در این موتورها، توان خروجی از موتور با تنظیم مقدار هوای ورودی مدیریت می‌شود. با باز و بسته شدن دریچۀ گاز، افت فشار در مسیر هوای ورودی تغییر می‌کند و مقدار هوای ورودی در فرایند مکش یا تنفس تنظیم می‌شود. سامانۀ مدیریت هوشمند^[۳۰] نیز متناسب با مقدار هوای ورودی به موتور، به وسیلۀ افشانه‌ها، مقدار و زمانبندی پاشش سوخت را تنظیم می‌کند.
موتور دیزلی
موتورهای دیزلی بر مبنای چرخۀ دیزل کار می‌کنند. در این موتورها در مرحلۀ تنفس یا مکش فقط هوا وارد اتاق احتراق می‌شود. افشانۀ تزریق سوخت، در داخل اتاق احتراق قرار دارد و در لحظۀ مناسب که معمولاً کمی قبل از نقطۀ مکث بالا (انتهای تراکم) است، پاشش سوخت را آغاز می‌کند. گازوئیل بعد از پاشش به صورت قطرات بسیار ریزی در می‌آید و این قطرات در تماس با هوای داغ، محترق می‌شوند.
مقدار هوای ورودی به موتورهای دیزل ثابت است و تنظیم توان خروجی در این موتورها، با مدیریت مقدار پاشش سوخت انجام می‌شود. ساز و کار احتراق در موتورهای دیزل بسیار پیچیده است ولی برای بازۀ مشخصی از مقدار سوخت، احتراق به صورت کامل انجام می‌شود و آلایندگی‌هایی نظیر هیدروکربن‌های نسوخته (که به صورت دود سیاه رنگ دیده می‌شود.) تولید نخواهد شد.

هرچند سوخت اصلی موتورهای دیزلی گازوئیل است ولی موتورهای دیزل سنگین می‌توانند طوری طراحی و ساخته شوند که سوخت‌های پست‌تر را نیز مصرف کنند. بسیاری از موتورهای دیزل سنگین دریایی، نیروگاهی و صنعتی (بخصوص در بخش نظامی)، طوری طراحی می‌شوند که بتوانند با سوخت‌هایی نظیر نفت کوره (مازوت) و حتی نفت خام کار کنند. البته نفت کوره گرانروی بزرگی دارد و برای اینکه قابل تزریق به داخل اتاق احتراق باشد، باید با روش‌هایی آن را روان‌تر کرد. گاهی سوخت‌ را گرم می‌کنند تا روان شود. در برخی موارد که گرانروی سوخت خیلی بزرگ است، بخار مافوق گرم را با سوخت مخلوط می‌کنند تا هم آن را گرم کند و هم مخلوط آب و سوخت، راحت‌تر تلمبه شود.
موتور گازسوز
گاز طبیعی که مادۀ اصلی تشکیل دهندۀ آن متان است، معمولاً در موتورهایی استفاده می‌شود که با چرخۀ اتو کار می‌کنند. البته این سوخت در موتورهایی که با چرخۀ دیزل کار می‌کنند نیز می‌تواند استفاده ‌شود ولی شکل چرخه به حالتی بین چرخۀ اتو و دیزل (احتراق حجم ثابت و فشار ثابت)تبدیل می‌شود. البته در هر دو حالت گاز با هوای ورودی به موتور مخلوط و به ندرت مستقیماً داخل اتاق احتراق تزریق می‌شود.
اگر موتور بر مبنای چرخۀ اتو کار کند، مخلوط گاز و هوا با جرقۀ شمع محترق می‌شود و عملکرد موتور شبیه موتورهای بنزینی خواهد بود. در این حالت لازم است نسبت جرمی گاز به هوا در محدودۀ مشخصی قرار داشته باشد تا با جرقۀ شمع احتراق آغاز شود و انتشار شعله پایدار بماند. مدیریت توان خروجی موتور نیز مانند موتورهای بنزینی با دریچۀ گاز است. یعنی با ایجاد افت فشار در مسیر ورودی هوا، مقدار هوای ورودی به موتور و در نتیجه توان آن تنظیم می‌شود.
