燃焼室の燃焼ガスが燃焼するだけでエンジンを回転させるのはなぜですか？

化石燃料が少量あり、それを軽くすると燃料は燃えるだけなので、これを尋ねました。しかし、車両の燃焼室内では、この同じ燃焼がピストンを下方に推進し、車両を動かし続けます。どうして？

combustion-cycle

LostPecti：私の変更が意図を反映していない場合は編集してください。

— Fred Wilson、

あなたは私の質問を完全に捉えていません。ご協力いただきありがとうございます。

— LostPecti

主なことは、燃料を細かい霧に変えることです。水たまりに火を付けるとゆっくり燃焼し、霧化して雲に火を付けると爆発します。空気と混合された十分な量と十分な量の場合、ほとんど何でも危険です。製粉機の爆発についてググったら、小麦粉でさえ空気とよく混ぜると爆発性になり、製粉機は非常に危険になります。燃焼させたい物質の周囲にさらに多くの酸素があるように圧縮します。これらを一緒に追加すると、かなりの爆発力が得られます。

— Trotski94

燃焼時には、燃焼室内の圧力が上昇し、この圧力によりピストンが押し下げられます。これには2つの理由があります。

ガス分子量の増加

燃料としてヘキサンを使用するとします。6個の炭素原子と14個の水素原子で構成される1つのヘキサン分子を燃焼させるには、13個の酸素原子（6.5個の酸素分子）が必要で、7個の水と6個の二酸化炭素分子を取得します。

 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

空気はわずか20％の酸素と80％の窒素で構成されているため、チャンバー内の酸素分子ごとに4つの窒素分子があります。彼らはないあなたは、単に両側に26個の分子の窒素を追加して、燃焼時に反応してはなりません。

したがって、燃焼前には1 + 6.5 + 26 = 33.5分子があり、その後には7 + 6 + 26 = 39分子があります。

（理想的な）ガスについての興味深い事実の1つは、特定の温度と圧力における特定の体積には、分子の種類や混合物に関係なく、常に同じ量の分子が含まれることです。

燃焼室の容積が同じで温度の上昇を無視したとしましょう。分子数が39 / 33.5 = 1.16倍に増加すると、圧力も1.16倍に増加します。

熱膨張

ガスの温度を上げると膨張します。燃焼室内にあるためにできない場合は、代わりに圧力が上昇します。たとえば、室温（20°C）の理想的なガスの（一定の）体積は、1000°Cに加熱すると、その圧力を4.3倍に増加させます。

すべて一緒に

燃焼中、分子の数が増えると圧力が1.16倍に増加し、温度により4.3倍に増加し、合計で5倍の圧力増加になります。燃焼室に直径8cmのピストン（通常はボア）があるとします。これは50cm²の表面に相当します。5000hPaの圧力（1013 hPaの環境圧力との差）は、2500N（または560lbf）の力をピストンに加え、ピストンを押し下げます。

ここで私が言わなかったことは、実際のモーターは最初に空気/燃料混合物を約14倍に圧縮し、それによりシリンダー内の温度と圧力が上昇するということです。（ここではエネルギーを投資しますが、燃焼後にそれを取り戻します）また、燃焼中に到達する温度がわかりません。

また、これはいくつかの効果を無視した非常に基本的な計算ですが、ピストンに力がどのように発生するかを明確に示していると思います。

ああ、そして密閉されたビンで小さな燃料に点火すると、圧力の増加にも気付くでしょう。しかし、プロセスは非常に遅いため、ほとんどの熱は容器から出て、それほど熱くなりません。また、圧力はそれほど高くありません。（注意してください：燃料蒸気は爆発する可能性があり、高圧になります...）

— スウェーバー
ソース

すばらしい答えです。ここにコメントをいくつか追加できます。排気マニホールドの温度は1200〜1600 Fに達する可能性があります。燃焼前後の圧力比は、通常、自動車エンジニアによって「爆発比」としてモデル化されます。このようにして、彼らは舞台裏の化学についてあまり心配する必要はありません

— Zaid

最初に、詳細な回答をありがとうございます。理解できたかどうか見てみましょう。燃料の考え方は、ピストンを押し下げるのに十分な圧力をかけることです。これは、2つの方法を使用して行われます。1つは分子を使用する方法で、追加する分子が多いほどシリンダー内の圧力が高くなります。もう1つの方法は熱を使用する方法です。ガスには原子があり、固体原子や液体原子よりもよく膨張することがわかっているためです。ガス内の原子が加熱されると、原子が膨張してさらに圧力がかかります。したがって、すべての燃焼室では、高い圧力が必要です。なぜ最初に空気を圧縮する必要があるのですか？

— LostPecti

@LostPectiあなたの質問は素晴らしいと思います。コメントのあなたの他の質問、「なぜ空気/燃料は圧縮される必要があるのですか？」別の質問です。あなたはそれを尋ねるべきです。:-)乾杯！

— DucatiKiller

@LostPecti：さて、原子/分子は膨張せず、それらをパンチすることで隣人を遠くに保つ小さなボクサーのようなものです。熱は彼らのドープであり（->より多くの強さ、より多くの距離、すべてのボクサーに必要なより多くのスペース）、そしてもちろんより多くのボクサーはより多くのスペースを望んでいます。ピストンはまた、それを押し下げる多くのパンチをとります。（うーん、それを答えに入れるべきだった...）。しかし、そうです、燃料を使用するピストンエンジンのアイデアは、ピストンを押し下げるためにシリンダー内に圧力を発生させることです。蒸気エンジンは外部に圧力を発生させ、それをシリンダーに導きます。

— sweber

AFAIKは、燃料を燃焼させたときにこれが機能する方法を説明しています。大気圧では液体状態です。実際には、液体を燃やすのではなく、液体の上に形成される蒸気を燃やしています。

エンジンに入ると、燃料は液滴に分配され、燃料が蒸気を放出するための多くの表面積が作成されます。ECUが行うことは、エンジンを回転させる高エネルギー燃焼を生成するために必要な、この燃料、蒸気、および空気の非常に特定の混合物を生成することです。

その非常に具体的な比率がなければ、よりエネルギッシュな火傷をすることはありません。なぜその背後にある化学か私にはわかりません。

お役に立てば幸いです。

— cdunn
ソース