vignette|Combustion dans un cylindre à soupapes latérales. Un moteur à allumage commandé, plus communément appelé moteur à essenceBien qu'il puisse fonctionner avec tous les liquides ou gaz inflammables, avec plus ou moins de succès. en raison du type de carburant le plus fréquemment utilisé, est une famille de moteurs à explosion, pouvant être à mouvement alternatif (à deux ou quatre temps) ou plus rarement à mouvement rotatif (comme le moteur Wankel).
Contrairement au moteur Diesel, le mélange combustible d'un moteur à allumage commandé n'est pas censé s'enflammer spontanémentPour cela, il faut que les règles de compression et d'indice d'octane du carburant utilisé soient correctes. lors du fonctionnement, mais sous l'action d'une étincelle provoquée par la bougie d'allumage. Il est donc équipé d'un système complet d'allumage, composé d'une bougie, qui provoque l'arc électrique enflammant les gaz dans la chambre de combustion, d'une bobine dite d'allumage servant à produire les hautes tensions nécessaires à la création de l'étincelle, et d'un système de commande de l'allumage (rupteur ou système électronique).
L'ingénieur belge Étienne Lenoir fabrique en 1860 le premier moteur à allumage commandé. C'est un moteur à deux temps, de rendement très médiocre, mais qu'il fabriquera à quelque quatre cents exemplaires, ce qui fera de lui le premier industriel de cette technique. Le physicien Beau de Rochas décrit en 1862 le fonctionnement des moteurs à quatre temps, mais il faut attendre 1872 pour que l'Allemand Nikolaus Otto en fabrique un, commençant ainsi une longue série d'innovations.
vignette|Les moteurs à allumage commandé équipent de très nombreux véhicules terrestres, notamment des automobiles et des motocyclettes.
Histoire Naissance vignette|gauche|redresse=0.7|Portrait de Nikolaus Otto.
C'est en 1860, approximativement à la même période en France et en Allemagne, que naît le « moteur dit à explosion ». Le , Étienne Lenoir dépose le brevet d'un . En raison de l'absence de compression des gaz préalablement à l'allumage, le moteur Lenoir souffre d'un rendement médiocre, Quelques jalons de l'histoire des moteurs, ..
Il faut attendre le pour que le physicien Alphonse Beau de Rochas théorise le cycle thermodynamique d'un moteur à allumage commandé à quatre temps. C'est sur ce principe que fonctionne l'ensemble des moteurs à essence actuels. Néanmoins, Beau de Rochas est un théoricien et non un praticien, si bien que le premier moteur à allumage commandé, exploitant ce cycle thermodynamique, est mis au point par Nikolaus Otto en 1864.
Dans les débuts du moteur à combustion interne à allumage commandé, seule la variation de l'avance à allumage permettait de moduler la puissance du moteur. Bien qu'assez efficace, ce procédé est limité par le phénomène de cliquetis et a l'inconvénient majeur d'une consommation élevée de carburant, quelle que soit la puissance demandée au moteur. Ce système de régulation a été avantageusement remplacé par un réglage du débit du mélange air/carburant, tout en conservant l'avance à l'allumage variable, au début toujours commandée par le conducteur, puis automatiquement asservie à certains paramètres de fonctionnement du moteur.
Une fois conçus, les moteurs à allumage commandé ont très rapidement été utilisés et installés sur des automobiles par les constructeurs naissants (Daimler, Benz, Peugeot, Renault, Panhard & Levassor, etc.) ainsi que sur des motos (Harley-Davidson, Indian, Triumph, etc.).
Naissance de différentes architectures
vignette|redresse|Photographie d'un moteur rotatif en étoile équipant les avions de la Première Guerre mondiale. vignette|redresse|Moto Megola avec moteur rotatif sur la roue avant (début des années 1920). Développant un temps moteur par tour, les moteurs deux temps ont, en théorie, un avantage sur les quatre temps (un temps moteur tous les deux tours). Néanmoins, leur développement stagne jusqu'au début du tandis que les performances des moteurs quatre temps ne cessent de s'accroître. Les applications du moteur deux temps se multiplient alors sur les motocyclettes, ainsi que sur les hors-bord et sur le matériel destiné à l'agriculture, en raison de leur légèreté et de la possibilité de fonctionner dans n'importe quelle position. Les automobiles quant à elles sont généralement mues par des quatre cylindres en ligne à quatre temps..
Durant près d'un siècle, l'architecture des moteurs va considérablement évoluer. Les quatre cylindres font leur apparition dans les années 1900 en course automobile, sur des modèles Mors et Ader. Par la suite, le nombre de cylindres ne cessera d'augmenter, de même que se multiplieront les cylindrées et les architectures alternatives. En 1896, Carl Benz met au point le , premier moteur de type boxer. Il s'agit d'un moteur à deux cylindres opposés qui connaitra une large diffusion. Par la suite, les moteurs boxer trouvent de multiples applications dans le domaine automobile et seront notamment popularisés par la Volkswagen Coccinelle ou encore par les motos BMW. En effet, en raison de leur architecture à cylindres opposés, ces moteurs offrent, mieux que les moteurs en ligne ou en V, la possibilité d'abaisser fortement le centre de gravité et d'améliorer ainsi le comportement dynamique du véhicule.. Une autre disposition, bien adaptée à l'aviation et à un grand nombre de cylindres, est le moteur en étoile.
