Informazioni generali (English version below)
- Anno di corso: 1°
- Semestre: 2°
- CFU: 6
Docente responsabile
Obiettivi del corso
Il corso si prefigge l’obiettivo di fornire agli allievi una formazione scientifica approfondita per affrontare correttamente i problemi di progettazione, scelta e gestione dei motori a combustione interna e della loro interazione con l’ambiente nonché di creare i presupposti per lo sviluppo di soluzioni innovative. A tal fine gli allievi svilupperanno conoscenze approfondite dei principi di funzionamento dei motori e apprenderanno procedure di simulazione per la verifica e il dimensionamento di un motore alternativo a combustione interna e dei suoi principali componenti. Particolare attenzione è infine dedicata allo sviluppo tecnologico più recente della tecnologia dei motori a combustione interna finalizzati a superare gli attuali limiti in termini di emissioni ed efficienza e consentono di definire scenari innovativi di mobilità sostenibile.
Prerequisiti
Macchine, Centrali Termoelettriche
Programma del corso
Generalità sui motori alternativi a combustione interna: Caratteristiche e classificazione , analisi termodinamica e prestazionale dei motori alternativi a combustione interna, Analisi sperimentale delle prestazioni di un motore a combustione interna
Alimentazione aria Motori 4 tempi: coefficiente di riempimento e sua valutazione; effetti quasi-stazionari; dimensionamento delle valvole; influenza di altri parametri motoristici; sistemi Variable Valve Actuation. Motori 2 tempi: schemi costruttivi; Fenomeni non stazionari nei condotti di aspirazione e scarico: inerzia e propagazione ondosa; sistemi a geometria variabile; modelli di calcolo, Alimentazione aria nel motore a quattro tempi; Sovralimentazione
Moti della carica nel cilindro : Turbolenza (cenni); swirl, squish, tumble; motori a carica stratificata
Combustibili tradizionali ed alternativi; Proprietà dei combustibili per motori. Generalità: combustibili; aria stechiometrica; potere calorifico Combustibili gassosi: gas naturale, idrogeno e miscele. bio-etanolo, bio-diesel e DME. Caratteristiche e loro impiego nei motori: soluzioni tecniche, prestazioni ed emissioni
Alimentazione Combustibile Motori Otto: carburatore (cenni); sistemi di iniezione; sonda lambda. Motori Diesel: sistemi di iniezione e iniettori; dimensionamento di massima. Prove sperimentali su un sistema di iniezione Diesel Common Rail
Combustione : Fondamenti analitici dello studio della combustione; termodinamica dei processi di combustione; calcolo della composizione chimica e della temperatura adiabatica in equilibrio; fenomeni di trasporto (cenni); cinetica chimica (cenni). Combustione nei motori Otto e Diesel.
Emissioni e sistemi per il loro abbattimento Emissioni: meccanismi di formazione, effetti sulla salute e sull’ambiente, misura delle emissioni; influenza dei parametri motoristici; cicli di prova e normativa; procedure e sistemi per la riduzione delle emissioni nei motori. Prove sperimentali.
Sistemi di raffreddamento: Flussi termici; trasmissione del calore nel motore; sistemi di raffreddamento a liquido e ad aria: schemi costruttivi e dimensionamento; sollecitazione termica degli organi meccanici.
Mobilità ecosostenibile. Principi di funzionamento dei veicoli ibridi: soluzione serie e parallelo; motori a c.i. ed elettrici impiegati; frenata rigenerativa; batterie al litio, prestazioni e prospettive. Veicoli ibridi plug-in, motori a c.i. “range extender”. Veicoli elettrici, caratteristiche e prospettive
Per tutti gli argomenti del corso verranno presentati gli strumenti di simulazione numerica
Modalità d’esame
L’esame di Motori a Combustione Interna prevede due prove di accertamento, che si svolgono rispettivamente a metà ed al termine del periodo didattico in cui è svolto il corso, e una prova orale. All’orale sono ammessi gli studenti che hanno conseguito una valutazione complessiva di almeno 18 punti su 30 nelle due prove di accertamento. Opzionalmente, ai fini della discussione orale il candidato può concordare con il docente la realizzazione di un progetto di applicazione dei concetti e delle metodologie studiate durante il corso. In tal caso, la discussione del progetto costituirà la parte prevalente della prova orale. La prova orale concorre alla valutazione finale nei termini di una media pesata.
