Khi dòng khí nạp đi qua xu-páp thì có mô-men động lượng ban đầu, do đó khi bước vào trong buồng đốt thì mô-men động lượng bắt đầu giảm trong kỳ nạp do có sự ma sát của dòng khí với thành xy-lanh và các phần tử của dòng khí với nhau. Đặc biệt là sự xoáy lốc này sẽ giảm 1/4 đến 1/3 khi cuối quá trình nén. Tuy nhiên, vận tốc của xoáy lốc là tăng lên trong quá trình nén tuỳ theo thiết kế phù hợp của buồng đốt. Theo định luật bảo toàn động lượng thì:
c i f d I J T dt = − (2.10) Nhìn vào công thức ta thấy rằng:
Đạo hàm của mô-men động lượng chính là hiệu số giữa thông lượng của mô- men động lượng trong xy-lanh và mô-men ma sát.
Tại mỗi điểm của quá trình nạp Ji được tính theo công thức: . v i o v A J = rv dA (2.11) Tại mỗi điểm của quá trình nạp thông lượng của mô-men động lượng trong
xy-lanh được tính trên miền tích phân toàn phần theo diện tích của xu-páp nạp nhân với mật độ dòng khí nạp, bán kính xu-páp nạp và vận tốc trung bình của dòng khí.
Trong khi đó mô-men động lượng của dòng khí khi đi vào xy-lanh trong quá trình nạp được tính bởi công thức sau:
0 . ivc ivo v t c o v t A I = r v dA dt (2.12) Mô-men động lượng tại thời điểm nạp sẽ bị giảm dần do ma sát giữa các
phần tử khí và ma sát giữa dòng khí với xu-páp nạp, ma sát sẽ tiếp tục tăng dần trong kỳ nén, do đó mô-men động lượng của chúng sẽ giảm dần theo thời gian.
HVTH: Đặng Như Phúc 21 MSHV: 1820509 . 1 . 2 2 s F B C = (2.13)
Ma sát được tính như công thức ở trên ta thấy rằng:
Khi tăng đường kính B lên thì ma sát tăng lên theo tỉ lệ bình phương vì diện tích tiếp xúc giữa xy-lanh và pít-tông là nhiều, khi vận tốc dòng xoáy lớn cũng không tốt vì nếu lớn quá thì sẽ gây ra hiện tượng hoà khí hoà trộn không đều, chỗ đậm chỗ nhạt, việc đốt cháy không hoàn hảo sinh ra muội than nhiều nên gây ma sát.
CF là hệ số ma sát được tính bởi công thức: CF =0.037 (Re ) B −0.2 [13]
Khi vào xy-lanh thì hiện tượng xoáy lốc ngang (Swirl) là chủ yếu do thiết kế đỉnh pít-tông có biên dạng lồi, lõm. Ngoài ra, còn xoáy lốc dọc chủ yếu là phun nhiên liệu. Xoáy lốc dọc (Tumble) còn được tạo ra khi xu-páp đặt trên động cơ phương của đường tâm dọc thân xu-páp và phương vuông góc của xy-lanh là có một góc lệch, còn xoáy lốc ngang (Swirl) tạo ra khi góc lệch này là nhỏ.
HVTH: Đặng Như Phúc 22 MSHV: 1820509
Hình 2.7: Xoáy lốc dọc (Tumble) được tạo ra khi xu-páp thường đặt nghiêng Quá trình xoáy lốc ngang (Swirl) trong xy-lanh được tạo ra do nhà thiết kế chế tạo đỉnh pít-tông có biên dạng các khoang với biên dạng lõm.
HVTH: Đặng Như Phúc 23 MSHV: 1820509