Фізики називають двигун внутрішнього згоряння «первинним двигуном», маючи на увазі, що він використовує деяку форму енергії (наприклад, бензин) для переміщення об’єктів. Перші надійні двигуни внутрішнього згоряння були розроблені в середині дев’ятнадцятого століття і майже відразу ж стали використовуватися для транспортування. Розвиток двигуна внутрішнього згоряння допомогло звільнити людей від важкої ручної праці, уможливило створення літаків і інших видів транспорту і допомогла зробити революцію у виробництві електроенергії.

У 1698 році Томас Савері (бл. 1650-1715), британський військовий інженер, побудував пристрій, яке використовувало тиск пара для відкачування води із затоплених шахт. Кілька років по тому Томас Ньюкомен (1663-1729) розширив можливості єтого винаходи і створив перший справжній двигун. У двигуні Ньюкомена, на відміну від двигуна Християна Гюйгенса (1629-1695) використовувався поршень, прикріплений до самого двигуну. Отже, він міг виробляти постійну (хоча і не плавну) потужність.

Три умови, що існували в дев’ятнадцятому столітті, сприяли розвитку двигуна внутрішнього згоряння. Головною умовою був попит на владу, представлений Промислової революцією. По-друге, фізики почали розуміти ключові концепції, на яких був побудований двигун внутрішнього згоряння. По-третє, паливо, необхідне для роботи двигуна, ставало доступніше.

Між 1700 і 1900 роками вчені розробили область термодинаміки, яка дала винахідникам інструменти для розрахунку ефективності і вихідний потужності різних типів двигунів. Ці розрахунки показали, що двигун внутрішнього згоряння потенційно був набагато більш ефективним, ніж паровий двигун (який, навпаки, був двигуном зовнішнього згоряння, тобто запалював паливо поза самого двигуна).

Найважливіша подія в ранній історії двигуна внутрішнього згоряння відбулося в 1859 році під керівництвом бельгійського винахідника Жана-Жозефа Етьєна Ленуара (1822-1900). Двигун Ленуара був одночасно міцним (деякі з них відмінно працювали після 20 років використання) і, що більш важливо, надійним. Більш ранні версії двигуна були поганої якості і переставали працювати без причини. Двигун Ленуара видавав постійну потужність і працював плавно. У 1862 році Ленуар винайшов перший в світі автомобіль.

У 1860-х роках Ніколаус Отто (1832-1891) почав експериментувати з двотактними двигунами Ленуара і теоретичними четирехтактнимі двигунами Альфонса Бо де Роша (1815-1893). Отто був продавцем продуктів; у нього не було технічної освіти або досвіду. У 1866 році Отто за допомогою Ойгена Ланге (1833-1895), німецького промисловця, розробив успішний, але важкий і галасливий двигун Отто і Ланге. Він продовжував експериментувати з двигунами. У 1876 році він випустив «Silent Otto», перший в світі чотиритактний двигун. Silent Otto був не тільки більш тихим, ніж попередні двигуни, але і набагато більш економічним.

Двигун Отто встановив стандарти часу. Фактично, основна конструкція сучасних двигунів залишається такою ж, як у Отто. Як і передбачала термодинаміка, двигун внутрішнього згоряння був набагато більш економічним, ніж паровий. Двигуни внутрішнього згоряння, які були тихіше, дешевше в експлуатації і менш громіздкими, ніж парові, почали з’являтися на промислових підприємствах по всій Північній Європі.

Щоб двигун внутрішнього згоряння міг використовувати рідке паливо, він повинен спочатку перевести рідина в пароподібний стан. Наступним завданням для виробників двигунів було знайти спосіб здійснити це зміна. Між 1880 і 1900 роками були винайдені різні процеси для виконання цього завдання. Між 1885 і тисячі вісімсот дев’яносто дві роками були розроблені три методи: карбюрація, випаровування гарячої лампи і дизельний двигун.

При карбюрації пристрій, який називається карбюратором, змішує повітря з парами рідкого палива. Потім карбюратор подає суміш в двигун. Іскра або полум’я всередині двигуна запалюють суміш. Це функція карбюратора в сучасних автомобілях. Для порівняння, двигун з гарячою лампою розпорошує бензин на гарячу поверхню поруч з циліндром, а потім втягує випаровується паливо в двигун у вигляді пари. З двигуном з гарячою лампою можна було використовувати менш леткі види палива, такі як гас. Третій метод – дизельний компресорний двигун. Замість того, щоб використовувати зовнішнє джерело тепла для займання газу, як в перших двох методах, німецький інженер Рудольф Дизель (1858-1913) винайшов процес, при якому газ запалюється сам. У Дизеля був великий досвід в математиці та природничих науках, і він знав, що коли газ стискається, він вибухає.

