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PORTALE DELLA DIDATTICA

Propulsori termici

03EXGNE

A.A. 2020/21

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Collaboratori
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/08 10 B - Caratterizzanti Ingegneria meccanica
2018/19
Insegnamento dell’orientamento "Propulsione dei veicoli terrestri". Si propone di fornire le conoscenze relative alle caratteristiche di funzionamento e di rendimento dei motori termici per trazione e le nozioni di base per la loro progettazione dal punto di vista termofluidodinamico.
Subject belonging to the “Ground-vehicles propulsion systems” branch. It is addressed at providing the knowledge related to the functioning, operation and efficiency of internal combustion engines for ground vehicles propulsion, and the basic skills for their engineering and design from the Thermo-Fluid Dynamics viewpoint.
Conoscenza approfondita delle caratteristiche di funzionamento e di rendimento dei motori termici per trazione. Conoscenza delle architetture dei motori e dei problemi dinamici connessi. Conoscenza dei principali apparati di alimentazione dell’aria e del combustibile. Conoscenza delle problematiche della combustione nei motori e della loro influenza sul rendimento e sulle emissioni di inquinanti. Capacità di definire le specifiche di progetto dei sistemi di propulsione tenendo conto dei vincoli tecnologici, economici ed ambientali. Capacità definire le architetture dei sistemi di propulsione sulla base delle specifiche di progetto. Capacità di progettare e sviluppare i motori dal punto di vista termofluidodinamico.
Deep knowledge of the features of functioning and efficiency of internal combustion engines for ground vehicles propulsion. Knowledge of the architecture of engines and the related dynamic issues. Knowledge of the main components for the air and fuel management. Knowledge of issues related to combustion processes and related influence on the engine efficiency and emissions of pollutants. Capability of defining the design specifications for propulsion systems keeping into account the technological, economic and environmental constraints. Capability of defining the architectures of propulsion systems on the base of engineering specifications. Capability to develop the engineering and design as well as develop the engines from the Thermo-Fluid Dynamics viewpoint.
Sono propedeutiche le nozioni di termodinamica, la conoscenza dell’architettura e delle caratteristiche di funzionamento delle macchine a fluido e le nozioni di base relative alla cinematica ed alla dinamica dei principali manovellismi ed organi di trasmissione del moto.
Students are supposed to have a preliminary background in thermodynamics, as well as in the kinematics and dynamics of reciprocating engines.
GENERALITÀ, CLASSIFICAZIONE, FASI, RENDIMENTI, PRESTAZIONI DEI MOTORI Richiami sulla classificazione dei motori alternativi in base alle caratteristiche di funzionamento, alle caratteristiche cinematiche, in base ai tempi. Richiami sul rendimento limite, sul rendimento termodinamico interno e sul rendimento organico e sulla pme al variare della dosatura e della velocità angolare. ALIMENTAZIONE DELL'ARIA Coefficiente di riempimento nei motori a 4T: generalità, studio particolareggiato, analisi dell'apparato di distribuzione. Sovralimentazione con compressore trascinato meccanicamente od azionato da turbina a gas di scarico. ALIMENTAZIONE DEL COMBUSTIBILE Alimentazione del combustibile nei motori Otto: - Requisiti generali, problemi di ripresa e di avviamento a freddo. - Carburatore elementare. - Apparati di iniezione elettronica. Alimentazione del combustibile nei motori Diesel: - Requisiti in termini di polverizzazione e di penetrazione del getto. - Sistemi di iniezione meccanica e sistemi di iniezione tipo "common rail". - Iniettori-pompa. EQUILIBRAMENTO DEI MOTORI ALTERNATIVI Forze e momenti agenti sul motore alternativo. Criteri per la scelta dello sfasamento delle manovelle e per la loro disposizione longitudinale. Equilibramento di forze o momenti residui con masse su alberi supplementari. Motori a V, motori stellari e motori "boxer". Ordine di accensione COMBUSTIONE Generalità: velocità di reazione e temperatura di accensione. Macchine a compressione rapida e tempi di induzione. Combustibili per motori ad accensione comandata e ad accensione per compressione. COMBUSTIONE NEI MOTORI AD ACCENSIONE COMANDATA Parametri che influenzano la velocità di propagazione della