตาม หากใช้เชื้อเพลิงที่มีค่าออกเทนต่ำ ปัญหาจะเกิดขึ้นเมื่ออัตราส่วนการอัดเพิ่มขึ้นในระหว่างการจุดระเบิดเนื่องจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นชาร์ลส์ เคทเทอริงได้พัฒนาสารเติมแต่งตะกั่วที่ช่วยให้สามารถใช้อัตราส่วนการอัดที่สูงขึ้นได้ แต่สารเติมแต่งนี้ค่อยๆ ถูกยกเลิกไปสำหรับการใช้งานในรถยนต์ตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา ส่วนหนึ่งเนื่องจากความกังวลเกี่ยว กับพิษจากตะกั่ว

ส่วนผสมเชื้อเพลิงจะถูกจุดระเบิดที่จังหวะการเคลื่อนที่ของลูกสูบในกระบอกสูบที่แตกต่างกัน ที่รอบต่ำ ประกายไฟจะถูกกำหนดเวลาให้เกิดขึ้นใกล้กับจุดที่ลูกสูบอยู่ที่จุดศูนย์ตายบน เพื่อให้ได้กำลังมากขึ้น เมื่อรอบสูงขึ้น ประกายไฟจะถูกเร่งให้เร็วขึ้นในระหว่างการเคลื่อนที่ของลูกสูบ ประกายไฟจะเกิดขึ้นในขณะที่เชื้อเพลิงยังคงถูกอัดมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อรอบสูงขึ้น^{[ 39 ]}

แรงดันไฟฟ้าสูงที่จำเป็น โดยทั่วไปคือ 10,000 โวลต์ จะถูกจ่ายโดยขดลวดเหนี่ยวนำหรือหม้อแปลง ขดลวดเหนี่ยวนำเป็นระบบฟลายแบ็ก โดยใช้การขัดจังหวะกระแสไฟฟ้าในระบบหลักผ่านตัวขัดจังหวะแบบซิงโครไนซ์ ตัวขัดจังหวะอาจเป็นจุดสัมผัสหรือทรานซิสเตอร์กำลัง ปัญหาของระบบจุดระเบิดแบบนี้คือ เมื่อรอบเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น พลังงานไฟฟ้าที่มีอยู่จะลดลง นี่เป็นปัญหาอย่างยิ่ง เนื่องจากปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการจุดระเบิดส่วนผสมเชื้อเพลิงที่มีความหนาแน่นสูงกว่านั้นสูงกว่า ผลที่ได้มักเป็นการจุดระเบิดผิดพลาดที่รอบเครื่องยนต์สูง

ระบบจุดระเบิดแบบคายประจุตัวเก็บประจุได้รับการพัฒนาขึ้น โดยจะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นซึ่งส่งไปยังหัวเทียน แรงดันไฟฟ้าของระบบ CD สามารถสูงถึง 60,000 โวลต์^{[ 40 ]} ระบบจุดระเบิด CD ใช้ หม้อแปลงเพิ่มแรง ดัน หม้อแปลงเพิ่มแรงดันใช้พลังงานที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุเพื่อสร้างประกายไฟไม่ว่าจะเป็นระบบใดก็ตาม ระบบควบคุมเชิงกลหรือระบบไฟฟ้าจะให้แรงดันไฟฟ้าสูงที่กำหนดเวลาไว้อย่างระมัดระวังไปยังกระบอกสูบที่เหมาะสม ประกายไฟนี้ผ่านทางหัวเทียนจะจุดระเบิดส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงในกระบอกสูบของเครื่องยนต์

แม้ว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้เชื้อเพลิงเบนซินจะสตาร์ทได้ง่ายกว่าเครื่องยนต์ดีเซลในสภาพอากาศหนาวเย็น แต่ก็ยังอาจมีปัญหาในการสตาร์ทในสภาพอากาศหนาวเย็นภายใต้สภาวะที่รุนแรงได้ เป็นเวลาหลายปีที่วิธีแก้ปัญหาคือการจอดรถในบริเวณที่มีความร้อน ในบางส่วนของโลก มีการถ่ายน้ำมันเครื่องออกและอุ่นให้ร้อนข้ามคืนแล้วนำกลับไปใส่ในเครื่องยนต์เพื่อใช้ในการสตาร์ทในสภาพอากาศหนาวเย็น ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 ได้มีการพัฒนาหน่วย Gasifier สำหรับเบนซินขึ้น โดยในการสตาร์ทในสภาพอากาศหนาวเย็น เบนซินดิบจะถูกส่งไปยังหน่วยนี้ ซึ่งส่วนหนึ่งของเชื้อเพลิงจะถูกเผาไหม้ ทำให้ส่วนที่เหลือกลายเป็นไอร้อนส่งตรงไปยังท่อร่วมไอดี หน่วยนี้ได้รับความนิยมอย่างมากจนกระทั่งเครื่องทำความร้อนบล็อกเครื่องยนต์ ไฟฟ้า กลายเป็นมาตรฐานในเครื่องยนต์เบนซินที่จำหน่ายในสภาพอากาศหนาวเย็น^{[ 41 ]}

สำหรับการจุดระเบิด เครื่องยนต์ดีเซล เครื่องยนต์PPCและHCCIอาศัยอุณหภูมิและความดันสูงที่เกิดขึ้นในกระบวนการอัดของเครื่องยนต์เท่านั้น ระดับการอัดที่เกิดขึ้นมักจะสูงกว่าเครื่องยนต์เบนซินสองเท่าหรือมากกว่านั้น เครื่องยนต์ดีเซลดูดอากาศเข้าไปเท่านั้น และก่อนถึงจุดอัดสูงสุดเล็กน้อย จะฉีดน้ำมันดีเซลปริมาณเล็กน้อยเข้าไปในกระบอกสูบผ่านหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง ซึ่งจะทำให้น้ำมันเชื้อเพลิงติดไฟได้ทันที เครื่องยนต์แบบ HCCI ดูดทั้งอากาศและน้ำมันเชื้อเพลิง แต่ยังคงอาศัยกระบวนการเผาไหม้ด้วยตนเองโดยปราศจากความช่วยเหลือ เนื่องจากความดันและอุณหภูมิที่สูงกว่า นี่คือเหตุผลที่เครื่องยนต์ดีเซลและ HCCI มีแนวโน้มที่จะสตาร์ทไม่ติดในสภาพอากาศเย็นได้ง่ายกว่า แม้ว่าจะทำงานได้ดีในสภาพอากาศเย็นเมื่อสตาร์ทติดแล้วก็ตาม เครื่องยนต์ดีเซลขนาดเล็กที่มีระบบฉีดเชื้อเพลิงทางอ้อมในรถยนต์และรถบรรทุกขนาดเล็กจะใช้หัวเทียนเรือง แสง (หรือระบบอุ่นล่วงหน้าอื่นๆ: ดูCummins ISB#6BT ) ที่อุ่นห้องเผาไหม้ก่อนสตาร์ทเพื่อลดปัญหาการสตาร์ทไม่ติดในสภาพอากาศเย็น เครื่องยนต์ดีเซลส่วนใหญ่ยังมีแบตเตอรี่และระบบชาร์จไฟด้วย อย่างไรก็ตาม ระบบนี้เป็นระบบรองและถูกเพิ่มเข้ามาโดยผู้ผลิตเพื่อเป็นความสะดวกสบายในการสตาร์ทเครื่องยนต์ การเปิดและปิดเชื้อเพลิง (ซึ่งสามารถทำได้ผ่านสวิตช์หรืออุปกรณ์เชิงกล) และสำหรับการใช้งานชิ้นส่วนและอุปกรณ์เสริมทางไฟฟ้าต่างๆ เครื่องยนต์รุ่นใหม่ส่วนใหญ่ใช้หน่วยควบคุมเครื่องยนต์ แบบไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (ECU) ซึ่งปรับกระบวนการเผาไหม้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดการปล่อยมลพิษ

วิกิมีเดียคอมมอน ส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับระบบหล่อลื่นของเครื่องยนต์ลูกสูบสันดาปภายใน

พื้นผิวที่สัมผัสกันและเคลื่อนที่สัมพันธ์กับพื้นผิวอื่นๆ จำเป็นต้องมีการหล่อลื่นเพื่อลดการสึกหรอ เสียงรบกวน และเพิ่มประสิทธิภาพโดยการลดการสูญเสียพลังงานในการเอาชนะแรงเสียดทานหรือเพื่อให้กลไกทำงานได้ นอกจากนี้ สารหล่อลื่นที่ใช้ยังสามารถลดความร้อนส่วนเกินและให้การระบายความร้อนเพิ่มเติมแก่ชิ้นส่วนต่างๆ อย่างน้อยที่สุด เครื่องยนต์ต้องการการหล่อลื่นในส่วนต่างๆ ดังต่อไปนี้:

• ระหว่างลูกสูบและกระบอกสูบ
• ตลับลูกปืนขนาดเล็ก
• ตลับลูกปืนปลายใหญ่
• แบริ่งหลัก
• ชุดวาล์ว (อาจไม่มีส่วนประกอบต่อไปนี้):
  • แทปเป็ต
  • แขนโยก
  • ก้านดัน
  • โซ่หรือเฟืองไทม์มิ่ง สายพานแบบมีฟันไม่จำเป็นต้องใช้สารหล่อลื่น

ในเครื่องยนต์ 2 จังหวะแบบกวาดน้ำมันในห้องข้อเหวี่ยง ภายในห้องข้อเหวี่ยง รวมถึงเพลาข้อเหวี่ยง ก้านสูบ และด้านล่างของลูกสูบ จะถูกฉีดพ่นด้วยน้ำมันหล่อลื่น 2 จังหวะในส่วนผสมของอากาศ เชื้อเพลิง และน้ำมันหล่อลื่น ซึ่งจะถูกเผาไหม้ไปพร้อมกับเชื้อเพลิง ชุดวาล์วอาจอยู่ในช่องที่เต็มไปด้วยน้ำมันหล่อลื่น จึงไม่จำเป็นต้องใช้ ปั๊มน้ำมัน

