CURRICULUM DELL'ATTIVITA' SCIENTIFICA DI GIORGIO TODERI

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1 Curriculum dell attività scientifica di Girogio Toderi - Pagina 1 di 8 CURRICULUM DELL'ATTIVITA' SCIENTIFICA DI GIORGIO TODERI Gli argomenti di ricerca più seguiti sono nel campo delle macchine endotermiche, delle macchine frigorifere e delle macchine oleodinamiche, con particolare riferimento alle problematiche più sentite, ovvero: risparmio energetico, miglioramento delle prestazioni, riduzione delle emissioni inquinanti chimiche e sonore. L'attività scientifica svolta, che ha portato alla stesura di numerosi lavori il cui elenco è allegato al presente curriculum, può essere raggruppata nei seguenti campi di ricerca: 1) simulazione numerica della combustione nei motori alternativi a combustione interna; 2) raffreddamento dei motori alternativi a combustione interna; 3) previsione del comportamento di gruppi turbogas funzionanti in ciclo STIG; 4) simulazione numerica della fase di compressione nei compressori a viti; 5) trasporto pneumatico di particelle solide; 6) oleodinamica. 7) regolazione e controllo dei motori a combustione interna Simulazione numerica della combustione nei motori alternativi a combustione interna In questo campo si sono principalmente studiati i motori funzionanti a ciclo Diesel, sia con iniezione diretta, sia con iniezione indiretta. La ricerca è stata condotta in collaborazione con la ditta Lombardini Motori S.p.A. di Reggio Emilia, presso la quale si è potuto portare a termine una serie di prove sperimentali appositamente ideate per la taratura del programma di calcolo, basato su un modello fenomenologico "multi-zone", destinato alla simulazione di motori Diesel ad iniezione diretta. Il metodo proposto è stato poi utilizzato per studiare l'influenza della curva di iniezione sulle prestazioni globali e sulla emissione di sostanze nocive come ossidi di azoto e particolato solido. Per quanto riguarda i motori Diesel ad iniezione indiretta, si è preferito un modello a due zone, tarato anch'esso tramite dati sperimentali ottenuti presso la Lombardini Motori e l'università di Roma Tor Vergata. E'stato, invece, utilizzato un modello fenomenologico per studiare il comportamento di motori diesel ad iniezione diretta alimentati da miscele gassose artificiali, come avviene, ad esempio, nei sottomarini, individuando le modifiche da apportare ad un motore normale che aspira aria dall'ambiente. Una ricerca prettamente sperimentale ha permesso una comparazione fra le prestazioni di un motore ad iniezione diretta ed uno ad iniezione indiretta, strutturalmente identici. Importanti conclusioni si possono trarre ponendo a confronto i risultati ottenuti dai modelli precedenti con quelli ottenuti tramite il programma di calcolo KIWA-II evidenzando le differenze operative che si incontrano con i diversi approcci. Un lavoro significativo è stato quello di apportare modifiche al KIWA-II per renderlo idoneo alla

2 Curriculum dell attività scientifica di Girogio Toderi - Pagina 2 di 8 simulazione di motori ad iniezione indiretta; ciò ha comportato la messa a punto di un preprocessore esterno in grado di generare il dominio di calcolo, cosa impossibile da ottenere con il generatore interno. Contemporaneamente si è ritenuto opportuno migliorare l'algoritmo che gestisce il rimbalzo delle goccioline di combustibile sulla parete. Tali modifiche sono state utilizzate per analizzare l'influenza della geometria sull'evolversi della combustione. Anche altri aspetti motoristici sono stati analizzati, come quelli relativi ai problemi di lubrificazione. Allo scopo si è proposto un modello di calcolo per simulare l'impianto di lubrificazione di un motore bicilindrico. Mediante tale modello di calcolo è possibile valutare la portata effluente, nonché la pressione regnante, nei vari condotti del circuito di lubrificazione. Il modello prevede che l'unico dato assunto a priori sia il campo termico delle pareti. Per quanto riguarda la stima del coefficiente di riempimento di un cilindro di un motore a combustione interna si sono voluti approfondire gli aspetti fluidodinamici già affrontati in sede di Tesi di Laurea, approntando un banco di flussaggio per valutare le perdite di carico imposte all'attraversamento delle valvole d'aspirazione e scarico, e pervenendo a correlazioni empiriche più precise da poter usare nel programma di simulazione del ricambio della carica. Raffreddamento dei motori alternativi a combustione interna In conseguenza di una ricerca cofinanziata, in collaborazione con la ditta Piaggio s.p.a., si è studiato il problema dello smaltimento di calore nei piccoli motori raffreddati ad aria. Il problema, sempre più sentito, è quello della limitazione della potenza spesa per il mantenimento della portata d aria, che nel caso di motori motociclistici, diventa una frazione non trascurabile della potenza resa all asse. Si sono ricercate, tanto per via sperimentale, quanto per via numerica, le cause che portano ad un decadimento delle prestazioni dell insieme ventilatore-intercapedini. È stato istallato un banco prova per rilevare la distribuzione delle velocità in alcune sezioni significative individuate nell intercapedine compresa fra cuffia e parete del cilindro. I risultati ottenuti hanno permesso di individuare le cause che maggiormente pesavano sulla potenza assorbita dal ventilatore, consentendo di adottare provvedimenti utili al suo contenimento. [26] [27] [28] Previsione del comportamento di gruppi turbogas funzionanti in ciclo STIG Le macchine che realizzano tale ciclo sono di notevole interesse in quanto consentono un efficace recupero del calore scaricato con limitata aggiunta di componenti e, quindi, limitati costi aggiuntivi. Si è quindi ritenuto utile uno studio teorico capace di prevedere il comportamento di un gruppo turbogas allorché venga trasformato in STIG. Poiché risulta antieconomico progettare ex novo macchine destinante allo scopo, si sono esaminati i problemi connessi con la trasformazione di macchine già esistenti e funzionanti in ciclo Brayton: di tali

