利用燃料燃燒時產生的能量對外做功的機器。熱機是依靠由某些熱力學過程組成的特定熱力學迴圈進行工作的。在加熱過程中，燃料燃燒向熱機供入熱量Q1；而在放熱過程中，熱機向冷源放出熱量Q2。迴圈中所作的功為ΔW＝Q1<－Q2，由於Q1>Q2，熱機在循環過程中對外做功。
熱機的種類很多，按傳遞能量的媒介質即工質接受燃料釋放能量的方式，可以分為兩大類：內燃機和外燃機。內燃機中，燃料在熱機內部燃燒，生成的氣體就是熱機的工質。外燃機中，燃料在熱機外部燃燒，能量通過熱交換器傳給工質（如蒸汽）。不論是屬於外燃機的蒸汽機還是屬於內燃機的汽油機、柴油機等，它們都是靠工質在氣缸內膨脹推動活塞往復運動實現對外作功的，都可稱為往復式熱機。汽輪機，汪克爾轉子發動機等則是靠工質推動葉輪或轉子回轉運動實現對外作功的，故稱為回轉式熱機。燃氣輪機屬於內燃式熱機，其作功方式與汽輪機相同，因此稱為回轉式內燃機。這些熱機都是依靠高溫高壓工質推動某個部件作功的。
熱機的形式和種類
20世紀50年代才發展起來的渦輪噴氣發動機、沖壓噴氣發動機和火箭發動機，按工質接受熱量的方式，也應屬於內燃機；但其作功是依靠燃料燃燒產生的高溫氣體噴射所產生的反作用力，所以稱為噴氣發動機。
內燃機 在內燃機氣缸內液體或氣體燃料燃燒產生的能量直接轉變為機械功，能量的利用比較好，效率比蒸汽機高。
汽油機 其工作是靠活塞在氣缸中的往復運動完成的。當活塞在氣缸頂端時，進氣閥打開，氣缸吸入汽油蒸氣和空氣的混合氣體，這個過程稱為進氣過程（圖1中0-1過程）。隨後，進氣閥關閉，活塞上行對混合氣體進行壓縮，這就是壓縮過程（圖1中1-2過程）。當活塞再次接近氣缸頂點時，火花塞產生電火花，混合氣體燃燒，使氣缸內壓力和溫度迅速上升， 這就是加熱過程（圖1中2-3過程）。燃燒產生的高壓氣體的膨脹向下推動活塞，這就是膨脹過程或稱為工作過程。在此過程中，活塞在氣缸內作直線運動，利用曲柄機構將直線運動轉變為旋轉運動對外作功（圖1中3-4過程）。隨後排氣閥打開， 氣缸內的壓力降到差不多等於大氣壓力，這個過程稱為排氣過程或放熱過程（圖1中4-1過程）。上升的活塞把大部分剩餘廢氣排出， 稱為掃氣過程（圖1中1-0過程）。汽油機可以看作是按照奧托循環工作的一種發動機。圖2是奧托循環的p-V圖，圖中從0點開始沿0-1線吸入混合氣體，並從1點沿1-2線將氣體絕熱壓縮到2點，由2點開始沿2-3線等容地輸入熱量Q1到 3點，然後由3點沿3-4線絕熱膨脹到4點，最後沿4-1線放出熱量等容冷卻到1點，此後循環重復進行。圖2中1234包圍的面積為輸入功，其熱效率為
式中γ 是定壓比熱容與定容比熱容之比，
，
ε是氣缸內氣體的最大體積
V
1同最小體積
V
2之比，
，稱為壓縮比。在汽油機中發動機的熱效率隨著壓縮比的增加而增加；壓縮時氣體的溫度要升高，但不能超過混合氣的燃點溫度，因此壓縮比不能太大。近代汽油機的壓縮比限制在4～10之間。汽油機的熱效率約在 40％左右。汽油機被廣泛用作汽車、拖拉機、飛機等的驅動動力。轉子發動機(圖3)是用轉子的旋轉運動代替往復運動的活塞進行壓縮和膨脹，其工作原理與汽油機相同。由於去掉瞭曲柄連桿機構，因而重量減輕瞭很多（大約30％）。