ในระบบหล่อลื่นแบบสาดน้ำมันนั้น ไม่มีการใช้ปั๊มน้ำมัน แต่เพลาข้อเหวี่ยงจะจุ่มลงในน้ำมันในอ่างน้ำมัน และเนื่องจากความเร็วสูง จึงทำให้น้ำมันกระเด็นไปโดนเพลาข้อเหวี่ยง ก้านสูบ และด้านล่างของลูกสูบ ฝาครอบปลายก้านสูบอาจมีส่วนที่ยื่นออกมาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการสาดน้ำมัน ชุดวาล์วอาจถูกปิดผนึกในช่องที่ชุ่มน้ำมัน หรือเปิดโล่งไปยังเพลาข้อเหวี่ยงในลักษณะที่รับน้ำมันที่กระเด็นมาและไหลกลับไปยังอ่างน้ำมัน ระบบหล่อลื่นแบบสาดน้ำมันนี้พบได้ทั่วไปในเครื่องยนต์ 4 จังหวะขนาดเล็ก

ในระบบหล่อลื่นแบบบังคับ (หรือเรียกว่าแบบใช้แรงดัน ) การหล่อลื่นจะเกิดขึ้นในวงจรปิดซึ่งลำเลียงน้ำมันเครื่องไปยังพื้นผิวที่ระบบให้บริการ แล้วส่งน้ำมันกลับไปยังอ่างเก็บน้ำมัน อุปกรณ์เสริมของเครื่องยนต์โดยทั่วไปจะไม่ได้รับการบริการจากวงจรนี้ ตัวอย่างเช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอาจใช้ตลับลูกปืนที่ปิดผนึกด้วยสารหล่อลื่นของตัวเอง อ่างเก็บน้ำมันมักจะเป็นอ่างน้ำมันเครื่อง และในกรณีเช่นนี้เรียกว่า ระบบ อ่างน้ำมันเปียกเมื่อมีอ่างเก็บน้ำมันที่แตกต่างกัน ห้องข้อเหวี่ยงยังคงรองรับน้ำมันอยู่ แต่จะถูกระบายออกอย่างต่อเนื่องโดยปั๊มเฉพาะ ซึ่งเรียกว่าระบบ อ่างน้ำมันแห้ง

ด้านล่างของอ่างน้ำมันเครื่องมีช่องรับน้ำมันที่ปิดด้วยตัวกรองตาข่าย ซึ่งเชื่อมต่อกับปั๊มน้ำมันแล้วไปยังตัวกรองน้ำมันภายนอกห้องข้อเหวี่ยง จากนั้นน้ำมันจะถูกส่งไปยังแบริ่งหลักของเพลาข้อเหวี่ยงและระบบวาล์ว ห้องข้อเหวี่ยงมีท่อส่งน้ำมัน อย่างน้อยหนึ่ง ท่อ (ท่อภายในผนังห้องข้อเหวี่ยง) ซึ่งน้ำมันจะถูกส่งเข้ามาจากตัวกรองน้ำมัน แบริ่งหลักมีร่องผ่านเส้นรอบวงทั้งหมดหรือครึ่งหนึ่ง น้ำมันจะเข้าสู่ร่องเหล่านี้จากช่องที่เชื่อมต่อกับท่อส่งน้ำมัน เพลาข้อเหวี่ยงมีรูเจาะที่รับน้ำมันจากร่องเหล่านี้และส่งไปยังแบริ่งปลายใหญ่ แบริ่งปลายใหญ่ทั้งหมดได้รับการหล่อลื่นด้วยวิธีนี้ แบริ่งหลักหนึ่งตัวอาจจ่ายน้ำมันให้กับแบริ่งปลายใหญ่ 0, 1 หรือ 2 ตัว ระบบที่คล้ายกันนี้อาจใช้ในการหล่อลื่นลูกสูบ สลักลูกสูบ และปลายเล็กของก้านสูบ ในระบบนี้ ปลายใหญ่ของก้านสูบมีร่องรอบเพลาข้อเหวี่ยงและรูเจาะที่เชื่อมต่อกับร่องซึ่งกระจายน้ำมันจากที่นั่นไปยังด้านล่างของลูกสูบและจากนั้นไปยังกระบอกสูบ

นอกจากนี้ยังมีระบบอื่นๆ ที่ใช้ในการหล่อลื่นกระบอกสูบและลูกสูบ ก้านสูบอาจมีหัวฉีดเพื่อพ่นน้ำมันไปยังกระบอกสูบและด้านล่างของลูกสูบ หัวฉีดนั้นจะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับกระบอกสูบที่มันหล่อลื่น แต่จะชี้ไปยังกระบอกสูบหรือลูกสูบที่เกี่ยวข้องเสมอ

โดยทั่วไป ระบบหล่อลื่นแบบบังคับจะมีอัตราการไหลของสารหล่อลื่นสูงกว่าปริมาณที่จำเป็นสำหรับการหล่อลื่นอย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อช่วยในการระบายความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ระบบหล่อลื่นจะช่วยถ่ายเทความร้อนจากชิ้นส่วนเครื่องยนต์ที่ร้อนไปยังของเหลวหล่อเย็น (ในเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยน้ำ) หรือครีบระบายความร้อน (ในเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศ) ซึ่งจะถ่ายเทความร้อนนั้นไปยังสิ่งแวดล้อม สารหล่อลื่นต้องได้รับการออกแบบให้มีความเสถียรทางเคมีและรักษาความหนืดที่เหมาะสมภายในช่วงอุณหภูมิที่พบในเครื่องยนต์

รูปแบบกระบอกสูบที่พบได้ทั่วไป ได้แก่แบบเส้นตรงหรือแบบเรียงแถวแบบตัววีที่กะทัดรัดกว่าและแบบแบนหรือแบบบ็อกเซอร์ที่ กว้างกว่าแต่เรียบกว่า เครื่องยนต์อากาศยานยังสามารถใช้รูปแบบรัศมี ได้ ซึ่งช่วยให้ระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น นอกจากนี้ยังมีการใช้ รูปแบบที่แปลกใหม่กว่า เช่น แบบตัวเอชตัวยูตัวเอ็กซ์และตัวดับเบิลยู ด้วย

เครื่องยนต์หลายสูบมีชุดวาล์วและเพลาข้อเหวี่ยงที่จัดเรียงไว้เพื่อให้ลูกสูบอยู่ในช่วงต่างๆ ของรอบการทำงาน เป็นที่พึงปรารถนาที่จะให้รอบการทำงานของลูกสูบมีระยะห่างที่สม่ำเสมอ (เรียกว่าการจุดระเบิดแบบสม่ำเสมอ ) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเครื่องยนต์อัดอากาศ ซึ่งจะช่วยลดการสั่นของแรงบิด^{[ 42 ]}และทำให้เครื่องยนต์แบบแถวเรียงที่มีมากกว่า 3 สูบมีความสมดุล ทางสถิต ในแรงหลัก อย่างไรก็ตามการกำหนดค่าเครื่องยนต์ บางอย่าง ต้องการการจุดระเบิดแบบคี่เพื่อให้ได้ความสมดุลที่ดีกว่าที่ทำได้ด้วยการจุดระเบิดแบบสม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่นเครื่องยนต์ 4 จังหวะ I2จะมีความสมดุลที่ดีกว่าเมื่อมุมระหว่างหมุดข้อเหวี่ยงคือ 180° เนื่องจากลูกสูบเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามและแรงเฉื่อยจะหักล้างกันบางส่วน แต่สิ่งนี้ทำให้เกิดรูปแบบการจุดระเบิดแบบคี่ โดยที่กระบอกสูบหนึ่งจะจุดระเบิดหลังจากอีกกระบอกสูบหนึ่งหมุนเพลาข้อเหวี่ยง 180° จากนั้นจะไม่มีกระบอกสูบใดจุดระเบิดเป็นเวลา 540° ด้วยรูปแบบการจุดระเบิดแบบสม่ำเสมอ ลูกสูบจะเคลื่อนที่ไปพร้อมกันและแรงที่เกี่ยวข้องจะรวมกัน

การออกแบบเครื่องยนต์ที่มีเพลาข้อเหวี่ยงหลายตัวไม่จำเป็นต้องมีฝาสูบเสมอไป เพราะสามารถใช้ลูกสูบที่ปลายแต่ละด้านของกระบอกสูบแทนได้ ซึ่งเรียกว่า การออกแบบ ลูกสูบตรงข้ามเนื่องจากทางเข้าและทางออกของเชื้อเพลิงอยู่ตรงข้ามกันที่ปลายกระบอกสูบ จึงสามารถทำให้เกิดการกวาดล้างแบบไหลทางเดียว ซึ่งเช่นเดียวกับเครื่องยนต์สี่จังหวะ มีประสิทธิภาพในช่วงความเร็วรอบเครื่องยนต์ที่กว้าง ประสิทธิภาพเชิงความร้อนดีขึ้นเนื่องจากไม่มีฝาสูบ การออกแบบนี้ถูกใช้ใน เครื่องยนต์ดีเซลสำหรับเครื่องบิน Junkers Jumo 205 โดยใช้เพลาข้อเหวี่ยงสองตัวที่ปลายแต่ละด้านของกระบอกสูบแถวเดียว และที่น่าทึ่งที่สุดคือใน เครื่องยนต์ ดีเซล Napier Delticซึ่งใช้เพลาข้อเหวี่ยงสามตัวเพื่อจ่ายให้กับกระบอกสูบสองปลายสามแถวที่จัดเรียงเป็นรูปสามเหลี่ยมด้านเท่าโดยมีเพลาข้อเหวี่ยงอยู่ที่มุม นอกจากนี้ยังใช้ในเครื่องยนต์หัวรถจักร แบบแถวเดียว และยังคงใช้ใน เครื่องยนต์ ขับเคลื่อนทางทะเลและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเสริมสำหรับเรือเดินทะเล

เครื่องยนต์ดีเซลสำหรับรถบรรทุกและรถยนต์ส่วนใหญ่ใช้วัฏจักรที่คล้ายกับวัฏจักร 4 จังหวะ แต่ใช้การเพิ่มอุณหภูมิจากการอัดเพื่อจุดระเบิด แทนที่จะต้องใช้ระบบจุดระเบิดแยกต่างหาก รูปแบบนี้เรียกว่าวัฏจักรดีเซล ในวัฏจักรดีเซล น้ำมันดีเซลจะถูกฉีดเข้าไปในกระบอกสูบโดยตรง ทำให้เกิดการเผาไหม้ที่ความดันคงที่ขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่

