内燃機関（ないねんきかん）とは、シリンダーなど機関内においてガソリンなどの燃料を燃焼させ、それによって発生した燃焼ガスを用いて直接に機械仕事を得る原動機をいう[1]。内燃機関では燃焼ガスを直接作動流体として用いて、その熱エネルギーによって仕事をする[1][2]。これに対して、蒸気タービンのように燃焼ガスと作動流体がまったく異なる原動機を外燃機関という[1]。

内燃機関はインターナル・コンバスチョン・エンジン（internal combustion engine, ICE）の訳語であり、内部（インターナル）で燃料を燃焼（コンバスチョン）させて動力を取り出す機関（エンジン）である。「機関」も「エンジン」も、複雑な機構を持つ装置という意味を持つが、ここでは発動機という意味である。

なお、動力を取り出すことが目的の内燃機関ではあるが、特殊な用途としてパルスジェットによるフロンガスの分解や4サイクル機関による天然ガスの改質などが研究された[3]。
動作概要と原理航空機用ガスタービンエンジンのカットモデル。右側のタービンの上下に見える空洞部が燃焼器。中央は圧縮機。

内燃機関は熱エネルギーを機械エネルギーに変換する熱機関の一種であり、レシプロエンジン（ピストンエンジン）やロータリーエンジン(ヴァンケルエンジン)といった容積型内燃機関とガスタービンエンジンやジェットエンジンなどの速度型内燃機関に分けられる[1]。

容積型内燃機関とは、燃焼ガスの容積変化(膨張)を利用するもので、クランク機構などにより回転軸出力として機械仕事に転換する内燃機関をいう[1]。レシプロエンジンの場合、シリンダー（気筒）の内部で燃料を燃焼させ、燃焼ガスがピストンを押す力を利用する。このピストンの往復運動をクランクにより回転運動に変換し軸動力を得る。また、ロータリーエンジンの場合は、作動室内での燃焼後のガスの膨張によるローターの公転が、エキセントリックシャフトを回転させて軸動力を得る。

これに対して速度型内燃機関は燃焼ガスの高速の流れを利用するもので、タービン翼車の回転運動等を通じて機械仕事に転換する内燃機関をいう[1]。ガスタービンエンジンの場合、燃焼器で燃料を燃焼させ、燃焼ガスが出力タービンを回転させることで軸動力を得る。軸動力ではなく推力を直接得るために、出力タービンを省き燃焼ガスを一方向に噴出させるとジェットエンジンとなる。

容積型機関は「間欠燃焼」、速度型機関は「連続燃焼」という燃焼形態の違いはあるが（パルスジェットエンジンは間欠燃焼式速度型機関という例外）、ともに燃焼熱により高圧となった燃焼ガスそのものを作動流体とすることは共通する。これに対し蒸気機関などの外燃機関では、機関外部の熱源（燃料の燃焼など）により、燃焼ガスとは別の作動流体（水など）に熱エネルギーを与え、機関により動力を得る。

現代の内燃機関では主に熱効率を高めるために、燃焼には出力の一部を利用して圧縮した空気を使用する。ディーゼルエンジン（レシプロエンジンの一種）のように、原理的に圧縮なしでは動作しない内燃機関もある。

積極的にデトネーションを利用する事で高効率化が期待され[4][5][6]、パルス・デトネーション・エンジンの開発が各国で進められている。

内燃機関に限らず、燃焼プロセスを経る装置では、熱効率においてカルノー効率を超えるものは、理論上ありえず、また効率を最大限向上させると出力が殆ど無になる[7]。
歴史1807年にFrancois Isaac de Rivazによって製造されたcharette of de Rivaz. A:シリンダー, B:点火栓, C:ピストン, D:水素を充填した風船, E:ワンウェイクラッチ, F:給排気弁, G:給排気弁を作動するための取っ手ミネソタ州の Western Minnesota Steam Threshers Reunion にあるオットーサイクルの内燃機関の動画（2分16秒、320×240、340kbit/s）これらの初期の内燃機関は、農業用機械の動力源として使われた。

19世紀より前から様々な内燃機関が発明されてきたが、19世紀に入り都市ガスが普及し始めるとこれを燃料とする内燃レシプロエンジンの開発が活発となった。1860年代には様々な形式のガスエンジンが定置式の産業用原動機として普及し始め、ニコラウス・オットーらの4ストローク機関により完成の域に達した。同じ頃石油の採掘と精製が産業として確立し、ガスエンジンをガソリンで運転する試みが始められたが、ガソリンを継続的に気化する仕組みの開発がネックとなり、ガソリンエンジンの実用化はガスエンジンに多少遅れている。さらに少し遅れて、これら予混合燃焼の機関とは別のアプローチからディーゼルエンジンが発明された。

貯蔵と運搬が容易な液体燃料を使用する内燃機関の登場は、自動車の商業実用化や飛行機の発明を可能にし、特に輸送の分野に大きな発展をもたらした。

13世紀: 内燃機関の一種であるロケットエンジンが中国、モンゴル、アラブなどで使われていた[8]。

1509年: レオナルド・ダ・ヴィンチが無圧縮式内燃機関についての記述を残している。

1673年: クリスティアーン・ホイヘンスが無圧縮式内燃機関についての記述を残している。

17世紀: イングランドの発明家サミュエル・モーランドが、火薬の燃焼力で動作するポンプを発明。世界初の原始的なピストンエンジン。

1780年代: アレッサンドロ・ボルタが電気銃という玩具を製作[9]。電気火花で空気と水素の混合気体を燃焼させ、銃の先端に詰めたコルクを発射するもの。

1791年: ジョン・バーバーがイギリスで特許（第1833号、A Method for Rising Inflammable Air for the Purposes of Producing Motion and Facilitating Metallurgical Operations）を取得。その中でタービンを解説している。

1794年: Robert Streetが非圧縮機関を製造。同様に最初の液体燃料を使用する内燃機関も製造した。同年、Thomas Meadがガス機関の特許を取得。

1798年: ティープー・スルタン（インドのマイソール国王）が、鉄製のロケットを使いイギリス軍を攻撃。同年、ジョン・スティーブンスが複動式内燃機関を製造。

1801年: フィリップ・ルボンが2ストロークガスエンジンの特許を取得。

1807年: スイス人技師 Francois Isaac de Rivaz が水素と酸素の混合気体を燃料とした内燃機関を製作[10]。

1823年: Samuel Brown が産業の動力源として使える世界初の内燃機関の特許を取得。無圧縮式で当時既に古臭くなっていたサイクル "Leonardo cycle" を使っていた。

1824年: フランスの物理学者サディ・カルノーが理想的熱機関の熱力学理論を確立。この理論から、温度差を大きくするには圧縮が必要であることが科学的に裏付けられた。

1826年4月1日: アメリカのサミュエル・モーリーがガス作動の内燃機関で特許を取得。

1833年: イギリスのLemuel Wellman Wrightが水冷式複動式ガスエンジンの特許を取得。