柴油機 使用揮發性較低的柴油做燃料，不需要火花塞點火。當活塞急劇壓縮氣缸內的空氣，使其溫度升高，超過柴油的燃點後，由噴油嘴噴出霧狀柴油，在氣缸內自行燃燒。這種發動機又稱為壓縮-點火發動機。圖4是柴油機的工作原理以及描述其工作過程的狄塞爾循環的p-V圖。0-1線表示空氣在吸入過程中被吸入到氣缸，並沿1-2線絕熱壓縮到2點，2點的空氣溫度可使噴入氣缸內的柴油不需要火花塞點火而自行燃燒，但燃燒速度不如汽油機快，2-3線表示燃燒過程是在等壓下進行的，然後沿3-4線絕熱膨脹到4點，並沿4-1線等容冷卻到1點完成一個循環。柴油機的熱效率為：
式中γ 和ε分別為比熱容比和壓縮比，而
稱為膨脹比，表示加熱時工質所進行的膨脹。
ρ 值愈大，發動機的效率愈低；
ε 愈大，效率愈高。柴油機可以有較大的壓縮比，通常限制在15～18之間。熱效率在40％左右。柴油機比汽油機笨重而能發出較大的功率，因而常用作大型卡車、機車和船艦的動力裝置。
外燃機 在外然機中，燃料的燃燒是在氣缸以外進行的。例如推動蒸汽機和汽輪機的蒸汽就是在蒸汽鍋爐裡產生的。其工作過程可用蘭金循環來描述。如圖5所示，通過給水泵將水送入鍋爐，水在鍋爐內接受燃料燃燒產生的熱量Q1（2-3過程）變為蒸汽，再使蒸汽過熱，使其溫度高於鍋爐的溫度。然後蒸汽在發動機內（蒸汽機或汽輪機）絕熱膨脹對外做功W(3-4過程)，這一過程使蒸汽降溫，而後進入冷凝器凝結成水，並放出熱量Q2。冷凝的水通過給水泵又送入鍋爐，完成一個循環。
蒸汽機 蒸汽進入汽缸內，利用蒸汽膨脹推動汽缸內的活塞作往復運動，並由曲柄將活塞的往復運動轉換為旋轉運動。蒸汽機的特點是構造簡單、工作可靠，並容許超負荷40％～50％較長時間工作。雖然其效率不超過10％～14％，比內燃機和汽輪機低，但由於可使用價格較低的煤，在一些工業、鐵路及水路運輸部門中，目前還在使用。
汽輪機 是一種旋轉式蒸汽動力裝置，它利用通過固定噴嘴加速的汽流噴射到葉片上，使裝有葉片排的轉軸旋轉，同時對外作功。汽輪機常作為大型動力設備而應用於冶金工業、化學工業和艦船動力裝置，並且是現代火力發電廠的主要設備。為瞭節約能源，正發展熱－電聯產型汽輪機及蒸汽和燃氣聯合循環裝置。這些措施都將進一步提高火力發電廠的經濟性。
噴氣推進發動機 把燃料和氧化劑送入燃燒室內燃燒，產生高溫高壓氣體，在噴管內燃料燃燒產生的熱能轉變為高速噴出氣流的動能，根據動量守恒定律，反作用力沿氣流運動相反的方向作用於發動機上，噴氣發動機就利用這反作用力作功。當用空氣做氧化劑時，就稱為空氣噴氣發動機，這種發動機需要機外供給空氣，隻使用在大氣層內高速飛行的噴氣式飛機中。由於大氣外層空間沒有空氣，因而火箭發動機本身既要攜帶燃料又要攜帶氧化劑。由於它工作時不需外界供給空氣，因此是惟一適用於宇宙航行的發動機。
參考書目
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W.L.Haberman and James E. A. John，Engineering Thermodynamics， Allyn and Bacon，Inc.，Boston，1980.