用汽油作燃料的內燃機，是一種火花點火式發動機。自1876年創制成功有壓縮過程的單缸、四衝程煤氣機後，內燃機才得以迅速發展。但煤氣運輸攜帶不便，於是人們研究利用石油中易揮發的輕成分。1883年德國人G.戴姆勒製造成功汽油機，它以便於運輸和攜帶的汽油為燃料。汽油機的出現促進瞭運輸工具（汽車、飛機等）的發展，反過來也促進瞭石油工業的發展。第二次世界大戰以前，汽油機已用作小至1千瓦以下的農業、園藝機具的動力，大到數千千瓦的航空發動機。第二次世界大戰以後，由於柴油機機和燃氣輪機的發展，汽油機的用途有所縮小，但仍是小功率內燃機、摩托車、轎車、小型飛機和輕型貨車發動機的主要機型。
組成和分類 汽油機一般采用往復活塞式結構，由本體（缸蓋、缸體、曲軸箱）、曲柄連桿機構、配氣系統、供油系統、潤滑系統和點火系統等部分組成。
按配氣系統的不同，汽油機分為二沖程的和四沖程的兩類。二沖程汽油機僅用於提供較小的動力，以求其輕小而成本低。四沖程汽油機又可分為側置氣門式、頂置氣門側置凸輪軸式和頂置凸輪軸式3種，以頂置凸輪軸汽油機性能最好。
按氣缸進氣方式的不同，汽油機分為增壓的和非增壓的兩類。飛機用汽油機多為增壓的，轎車用發動機也發展有增壓汽油機。
按供油系統的不同，汽油機分為化油器式和汽油噴射式兩類。至80年代，汽油噴射式的應用迅速增多，許多廠傢的產品已用汽油噴射代替化油器。汽油噴射式又可分為多點噴射和單點噴射兩種，多點噴射汽油機性能最好，但成本較高。
按混合氣形成的方法，汽油機分為均勻混合氣式、火焰點火式（用電火花將輔室中的少量濃混合氣點燃後，利用噴出的火焰點燃主室中的過稀混合氣）和分層充氣式（在統一燃燒室內，一部分為可燃混合氣，另外部分隻是空氣）3類。商業產品基本上都是均勻混合氣式。正在發展的稀混合氣汽油機也是均勻混合氣汽油機。
燃燒 汽油是多種烴的液態混合物，餾出溫度在210℃以下，易於蒸發成氣態。在使用時，空氣流過化油器，按比例攜帶適量汽油進入進氣管。在流經進氣管、進入氣缸和壓縮過程中，汽油迅速蒸發，到壓縮末期已完全成氣態，並與空氣混合成相當均勻的可燃混合氣。這時汽油機點火系統提供瞬時高壓電，在火花塞的火花間隙處打出火花，使該處微量混合氣發生化學反應，累積熱量而提高溫度，並使次層混合氣受熱發生化學反應。當逐漸發展到氣缸內壓力明顯上升時，便形成明亮的火焰核心。從火花點火到此刻的時間稱為著火延遲期。火焰核心能否形成和著火延遲時期的長短，均取決於火花間隙處混合氣的化學性質、火花能量和該處氣流速度。火焰核心形成後，引起火焰傳播，將氣缸內混合氣燒盡，使缸內壓力迅速上升。混合氣熱量主要在火焰傳播時期放出，這是決定一個循環作功多少的關鍵。此後仍有補充燃燒現象，但放熱很少。其他蒸發性好的液體燃料如酒精等，也可用於汽油機；氣態燃料在適當改動燃料供給系統後也可用於汽油機。
為使火花能引起燃燒，混合氣濃度須在著火界限以內。混合氣濃度用過量空氣系數α表示。α是實際空氣量與汽油燃燒所需化學當量空氣量的比值，也可用當量比（等於1/α）或空燃比（空氣與汽油質量比）表示。在節氣門開度和汽油機轉速一定時，供給不同α的混合氣，可得到不同的汽油機功率和燃料消耗率。一般在最大功率時的α值約為0.9，燃料消耗率最低時的α值約為1.1。在負荷率（實際發出的功率與同一轉速下可能發出最大功率的比值）不同時，最經濟的混合氣濃度也不同，低負荷下的α值小於1。因此，供給的混合氣濃度依轉速和負荷而定。
在內燃機中希望燃燒放熱盡可能接近上止點，以求高的熱效率。在汽油機中要求火焰傳播速度高，而且火焰傳播發生在上止點前後。對火焰傳播速度影響最大的是混合氣紊流（見湍流）強度，這決定於燃燒室結構，在結構一定時，又大致與轉速成正比。為使火焰傳播發生在上止點前後，必須選擇在最有利的時刻（最佳點火提前角）點火。汽油機轉速提高和負荷率減低時，最佳點火提前角均應加大。在不同的轉速和負荷的工況下，最佳點火提前角也不同。因此，在分電器中應有轉速及其真空自動調整裝置。