Dans les années 1890 apparaît pour la première fois, sur des quadricycles et des motocyclettes, un moteur rotatif, dont le vilebrequin est fixe et le bloc-cylindres mobile. Gnome et Rhône, un des plus célèbres constructeurs, équipera les premiers avions de cette technique avant d'en fabriquer en très grande série pour les avions de combat de la Première Guerre mondiale. Des moteurs rotatifs équiperont également quelques motos, placés dans une des roues, sans grand succès..
vignette|gauche|redresse=0.5|Moteur Wankel de Mazda RX-7.
Ces moteurs fonctionnent sur le principe du mouvement alternatif des pistons et ce n'est que bien plus tard qu'un moteur à piston rotatif est inventé. Cette dernière innovation est le fruit des réflexions de Felix Wankel qui en dessine le principe en 1927. Le , Wankel et NSU signent un contrat d'association qui a pour objet le moteur à piston rotatif, dénommé moteur Wankel.. En 2016, seul le constructeur Mazda produit en série des véhicules équipés d'un tel moteur, mais ce type de moteur a parfois été utilisé sur des motos, comme la Suzuki RE-5 ou la Hercules W-2000 au milieu des années 1970.
Évolution des techniques vignette| redresse=1.5|Graphique de performances (puissance, couple, consommation) d'une Daewoo Matiz de .
Le principe d'allumage par une bougie étant fixé, deux aspects concentreront des évolutions spécifiques aux moteurs à allumage commandé : l'allumage, et la façon d'amener le carburant et le comburant (oxygène) jusqu'à la chambre.
Allumage L'évolution de l'allumage est liée à celle de l'électricité et de l'électronique. Après l'invention du Delco, industrialisée en 1908, les seules évolutions notables sont le remplacement du rupteur par un transistor vers 1970Afin de supprimer l'usure des vis platinées., et le passage à l'allumage électronique, vers 1980..
Alimentation carburant Du côté de l'alimentation en carburant, le système qui fut majoritaire pendant plus d'un siècle est le carburateur. Inventé vers 1885, mais à la paternité peu claire, il fut en situation de quasi-monopole jusque vers 1990. Cet organe réalise le mélange comburant/carburant et après introduction de ce mélange homogène dans la chambre de combustion, son inflammation est initiée par une étincelle commandée. La combustion se traduit par la propagation d'un front de flamme qui balaye toute la chambre.
Le carburateur est désormais supplanté par l'injection indirecte, qui se répand à partir de 1960, car c'est une des rares techniques permettant de respecter les normes d'émissions polluantes de plus en plus strictes. Ces deux techniques préparent le mélange comburant-carburant en amont de la chambre avant son admission. Les moteurs à essence à injection indirecte fonctionnent en grande majorité à la stœchiométrie de la même manière que les carburateurs.
Avec la technique d'injection directe d'essence, qui fut utilisée en aviation pendant la Seconde Guerre mondiale et dès 1952 sur des automobiles à moteur à deux temps, le carburant est injecté seul dans la chambre de combustion, à proximité de la bougie, avant la fin de compression de l'air précédemment admis.. Il n’y a plus de pré-mélange air-carburant, il s’agit alors d’un mélange dit stratifié ou hétérogène. La combustion est toujours initiée par une étincelle commandée. Cela présente des avantages en termes de rendement. Grâce aux progrès de l'électronique de contrôle et des systèmes d'injection, associés à l'allumage commandé, cette technique est de plus en plus utilisée et est développée depuis les années 2000 par les différents concepteurs de moteurs.
Les moteurs Diesel fonctionnent avec un excès d'air. Le gazole est injecté sous pression dans une masse d'air préalablement comprimée. La combustion s'initie par auto-inflammation (allumage par compression). La combustion est dite stratifiée ou hétérogène car elle a lieu dans un milieu constitué à la fois de zones très riches en carburant (situées notamment près du nez d'injecteur) et de zones très pauvres (près de la paroi du cylindre).
Soupapes Les premiers moteurs à allumage commandé et à quatre temps utilisaient des soupapes latérales, en opposition ou accolées, dont celle d'admission n'était généralement commandée que par la dépression créée par le mouvement du piston. Cette technique utilise un ou deux arbres à cames et permet une grande proximité, donc un petit nombre de pièces en mouvement, entre le vilebrequin et les soupapes, elle connut son heure de gloire entre 1910 et 1940.
Pour la compétition, et par la suite en grande série, afin de rapprocher l'arrivée du mélange et le point d'étincelle, les soupapes migrent dans la culasse, en tête de cylindre — technique OHV, pour . Leur commande utilise des tiges et des culbuteurs conservant un unique arbre à cames proche du vilebrequin.
Enfin, et c'est la méthode la plus commune présente sur les véhicules sportifs, l'arbre à cames est rapproché des queues de soupapes, et passe lui aussi dans la culasse, en tête de cylindre. Cette technique de l'ACT (arbre à cames en tête, ou OHC, pour ), grâce aux progrès de la distribution et des ressorts, permet de mieux maîtriser le problème qu'est l'affolement des soupapes à haut régime. L', construite en Italie de 1910 à 1914, a été l'une des premières voitures de série à utiliser un moteur 1ACT..
Le centrage de la bougie étant crucial pour optimiser la combustion, les systèmes, comme le double arbre à cames en tête (DOHC), qui laissent cet espace central libre, sont depuis 1990 très répandus.. L'Alfa Romeo 1900 utilise dès 1950 un moteur à double arbre à cames en tête de pour .
La multiplication du nombre des soupapes est due elle aussi aux impératifs de rendement. De deux soupapes par cylindre on est souvent passé à quatre, voire 5, 6 ou 8, afin d'améliorer le remplissage (admission) et le dégazage (échappement) de la chambre de combustion.
Nouvelles politiques anti-pollution
vignette|gauche|Illustration de la technologie hybride HSD sur une Toyota Prius.