3 Curriculum dell attività scientifica di Girogio Toderi - Pagina 3 di 8 macchine le Case Costruttrici hanno fornito tutti i dati necessari. Si è studiata l'influenza dell'iniezione di vapore a monte della camera di combustione sul lavoro ottenuto ed il rendimento di conversione, il tutto valutando il comportamento reale dell'aria, del vapor d'acqua e dei gas di scarico. Mentre per il comportamento di turbina e compressore si è utilizzato un semplice modello matematico che valuta il variare dei rendimenti politropici di compressione e di espansione nonché il verificarsi dello stallo. Sono state prese in considerazione tanto le macchine monoalbero con compressione singola o frazionata interrefrigerata, quanto le macchine bialbero. In tutti i casi si è potuto valutare che, sebbene la frazione di vapore iniettabile sia sempre abbastanza piccola, a causa del verificarsi delle condizioni di stallo del compressore, si possono avere significativi incrementi di potenza e rendimento con macchine di questo tipo. Simulazione numerica della fase di compressione nei compressori a viti Si è ritenuto di affrontare il problema del perfezionamento di questo tipo di macchine, in quanto il miglioramento delle prestazioni porta ad una diminuzione importante del consumo di energia pregiata. Essendo particolarmente laborioso ed incerto effettuare misure termodinamiche in tali macchine, si è proposto un procedimento per la simulazione numerica dei processi che avvengono al loro interno. I risultati ottenuti con tale metodo sono in buon accordo con i consumi verificabili nella realtà. In particolare il metodo aiuta il progettista ad effettuare le iniezioni di fase liquida, utile per refrigerare la compressione, nella posizione più opportuna, a decidere l'ampiezza dei meati perimetrali e di testa, a decidere la portata di olio lubrificante, a scegliere il fluido refrigerante che più si adatta alla situazione. Il metodo prevede anche una iniezione intermedia di gas, quindi si adatta anche ai compressori che devono servire macchine frigorifere a doppia laminazione. Trasporto pneumatico di particelle solide Collateralmente alle attività descritte si è anche affrontato il problema del trasporto pneumatico di polveri, che, nel caso particolare esaminato, si trattava di farina, ed alla sua successiva separazione, in base alla granulometria del particolato. In tale studio si è potuto approfittare, in parte, dell'esperienza accumulata nei precedenti lavori, in particolar modo per la valutazione del campo di moto del fluido vettore. I risultati del modello proposto hanno confermato l'osservazione sperimentale e consentito di effettuare piccole modifiche all'impianto esaminato, tendenti a diminuire il consumo di energia. Oleodinamica In questo settore si è preso in considerazione il problema dell'oscillazione della pressione alla mandata delle pompe ad ingranaggi che è causa di inquinamento acustico e di danni sui componenti a valle. La ricerca è stata effettuata in collaborazione con la ditta Casappa S.p.A. presso al quale si sono