چون این موتورها بسیار شبیه به موتورهای بنزینی معمولی هستند، می‌توان با تغییرات جزیی در موتور، موتوری دو سوخته^[۳۱] ساخت تا هم بتواند با گاز طبیعی کار کند و هم با بنزین. البته امکان استفادۀ همزمان از دو سوخت وجود ندارد و در حالت گازسوز، به‌دلیل کاهش حجم هوای ورودی نسبت به حالت بنزین سوز موتور توان کمتری تولید می‌کند. در صورت نیاز به استفاده از گاز در موتور و برای مواجه نشدن با کاهش توان، موتور “پایۀ گاز” طراحی می‌شود. یعنی از ابتدای طراحی سوخت اصلی گاز در نظر گرفته می‌شود و بنزین به عنوان سوخت جایگزین در مد نظر طراح قرار می‌گیرد. [۵]
روش دیگری نیز برای محترق کردن مخلوط گاز و هوا وجود دارد. در این روش، مقدار گازی که با هوا مخلوط می‌شود بازۀ گسترده‌تری نسبت به روش قبل دارد. یعنی می‌توان مخلوط‌های رقیق‌تری را نیز در موتور بکار برد. مقدار هوای ورودی به اتاق احتراق در این روش ثابت است و مدیریت توان با تغییر مقدار سوخت میسر است.
با رقیق شدن مخلوط، خطر عدم افروزش^[۳۲] وجود خواهد داشت چون ممکن است جرقۀ شمع انرژی لازم را برای محترق کردن مخلوط رقیق گاز و هوا نداشته باشد. برای شروع احتراق، باید نسبت گاز به هوای اطراف شمع مانند روش اول، مقدار مشخصی باشد تا مخلوط محترق شود. با شروع احتراق، شعله در محدودۀ رقیق‌تر نیز گسترش می‌یابد. برای تهیۀ مخلوطِ گاز و هوای مناسب در اطراف شمع، روش‌های مختلفی وجود دارد. گاهی از پیش اتاق احتراق استفاده می‌شود. در این روش، از افشانه‌های مستقل در پیش اتاق استفاده می‌شود تا نسبت گاز به هوا در آن، همواره ثابت و معین بماند. این مخلوط براحتی با جرقۀ شمع مشتعل می‌شود و شعله از پیش اتاق به اتاق اصلی احتراق که مخلوط رقیق در آن قرار دارد منتشر می‌شود.
در روش دیگر از پیش اتاق استفاده نمی‌شود و شمع در اتاق اصلی احتراق قرار می‌گیرد. ولی افشانه‌های مستقل در اطراف شمع قرار داده می‌شود تا با تزریق سوخت، مخلوط لازم را برای شروع احتراق آماده کند. سامانۀ مدیریت هوشمند موتور، تنظیم زمانبندی پاشش سوخت و جرقۀ شمع را بر عهده خواهد داشت.
موتور دوگانه‌سوز
موتور دوگانه‌سوز به موتوری گفته می‌شود که بصورت همزمان دو سوخت مختلف را می‌سوزاند. معمولاً یکی از این سوخت‌ها گاز طبیعی و دیگری گازوئیل است. چرخۀ مبنای موتور دوگانه‌سوز نیز چرخۀ دیزل است. البته چون دو سوخت در فرایند احتراق بکار برده می‌شود، روند احتراق در موتور دوگانه‌سوز مقداری با موتور دیزل معمولی متفاوت است. روش کار موتور دوگانه سوز شبیه به موتور گاز سوز معمولی است. فقط احتراق بجای جرقۀ شمع، همانند موتور دیزلی با تزریق مستقیم گازوئیل در اتاق احتراق شروع می‌شود.
در این موتورها، گاز با هوا مخلوط شده و سپس وارد محفظۀ احتراق می‌شود. مخلوط گاز و هوا معمولاً رقیق‌تر از حالت معمولی (غنای درست) است. پس از پایان مرحلۀ تراکم، گازوئیل به صورت قطرات بسیار ریز داخل محفظۀ احتراق تزریق می‌شود و هر کدام از این قطرات ریز مانند جرقۀ شمع عمل می‌کند و مخلوط گاز و هوا را محترق می‌کند.
نسبت گاز طبیعی و گازوئیل، به مبنای طراحی و بار موتور بستگی دارد. در این روش‌ها نسبت گازوئیل از مقادیر ناچیز تا بیش از نود درصد می‌تواند باشد. بر حسب نسبت وزنی گاز و گازوئیل، موتورهای دوگانه سوز به سه دسته تقسیم می­شوند:
روش مخلوط^[۳۳]: در این روش ۵۰ تا ۹۰ درصد سوخت مصرفی گازوئیل است و توان اصلی موتور را نیز گازوئیل تأمین می‌کند.
روش پاشش جزئی^[۳۴]: در این روش ۱۰ تا ۲۵ درصد سوخت مصرفی گازوئیل است. توان موتور از سوختن گاز تأمین می‌شود ولی تغییرات سریع در توان و دور موتور، با تغییر مقدار گازوئیل تزریق شده تنظیم می‌شود.
