Le cycle d'Otto comprend quatre tapes principales : l'admission, la compression, la d tente (ou combustion) et l' chappement. Lors de la phase d'admission, le moteur aspire un m lange de carburant et d'air tandis que le piston descend. Ce m lange est ensuite comprim lorsque le piston remonte, ce qui augmente la temp rature et la pression du gaz. Au sommet du mouvement de compression, la bougie d'allumage enflamme le m lange comprim , provoquant une combustion rapide connue sous le nom de temps moteur. Cette combustion pousse le piston vers le bas, fournissant de l' nergie au moteur.

Apr s le temps moteur, la soupape d' chappement s'ouvre et le piston remonte pour expulser les gaz br l s de la combustion hors du cylindre, compl tant ainsi le cycle. Le moteur r p te ensuite ce cycle en continu pendant son fonctionnement.

L'efficacit d'un moteur fonctionnant selon le cycle d'Otto d pend du degr de compression et des propri t s du carburant utilis . Des taux de compression plus lev s conduisent g n ralement une meilleure efficacit , mais n cessitent un carburant plus haut indice d'octane pour pr venir le cliquetis du moteur. Le cycle d'Otto se caract rise par sa rapidit avec chaque tape clairement d finie, contribuant de mani re significative l'efficience globale et la puissance d livr e par les moteurs qui l'utilisent.

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Sadi Carnot a introduit [1] le concept th orique du premier projet de machine capable de g n rer du travail m canique bas sur un gradient de temp rature. Cela est r alis gr ce un processus dans l'espace pression-volume o la chaleur est ajout e et extraite, comme illustr dans l'image :

La zone sous la courbe le chaleur fournie ($Q_H$), s' tendant de 1 2, repr sente l' nergie n cessaire pour passer de l' tat ($p_1, V_1$) l' tat ($p_2, V_2$). En revanche, la zone sous la courbe le chaleur absorbée ($Q_C$), allant de 2 1, repr sente l'extraction d' nergie n cessaire pour revenir de l' tat ($p_2, V_2$) l' tat ($p_1, V_1$). La diff rence entre ces zones correspond la r gion d limit e par les deux courbes et repr sente le travail efficace ($W$) que le syst me peut accomplir.

Carnot a galement d montr que, conform ment au deuxi me principe de la thermodynamique, le chaleur fournie ($Q_H$) ne peut pas tre nul. Cela implique qu'il n'existe pas de machines capables de convertir toute la chaleur en travail.

[1] "R flexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres d velopper cette puissance", Sadi Carnot, Annales scientifiques de l .N.S. 2e s rie, tome 1, p. 393-457 (1872)

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Le cycle d'Otto [1] peut tre consid r comme une solution technique bas e sur le cycle de Carnot. Dans ce contexte, il se compose de quatre tapes qui se d roulent comme suit :

• tape 1 2 : Compression adiabatique $(p_1,V_1,T_1)\rightarrow(p_2,V_2,T_2)$,
• tape 2 3 : Chauffage $(p_2,V_2,T_2)\rightarrow(p_3,V_2,T_3)$,
• tape 3 4 : Expansion adiabatique $(p_3,V_2,T_3)\rightarrow(p_4,V_1,T_4)$,
• tape 4 1 : Refroidissement $(p_4,V_1,T_4)\rightarrow(p_1,V_1,T_1)$

Ces tapes sont illustr es dans le diagramme suivant :

Sur le diagramme, le flux d' nergie est illustr , o le chaleur fournie ($Q_H$) ajoute de l' nergie, faisant monter la temp rature de a température à l'état 2 ($T_2$) A température à l'état 3 ($T_3$). Il entre dans le syst me et effectue un travail efficace ($W$) unit s de travail, tandis que le compl ment le chaleur absorbée ($Q_C$) est absorb , abaissant la temp rature de a température à l'état 4 ($T_4$) A température à l'état 1 ($T_1$).

[1] "Verbrennungsmotor" (Moteur combustion interne), N. A. Otto, Kaiserlichen Patentamts, Brevet 532, 2 janvier 1877.

Note : En 1862, Nikolaus Otto a tent de construire le moteur combustion interne brevet par Alphonse Beau de Rochas sans succ s. Plus tard, il l'a modifi et a r ussi en construire un fonctionnel en 1877, fabriquant 30 000 moteurs silencieux et tr s fiables. Il a brevet son concept en 1877 ; cependant, le brevet a t r voqu ult rieurement en raison de l'existence du brevet d'Alphonse Beau de Rochas, m me si Rochas n'a jamais r ussi construire sa version. Comme Otto a t le premier faire fonctionner le moteur, sa version est aujourd'hui rappel e, d signant le processus comme le "Cycle d'Otto".

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Le moteur Otto fonctionne selon deux cycles : le cycle Otto proprement dit, qui comprend les phases suivantes :

• Phase 1 2 : Compression adiabatique
• Phase 2 3 : Chauffage
• Phase 3 4 : Expansion adiabatique
• Phase 4 1 : Refroidissement

De plus, il poss de un cycle pour vider les gaz br l s et les remplir d'un nouveau m lange.

Pour cette raison, il est appel un moteur deux temps. La phase de vidange et de remplissage peut tre r alis e l'aide d'une masse de compensation ou par le biais d'un second cylindre qui fonctionne en d phasage.

L'efficacit a efficacité ($\eta$) du moteur peut tre estim e en utilisant le facteur de compressibilité Otto ($r$) et le indice adiabatique ($\kappa$) avec l' quation suivante :

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Le chaleur absorbée ($Q_C$) est li a capacité thermique à volume constant ($C_V$), a température à l'état 4 ($T_4$) et a température à l'état 1 ($T_1$) selon l' quation suivante :

Et le chaleur fournie ($Q_H$) est li a capacité thermique à volume constant ($C_V$), a température à l'état 3 ($T_3$) et a température à l'état 2 ($T_2$) gr ce l' quation suivante :

Par cons quent, dans l' quation pour a efficacité ($\eta$) repr sent e par :

Nous avons la relation suivante :

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A efficacité ($\eta$), en fonction de a température à l'état 1 ($T_1$), a température à l'état 2 ($T_2$), a température à l'état 3 ($T_3$) et a température à l'état 4 ($T_4$), est calcul l'aide de l' quation suivante :

Dans le cas de l'expansion adiabatique, elle est d crite l'aide de le indice adiabatique ($\kappa$), le volume étendu ($V_1$) et le volume compressé ($V_2$) avec la relation suivante :

Et la compression adiabatique est repr sent e par la relation suivante :

Si nous soustrayons la deuxi me quation de la premi re, nous obtenons :

$(T_4 - T_1)V_1^{\kappa-1} = (T_3 - T_2)V_2^{\kappa-1}$

Ce qui nous conduit la relation :

$\left(\displaystyle\frac{V_1}{V_2}\right)^{\kappa-1} = \displaystyle\frac{T_3 - T_2}{T_4 - T_1}$

Cela nous conduit la d finition de le facteur de compressibilité Otto ($r$) avec l' quation suivante :

Avec tous ces composants, l'efficacit d'un processus utilisant le cycle Otto peut tre calcul e comme suit :

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