วัฏจักรออตโตเป็นวัฏจักรที่พบได้บ่อยที่สุดในเครื่องยนต์สันดาปภายในของรถยนต์ส่วนใหญ่ที่ใช้น้ำมันเบนซินเป็นเชื้อเพลิง ประกอบด้วยขั้นตอนหลักเช่นเดียวกับที่อธิบายไว้สำหรับเครื่องยนต์สี่จังหวะ ได้แก่ การดูด การอัด การจุดระเบิด การขยายตัว และการปล่อยไอเสีย

ในปี พ.ศ. 2422 นิโคเลาส์ ออตโตได้ผลิตและจำหน่ายเครื่องยนต์แบบขยายตัวสองจังหวะ (หลักการขยายตัวสองจังหวะและสามจังหวะมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในเครื่องยนต์ไอน้ำ) โดยมีกระบอกสูบขนาดเล็กสองกระบอกอยู่ด้านข้างของกระบอกสูบขนาดใหญ่ที่มีแรงดันต่ำ ซึ่งมีการขยายตัวครั้งที่สองของก๊าซไอเสียเกิดขึ้น เจ้าของได้ส่งคืนเครื่องยนต์ดังกล่าว โดยอ้างว่ามีประสิทธิภาพต่ำ ในปี พ.ศ. 2449 แนวคิดนี้ได้ถูกนำไปใช้ในรถยนต์ที่สร้างโดย EHV ( บริษัท Eisenhuth Horseless Vehicle ) ^{[ 43 ]}และในศตวรรษที่ 21 อิลมอร์ได้ออกแบบและทดสอบเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบขยายตัวสองจังหวะ 5 จังหวะได้สำเร็จ โดยมีกำลังขับสูงและอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะ (SFC) ต่ำ^{[ 44 ]}

เครื่องยนต์หกจังหวะถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี ค.ศ. 1883 เครื่องยนต์หกจังหวะสี่ชนิดใช้ลูกสูบแบบปกติในกระบอกสูบแบบปกติ (เครื่องยนต์หกจังหวะกริฟฟิน เครื่องยนต์หกจังหวะบาจูลาซ เครื่องยนต์หกจังหวะเวโลเซตา และเครื่องยนต์หกจังหวะโครเวอร์) โดยจุดระเบิดทุกๆ สามรอบการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง ระบบเหล่านี้ดักจับความร้อนส่วนเกินจาก วัฏจักรออตโต แบบสี่จังหวะด้วยการฉีดอากาศหรือน้ำเข้าไป

เครื่องยนต์ Beare Headและ "piston charger" ทำงานเหมือนเครื่องยนต์ลูกสูบตรงข้าม คือมีลูกสูบสองตัวในกระบอกสูบเดียว จุดระเบิดทุกๆ สองรอบการหมุน แทนที่จะเป็นทุกๆ สี่รอบเหมือนเครื่องยนต์สี่จังหวะ

เครื่องยนต์สันดาปภายในรุ่นแรกๆ ไม่ได้อัดส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศ ช่วงแรกของการเคลื่อนที่ลงของลูกสูบจะดูดส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศเข้าไป จากนั้นวาล์วไอดีจะปิด และในช่วงที่เหลือของการเคลื่อนที่ลง ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศก็จะเกิดการจุดระเบิด วาล์วไอเสียจะเปิดออกเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้น ความพยายามในการเลียนแบบหลักการของเครื่องยนต์ไอน้ำ เหล่านี้ มีประสิทธิภาพต่ำมาก มีรูปแบบต่างๆ ของวัฏจักรเหล่านี้อยู่หลายแบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วัฏจักร แอตกินสันและวัฏจักรมิลเลอร์

เครื่องยนต์แบบแยกจังหวะจะแยกจังหวะทั้งสี่ ได้แก่ การดูด การอัด การเผาไหม้ และการปล่อยไอเสีย ออกเป็นสองกระบอกสูบที่แยกจากกันแต่จับคู่กัน กระบอกสูบแรกใช้สำหรับการดูดและการอัด จากนั้นอากาศที่ถูกอัดจะถูกส่งผ่านทางท่อเชื่อมจากกระบอกสูบอัดไปยังกระบอกสูบที่สอง ซึ่งเป็นที่เกิดการเผาไหม้และการปล่อยไอเสีย เครื่องยนต์แบบแยกจังหวะจึงเปรียบเสมือนเครื่องอัดอากาศอยู่ด้านหนึ่งและห้องเผาไหม้อยู่ด้านตรงข้าม

เครื่องยนต์แบบแยกวงจรในอดีตมีปัญหาหลักสองประการ คือ การหายใจไม่ดี (ประสิทธิภาพเชิงปริมาตร) และประสิทธิภาพเชิงความร้อนต่ำ อย่างไรก็ตาม มีการออกแบบใหม่ๆ ที่พยายามแก้ไขปัญหาเหล่านี้เครื่องยนต์ Scuderiแก้ปัญหาการหายใจโดยการลดช่องว่างระหว่างลูกสูบและฝาสูบผ่านเทคนิคการอัดอากาศแบบต่างๆ การออกแบบของ Scuderi ต้องใช้ลิ้นวาล์วที่เปิดออกด้านนอก ซึ่งช่วยให้ลูกสูบเคลื่อนที่เข้าใกล้ฝาสูบได้มากโดยไม่มีการรบกวนจากลิ้นวาล์ว นอกจากนี้ Scuderi ยังแก้ปัญหาประสิทธิภาพเชิงความร้อนต่ำโดยการจุดระเบิดหลังจากจุดศูนย์ตายบน (ATDC)

การจุดระเบิดที่ตำแหน่ง ATDC สามารถทำได้โดยการใช้ลมแรงดันสูงในช่องส่งผ่านเพื่อสร้างการไหลแบบเสียงและแรงปั่นป่วนสูงในกระบอกสูบกำลัง

เครื่องยนต์ไอพ่นใช้ใบพัดหลายแถวเพื่ออัดอากาศ จากนั้นอากาศจะเข้าสู่ห้องเผาไหม้ซึ่งจะผสมกับเชื้อเพลิง (โดยทั่วไปคือเชื้อเพลิง JP) แล้วจึงจุดไฟ การเผาไหม้เชื้อเพลิงจะเพิ่มอุณหภูมิของอากาศ จากนั้นอากาศจะถูกปล่อยออกจากเครื่องยนต์ทำให้เกิดแรงขับ เครื่องยนต์ เทอร์โบแฟน สมัยใหม่ สามารถทำงานได้ที่ประสิทธิภาพสูงถึง 48% ^{[ 45 ]}

เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนประกอบด้วยหกส่วน:

• พัดลม
• คอมเพรสเซอร์
• ห้องเผาไหม้
• กังหัน
• มิกเซอร์
• หัวฉีด^{[ 46 ]}

กังหันแก๊สอัดอากาศและใช้ความร้อนนั้นในการหมุนกังหันโดยพื้นฐานแล้วมันคือเครื่องยนต์ไอพ่นที่ส่งกำลังออกไปยังเพลา กังหันมีสามขั้นตอน: 1) อากาศถูกดูดผ่านคอมเพรสเซอร์ซึ่งอุณหภูมิจะสูงขึ้นเนื่องจากการอัด 2) เติมเชื้อเพลิงในห้องเผาไหม้และ 3) อากาศร้อนถูกปล่อยออกทางใบพัดกังหันซึ่งจะหมุนเพลาที่เชื่อมต่อกับคอมเพรสเซอร์

กังหันแก๊สเป็นเครื่องจักรแบบหมุนที่มีหลักการคล้ายกับกังหันไอน้ำและประกอบด้วยส่วนประกอบหลัก 3 ส่วน ได้แก่ คอมเพรสเซอร์ ห้องเผาไหม้ และกังหัน อุณหภูมิของอากาศหลังจากถูกอัดในคอมเพรสเซอร์จะเพิ่มขึ้นจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง อากาศที่ร้อนและผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้จะขยายตัวในกังหัน ทำให้เกิดงานออกมา ประมาณ2/3 ของงานจะขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ ส่วนที่เหลือ (ประมาณ1/3 ) สามารถนำไปใช้เป็นงานที่มีประโยชน์ได้^{[ 47 ]}

กังหันก๊าซเป็นหนึ่งในเครื่องยนต์สันดาปภายในที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด โรงไฟฟ้าพลังงาน ความร้อนร่วมกังหัน General Electric 7HA และ 9HA มีประสิทธิภาพมากกว่า 61% ^{[ 48 ]}

กังหันแก๊สเป็นเครื่องจักรแบบหมุนที่มีหลักการทำงานคล้ายกับกังหันไอน้ำ ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสามส่วน ได้แก่ คอมเพรสเซอร์ ห้องเผาไหม้ และกังหัน อากาศจะถูกอัดโดยคอมเพรสเซอร์ซึ่งทำให้เกิดอุณหภูมิสูงขึ้น อุณหภูมิของอากาศอัดจะเพิ่มขึ้นอีกโดยการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ ซึ่งจะทำให้อากาศขยายตัว พลังงานนี้จะหมุนกังหัน ซึ่งจะส่งกำลังไปยังคอมเพรสเซอร์ผ่านการเชื่อมต่อทางกล ก๊าซร้อนจะถูกปล่อยออกไปเพื่อสร้างแรงขับเคลื่อน

เครื่องยนต์กังหันแก๊สใช้ระบบการเผาไหม้แบบต่อเนื่อง โดยการอัด การเผาไหม้ และการขยายตัวเกิดขึ้นพร้อมกันในจุดต่างๆ ของเครื่องยนต์ ทำให้ได้กำลังอย่างต่อเนื่อง ที่สำคัญคือ การเผาไหม้เกิดขึ้นที่ความดันคงที่ ต่างจากเครื่องยนต์แบบออตโตที่ปริมาตรคงที่