روش ریز­پاشش^[۳۵]: در این روش ۱ تا ۳ درصد سوخت مصرفی گازوئیل است. سوختن گاز، توان موتور را تأمین می‌کند و گازوئیل صرفاً برای افروزش مخلوط سوخت و هوا استفاده می‌شود. در این روش با تغییر رقت مخلوط گاز و هوا، توان خروجی موتور تنظیم می‌شود.
بیشتر موتورهای دیزلی، با تغییراتی قابل تبدیل به موتورهای دوگانه‌سوز خواهند بود. البته در فرایند تبدیل مقداری افت توان وجود خواهد داشت که اگر در مرحلۀ طراحی، دوگانه‌سوز بودن موتور در مد نظر طراحان قرار گیرد، در کاربرد موتور مشکلی به وجود نخواهد آمد. چون در بسیاری از کشورها، گاز از گازوئیل ارزان‌تر است، در بسیاری موارد، استفاده‌ کنندگان از موتورهای دیزل سنگین، بخصوص در مواردی که دسترسی به گاز آسان باشد، راغب به استفاده از موتور دوگانه سوز هستند. دوگانه‌سوز بودن موتورهای سنگین نسبت به موتورهای سبک‌تر توجیه اقتصادی بیشتری دارد و به همین دلیل موتورهای دیزل سبک (خودرویی) به ندرت دوگانه‌سوز هستند ولی بسیاری از موتوهای دیزل سنگین بخصوص در کاربری نیروگاهی و زمینی، به صورت دوگانه‌سوز طراحی و استفاده می‌شوند.
نیروگاه بخار
موتور بخار اولین ابزار تولید کار بود که برای رانش کشتی‌ها و کشندۀ قطارها استفاده شد. موتورهای بخار کوچک نیز در قطارها و اتوبوس‌های شهری (که در ایران به ماشین دودی معروف شدند) استفاده شد. امروزه چرخۀ بخار، مهم‌ترین چرخۀ تولید توان برای گرداندن مولد‌های برق در دنیا است.
نیروگاه‌ بخار بر‌اساس چرخۀ بخار کار می‌کند. فشار سیال این چرخه که آب است به‌ وسیلۀ تلمبه افزایش می‌یابد. آب فشار قوی به دیگ بخار وارد و پس از تبخیر به بخار مافوق گرم تبدیل می‌شود. سپس این بخار مافوق گرم، برای گرداندن توربین بخار به کار می‌رود. توربین بخار به صورت مرحله‌ای^[۳۶] ساخته می‌شود. هر مرحله از توربین، از ردیف پره‌های ثابت و ردیف پره‌های متحرک ساخته شده است. بخار فشار قوی در حین عبور از بین پره‌های ردیف ثابت، سرعت می‌گیرد و با برخورد به پره‌های متحرک، آن‌ها را می‌گرداند. معمولاً بخار پس عبور از چند مرحلۀ توربین، خنک می‌شود ولی هنوز فشار مناسبی دارد. برای افزایش بازده چرخه، این بخار مجدداً به دیگ بخار فرستاده می‌شود تا گرم شود و به توربین باز گردد. در این فرایند فشار بخار تغییری نمی‌کند و صرفاً از طریق افزایش دما، انرژی بخار افزایش می‌یابد. توربین‌های بخار بر اساس فشار بخار ورودی، به دو یا سه بخش فشار قوی، فشار متوسط و فشار ضعیف^[۳۷] تقسیم می‌شوند. در بین هر دو بخش، بخار به دیگ بخار فرستاده می‌شود تا انرژی آن افزایش یابد. در نمایی از توربین بخار ساخت شرکت زیمنس دیده می‌شود. همان طور که در شکل دیده می‌شود این توربین از دو بخش فشار قوی و فشار ضعیف تشکیل شده است. بخش جلویی فشار قوی و بخش عقبی فشار ضعیف است.

شکل ‏۳‑۳ - توربین بخار ساخت شرکت زیمنس [۶]
پس از آخرین مرحلۀ توربین، بخار آب به صورت بخار اشباع در می‌آید. این بخار وارد چگالنده می‌شود تا به آب اشباع تبدیل شود. چگالنده نوعی مبدل حرارتی است که در آن سیال از بخار به مایع تغییر حالت می‌دهد.
