Чому гази камери згоряння двигуна повертають двигун, коли він тільки горить?

Я запитав це, тому що якщо я маю невелику порцію викопного палива і запалю його, пальне буде тільки згоряти. Але всередині камери згоряння транспортного засобу це саме згоряння буде рухати поршень вниз, зберігаючи транспортний засіб; чому?

Під час горіння тиск у камері згоряння збільшується, і цей тиск штовхає поршень. Для цього є дві причини:

Збільшення кількості молекул газу

Скажімо, ми використовуємо гексан як паливо. Щоб спалити одну молекулу гексану, що складається з 6 атомів вуглецю та 14 водню, нам потрібно 13 атомів кисню (6,5 молекул кисню) і отримати 7 молекул води та 6 карбондіоксидів:

 1* Hexan           + 6.5* oxygen -> 7* water  + 6* carbondioxide

     H H H H H H
     | | | | | |
1* H-C-C-C-C-C-C-H  + 6.5* O-O    ->  7* H-O-H + 6* O-C-O
     | | | | | |
     H H H H H H

Оскільки повітря складається всього з 20% кисню та 80% азоту, в камері є чотири молекули азоту для кожної молекули кисню. Вони не повинні реагувати під час горіння, тому ви просто додаєте по 26 молекул азоту з обох сторін.

Отже, перед горінням існує 1 + 6,5 + 26 = 33,5 молекул, а після - 7 + 6 + 26 = 39 молекул.

Один цікавий факт щодо (ідеальних) газів полягає в тому, що певний об'єм при певній температурі і тиску завжди містить однакову кількість молекул, незалежно від того, який тип або суміш молекул.

Скажімо, ми все ще маємо однаковий об'єм у камері згоряння, і нехтуємо підвищенням температури, збільшення кількості молекул в коефіцієнт 39 / 33,5 = 1,16 призводить до збільшення тиску в коефіцієнт 1,16.

Розширення тепла

Якщо підвищити температуру газу, вона розшириться. Якщо він не може, оскільки він укладений у камері згоряння, натомість підвищується тиск. Наприклад, будь-який (постійний) об'єм ідеального газу при кімнатній температурі (20 ° C) збільшує його тиск на коефіцієнт для 4,3 при нагріванні до 1000 ° C.

Всі разом

Під час горіння тиск збільшується на коефіцієнт 1,16, коли кількість молекул зростає, а ще один фактор - 4,3 через температуру, що призводить до загального коефіцієнта 5 при збільшенні тиску. Скажімо, в камері згоряння є поршень діаметром 8 см (типовий отвір), що відповідає поверхні 50 см². Тиск 5000hPa (різниця від тиску навколишнього середовища 1013 гПа) буде застосовувати силу поршня 2500N (або 560lbf) на поршень і штовхати його вниз.

Що я тут не сказав, це те, що справжній мотор спочатку стискає повітряно-паливну суміш приблизно в 14 разів, що збільшує температуру і тиск у циліндрі. (Він інвестує тут енергію, але повертає її після згоряння) Також я не знаю, яка температура досягається під час горіння.

Крім того, це дуже базовий розрахунок, який нехтує деякими ефектами, але, думаю, це чітко показує, як створюється сила на поршень.

О, і якщо ви підпалите трохи палива у закритому баку, ви також помітите підвищення тиску. Але оскільки процес йде досить повільно, більша частина тепла залишає відро, вона не стає такою гарячою, а тиск не такий високий. (Але будьте обережні: пари палива можуть вибухнути, і тоді у вас високий тиск ...)

AFAIK, як це працює, коли ви спалюєте паливо, ви маєте його в рідкому стані при атмосферному тиску. Насправді ви не спалюєте рідину, ви спалюєте пари, що утворюються над рідиною.

Перебуваючи в двигуні, паливо виділяється в краплі, що створює велику площу поверхні для палива для виведення пари. Що робить ECU - це створити дуже специфічну суміш цього палива, пари та повітря, яка необхідна для створення опіку високої енергії, який змушує двигун обертатися.

Без цього дуже специфічного співвідношення ви не отримаєте більш енергійного опіку. Хімія, чому це - я не знаю.

Я сподіваюся, що це допомагає.