เครื่องยนต์แวนเคล (เครื่องยนต์โรตารี่) ไม่มีจังหวะลูกสูบ มันทำงานโดยมีการแยกเฟสเช่นเดียวกับเครื่องยนต์สี่จังหวะ โดยแต่ละเฟสเกิดขึ้นในตำแหน่งที่แยกจากกันในเครื่องยนต์ ใน ทางเทอร์ โมไดนามิกส์ มันทำงานตาม วัฏจักร เครื่องยนต์ออตโตดังนั้นจึงอาจคิดได้ว่าเป็นเครื่องยนต์ "สี่เฟส" แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วจะมีจังหวะการทำงานสามครั้งต่อการหมุนของโรเตอร์หนึ่งรอบ แต่เนื่องจากอัตราส่วนการหมุนของโรเตอร์ต่อเพลาเยื้องศูนย์คือ 3:1 จึงเกิดจังหวะการทำงานจริงเพียงครั้งเดียวต่อการหมุนของเพลาหนึ่งรอบ เพลาขับ (เพลาเยื้องศูนย์) หมุนหนึ่งรอบในระหว่างจังหวะการทำงานแต่ละครั้ง แทนที่จะหมุนสองรอบ (เพลาข้อเหวี่ยง) เหมือนในวัฏจักรออตโต ทำให้มีอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักสูงกว่าเครื่องยนต์ลูกสูบ เครื่องยนต์ประเภทนี้ถูกนำไปใช้ในรถยนต์Mazda RX-8 , RX-7รุ่นก่อนหน้าและรถยนต์รุ่นอื่นๆ นอกจากนี้ยังใช้ในยานบินไร้คนขับ ซึ่งขนาดและน้ำหนักที่เล็ก และอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักที่สูงนั้นเป็นข้อได้เปรียบ

ระบบอัดอากาศเป็นกระบวนการส่งอากาศอัดเข้าไปในท่อไอดีของเครื่องยนต์สันดาปภายใน เครื่องยนต์แบบอัดอากาศจะใช้คอมเพรสเซอร์แก๊สเพื่อเพิ่มความดัน อุณหภูมิ และความหนาแน่นของอากาศ ส่วนเครื่องยนต์ที่ไม่มีระบบอัดอากาศจะเรียกว่า เครื่องยนต์แบบดูดอากาศ เอง ตามธรรมชาติ

ระบบอัดอากาศถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์และการบินเพื่อเพิ่มกำลังและประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประโยชน์ต่อเครื่องยนต์การบิน เนื่องจากเครื่องยนต์เหล่านี้ต้องทำงานในระดับความสูงมาก

การอัดอากาศแบบบังคับเกิดขึ้นได้โดยใช้ซูเปอร์ชาร์จเจอร์ซึ่งคอมเพรสเซอร์จะได้รับพลังงานโดยตรงจากเพลาเครื่องยนต์ หรือในกรณีของเทอร์โบชาร์จเจอร์จะได้รับพลังงานจากกังหันที่ขับเคลื่อนด้วยไอเสียของเครื่องยนต์

เครื่องยนต์สันดาปภายในทุกชนิดอาศัยการเผาไหม้เชื้อเพลิงเคมีโดยทั่วไปจะใช้ออกซิเจนจากอากาศ (แม้ว่าจะสามารถฉีดไนตรัสออกไซด์เข้าไปเพื่อให้ได้ผลลัพธ์เดียวกันและเพิ่มกำลังได้) กระบวนการเผาไหม้โดยทั่วไปจะส่งผลให้เกิดพลังงานความร้อนจำนวนมาก รวมถึงไอน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ และสารเคมีอื่นๆ ที่อุณหภูมิสูงมาก อุณหภูมิที่ได้นั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของเชื้อเพลิงและสารออกซิไดซ์ (ดูสัดส่วนทางเคมี ) รวมถึงแรงอัดและปัจจัยอื่นๆ ด้วย

เชื้อเพลิงที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบันส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนและได้มาจากเชื้อเพลิงฟอสซิล ( ปิโตรเลียม ) เป็นส่วนใหญ่ เชื้อเพลิงฟอสซิลได้แก่น้ำมันดีเซลน้ำมันเบนซินและก๊าซปิโตรเลียมและโพรเพน ซึ่งใช้กันน้อยกว่า ยกเว้นส่วนประกอบในการส่งเชื้อเพลิง เครื่องยนต์สันดาปภายในส่วนใหญ่ที่ออกแบบมาสำหรับใช้กับน้ำมันเบนซินสามารถทำงานด้วยก๊าซธรรมชาติหรือก๊าซปิโตรเลียมเหลวได้โดยไม่ต้องดัดแปลงอะไรมาก เครื่องยนต์ดีเซลขนาดใหญ่สามารถทำงานได้ด้วยอากาศผสมกับก๊าซและการฉีดเชื้อเพลิงดีเซลนำร่องเพื่อจุดระเบิดเชื้อเพลิง ชีวภาพที่เป็นของเหลวและก๊าซ เช่นเอทานอลและไบโอดีเซล (น้ำมันดีเซลชนิดหนึ่งที่ผลิตจากพืชที่ให้ไตรกลีเซอไรด์เช่น น้ำมัน ถั่วเหลือง ) ก็สามารถนำมาใช้ได้เช่นกัน เครื่องยนต์ที่ได้รับการดัดแปลงอย่างเหมาะสมยังสามารถทำงานด้วยก๊าซไฮโดรเจนก๊าซจากไม้หรือก๊าซจากถ่านรวมถึงก๊าซที่เรียกว่าก๊าซผู้ผลิตที่ทำจากชีวมวลอื่นๆ ที่หาได้ง่าย นอกจากนี้ยังมีการทดลองใช้เชื้อเพลิงแข็งที่เป็นผง เช่นวงจรการฉีดแมกนีเซียมด้วย

ปัจจุบันเชื้อเพลิงที่ใช้ได้แก่:

• ปิโตรเลียม :
  • น้ำมันเบนซิน ( ศัพท์ ในอเมริกาเหนือ : gasoline , ศัพท์ ในอังกฤษ : petrol)
  • น้ำมันดีเซล​
  • ออโตแก๊ส ( ก๊าซปิโตรเลียมเหลว )
  • โพรเพน
  • ก๊าซธรรมชาติอัด
  • น้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบิน ( เชื้อเพลิงการบิน )
  • เชื้อเพลิงที่เหลือ
• ถ่านหิน :
  • น้ำมันเบนซินสามารถผลิตได้จากคาร์บอน (ถ่านหิน) โดยใช้กระบวนการฟิชเชอร์-โทรปช์
  • สามารถผลิตน้ำมันดีเซลจากคาร์บอนโดยใช้กระบวนการฟิชเชอร์-โทรปช์ได้
• เชื้อเพลิงชีวภาพและน้ำมันพืช:
  • น้ำมันถั่วลิสงและน้ำมันพืช ชนิดอื่นๆ
  • ก๊าซไม้จากเครื่องผลิตก๊าซไม้ บนเรือ โดยใช้ไม้ฟืนเป็นเชื้อเพลิง
  • เชื้อเพลิงชีวภาพ:
    • ไบโอแอลกอฮอล์ (ใช้แทนน้ำมันเบนซิน)
    • ไบโอดีเซล (ใช้แทนน้ำมันดีเซลจากปิโตรเลียม)
    • ไดเมทิลอีเทอร์ (ใช้แทนน้ำมันดีเซล)
    • ไบโอเอทานอลและไบโอเมทานอล ( แอลกอฮอล์จากไม้ ) และเชื้อเพลิงชีวภาพ อื่นๆ (ดูรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงได้หลากหลายชนิด )
    • ก๊าซชีวภาพ
• ไฮโดรเจน (ส่วนใหญ่ใช้ในเครื่องยนต์จรวดของยานอวกาศ )

แม้แต่ผงโลหะเหลวและวัตถุระเบิดก็ยังถูกนำมาใช้บ้าง เครื่องยนต์ที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิงเรียกว่าเครื่องยนต์แก๊ส และเครื่องยนต์ที่ใช้ไฮโดรคาร์บอนเหลวเรียกว่าเครื่องยนต์น้ำมัน อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์เบนซินมักถูกเรียกกันทั่วไปว่า "เครื่องยนต์แก๊ส" (" เครื่องยนต์เบนซิน " นอกทวีปอเมริกาเหนือ)

ข้อจำกัดหลักของเชื้อเพลิงคือ เชื้อเพลิงต้องสามารถลำเลียงผ่านระบบเชื้อเพลิงไปยังห้องเผาไหม้ ได้อย่างง่ายดาย และเชื้อเพลิงต้องปล่อยพลังงานในรูปของความร้อน ออกมาเพียงพอ เมื่อเผาไหม้เพื่อให้เครื่องยนต์สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

โดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์ดีเซลมีน้ำหนักมากกว่า เสียงดังกว่า และมีกำลังมากกว่าที่ความเร็วรอบต่ำกว่าเครื่องยนต์เบนซินนอกจากนี้ยังประหยัดเชื้อเพลิงมากกว่าในสถานการณ์ส่วนใหญ่ และใช้ในยานพาหนะขนาดใหญ่บนท้องถนน รถยนต์บางประเภท (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากประหยัดเชื้อเพลิงมากกว่าเครื่องยนต์เบนซิน) เรือหัวรถจักร และเครื่องบิน ขนาดเล็ก ส่วน เครื่องยนต์เบนซินใช้ในยานพาหนะบนท้องถนนอื่นๆ ส่วนใหญ่ รวมถึงรถยนต์รถจักรยานยนต์และรถมอเตอร์ไซค์ ขนาดเล็ก ในยุโรปรถยนต์เครื่องยนต์ดีเซลที่ทันสมัยได้ครองส่วนแบ่งตลาดประมาณ 45% ตั้งแต่ทศวรรษ 1990 นอกจากนี้ยังมีเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเมทานอลเอ ทาน อลก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG) ไบโอดีเซลพาราฟินและน้ำมันพืช (TVO)

ในอนาคตไฮโดรเจนอาจเข้ามาแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลแบบดั้งเดิมในเครื่องยนต์สันดาปภายในได้ หรืออีกทางหนึ่ง เทคโนโลยี เซลล์เชื้อเพลิงอาจประสบความสำเร็จตามที่คาดหวัง และการใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในอาจค่อยๆ เลิกใช้ไปในที่สุด

