Tại sao khí đốt buồng đốt làm quay động cơ khi nó chỉ cháy?

Tôi hỏi điều này bởi vì nếu tôi có một phần nhỏ nhiên liệu hóa thạch và thắp sáng nó, nhiên liệu sẽ chỉ cháy. Nhưng bên trong buồng đốt của một chiếc xe, chính sự đốt cháy này sẽ đẩy pít-tông xuống dưới để giữ cho phương tiện di chuyển; tại sao?

Trong quá trình đốt, áp suất trong buồng đốt được tăng lên, và áp suất này đẩy pít-tông xuống. Có hai lý do cho việc này:

Tăng lượng phân tử khí

Hãy nói rằng chúng tôi sử dụng hexane làm nhiên liệu. Để đốt cháy một phân tử hexan gồm 6 nguyên tử cacbon và 14 nguyên tử hydro, chúng ta cần 13 nguyên tử oxy (6,5 phân tử oxy) và nhận 7 phân tử nước và 6 phân tử carbondioxide:

 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

Bởi vì không khí chỉ bao gồm 20% oxy và 80% nitơ, có bốn phân tử nitơ cho mỗi phân tử oxy trong buồng. Chúng không nên phản ứng trong quá trình đốt cháy, vì vậy bạn chỉ cần thêm 26 phân tử nitơ ở cả hai bên.

Vì vậy, trước khi đốt, có 1 + 6,5 + 26 = 33,5 phân tử và sau đó, có 7 + 6 + 26 = 39 phân tử.

Một thực tế thú vị về các loại khí (lý tưởng) là một thể tích nhất định ở nhiệt độ và áp suất nhất định luôn chứa cùng một lượng phân tử, bất kể loại hay hỗn hợp phân tử nào.

Giả sử chúng ta vẫn có cùng một thể tích trong buồng đốt và bỏ qua sự gia tăng nhiệt độ, sự gia tăng số lượng phân tử theo hệ số 39 / 33,5 = 1,16 cũng dẫn đến sự gia tăng áp suất theo hệ số 1,16.

Mở rộng nhiệt

Nếu bạn tăng nhiệt độ của khí, nó sẽ mở rộng. Nếu không thể vì nó được đặt trong buồng đốt, áp suất sẽ tăng lên. Ví dụ, bất kỳ thể tích (không đổi) nào của khí lý tưởng ở nhiệt độ phòng (20 ° C) đều tăng áp suất của nó theo hệ số 4.3 khi được làm nóng đến 1000 ° C.

Tất cả cùng nhau

Trong quá trình đốt cháy, áp suất tăng thêm 1,16 khi số lượng phân tử tăng lên và một yếu tố khác là 4,3 do nhiệt độ, dẫn đến tổng hệ số tăng 5 áp suất. Giả sử buồng đốt có pít-tông đường kính 8cm (lỗ khoan thông thường), tương ứng với bề mặt là 50 cm². Áp suất 5000hPa (chênh lệch với áp suất môi trường 1013 hPa) sẽ tác dụng lực 2500N (hoặc 560lbf) lên pít-tông và đẩy nó xuống.

Điều tôi không nói ở đây là một động cơ thực sự trước tiên nén hỗn hợp không khí / nhiên liệu theo hệ số khoảng 14, làm tăng nhiệt độ và áp suất trong xi lanh. (Nó đầu tư năng lượng vào đây, nhưng nó lấy lại được sau khi đốt) Ngoài ra, tôi không biết nhiệt độ nào đạt được trong quá trình đốt cháy.

Ngoài ra, đây là một tính toán rất cơ bản bỏ qua một số hiệu ứng, nhưng tôi nghĩ nó cho thấy rõ ràng lực tác dụng lên pít-tông được tạo ra như thế nào.

Ồ, và nếu bạn đốt một ít nhiên liệu trong thùng kín, bạn cũng sẽ thấy áp suất tăng. Nhưng vì quá trình này diễn ra khá chậm, phần lớn nhiệt rời khỏi thùng, nó không trở nên nóng và áp lực không cao. (Nhưng hãy cẩn thận: Hơi nhiên liệu có thể phát nổ, và sau đó bạn có áp suất cao ...)

AFAIK theo cách này hoạt động khi bạn đốt nhiên liệu, bạn có nó ở trạng thái lỏng ở áp suất khí quyển. Trong thực tế, bạn không đốt chất lỏng, bạn đang đốt các hơi hình thành trên chất lỏng.

Khi ở trong động cơ, nhiên liệu được giải ngân thành các giọt tạo ra nhiều diện tích bề mặt để nhiên liệu xua đuổi hơi nước. Những gì ECU làm là tạo ra một hỗn hợp rất đặc biệt của nhiên liệu, hơi và không khí cần thiết này để tạo ra sự đốt cháy năng lượng cao làm cho động cơ quay.

Nếu không có tỷ lệ rất cụ thể đó, bạn sẽ không có được năng lượng mạnh mẽ hơn. Hóa học đằng sau đó là tại sao tôi không biết.

Tôi hy vọng điều đó sẽ giúp.