機関 (機械)
カール・ベンツによって作られた初めて商業的に成功した自動車は、軽量で強力な機関に対する関心を増大させた。4ストロークオットーサイクルで作動する軽量ガソリン内燃機関が軽量自動車で最も成功を収めているのに対して、より効率的なディーゼル機関はトラックおよびバスで使われている。しかしながら、近年は、ターボディーゼル機関が人気を増してきている。
燃焼機関は燃焼過程の熱によって駆動する熱機関である。
内燃機関
内燃機関は、燃焼室内で燃料(一般的に化石燃料)の燃焼が酸化剤(大抵は空気)と共に起こる機関である。内燃機関において、燃焼によって生産される高温・高圧気体の膨張は、ピストンあるいはタービン翼あるいはノズルといった機関の部品に直接的に力を加え、それを移動させることによって、有用な力学的エネルギーを生成する。
外燃機関
外燃機関は、壁面あるいは熱交換器を通して外部源の燃焼によって内部の作動流体が熱せられる熱機関である。流体は次に膨張し機関の機構に作用することによって運動と使用可能な仕事を生産する。流体は次に冷却、圧縮、再利用(密閉サイクル)されるかあるいは(一般的ではないが)捨てられ、冷えた流体が注入される(開放サイクル空気機関)。
「燃焼」は、熱を供給するための酸化剤を用いて燃料を燃やすことを意味する。同様(あるいは同一)の形態および動作の機関は、核、太陽光、地熱、燃焼を伴わない発熱反応といったその他の熱源からの熱の供給を利用することができる。しかし、これらは厳密には外燃機関ではなく、外部熱機関に分類される。
作動流体は、スターリング機関では気体、蒸気機関では蒸気、有機ランキンサイクルではn-ペンタンといった有機液体でもよい。流体はどんな組成でもよい。
「Motor」と「engine」は後に日常会話では区別せずに使われるようになった。しかしながら、厳密には、2つの単語は異なる意味を持つ。「Engine」は燃料を燃焼ないしは別の方法で消費してその化学組成を変化させる装置であるのに対して、「motor」は電気、空気圧、液圧によって駆動する装置であり、そのエネルギー源の化学的組成を変化させない。しかしながら、高出力模型ロケットでは、燃料を消費するにもかかわらずロケットモーターという用語が使われる。
熱機関は「原動機」としても機能する。原動機とは流体の流れあるいは圧力の変化を力学的エネルギーへと転換する構成要素である。内燃機関によって駆動される自動車は様々なモーターおよびポンプを利用することができるが、結局のところはそういった全ての装置はエンジンから動力を得ている。もう一つの見方は、モーターは外部源から動力を受け取り、次にそれを力学的エネルギーへ変換するのに対して、エンジンは圧力から動力を作り出している点である(圧力は燃焼あるいはその他の化学反応の爆発力から直接的に、または空気、水、蒸気といったその他の物質への何らかの力から二次的に得られる)。
熱エネルギーを運動へと変換する装置は通常単に「engine」と呼ばれる。
ワットの蒸気機関は、部分的な真空の助けによりピストンを駆動させるために大気圧より少し上の圧力の蒸気を利用する最初の蒸気機関であった。1712年のニューコメンの蒸気機関の設計を改良し1763年から1775年までの間に散発的に発展したワットの蒸気機関は、蒸気機関の発展における大きな一歩であった。燃料効率が劇的に向上したジェームズ・ワットの設計は蒸気機関の代名詞となった。これにはワットのビジネスパートナーであったマシュー・ボールトンも少なからず貢献した。ワットの蒸気機関により、水力が利用できなかった土地において以前では想像できない規模の効率的な半自動化された工場が急速に発展した。後の開発により、蒸気機関車や鉄道輸送の大幅な拡大が起こった。
内燃ピストン機関に関しては、1807年にフランスでド・リヴァとニエプス兄弟によってそれぞれ独立に試験された。それらは1824年にカルノーによって理論的に前進した。1853年から1857年、エウジェーニオ・バルサンティとフェリーチェ・マッテウッチは初の4サイクル機関であった可能性のあるフリーピストン原理を使用した機関を発明し特許を取った。1877年のオットーサイクルは、蒸気機関よりもはるかに高い出力重量比を与えることができ、車や飛行機といった多くの輸送用途に対してよりうまく機能した。