แม้ว่าจะมีหลายวิธีในการผลิตไฮโดรเจนฟรี แต่วิธีเหล่านั้นจำเป็นต้องเปลี่ยนโมเลกุลที่ติดไฟได้ให้เป็นไฮโดรเจนหรือใช้พลังงานไฟฟ้า เว้นแต่ว่าไฟฟ้าเหล่านั้นจะผลิตจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน และไม่ได้นำไปใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่น ไฮโดรเจนก็ไม่สามารถแก้ปัญหาวิกฤตพลังงาน ใดๆ ได้ ในหลายสถานการณ์ ข้อเสียของไฮโดรเจนเมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงคาร์บอนคือการจัดเก็บไฮโดรเจนเหลวมีความหนาแน่นต่ำมาก (ต่ำกว่าน้ำ 14 เท่า) และต้องใช้ฉนวนกันความร้อนอย่างมาก ในขณะที่ไฮโดรเจนก๊าซต้องใช้ถังเก็บขนาดใหญ่ แม้ว่าจะอยู่ในรูปของเหลวแล้ว ไฮโดรเจนก็ยังมีพลังงานจำเพาะ สูงกว่า แต่การจัดเก็บพลังงานต่อปริมาตรก็ยังต่ำกว่าน้ำมันเบนซินประมาณห้าเท่า อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นของพลังงานของไฮโดรเจนสูงกว่าแบตเตอรี่ไฟฟ้าอย่างมาก ทำให้ไฮโดรเจนเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจในการนำส่งพลังงานเพื่อทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล กระบวนการ "ไฮโดรเจนตามความต้องการ" (ดูเซลล์เชื้อเพลิงโบโรไฮไดรด์โดยตรง ) สร้างไฮโดรเจนตามความต้องการ แต่ก็มีปัญหาอื่นๆ เช่น ราคาสูงของโซเดียมโบโรไฮไดรด์ซึ่งเป็นวัตถุดิบ

เนื่องจากอากาศมีอยู่มากมายบนพื้นผิวโลก สารออกซิไดเซอร์จึงมักเป็นออกซิเจนในบรรยากาศ ซึ่งมีข้อดีคือไม่ต้องเก็บไว้ภายในยานพาหนะ ทำให้เพิ่มอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักและกำลังต่อปริมาตร วัสดุอื่นๆ ถูกนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์พิเศษ โดยส่วนใหญ่เพื่อเพิ่มกำลังขับ หรือเพื่อให้สามารถใช้งานใต้น้ำหรือในอวกาศได้

• อากาศอัดถูกนำมาใช้ในตอร์ปิโดเป็น ประจำ ^{[ 49 ]}
• ออกซิเจนอัดรวมถึงอากาศอัดบางส่วน ถูกนำมาใช้ในตอร์ปิโด Type 93 ของญี่ปุ่น เรือดำน้ำบางลำบรรทุกออกซิเจนบริสุทธิ์ จรวดมักใช้ออกซิเจนเหลว^{[ 50 ]}
• มีการเติม ไนโตรมีเทนลงในน้ำมันเชื้อเพลิงสำหรับรถแข่งและรถจำลอง บางประเภท เพื่อเพิ่มกำลังและควบคุมการเผาไหม้
• ไนตรัสออกไซด์ถูกนำมาใช้ร่วมกับน้ำมันเบนซินในเครื่องบินรบ และในรถยนต์ที่ดัดแปลงเป็นพิเศษ เพื่อเพิ่มกำลังให้กับเครื่องยนต์ที่ปกติใช้เพียงน้ำมันเบนซินและอากาศ ในช่วงเวลาสั้นๆ นอกจากนี้ยังใช้ในยานอวกาศของเบิร์ต รูตันด้วย
• พลังงาน ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์อยู่ระหว่างการพัฒนาเพื่อใช้ในเรือดำน้ำของเยอรมนีในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง อาจมีการนำไปใช้ในเรือดำน้ำที่ไม่ใช้พลังงานนิวเคลียร์บางลำ และถูกนำไปใช้ในเครื่องยนต์จรวดบางรุ่น (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในจรวดแบล็กแอร์โรว์และ เครื่องบินขับไล่จรวด เมสเซอร์ชมิทท์ Me 163 )
• สารเคมีอื่นๆ เช่น คลอรีนหรือฟลูออรีน เคยถูกนำมาใช้ในการทดลอง แต่ก็ไม่พบว่าใช้งานได้จริง

การระบายความร้อนเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อขจัดความร้อนส่วนเกิน อุณหภูมิสูงอาจทำให้เครื่องยนต์เสียหายได้ โดยปกติเกิดจากการสึกหรอ (เนื่องจากความล้มเหลวของการหล่อลื่นที่เกิดจากอุณหภูมิสูง) การแตกร้าว หรือการบิดเบี้ยว การระบายความร้อนของเครื่องยนต์ที่พบได้บ่อยที่สุดสองแบบคือการระบายความร้อนด้วยอากาศและการระบายความร้อนด้วยน้ำ เครื่องยนต์รถยนต์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้ทั้งการระบายความร้อนด้วยน้ำและอากาศ เนื่องจากน้ำ/ของเหลวหล่อเย็นจะถูกส่งไปยังครีบระบายความร้อนและ/หรือพัดลม ในขณะที่เครื่องยนต์ขนาดใหญ่อาจใช้การระบายความร้อนด้วยน้ำเพียงอย่างเดียว เนื่องจากอยู่กับที่และมีน้ำประปาหรือน้ำจืดไหลเข้ามาอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่เครื่องยนต์เครื่องมือไฟฟ้าและเครื่องยนต์ขนาดเล็กอื่นๆ ส่วนใหญ่ใช้การระบายความร้อนด้วยอากาศ เครื่องยนต์บางรุ่น (ทั้งแบบระบายความร้อนด้วยอากาศหรือน้ำ) ยังมีตัวระบายความร้อนน้ำมันเครื่อง ด้วย ในเครื่องยนต์บางรุ่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการระบายความร้อนใบพัดเครื่องยนต์กังหันและการระบายความร้อนเครื่องยนต์จรวดเหลวเชื้อเพลิงถูกใช้เป็นสารหล่อเย็น โดยจะถูกอุ่นก่อนฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้

เครื่องยนต์สันดาปภายในต้องเริ่มต้นวัฏจักรการทำงาน ในเครื่องยนต์ลูกสูบ การเริ่มต้นนี้ทำได้โดยการหมุนเพลาข้อเหวี่ยง (เพลาโรเตอร์ของเครื่องยนต์วานเคิล) ซึ่งทำให้เกิดวัฏจักรการดูด การอัด การเผาไหม้ และการปล่อยไอเสีย เครื่องยนต์รุ่นแรกๆ เริ่มต้นด้วยการหมุนล้อช่วยแรงในขณะที่รถยนต์คันแรก (Daimler Reitwagen) เริ่มต้นด้วยการหมุนข้อเหวี่ยงด้วยมือ รถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในทั้งหมดเริ่มต้นด้วยการหมุนข้อเหวี่ยงด้วยมือจนกระทั่งCharles Ketteringพัฒนาระบบสตาร์ทไฟฟ้าสำหรับรถยนต์^{[ 51 ]}ปัจจุบันวิธีนี้เป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด แม้แต่ในรถยนต์ก็ตาม

เนื่องจากเครื่องยนต์ดีเซลมีขนาดใหญ่ขึ้นและกลไกมีน้ำหนักมากขึ้น จึงมีการนำระบบสตาร์ทด้วยอากาศ มาใช้ ^{[ 52 ]}ทั้งนี้เนื่องจากระบบสตาร์ทด้วยไฟฟ้าขาดแรงบิด ระบบสตาร์ทด้วยอากาศทำงานโดยการปั๊มอากาศอัดเข้าไปในกระบอกสูบของเครื่องยนต์เพื่อเริ่มการหมุน

รถจักรยานยนต์สามารถสตาร์ทเครื่องยนต์ได้สี่วิธีดังนี้:

• โดยการปั่น เช่นเดียวกับการปั่นจักรยาน
• โดยการผลักรถแล้วเหยียบคลัตช์ ซึ่งเรียกว่า "การสตาร์ทแบบวิ่งแล้วกระแทก"
• โดยการเหยียบแป้นเหยียบเพียงแป้นเดียวลงไป ซึ่งเรียกว่า "การสตาร์ทด้วยเท้า"
• โดยใช้ระบบสตาร์ทไฟฟ้า เช่นเดียวกับในรถยนต์

นอกจากนี้ยังมีระบบสตาร์ทเครื่องยนต์แบบใช้สปริงซึ่งถูกบีบอัดด้วยการหมุนข้อเหวี่ยง แล้วจึงนำไปใช้ในการสตาร์ทเครื่องยนต์

เครื่องยนต์ขนาดเล็กบางรุ่นใช้กลไกแบบดึงเชือกที่เรียกว่า "การสตาร์ทแบบดึงกลับ" โดยเชือกจะม้วนกลับเองหลังจากถูกดึงออกมาเพื่อสตาร์ทเครื่องยนต์ วิธีนี้มักใช้ในเครื่องตัดหญ้าแบบผลัก และการใช้งานอื่นๆ ที่ต้องการแรงบิดเพียงเล็กน้อยในการหมุนเครื่องยนต์

โดยทั่วไปแล้วเครื่องยนต์กังหันจะสตาร์ทด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าหรือด้วยอากาศอัด

ประเภทของเครื่องยนต์มีความแตกต่างกันอย่างมากในหลายด้าน:

• ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
• การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง/สารขับดัน ( อัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะต่อกำลังเบรกสำหรับเครื่องยนต์เพลาขับ อัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะต่อแรงขับสำหรับเครื่องยนต์เจ็ท)
• อัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนัก
• อัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนัก
• กราฟแรงบิด (สำหรับเครื่องยนต์เพลา), การลดลงของแรงขับ (เครื่องยนต์ไอพ่น)
• อัตราส่วนการอัดสำหรับเครื่องยนต์ลูกสูบอัตราส่วนความดันโดยรวมสำหรับเครื่องยนต์เจ็ทและกังหันก๊าซ

เมื่อจุดติดไฟและเผาไหม้แล้ว ผลิตภัณฑ์ จากการเผาไหม้ —ก๊าซร้อน—จะมีพลังงานความร้อนมากกว่าส่วนผสมเชื้อเพลิงและอากาศอัดเดิม (ซึ่งมีพลังงานเคมี สูงกว่า) พลังงานที่มีอยู่นี้จะปรากฏออกมาในรูปของ อุณหภูมิและความดันที่สูงขึ้นซึ่งสามารถแปลงเป็นพลังงานจลน์โดยเครื่องยนต์ได้ ในเครื่องยนต์ลูกสูบ ก๊าซความดันสูงภายในกระบอกสูบจะขับเคลื่อนลูกสูบของเครื่องยนต์

