奥托循环

又称四冲程循环。内燃机热力循环的一种，为定容加热的理想热力循环。1862年法国一位工程师首先提出四冲程循环原理，1876年德国工程师尼古拉斯·奥托利用这个原理发明了发动机，因这种发动机具有转动平稳、噪声小等优良性能，对工业影响很大，故把这种循环命名为奥托循环。

奥托循环详细介绍

又称四冲程循环。内燃机热力循环的一种，为定容加热的理想热力循环。1862年法国一位工程师首先提出四冲程循环原理，1876年德国工程师尼古拉斯·奥托利用这个原理发明了发动机，因这种发动机具有转动平稳、噪声小等优良性能，对工业影响很大，故把这种循环命名为奥托循环。

奥托循环的一个周期是由吸气过程、压缩过程、膨胀做功过程和排气过程这四个冲程构成，首先活塞向下运动使燃料与空气的混合体通过一个或者多个气门进入气缸，关闭进气门，活塞向上运动压缩混合气体，然后在接近压缩冲程顶点时由火花塞点燃混合气体，燃烧空气爆炸所产生的推力迫使活塞向下运动，完成做功冲程，最后将燃烧过的气体通过排气门排出气缸。

奥托循环简史

雷诺尔发明的煤气内燃机，与当时蒸汽机的原理完全不同，它从外部燃烧改为了内部燃烧，更加有效地利用了热能。但由于这台内燃机必须连接在煤气管中，而且功率过小，因此这台机器实用性为零。正因如此，才让奥托有了着手研制四冲程内燃发动机的想法。

但研发过程并不顺利，最主要的原因是如何增加燃料让燃烧更加地充分，从而获得更大的功率。在某次吃饭的时候，奥托突然想到了“压缩”，因为经过压缩，同样体积的气体，容量却多出了好几倍。这也就意味着，最后输出的功率，也将增大好几倍。

从图纸到成功，耗费了奥托14年的时间，同时它的资产也逐渐的消耗殆尽。最终，他在1874年，研制成了具有“体积小”“重量轻”“功率大”这几个特点的四冲程发动机。其中，这台四冲程发动机的工作原理被称为“奥托循环”。

奥托循环原理

奥托循环又称四冲程循环，内燃机热力循环的一种，为定容加热的理想热力循环。基于这种循环而制造的煤气机和汽油机是最早的活塞式内燃机。1876年德国工程师尼古拉斯·奥托利用这个原理发明了发动机，因这种发动机具有转动平稳、噪声小等优良性能，对工业影响很大，故把这种循环命名为奥托循环，采用奥托循环的发动机即为奥拓循环发动机。奥托循环主要分为进气，压缩，作功，以及排气这四个行程。

奥托循环进气行程

在进气行程中，进气门开启，排气门关闭。活塞从上止点往下止点运动的过程中，活塞上部的容积逐渐增大，气缸内部的压力随之减小。当气缸内部的压力逐渐低于大气压时，气缸内部就产生了真空。此时，可燃混合气就从进气门中直接吸入了气缸。从示功图中也可以看出，当活塞下行时，曲线ra在大气压线以下。在进气行程中，缸内压力为0.075-0.09MPa，温度在100-130℃。

奥托循环压缩行程

在整个压缩行程中，进排气门均关闭，活塞从下止点往上止点运动的过程中，活塞上部的容积逐渐减小，混合气被压缩，缸内压力逐渐升高，最后达到了0.6-1.2MPa，温度升高至300-400℃。示功图中，曲线ac表示压缩过程。

奥托循环作功行程

在这个行程中，进排气门仍然处于关闭状态，当活塞将要接近上止点时，火花塞放出电火花，从而点燃气缸内的压缩混合气。被点燃的混合气，释放出了大量的能量以及热能，使得缸内的压力以及温度迅速增加。

从示功图中可以看出，活塞离开上止点的初段，压力从c点增加到z点，此时的压力大约为3-5MPa，温度为1900-2500℃。活塞从上止点向下止点运动的过程中，随着缸内容积增加，气体和温度也随之下降，最终到达了作功终了b点，此时缸内的压力为0.3-0.5MPa，温度为1000-1300℃。

奥托循环排气行程

进气门关闭，排气门开启。当活塞由下止点往上止点运动时，气缸内的废气强制被活塞排到了气缸之外。当活塞接近上止点时，排气门关闭。此时，大气压力约为0.105-0.115MPa（略高于标准大气压），温度为600-900℃。这一过程，在示功图中由曲线br表示。

奥托循环应用

奥托循环是理想化的循环，因为在理论分析和计算时，认为循环由绝热、等容、等压等过程组成，并且系统的组成、性质和质量都保持不变，而实际上因为发生了燃烧和爆炸，系统的组成和性质必然发生变化，因此实际汽油发动机的效率要比奥托理想循环的效率低很多，只有一半或更小约25%左右。

现代的汽车、卡车等使用的内燃机中大多都是采用奥托循环的。

奥托循环的热效率为 η

式中W为输出的净功；Q₁为输入的热量。这个公式说明，η仅与压缩比和比热容比γ（取决于工质的性质）有关。ε越高，η_t也越高,但实际上ε受可燃气体混合物爆震特性的限制，而且随着ε的提高，它对η的影响越来越小，所以ε值不能取得过高，一般在6～10之间。此外，γ越大，η也越高。