汽油機的熱效率與壓縮比有直接關系，提高汽油機的壓縮比，則熱效率即隨之提高。壓縮比已由早期的4.5提高到10。當壓縮比達到9以上時又會使氣缸內產生積炭，這積炭會點燃混合氣，形成不正常燃燒的現象，這種現象稱為表面點火。在人們重視內燃機排污問題後，實用壓縮比又有所下降。
使壓縮比得以提高的因素除燃燒室結構等設計外，主要在於汽油品質的提高。20年代中，人們發現在汽油中添加四乙鉛可以提高汽油機的壓縮比。此外，通過對燃燒現象進行研究，已經能用合理設計燃燒室的方法降低汽油機對汽油辛烷值的要求。燃燒室對汽油辛烷值要求的高低被稱為機械辛烷值。鉛是排氣中的有害成分，現代已出現不使用含鉛汽油的趨勢。
燃燒室 圖為汽油機所用的燃燒室。側置氣門式燃燒室結構簡單，混合氣集中於火花塞附近，並靠活塞的擠壓使混合氣有較強的渦流。距火花塞較遠處的混合氣量較少並受燃燒室壁冷卻，因而有利於避免爆震，同時使混合氣主要部分燃燒放熱快。這種燃燒室的缺點是混合氣進路曲折，氣缸充氣效率較低，許用壓縮比低，已較少采用。頂置氣門式燃燒室結構較復雜。其中澡盆型的結構略為簡單；半球型的可容納較大的氣門，混合氣流動通順，最有利於提高升功率，但結構復雜；楔型燃燒室有擠氣面積，一般比半球型燃燒室的壓縮比高0.5，這種結構適於大量生產，因此是60年代以來轎車發動機最常用的結構。半球型燃燒室散熱面積較小，又因無渦流而能減少熱損失，其燃料消耗率與楔形燃燒室相近。半球形燃燒室中燃燒壓力上升較快，對機件的沖擊負荷大。因而又有兼具楔型和半球型兩者優點的燃燒室。
分層燃燒 汽油機在低負荷率工作時，由於著火界限的限制，必須減少進入氣缸的空氣量，這就使油耗增大。如果在低負荷下不減少進入氣缸的空氣量，隻減少汽油量，並使汽化的汽油集中於火花塞附近，形成可以著火燃燒的混合氣，就可以降低低負荷率時的油耗。這就是分層燃燒的供油和進氣方式。在排氣污染問題引起重視後，這種方式更為人們所註意。有些分層燃燒的汽油機的燃燒室分為主室和小室兩部分。較濃的混合氣進入小室，由火花點燃；較稀混合氣進入主室，由小室噴出的火焰點燃，因而可以減少排氣污染。但是在負荷率很低而主室混合氣很稀薄時，則仍須在減少進氣量後才能點燃。此類汽油機節油效果不明顯。另一種方案是在壓縮末期，用噴油器將汽油噴入燃燒室內火花塞附近，在很低負荷時噴油很少，而且無需減少進氣量；在高負荷噴油較多時，不提早噴油，而是延長噴油時間，邊噴邊燒。這種試驗性汽油機可使汽車在低負荷工作時油耗降低30％以上，排污也很少。分層燃燒可避免爆震，因而發動機壓縮比可以提高，並能采用廣餾分的低品質汽油。實現此種燃燒系統的主要問題是，如何在變工況下保證可靠地點燃。
特點和應用 排量較小的汽油機（缸徑在70毫米以下）常用風冷式，較大的則多用水冷式。由於汽油機的壓縮比低於柴油機，其燃燒壓力較低、機件較輕、慣性較小，因此可以用較高的轉速運行，排量約2.5升的轎車汽油機轉速可達5000轉／分。不考慮使用壽命的賽車汽油機轉速則可高達10000轉／分以上。大部分多氣缸汽油機采用直立式和V型排列。V型6缸和8缸汽油機結構緊湊，平衡與充氣特性好，也為排量較大的轎車所采用。
汽油機比柴油機輕巧，制造成本低，噪聲較小，低溫起動性較好，但熱效率低而燃料消耗率大。摩托車、油鋸和其他小功率動力機械，為求輕便、價廉，常用二沖程風冷式汽油機；固定式小功率汽油機為求結構簡單、工作可靠而成本較低，大多用四沖程水冷式；轎車和輕型貨車則大多用頂置氣門水冷式汽油機，但隨著油耗問題日益受到重視，柴油機在這類汽車上應用漸廣；小型飛機所用發動機為求輕便和升功率大，大多用半球型燃燒室的風冷式汽油機。
參考書目
程宏：《汽車拖拉機發動機原理》，中國工業出版社，北京，1961。