Fire slag: innsug, kompresjon, kraft, eksos

I de fleste biler gjentar stempelet den samme firetaktsyklusen om og om igjen. Navnet kommer fra de fire stempelslagene den består av:

1. Innsug. Innsugsventilen åpnes, og stempelet beveger seg ned og trekker inn frisk luft. I en bensinmotor med portinnsprøytning sprøytes drivstoff inn i luften som kommer inn. I en motor med direkteinnsprøytning sprøytes drivstoffet inn i selve sylinderen.
2. Kompresjon. Begge ventilene er lukket. Stempelet beveger seg opp og presser gassen sammen til et mye mindre rom. Når gassen presses sammen, blir den varm og klar til å brenne.
3. Kraft. Nær toppen av kompresjonsslaget tenner tennpluggen. Blandingen brenner, den varme gassen utvider seg og presser stempelet ned. Dette er det eneste slaget som overfører energi til veivakselen. Begge ventilene er fortsatt lukket.
4. Eksos. Eksosventilen åpnes, og stempelet beveger seg opp og presser den brente gassen ut. Deretter begynner syklusen på nytt.

Tell veivakselens omdreininger: hvert slag er en halv omdreining (180°), så en syklus er 4 × 180° = 720°, altså to hele omdreininger av veivakselen. Kamakselen, som åpner ventilene, trenger bare å åpne hver ventil én gang per syklus, så den roterer med halvparten av veivakselens fart, én omdreining per syklus. I en motor drives den av en rem eller kjede med et girforhold på 2 : 1.

Dette betyr også at én sylinder får ett kraftslag hver andre omdreining, ikke ett for hver omdreining. Ved 3 000 rpm gjør veivakselen 50 omdreininger i sekundet, så én sylinder tenner 25 ganger i sekundet.

Hvor kommer energien fra til de tre andre slagene? Fra svinghjulet, og i en motor med flere sylindre fra de andre sylindrene, som er i sine egne kraftslag. Innsugs-, kompresjons- og eksosslagene krever litt arbeid for å pumpe gass rundt og presse den sammen.

Hvis du plotter gasstrykket mot sylinderens volum gjennom syklusen, får du en løkke: P–V-diagrammet. Arealet inne i løkken er nettoarbeidet per syklus. Verdenen Heat Engines i Particle Lab tegner dette diagrammet for Otto-syklusen og utleder virkningsgraden; her ser vi bare på hvordan løkken tegnes mens stempelet beveger seg.

Noen små motorer (gressklippere, motorsager og små scootere) er totaktsmotorer: De tenner ved hver omdreining ved å slå sammen taktene. Det gjør dem lette og enkle, men vanskeligere å holde rene. Biler bruker nesten alltid firetaktsyklusen fordi den styrer gassutvekslingen bedre.