Il modulo si propone di fornire agli studenti la conoscenza delle tecnologie per il contenimento delle emissioni inquinanti degli autoveicoli e dei principali sistemi alternativi di propulsione per trazione, quali i propulsori ibridi (termico-elettrici) ed i propulsori elettrici (a batterie e/o a Fuel-Cell).

Capacità di individuare la tecnologia più idonea, in termini di processo di combustione e di post-trattamento dei gas di scarico, in funzione del tipo di veicolo e della sua missione.
Capacità di individuare la configurazione di propulsore alternativo più idonea, in funzione del tipo di veicolo e della sua missione.

Sono propedeutiche le nozioni dei corsi di: Propulsori termici, Applicazione del sistema propulsore al veicolo, Progetto del motore e del controllo, Progetto della trasmissione del moto

Introduzione
Contesto ambientale e normativo, contributo della propulsione terrestre all'inquinamento atmosferico, danni all'ambiente ed alla salute causati dalle emissioni inquinanti, legislazione vigente in ambito internazionale.
Formazione, controllo ed abbattimento delle emissioni
Formazione e analisi delle emissioni allo scarico del motore.
Motori ad accensione comandata. Generazione degli inquinanti gassosi: idrocarburi incombusti (HC), ossidi di carbonio (CO, CO2), ossidi di azoto (NOx); influenza dei parametri termodinamici, di combustione e delle variabili di funzionamento del motore sulle emissioni allo scarico e sui consumi di combustibile; formazione di emissioni durante l'avviamento a freddo.
Motori ad accensione per compressione: generazione degli inquinanti gassosi e del particolato (Particulate Matter, PM); problemi connessi al particolato; principali parametri di progetto e di calibrazione che influenzano le emissioni ed il consumo; emissioni non regolamentate.
Misura delle emissioni allo scarico: strumenti non dispersivi a raggi infrarossi, strumenti a ionizzazione di fiamma, misuratori a chemiluminescenza; misura separata degli idrocarburi incombusti metanici e non metanici; metodi di misura del particolato.
Controllo delle emissioni
Principali metodi di contenimento della formazione di emissioni inquinanti nel funzionamento a regime e durante i transitori di regolazione. Ricircolo dei gas di scarico (EGR). Controllo delle emissioni a bordo del veicolo durante la vita utile del medesimo: On-Board Diagnostics (OBD).
Post-trattamento dei gas di scarico. Motori ad accensione comandata: progetto e controllo del catalizzatore trivalente (Three Way Catalist, TWC). Motori ad accensione per compressione: catalizzatore ossidante (Diesel Oxidation Catalyst, DOC); trappole per il particolato (Diesel Particulate Filter, DPF (tipi e controllo). - Catalizzatori ad assorbimento per la riduzione degli NOx in motori a miscele povere; sistemi SCR (Selective Catalytic Reduction) ed LNT (Lean Nox Trap).
Evoluzione Tecnologica dei Motori a Combustione Interna
Sistemi a legge di alzata variabile delle valvole (VVA); ciclo Miller, disattivazione cilindri.
Motore ad accensione comandata ad iniezione diretta (GDI): layout di base; iniezione e processo di stratificazione della carica; riduzione di consumi ed emissioni. Sistema di post-trattamento e sua integrazione con il propulsore.
Motore ad accensione per compressione: evoluzione del motore, sistemi di iniezione common rail: evoluzione futura;
il sistema di combustione; integrazione del catalizzatore di riduzione NOx con il sistema di controllo motore.
Motori a combustione omogenea ad accensione per compressione (Homogeneous Charge Compression Ignition, HCCI).
Motori alimentati con combustibili alternativi: motori a gas naturale (CNG) e a gas di petrolio liquefatto (GPL): layout; alimentazione del gas naturale e del GPL; sistema di combustione; parametri che influenzano consumi ed emissioni.
Cenni sull'impiego di biocombustibili (bioetanolo, biodiesel)
Generalità sui propulsori alternativi, componenti ed applicazioni
'Principali tipologie e possibili classificazioni dei propulsori alternativi: definizioni, modi di funzionamento e confronto in termini di prestazioni ed efficienza
'Classificazione, principi di funzionamento ed analisi dei principali componenti non convenzionali a livello di:
'Sistemi di accumulo di energia e buffer di potenza elettrochimici e non: batterie (al piombo, al nickel, al litio,'), supercondensatori, volani ed elettrovolani;
'Macchine elettriche di trazione e generazione (DC, AC sincroni, AC asincroni, a riluttanza, misti');
'Elettronica di conversione e controllo di tipo DC/DC (step-up, step-down'.) e DC/AC (ponti passivi, attivi ');
'Fuel-Cell Stack e Fuel-Cell System: tipologie di Fuel-Cell, principi di funzionamento, componenti del Fuel-Cell System e soluzioni tecnologiche; caratteristiche di potenza; mappa dei rendimenti; tecniche di controllo. Criteri di dimensionamento e modelli per la simulazione di prestazioni, efficienza. Verifiche sperimentali
Propulsione ibrida con motore a combustione interna ed elettrico
'Architettura del veicolo a propulsione ibrida con motore termico. Tipologie e principi di funzionamento di:
'Ibrido parallelo semplice (propulsore termico assistito elettricamente);
'Ibrido serie semplice (propulsore elettrico assistito termicamente);
'Ibrido serie-parallelo complesso di tipo combinato;
'Ibrido serie-parallelo complesso di tipo split;
'Analisi del sistema propulsivo su veicolo
'Scelta dei componenti a livello d i motore termico, sistema di accumulo di energia e buffer di potenza, macchine elettriche ed elettronica di conversione, trasmissione meccanica (monomarcia, a marce discrete o continua)
.Analisi di veicoli realizzati sia a livello prototipale che di prodotto
Propulsione elettrica
'Architettura del veicolo a propulsione elettrica. Tipologie e principi di funzionamento con:
'alimentazione da batterie elettrochimiche;
'alimentazione da Fuel-Cell;
'alimentazione da sorgente elettrochimica e Fuel-Cell
'Analisi del sistema propulsivo su veicolo
'Scelta dei componenti a livello di sistema di accumulo di energia ed eventuale buffer di potenza, macchine elettriche ed elettronica di conversione, trasmissione meccanica (monomarcia, a marce discrete o continua)
'Analisi di veicoli realizzati sia a livello prototipale che di prodotto
Prospettive e sviluppi futuri
'Requisiti delle applicazioni per i mercati di nicchia e di massa
'Tendenze evolutive e prospettive temporali
'Strategie di introduzione dei propulsori alternativi su veicolo

