Pembakaran bensin, atau yang lebih dikenal sebagai pembakaran internal dalam mesin otomotif, adalah reaksi kimia eksotermik yang melepaskan energi dalam bentuk panas dan kerja mekanik. Proses ini merupakan jantung dari hampir semua kendaraan bermotor yang menggunakan mesin bensin (siklus Otto). Agar pembakaran terjadi secara efisien, diperlukan tiga komponen utama yang sering disebut sebagai "Segitiga Api": bahan bakar (bensin), oksigen (udara), dan sumber penyulut (percikan busi).
Bensin yang kita gunakan sehari-hari adalah campuran kompleks hidrokarbon yang mudah menguap. Ketika bensin disemprotkan ke dalam silinder mesin, ia harus bercampur dengan udara dalam rasio stoikiometri yang tepat. Rasio ideal udara terhadap bensin (sekitar 14.7:1 berdasarkan massa) memastikan bahwa seluruh bensin dapat bereaksi sempurna dengan oksigen yang tersedia. Jika rasio terlalu kaya (terlalu banyak bensin) atau terlalu kurus (terlalu sedikit bensin), efisiensi pembakaran akan menurun drastis, yang berujung pada penurunan tenaga dan peningkatan emisi polutan.
Pembakaran dalam mesin bensin modern umumnya mengikuti siklus empat langkah (intake, kompresi, pembakaran/tenaga, dan buang).
Katup isap terbuka, dan piston bergerak ke bawah, menciptakan kevakuman. Campuran udara dan bensin (atau hanya udara pada mesin injeksi langsung) ditarik masuk ke dalam silinder.
Kedua katup tertutup. Piston bergerak ke atas, menekan campuran udara dan bahan bakar menjadi volume yang sangat kecil. Kompresi ini meningkatkan tekanan dan suhu campuran secara signifikan, mempersiapkannya untuk pembakaran yang kuat. Rasio kompresi menentukan seberapa besar energi yang dapat diekstraksi dari bahan bakar.
Ketika piston hampir mencapai titik tertinggi kompresi, busi memicu percikan listrik. Percikan ini menyulut campuran bertekanan tinggi, menyebabkan pembakaran yang sangat cepat (deflegrasi). Peningkatan suhu dan volume gas secara drastis mendorong piston ke bawah dengan kekuatan besar. Energi inilah yang diubah menjadi gerakan rotasi pada poros engkol. Ini adalah satu-satunya langkah di mana mesin menghasilkan tenaga.
Katup buang terbuka. Piston bergerak ke atas lagi, mendorong sisa-sisa gas hasil pembakaran (emisi) keluar dari silinder menuju sistem pembuangan. Setelah langkah ini selesai, siklus dimulai kembali dengan langkah isap.
Meskipun efisien, proses pembakaran bensin tidak sempurna. Pembakaran menghasilkan produk sampingan yang signifikan. Selain karbon dioksida ($\text{CO}_2$) yang merupakan gas rumah kaca utama, pembakaran yang tidak sempurna atau kondisi suhu tinggi juga menghasilkan karbon monoksida ($\text{CO}$), hidrokarbon yang tidak terbakar ($\text{HC}$), dan nitrogen oksida ($\text{NO}_x$).
$\text{NO}_x$ terbentuk ketika nitrogen dan oksigen di udara bereaksi pada suhu tinggi di dalam silinder. Zat-zat ini merupakan polutan udara berbahaya yang berkontribusi terhadap kabut asap (smog) dan hujan asam. Untuk mengurangi dampak ini, kendaraan modern dilengkapi dengan konverter katalitik yang berfungsi mengubah $\text{CO}$, $\text{HC}$, dan $\text{NO}_x$ menjadi zat yang kurang berbahaya seperti $\text{CO}_2$, nitrogen ($\text{N}_2$), dan air ($\text{H}_2\text{O}$).
Seiring dengan tuntutan efisiensi bahan bakar yang semakin ketat, teknologi terus berkembang. Injeksi bahan bakar langsung (Direct Injection), rasio kompresi variabel, dan penggunaan sistem hibrida adalah upaya berkelanjutan untuk memaksimalkan energi yang tersimpan dalam setiap tetes bensin sambil meminimalkan jejak emisi yang ditinggalkannya ke atmosfer.