Почему газы сгорания камеры сгорания вращают двигатель, когда он только горит?

Я спросил об этом, потому что, если у меня будет небольшая порция ископаемого топлива, и я ее зажгу, топливо будет только гореть. Но внутри камеры сгорания транспортного средства это же сгорание будет приводить поршень в движение, поддерживая движение транспортного средства; Почему?

Во время сгорания давление в камере сгорания увеличивается, и это давление толкает поршень вниз. Для этого есть две причины:

Увеличение количества молекул газа

Допустим, мы используем гексан в качестве топлива. Чтобы сжечь одну молекулу гексана, состоящую из 6 атомов углерода и 14 атомов водорода, нам нужно 13 атомов кислорода (6,5 молекул кислорода) и получить 7 молекул воды и 6 молекул диоксида углерода:

 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

Поскольку воздух состоит только из 20% кислорода и 80% азота, в каждой камере имеется четыре молекулы азота для каждой молекулы кислорода. Они не должны реагировать при сгорании, поэтому вы просто добавляете 26 молекул азота с обеих сторон.

Итак, перед сгоранием находится 1 + 6,5 + 26 = 33,5 молекул, а после - 7 + 6 + 26 = 39 молекул.

Один интересный факт о (идеальных) газах заключается в том, что определенный объем при определенной температуре и давлении всегда содержит одинаковое количество молекул, независимо от того, какой вид или смесь молекул.

Скажем, у нас в камере сгорания такой же объем, и пренебрегая увеличением температуры, увеличение числа молекул в 39 / 33,5 = 1,16 также приводит к увеличению давления в 1,16 раза.

Тепловое расширение

Если вы увеличите температуру газа, он будет расширяться. Если это невозможно, потому что он находится в камере сгорания, вместо этого повышается давление. Например, любой (постоянный) объем идеального газа при комнатной температуре (20 ° C) увеличивает его давление в 4,3 раза при нагревании до 1000 ° C.

Все вместе

Во время сгорания давление увеличивается в 1,16 раза по мере увеличения количества молекул, и еще один фактор в 4,3 раза из-за температуры, что приводит к общему увеличению давления в 5 раз. Допустим, камера сгорания имеет поршень диаметром 8 см (типовое отверстие), который соответствует поверхности 50 см². Давление 5000 гПа (разница с давлением окружающей среды 1013 гПа) будет прикладывать усилие 2500 Н (или 560 фунт-сил) к поршню и толкать его вниз.

Здесь я не сказал, что настоящий двигатель сначала сжимает воздушно-топливную смесь примерно в 14 раз, что повышает температуру и давление в цилиндре. (Он вкладывает здесь энергию, но возвращает ее после сгорания) Кроме того, я не знаю, какая температура достигается во время сгорания.

Кроме того, это очень простой расчет, игнорирующий некоторые эффекты, но я думаю, что он ясно показывает, как создается сила на поршне.

О, и если вы подожжете немного топлива в закрытом контейнере, вы также заметите повышение давления. Но так как процесс довольно медленный, большая часть тепла покидает мусорное ведро, оно не становится таким горячим, а давление не настолько высоким. (Но будьте осторожны: пары топлива могут взорваться, и тогда у вас будет высокое давление ...)

AFAIK, как это работает, когда вы сжигаете топливо, оно находится в жидком состоянии при атмосферном давлении. В действительности вы не сжигаете жидкость, вы сжигаете пары, которые образуются над жидкостью.

Находясь в двигателе, топливо распределяется по каплям, что создает большую площадь поверхности для выброса пара. Что делает ECU, так это создает очень специфическую смесь этого топлива, пара и воздуха, которая необходима для создания высокоэнергетического горения, которое заставляет двигатель вращаться.

Без этого очень специфического соотношения вы не получите более энергичный ожог. Химия, стоящая за этим, я не знаю.

Надеюсь, это поможет.