Empat langkah: isap, kompresi, daya, gas buang

Pada sebagian besar mobil, piston mengulangi siklus empat langkah yang sama terus-menerus. Namanya berasal dari empat langkah piston yang diperlukan:

1. Isap. Katup masuk terbuka dan piston bergerak ke bawah, menarik udara segar masuk. Pada mesin bensin dengan injeksi port, bahan bakar disemprotkan ke udara yang masuk; pada mesin dengan injeksi langsung, bahan bakar disemprotkan langsung ke dalam silinder.
2. Kompresi. Kedua katup dalam keadaan tertutup. Piston bergerak ke atas dan memampatkan gas ke ruang yang jauh lebih kecil. Pemampatan membuatnya panas dan menyiapkannya untuk terbakar.
3. Daya. Menjelang bagian atas langkah kompresi, busi memercikkan api. Campuran terbakar, gas panas mengembang dan mendorong piston ke bawah. Inilah satu-satunya langkah yang menyalurkan energi ke poros engkol. Kedua katup masih tertutup.
4. Gas buang. Katup gas buang terbuka dan piston bergerak ke atas, mendorong gas yang terbakar keluar. Kemudian siklus dimulai lagi.

Hitung putaran poros engkol: setiap langkah adalah setengah putaran (180°), jadi satu siklus adalah 4 × 180° = 720°, yaitu dua putaran penuh poros engkol. Poros nok, yang membuka katup, hanya perlu membuka setiap katup sekali per siklus, jadi poros ini berputar pada setengah kelajuan poros engkol, satu putaran per siklus. Pada mesin, poros ini digerakkan oleh sabuk atau rantai dengan rasio roda gigi 2 : 1.

Ini juga berarti satu silinder mendapat satu langkah daya setiap dua putaran, bukan satu setiap putaran. Pada 3 000 rpm, poros engkol berputar 50 kali per detik, jadi satu silinder menyala 25 kali per detik.

Dari mana energi untuk tiga langkah lainnya berasal? Dari roda gila, dan pada mesin bersilinder banyak, dari silinder lainnya yang sedang menjalani langkah dayanya sendiri. Langkah isap, kompresi, dan gas buang semuanya memerlukan sedikit kerja untuk memompa gas dan memampatkannya.

Jika kamu memplot tekanan gas terhadap volume silinder sepanjang siklus, kamu akan mendapatkan sebuah loop, yaitu diagram P–V. Luas di dalam loop adalah kerja bersih per siklus. Dunia Mesin Kalor di Particle Lab menggambar diagram itu untuk siklus Otto dan menurunkan efisiensinya; di sini kita hanya mengamati loop yang digambar saat piston bergerak.

Beberapa mesin kecil (mesin pemotong rumput, gergaji mesin, dan skuter kecil) adalah mesin dua langkah: mesin menyala pada setiap putaran dengan menggabungkan beberapa langkah, sehingga mesin menjadi ringan dan sederhana, tetapi lebih sulit dijaga kebersihannya. Mobil hampir selalu menggunakan siklus empat langkah karena siklus ini mengatur pertukaran gas dengan lebih baik.