汽车引擎的工作原理可以通过热力学的第一和第二定律来解释。热力学第一定律，即能量守恒定律，指出了能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式。汽车引擎中，燃料的化学能在燃烧过程中转化为热能，随后通过活塞的运动转化为机械能，这一过程实际上是能量转换的过程。热力学第二定律讲的是能量在转换过程中的方向性，指出了热量不能自发地从低温物体传到高温物体，这在引擎运行中意味着只有部分燃料的能量最终可以用来做有用功，其余部分则会以热量的形式散发到环境中。

在内燃机中，这一过程更加具体化为四个步骤，即进气、压缩、燃烧（动力）和排气。首先，在进气阶段，活塞向下运动，将混合好的空气和燃料吸入气缸内；随后，在压缩阶段，活塞向上移动，压缩空气与燃料的混合物，使其压力和温度升高，为燃料的燃烧做准备；燃烧阶段是关键，此时火花塞点火，燃料在高温高压下迅速燃烧，产生大量的热能，推动活塞下行，转化为机械能，驱动曲轴旋转，进而带动车辆前进；最后，在排气阶段，活塞再次上行，将燃烧后的废气排出气缸，准备下一个循环。

这些过程中，引擎的性能和效率受到多方面因素的影响，如混合气体的比例、压缩比、点火时刻等，通过热力学分析，工程师可以优化这些参数，以提高引擎的效率，减少污染排放。例如，通过调整压缩比，可以改变燃烧效率，提高燃油经济性；而精确控制点火时间则能确保在最适宜的时刻产生最大推力，同时也减少氮氧化物等有害物质的生成。