Auto Voiture FAQ

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 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 d'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
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     H H H H H H

Parce que l'air se compose de seulement 20 % d'oxygène et 80 % d'azote, il y a quatre molécules d'azote pour chaque molécule d'oxygène dans la chambre. Ils ne ne doivent pas réagir pendant la combustion, il 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 négligeons l'augmentation de la température, l'augmentation du nombre de molécules d'un facteur 39/33,5=1,16 se traduit par une augmentation de la pression par un facteur de 1,16 également.

Dilatation thermique

Si vous augmentez la température d'un gaz, il se dilatera. S'il ne 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 parfait à température ambiante (20°C) augmente sa pression d'un facteur de 4,3 lorsqu'il est chauffé à 1000°C.

Ensemble

Pendant combustion, la pression augmente d'un facteur 1,16 lorsque le nombre de molécules augmente, et d'un autre facteur 4,3 en raison de la température, ce qui conduit à un facteur total de 5 en augmentation de pression. Disons que la chambre de combustion a un piston de 8cm de diamètre (alésage typique), ce qui correspond à une surface de 50cm². Une pression de 5000hPa (différence par rapport à la pression environnementale de 1013 hPa) appliquera une force de 2500N (ou 560lbf) 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 d'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 combustion) De plus, je ne sais pas quelle température est atteinte lors de la combustion.

De plus, c'est un calcul très basique négligeant certains effets, mais je pense cela 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...)