در برخی چرخه‌ها سیال خنک‌کن در چگالنده، بخشی از سیال چرخۀ بخار است (چگالندۀ تماس مستقیم) و در برخی از چگانده‌ها، سیالی که در چرخۀ بخار است با سیال خنک‌کن غیر مستقیم انتقال حرارت انجام می‌دهد. به عبارت دیگر چرخۀ آب مجزایی چگالنده را خنک می‌کند. آب در این چرخه حرارت را از بخار آب چرخۀ بخار می‌گیرد و به محیط می‌دهد. تبادل حرارت چرخۀ آب چگالنده با محیط می‌تواند به وسیلۀ برج خنک‌کن خشک، برج خنک‌کن تر، هوا خنک یا آب خنک باشد.
در چگالنده‌های هوا خنک، بخار وارد مبدلی شبیه به مبدل حرارتی آب موتور در خودرو می‌شود. سیال در این مبدل با جریان هوایی که به وسیلۀ پنکه ایجاد می‌شود خنک می‌شود تا تغییر حالت دهد. در طرحوارۀ چگالندۀ هوا خنک مشاهده می‌شود.
در برج خنک‌کن خشک، آب چرخۀ چگالنده وارد مبدل‌های حرارتی‌ای می‌شود که در قسمت تحتانی سازه‌ای دودکش مانند قرار گرفته اند. هوا از قسمت پایینی برج وارد آن می‌شود و با عبور از مبدل، حرارت آب چرخۀ چگالنده را می‌گیرد و گرم می‌شود. هوای گرم نسبت به هوای محیط چگالی کمتری دارد و به سمت بالا حرکت می‌کند تا از دهانۀ بالایی برج خارج شود. در طرحوارۀ برج خنک‌کن خشک دیده می‌شود.
در برج خنک‌کن تر، از ساز و کاری شبیه کولرهای آبی استفاده می‌شود. انرژی آب چرخۀ چگالنده، صرف تبخیر آبی می‌شود که روی مبدل حرارتی پاشیده می‌شود. برج‌های خنک‌کن تر بازده بسیار خوبی دارند ولی مصرف آب نیروگاهی ۱۰۰۰ مگاواتی مانند نیروگاه شهید مفتح همدان که برج خنک‌کن تر دارد بالغ بر ۳۰ میلیون لیتر در روز است.

در سامانۀ آب خنک، آب چرخۀ چگالندۀ با جریان آب محیط (مانند آب دریا یا رودخانه) خنک می‌شود. این سامانه نیز بازده خوبی دارد ولی علاوه بر محدودیت در محل احداث نیروگاه، به علت گرم کردن آب دریا یا رودخانه، خطراتی جدی برای زیست‌بوم^[۳۸] آب در محدودۀ نیروگاه ایجاد می‌کند.
دو عامل بر بازده چرخۀ بخار بسیار مؤثرند: دمای بخار ورودی به توربین و فشار چگالنده. محدودیت تحمل دمای ردیف اول توربین، محدود کنندۀ بیشینۀ دمای بخار در ورودی به توربین است و معمولاً بیشینۀ دمای بخار از ۶۵۵ درجۀ سانتیگراد تجاوز نمی‌کند. دمای محیط نیز محدود کنندۀ فشار چگالنده است. یعنی هرچه دمای محیط خنک‌تر باشد فشار کاری چگالنده کمتر می‌شود و بازده چرخۀ بخار افزایش می‌یابد.
در چرخۀ بخار چون سیال، با محصولات احتراق مستقیماً در تماس نیست، از انواع مختلف سوخت می‌توان استفاده کرد. به این ترتیب مزیت ذاتی نیروگاه بخار، گستردگی استفاده از منابع گرمایی است. این منابع گرمایی می‌تواند انرژی حاصل از شکافت یا همجوشی هسته‌ای، سوزاندن سوخت‌های جامد مانند زغال سنگ، سوخت‌های مایع مانند نفت کوره و گازوئیل، گاز طبیعی و هوای داغ خروجی از توربین گاز یا موتور دیزل و حتی انرژی گرمایی زمین باشد.
توربین گاز
اکثر توربین‌های گاز به صورت محوری^[۳۹] ساخته می‌شوند. هوا پس ازگذر از صافی^[۴۰]، وارد کمپرسور می‌شود. کمپرسور به صورت مرحله‌ای^[۴۱] طراحی و ساخته می‌شود. در هر مرحله از کمپرسور ابتدا یک ردیف پرۀ متحرک و سپس یک ردیف پرۀ ثابت قرار دارد. هوا در اثر برخورد به پره‌های متحرک سرعت می‌گیرد و پس از عبور از بین پره‌های ثابت، سرعتش کاسته می‌شود و در عوض، فشارش افزایش می‌یابد. به این ترتیب در هر مرحله، مقداری بر فشار هوا افزوده می‌شود. در نهایت هوای پر فشار وارد اتاق احتراق می‌شود. در اتاق احتراق سوخت (گاز یا گازوئیل)، با هوا مخلوط و سپس محترق می‌شود. ساز و کار سوختن سوخت در اتاق احتراق توربین گاز شبیه به مشعل‌ دیگ‌های بخار خانگی است یعنی برخلاف موتورهای رفت و برگشتی، احتراق پیوسته است. هوای پر فشار و داغ، از محفظۀ احتراق خارج شده و به توربین وارد می‌شود. توربین نیز مانند کمپرسور، مرحله‌ای ساخته می‌شود. ولی برخلاف کمپرسور، در توربین ابتدا پره‌های ثابت و سپس پره‌های متحرک قرار دارند. هوا در اثر عبور از بین پره‌های ثابت، از فشارش کاسته می‌شود و در عوض سرعت می‌گیرد و در اثر برخورد با پره‌های متحرک، آن‌ها را می‌گرداند.
