1.3.2 发动机的理想循环
由上述理想工作过程的压容图可以看出，从压缩过程开始，经过燃烧过程和膨胀过程，到排气过程的第一阶段结束，压容图上就构成了一个封闭的曲线。如果假想气缸内的工质不必排出，也无须重新引入，即略去理想工作过程中的进气过程和排气过程的第二阶段，同时，把等容燃烧过程看成是等容条件下工质从外界热源吸热的过程，把排气过程所放出的热看成是等容条件下工质向外界冷源放出的热，这样，就可以得出一个由可逆过程组成的封闭循环，这个循环叫作发动机气缸内工质的理想循环，简称理想循环。
活塞发动机的理想循环叫作奥托循环，又称定容加热循环，由绝热压缩过程、等容燃烧过程、绝热膨胀过程和等容放热过程四个可逆的工作过程组成，如图1-16 所示。
图1-16 航空活塞发动机的理想循环
在奥托循环中，工质首先被活塞压缩，即图中的1—2线。在这个过程中，工质获得外功，内能增加，温度和压力提高而比体积减小。接着进行等容燃烧过程，即图中的2—3线。在该过程中，热源对工质加热，由于工质不对外做功，全部加热量都转变为工质的内能，使工质的温度和压力升高，而比体积保持不变，为膨胀做功准备条件。所进行的绝热膨胀过程，即图中的3—4线。在这个过程中，工质推动活塞对外做功，致使本身的内能减少，温度和压力下降，比体积增大。为了使工质恢复到原来的状态，以便再次做功，最后进行了定容的放热，即图中的4—1线。这时工质放出热量，内能减少，温度和压力降低，而比体积保持不变，直到恢复原来的状态。这样，工质就完成了一个循环。
知道了航空活塞发动机的理想循环，就可以进而分析理想循环功和热效率。在工程热力学中已经阐明，1 kg工质完成一个理想循环所做的净功，叫作理想循环功，用L表示。转换为理想循环功的那部分热量与每一循环中加热量的比值，叫作热效率，用η热表示。
式中，
，发动机压缩比，如图1-17所示。
图1-17 气缸容积
由式（1-1）可以看出，奥托循环热效率的大小取决于发动机压缩比。压缩比越大，气体被压缩得越厉害，加热后气体具有的膨胀能力就越强，可将更多的热能转换成机械能，且随废气排出的散失到大气中的不可利用的热能越少，热的利用率越高，故热效率越高。
如果发动机压缩比=6.0，循环热效率=51%；
如果发动机压缩比=8.0，循环热效率=56.5%；
如果发动机压缩比=9.0，循环热效率=58.5%。
在定容加热循环中，热效率η热与压缩比ε及工质的绝热指数γ有关。当绝热指数一定时，热效率η热只与压缩比ε有关，其关系是随着压缩比ε的增加，热效率η热也随之增加。
发动机的实际工作过程较为复杂，如压缩、膨胀过程并非严格的绝热过程，存在散热损失；燃烧过程也并非严格的等容加热，实际加热过程是通过组织燃油与空气燃烧，释放出燃油中的热能而实现的，存在不完全燃烧及燃烧产物的离解损失等。所有这些损失最终都会使气体膨胀能力降低，气体对发动机所做的机械功减少，因此，实际发动机的热效率更低。为了提高其热效率，除应增加发动机压缩比外，还须尽可能减少发动机各工作过程损失。