Insegnamento Livello e corso di studio Settore scientifico disciplinare (SSD) Motori a Combustione Interna Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica LM33 ING-IND/08 Anno di corso 2 Numero totale di crediti Propedeuticità Docente Obiettivi formativi 9 Nessuna Daniele Chiappini Facoltà: Ingegneria Nickname: chiappini.daniele Email: daniele.chiappini@unicusano.it Orario di ricevimento: consultare calendario videoconferenze Il corso si pone l obiettivo di fornire le fondamentali nozioni necessarie per lo studio e l analisi dei moderni motori a combustione interna per l autotrazione. L analisi viene effettuata per le due macro-famiglie più comunemente utilizzate per autotrazione, ovvero i motori ad accensione comandata e quelli ad accensione spontanea, con particolare riferimento all incremento delle performance ed al rispetto delle emissione inquinanti. Lo studente deve essere in grado di comprendere la fenomenologia dei principali processi che caratterizzano tali sistemi e valutarne gli impatti sul loro funzionamento. I risultati di apprendimento attesi sono: Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): Conseguimento di conoscenze relative alla geometria dei motori a combustione interna, alle loro prestazioni e funzionamento ed al rispetto delle normative anti-iquinamento. Conoscenze e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding): Sviluppo delle capacità di applicare le competenze acquisite per un approccio corretto all uso dei motori ed al rispetto delle normative vigenti. Autonomia di giudizio (making judgements): Sviluppo della capacità di interpretare i dati provenienti dalla letteratura per la scelta più opportuna al caso esaminato. Abilità comunicative (communication skills): Sviluppo di un linguaggio scientifico corretto e comprensibile che permetta di esprimere in modo chiaro e privo di ambiguità le conoscenze tecniche acquisite nell ambito dei motori a combustione interna per autotrazione. Capacità di apprendere (learning skills): Capacità di applicare le conoscenze acquisite per la risoluzione di problemi non familiari che abbiano come oggetto l analisi dell applicabilità dei motori a combustione interna alla specifica esigenza. Prerequisiti É necessario che lo studente che si avvicina alla preparazione di questa materia abbia una buona padronanza di alcuni argomenti di matematica di base, di fisica e termodinamica applicata. Contenuti del corso Modulo 01 - Introduzione ai motori a combustione interna settimana 1: Introduzione ai motori a combustione interna, Parametri e grandezze caratteristiche, I cicli ideali, Il ciclo Otto, Il ciclo Diesel, Il ciclo Sabathè, Il ciclo indicato, Parametri di analisi, Curve caratteristiche ed accoppiamento con l utilizzatore. Modulo 02 - Alimentazione dei motori a combustione interna settimana 2 - Test Modulo 02: Alimentazione dei motori a combustione interna, Valutazione del coefficiente di riempimento, Effetti quasi- 1
stazionari, Riscaldamento della carica fresca, Resistenze fluidodinamiche, Efflusso attraverso le valvole, Rapporto aria-combustibile, Parametri motoristici, Temperatura aria ambiente, Temperatura del liquido di raffreddamento, Rapporti geometrici. Modulo 03 - Effetti dinamici sul coefficiente di riempimento volumetrico settimana 3 - Test Modulo 03: Effetti dinamici sul coefficiente di riempimento volumetrico, Effetto inerziale, Effetti d onda. Modulo 04 - La sovralimentazione dei motori a combustione interna settimana 4 - Test Modulo 04: La sovralimentazione dei motori a combustione interna, Schemi di sovralimentazione, Analisi della sovralimentazione, Sistema a pressione costante, Sistema ad impulsi, Effetto della sovralimentazione sul motore a combustione interna, Necessità del raffreddamento della carica, Turbomatching, Transitori di carico, Motori per trazione stradale. Modulo 05 - Combustibili per motori a combustione interna settimana 5 - Test Modulo 05: Combustibili per motori a combustione interna, Rapporto aria-combustibile, Caratteristiche dei combustibili, Potere calorifico, Resistenza alla detonazione, Accendibilità, Volatilità. Modulo 06 - Iniezione di combustibile settimane 6, 7 - Test Modulo 06: Iniezione di combustibile, Iniezione di combustibile nei motori ad accensione comandata, Iniezione elettronica a punti multipli, Iniezione elettronica