Κινητήρας εσωτερικής καύσης (ICE)

Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης παράγει μηχανική ισχύ καίγοντας καύσιμο μέσα στους ίδιους τους θαλάμους λειτουργίας του, τους κυλίνδρους, και όχι σε ξεχωριστό φούρνο. Το όνομα τον διακρίνει από τις μηχανές εξωτερικής καύσης, όπως η ατμομηχανή, όπου το καύσιμο καίγεται έξω από τον κύλινδρο για να θερμάνει ένα ρευστό εργασίας. Αναφλέγοντας ένα μείγμα αέρα και καυσίμου απευθείας μέσα σε έναν σφραγισμένο κύλινδρο, ο κινητήρας αξιοποιεί την ταχεία εκτόνωση των καυτών αερίων που προκύπτουν για να παράγει έργο άμεσα και σε συμπαγή κλίμακα, και γι' αυτό αυτή η αρχή κυριάρχησε στις οδικές μεταφορές για πάνω από έναν αιώνα.

Ο βασικός μηχανισμός μετατρέπει την πίεση των αερίων που καίγονται σε περιστροφική κίνηση. Μέσα σε κάθε κύλινδρο ένα έμβολο ολισθαίνει πάνω-κάτω, στεγανοποιημένο από ελατήρια εμβόλου. Όταν το μείγμα αέρα-καυσίμου αναφλέγεται, η απότομη αύξηση της πίεσης σπρώχνει το έμβολο προς τα κάτω, και ένας διωστήρας μεταφέρει αυτή τη γραμμική ώθηση σε έναν στροφαλοφόρο άξονα, του οποίου τα έκκεντρα μετατρέπουν την παλινδρομική κίνηση των εμβόλων σε ομαλή περιστροφή. Αυτή η περιστροφή, αφού περάσει από τον σφόνδυλο, τον συμπλέκτη και το κιβώτιο ταχυτήτων, κινεί τελικά τους τροχούς. Οι βαλβίδες στην κεφαλή του κυλίνδρου, που ανοίγουν και κλείνουν στον σωστό χρόνο από τον εκκεντροφόρο, εισάγουν φρέσκο μείγμα και αποβάλλουν τα καυσαέρια.

Οι περισσότεροι κινητήρες αυτοκινήτων λειτουργούν με τον τετράχρονο κύκλο, στον οποίο κάθε κύλινδρος ολοκληρώνει τέσσερις διαδρομές εμβόλου για κάθε παλμό ισχύος: τη διαδρομή εισαγωγής που αναρροφά το μείγμα, τη διαδρομή συμπίεσης που το στριμώχνει, τη διαδρομή ισχύος όπου καίγεται και σπρώχνει το έμβολο προς τα κάτω, και τη διαδρομή εξαγωγής που εκκενώνει τα καμένα αέρια. Επειδή μόνο μία από τις τέσσερις διαδρομές παράγει ισχύ, οι πολλαπλοί κύλινδροι διατάσσονται έτσι ώστε οι αναφλέξεις τους να αλληλεπικαλύπτονται, δίνοντας σταθερή ροή ροπής και τη χαρακτηριστική ομαλότητα ενός πολυκύλινδρου κινητήρα.

Τα δύο κυρίαρχα καύσιμα χωρίζουν τους κινητήρες σε δύο οικογένειες που διαφέρουν κυρίως στον τρόπο ανάφλεξης. Ένας βενζινοκινητήρας αναμειγνύει καύσιμο και αέρα και αναφλέγει το συμπιεσμένο μείγμα με ένα μπουζί σε μια ακριβή στιγμή. Ένας πετρελαιοκινητήρας συμπιέζει μόνο αέρα σε πολύ υψηλότερη σχέση, θερμαίνοντάς τον αρκετά ώστε το καύσιμο που εγχέεται να αναφλεγεί αυτόματα, γι' αυτό και οι πετρελαιοκινητήρες δεν χρειάζονται μπουζί και τείνουν να αποδίδουν μεγαλύτερη ροπή και απόδοση. Πέρα από το καύσιμο, οι κινητήρες περιγράφονται από τον κυβισμό τους — τον συνολικό όγκο εκτόπισης των κυλίνδρων — και τη σχέση συμπίεσης, που και τα δύο επηρεάζουν έντονα την ισχύ και την οικονομία, και μπορεί να αναπνέουν φυσικά ή να τροφοδοτούνται με πίεση από τούρμπο ή υπερσυμπιεστή.

Για το μεγαλύτερο μέρος της ιστορίας του αυτοκινήτου η συντομογραφία ICE σπάνια χρειαζόταν, επειδή σχεδόν κάθε αυτοκίνητο διέθετε έναν τέτοιο κινητήρα. Ο όρος απέκτησε βαρύτητα μόνο καθώς εξαπλώθηκαν τα ηλεκτρικά και τα υβριδικά συστήματα κίνησης, δημιουργώντας ανάγκη να ξεχωρίσει η ισχύς από καύση καυσίμου από την ηλεκτρική κίνηση. Σε αυτό το πλαίσιο, το ICE στέκεται πλέον ως η συντομογραφία της καθιερωμένης τεχνολογίας, που εκτιμάται για τη μεγάλη αυτονομία και τον γρήγορο ανεφοδιασμό της, αλλά όλο και περισσότερο σταθμίζεται έναντι των ηλεκτροκινητήρων ως προς την απόδοση, τους τοπικούς ρύπους και τη μηχανική απλότητα.