El cicle Otto teòric és el cicle ideal del motor Otto. El motor Otto també es coneix com a motor d'encesa per espurna causa de que la ignició del combustible es realitza a través d'una espurna provocada per una bujía.También es coneix com a motor de gasolina pel tipus de combustible que utilitza.
Una manera d'estudiar el rendiment d'aquest motor és analitzant el seu cicle teòric. El cicle teòric és una aproximació al cicle real cn moltes simplificacions. A la pràctica, apareixen tantes variables que afecten el rendiment del motor de calcular el cicle real és pràcticament impossible. De totes maneres el cico Otto teòric és una bona aproximació al cicle real.
Com és el cicle Otto de 4 temps?
Els següents diagrames representen el cicle Otto en un motor de 4 temps tant en coordenades PV com en coordenades TS.
Les transformacions termodinàmiques que es verifiquen durant el cicle Otto són:
- 1-2. Transformació adiabàtica i isentrópica (sense intercanvi de calor amb l'exterior). Compressió del fluid actiu i corresponent a la feina L 1 realitzat pel pistó.
- 2-3. Transformació a volum constant. Introducció instantània de la calor subministrat Q 1 .
- 3-4. Transformació adiabàtica. Expansió a pressió constant i corresponent treball L 2 produït pel fluid actiu.
- 4-1. Transformació a volum constant. Sostracció instantània de la calor Q 2 .
En realitat, en el motor de 4 temps, la sostracció de la calor es verifica durant la carrera d'escapament 1-0, i el fluid s'introdueix en el motor a la cursa d'aspiració 0-1, la qual cosa es representa gràficament en el diagrama PV mitjançant una línia horitzontal, mentre que en el diagrama TS no és possible representar-lo. Els efectes d'ambdós processos s'anul·len mútuament, sense guany ni pèrdua de treball, raó per la qual no solen considerar-se en els diagrames ideals en coordenades PV les carreres d'aspiració i escapament, i el cicle Otto està representat com un cicle tancat, al qual el fluid actiu torna al seu estat inicial quan arriba al seu terme la fase d'expulsió de la calor 4-1.
Com és el cicle Otto de 2 temps?
El cicle Otto canvia lleugerament en un motor de 2 temps respecte al motor de 4 temps.
Primer temps - Amdisión compressió
Quan el pistó del motor alternatiu arriba al PMI (Punt Mort Inferior) comença a desplaçar-se fins al PMS (Punt Mort Superior). Durant el recorregut el pistó crea una diferència de pressió que aspira la barreja d'aire i gasolina per la lumbrera d'admissió cap al càrter de precompressió. El combustible entra en forma gasosa.
Quan el pistó tapa la lumbrera, deixa d'entrar barreja. Durant la resta del recorregut descendent, el pistó la comprimeix la barreja en el càrter inferior, fins que es descobreix la llumenera de transferència que ho comunica amb la càmera de compressió. Al comunicar-se amb la càmera de compressió la barreja fresca precomprimida ajuda a expulsar els gasos cremats de la fuita.
Quan el pistó comença a pujar la llumeneres de transferència roman oberta una part de la carrera i el càrter no agafa aire fresc sinó que retornen part dels gasos, perdent eficiència de bombeo.A altes revolucions s'utilitza la inèrcia de la massa dels gasos per minimitzar aquest efecte. És el que se'n diu renovació de la càrrega.
Segon temps. Expansió i escapament de gasos
Una vegada que el pistó del motor tèrmic ha arribat al PMS i la barreja d'aire i gasolina està comprimida, la hi encén per una espurna entre els dos elèctrodes de la bugia. Amb l'encesa el combustible allibera energia i arriba a altes pressions i temperatures en el cilindre. El pistó es desplaça cap avall, realitzant treball fins que es descobreix la lumbrera d'escapament. A l'estar a altes pressions, els gasos cremats surten per aquest orifici.
Característiques del cicle Otto de 2 temps
El rendiment d'aquest motor és inferior respecte el motor de 4 temps, ja que té un rendiment volumètric menor i la fuita de gasos és menys eficaç. Els cicles de 2 temps són més contaminants. A nivell de potència, el cicle Otto de 2 temps ofereix un parell motor a la unitat de temps més elevat per a la mateixa cilindrada. Aquesta diferència en el parell motor es deu al fet que el motor de 2 temps fa una explosió en cada revolució, mentre el motor de 4 temps fa una explosió per cada 2 revolucions, i compta amb més parts mòbils.
Aquest tipus de motors s'utilitzen majoritàriament en motors de poca cilindrada (ciclomotors, desbrossadores, cortasetos, motoserres, etc), ja que és més barat i senzill de construir, i la seva emissió de contaminants elevada és molt baixa en valor absolut.
Quin és el rendiment del cicle Otto?
Com la calor Q1 s'introdueix a volum constant, el treball L 2-3 realitzat durant aquesta transformació és nul, i l'equació de conservació de l'energia del fluid sense flux es transforma en:
Com es tracta d'un cicle ideal i, per tant, el fluid operant és un gas perfecte, la variació de l'energia interna durant la seva transformació a volum constant val:
D'on resulta:
Anàlogament, com la calor Q 2 és sostret també a volum constant, i en tals condicions que L 4-1 = 0, podem escriure:
i per ser el fluid un gas perfecte:
Per tant, el rendiment tèrmic ideal per al cicle Otto teòric resulta:
h i = (calor subministrat - calor sostret) / calor subministrada
Per a les transformacions adiabàtiques de compressió 1-2 i d'expansió 3-4 obtenim, respectivament:
i com és V 1 = V 4 i V 2 = V 3 , podem escriure:
Introduint aquesta relació en l'expressió del rendiment h i (així com la que hi ha entre les temperatures T 1 i T 2 de la fase 1-2 de compressió adiabàtica), resulta:
Indicant amb 
la relació entre els respectius volums V 1 i V 2 del principi i final de la cursa de compressió -a la qual anomenarem "relació volumètrica de compressió" -, s'obté l'expressió final de l' rendiment tèrmic ideal del cicle Otto .
El rendiment tèrmic del cicle Otto és, per tant, funció de la relació de compressió i exponent k, relació de les calors específiques de fluid operant. Augmentant , augmenti h i ; augmentant els valors de les calors específiques, disminueix ki, en conseqüència, també el rendiment tèrmic h i . Per això, el cicle ideal, per al qual k = 1.4, té un rendiment tèrmic superior al cicle d'aire, donat el cas que, per a aquest, posseeix k un valor mitjà més baix, per variar les calors específiques amb la temperatura.