เมื่อพลังงานที่ใช้ได้ถูกระบายออกไปแล้ว ก๊าซร้อนที่เหลืออยู่จะถูกระบายออก (โดยส่วนใหญ่มักทำโดยการเปิดวาล์วหรือเปิดช่องระบายไอเสีย) ซึ่งจะทำให้ลูกสูบกลับไปยังตำแหน่งเดิม (จุดศูนย์ตายบน หรือ TDC) จากนั้นลูกสูบจะสามารถดำเนินการต่อไปในขั้นตอนต่อไปของวัฏจักร ซึ่งแตกต่างกันไปในแต่ละเครื่องยนต์ พลังงานความร้อนใดๆ ที่ไม่ถูกแปลงเป็นงานโดยปกติจะถือว่าเป็นของเสียและถูกกำจัดออกจากเครื่องยนต์โดยระบบระบายความร้อนด้วยอากาศหรือของเหลว

เครื่องยนต์สันดาปภายในถือเป็นเครื่องยนต์ความร้อน (เนื่องจากการปลดปล่อยพลังงานเคมีในการเผาไหม้มีผลเช่นเดียวกับ การถ่ายเท ความร้อนเข้าสู่เครื่องยนต์) และด้วยเหตุนี้ ประสิทธิภาพทางทฤษฎีจึงสามารถประมาณได้ด้วยวัฏจักรทางเทอร์โมไดนามิก ในอุดมคติ ประสิทธิภาพทางความร้อนของวัฏจักรทางทฤษฎีไม่สามารถเกินประสิทธิภาพของวัฏจักร คาร์โนต์ ซึ่งประสิทธิภาพของ วัฏจักรคาร์โนต์นั้นถูกกำหนดโดยความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิการทำงาน ต่ำสุดและสูงสุด ของเครื่องยนต์ อุณหภูมิการทำงานสูงสุดของเครื่องยนต์ถูกจำกัดด้วยปัจจัยหลักสองประการ ได้แก่ ขีดจำกัดการทำงานทางความร้อนของวัสดุ และความต้านทานการติดไฟเองของเชื้อเพลิงโลหะและโลหะผสม ทั้งหมด มีขีดจำกัดการทำงานทางความร้อน และมีการวิจัยอย่างมากเกี่ยวกับ วัสดุ เซรามิกที่สามารถผลิตได้ด้วยความเสถียรทางความร้อนที่สูงกว่าและคุณสมบัติโครงสร้างที่พึงประสงค์ ความเสถียรทางความร้อนที่สูงขึ้นช่วยให้มีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างอุณหภูมิการทำงานต่ำสุด (อุณหภูมิแวดล้อม) และสูงสุดมากขึ้น ดังนั้นจึงมีประสิทธิภาพทางเทอร์โมไดนามิกที่สูงขึ้น นอกจากนี้ เมื่ออุณหภูมิในกระบอกสูบสูงขึ้น เชื้อเพลิงจะติดไฟเองได้ง่ายขึ้น ซึ่งเกิดจากการที่อุณหภูมิในกระบอกสูบใกล้ถึงจุดวาบไฟของส่วนผสมเชื้อเพลิง ในขั้นตอนนี้ การจุดระเบิดอาจเกิดขึ้นเองก่อนที่หัวเทียนจะจุดประกาย ทำให้เกิดแรงดันในกระบอกสูบสูงเกินไป การจุดระเบิดเองสามารถลดลงได้โดยการใช้เชื้อเพลิงที่มีความต้านทานต่อการจุดระเบิดเองสูง ( ค่าออกเทน ) อย่างไรก็ตาม มันก็ยังจำกัดอุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาตในกระบอกสูบอยู่ดี

ข้อจำกัดทางเทอร์โมไดนามิกส์นั้นตั้งอยู่บนสมมติฐานว่าเครื่องยนต์ทำงานภายใต้สภาวะที่เหมาะสมที่สุด เช่น โลกที่ปราศจากแรงเสียดทาน ก๊าซในอุดมคติ ฉนวนที่สมบูรณ์แบบ และการทำงานอย่างไม่มีที่สิ้นสุด แต่การใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริงนั้นมีความซับซ้อนที่ลดประสิทธิภาพลง ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์จริงทำงานได้ดีที่สุดที่ภาระเฉพาะช่วงหนึ่ง ซึ่งเรียกว่า ช่วงกำลัง (power band ) เครื่องยนต์ในรถยนต์ที่วิ่งบนทางหลวงมักจะทำงานต่ำกว่าภาระที่เหมาะสมอย่างมาก เพราะถูกออกแบบมาสำหรับภาระที่สูงกว่าซึ่งจำเป็นสำหรับการเร่งความเร็วอย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ ปัจจัยต่างๆ เช่นแรงต้านลมยังลดประสิทธิภาพโดยรวมของระบบลงด้วยอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง ของรถยนต์ วัดเป็นไมล์ต่อแกลลอนหรือลิตรต่อ 100 กิโลเมตร โดยปริมาตรของไฮโดรคาร์บอนจะถือว่ามีปริมาณพลังงานมาตรฐาน

แม้ว่าจะได้รับความช่วยเหลือจากเทอร์โบชาร์จเจอร์และอุปกรณ์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพมาตรฐานแล้ว เครื่องยนต์ส่วนใหญ่ยังคงมี ประสิทธิภาพ เฉลี่ยประมาณ 18–20% ^{[ 53 ]}อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีล่าสุดในเครื่องยนต์ฟอร์มูล่าวันได้เพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนให้สูงกว่า 50% ^{[ 54 ]} มีสิ่งประดิษฐ์มากมายที่มุ่งเป้าไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายใน โดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์ที่ใช้งานได้จริงมักจะถูกจำกัดด้วยการแลกเปลี่ยนระหว่างคุณสมบัติต่างๆ เช่น ประสิทธิภาพ น้ำหนัก กำลัง ความร้อน การตอบสนอง การปล่อยไอเสีย หรือเสียงรบกวน บางครั้งเศรษฐกิจก็มีบทบาทในต้นทุนการผลิตเครื่องยนต์ และการผลิตและการจัดจำหน่ายเชื้อเพลิง การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จะนำมาซึ่งการประหยัดเชื้อเพลิงที่ดีขึ้น แต่ก็ต่อเมื่อต้นทุนเชื้อเพลิงต่อปริมาณพลังงานเท่ากันเท่านั้น

สำหรับเครื่องยนต์แบบอยู่กับที่และเครื่องยนต์แบบเพลา รวมถึงเครื่องยนต์ใบพัด การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจะวัดโดยการคำนวณอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะ (Brake Specific Fuel Consumption : BRS) ซึ่งวัดจากอัตราการไหลของมวลเชื้อเพลิงหารด้วยกำลังที่ผลิตได้

สำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในในรูปแบบของเครื่องยนต์ไอพ่น กำลังขับจะแปรผันอย่างมากตามความเร็วลม จึงมีการใช้หน่วยวัดที่มีความแปรผันน้อยกว่า นั่นคืออัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะต่อแรงขับ (TSFC) ซึ่งก็คือมวลของเชื้อเพลิงที่จำเป็นในการสร้างแรงขับโดยวัดเป็นปอนด์แรง-ชั่วโมง หรือกรัมของเชื้อเพลิงที่จำเป็นในการสร้างแรงขับที่มีขนาดหนึ่งกิโลนิวตัน-วินาที

สำหรับจรวด สามารถใช้ค่า TSFC ได้ แต่โดยทั่วไปแล้วมักใช้มาตรวัดที่เทียบเท่ากันอื่นๆ เช่นแรงขับจำเพาะและความเร็วไอเสียที่มีประสิทธิภาพ

เครื่องยนต์สันดาปภายใน เช่น เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบ ก่อให้ เกิด มลพิษทางอากาศเนื่องจากการเผาไหม้ เชื้อเพลิง คาร์บอน ไม่สมบูรณ์ อนุพันธ์หลักของกระบวนการนี้คือคาร์บอนไดออกไซด์(CO₂)₂น้ำและเขม่า บางส่วน —เรียกอีกอย่างว่าอนุภาคฝุ่นละออง (PM) ^{[ 55 ]}ผลกระทบของการสูดดมอนุภาคฝุ่นละอองได้รับการศึกษาในมนุษย์และสัตว์ และรวมถึงโรคหอบหืด มะเร็งปอด ปัญหาหัวใจและหลอดเลือด และการเสียชีวิตก่อนวัยอันควร^{[ 56 ]}อย่างไรก็ตาม ยังมีผลิตภัณฑ์เพิ่มเติมบางอย่างจากกระบวนการเผาไหม้ ซึ่งรวมถึงไนโตรเจนออกไซด์และกำมะถันและไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ถูกเผาไหม้บางส่วน ขึ้นอยู่กับสภาวะการทำงานและอัตราส่วนเชื้อเพลิงต่ออากาศ

การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากเครื่องยนต์สันดาปภายใน (โดยเฉพาะเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเช่น น้ำมันเบนซินและดีเซล) เป็นสาเหตุหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ การเพิ่ม ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ สามารถลดปริมาณ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ แต่ไม่สามารถกำจัดได้ทั้งหมด₂การปล่อยมลพิษเนื่องจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂)₂นับตั้งแต่การกำจัดCO ออกไป₂เนื่องจากการนำไอเสียจากเครื่องยนต์มาใช้เป็นเรื่องที่ไม่สามารถทำได้จริง จึงมีความสนใจเพิ่มมากขึ้นในทางเลือกอื่นๆ เชื้อเพลิงที่ยั่งยืน เช่นเชื้อเพลิงชีวภาพเชื้อเพลิงสังเคราะห์และมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ เป็นต้น

