[科普中国]-奥图循环

奥图循环（Otto cycle）是理想的热力学循环，用来描述标准用火星塞点火的往复式发动机，是汽车引擎中最常见的热力学循环。

简介奥图循环（Otto cycle）是理想的热力学循环，用来描述标准用火星塞点火的往复式发动机，是汽车引擎中最常见的热力学循环。

奥图循环是描述固定质量的气体在压力、温度、体积变化、加入热量及移除热量下，其状态的变化。有上述变化的固定质量气体称为系统。此处的系统定义为在汽缸内的气体。奥图循环是描述系统内发生的变化，也描述系统对环境的影响。以奥图循环的例子而言，系统对环境的影响是可以产生足够的功，可以推动车辆及上面的乘客前进。

奥图循环包括：

PV图的最上方及最下方：一对近似平行的等熵过程（无摩擦力、绝热过程）

PV图的左边及右边：一对平行的等容过程。

其中等熵的压缩及膨胀过程，表示其中没有能量损耗，在过程中也没有热会进入系统或是离开系统。因此当时的活塞及气缸被视为是不能传热的。在上方的等熵膨胀过程中，系统对外界作功，在下方的等熵压缩过程中，外界对系统作功，热是在左边的加压过程中进入系统，有些热在右边的减压过程中流出系统。计算后即可得到系统所作的功。

奥图循环的行程为：

行程0–1为空气注入在定压下的活塞/汽缸内。

行程1–2为空气绝热（等熵）压缩，活塞从下止点（BDC）移动到上止点（TDC）。

行程2–3为定容的热转换，由外部热源转换到工作气体中，此时活塞在上止点。此行程是用来表示燃料-空气混合气点燃和随后的快速燃烧

行程3–4空气绝热（等熵）膨胀（动力冲程）

行程4–1完成了循环，此行程为定容行程，活塞在下止点，热被排到空气中。

行程1–0是空气在定压下排到大气中。

奥图循环包括等熵压缩、定容下加入热能、等熵膨胀、定容下热排到外部。在四行程的奥图循环中，若考虑技术细节，其实会多二个行程，一个是在定压下将废热及燃烧后的气体排到大气中，另一个则是注入冷的，富含氧气的空气到汽缸内。不过在简化的分析中常会省略这二个行程。这两个行程在实际引擎的运作中是非常重要的，和传热以及燃烧化学的细节有关。在简化的分析中，会假设单一行程的体积变化时将废热完全排出。1

热力学循环热力学循环是一系列传递热量并做功的热力学过程组成的集合，通过压强、温度等状态变量的变化，最终使热力学系统回到初始状态。状态量只依赖于热力学状态，沿热力学循环路径对此类物理量的路径积分结果为零；而像热量和功这样的过程量与循环过程有关，路径积分不为零。热力学第一定律指出在一个循环中输入的净热量总等于输出的净功。过程可重复的特性使得系统能够被连续操作，从而热力学循环是热力学中一个很重要的概念。在实际应用中，热力学循环经常被看作是一个准静态过程并被当作实际热机和热泵的工作模型。1

往复式发动机往复式发动机（reciprocating engine）亦称活塞发动机（piston engine），是一种利用一个或者多个活塞将压力转换成旋转动能的发动机。

最常用的往复式发动机是利用汽油或者柴油燃料产生压力的。通常都不止一个活塞，每个活塞都在气缸内，燃料－空气混合物被注入其内，然后被点燃。 热气膨胀，推动活塞向后运动。活塞的这种直线运动通过连杆和曲轴转换成圆周运动。这种发动机经常被通称为内燃机，尽管内燃机并不必须包括活塞。1

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学