汽油机的工作原理是用燃料供给系统（化油器、电控喷油器）将汽油供给到进气道，之后进入气缸或者采用高压喷射系统直接喷入气缸，经过压缩达到一定的温度和压力后，依靠火花塞点燃，使混合气着火燃烧并对外输出功。

汽油机的特点是重量轻、转速高、起动方便、运转平稳。汽油机一般缸径较小（＜100毫米），最高转速一般在6500转/分钟，某些小型汽油机转速可达10000转/分钟以上。汽油机在乘用车和摩托车上大量使用，也是割草机、油锯等机械工具的动力源。

1858年，定居在法国巴黎的É.勒努瓦发明了煤气发动机，采用煤气和空气的混合气，使用电池和感应线圈产生电火花来点燃。1876年，德国人N.A.奥托受勒努瓦研制煤气发动机的启发，制作了一台卧式气压煤气发动机，并于1878年在法国举办的国际展览会上展出了他制作的样品，引起了参观者极大的兴趣。在长期的研究过程中，奥托提出了内燃机的四冲程理论，为内燃机的发明奠定了理论基础。德国人G.戴姆勒和C.本茨根据奥托发动机的原理，各自研制出具有现代意义的汽油发动机，为汽车的大规模发展铺平了道路。

1957年，德国人F.汪克尔发明了转子活塞发动机。转子发动机的特点是利用内转子圆外旋轮线和外转子圆内旋轮线相结合的机构，无曲轴连杆和配气机构，可将三角活塞运动直接转换为旋转运动。它具有零件数少、质量轻、体积小、转速高、功率大等特点。1958年，汪克尔将外转子改为固定转子，制成功率为22.79千瓦、转速为5500转/分钟的新型旋转活塞发动机。

按冲程可分为二冲程汽油机、四冲程汽油机；按进气方式可分为自然吸气汽油机\增压汽油机；按照气缸布置形式可分为直列式、V型式、旋转活塞式以及双对置式汽油机；按照喷射方式可分为化油器式、气道喷射式以及缸内直喷式汽油机。

①化油器式发动机

化油器采用基于文丘里效应，通过浮子室与喉口处的压差来控制汽油供给量，并通过高速气流对燃料进行雾化的燃料供给方式。化油器主要分为五部分：主供油系统、起动系统、怠速系统、加浓系统（省油器）和加速系统。各部分根据发动机在不同工况下的需要，供给适量的汽油，并与空气按一定比例混合成可燃混合气，进入气缸。

化油器具有成本低、可靠度高、维修保养容易等特点，但是在冷起动、怠速运转、急加速或低气压环境响应性较差，可能存在冒黑烟、燃烧不全、功率不足等现象。乘用车采用化油器发动机为动力的基本上已经完全消除，但是在摩托车发动机、小型发电机、小型通用机械发动机仍有采用化油器供油的方式。

②气道喷射式发动机

化油器在油量控制的精度和瞬态响应性方面存在一定的局限性，同时在喉口存在结冰的倾向。为此，从20世纪50年代开始，人们尝试采用机械式喷油器来取代化油器供油。60年代，采用电子控制喷油器用于乘用车上。这种喷射系统以进气管压力为参数，仍然存在结构复杂、成本高、不稳定的缺点。针对这些缺点，德国博世公司开发了一种新型电子控制汽油喷射系统，它以进气管内的空气流量为参数，可以直接按照进气流量与发动机转速的关系确定进气量，据此喷射出相应的汽油。而定量的燃油通过安装在气缸盖上的喷油器以3～5巴的压力喷射到进气口，在进气过程中随着新鲜空气进入气缸，并在进气行程和压缩行程与空气充分混合。这种喷射方式具有油量精确、响应速率快、缸间变动小、充量效率高等优点，广泛为世界各国汽车制造公司所采用，并奠定了电子控制燃油喷射装置的基础。

电子控制气道喷射系统可以实时监测发动机温度、进气流量、冷却水温度、转速变化、震动状况，并依照实际需求调整供油量与点火时间，因此在动力输出、燃油经济与排放方面表现上可以取得较好的平衡。同时为了增加发动机进气量，提高燃油经济性，发动机从早期的单点喷射，演化至多点喷射。

③缸内直喷式发动机

汽油通过安装在汽缸盖的喷油器以较高的压力（50～500巴）直接喷射到气缸的一种燃料供给方式。这一方式在20世纪70年代由福特汽车公司等开始探索，一直到90年代后期随着制造技术、控制技术的发展，缸内直喷式汽油机开始大规模用于乘用车动力。

采用汽油缸内直喷的方式，不仅可以降低泵气损失、减少壁面油膜，同时可以提高油量控制精度、抑制爆震倾向、降低污染物排放水平，因而对发动机性能和排放有极大的改善。根据汽油缸内喷射时刻的不同，火花点火时刻的缸内浑噩后期状态也不相同。如果喷射时刻较早，如在进气行程喷射，则在火花点火时刻为均值混合气；如果点火时刻较晚，如在压缩行程喷射汽油，则在火花点火时刻为分层混合气。一般而言，采用缸内直喷技术的发动机要比同排量的多点喷射发动机的峰值功率提升10%～15%，而峰值扭矩能提升5%～10%。

随着科学技术的进步以及能源和污染排放问题的日益严重，汽油发动机技术也在不断地进步，汽油发动机经历了三次改革：从化油器到电控汽油喷射，再到缸内直喷。由于汽油机的燃油经济性比柴油机差，所以降低汽油机的能耗已经成为汽车界必须要解决的一个问题。具有理论空燃比的均质混合气的燃烧理论在火花点火发动机上被广泛使用，它的最大优点是可以实用三效催化器来降低CO、HC和氮氧化物等废气的排放。不足之处是不能获得较高的燃油经济性，为了提高发动机的热效率和降低废气排放，燃烧技术在不断地发展。汽油机经历了由完全机械控制的化油器供油为主到采用电控喷射、缸内直喷、电辅助增压和电动节气门、可变压缩比、停缸等技术的变化。