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PORTALE DELLA DIDATTICA

Controllo delle emissioni di inquinanti

02IHDNE

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 56
Esercitazioni in aula 9
Esercitazioni in laboratorio 15
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Spessa Ezio Professore Ordinario ING-IND/08 56 9 0 0 19
Collaboratori
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/08 8 B - Caratterizzanti Ingegneria meccanica
2018/19
L'insegnamento si propone di analizzare i processi di formazione delle emissioni inquinanti nei motori termici. Verranno analizzate le problematiche relative al contenimento degli inquinanti a regime e durante le fasi di avviamento e di funzionamento a freddo del motore. Verranno introdotte le attuali tecnologie per lo sviluppo e l’ottimizzazione di motori ad alta efficienza ed a basso impatto ambientale.
The goal of this subject is to examine the formation processes of pollutant emissions in thermal engines and to analyse the means to control them under steady-state conditions as well as for transient and cold start operations. The second part of the subject analyses the range of technology ways that can be applied to design highly-efficient and low-environmental impact engines.
Conoscenza e comprensione dei fenomeni chimici e termofluidodinamici alla base dei processi di formazione degli inquinanti nei motori. Capacità di eseguire una valutazione preliminare delle emissioni allo scarico per le principali tipologie di motori per la trazione e del loro impatto sull’ambiente. Capacità di proporre degli interventi mirati al contenimento degli inquinanti e della CO2.
Knowledge of chemical and thermo fluid dynamic phenomena leading to pollutant emission formation. Competences needed to: estimate pollutant emission and environmental impact of main IC engine architectures; design and implement strategies for CO2 and pollutant emission control.
Conoscenze dei principi della termofluidodinamica-energetica, dei sistemi di conversione dell’energia e della chimica di base. Conoscenza dei principi di funzionamento dei motori alternativi a combustione interna e dei loro componenti e sottosistemi, con particolare riferimento ai sistemi di alimentazione dell’aria e del combustibile ed al sistema di combustione.
Knowledge of the fundamentals of thermo fluid dynamics and chemistry. Knowledge of the operating principles of IC engines and their subsystems and components, with specific reference to charging, fuel injection and combustion apparatuses.
Riserve, produzione e distribuzione di combustibili per il trasporto; analisi ‘well-to-wheel’; controllo delle emissioni inquinanti e di gas ad effetto serra.Principali tipologie di emissioni, loro sorgenti e processi evolutivi. Impatto ambientale delle emissioni allo scarico dei motori a CI: effetto serra; smog fotochimico; piogge acide; effetti dell’ozono e del particolato.Effetti sulla salute delle emissioni. Produzione di emissioni inquinanti nei motori a Si e CI. Processi di formazione delle principali sostanze inquinanti e e loro dipendenza dalle variabili di funzionamento: Ossidi di azoto (NOx); Monossido di carbonio (CO); Idrocarburi incombusti (HC); Particolato (PM); Ossidi di zolfo (SOx). Il contesto normativo (emissioni di inquinanti e di CO2). Analisi dei transitori di funzionamento e dinamica delle emissioni nei motori; controllo delle emissioni inquinanti durante i transitori veloci e lenti. Trattamento delle emissioni allo scarico in motori ad accensione comandata. Reattori termici, convertitori catalitici e loro evoluzione tecnologica, tecnologie emergenti. Sistemi di post-trattamento delle emissioni allo scarico in motori ad accensione per compressione. Catalizzatori di ossidazione. Trappole di particolato e loro rigenerazione. Catalizzatori e trappole di ossidi di azoto. Catalizzatori DENOx. Controllo delle emissioni a bordo del veicolo durante la sua vita utile: On-Board Diagnostics e On-Board Monitoring. Evoluzione tecnologica dei motori ad accensione comandata: iniezione diretta; tecnologie per la riduzione delle emissioni inquinanti e dei consumi nei motori a benzina; motori a gas naturale ed a combustibili alternativi. Evoluzione tecnologica dei motori ad accensione per compressione: controllo della combustione e della formazione di emissioni inquinanti, nonchè dei consumi mediante sistemi ‘Common Rail multijet’ e tecnologie emergenti. Elettrificazione del powertrain: veicoli elettrici ed ibridi.
