G. Ferrari, Motori a Combustione Interna, Esculapio editore
J. B. Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw Hill International Editions.
G. A. Pignone, U. R. Vercelli, Motori ad alta potenza specifica, Giorgio NADA editore
Obiettivi Formativi
L'obiettivo generale del corso è quello di fornire competenze nell'ambito delle macchine volumetriche motrici (Motori a Combustione Interna) ed operatrici (compressori e pompe volumetriche).
In particolare saranno erogate conoscenze sugli aspetti termo-fluidodinamici, sui principali criteri per il design e per l'analisi delle performance.
Lo studente della Laurea Magistrale in Energetica (ENM) maturerà le seguenti Capacità Acquisite (CA) e le seguenti conoscenze e competenze (CC):
CA1 Capacità di analisi e modellazione di componenti e sistemi meccanici/elettrici/propulsivi: problemi e modelli alla base dell'ingegneria industriale, con particolare riferimento all'ingegneria meccanica ed energetica.
CA2 Capacità di applicare la propria conoscenza in campo termofluidodinamico e macchinistico per risolvere problemi di termodinamica teorica ed applicata, fluidodinamica e scambio termico
CC2 Strumenti per la modellazione dei sistemi energetici/meccanici/propulsivi e loro ruolo a supporto dell’analisi e progettazione di sistemi e componenti. La comprensione dell’organizzazione dell’informazione in basi di dati e della progettazione informatica a supporto dei processi
CC5 Fluidodinamica applicata e macchine: componenti di macchine e sistemi di conversione dell’energia, propulsivi e principi di progettazione: dall’approccio 0D base alla CFD per la progettazione avanzata (ottimizzazione).
Lo studente della Laurea Magistrale in Meccanica (MEM) maturerà le seguenti Capacità Acquisite (CA) e le seguenti conoscenze e competenze (CC):
CA11: Le capacità migliorate di presentare in forma scritta, verbale e, eventualmente, multimediale, le proprie argomentazioni e i risultati del proprio studio o lavoro, con caratteristiche di organicità e rigore tecnico.
CA12: La capacità adeguata di comprensione delle fonti in lingua inglese.
CA15: La capacità di raggiungere una preparazione adeguata per poter accedere al terzo livello degli studi universitari (frequenza a master di secondo livello ed a scuole di dottorato), in modo da approfondire ulteriormente conoscenze e capacità nell’ambito della ricerca.
CC3: La conoscenza e l’utilizzo di strumenti scientifici (informatici e di altra natura) specifici per il settore della progettazione nell’ambito proprio dell’ingegneria meccanica
CC12: La conoscenza dei metodi per ideare, pianificare, progettare e gestire sistemi, processi e servizi complessi e/o innovativi.
Lo studente della Laurea Triennale in Ingegneria Meccanica (MEL) maturerà le seguenti Capacità Acquisite (CA) e le seguenti conoscenze e competenze (CC):
CC4#B049 La conoscenza della termodinamica, teorica ed applicata agli impianti ed ai sistemi energetici, e dei fenomeni fluidodinamici nonché dei modelli in grado di rappresentarli; la conoscenza dei sistemi e delle macchine per la produzione e la conversione dell’energia, con riferimento particolare alle turbomacchine ed agli apparati industriali di combustione. La comprensione del ruolo svolto dalle diverse tecnologie energetiche al fine di garantire la sostenibilità ambientale ed economica della produzione.
CA4#B049 La capacità di scegliere e applicare appropriati metodi analitici, di modellazione e di sperimentazione per progettare, analizzare e collaudare macchine a fluido, motori termici e di sistemi per la conversione dell'energia, includendo: l’applicazione dei criteri di progettazione degli impianti tecnici e termotecnici, di distribuzione dei fluidi e dell'energia; l’applicazione dei principi della termodinamica a sistemi semplici; la comprensione dei principali cicli termodinamici e la lettura di diagrammi termodinamici; l’individuazione dei meccanismi di trasmissione del calore significativi per le applicazioni ingegneristiche; l’analisi e la progettazione funzionale di apparati di interesse meccanico quali turbomacchine, impianti di conversione energetica e motori a combustione interna; la valutazione delle prestazioni energetiche, economiche e ambientali di macchine a fluido, termiche e di elementi oleodinamici.
