34957 - MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA LM

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Energia pulita e accessibile Imprese innovazione e infrastrutture Consumo e produzione responsabili Lotta contro il cambiamento climatico

Anno Accademico 2022/2023

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente conosce le problematiche specifiche relative al funzionamento e alla modellizzazione dei motori a combustione interna sia ad accensione comandata che per compressione.

Contenuti

MODULO SUI SISTEMI DI ALIMENTAZIONE DEI MOTORI (PROF. VITTORIO RAVAGLIOLI)

Il calcolo degli indici di prestazione nei MCI (Volume cilindro nel manovellismo di spinta, Coppia Indicata, Rilascio di Calore, MFB, …).

Modello del calore dissipato attraverso le pareti del cilindro.

Combustione nei motori ad accensione comandata. Effetto dell’anticipo d’accensione sulla combustione e sulla prestazione (curve ad ombrello) e combustioni anomale (knock e pre-accensione).

Combustione nei motori ad accensione per compressione.

Modellazione zero-dimensionale della combustione: il modello di Wiebe.

Emissioni inquinanti e sistemi di post-trattamento.

Sistemi di iniezioni per motori benzina. Sistemi PFI e GDI, fenomeno del “film fluido” e modello di Aquino.

Calcolo della massa di aria in ingresso al motore:

  • Sistemi alfa-N
  • Sistemi speed-density

Calcolo della portata attraverso un corpo farfallato.

Sovralimentazione volumetrica a dinamica nei motori a combustione interna.

 

MODULO SUI MODELLI DI SIMULAZIONE DEI MOTORI (PROF. DAVIDE MORO)

La simulazione dei motori a combustione interna: sviluppo in Matlab di un simulatore termodinamico zerodimensionale e l'architettura di riferimento del motore nei sui volumi principali.

Il bilancio di massa e di energia per un sistema aperto in condizioni non stazionarie nel dominio del tempo e angolare e la successione logica del loro utilizzo.

Implementazione del calcolo della portata tra i diversi volumi del motore.

Implementazione della fase di combustione nei motori a benzina e Diesel.

Analisi dei risultati ottenuti dal modello di simulazione di un motore a benzina a 4 cilindri:

  • analisi delle diverse grandezze motoristiche in un punto di funzionamento fisso;
  • analisi delle diverse grandezze motoristiche in condizioni di transitorio di carico;
  • determinazione delle curve ad ombrello;
  • simulazione del motore in tutto il suo campo di funzionamento;
  • paragone tra il motore a benzina e quello Diesel;
  • influenza della fasatura delle valvole nella prestazione del motore.

Impostazione del modello in tempo reale del comportamento di un motore alternativo a combustione interna: la dinamica del collettore d'aspirazione e la dinamica dell'albero motore-veicolo. Utilizzo della toolbox Simulink per lo sviluppo del modello in tempo reale del motore.

Considerazioni sulle diverse modalità di utilizzo dei modelli di simulazione: i sistemi Software in the Loop, i sistemi Hardware in the loop e i sistemi di Rapid Control Prototyping.

Implementazione nel modello Simulink del motore a benzina della funzione dell’iniezione benzina basata sul sistema speed-density e con il controllo in feed-back della sonda lambda per assicurare la stechiometricità del rapporto aria/benzina.

Implementazione in Simulink del modello del film fluido e del compensatore: utilizzo della simulazione per analizzare il comportamento del sistema.

Compensazione della deviazione del titolo dal valore stechiometrico durante i transitori: la stima della variazione della pressione nel collettore d'aspirazione mediante un modello semplificato del volume d'aspirazione. Implementazione del compensatore nel controllo titolo.

Implementazione del controllo drive-by-wire in Simulink e verifica del suo funzionamento durante un transitorio di apertura e chiusura di farfalla."

Il controllo della velocità di crociera: analisi del problema e considerazioni intuitive. Gestione in catena chiusa della posizione della farfalla: differenze tra il controllo solo proporzionale e proporzionale-integrale. Implementazione della funzione nel modello Simulink del motore.

Il controllo del regime di minimo e la necessità di rispondere più prontamente ad un aumento del carico per evitare lo spegnimento del motore: creazione della riserva di coppia mediante la gestione dell'anticipo di accensione della miscela nei motori a benzina: implementazione nel modello Simulink del motore.

Testi/Bibliografia

"Internal Combustion Engine Fundamentals", John B. Heywood, Mc Graw Hill

"Diesel-Engine Management", R. Bosch GmbH, Wiley

"Gasoline-Engine Management", R. Bosch GmbH, Wiley

"Vehicle Propulsion Systems: Introduction to Modeling and Optimization", L. Guzzella, A. Sciarretta, Springer

Metodi didattici

Le lezioni sono di tipo frontale in aula. Il docente, in sostituzione della tradizionale lavagna, utilizza un tablet collegato al proiettore per sviluppare i concetti e per mostrare il materiale didattico di supporto. Al termine della lezione il docente mette a disposizione il materiale proiettato in un file pdf, scaricabile dalla piattaforma IOL.

La frequenza è fortemente consigliata per un migliore apprendimento dei concetti e delle nozioni, ma non incide sul processo di valutazione finale.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento consiste in un esame orale della durata di circa 45 minuti nel corso del quale lo studente deve rispondere a due quesiti estratti casualmente dall’elenco di circa ottanta domande, che coprono il programma svolto, reso disponibile all’ultima lezione del corso nella stessa cartella dropbox che raccoglie tutto il materiale presentato durante le lezioni.

Nel corso del colloquio, relativamente ai motori a combustione interna, ai loro componenti e funzioni, viene valutata la capacità dello studente di:

- utilizzare correttamente gli strumenti della termodinamica;

- descriverne il funzionamento;

- giustificarne teoricamente l’architettura;

- rappresentarne la geometria con uno schema a mano libera;

- valutarne le prestazioni;

La valutazione, espressa in trentesimi, sarà tanto più alta quanto più lo studente è:

  • autonomo nell’argomentare le risposte ai due quesiti;
  • esaustivo nell’esporre le argomentazioni;
  • preciso nel rappresentare la funzionalità degli schemi rappresentati a mano libera.
Il calendario delle prove è reso disponibile con ampio anticipo sulla piattaforma web AlmaEsami dell'Ateneo di Bologna. L’iscrizione all’appello è possibile da 7 a 2 giorni prima della data d’esame. Al momento della prova lo studente deve presentarsi con un documento di riconoscimento.

Strumenti a supporto della didattica

Nell'ambito del corso sarà mostrato in modo dettagliato lo sviluppo di un codice di simulazione zerodimensionale termodinamico del motore, estratta una sua versione in tempo reale ed utilizzata per la descrizione delle funzioni di base di gestione dell'iniezione in un motore ad accensiona comandata.

Sarà utilizzata la proiezione dal computer portatile per la descrizione e l'analisi dei risultai ottenibili dai modelli sviluppati.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Davide Moro

Consulta il sito web di Vittorio Ravaglioli