На рубежі століть двигуни внутрішнього згоряння стали невід’ємною частиною західного життя. Промислові підприємства по всій Європі і Америці широко використовували їх, і відкрилися ворота для великомасштабного автомобільного виробництва 1900-х років.

У галузі транспорту бензиновий двигун внутрішнього згорання

і його варіанти (в першу чергу дизельний двигун) були адаптовані для використання в подорожах по морю, суші і повітрю. У море велику кількість менших кораблів було і продовжує працювати на дизельних двигунах, що прискорюють переміщення людей і товарів між будь-якими місцями, пов’язаними водою. Це зробило торгівлю більш швидкої і менш дорогий. Поєднання морських перевезень з більш ефективної наземної перевезенням вантажів робить ці переваги ще більш значними. У свою чергу, розширення торгівлі веде до більшого добробуту і більш високого рівня життя для обох сторін, не кажучи вже про створення нових робочих місць.

Літаки також зобов’язані своїм існуванням розвитку бензинового двигуна. Багато винахідників намагалися літати з двигунами в кінці дев’ятнадцятого століття, але тільки після того, як з’явилися легкі і потужні бензинові двигуни, виникла область авіації. Фактично, бензинові двигуни переважали в авіації в першій половині двадцятого століття і навіть сьогодні відіграють важливу роль у приватній, комерційної та військової авіації.

Також слід враховувати вплив на сільське господарство та виробництво продуктів харчування. Трактори та інше сучасне сільськогосподарське обладнання, зазвичай працює з дизельними або бензиновими двигунами, відіграє значну роль в достатку продуктів харчування в розвинених і деяких частинах світу, що розвивається. Використання тракторів для обробки грунту, посадки і збору врожаю, а також для буксирування важких вантажів допомогло збільшити площу землі, яку може обробити один фермер, а також підвищити врожайність з гектара. Це подвійне підвищення ефективності окремих фермерів призводить до збільшення кількості продуктів харчування за нижчими цінами. У розвиненому світі це означає не тільки більше і більше дешеву їжу, доступну для його громадян, а й більше їжі, доступну для експорту в усі країни.

Як згадувалося раніше, дизельний двигун є розвитком двигуна внутрішнього згоряння. Дизельні двигуни потужні, вимагають меншого обслуговування і використовують менше очищене паливо, ніж бензинові двигуни. Ці фактори роблять їх менш дорогими, і вони стали кращим двигуном для руху по залізниці, великих кораблів і малих суден, а також вантажівок. Дизельні двигуни також широко використовуються для вироблення електроенергії, особливо в якості аварійних резервних джерел живлення для таких об’єктів, як лікарні і атомні електростанції. В обох випадках дизельні двигуни виявилися надійними і недорогими в обслуговуванні і експлуатації.

Останнє вплив, яке необхідно обговорити – це вплив двигуна внутрішнього згоряння на навколишнє середовище. Всі двигуни внутрішнього згоряння працюють за рахунок спалювання деякої форми вуглеводню і випуску відпрацьованих газів. Ці вуглеводні зазвичай отримують з нафти, і вони горять з утворенням діоксиду вуглецю, монооксиду вуглецю і води. Хоча були розроблені водневі двигуни, які спалюють водень і виробляють водяну пару в якості вихлопного газу.

З точки зору палива, запаси нафти обмежені, і їх стає все важче виявити і добути. Процес видобутку незмінно призводить до певного впливу на навколишнє середовище не тільки на буровій, а й по маршруту транспортування. Оскільки велика частина нафти видобувається в регіонах, віддалених від нафтопереробних заводів і промислових країн, велика частина її транспортується океанськими танкерами, які іноді викликають розливи з потенційно серйозними наслідками.

Після спалювання в двигунах вуглеводневе паливо виділяє багато газів, велика частина яких сприяє забрудненню повітря. До заборони в більшій частині світу, багато видів палива також містили сполуки свинцю, які були причетні до випадків отруєння свинцем. Однак навіть без свинцю вуглекислий газ, основний вихлопної газ згоряння, здійснюється у відносно великих кількостях, і було відзначено, що його рівні в атмосфері збільшуються у всьому світі. Оскільки відомо, що вуглекислий газ допомагає вловлювати сонячне тепло, є багато припущень, що широке використання двигунів внутрішнього згоряння викликає підвищення температури у всьому світі з потенційно катастрофічними результатами. Однак, слід підкреслити, що дані, які були інтерпретовані, щоб показати Глобальне потепління може розглядатися по-різному, і не всі вчені вважають, що глобальне потепління дійсно відбувається. Крім того, необхідно пам’ятати, що протягом більшої частини історії Землі температури були набагато вище, ніж в даний час. Таким чином, навіть якщо глобальне потепління відбувається, воно може бути пов’язане чи не бути пов’язане з спалюванням викопного палива в двигунах внутрішнього згоряння.