fiamma. Anomalie di combustione: preaccensione, autoaccensione, misfiring, detonazione. Metodi di misura standardizzati e non convenzionali dell'intensità di detonazione. Numero di ottano. COMBUSTIONE NEI MOTORI AD ACCENSIONE PER COMPRESSIONE Ritardo all'accensione, andamento delle pressioni, delle masse iniettate e bruciate, ruvidezza. Numero di cetano. Fumosità, limiti di dosatura, problemi di polverizzazione, diffusione, turbolenza, penetrazione. EMISSIONI DI INQUINANTI Effetti nocivi, meccanismi di formazione, influenza dei parametri geometrico-costruttivi e dei parametri di funzionamento. Metodi di abbattimento degli inquinanti: catalizzatori a tre vie, trappole per il particolato, catalizzatori SCR ed LNT. Legislazione vigente e cicli di prova. MOTORIZZAZIONI IBRIDE
INTRODUCTION: CLASSIFICATIONS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES AND MAIN OPERATING AND PERFORMANCE PARAMETERS Reciprocating internal combustion engines classifications based on operating characteristics and on operating cycle duration (four-stroke or two-stroke). Ideal efficiency, indicating efficiency, mechanical efficiency definitions. IMEP, BMEP, FMEP definitions and trends vs air/fuel ratio and engine speed. RECIPROCATING ENGINE BALANCING Forces and torques acting on the engine. Criteria for the selection of the angular shift of the cranks and for their longitudinal arrangement on the crankshaft. Balancing of the residual forces and torques with the support of masses on additional shafts. V-engines, radial engines and “boxer” engines. Firing order. AIR MANAGEMENT Volumetric efficiency in four-stroke engines: characteristics, detailed study of the gas exchange process. Supercharging and turbocharging. FUEL MANAGEMENT Fuelling of SI engines: - General requirements, problems with tip-in manoeuvres and cold starts. - Carburettors. - Electronic injection systems. - Direct injection. - Fuelling systems for engines using gaseous fuels. Fuelling of CI engines: - Requirements in terms of atomization and penetration of the fuel jet. - Mechanical injection systems and “common rail” injection systems. - Pump-injectors. COMBUSTION Overview: reaction velocity and ignition temperature. Rapid compression machines and air/fuel mixtures induction times. Fuels for SI and CI engines. COMBUSTION IN SI ENGINES Parameters which determine the flame front speed. Abnormal combustion: pre-ignition, auto-ignition, misfiring, knock. Standard and non-conventional methods for the measurements of the knocking intensity. Octane number of fuels. COMBUSTION IN CI ENGINES Ignition delay, fuel injection rate and fuel burning rate. Effects of multiple injections. Combustion noise. Cetane number of fuels. Non-conventional combustions (HCCI, PCCI, etc). POLLUTANT EMISSIONS Environmental and health effects, current regulations, type approval driving cycles. Pollutant emissions formation mechanisms. Technologies for pollutants control: "in cylinder" technologies (EGR) and after-treatment technologies (three-way catalysts, particulate traps, LNT and SCR catalysts). HYBRID ELECTRIC VEHICLES Overview, classification. Control strategies and operating modes.
1^ ESERCITAZIONE Particolarità costruttive di un motore alternativo a 4T ad accensione comandata per trazione automobilistica. 2^ ESERCITAZIONE Calcolo consumi ed emissioni di autoveicoli su cicli guida NEDC e WLTP 3^ ESERCITAZIONE Dimensionamento di massima del volano di un motore alternativo a 4T ad accensione comandata per trazione automobilistica. Calcolo della pmi, delle pressioni efficaci e tangenziali. Calcolo del lavoro motore e del lavoro resistente (motore monocilindrico e pluricilindrico). Calcolo del volano e della velocità angolare (motore monocilindrico e pluricilindrico). 4^ ESERCITAZIONE Analisi del ciclo indicato di un motore 4T ad accensione comandata. Analisi della combustione e determinazione della legge di rilascio del calore. 5^ ESERCITAZIONE Misure di laboratorio. - Apparecchiature per il rilievo della potenza: freni dinamometrici tarati ed a reazione; cenni su torsiometri ed estensimetri; misure di velocità angolare. - Curve caratteristiche: caratteristica meccanica, caratteristica di regolazione, cubica di utilizzazione. - Correzione di potenza per motori Otto e per motori Diesel. - Rilievo e calcolo delle emissioni inquinanti 1^ LABORATORIO Smontaggio di un motore alternativo a 4T. 2^ LABORATORIO Rilievi sperimentali su motore ad accensione comandata 3^ LABORATORIO Rilievi sperimentali su motore diesel Visite Guidate Sono previste di norma le seguenti visite: - Centro Ricerche Fiat (Orbassano) - General Motors Powertrain Europe (Cittadella Politecnica)