Saranno inoltre acquisite le seguenti Conoscenze Trasversali (CT):
CT3 Sviluppo di una espressione e discussione tecnica adeguata di proprie argomentazioni
CT4 Rappresentazione e comunicazione grafica (redazione di schemi, grafici e tabelle)
Prerequisiti
Cicli termodinamici (verranno accennati)
Cicli ideali di Beau de Rochas, primo e secondo ciclo Diesel e ciclo di Sabathé
Ciclo limite
Ciclo reale (indicato)
Meccanica e cinematica del manovellismo
Accoppiamento camma punteria
Equilibratura del motore
Metodi Didattici
Il programma del corso viene portato avanti mediante lezioni frontali con il supporto della proiezione di slide
Modalità di verifica apprendimento
La verifica dell'apprendimento viene effettuata tramite una prova orale durante la quale vengono rivolte domande su, generalmente, 3 degli argomenti del programma. Si crea così un colloquio verbale portato avanti con un supporto cartaceo in cui il candidato può riportare schemi, formule e grafici. Si verificano la comprensione e l'assimilazione dei concetti trattati (ENM CA1, CA2, CC2, CC5; MEM CA12, CA15, CC3, CC12; MEL CC4, CA4), la capacità di riportare i concetti con schemi e grafici (CT3), collegare i vari ambiti (CT4), la capacità di utilizzare un lessico appropriato.
Programma del corso
-Classificazione dei MCI - Il funzionamento dei motori 2T e 4T - Cenni ai cicli termodinamici di riferimento - Parametri geometrici e cinematici caratteristici. Lavoro, potenza e rendimento
-Coppia – PMI – PME – PMA – Potenza specifica e specifica areale
-Considerazioni sulla potenza: dipendenza da Cilindrata, numero cilindri, rapporto corsa alesaggio
-Leggi di similitudine - Curve caratteristiche - Accoppiamento motore-utilizzatore
-Esame su un elevato campione di veicoli benzina e Diesel dei parametri introdotti
-Regolazione dei motori Otto e Diesel
-Alimentazione aria nel motore a quattro tempi: determinazione del -coefficiente di riempimento - effetti quasi stazionari
-Condizione di flusso attraverso le valvole, il coefficiente di efflusso: espressione analitica e valutazione sperimentale - banco di flussaggio
-Sistemi di aspirazione e scarico: condizioni di moto del fluido, fenomenologia degli effetti dinamici
-Effetti dinamici in un motore a quattro tempi - Diagramma di distribuzione - Anticipi apertura e posticipi chiusura valvole - Sistemi di fasatura variabile delle valvole – geometria variabile dei condotti.
-Alimentazione aria nel motore a due tempi: il processo di lavaggio e disposizione delle luci, coefficiente di efflusso, analisi sperimentale del processo di lavaggio, progetto dei gruppi di lavaggio e scarico, il carter pompa. Effetti dinamici in un due tempi veloce.
-Sovralimentazione. Elementi base – sovralimentazione a pressione costante – sovralimentazione a impulsi. Accoppiamento motore-sovralimentatore
-Cenni alle caratteristiche dei combustibili per motori: combustibili attualmente utilizzati e loro caratteristiche (potere calorifico, resistenza alla detonazione, accendibilità, volatilità, ecc.)
-Alimentazione combustibile nel motore Otto: carburatore elementare e dispositivi supplementari, sistemi di iniezione indiretta e diretta per motori Otto"
-Iniezione di combustibile nel motore Diesel: principali sistemi di iniezione e soluzioni costruttive - Common Rail - caratteristiche dello spray di combustibile.
-Moti della carica nel cilindro: Medie di insieme, fluttuazioni, intensità di turbolenza, moti organizzati della carica: Swirl-Tumble-Squish
-Combustione. Fasi della combustione nei motori ad accensione comandata. Propagazione del fronte di fiamma. Dispersione ciclica. Legge di rilascio del calore. Combustioni anomale: accensione a superficie, detonazione. Combustione Diesel: ritardo di accensione, motori ad iniezione diretta e a precamera. Legge di rilascio del calore
Macchine volumetriche
-Classificazione delle Macchine Volumetriche. Macchine alternative e rotative. Macchine motrici e operatrici.
-Generalità sul funzionamento. Cenni ai cicli termodinamici di riferimento - Parametri geometrici e cinematici caratteristici.
-Principali tipologie e campi di applicazione
-Lavoro, potenza e rendimento
-Ciclo indicato dei compressori alternativi
-Valvole automatiche, tipologie e problematiche associate
-Curve caratteristiche e regolazione delle prestazioni