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 maturerà le seguenti Capacità Acquisite (CA) e le seguinte 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
CA3 Capacità di progettare, analizzare, pianificare e gestire sistemi di conversione energetica, e il loro impatto ambientale ed impianti di servizio e di processo anche complessi e/o innovativi
CA4 Realizzare la progettazione termofluidodinamica dei componenti, a partire dagli aspetti base (0D) fino all’implementazione CFD
CA5 Identificare, formulare e risolvere problemi di ingegneria industriale, in particolare energetica.
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 maturerà le seguenti Capacità Acquisite (CA) e le seguinte conoscenze e competenze (CC):
CA8: La capacità di interpretare in maniera appropriata i risultati dei test sperimentali, dei calcoli di verifica, nonché dei processi di simulazione teorica complessa, tramite l’uso del calcolatore, dando applicazione alle basi, sperimentali, modellistiche, matematiche ed informatiche acquisite.
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
CC6: La conoscenza approfondita dei sistemi e delle tecnologie di produzione. La comprensione dei vantaggi e dei limiti di tecnologie e scelte di processo nei diversi contesti di applicazione. La conoscenza dei metodi per la rappresentazione di componenti e sistemi meccanici, e per la loro ricostruzione a partire da manufatti, approfondendo gli aspetti propriamente connessi con?i sistemi e le tecnologie di produzione.
CC7: La conoscenza dei principi di progettazione degli impianti produttivi e dei processi, delle infrastrutture logistiche di impianto per la movimentazione e lo stoccaggio dei materiali. La comprensione dei vantaggi e dei limiti delle scelte di processo e impiantistiche nei diversi contesti di applicazione.
CC12: La conoscenza dei metodi per ideare, pianificare, progettare e gestire sistemi, processi e servizi complessi e/o innovativi.
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
Altre Informazioni
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 con il quale si verifica la comprensione e l'assimilazione dei concetti trattati, la capacità di collegare i vari ambiti, 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