Mesin empat tak adalah mesin pembakaran dalam yang dalam satu siklus pembakaran terjadi empat langkah piston. Sekarang ini, mesin pembakaran dalam pada mobil, sepeda motor, truk, pesawat terbang, kapal, alat berat dan sebagainya, umumnya menggunakan siklus empat langkah. Empat langkah tersebut meliputi, langkah hisap (pemasukan), kompresi, tenaga dan langkah buang yang secara keseluruhan memerlukan dua putaran poros engkol (crankshaft) per satu siklus pada mesin bensin atau mesin diesel.

Putara empat tak atau (Putaran Otto) dari sebuah mesin pembakaran dalam adalah putaran yang sering digunakan untuk otomotif dan industrik sekarang ini (mobil, truk, generator, dll).

Mesin dikonsepsikan oleh teknisi Perancis, Alphonse Beau de Rochas pada 1862, dan secara terpisah, oleh teknisi Jerman Nikolaus Otto pada 1876. Putaran empat tak lebih irit dan pembakarannya lebih bersih dari putaran dua tak, tetapi membutuhkan lebih banyak bagian yang bergerak dan keahlian pembuatan. Dia juga lebih mudah dibuat dalam konfigurasi multi-silinder dari dua tak, membuatnya sangat berguna dalam aplikasi tenaga-besar seperti mobil. Kemudian, diciptakan juga mesin Wankel yang juga memiliki empat fase yang serupa hanya saja dia merupakan mesin pembakaran berputar dan bukan mesin berulang seperti putaran empat tak.

Putaran Otto dikarakterisasikan oleh empat tak, atau gerakan lurus bergantian, maju dan mundur, dari sebuah piston di dalam silinder:

1. intake (induction) stroke
2. compression stroke
3. power (combustion) stroke
4. exhaust stroke

Putaran ini dimulai pada top dead center, ketika piston berada pada titik paling atas. Pada saat stroke pertama (pengambilan) piston, sebuah campuran bahan bakar dan udara ditarik ke dalam silinder melalui lubang intake. Valve lubang intake kemudian tertutup, dan kemudian stroke ke atas (kompresi) mengkompres campuran bensin-udara.

Campuran bensin-udara kemudian dinyalakan biasanya, oleh sebuah busi untuk mesin bensin atau putaran Otto, atau dengan panas dan tekanan dari kompresi untuk putaran Diesel dari mesin penyala kompresi, pada saat stroke kompresi berada di atas. Akibat dari pengembangan dari pembakaran gas kemudian mendorong piston ke bawah untuk stroke ke-3 (tenaga), dan kemudian pada stroke ke atas yang ke-4 dan terakhir (pembuangan) mengeluarkan gas sisa pembakaran dari silinder melalui valve pembuangan yang terbukan, melalui lubang pembuangan.

Prinsip kerja

Untuk memahami prinsip kerja, perlu dimengerti istilah baku yang berlaku dalam teknik otomotif :

• TMA (titik mati atas) atau TDC (top dead centre), posisi piston berada pada titik paling atas dalam silinder mesin atau piston berada pada titik paling jauh dari poros engkol (crankshaft).
• TMB (titik mati bawah) atau BDC (bottom dead centre), posisi piston berada pada titik paling bawah dalam silinder mesin atau piston berada pada titik paling dekat dengan poros engkol (crankshaft).

Langkah kesatu

Piston bergerak dari TMA ke TMB, posisi katup masuk terbuka dan katup keluar tertutup, mengakibatkan udara (mesin diesel) atau gas (sebagian besar mesin bensin) terhisap masuk ke dalam ruang bakar. Proses udara atau gas sebelum masuk ke ruang bakar, dapat dilihat pada sistem pemasukan.

Langkah kedua

Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk dan keluar tertutup, mengakibatkan udara atau gas dalam ruang bakar terkompresi. Beberapa saat sebelum piston sampai pada posisi TMA, waktu penyalaan (timing ignition) terjadi, pada mesin bensin berupa nyala busi sedangkan pada mesin diesel berupa semprotan (suntikan) bahan bakar.

Langkah ketiga

Gas yang terbakar dalam ruang bakar akan meningkatkan tekanan dalam ruang bakar, mengakibatkan piston terdorong dari TMA ke TMB. Langkah ini adalah proses langkah yang menghasilkan tenaga.

Langkah keempat

Piston bergerak dari te balian on selanjutnya di saluran pembuangan dapat dilihat pada sistem pembuangan

Desain

Rasio kompresi

Rasio kompresi adalah perbandingan antara volume langkah piston dibandingkan dengan volume ruang bakar saat piston pada posisi TMA.

SOHC vs DOHC

Single over head camshaft, mesin dengan noken as tunggal di atas silinder. Double over head camshaft, mesin dengan noken as ganda di atas silinder.

Long vs Short stroke

Mesin disebut berkarakter long stroke apabila langkah piston lebih panjang dari diameter piston. Mesin disebut berkarakter short stroke apabila langkah piston lebih pendek dari diameter piston.

Pengembangan

Mesin empat tak diaplikasikan untuk mesin bensin. Mesin bensin empat tak digunakan paling banyak di mesin mobil, seperti :

   Mesin sepeda motor.
   Mesin mobil.
   Mesin untuk pesawat model, dan sebagainya.