Saranno effettuate alcune esercitazioni in aula ed in laboratorio dove verranno svolti esercizi ed affrontata la soluzione di problemi applicativi riguardanti concetti sviluppati a lezione, allo scopo di migliorare il grado di apprendimento e di fornire gli ordini di grandezza dei vari parametri studiati a lezione.
'Calcolo consumi ed emissioni di un'autovettura su ciclo guida NEDC
'Calcolo emissioni specifiche 'raw' e 'diluted' su cicli steady state
'Esercizi applicativi sul dimensionamento e sull'analisi delle prestazioni e dell'efficienza di sistemi di propulsione alternativa in differenti possibili architetture
Programma dei laboratori: Rilievi sperimentali emissioni inquinanti. Visita laboratori del CRF ' Test su veicoli con sistemi di propulsione alternativa

Il materiale didattico fornito durante il corso sarà disponibile in formato cartaceo presso il centro stampa, oppure per la parte sul controllo delle emissioni scaricabile in formato elettronico dal portale della didattica

L'esame è articolato, di norma, in due parti, la prima riguardante il controllo delle emissioni e la seconda i sistemi di propulsione alternativa. La prima parte è, di norma, in forma orale; la seconda prevede invece una prova scritta (obbligatoria) ed una prova orale (facoltativa nel caso la prova scritta sia sufficiente).