Der ideale Otto-Zyklus ist ein thermodynamisch Modell für Fremdzündungsmotoren. Es besteht aus vier intern reversiblen Prozessen: isentrope Verdichtung (1-2), volumenkonstante (isochore) Wärmezufuhr (2-3), isentrope Expansion (3-4) und volumenkonstante (isochore) Wärmeabfuhr (4-1). Dieser Kreislauf bildet die theoretische Grundlage für die Analyse der Leistung von Ottomotoren, wobei ein ideales Gas als Arbeitsmedium angenommen wird.
Der Otto-Zyklus wird in einem Druck-Volumen-Diagramm (P-V-Diagramm) dargestellt, das ein geschlossener Kreislauf. Die Analyse beginnt im Zustand 1, zu Beginn des Verdichtungshubs, wenn sich der Kolben im unteren Totpunkt (UT) befindet.
Prozess 1–2: Isentrope Kompression. Der Kolben bewegt sich vom unteren Totpunkt (UT) zum oberen Totpunkt (OT) und verdichtet dabei das Kraftstoff-Luft-Gemisch. In diesem idealisierten, adiabatischen Prozess findet kein Wärmeaustausch zwischen System und Umgebung statt, sodass die Entropie konstant bleibt. Am Gas wird Arbeit verrichtet, wodurch dessen innere Energie zunimmt, was sich in einem Anstieg von Druck und Temperatur äußert.
Prozess 2–3: Wärmezufuhr bei konstantem Volumen. Am oberen Totpunkt zündet die Zündkerze das Gemisch. Es wird davon ausgegangen, dass die Verbrennung augenblicklich stattfindet, während sich das Volumen nicht ändert (ein isochorer Prozess). Dadurch wird dem Arbeitsmedium Wärme ([latex]Q_{in}[/latex]) zugeführt, was zu einem starken Anstieg von Temperatur und Druck bis zum Zustand 3, dem Punkt des maximalen Drucks und der maximalen Temperatur im Zyklus, führt.
Prozess 3–4: Isentrope Expansion (Arbeitstakt). Das unter hohem Druck stehende Verbrennungsgas expandiert und drückt den Kolben vom oberen Totpunkt (OT) zurück zum unteren Totpunkt (UT). Diese Expansion wird als adiabatisch und reversibel (isentrop) idealisiert. Das expandierende Gas verrichtet Arbeit am Kolben; dies ist die nutzbare Arbeit des Zyklus. Mit der Expansion des Gases sinken dessen Druck und Temperatur.
Prozess 4–1: Wärmeabfuhr bei konstantem Volumen. Beim oberen Totpunkt wird angenommen, dass sich das Auslassventil öffnet und der Druck sofort auf den Ausgangsdruck von Zustand 1 zurückfällt. Dies wird als isochorer Prozess modelliert, bei dem Wärme ([latex]Q_{out}[/latex]) aus dem Arbeitsmedium an die Umgebung abgegeben wird, wodurch der Zyklus abgeschlossen wird und das Medium in seinen Ausgangszustand zurückkehrt.
Verwandt mit: Otto-Zyklus, Thermodynamik, isentropisch, isochor, Verbrennungsmotor,
Viertakt, p-v-Diagramm, Fremdzündung, ideales Gas, Wärmekraftmaschine.