Energy outlook for road vehicles; 'well-to-wheel' analysis; control of pollutant and greenhouse gas emissions. Emissions sources . Environmental impact of exhaust emissions from IC engines: greenhouse effect, photochemical smog, acid rain and effects on ozone. Production of pollutant emissions in SI and CI engines: Nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (HC), particulate matter (PM), sulfur oxides (SOx). Dependence on engine operating variables: The regulatory framework (emissions of pollutants and CO2). Analysis of engine transients operations; controlling emissions during transients. Aftertreatment of exhaust emissions in spark ignition engines. Thermal reactors, catalytic converters and their technological evolution, emerging technologies. Aftertreatment of exhaust emissions in compression ignition engines. Oxidation catalysts. Particulate traps and their regeneration. Catalysts and traps for nitrogen oxides. DeNOx catalysts. Control of emissions during vehicle lifetime: On-Board Diagnostics and On-Board Monitoring. Technological evolution of spark-ignition engines: direct injection technologies for the reduction of pollutant emissions and fuel consumption in gasoline engines, natural gas engines and alternative fuels. Technological evolution of compression-ignition engines: combustion control, advanced injection systems, emerging technologies. Electrification of the powertrain: electric and hybrid vehicles.
ESERCITAZIONI Sistemi e tecniche per la misura delle emissioni inquinanti: analizzatori a raggi infrarossi (NDIR); analizzatori a chemiluminescenza (CLD); analizzatori a ionizzazione di fiamma (FID); misura del particolato. Metodologie per il calcolo della dosatura in base ai costituenti dei gas di scarico. Calcolo delle emissioni specifiche. Calcolo del ‘Carbon Dioxyde Equivalent’. LABORATORI Misura delle emissioni inquinanti in motori alternativi ad accensione comandata: analisi degli effetti della dosatura e dell’anticipo di accensione sulle emissioni inquinanti.
APPLIED LECTURES Systems and techniques for the measurement of pollutant emissions: infrared analyzers (NDIR) chemiluminescent detector (CLD); flame ionization detector (FID); measurement of particulate matter. Methodologies for the calculation of the air-fuel ratio according to the constituents of the exhaust gas. Calculation of specific emissions. Calculation of 'Carbon Equivalent Dioxyde'. LABORATORIES Measurement of pollutant emissions in spark ignition reciprocating engines: analysis of the effects of air-duel ration and spark advance on pollutant emissions.
Il materiale didattico verrà fornito dal docente a lezione e sarà disponibile in formato pdf sul portale della didattica. Oltre a tale materiale si consigliano i seguenti testi di riferimento: Heywood, J.B. “Internal Combustion Engine Fundamentals”, McGraw Hill, 1989. Patterson, D.J., Heneim, N.A. “Emissions from Combustion Engines and Their Control",”Ann Arbor Science Publisher Inc., 1972. Heck, R.M., Farrauto, R.J., “Catalytic Air Pollution Control - Commercial Technology”, John Wiley & Sons, Inc., 1995
Didactic material such as notes diagrams and tables used during lectures and practical work are available to students in pfd format through webportal. The following is a list of references for further study. Heywood, J.B. “Internal Combustion Engine Fundamentals”, McGraw Hill, 1989. Patterson, D.J., Heneim, N.A. “Emissions from Combustion Engines and Their Control",”Ann Arbor Science Publisher Inc., 1972. Heck, R.M., Farrauto, R.J., “Catalytic Air Pollution Control - Commercial Technology”, John Wiley & Sons, Inc., 1995
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
Exam: Compulsory oral exam; Compulsory oral exam; Compulsory oral exam;
L’esame è orale. Il candidato dovrà rispondere a due o tre domande, sviluppandone i temi attraverso la discussione o lo svolgimento di brevi calcoli. Le prove d’esame durano in media circa sessanta minuti l’una.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Compulsory oral exam; Compulsory oral exam; Compulsory oral exam;
Examination is based on an oral exam. The student is required to answer 2-3 questions. He has to discuss the topics and might be required to make some simple calculations.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
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