Двигатель, в котором сжигание топлива происходит внутри цилиндра, где образовавшийся газ расширяется, называют двигателем внутреннего сгорания.

 К таким двигателям относятся бензиновые двигатели и дизели.

Первый дизельный двигатель был построен немецким инженером Рудольфом Дизелем в 1897 г.

Исторически первыми надёжно работающими бензиновыми двигателями стали карбюраторные двигатели, появившиеся в конце XIX в. Горючая смесь в таких двигателях готовится вне цилиндра в специальном устройстве — карбюраторе — путём распыления бензина в потоке воздуха.

Устройство карбюраторного ДВС

Рабочим циклом двигателя внутреннего сгорания называют процессы, в результате осуществления которых количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива, превращается в механическую работу.

В четырёхтактном карбюраторном и дизельном двигателях рабочий цикл состоит из четырёх тактов. Каждый такт совершается за пол-оборота коленчатого вала.

Такт впуска. При движении поршня вниз в цилиндре под поршнем давление уменьшается. В результате этого через отверстие, открываемое впускным клапаном  1, в  цилиндр поступает горючая смесь (в карбюраторных двигателях) или чистый воздух (в  дизелях). Когда цилиндр заполнится горючей смесью или воздухом, впускной клапан закрывается.

Такт сжатия. Поршень движется вверх. Оба клапана (впускной и выпускной) закрыты. В результате сжатия температура рабочей смеси достигает 300—350ºС при давлении (6—10) ·10⁵ Па, а температура воздуха в  дизелях  — 500—600ºС при давлении (30—36) ·10⁵ Па. К моменту приближения поршня к  верхней точке между электродами свечи зажигания (в  карбюраторных двигателях) проскакивает искра, и смесь загорается; в дизельных двигателях производится впрыск топлива под давлением (120—125) ·10⁵ Па. Оно быстро перемешивается с воздухом, и полученная смесь, самовоспламенившись, быстро сгорает.

 Такт расширения (рабочий ход). Оба клапана по-прежнему закрыты. При сгорании рабочей смеси выделяется большое количество теплоты, в результате чего происходит расширение газов, сопровождающееся резким повышением температуры. Расширяясь, газы толкают поршень и вместе с ним коленчатый вал, совершая механическую работу. При этом газы охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в  механическую энергию поршня. Под действием силы давления газов поршень перемещается вниз.

Такт выпуска. Поршень движется вверх. Открывается выпускной клапан, и начинается выпуск отработанных газов. Отработанные газы вытесняются поршнем в  атмосферу. После этого цикл повторяется.

Современные ДВС

В современных бензиновых автомобильных двигателях карбюраторные системы подачи топлива уступили место более совершенным инжекторным системам. При этом подача топлива в цилиндры производится путём впрыска с помощью специальных форсунок, а дозирование топлива осуществляется электронным блоком управления.

Дизели из-за их массивности долгое время использовали в основном на судах, тракторах, грузовых автомобилях, автобусах. В настоящее время созданы компактные дизельные двигатели и для легковых автомобилей.

Обычно в автомобилях используют двигатели из четырёх цилиндров, в каждом из ко торых поочерёдно происходит рабочий ход.