往復活塞式內燃機所用的燃料主要是汽油(gasoline)或柴油(diesel)。由于汽油和柴油具有不同的性質，因而在發動機的工作原理和結構上有差異。 一. 四沖程汽油機工作原理 汽油機是將空氣與汽油以一定的比例混合成良好的混合氣，在吸氣沖程被吸入汽缸，混合氣經壓縮點火燃燒而產生熱能，高溫高壓的氣體作用于活塞頂部，推動活塞作往復直線運動，通過連桿、曲軸飛輪機構對外輸出機械能。四沖程汽油機在進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程內完成一個工作循環。 (1) 吸氣沖程(intake stroke) 活塞在曲軸的帶動下由上止點移至下止點。此時進氣門開啟，排氣門關閉，曲軸轉動180°。在活塞移動過程中，汽缸容積逐漸增大，汽缸內氣體壓力從pr逐漸降低到pa，汽缸內形成一定的真空度，空氣和汽油的混合氣通過進氣門被吸入汽缸，并在汽缸內進一步混合形成可燃混合氣。由于進氣系統存在阻力，進氣終點 (圖中a 點)汽缸內氣體壓力小于大氣壓力0 p ，即pa= (0.80～0.90) 0 p 。進入汽缸內的可燃混合氣的溫度，由于進氣管、汽缸壁、活塞頂、氣門和燃燒室壁等高溫零件的加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到340～400K。 (2) 壓縮沖程(compression stroke) 壓縮沖程時，進、排氣門同時關閉。活塞從下止點向上止點運動，曲軸轉動180°。活塞上移時，工作容積逐漸縮小，缸內混合氣受壓縮后壓力和溫度不斷升高，到達壓縮終點時，其壓力pc可達800～2 000kPa，溫度達600～750K。在示功圖上，壓縮行程為曲線a～c。 (3) 做功沖程(power stroke) 當活塞接近上止點時，由火花塞點燃可燃混合氣，混合氣燃燒釋放出大量的熱能，使汽缸內氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒最高壓力pZ達3 000～6 000kPa，溫度TZ達2 200～2 800K。高溫高壓的燃氣推動活塞從上止點向下止點運動，并通過曲柄連桿機構對外輸出機械能。隨著活塞下移，汽缸容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降，到達 b 點時，其壓力降至300～500kPa，溫度降至1 200～1 500K。在做功沖程，進氣門、排氣門均關閉，曲軸轉動180°。在示功圖上，做功行程為曲線c-Z-b。 (4) 排氣沖程(exhaust stroke) 排氣沖程時，排氣門開啟，進氣門仍然關閉，活塞從下止點向上止點運動，曲軸轉動180°。排氣門開啟時，燃燒后的廢氣一方面在汽缸內外壓差作用下向缸外排出，另一方面通過活塞的排擠作用向缸外排氣。由于排氣系統的阻力作用，排氣終點r 點的壓力稍高于大氣壓力，即pr=(1.05～1.20)p0。排氣終點溫度Tr=900～1100K。活塞運動到上止點時，燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無法排出，這部分廢氣叫殘余廢氣。 二. 四沖程柴油機工作原理 四沖程柴油機和汽油機一樣，每個工作循環也是由進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程組成。由于柴油機以柴油作燃料，與汽油相比，柴油自燃溫度低、黏度大不易蒸發，因而柴油機采用壓縮終點壓燃著火，也叫壓燃式點火，其工作過程及系統結構與汽油機有所不同. (1) 進氣沖程 進入汽缸的工質是純空氣。由于柴油機進氣系統阻力較小，進氣終點壓力pa= (0.85～0.95)p0，比汽油機高。進氣終點溫度Ta=300～340K，比汽油機低。 (2) 壓縮沖程 由于壓縮的工質是純空氣，因此柴油機的壓縮比比汽油機高(一般為ε=16～22)。壓縮終點的壓力為3 000～5 000kPa，壓縮終點的溫度為750～1 000K，大大超過柴油的自燃溫度(約520K)。 (3) 做功沖程 當壓縮沖程接近終了時，在高壓油泵作用下，將柴油以10MPa左右的高壓通過噴油器噴入汽缸燃燒室中，在很短的時間內與空氣混合后立即自行發火燃燒。汽缸內氣體的壓力急速上升，最高達5 000～9 000kPa，最高溫度達1 800～2 000K。由于柴油機是靠壓縮自行著火燃燒，故稱柴油機為壓燃式發動機。 (4) 排氣沖程 柴油機的排氣與汽油機基本相同，只是排氣溫度比汽油機低。一般Tr=700～900K。對于單缸發動機來說，其轉速不均勻，發動機工作不平穩，振動大。這是因為四個沖程中只有一個沖程是做功的，其他三個沖程是消耗動力為做功做準備的沖程。為了解決這個問題，飛輪必須具有足夠大的轉動慣量，這樣又會導致整個發動機質量和尺寸增加。采用多缸發動機可以彌補上述不足。現代汽車用多采用四缸、六缸和八缸發動機。