現在市販されている自動車の多くは、ガソリンなどの燃料を内燃機関で燃焼し、動力源とする。内部には潤滑と冷却のために、エンジンオイルが巡らされている。動力はエンジンのクランクシャフトと呼ばれる軸の回転として出力され、この回転をクラッチ、トランスミッション、デファレンシャルギア等の制御装置と、それらを連結する各種シャフトプロペラシャフト、ドライブシャフト等を経て伝達し最終的にタイヤを駆動・回転させ、路面との摩擦力を用いて推進力とする。駆動輪の数により、二輪駆動、四輪駆動がある。内燃機関と呼ばれるエンジンは、ディーゼルサイクルを使うディーゼルエンジン、オットーサイクルを使うレシプロエンジンが一般的で、それぞれに4サイクルと2サイクルがある。レシプロエンジンは、シリンダー配置やクランクピン形状により、直列インライン、V型、対向式、V型派生のW型などに分類される。戦前のディーゼルエンジンには、ひとつのシリンダーに2つのピストンが向き合い、シリンダーヘッドを持たない、真のボクサーエンジンである、上下対向式もあった。レシプロ以外では、世界で唯一、「マツダ」のみが生産している、繭形のハウジングと、その内部で遊星運動をする、三角形のローターで構成される、ロータリーエンジンが知られている。連続燃焼サイクルのガスタービンエンジンは、レーシングカーやレコードブレーカー、少数の試作車を除き、実用化されていない。もっとも広義の自動車という意味では、戦車などの軍用車両分野では広く実用化されている燃料供給方法では、ガソリンエンジンでは、キャブレターとインジェクションに別れる。インジェクションには、機械式と電子式とがあり、それぞれ、ポート噴射と直接噴射筒内噴射方式に分類される。ガソリンエンジンをベースに、液化石油ガスLPGや、代替燃料である圧縮天然ガスCNG、エタノールに対応させたものも増えつつある。ディーゼルエンジンの場合は燃焼の仕組みから、すべて高圧の燃焼室内への直接噴射となる。
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