a punto singolo, Regolazione della dosatura tramite sonda lambda, Iniezione di combustibile nei motori ad accensione spontanea, Common rail, Elettroiniettore, Treno di iniezioni, Breakup primario e secondario. Modulo 07 - Moto dell aria settimana 8 - Test Modulo 07: Moto dell aria, Moti turbolenti, Scale caratteristiche, I moti organizzati in camera di combustione, Swirl, Tumble, Squish, Evoluzione del moto nel ciclo. Modulo 08 - La combustione - settimane 9, 10 - Test Modulo 08: La combustione, Fondamenti del processo di combustione, Velocità di combustione, Autoaccensione, Propagazione del fronte di fiamma, Combustione turbolenta, Combustione diffusiva, Combustione nei motori ad accensione comandata, Legge di rilascio del calore, Combustioni anomale, Accensione a superficie, Detonazione, Camere di combustione per motori ad accensione comandata, Combustione nei motori ad accensione spontanea, Ritardo all accensione, Combustione premiscelata e combustione diffusiva, Legge di rilascio calore, Camere di combustione per motori ad accensione spontanea. Modulo 09 - Formazione e Controllo delle Emissioni Inquinanti settimane 11, 12 - Test Modulo 09: Formazione e Controllo delle Emissioni Inquinanti, Meccanismi di formazione delle specie inquinanti, Ossidi di carbonio, Idrocarburi incombusti, Ossidi di azoto, Particolato, Formazione delle emissioni inquinanti nei motori ad accensione comandata, Formazione delle emissioni inquinanti nei motori ad accensione spontanea, Controllo ed abbattimento delle emissioni inquinanti nei motori ad accensione comandata, Interventi sui combustibili, Interventi sull alimentazione, Interventi sull ottimizzazione del processo di combustione, Convertitore catalitico trivalente, Eliminazione degli NOx nelle miscele magre, Lean NOx trap, Selective catalytic reduction, Passive selective catalytic reduction, Controllo ed abbattimento delle emissioni inquinanti nei motori ad accensione spontanea, Diesel oxidation catalyst, Selective catalytic reduction, Diesel particulate filter. Materiali di studio MATERIALI DIDATTICI A CURA DEL DOCENTE Testi consigliati: Motori a Combustione Interna, G. Ferrari, Il Capitello Internal Combustion Engines Fundamentals, J. B. Heywood, MacGraw-Hill Metodi didattici Il corso è sviluppato attraverso le lezioni preregistrate audio-video che compongono, insieme a slide e dispense, i materiali di studio disponibili in piattaforma. Sono poi proposti dei test di autovalutazione, di tipo asincrono, che corredano le lezioni preregistrate e consentono agli studenti di accertare sia la comprensione, sia il grado di conoscenza acquisita dei contenuti di ogni modulo. Sono altresì disponibili lezioni in web-conference programmate a calendario che si realizzano nei periodi 2
didattici. La didattica si avvale, inoltre, di forum (aule virtuali) e chat disponibili in piattaforma che costituiscono uno spazio di discussione asincrono, dove il docente fornisce sputi di riflessione sugli argomenti più significativi dell insegnamento e interagiscono con gli studenti iscritti. Modalità di verifica dell apprendimento Criteri per l assegnazione dell elaborato finale L esame consiste di norma nello svolgimento di una prova scritta tendente ad accertare le capacità di analisi e rielaborazione dei concetti acquisiti. La prova scritta prevede 5 domande aperte sui principali argomenti trattati nel corso, ogni domanda ha massimo voto pari a 6/30. Particolare attenzione nella valutazione delle risposte date viene data alla capacità dello studente di rielaborare il materiale presente in piattaforma. L assegnazione dell elaborato finale avverrà sulla base di un colloquio con il docente in cui lo studente manifesterà i propri specifici interessi in relazione a qualche argomento che intende approfondire; non esistono preclusioni alla richiesta di assegnazione della tesi e non è prevista una media particolare per poterla richiedere. Programma esteso e materiale didattico di riferimento Modulo 1 - Lezione 01 Modulo 1 - Lezione 02 Modulo 1 - Lezione 03 Modulo 1 - Lezione 04 Modulo 1 - Lezione 05 Modulo 1 - Lezione 06 Modulo 1 - Lezione 07 Modulo 2 - Lezione 08 Modulo 2 - Lezione 09 Modulo 2 - Lezione 10 Modulo 2 - Lezione 11 Modulo 2 - Lezione 12 Modulo 2 - Lezione 13 Modulo 2 - Lezione 14 Modulo 2 - Lezione 15 Modulo 2 - Lezione 16 Modulo 