Tepelná účinnost Ottova cyklu
Všeobecně je tepelná účinnost, ηth, jakéhokoli tepelného motoru definována jako poměr jím vykonané práce, W, k teplu dodanému při vysoké teplotě, QH.
Tepelná účinnost, ηth, představuje podíl tepla, QH, který se přemění na práci. Protože se energie podle prvního termodynamického zákona zachovává a energii nelze zcela přeměnit na práci, musí se dodané teplo, QH, rovnat vykonané práci, W, plus teplo, které se musí odvést jako odpadní teplo QC do okolí. Proto můžeme vzorec pro tepelnou účinnost přepsat takto:
Přijaté teplo vzniká při spalování směsi paliva a vzduchu, kdy dochází k jiskření, zhruba při konstantním objemu. Protože během izochorického procesu se v systému ani na něm nevykonává žádná práce, první termodynamický zákon říká ∆U = ∆Q. Proto je přidané a odvedené teplo dáno vztahem:
Qadd = mcv (T3 – T2)
Qout = mcv (T4 – T1)
Zastoupením těchto výrazů pro přidané a odvedené teplo ve výrazu pro tepelnou účinnost získáme:
Výše uvedený výraz můžeme zjednodušit pomocí skutečnosti, že procesy 1 → 2 a od 3 → 4 jsou adiabatické a pro adiabatický proces platí následující vzorec p,V,T:
Lze odvodit, že:
V této rovnici je poměr V1/V2 znám jako kompresní poměr, CR. Když výraz pro tepelnou účinnost přepíšeme pomocí kompresního poměru, dojdeme k závěru, že tepelná účinnost vzduchového Ottova cyklu je funkcí kompresního poměru a κ = cp/cv.
Je to velmi užitečný závěr, protože je žádoucí dosáhnout vysokého kompresního poměru, aby se z dané hmotnosti směsi vzduchu a paliva získalo více mechanické energie. Vyšší kompresní poměr umožňuje dosáhnout stejné teploty spalování s menším množstvím paliva a zároveň poskytuje delší expanzní cyklus. Tím se dosáhne vyššího mechanického výkonu a sníží se teplota výfukových plynů. Snížení teploty výfukových plynů vede ke snížení energie odváděné do atmosféry. Tento vztah je znázorněn na obrázku pro κ = 1,4, což představuje okolní vzduch
.