Mengapa gas pembakaran ruang bakar memutar mesin ketika hanya terbakar?

Saya menanyakan ini karena jika saya memiliki sedikit bahan bakar fosil dan menyalakannya, bahan bakarnya hanya akan terbakar. Tetapi di dalam ruang bakar kendaraan pembakaran yang sama ini akan mendorong piston ke bawah menjaga kendaraan bergerak; Mengapa?

combustion-cycle

— LostPecti
sumber

LostPecti: harap edit jika perubahan saya tidak menangkap maksud Anda.

— Fred Wilson

Tidak, Anda menangkap pertanyaan saya dengan sempurna. Terima kasih atas bantuan Anda.

— LostPecti

Hal utama adalah Anda mengubah bahan bakar menjadi kabut halus. Jika Anda menyalakan genangan air, itu akan terbakar perlahan, jika Anda menyemprotkannya dan menyalakan awan, itu akan meledak. Cukup banyak yang berbahaya bila cukup kecil & dalam jumlah cukup tinggi bercampur dengan udara. Hanya google tentang ledakan pabrik tepung, bahkan tepung eksplosif ketika dicampur dengan udara membuat pabrik tepung sangat berbahaya. Kami mengompresnya sehingga ada lebih banyak oksigen di sekitar zat yang ingin kami bakar. Tambahkan ini bersama-sama dan Anda mendapatkan cukup kekuatan peledak.

— Trotski94

Selama pembakaran, tekanan di ruang bakar meningkat, dan tekanan ini menekan piston. Ada dua alasan untuk ini:

Meningkatkan jumlah molekul gas

Katakanlah kita menggunakan heksana sebagai bahan bakar. Untuk membakar satu molekul heksana yang terdiri dari 6 karbon dan 14 atom hidrogen, kita membutuhkan 13 atom oksigen (6,5 molekul oksigen) dan mendapatkan 7 molekul air dan 6 karbon karbondioksida:

 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

Karena udara hanya terdiri dari 20% oksigen dan 80% nitrogen, ada empat molekul nitrogen untuk setiap molekul oksigen di dalam ruangan. Mereka ~~tidak~~ seharusnya bereaksi selama pembakaran, sehingga Anda cukup menambahkan 26 molekul nitrogen di kedua sisi.

Jadi, sebelum pembakaran, ada 1 + 6,5 + 26 = 33,5 molekul dan setelah itu, ada 7 + 6 + 26 = 39 molekul.

Satu fakta menarik tentang gas (ideal) adalah bahwa volume tertentu pada suhu dan tekanan tertentu selalu mengandung jumlah molekul yang sama, terlepas dari jenis atau campuran molekul mana.

Katakanlah kita masih memiliki volume yang sama di ruang bakar dan mengabaikan kenaikan suhu, peningkatan jumlah molekul dengan faktor 39 / 33,5 = 1,16 menghasilkan peningkatan tekanan dengan faktor 1,16 juga.

Ekspansi panas

Jika Anda meningkatkan suhu gas, itu akan mengembang. Jika tidak bisa karena tertutup di ruang bakar, tekanan malah naik. Misalnya, setiap volume gas ideal (konstan) pada suhu kamar (20 ° C) meningkatkan tekanannya dengan faktor 4.3 saat dipanaskan hingga 1000 ° C.

Bersama

Selama pembakaran, tekanan meningkat dengan faktor 1,16 ketika jumlah molekul meningkat, dan faktor lain 4,3 karena suhu, yang mengarah ke faktor total 5 peningkatan tekanan. Katakanlah ruang bakar memiliki piston berdiameter 8cm (bore khas), yang sesuai dengan permukaan 50cm². Tekanan 5000hPa (perbedaan dengan tekanan lingkungan 1013 hPa) akan menerapkan gaya 2500N (atau 560lbf) ke piston dan mendorongnya ke bawah.

Yang tidak saya katakan di sini adalah bahwa motor sungguhan pertama-tama mengompresi campuran udara / bahan bakar dengan faktor sekitar 14, yang meningkatkan suhu dan tekanan dalam silinder. (Ini menginvestasikan energi di sini, tetapi mendapatkannya kembali setelah pembakaran) Juga, saya tidak tahu suhu mana yang tercapai selama pembakaran.