4 Curriculum dell attività scientifica di Girogio Toderi - Pagina 4 di 8 svolte le prove sperimentali. La soluzione proposta al caso esaminato prevede l'applicazione di un risonatore di Helmholtz, e le prove sperimentali ne hanno evidenziato l'efficacia riguardo ad ambedue i problemi. Inoltre la semplice attuazione del provvedimento ha permesso un rapido trasferimento sulla produzione di serie. Sempre in collaborazione con la stessa Casappa S.p.A. si è realizzata un'apparecchiatura di misura, mediante la quale è possibile testare l'efficacia degli anelli paraolio, e determinarne il punto di rottura, utilissima per verificare la qualità delle forniture. Ancora in tema di rumore ed oscillazioni di pressione si è studiata la fluidodinamica nelle pompe a pistoni assiali. Qui i fenomeni sono più complessi e si manifestano con maggior evidenza, provocando anche danni strutturali alla pompa stessa. Si è cominciato a studiare il fenomeno fluidodinamico e la stesura di un programma di calcolo capace di simulare i processi di riempimento e svuotamento dei cilindri, ottenendo risultati in buon accordo con i dati sperimentali. Utilizzando l esperienza acquisita, si è implementato un modello di calcolo per verificare il funzionamento di un circuito di lubrificazione di un motore a combustione interna, in modo da poter valutare la correttezza della portata di lubrificante ad ogni singolo organo della macchina. [29] Regolazione e controllo dei motori a combustione interna Lo studio della regolazione ed il controllo dei motori a combustione interna è stato intrapreso con lo scopo di giungere alla definizione di metodi innovativi per il funzionamento delle centraline. Attraverso un indagine sperimentale ed uno studio teorico, condotto utilizzando il programmi di calcolo monodimensionali, si sono trovate correlazioni matematiche utili a correggere i risultati forniti da algoritmi veloci control-oriented per la simulazione di MCI automobilistici. Attualmente, infatti, gli algoritmi che garantiscono una sufficiente accuratezza sono quelli che descrivono i fenomeni d onda, ma questi, anche con i mezzi di calcolo odierni, non sono in grado di simulare il comportamento del motore in tempo reale. Si è quindi effettuata una ricerca teorica e sperimentale per definire una metodologia atta definire semplici correlazioni matematiche idonee a correggere i risultati di modelli più semplici e più veloci. Fino ad oggi si è aggirato tale problema con modelli black box, che costringono a numerose prove al banco (che occorre naturalmente ripetere se il motore subisce una qualsiasi modifica, anche modesta). Con il metodo che si propone s intendono coniugare queste esigenze, in modo da disporre di un algoritmo veloce nel calcolo, sufficientemente accurato (attraverso l introduzione di opportuni coefficienti di correzione), e che non richieda pesanti mappature da effettuare al banco. [30]

5 Curriculum dell attività scientifica di Girogio Toderi - Pagina 5 di 8 Elenco delle pubblicazioni dell Ing. Giorgio Toderi 1. M. FEOLA, P. PELLONI, G. BELLA, P. CASOLI, G. TODERI Influenza delle condizioni operative sulle emissioni nocive allo scarico di un motore diesel ad iniezione diretta. 46 Congresso Nazionale ATI, Cassino, Settembre G. CANTORE, P. CASOLI, G. TODERI Analisi comparativa di cicli STIG complessi. 46 Congresso Nazionale ATI, Cassino, Settembre P. PELLONI, R. BETTOCCHI, G. BELLA, P. CASOLI, G. TODERI Analisi della capacità predittiva di un modello fenomenologico "multi-zone" della fase di combustione di un motore diesel D.I. Giornata di studio sui motori di piccola cilindrata, Parma, Ottobre M. FEOLA, P. PELLONI, G. CANTORE, G. BELLA, P. CASOLI, G. TODERI Optimization of Injection Law for a D.I. Diesel Engine. 25 Energy Sources Technology Conference & Exhibition, Houston, Gennaio Transaction of ASME, Luglio P. PELLONI, G. CANTORE, P. CASOLI, G. TODERI Modelli di calcolo per l'analisi comparativa di cicli STIG. Giornata di studio sul tema "Tecniche di valutazione delle prestazioni di sistemi energetici", Bologna, Maggio M. FEOLA, P. PELLONI, G. CANTORE, G. BELLA, P. CASOLI, G. TODERI Simulazione della fase di combustione in motori Diesel ad iniezione diretta. 47 Congresso Nazionale ATI, Parma, Settembre G. CANTORE, P. CASOLI, A. PERETTO, G. TODERI Influenza della compressione frazionata e della ricombustione in cicli STIG in versione bialbero. 47 Congresso Nazionale ATI, Parma, Settembre M. FEOLA, P. PELLONI, G. CANTORE, G. BELLA, P. CASOLI, G. TODERI Combustion model of IDI diesel engine. 2nd International Conference Fluidmechanics Combustion Emission and Reliability in Reciprocating Engines, Capri, Settembre 1992.