2 - Lezione 17 Introduzione ai motori a combustione interna. Introduzione ai motori a combustione interna, Parametri e grandezze caratteristiche. Parametri e grandezze caratteristiche, Il ciclo Otto, Il ciclo Diesel. Il ciclo Sabathè, Il ciclo indicato. Il ciclo indicato, Parametri di analisi. Parametri di analisi. Curve caratteristiche ed accoppiamento con l utilizzatore. Alimentazione dei motori a combustione interna, Valutazione del coefficiente di riempimento volumetrico. Valutazione del coefficiente di riempimento volumetrico. Effetti quasi-stazionari: Riscaldamento della carica fresca, Resistenze fluidodinamiche. Efflusso attraverso le valvole. Rapporto aria-combustibile. Parametri motoristici: Temperatura aria ambiente, Temperatura del liquido di raffreddamento, Rapporti 3
geometrici. Modulo 3 - Lezione 18 Modulo 3 - Lezione 19 Modulo 3 - Lezione 20 Modulo 4 - Lezione 21 Modulo 4 - Lezione 22 Modulo 4 - Lezione 23 Modulo 4 - Lezione 24 Modulo 4 - Lezione 25 Modulo 4 - Lezione 26 Modulo 4 - Lezione 27 Modulo 4 - Lezione 28 Modulo 5 - Lezione 29 Modulo 5 - Lezione 30 Modulo 5 - Lezione 31 Modulo 6 - Lezione 32 Modulo 6 - Lezione 33 Modulo 6 - Lezione 34 Modulo 6 - Lezione 35 Modulo 6 - Lezione 36 Modulo 6 - Lezione 37 Modulo 7 - Lezione 38 Modulo 7 - Lezione 39 Modulo 7 - Lezione 40 La sovralimentazione dei motori a combustione interna. La sovralimentazione dei motori a combustione interna. Analisi della sovralimentazione, Sistema a pressione costante. Sistema a pressione costante, Sistema ad impulsi. Sistema ad impulsi, Effetti della sovralimentazione nei motori a combustione interna. Effetti della sovralimentazione nei motori a combustione interna, Necessità del raffreddamento della carica. Turbomatching. Transitori di carico, Motori per trazione stradale. Combustibili per motori a combustione interna. Rapporto aria-combustibile, Caratteristiche dei combustibili: Potere Calorifico. Caratteristiche dei combustibili: Potere calorifico, Resistenza alla detonazione, Accendibilità, Volatilità. Iniezione nei motori ad accensione comandata. Iniezione nei motori ad accensione comandata, Iniezione a punto singolo, Iniezione a punti multipli. Regolazione della dosatura tramite la sonda lambda, Iniezione nei motori ad accensione spontanea. Iniezione nei motori ad accensione spontanea, Common rail, Elettroiniettore. Elettroiniettore, Treno di iniezioni. Breakup primario e secondario. Breakup primario e secondario. Moto dell aria, Moti turbolenti, Differenza tra media d insieme e media mobile. Scale caratteristiche. 4
Modulo 7 - Lezione 41 Modulo 7 - Lezione 42 Modulo 8 - Lezione 43 Modulo 8 - Lezione 44 Modulo 8 - Lezione 45 Modulo 8 - Lezione 46 Modulo 8 - Lezione 47 Modulo 8 - Lezione 48 Modulo 8 - Lezione 49 Modulo 8 - Lezione 50 Modulo 9 - Lezione 51 Modulo 9 - Lezione 52 Modulo 9 - Lezione 53 Modulo 9 - Lezione 54 Modulo 9 - Lezione 55 Modulo 9 - Lezione 56 I moti organizzati in camera di combustione, Tumble, Swirl. Swirl, Squish, Evoluzione del moto nel ciclo. Fondamenti del processo di combustione, Autoaccensione. Autoaccensione, Propagazione del fronte di fiamma, Combustione turbolenta. Combustione diffusiva, Combustione nei motori ad accensione comandata. Combustione nei motori ad accensione comandata. Combustione nei motori ad accensione comandata, Legge di rilascio calore per motori ad accensione comandata, Combustioni anomale, Accensione a superficie. Detonazione, Camere di combustione per motori ad accensione comandata. Camere di combustione per motori ad accensione comandata, Analisi della combustione nei motori ad accensione spontanea, Ritardo all accensione, Combustione premiscelata e diffusiva. Combustione premiscelata e diffusiva, Legge di rilascio calore per motori ad accensione spontanea, Camere di combustione per motori ad accensione spontanea. Formazione delle specie inquinanti: ossidi di carbonio, idrocarburi incombusti. Formazione delle specie inquinanti: ossidi di azoto, particolato. Formazione delle emissioni inquinanti nei motori ad accensione comandata ed in quelli ad accensione spontanea. Controllo delle emissioni inquinanti nei motori ad accensione comandata. Abbattimento delle emissioni inquinanti nei motori ad accensione comandata. Controllo ed abbattimento delle emissioni inquinanti nei motori ad accensione spontanea. 5