Pourquoi les gaz de combustion de la chambre de combustion font tourner le moteur alors qu'il ne brûle que?

J'ai posé cette question parce que si j'ai une petite portion de combustible fossile et que je l'allume, le combustible ne fera que brûler. Mais à l'intérieur d'une chambre de combustion d'un véhicule, cette même combustion propulsera le piston vers le bas en gardant le véhicule en mouvement; Pourquoi?

Pendant la combustion, la pression dans la chambre de combustion augmente, et cette pression pousse le piston vers le bas. Il y a deux raisons à cela:

Augmentation de la quantité de molécules de gaz

Disons que nous utilisons de l'hexane comme carburant. Pour brûler une molécule d'hexane composée de 6 atomes de carbone et 14 atomes d'hydrogène, nous avons besoin de 13 atomes d'oxygène (6,5 molécules d'oxygène) et obtenir 7 molécules d'eau et 6 molécules de dioxyde de carbone:

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

     H H H H H H
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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

Parce que l'air ne contient que 20% d'oxygène et 80% d'azote, il y a quatre molécules d'azote pour chaque molécule d'oxygène dans la chambre. Ils ne doivent pas réagir lors de la combustion, il vous suffit donc d'ajouter 26 molécules d'azote des deux côtés.

Donc, avant la combustion, il y a 1 + 6,5 + 26 = 33,5 molécules et après, il y a 7 + 6 + 26 = 39 molécules.

Un fait intéressant à propos des gaz (idéaux) est qu'un certain volume à une certaine température et pression contient toujours la même quantité de molécules, quel que soit le type ou le mélange de molécules.

Disons que nous avons toujours le même volume dans la chambre de combustion et que nous négligeons l'augmentation de la température, l'augmentation du nombre de molécules d'un facteur 39 / 33,5 = 1,16 entraîne également une augmentation de la pression d'un facteur 1,16.

Expansion thermique

Si vous augmentez la température d'un gaz, il augmenterait. S'il ne le peut pas parce qu'il est enfermé dans la chambre de combustion, la pression augmente à la place. Par exemple, tout volume (constant) de gaz idéal à température ambiante (20 ° C) augmente sa pression d'un facteur de 4,3 lorsqu'il est chauffé à 1000 ° C.

Tous ensemble

Pendant la combustion, la pression augmente d'un facteur 1,16 à mesure que le nombre de molécules augmente, et un autre facteur de 4,3 en raison de la température, conduisant à un facteur total de 5 en augmentation de pression. Disons que la chambre de combustion a un piston de 8 cm de diamètre (alésage typique), ce qui correspond à une surface de 50 cm². Une pression de 5000 hPa (différence par rapport à la pression environnementale de 1013 hPa) appliquera une force de 2500 N (ou 560 lbf) sur le piston et le poussera vers le bas.

Ce que je n'ai pas dit ici, c'est qu'un vrai moteur comprime d'abord le mélange air / carburant par un facteur d'environ 14, ce qui augmente la température et la pression dans le cylindre. (Il investit de l'énergie ici, mais il la récupère après la combustion) De plus, je ne sais pas quelle température est atteinte pendant la combustion.

De plus, il s'agit d'un calcul très basique négligeant certains effets, mais je pense qu'il montre clairement comment la force sur le piston est créée.

Oh, et si vous allumez un peu de carburant dans un bac fermé, vous remarquerez également une augmentation de la pression. Mais comme le processus est assez lent, la majeure partie de la chaleur quitte le bac, elle ne devient pas si chaude et la pression n'est pas si élevée. (Mais attention: les vapeurs de carburant peuvent exploser, et alors vous avez la haute pression ...)

AFAIK la façon dont cela fonctionne lorsque vous brûlez le carburant, vous l'avez à l'état liquide à la pression atmosphérique. En réalité, vous ne brûlez pas le liquide, vous brûlez les vapeurs qui se forment sur le liquide.

Une fois dans le moteur, le carburant est déboursé en gouttelettes, ce qui crée une grande surface pour que le carburant expulse la vapeur. L'ECU crée un mélange très spécifique de ce carburant, de vapeur et d'air qui est nécessaire pour créer la combustion à haute énergie qui fait tourner le moteur.

Sans ce rapport très spécifique, vous n'obtenez pas la brûlure la plus énergique. La chimie derrière pourquoi c'est je ne sais pas.

J'espère que ça aide.