在能源利用过程中，热能是使用最为广泛的一种形式，约有85%~90%的能源是通过先转化为热能，再利用热力循环与热机（蒸汽机、内燃机等）转化为可利用的机械能。
内燃机的燃料燃烧消耗着石油产能的60%，提升热功转化效率一直是内燃机行业重点研究的问题。但是，由于客观条件、主观认知以及技术水平等因素的限制，造成燃料的热转化效率主要维持在30%~45%之间，并且产生了大量未被充分利用的余热。
科学与知识的增长，永远始于问题，终于问题，愈来愈深化的问题，愈来愈能启发新问题的问题——波普尔 ，代表作《科学发现的逻辑》
内燃机内燃料燃烧的热平衡数值范围：
燃料燃烧的热除对外输出有效功外，主要以余热的形式被带走。根据工程热力学方程组中方程四可知，工质的㶲可分为工质的热量㶲和体积功㶲，而体积功㶲为工质㶲中可直接对外转化为机械能的最大部分。当内燃机气缸中燃料高压燃烧并推动活塞做功后，气缸内废气的压力降低，其体积功㶲的数量与品位都降低，从气缸内排出后，仍可以借助涡轮增压装置，直接利用废气中的部分体积功㶲。
然而，当废气的压力膨胀至大气压后，废气的温度依然很高。对于汽油机，其尾气温度高达600~800℃，对于柴油机，其尾气温度也有400~600℃（源自发动机原理 第2版，林学东编著）。根据卡诺定理，这部分热量的㶲与品位依然很高，但由于这部分㶲属于不能直接转化为对外输出机械能的部分，即使品位很高，却只能以较高的温度随着废气被排放至环境。
对于这部分排放至环境的废气，由于压力接近环境压力，若初始温度为Ta，环境温度为T0，根据热力学方程组中方程四，其蕴含的㶲全部为热量㶲，可表示为：
随着换热过程的的进行，废气热源的温度会下降，所以在一定的换热温差ΔT下，这部分热量㶲可被利用的最大比例如下图中阴影部分的面积比例所示：
对于这部分不能被直接利用的热量㶲，若再借助热力循环与热气机，转化为循环内工质的体积功㶲，则可进行再次利用。
然而，基于两个近似等温过程吸热与放热的斯特林循环，在回收废气余热资源上，其效果是大打折扣的，因为循内工质吸热与循环外余热散热过程温度不匹配，传热过程造成的㶲损失较大，在一定换热温差下，可被利用的热量㶲占余热资源的㶲如下图中阴影部分的面积比例所示：
构建出与废气余热温度变化规律和环境散热温度相匹配的热力循环，以及实现该循环的热气机，是回收利用内燃机废气余热、进而提升内燃机综合热效率最关键的路径。
通过研究工程热力学方程组中影响工质做功（方程一）和传热（方程二）的因素，结合曲柄连杆的运动特性，可构建由等温压缩放热（1-2）、等容吸热（2-3）、绝热膨胀（3-4）和等容回热（4-1）四个过程组成的热力循环，并设计了实现上述四个过程的热气机，具体示意图如下所示:
对于循环过程的详细描述，可参考论文《针对变温热源的热气机设计》—已发表于第三届世界内燃大会，此处就不重复描述。与斯特林发动机最大的差异在于，本热气机循环在实现过程中，除考虑了热源温度在放热过程与循环内工质吸热过程的温差匹配问题外，还考虑了气缸内工质等温压缩散热过程的实现问题和气缸在绝热膨胀后温度会下降的问题，解决了传统热气机因设计不合理造成的换热温差大，从而造成㶲损失较大的问题。
汽油内燃机的热效率提升一直是内燃机重点关注的问题，从1960年到2020年，60年间，汽油内燃机的最大热效率从30%提升至40%，约提高了10%。
基于奥拓循环的汽油内燃机，其排气余热数量较大（约为燃料燃烧热值的40%），且具有较高的品位。计算可以得出，对汽油机废热进行再次利用，并形成汽油机和热气机构建的联合循环，实现汽油热效率再提升10%，从而达到综合热效率50%及以上，是完全可以的。在碳达峰与碳中和的大背景下， 该热气机的研究是有意义的。
最后，借用一下钱国柱老师《热气机原理》的绪论:
