奧圖循環

奧圖循環（Otto cycle）是理想的熱力學循環，用來描述標準用火星塞點火的往复式发动机[1]，是汽車引擎中最常見的熱力學循環。

热力学
经典的卡诺热机 T（熱庫）、Q（熱量）、W（功） H（高溫）、C（低溫）
分支 经典 统计 化学 量子热力学 平衡 / 非平衡
定律 第零 第一 第二 第三
系统 封閉系統 孤立系統 状态 状态方程 理想氣體 實際氣體 相 / 物质状态 平衡 控制體積 仪器 过程 等压 等体 等温 绝热 等熵 等焓 准静态 多方 自由膨脹 可逆 不可逆 内可逆 循环 热机 热泵 热效率
系统性质 性质图 强度和广延性质 状态函数 （斜体共轭变量） 温度 / 熵 熵的简介 压强 / 体积 化学势 / 粒子數 蒸氣量 简化性质 過程函數 功 热
材料性质 比热容  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ 压缩性  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ 热膨胀  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$ 性质数据库
方程 卡诺定理 克劳修斯定理 基本关系 理想气体定律 麦克斯韦关系 昂萨格倒易关系 布里奇曼热力学方程 热力学方程表
势 自由能 自由熵 内能 ${\displaystyle U(S,V)}$ 焓 ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ 亥姆霍兹自由能 ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ 吉布斯能 ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
历史／文化 哲学 熵与时间 熵与生活 布朗棘轮 麦克斯韦妖 热寂佯谬 洛施密特佯谬 协同学 历史 总史 热 熵 气体定律 永动机 理论 热质说 活力 热动说 热功当量 动力 关键著作 《论摩擦激起的热源》 《关于多相物质平衡》 《论火的动力》 年表 热力学 热机
科学家 昂萨格 伯努利 迪昂 亥姆霍兹 吉布斯 焦耳 卡拉西奥多里 卡诺 克拉佩龙 克劳修斯 兰金 冯·迈尔 麦克斯韦 斯米顿 斯塔尔 开尔文男爵汤姆森 伦福德伯爵汤普森 沃特斯顿

奧圖循環的PV圖，Y軸表示壓力，X軸表示體積

奧圖循環是描述固定質量的氣體在壓力、溫度、體積變化、加入熱量及移除熱量下，其狀態的變化。有上述變化的固定質量氣體稱為系統。此處的系統定義為在汽缸內的氣體。奧圖循環是描述系統內發生的變化，也描述系統對環境的影響。以奧圖循環的例子而言，系統對環境的影響是可以產生足夠的功，可以推動車輛及上面的乘客前進。

奧圖循環包括：

PV圖的最上方及最下方：一對近似平行的等熵过程（無摩擦力、绝热过程）

PV圖的左邊及右邊：一對平行的等容过程。

其中等熵的壓縮及膨脹過程，表示其中沒有能量損耗，在過程中也沒有熱會進入系統或是離開系統。因此當時的活塞及气缸被視为是不能傳熱的。在上方的等熵膨脹過程中，系統對外界作功，在下方的等熵壓縮過程中，外界對系統作功，熱是在左邊的加壓過程中進入系統，有些熱在右邊的減壓過程中流出系統。計算後即可得到系統所作的功。

奧圖循環的行程為[2][3]：

• 行程0–1為空氣注入在定壓下的活塞／汽缸內。
• 行程1–2為空氣絕熱（等熵）壓縮，活塞從下止点（BDC）移動到上止點（TDC）。
• 行程2–3為定容的熱轉換，由外部熱源轉換到工作氣體中，此時活塞在上止点。此行程是用來表示燃料-空氣混合氣點燃和隨後的快速燃燒
• 行程3–4空氣絕熱（等熵）膨脹（動力衝程）
• 行程4–1完成了循環，此行程為定容行程，活塞在下止点，熱被排到空氣中。
• 行程1–0是空氣在定壓下排到大氣中。

奧圖循環包括等熵壓縮、定容下加入熱能、等熵膨脹、定容下熱排到外部。在四行程的奧圖循環中，若考慮技術細節，其實會多二個行程，一個是在定壓下將废热及燃燒後的氣體排到大氣中，另一個則是注入冷的，富含氧氣的空氣到汽缸內。不過在簡化的分析中常會省略這二個行程。這兩個行程在實際引擎的運作中非常重要，和傳熱以及燃燒化學的細節有關。在簡化的分析中，會假設單一行程的體積變化時將廢熱完全排出。