Training / Laboratories 1^ TRAINING Analysis of main design features of internal combustion engines 2^ TRAINING Fuel consumption and emissions calculations of passenger cars over the NEDC and the WLTP driving cycles. 3^ TRAINING Design of the flywheel for a 4-stroke reciprocating engine for automotive application (for both a single cylinder engine and a multi-cylinder engine). 4^ TRAINING Indicating analysis for a 4-stroke s.i. engine. Combustion analysis and calculation of the heat release rate. 5^ TRAINING Experimental measurements on internal combustion engines 1^ LABORATORY Disassembly of a 4-stroke reciprocating engine. 2^ LABORATORY Experimental measurements on a SI engine. 3^ LABORATORY Experimental measurements on a CI engine.
È consigliabile frequentare lezioni ed esercitazioni, servirsi degli appunti per la preparazione dell'esame, dal momento che non esiste un unico testo che tratti tutti gli argomenti dell'insegnamento in modo simile a quello adottato. Testi per approfondire singoli argomenti, ove ciò sia necessario nella futura attività professionale, sono i seguenti: • G. Ferrari: “Motori a combustione interna”, Ed. Esculapio, 2016, ISBN: 9788874889716. • J. B. Heywood: “International combustion engine fundamentals”, McGraw-Hill, 2nd Ed. 2018, ISBN-10: 1260116107. • “Automotive Handbook”, R. Bosch Ed., 7° Ed., 2007 – ISBN 978-0-76801953-7 Il materiale didattico fornito durante il corso sarà reso disponibile in formato elettronico tramite il portale della didattica.
Attending both theoretical and practical lectures is warmly recommended, since there is not a single text for all the topics of the subject. For more details on specific topics, the following books can provide a comprehensive reference: - G. Ferrari: “Motori a combustione interna”, Ed. Esculapio, 2016, ISBN: 9788874889716. - J. B. Heywood: “International combustion engine fundamentals”, McGraw-Hill, 2nd Ed. 2018, ISBN-10: 1260116107. - “Automotive Handbook”, R. Bosch Ed., 7° Ed., 2007 – ISBN 978-0-76801953-7.
Modalità di esame: prova scritta;
L’esame è svolto esclusivamente in forma scritta e consta di: - quattro domande a risposta aperta, riguardanti sia le lezioni sia le esercitazioni numeriche e di laboratorio svolte, - un esercizio di calcolo volto a verificare la padronanza dello studente per quanto riguarda la determinazione dei principali parametri operativi e di progetto dei motori. La durata è di due ore. Non è consentito l’utilizzo di alcun tipo di materiale didattico di supporto (libri, appunti, ecc.). La correzione viene effettuata individualmente, di norma immediatamente dopo il termine dell’esame. Un esempio di compito scritto viene distribuito durante il semestre tramite il portale della didattica, in modo da consentire agli studenti di valutare la propria preparazione. Sebbene le relazioni relative alle esercitazioni di calcolo assegnate durante il semestre non concorrano alla determinazione del voto finale, lo svolgimento e la consegna delle relazioni assegnate durante il semestre e’ condizione necessaria per l’ammissione alla prova scritta. L'esame si propone di verificare che lo studente abbia acquisito una sufficiente padronanza degli argomenti trattati nel corso, e sia in grado di analizzare criticamente, anche in termini quantitativi, il funzionamento dei motori a combustione interna dal punto di vista termofluidodinamico.
Exam: written test;
The final exam is only in written form and it is made of 4 questions (open answers) and 1 numerical problem, for a total duration of 2 hours. The use of books, notes or any other kind of support material is not allowed. A sample of a typical exam test will be distributed through the Web before the end of the semester, so to allow students to perform a self-evaluation test before the final exam. Reports assigned during the semester must be delivered to the lecturer before the written exam, mandatorily: although the reports will not be evaluated for the final score, students are requested to deliver their reports to be admitted to the final written exam. The aim of the exam is to check that the student possesses an adequate knowledge of internal combustion engines, also on a quantitative basis, and is capable to perform a critical analysis of internal combustion engines operation from a thermofluiddynamic viewpoint.


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