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.

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.

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.

LEZIONI
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.

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.

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

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.