متى أستعمل محرك شرارة الإشعال في السيارات؟
محرك شرارة الإشعال من عائلة محركات الاحتراق الداخلي، ويطلق عليه محرك البنزين بسبب نوع الوقود المستخدم. أصدر المهندس البلجيكي اتيان لينوار في 1860 اشتعال المحرك الأول. وهو محرك ضربتين، أداء ضعيف جدا، ولكنه أنتج نحو 400 نسخة، مما جعل منه أول مصنع لهذا الأسلوب من المحركات. أما محرك الديزل الذي يختلف في العديد من النواحي عن محرك البنزين، فظهر أول مرة في عام 1897 بفضل مهندس التدفئة الألماني"رودولف ديزل" المولود في باريس، ليكون أول محرك احتراق داخلي بدون شمعات احتراق في التاريخ.
تُعتبر محركات الاحتراق الداخلي محركات حرارية، ويُمكن تقدير كفاءتها النظرية باستخدام الدورات الديناميكية الحرارية المثالية. لا يمكن أن تزيد الكفاءة الحرارية للدورة النظرية عن كفاءة دورة كارنوت، والتي تتحدد كفائتها بالفرق بين أعلى وأقل قيمة لمدى درجات حرارة التشغيل للمحرك. تُحدد درجة حرارة التشغيل العليا للمحرك بواسطة عاملين: الحدود الحرارية التشغيلية للمواد (مدى تحملها) ومدى مقاومة الوقود للاشعال الذاتي. هناك حدود حرارية لجميع المعادن والسبائك، وهناك بحث تم على المواد الخزفية التي يُمكن أن تُصنع باستقرار حراري أكبر وخواص مرغوبة في المادة. يسمح الاستقرار الحراري المرتفع للمادة باستخدام فرق درجات حرارة أكبر بين درجة حرارة التشغيل العليا والسفلى، مما يؤدي لكفاءة حرارية أكبر. يُصبح المحرك أكثر عُرضة للاشعال الذاتي أيضاً بارتفاع درجة حرارة الأسطوانة، ويحدث هذا عندما تقترب درجة حرارة الأسطوانة من درجة حرارة الاشعال الذاتي للشحنة (نقطة الوميض). يُمكن أن يحدث الاشعال تلقائياً عند هذه النقطة قبل أن تطلق شمعة الاشعال الشرارة، مما يرفع الضغط في الأسطوانة بدرجة كبيرة. يُمكن تخفيف أثر الاشعال الذاتي أو تأخير حدوثه باستخدام أنواع وقود ذات مقاومة مرتفعة للاشعال الذاتي (رقم أوكتان مرتفع)، ومع ذلك يبقى محدوداً بدرجة الحرارة القصوى التي تستطيع الأسطوانة تحملها.