پره‌های توربین گاز بسیار کوچکتر از پره‌های توربین‌های بخار است و به همین دلیل استفاده از همبسته‌های^[۴۲] مرغوب‌تر که طبعاً گران‌تر نیز هستند در ساخت این پره‌ها رایج‌تر است. این همبسته‌ها معمولاً قادر به تحمل دماهای داغ‌تری نسبت‌ فلزات به کار رفته در توربین‌های بخار هستند. ولی باز هم خنک‌کاری پره‌های توربین دشوار است و به همین دلیل آن‌ها را با مواد مخصوصی پوشش‌ می‌دهند تا نسبت به حرارت مقاوم‌تر شوند. با این حال به علت محدودیت تحمل دما‌های بسیار داغ از طرف فلزات، دمای هوایی که به توربین وارد می‌شود نباید از حد معینی تجاوز کند^[۴۳].
ممکن است در بین مراحل کمپرسور، از خنک‌کن میانی^[۴۴] استفاده شود. در این روش هوا از مبدل حرارتی عبور می‌کند و مقداری خنک می‌شود. به این ترتیب هوایی که از کمپرسور خارج و به اتاق احتراق وارد می‌شود خنک‌تر و در نتیجه هوایی که از آن خارج می‌شود نیز خنک‌تر خواهد بود. هر چند در این روش پره‌های مرحلۀ اول توربین، از نظر دمای کاری در حاشیۀ امن‌تری قرار می‌گیرند ولی به دلیل افت فشار هوا هنگام عبور از خنک‌کن میانی، مقداری از بازده کل توربین گاز کاسته می‌شود.
در نمایی از توربین گاز SGT5-8000H زیمنس^[۴۵] و اجزای اصلی آن دیده‌ می‌شود. این توربین که ۳۴۰ مگاوات توان دارد، یکی از بزرگترین توربین‌گازهای جهان است. [۶]
دانش و فناوری طراحی و ساخت پره‌های کمپرسور پیچیده است. حساسیت و اهمیت هندسۀ پره‌های توربین به اندازۀ پره‌های کمپرسور نیست و این پره‌ها حتی اگر طراحی کاملاً بهینه‌ای نداشته باشند، باز هم در اثر برخورد هوای پر سرعت با آنها، می‌گردند. ولی اگر پره‌های کمپرسور طراحی مناسبی نداشته باشند، صرفاً هوا را هم می‌زنند و نمی‌توانند فشار آن را افزایش دهند. مقدار زیادی از کاری که توربین به محور توربین گاز می‌دهد صرف گرداندن کمپرسور می‌شود، اگر بازده مکانیکی کمپرسور و توربین کم باشد، کار خالص خروجی توربین گاز ناچیز می‌شود. به همین دلیل طراحی مناسب کمپرسور اهمیت بسیار زیادی دارد.
مقدار ذرات جامد و ناخالصی در سوخت مصرفی توربین گاز نیز بسیار مهم است. چون این ذرات با هوای داغ خروجی از اتاق احتراق همراه می‌شوند و در اثر برخورد با پره‌های توربین، به مرور باعث فرسایش آن‌ها می‌شوند. به همین دلیل در توربین گاز فقط از سوخت‌های مرغوب مانند گازوئیل و گاز طبیعی استفاده می‌شود.
شکل ‏۳‑۶ - توربین گاز ۳۴۰ مگاواتی زیمنس (SGT5-8000H) و اجزای اصلی آن [۶]
هرچند بازده توربین گاز نسبت به سایر ابزارهای تولید کار، کمتر است ولی نسبت توان به وزن زیادش، شرایط منحصر به فردی برای آن ایجاد کرده است. همین ویژگی باعث شده است توربین گاز، به عنوان پیشران هواپیما‌ها گسترش یابد.