L'insegnamento si propone di analizzare le tecnologie per la decarbonizzazione e il contenimento delle emissioni di inquinanti nei sistemi per la propulsione dei veicoli terrestri. Particolare attenzione verrà dedicata all'impatto dei combustibili rinnovabili nei motori a combustione interna e a quello dell'elettrificazione del powertrain, nell'ambito dell'attuale contesto normativo e delle sue evoluzioni previste. Verranno inoltre analizzate le metodologie per l'analisi di sostenibilità dei nuovi sistemi di propulsione lungo l'intero ciclo vita.

Conoscenza e comprensione dei fenomeni chimici e termofluidodinamici alla base dei processi di formazione degli inquinanti nei motori e nei sistemi di combustione. Conoscenza e comprensione del contesto normativo per i veicoli terrestri. Capacità di proporre degli interventi mirati al contenimento degli inquinanti e della CO2 nei sistemi di propulsione. Capacità di eseguire una valutazione preliminare degli impatti ambientali e di impostare un'analisi dei costi e benefici per le principali tipologie di sistemi di propulsione e dei relativi componenti.

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.

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, nonché dei consumi mediante sistemi ‘Common Rail multijet’ e tecnologie emergenti. Elettrificazione del powertrain: veicoli elettrici ed ibridi. Analisi di sostenibilità dei sistemi di propulsione e metodologie per il calcolo degli impatti lungo l'intero ciclo vita del veicolo.

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 - Ottimizzazione dell'architettura e della strategia di controllo di motopropulsori ibridi - Tecniche model-in-the-loop, hardware-in-the-loop e di rapid-prototyping applicate al controllo delle emissioni in motori a combustione interna.

Il materiale didattico verrà fornito dal docente a lezione e sarà disponibile in formato pdf sul portale della didattica. Oltre a tale materiale si consiglia il seguente testo di riferimento: Heywood, J.B. “Internal Combustion Engine Fundamentals”, McGraw Hill, 2nd edition, 2018. Une versione elettronica di questo testo è scaricabile, ad un prezzo concordato riservato agli studenti del Politecnico di Torino, dal bookstore della McGrawHill utilizzando il seguente link: https://create.mheducation.com/shop/#/catalog/details/?isbn=9781307412017

Slides; Video lezioni tratte da anni precedenti; Strumenti di auto-valutazione;

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

Exam: Compulsory oral exam;

... L’esame consiste in una prova orale finalizzata all'accertamento e verifica del raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi (descritti in dettaglio nel riquadro specifico di questa scheda). La prova orale generalmente consiste di due domande, relative alle tematiche discusse a lezione, esercitazione e/o laboratori (vedi descrizione tematiche nei riquadri Programma e Organizzazione dell'insegnamento). Se necessario ai fini dell'accertamento e verifica, potranno essere poste domande addizionali. Le prove d’esame durano in media circa novanta minuti l’una. In casi specifici identificati ed autorizzati dal docente, e sempre sotto la supervisione diretta di quest'ultimo, è possibile consultare il materiale didattico durante lo svolgimento della prova orale.

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.