La valutazione di una singola prova di accertamento viene espressa nei seguenti livelli: ottimo, buono, discreto, sufficiente, insufficiente. La valutazione complessiva delle prove di accertamento o dei recuperi che vertono sull’intero programma viene espressa con un punteggio da 18 a 30, se sufficiente; insufficiente altrimenti.
Gli appelli di Macchine Applicate alle Tecnologie Ambientali consistono nello svolgimento della prova orale di approfondimento di temi contenuti nelle prove intermedie per coloro che le abbiano superate. Una prova orale approfondita sull’intero programma del corso, è altrimenti necessaria.
Testi di riferimento
- G. Ferrari, Motori a combustione interna, Il Capitello, Torino, 1996.
Internal Combustion Engines
- Year: 1°
- Semester: 2°
- CFU: 6
Instructor
Aim of the course
The course aims to provide students with a thorough scientific knowledge to properly address the problems of design, selection and utilization of internal combustion engines and their interaction with the environment as well as to develop innovative solutions . To this aim, students will develop a detailed knowledge of the basic principles of operation of engines and learn simulation and experimental procedures for designing and testing a reciprocating internal combustion engine with its main components. Particular attention is finally dedicated to the development of the latest technology of internal combustion engines designed to overcome the current emissions and efficiency limitations and allow to cope with innovative scenarios for sustainable mobility.
Contents
General information on internal combustion engines : Characteristics and Classification , thermodynamic and performance analysis. Experimental analysis of the performance of an internal combustion engine
Air Supply for 4-stroke engines: volumetric efficiency and its evaluation, quasi-stationary effects ; valve sizing ; influence of other engine parameters ; Variable Valve Actuation systems . Air supply for 2-stroke engines : construction schemes ; non-stationary phenomena in the intake and exhaust : inertia and wave propagation ; variable valve geometry systems, computational models , air supply in the four-stroke engine; Supercharging
Motions of the charge in the cylinder: Turbulence ; swirl , squish , tumble , stratified charge engines Traditional and alternative fuels ;
Fuels general properties : fuel , air stoichiometric ; calorific value gaseous fuels : natural gas , hydrogen and mixtures thereof. bio -ethanol , bio- diesel and DME . Features and their use in engines: technical solutions , performance and emissions
Fuel metering. Otto engines : carburetor ; injection systems ; lambda probe. Diesel engines: fuel injectors and injection systems , dimensioning . Experimental tests on a diesel injection system Common Rail
Combustion: Fundamentals of analytical study of combustion , thermodynamics of combustion processes , calculation of the chemical composition and temperature in adiabatic equilibrium transport phenomena (notes) , chemical kinetics (notes). Combustion in Otto and Diesel engines .
Emissions and their control systems: emissions formation mechanisms, effects on health and environment, measurement of emissions; influence of engine parameters , test cycles and legislation ; procedures and systems for the reduction of emissions in engines. Experimental tests .
Cooling system : Heat flows , heat transfer in the engine cooling systems , liquid and air : structural layouts and sizing ; thermal stress of the mechanical parts .
Sustainable mobility . Principles of operation of hybrid vehicles : series and parallel solution ; engines there and electrical workers , regenerative braking , lithium batteries, performance and prospects . Plug-in hybrid vehicles , engines c.i. ” Range extender ” . Electric vehicles, characteristics and perspectives
For all the topics of the course the numerical simulation tools will be presented
Examination procedures
The exam of consists of two assessment tests, which take place in the middle and at the end of the semester in which the course is held, and an oral examination. Students who achieve a score of at least 18/30 in the two assessment tests are admitted to the oral. Optionally, for the oral discussion students may arrange the realization of an application project using concepts and methods studied during the course. In this case, the discussion of the project will form the main part of the oral examination. The oral examination shall contribute to the final evaluation in terms of a weighted average.
The exam evaluation of any single assessment test and of the overall exam is expressed in the following levels: excellent, very good, good, more than sufficient, sufficient, non-sufficient. The overall final assessment or the eventual overall recovery for those that are not admitted to the oral – which consists of an oral examination on the entire program – is expressed on a scale from 18 to 30, if sufficient, otherwise non-sufficient.
The exam sessions normally consists in carrying out the oral examination for those who have passed the assessment tests discussing some topics contained in the tests. A complete oral exam on the whole program program will be required otherwise.
Textbooks
- G. Ferrari, Motori a combustione interna, Il Capitello, Torino, 1996.
