为什么仅在燃烧时燃烧室的燃烧气体会转动发动机？

我之所以这样问，是因为如果我只用一小部分化石燃料并将其点燃，则该燃料只会燃烧。但是，在车辆的燃烧室内，这种相同的燃烧将推动活塞向下，从而保持车辆行驶。为什么？

combustion-cycle

— 丢失的果胶
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LostPecti：如果我的更改没有抓住您的意图，请进行编辑。

— 弗雷德·威尔逊

不，您完美地抓住了我的问题。谢谢你的帮助。

— LostPecti '16

最主要的是，您正在将燃料变成细雾。如果点燃水坑，它将缓慢燃烧，如果将其雾化并点燃云，则它将爆炸。当足够少且足够多的空气与空气混合时，几乎任何东西都是危险的。只是谷歌谈论面粉厂的爆炸，即使面粉与空气充分混合也具有爆炸性，使面粉厂超级危险。我们将其压缩，以便要燃烧的物质周围甚至有更多的氧气。将它们加在一起，您将获得相当大的爆发力。

— Trotski94 '16

在燃烧期间，燃烧室内的压力会增加，并且该压力会向下推动活塞。有两个原因：

气体分子数量增加

假设我们使用己烷作为燃料。要燃烧一个由6个碳和14个氢原子组成的己烷分子，我们需要13个氧原子（6.5个氧分子）并得到7个水和6个二氧化碳分子：

 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

因为空气仅包含20％的氧气和80％的氮气，所以室内的每个氧气分子都有四个氮气分子。他们都在燃烧过程中应该没有反应过来，所以只需在两侧添加26个分子氮。

因此，在燃烧之前，存在1 + 6.5 + 26 = 33.5个分子，在燃烧之后，存在7 + 6 + 26 = 39个分子。

关于（理想）气体的一个有趣的事实是，在一定温度和压力下的一定体积始终包含相同数量的分子，而与分子的种类或混合物无关。

假设我们在燃烧室中的容积仍然相同，而忽略了温度的增加，分子数目增加39 / 33.5 = 1.16导致压力增加也增加了1.16倍。

热膨胀

如果增加气体的温度，它会膨胀。如果由于封闭在燃烧室中而不能，则压力升高。例如，在室温（20°C）下，任何（恒定）体积的理想气体在加热到1000°C时，其压力都会增加到fo系数4.3。

全部一起

在燃烧期间，随着分子数量的增加，压力增加1.16倍，而由于温度增加，压力增加4.3倍，导致总压力增加5倍。假设燃烧室的活塞直径为8cm（典型孔），对应于50cm²的表面。5000hPa的压力（与1013 hPa的环境压力之差）将在活塞上施加2500N（或560lbf）的力并将其向下推。

我在这里没有说的是，真正的电动机首先将空气/燃料混合物压缩约14倍，这会增加气缸中的温度和压力。（它在这里投入了能量，但燃烧后又将其回收）另外，我不知道燃烧过程中达到的温度。

同样，这是一个非常基本的计算，忽略了一些影响，但我认为它清楚地表明了如何产生作用在活塞上的力。

哦，如果您在封闭的垃圾箱中点燃一点燃油，也会发现压力增加。但是，由于该过程非常缓慢，因此大部分热量都离开了回收箱，因此不会变得很热，压力也不是那么高。（但请注意：燃油蒸气可能会爆炸，然后您承受高压...）

— 斯伯
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好答案。我可以在这里添加一些评论。排气歧管温度可以达到1200-1600F。燃烧前后的压力比通常由汽车工程师建模为“爆炸比”。这样，他们不必担心幕后的化学反应

— Zaid

首先，谢谢您的详细回答。让我看看我是否明白。燃料的想法是产生足够的压力以将活塞向下推。它使用两种方法执行此操作。首先是使用分子，增加的分子越多，圆柱体中的压力就越大。另一种方法是利用热量，因为我们知道气体中有原子，并且可以比固体原子或液体原子更好地膨胀。当气体中的原子被加热时，它们膨胀而引起更大的压力。因此在所有燃烧室中都依赖高压力。我有一个问题，为什么必须先压缩空气/少量空气？

— LostPecti '16

@LostPecti我认为您的问题很好。您在评论中的另一个问题是：“为什么需要压缩空气/燃料？” 是另一个问题。你应该问。:-)干杯！

— DucatiKiller

@LostPecti：好吧，原子/分子不会膨胀，它们更像是小拳击手，通过打孔使邻居保持距离。热量是他们的兴奋剂（->更多的力量，更多的距离，所有拳击手都需要更多的空间），当然更多的拳击手想要更多的空间。活塞还需要大量打孔，将其压下。（嗯，应该把它放到答案里……）。但是您是对的，使用燃油的活塞发动机的想法是在气缸内产生压力以将活塞向下推。蒸汽机在外部产生压力，并将其引入气缸。

— sweber '16

AFAIK燃烧燃料时会以这种方式工作，在大气压力下处于液态。实际上，您不是在燃烧液体，而是在燃烧在液体上形成的蒸气。

在发动机中时，燃油会散布成小滴，这会产生大量表面积，使燃油排出蒸汽。ECU要做的是创建一种非常特殊的燃料，蒸气和空气混合物，以产生高能量燃烧，使发动机转弯。

没有这个非常具体的比例，您将无法获得更充沛的精力。我不知道其背后的化学原因。

希望对您有所帮助。

— 都恩
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