เชื้อเพลิงไม่ได้ถูกเผาไหม้หมดไปในกระบวนการเผาไหม้ จะมีเชื้อเพลิงเหลืออยู่เล็กน้อยหลังการเผาไหม้ และบางส่วนจะทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างสารประกอบออกซิเจน เช่นฟอร์มาลดีไฮด์หรืออะเซทัลดีไฮด์หรือไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ได้มีอยู่ในส่วนผสมเชื้อเพลิงตั้งแต่แรก การเผาไหม้ไม่สมบูรณ์มักเกิดจาก ปริมาณ ออกซิเจน ไม่เพียงพอที่จะทำให้ได้อัตราส่วน ทางเคมีที่เหมาะสมเปลวไฟจะ "ดับ" โดยผนังกระบอกสูบที่ค่อนข้างเย็น ทำให้เหลือเชื้อเพลิงที่ไม่ได้ทำปฏิกิริยาซึ่งถูกขับออกไปพร้อมกับไอเสีย เมื่อทำงานที่ความเร็วต่ำ การดับของเปลวไฟมักพบในเครื่องยนต์ดีเซล (จุดระเบิดแบบอัด) ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง การดับของเปลวไฟจะลดประสิทธิภาพและเพิ่มการน็อค ซึ่งบางครั้งอาจทำให้เครื่องยนต์ดับ การเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ยังนำไปสู่การผลิตคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) สารเคมีอื่นๆ ที่ปล่อยออกมา ได้แก่เบนซีนและ1,3-บิวทาไดอีนซึ่ง เป็นมลพิษทางอากาศที่เป็นอันตราย เช่นกัน

การเพิ่มปริมาณอากาศในเครื่องยนต์ช่วยลดการปล่อยมลพิษจากผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ แต่ยังส่งเสริมปฏิกิริยาระหว่างออกซิเจนและไนโตรเจนในอากาศเพื่อผลิตไนโตรเจนออกไซด์ ( NOx ₎ NOx เป็นอันตรายต่อสุขภาพ _ของพืชและสัตว์ และนำไปสู่การผลิตโอโซน ( O₃ )₃โอโซนไม่ได้ถูกปล่อยออกมาโดยตรง แต่เป็นมลพิษทางอากาศทุติยภูมิที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศจากการทำปฏิกิริยาของNO _xและสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายในที่ที่มีแสงแดด โอโซนระดับพื้นดินเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม แม้จะเป็นสารเคมีชนิดเดียวกัน แต่โอโซนระดับพื้นดินไม่ควรสับสนกับโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์หรือชั้นโอโซนซึ่งทำหน้าที่ปกป้องโลกจากรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตราย

เชื้อเพลิงคาร์บอนที่มีกำมะถันเป็นส่วนประกอบจะก่อให้เกิดซัลเฟอร์โมโนออกไซด์ (SO) และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ( SO)₂) ซึ่งเป็นสาเหตุหนึ่งของ การเกิด ฝน กรด

ในสหรัฐอเมริกา สารประกอบไนโตรเจนออกไซด์ ฝุ่นละอองขนาด เล็ก (PM)คาร์บอนมอนอกไซด์ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และโอโซน ถูกควบคุมในฐานะสารมลพิษทางอากาศตามเกณฑ์ภายใต้กฎหมายว่าด้วยอากาศสะอาด (Clean Air Act)โดยต้องควบคุมให้อยู่ในระดับที่ปกป้องสุขภาพและความเป็นอยู่ที่ดีของมนุษย์ ส่วนสารมลพิษอื่นๆ เช่น เบนซีนและ 1,3-บิวทาไดอีน ถูกควบคุมในฐานะสารมลพิษทางอากาศที่เป็นอันตรายซึ่งต้องลดการปล่อยมลพิษลงให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยขึ้นอยู่กับข้อจำกัดทางเทคโนโลยีและการปฏิบัติจริง

_{โดยทั่วไปแล้ว ก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ (} NOx ) คาร์บอนมอนอกไซด์ และสารมลพิษอื่นๆ จะถูกควบคุมโดยระบบหมุนเวียนไอเสียซึ่งจะนำไอเสียบางส่วนกลับเข้าไปในท่อไอดีของเครื่องยนต์ ส่วนตัว แปลงไอเสีย แบบเร่งปฏิกิริยา (Catalytic converter)ใช้ในการเปลี่ยนสารเคมีในไอเสียให้เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)₂( ก๊าซเรือนกระจก ) H₂O (ไอน้ำ ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกเช่นกัน) และN₂(ไนโตรเจน)

มาตรฐานการปล่อยมลพิษที่ใช้โดยหลายประเทศมีข้อกำหนดพิเศษสำหรับเครื่องยนต์นอกถนนซึ่งใช้ในอุปกรณ์และยานพาหนะที่ไม่ได้ใช้งานบนถนนสาธารณะ มาตรฐานเหล่านี้แยกออกจากยานพาหนะบนถนน^{[ 57 ]}

เครื่องยนต์สันดาปภายในก่อให้เกิด มลภาวะทางเสียงอย่างมากการจราจรของรถยนต์และรถบรรทุกบนทางหลวงและถนนก็ก่อให้เกิดเสียงดังเช่นกัน รวมถึงการบินของเครื่องบินเนื่องจากเสียงไอพ่น โดยเฉพาะเครื่องบินที่บินด้วยความเร็วเหนือเสียง เครื่องยนต์จรวดสร้างเสียงดังที่สุด

เครื่องยนต์สันดาปภายในยังคงสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงและปล่อยมลพิษขณะเดินเครื่อง เปล่า ระบบสตาร์ท-หยุดอัตโนมัติช่วยลดระยะเวลาการเดินเครื่องเปล่าลงได้

วิธีที่ดีในการประมาณมวลของคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาเมื่อเผาไหม้น้ำมันดีเซล (หรือน้ำมันเบนซิน) หนึ่งลิตร สามารถหาได้ดังนี้: ^{[ 58 ]}

โดยประมาณแล้ว สูตรทางเคมีของดีเซลคือC_nชม_2นในความเป็นจริงแล้ว ดีเซลเป็นส่วนผสมของโมเลกุลต่างๆ เนื่องจากคาร์บอนมีมวลโมเลกุล 12 กรัม/โมล และไฮโดรเจน (อะตอม) มีมวลโมเลกุลประมาณ 1 กรัม/โมล ดังนั้นสัดส่วนโดยน้ำหนักของคาร์บอนในดีเซลจึงอยู่ที่ ประมาณ12/14

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ของดีเซลแสดงได้ดังนี้:

2 ซี_nชม_2น+ 3n โอ₂⇌ 2n CO₂+ 2n H₂โอ

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มีมวลโมลาร์ 44 กรัม/โมล เนื่องจากประกอบด้วยอะตอมออกซิเจน 2 อะตอม (16 กรัม/โมล) และอะตอมคาร์บอน 1 อะตอม (12 กรัม/โมล) ดังนั้น คาร์บอน 12 กรัม จะให้ผลผลิตเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 44 กรัม

น้ำมันดีเซลมีความหนาแน่น 0.838 กิโลกรัมต่อลิตร

เมื่อนำทุกอย่างมารวมกัน มวลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นจากการเผาไหม้ดีเซล 1 ลิตร สามารถคำนวณได้ดังนี้:

${\displaystyle 0.838 กก./ลิตร\cdot {\frac {12}{14}}\cdot {\frac {44}{12}}=2.63 กก./ลิตร}$

ตัวเลขที่ได้จากการประมาณค่านี้ใกล้เคียงกับค่าที่พบในเอกสารทางวิชาการ

สำหรับน้ำมันเบนซิน ซึ่งมีความหนาแน่น 0.75 กก./ลิตร และอัตราส่วนของอะตอมคาร์บอนต่ออะตอมไฮโดรเจนประมาณ 6 ต่อ 14 ค่าประมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการเผาไหม้น้ำมันเบนซิน 1 ลิตร คือ:

${\displaystyle 0.75 กก./ลิตร\cdot {{\frac {6\cdot 12}{6\cdot 12+14}}\cdot 1}\cdot {\frac {44}{12}}=2.3 กก./ลิตร}$

คำว่าการสูญเสียแบบปรสิตมักใช้กับอุปกรณ์ที่ดึงพลังงานจากเครื่องยนต์เพื่อเพิ่มความสามารถของเครื่องยนต์ในการสร้างพลังงานมากขึ้นหรือแปลงพลังงานเป็นการเคลื่อนที่ ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน เกือบทุกส่วนประกอบทางกล รวมถึงระบบส่งกำลัง ล้วนก่อให้เกิดการสูญเสียแบบปรสิต และจึงอาจเรียกได้ว่าเป็นภาระแบบปรสิต

ตลับลูกปืนปั๊มน้ำมันแหวนลูกสูบ สปริง วาล์ว ล้อช่วย แรงเกียร์เพลาขับและเฟืองท้ายล้วนเป็นภาระปรสิตที่แย่งพลังงานจากระบบ ภาระปรสิตเหล่านี้สามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ ภาระที่เกิดขึ้นโดยธรรมชาติจากการทำงานของเครื่องยนต์ และการสูญเสียในระบบส่งกำลังที่ถ่ายทอดพลังงานจากเครื่องยนต์ไปยังล้อ (เช่น เกียร์ เพลาขับ เฟืองท้าย และเพลาล้อ)

ตัวอย่างเช่น หมวดหมู่ก่อนหน้านี้ (ภาระปรสิตของเครื่องยนต์) ได้แก่ ปั๊มน้ำมันที่ใช้ในการหล่อลื่นเครื่องยนต์ ซึ่งเป็นปรสิตที่จำเป็นที่กินพลังงานจากเครื่องยนต์ (ตัวมันเอง) อีกตัวอย่างหนึ่งของภาระปรสิตของเครื่องยนต์คือซูเปอร์ชาร์จเจอร์ซึ่งได้รับพลังงานจากเครื่องยนต์และสร้างพลังงานเพิ่มขึ้นให้กับเครื่องยนต์ พลังงานที่ซูเปอร์ชาร์จเจอร์ใช้ไปนั้นถือเป็นการสูญเสียปรสิต และมักแสดงในหน่วยกิโลวัตต์หรือแรงม้าแม้ว่าพลังงานที่ซูเปอร์ชาร์จเจอร์ใช้ไปเมื่อเทียบกับสิ่งที่มันสร้างขึ้นจะมีน้อย แต่ก็ยังสามารถวัดหรือคำนวณได้ คุณสมบัติที่พึงประสงค์อย่างหนึ่งของเทอร์โบชาร์จเจอร์เหนือซูเปอร์ชาร์จเจอร์คือการสูญเสียปรสิตที่ต่ำกว่าของเทอร์โบชาร์จเจอร์^{[ 59 ]}