Juga, ini adalah perhitungan yang sangat mendasar mengabaikan beberapa efek, tetapi saya pikir ini dengan jelas menunjukkan bagaimana gaya pada piston dibuat.

Oh, dan jika Anda menyalakan sedikit bahan bakar di tempat sampah tertutup, Anda juga akan melihat peningkatan tekanan. Tetapi karena prosesnya sangat lambat, sebagian besar panas meninggalkan tempat sampah, tidak menjadi begitu panas, dan tekanannya tidak terlalu tinggi. (Tapi hati-hati: Uap bahan bakar dapat meledak, dan kemudian Anda memiliki tekanan tinggi ...)

— sweber
sumber

Jawaban yang bagus Saya dapat menambahkan beberapa komentar di sini. Temp berlipat ganda dapat mencapai 1.200-1.600 F. Rasio tekanan sebelum dan sesudah pembakaran biasanya dimodelkan oleh insinyur otomotif sebagai "rasio ledakan". Dengan cara ini mereka tidak perlu terlalu khawatir tentang chemistry di belakang layar

— Zaid

Pertama terima kasih atas jawaban terperinci Anda. Biarkan saya melihat apakah saya mengerti. Ide bahan bakar adalah membuat tekanan yang cukup untuk mendorong piston ke bawah. Apakah ini menggunakan dua metode. Yang pertama adalah menggunakan molekul, semakin banyak molekul yang ditambahkan semakin banyak tekanan dalam silinder. Metode lain menggunakan panas, karena kita tahu gas memiliki atom dan dapat berkembang lebih baik daripada atom padat atau atom cair. Ketika atom-atom dalam gas dipanaskan mereka membesar yang menyebabkan tekanan lebih besar. Jadi di semua ruang pembakaran bergantung pada jumlah tekanan yang tinggi. Saya punya pertanyaan mengapa udara / sedikit harus dikompres dulu?

— LostPecti

@ LostPecti Saya pikir pertanyaan Anda bagus. Pertanyaan Anda yang lain dalam komentar Anda, "Mengapa udara / bahan bakar perlu dikompres?" adalah pertanyaan lain. Anda harus menanyakannya. :-) Bersulang!

— DucatiKiller

@LostPecti: Nah, atom / molekul tidak berkembang, mereka lebih seperti petinju kecil menjaga tetangga mereka dari jauh dengan meninju mereka. Panas adalah obat bius mereka (-> lebih banyak kekuatan, lebih banyak jarak, lebih banyak ruang yang dibutuhkan oleh semua petinju) dan tentu saja lebih banyak petinju menginginkan lebih banyak ruang. Piston juga membutuhkan banyak pukulan, yang membuatnya jatuh. (Hmm, seharusnya memasukkan itu ke dalam jawaban ...). Tapi Anda benar, ide mesin piston menggunakan bahan bakar adalah untuk menghasilkan tekanan di dalam silinder untuk mendorong piston ke bawah. Mesin uap menghasilkan tekanan di luar dan membawanya ke dalam silinder.

— sweber

AFAIK cara ini bekerja ketika Anda membakar bahan bakar, Anda memilikinya dalam keadaan cair pada tekanan atmosfer. Sebenarnya Anda tidak membakar cairan, Anda membakar uap yang terbentuk di atas cairan.

Saat berada di mesin, bahan bakar disalurkan ke tetesan yang menciptakan banyak area permukaan untuk bahan bakar mengeluarkan uap. Apa yang ECU lakukan adalah menciptakan campuran yang sangat spesifik dari bahan bakar, uap, dan udara ini yang diperlukan untuk menciptakan pembakaran energi tinggi yang membuat mesin berputar.

Tanpa rasio yang sangat spesifik Anda tidak akan mendapatkan pembakaran yang lebih energik. Kimia di balik mengapa itu saya tidak tahu.

Saya harap itu membantu.

— cdunn
sumber