L'insegnamento di Motori a Combustione Interna, parte dell’orientamento “Propulsione dei Veicoli Terrestri” del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica, fornisce le conoscenze necessarie per comprendere il funzionamento, le prestazioni e l’impatto ambientale dei motori a combustione interna, nonché per una loro prima progettazione dal punto di vista termofluidodinamico. Nonostante le politiche europee prevedano lo stop alla vendita di nuove auto con motore a combustione a partire dal 2035, questa tecnologia continua a rivestire un ruolo fondamentale, sia nei mercati extraeuropei che nei settori heavy-duty, off-road e marino. La formazione offerta risponde quindi a una domanda reale da parte dell’industria, e rappresenta una solida base per opportunità occupazionali nel campo della progettazione, della simulazione numerica, della sperimentazione e del controllo dei sistemi propulsivi termici. L’insegnamento quindi riveste un ruolo chiave nella formazione dell’ingegnere meccanico, fornendo competenze fondamentali su sistemi di conversione dell’energia ancora oggi centrali per la mobilità e per l’industria manifatturiera. In un contesto di transizione energetica, il corso permette di comprendere i limiti delle tecnologie tradizionali e di contribuire in modo consapevole allo sviluppo di soluzioni più sostenibili.

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 di 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.

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.

GENERALITÀ, CLASSIFICAZIONE, FASI, RENDIMENTI, PRESTAZIONI DEI MOTORI (circa 12 h) 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 pressione media effettiva al variare della dosatura e della velocità angolare. EQUILIBRAMENTO DEI MOTORI ALTERNATIVI (circa 3h) 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 "boxer" e motori stellari. Ordine di accensione ALIMENTAZIONE DELL'ARIA (circa 12 h) 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 (circa 9 h) Alimentazione del combustibile nei motori ad accensione comandata - Requisiti generali, problemi di ripresa e di avviamento a freddo. - Apparati di iniezione elettronica. Alimentazione del combustibile nei motori Diesel: - Requisiti in termini di polverizzazione e di penetrazione del getto. - Sistemi di iniezione meccanica (cenni) e sistemi di iniezione di tipo "common rail". COMBUSTIONE (circa 6 h) 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 (circa 6 h) Propagazione della fiamma in miscele combustibile-comburente preformate. Anomalie di combustione: preaccensione, autoaccensione, misfiring, detonazione. Numero di ottano. COMBUSTIONE NEI MOTORI AD ACCENSIONE PER COMPRESSIONE (circa 6 h) Ritardo all'accensione, combustione diffusiva, rumore di combustione Numero di cetano. Fumosità, limiti di dosatura, problemi di polverizzazione, diffusione, turbolenza, penetrazione dello spray di combustibile. EMISSIONI DI INQUINANTI (CENNI) (circa 12 h) 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 ossidanti e catalizzatori riducenti SCR ed LNT. Legislazione vigente e cicli di prova.

Sono previste ogni anno 1-2 visite guidate presso centri di ricerca e sviluppo dell'area torinese, quali ad esempio Dumarey e FPT Industrial

L’insegnamento comprende lezioni in aula per circa 70 ore, esercitazioni di calcolo in aula e presso i LAIB ed esercitazioni di laboratorio per circa 30 ore complessivamente. Gli argomenti delle lezioni sono illustrati nella sezione “Programma”, mentre quelli delle esercitazioni di calcolo e di laboratorio sono elencati qui di seguito. Per le esercitazioni contrassegnate da (*) è prevista la stesura di una relazione di gruppo, che contribuisce al voto finale come dettagliato nella sezione relativa all’esame. Scopo delle esercitazioni è quello di chiarire con esempi applicativi i concetti introdotti a lezione, e sviluppare la capacità di effettuare valutazioni critiche in termini quantitativi, al fine di poter individuare la soluzione tecnica ottimale per ciascuna applicazione. Le esercitazioni in aula ed in laboratorio sono articolate come segue: 1^ ESERCITAZIONE (4.5 h) Particolarità costruttive di un motore alternativo a 4T ad accensione comandata per trazione automobilistica. 2^ ESERCITAZIONE (3 h) * Calcolo consumi ed emissioni di autoveicoli su cicli guida NEDC e WLTP 3^ ESERCITAZIONE (3 h) * 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 (4.5 h) * Analisi del ciclo indicato di un motore 4T ad accensione comandata. Analisi della combustione e determinazione della legge di rilascio del calore. 1^ LABORATORIO (1.5 h) Smontaggio di un motore alternativo a 4T. 2^ LABORATORIO (1.5 h) Rilievi sperimentali su motore ad accensione comandata 3^ LABORATORIO * (1.5 h) Rilievi sperimentali su motore diesel - Calcolo emissioni specifiche 4^ LABORATORIO (presso i LAIB - 9 h) Simulazione numerica - utilizzo di codici di simulazione 1D CFD (GT- Power)

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.

Slides; Dispense; Esercitazioni di laboratorio; Video lezioni tratte da anni precedenti; Strumenti di simulazione; Strumenti di auto-valutazione;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato scritto prodotto in gruppo;

Exam: Written test; Group essay;

... 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 (5 punti per domanda), - 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 (7 punti). 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 della prova scritta. 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. Le relazioni relative alle esercitazioni di calcolo assegnate durante il semestre concorrono alla determinazione del voto finale per un massimo di 4 punti, che si sommano al voto dell'esame scritto. Lo svolgimento e la consegna (tramite caricamento sul portale della didattica nella sezione "Elaborati") delle relazioni assegnate durante il semestre e’ condizione necessaria per l’ammissione alla prova scritta. Le relazioni possono essere svolte in gruppi, composti da non più di 3 studenti ciascuno. Infine, è possibile partecipare, con frequenza settimanale, ad una prova a quiz composta da 10 domande a risposta chiusa (Kahoot), ed acquisire, nel caso di partecipazione ad almeno l'80% dei quiz con risultato sufficiente (6 risposte corrette su 10), un ulteriore punto da sommare al voto dell'esame scritto finale ed alla valutazione delle esercitazioni, raggiungendo quindi un punteggio massimo di 32/30, cui corrisponde la valutazione di 30 e lode. L'esame si propone di verificare che lo studente abbia acquisito una adeguata conoscenza del funzionamento dei motori a combustione interna dal punto di vista termofluidodinamico, e sia in grado di analizzare criticamente, anche in termini quantitativi, differenti soluzioni costruttive e tecnologiche sia per quanto riguarda il loro costo complessivo durante l'intero ciclo di vita, sia per quanto riguarda il loro impatto ambientale in termini di emissioni di sostanze inquinanti e climalteranti.

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.