การสูญเสียแบบปรสิตของระบบส่งกำลังประกอบด้วยภาระทั้งแบบคงที่และแบบไดนามิก ภาระแบบคงที่เกิดขึ้นที่ความเร็วคงที่และอาจมีต้นกำเนิดมาจากส่วนประกอบเฉพาะ เช่นตัวแปลงแรงบิดปั๊มน้ำมันเกียร์และ/หรือ แรงเสียด ทานของคลัตช์และแรงเสียดทานของซีล/แบริ่ง การกวนของสารหล่อลื่น และแรงเสียด ทาน / แรงต้านของ เกียร์ ที่พบได้ทั่วทั้งระบบ ภาระแบบไดนามิกเกิดขึ้นภายใต้การเร่งความเร็วและเกิดจากความเฉื่อยของส่วนประกอบที่หมุนได้ และ/หรือแรงเสียดทานที่เพิ่มขึ้น^{[ 60 ]}

แม้ว่ากฎทั่วไป เช่น การสูญเสียพลังงาน 15% จากภาระปรสิตของระบบส่งกำลังจะถูกกล่าวซ้ำบ่อยครั้ง แต่การสูญเสียพลังงานจริงเนื่องจากภาระปรสิตนั้นแตกต่างกันไปในแต่ละระบบ อาจได้รับอิทธิพลจากการออกแบบระบบส่งกำลัง ประเภทของสารหล่อลื่น อุณหภูมิ และปัจจัยอื่นๆ อีกมากมาย^{[ 60 ] [ 61 ]}ในรถยนต์ การสูญเสียของระบบส่งกำลังสามารถวัดปริมาณได้โดยการวัดความแตกต่างระหว่างกำลังที่วัดได้จากไดนาโมมิเตอร์ของเครื่องยนต์และไดนาโมมิเตอร์ของแชสซีอย่างไรก็ตาม วิธีนี้มีประโยชน์หลักๆ สำหรับการวัดภาระในสภาวะคงที่ และอาจไม่สะท้อนถึงการสูญเสียเนื่องจากภาระแบบไดนามิกได้อย่างแม่นยำ^{[ 60 ]}สามารถใช้วิธีการที่ทันสมัยกว่าในห้องปฏิบัติการได้ เช่น การวัดความดันภายในกระบอกสูบ อัตราการไหล และอุณหภูมิ ณ จุดต่างๆ และการทดสอบชิ้นส่วนแต่ละชิ้นหรือชุดประกอบย่อยเพื่อกำหนดการสูญเสียจากแรงเสียดทานและการสูบฉีด^{[ 62 ]}

ตัวอย่างเช่น ในการทดสอบไดนาโมมิเตอร์โดยนิตยสารHot RodรถFord Mustangที่ติดตั้ง เครื่องยนต์ Ford V8 บล็อกเล็กขนาด 357 ลูกบาศก์นิ้วที่ดัดแปลงแล้ว และเกียร์อัตโนมัติ มีการสูญเสียกำลังของระบบขับเคลื่อนโดยเฉลี่ย 33% ในการทดสอบเดียวกัน รถBuickที่ติดตั้งเครื่องยนต์ V8 ขนาด 455 ลูกบาศก์นิ้วที่ดัดแปลงแล้วและเกียร์ธรรมดา 4 สปีด มีการสูญเสียกำลังของระบบขับเคลื่อนโดยเฉลี่ย 21% ^{[ 63 ]}

การทดสอบในห้องปฏิบัติการของเครื่องยนต์ดีเซลสำหรับงานหนักพบว่าพลังงานเชื้อเพลิงที่ป้อนเข้าไป 1.3% สูญเสียไปกับภาระของอุปกรณ์เสริมเครื่องยนต์ เช่น ปั๊มน้ำและปั๊มน้ำมัน^{[ 62 ]}

วิศวกรยานยนต์และผู้ปรับแต่งมักทำการออกแบบเพื่อลดภาระปรสิตเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและกำลังขับ ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการเลือกส่วนประกอบหรือระบบเครื่องยนต์หลัก เช่น การใช้ ระบบหล่อลื่น แบบอ่างแห้งแทน ระบบ อ่างเปียกหรืออาจทำได้โดยการเปลี่ยนส่วนประกอบเล็กๆ น้อยๆ ที่มีจำหน่ายเป็นอุปกรณ์เสริม เช่น การเปลี่ยนพัดลมที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์โดยตรงเป็นพัดลมที่มีคลัตช์พัดลมหรือพัดลมไฟฟ้า^{[ 63 ]}การดัดแปลงอีกอย่างหนึ่งเพื่อลดการสูญเสียปรสิต ซึ่งมักพบในรถแข่งในสนามเท่านั้น คือการเปลี่ยนปั๊มน้ำที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์เป็นปั๊มน้ำไฟฟ้า^{[ 64 ]}การลดการสูญเสียปรสิตจากการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจเกิดจากแรงเสียดทานที่ลดลงหรือตัวแปรอื่นๆ อีกมากมายที่ทำให้การออกแบบมีประสิทธิภาพมากขึ้น

• Anyebe, EA (2009). เครื่องยนต์สันดาปและการทำงาน คู่มือเทคโนโลยีรถยนต์เล่ม 2.
• เดนตัน, ที. (2011). ระบบกลไกและไฟฟ้าของรถยนต์ . ระบบกลไกและไฟฟ้าของรถยนต์: เทคโนโลยีรถยนต์: การบำรุงรักษาและการซ่อมแซมรถยนต์. เทย์เลอร์ แอนด์ ฟรานซิส. ISBN 978-1-136-27038-3.
• เฮย์วูด, เจ. (2018). หลักการพื้นฐานของเครื่องยนต์สันดาปภายใน ฉบับที่ 2.สำนักพิมพ์ McGraw-Hill Education. ISBN 978-1-260-11611-3.
• นันนีย์, มัลคอล์ม เจ. (2007). เทคโนโลยีรถยนต์ขนาดเบาและขนาดหนัก (ฉบับที่ 4). เอลเซเวียร์ บัตเตอร์เวิร์ธ-ไฮเนมันน์. ISBN 978-0-7506-8037-0.
• ริคาร์โด, แฮร์รี่ (1931). เครื่องยนต์สันดาปภายในความเร็วสูง .
• ซิงกัล, อาร์เคเครื่องยนต์สันดาปภายในนิวเดลี อินเดีย: สำนักพิมพ์คาตาเรียISBN 978-93-5014-214-1.
• สโตน, ริชาร์ด (1992). ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ฉบับที่ 2). แมคมิลแลน. ISBN 978-0-333-55083-0.
• ยามากาตะ, ฮ. (2005). วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของวัสดุในเครื่องยนต์รถยนต์ . สำนักพิมพ์วูดเฮด. วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของวัสดุในเครื่องยนต์รถยนต์. เอลเซเวียร์ ไซแอนซ์. ISBN 978-1-84569-085-4.
• สิทธิบัตร:
  • ES 433850 , Ubierna Laciana, "Perfeccionamientos en Motores de Explosion, con Cinco Tiem-Pos y Doble Expansion" เผยแพร่เมื่อวันที่ 1 พฤศจิกายน พ.ศ. 2519 
  • ES 230551 , Ortuno Garcia Jose, "Un Nuevo Motor de Explosion" เผยแพร่เมื่อวันที่ 1 มีนาคม พ.ศ. 2500 
  • ES 249247 , Ortuno Garcia Jose, "Motor de Carreras Distintas" เผยแพร่เมื่อวันที่ 1 กันยายน พ.ศ. 2502 

• ซิงเกอร์, ชาร์ลส์ โจเซฟ; เรเปอร์, ริชาร์ด (1978). ชาร์ลส์ ซิงเกอร์ และคณะ (บรรณาธิการ). ประวัติศาสตร์ของเทคโนโลยี: เครื่องยนต์สันดาปภายใน . สำนักพิมพ์แคลเรนดอน. หน้า  157–176 . ISBN 978-0-19-858155-0.
• Setright, LJK (1975). เครื่องยนต์ที่ไม่ธรรมดาบางประเภท . ลอนดอน: สถาบันวิศวกรเครื่องกล. ISBN 978-0-85298-208-2.
• ซูซูกิ, ทาคาชิ (1997). ความโรแมนติกของเครื่องยนต์ . สหรัฐอเมริกา: สมาคมวิศวกรยานยนต์. ISBN 978-1-56091-911-7.
• ฮาร์เดนเบิร์ก, ฮอร์สต์ โอ. (1999). ยุคกลางของเครื่องยนต์สันดาปภายใน . สหรัฐอเมริกา: สมาคมวิศวกรยานยนต์.
• กันสตัน, บิล (1999). การพัฒนาเครื่องยนต์ลูกสูบสำหรับอากาศยาน . PSL. ISBN 978-1-85260-619-0.

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับเครื่องยนต์สันดาปภายใน

Wikiversity มีแหล่งข้อมูลการเรียนรู้เกี่ยวกับเครื่องยนต์สันดาปภายใน

ค้นหาคำว่า "เครื่องยนต์สันดาปภายใน"ในวิกิพีเดีย ซึ่งเป็นพจนานุกรมเสรี

• วิดีโอการเผาไหม้ – การเผาไหม้ภายในกระบอกสูบในเครื่องยนต์ 2 จังหวะที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า
• กลไกภาพเคลื่อนไหว – อธิบายประเภทต่างๆ
• บทนำเกี่ยวกับเครื่องยนต์รถยนต์ – ภาพตัดขวางและภาพรวมที่ดีของเครื่องยนต์สันดาปภายใน
• ห้องปฏิบัติการวิจัย Walter E. Lay Auto Lab – งานวิจัย ณ มหาวิทยาลัยมิชิแกน
• YouTube – ภาพเคลื่อนไหวแสดงส่วนประกอบและการประกอบเครื่องยนต์ 4 สูบ
• YouTube – ภาพเคลื่อนไหวแสดงชิ้นส่วนภายในที่เคลื่อนไหวของเครื่องยนต์ 4 สูบ
• เทคโนโลยีเครื่องยนต์รุ่นใหม่ (สืบค้นเมื่อ 9 พฤษภาคม 2552)
• วิธีการทำงานของเครื่องยนต์รถยนต์
• เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ไม่ธรรมดา
• สมาคมประวัติศาสตร์เครื่องยนต์อากาศยาน (AEHS) – หน้าหลัก AEHS