奥托循环（Otto cycle）是汽油机、氢气机等火花点火式内燃机的理想热力学模型。它把实际四冲程简化成「等熵压缩—等容加热—等熵膨胀—等容放热」四个过程，最终热效率只由一个式子决定：η = 1 − 1/r^(γ−1)。其中 r 是压缩比（气缸最大容积与燃烧室最小容积之比），γ 是工质比热比（常温空气约 1.4）。理解这条公式，就理解了为什么家用车压缩比大多停在 8 到 11，而不是越高越好。
一、η=1−1/r^(γ−1) 到底算出了什么
取空气比热比 γ=1.4，压缩比 r=8 时：8 的 0.4 次方约 2.30，1/2.30≈0.435，效率约 56.5%；r=10 时约 60.2%；r=12 时约 63%。也就是说，理想奥托循环下，把压缩比从 8 提到 12，热效率只多 6~7 个百分点，而且曲线越往后越平——这正是「提高压缩比收益递减」的定量来源。注意这里的效率与加多少油（加热量 Q）无关，只由循环的几何形状（压缩比）决定；踩油门改变的是输出功，不是效率本身。
二、为什么压缩比不能无限往上加：爆震
公式告诉我们 r 越大越省油，但现实卡在爆震（knock）。混合气被强力压缩后缸内温度飙升，未等火花塞点火就可能自燃，火焰前锋对面的末端混合气发生爆燃，发出金属敲击声并可能打坏活塞。压缩比越高，末端混合气越接近自燃温度，爆震越容易发生。所以普通汽油机把 r 压在 8~11：再高就得靠高辛烷值汽油，或直喷、米勒循环、可变压缩比等技术硬扛。柴油机的巧思正在于此——它只压缩空气、喷油后才燃烧，没有末端混合气提前自燃的问题，压缩比能拉到 14~23，这是柴油机实际更省油的根本原因。
三、理想56%和现实35%的缺口在哪
理想奥托循环给出 56%，可真实汽油机只有 30%~35%。缺口来自三类不可逆损失：机械摩擦、燃烧不完全、以及热量透过缸壁散失。还有一条常被忽略的修正——γ 不是常数。燃烧后缸温升到 1900~2500℃，分子振动被激发，cv 变大、γ 从 1.4 掉到约 1.30；用 γ=1.3 重算 r=8，效率只剩约 46%。也就是说，理想公式里「定比热」的假设本身就高估了效率。更根本的是，奥托循环只是不可逆循环：它把热量加在变化的温度上，平均吸热温度远低于卡诺的等温热源，效率天然被锁死在卡诺线之下，这也正是它和可逆循环拉开差距的地方。