6 Curriculum dell attività scientifica di Girogio Toderi - Pagina 6 di 8 9. M. FEOLA, P. PELLONI, G. CANTORE, G. BELLA, P. CASOLI, G. TODERI Analisi teorica delle prestazioni di un motore Diesel ad iniezione diretta alimentato con miscele gassose artificiali. 48 Congresso Nazionale ATI, Taormina, Settembre P. PELLONI, U. VERZA, P. CASOLI, G. TODERI Caratterizzazione delle prestazioni di motori a ciclo Diesel ad iniezione diretta ed indiretta. MIS-MAC II metodi di sperimentazione nelle macchine, Firenze, Novembre P. PELLONI, U. VERZA, P. CASOLI, G. TODERI Simulazione della compressione nei compressori a viti. La Termotecnica, Marzo P. PELLONI, U. VERZA, P. CASOLI, G. TODERI Trafilamenti interni ai compressori a viti. La Termotecnica, Dicembre P. PELLONI, P. CASOLI, G. TODERI Trasporto pneumatico e vaglio di particelle solide. Impiantistica italiana, Gennaio M. FEOLA, P. PELLONI, G. BELLA, P. CASOLI, G. TODERI Analisi teorico sperimentale delle prestazioni ed emissioni di un motore Diesel I.D.I. Rivista ATA, Marzo P. PELLONI, M. BORGHI, P. CASOLI, S. NEGRINI, G. TODERI Riduzione delle oscillazioni di pressione e del rumore in una pompa ad ingranaggi. 51 Congresso nazionale ATI, Udine, Settembre P. CASOLI, S. NEGRINI, G. TODERI Apparecchiatura per prove di tenuta di anelli paraolio per macchine oleodinamiche. 51 Congresso nazionale ATI, Udine, Settembre M. BORGHI, M. MILANI, G. TODERI Sul calcolo della spinta sulle fiancate nelle macchine oleodinamiche ad ingranaggi esterni. 51 Congresso nazionale ATI, Udine, Settembre 1996.

7 Curriculum dell attività scientifica di Girogio Toderi - Pagina 7 di P. PELLONI, P. CASOLI, G. TODERI, F. PREZIOSI, L. CANFARINI Simulazione numerica del circuito di lubrificazione di un motore ad accensione comandata. 51 Congresso nazionale ATI, Udine, Settembre G. BELLA, P. CASOLI, G. TODERI Analisi delle prestazioni di un motore Diesel ad iniezione indiretta. La Termotecnica, Novembre M. FEOLA, P. PELLONI, G. BELLA, P. CASOLI, G. TODERI Utilizzo di un codice fluidodinamico per l'analisi della fase di combustione in un motore Diesel ad iniezione indiretta. Rivista ATA, Marzo M. FEOLA, P. PELLONI, G. BELLA, P. CASOLI, G. TODERI Analisi dell'influenza della geometria della camera di combustione sulla evoluzione della fase di combustione in un motore Diesel ad iniezione indiretta mediante un codice fluidodinamico. Rivista ATA, Giugno/Luglio P. PELLONI, G.M. BIANCHI, P. CASOLI, G. TODERI, F. LUPPINO BERTONI "Numerical analysis of soot and NO x in a D.I. Diesel engine according to ISO 8178-C1 test cycle" 3 rd International Conference - Internal Combustion Engine: experiments and modelling, Settembre 1997, Capri (Italy). 23. G.L.BERTA, P.CASOLI, G.TODERI, S.NEGRINI Riduzione delle oscillazioni di pressione e del rumore in una pompa a pistoni assiali 2 nd international minihydro conference, Palinuro (SA), 5-8 Settembre G. L. BERTA, P.CASOLI, G.TODERI Valutazione del coefficiente d efflusso nelle valvole dei motori a combustione interna 53 Congresso nazionale ATI, Firenze, Settembre G. L. BERTA, P.CASOLI, P.PELLONI, G.TODERI Numerical simulation of a Diesel fuel injection system ATA, 2 nd international conference on Control and diagnostic in automotive applications, Genova, Ottobre 1998.

8 Curriculum dell attività scientifica di Girogio Toderi - Pagina 8 di FACCHINI B., MIGLIORINI G., TODERI G. Caratterizzazione del sistema di raffreddamento ad aria di un motore a combustione interna. Prime valutazioni MIS - MAC VII. 21 Aprile (pp ). 27. FACCHINI B., MIGLIORINI G., TODERI G. Ottimizzazione del sistema di raffreddamentoad aria di un motore motociclistico 56 Congresso ATI Settembre (vol. 4, pp ). 28. FACCHINI B., MIGLIORINI G., VACCA A., TODERI G., ARNONE L., MARCACCI M. Air cooling system for small internal combustion engine experimental analysis 7 Small Engine Technology Conference and Exibition Novembre (vol. 2, pp ). 29. PELLONI P., CASOLI P., TODERI G., CANFARINI, PREZIOSI. Circuito di lubrificazione di un motore ad accensione comandata OLEODINAMICA E PNEUMATICA, TECNICHE NUOVE, MILANO. Ottobre GAMBAROTTA A., TODERI G., ONORATI A. Effetti d'onda nei motori a combustione interna INGEGNERIA DELL'AUTOVEICOLO. Maggio 2006 vol. 59, pp