69491 - MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA E PROPULSORI IBRIDI M

Conoscenze e abilità da conseguire

L’insegnamento ha lo scopo di approfondire la conoscenza degli attuali motori a combustione interna per autotrazione e dei sistemi di propulsione ibridi, con particolare riferimento alle loro caratteristiche architetturali, funzionali, di impatto ambientale e di controllo. Gli studenti sviluppano la capacità di modellizzare sistemi dinamici, con un approccio orientato al controllo e con particolare riferimento a motori a combustione interna e a veicoli ibridi (elettrici, meccanici, idraulici, …). Il corso fornisce infine le conoscenze necessarie a sviluppare strategie di controllo basate su modelli fisici del sistema (il motore e/o il veicolo), ed orientate alla minimizzazione del consumo e delle emissioni inquinanti.

Contenuti

Lo scopo del corso è di avviare gli studenti alle problematiche di gestione e controllo dei motori a combustione interna e dei veicoli ibridi intesi come sistemi energetici dotati di più macchine per erogare/assorbire energia meccanica.

La prima parte del corso è rivolta allo sviluppo di un codice zero-dimensionale per la determinazione delle principali grandezze termodinamiche nei principali volumi rappresentativi del motore. Modello di simulazione motore a quattro cilindri in ambiente Matlab: sviluppo del modello e simulazione in condizioni stazionarie e transitorie. Simulazioni in stazionario sul campo di funzionamento farfalla - velocità del motore. Introduzione ai sistemi alfa-N, speed–density, MAF per la determinazione della massa d'aria intrappolata nei singoli cilindri. Esigenze del controllo fine in retroazione sul titolo. La sonda lambda, sua architettura e funzionamento. I diversi tipi di sonde: HEGO e UEGO. Metodologie di determinazione sperimentale della mappatura dei rendimenti volumetrici assoluto e relativo.

Nella seconda parte del corso vengono presentate una serie di strategie di controllo presenti nella centralina di un motore ad accensione comandata (controllo lambda in stazionario e transitorio, cruise control, controllo del minimo, ecc….), per poi introdurre un modello di veicolo ibrido e le strategie di supervisione dei flussi di energia. Sviluppo di un modello di simulazione di un veicolo, orientato al controllo e in ambiente Simulink. Analisi delle principali strategie di controllo. Panoramica sulle possibili forme di veicoli ibridi e analisi delle motivazioni. Ibridizzazione del modello. Analisi energetica a livello di sistema. Possibili strategie di controllo per la minimizzazione dei consumi: approcci real-time e off-line.

In parallelo si analizzano le principali problematiche legate allo sviluppo degli MCI per applicazioni motociclistiche e veicolistiche degli ultimi decenni: normative per l’omologazione del veicolo (emissioni, diagnostica a bordo e CO2), generazione e controllo delle emissioni inquinanti, sistemi di post trattamento allo scarico, sistemi a iniezione diretta diesel e benzina, sistemi di sovralimentazione, downsizing.

Testi/Bibliografia

• "Introduction to modeling and control of internal combustion engine systems", L. Guzzella, C. H. Onder, Springer-Verlag, 2004.
• "Engine Modeling and Control", R. Isermann, Springer, 2014.
• “Vehicle Propulsion Systems: Introduction to Modeling and Optimization”, L. Guzzella, A. Sciarretta, Springer-Verlag, 2005
• "Hybrid Electric Vehicles - Energy Management Strategies", S. Onori, L. Serrao, G. Rizzoni, Springer, 2016.

Metodi didattici

Videoproiettore, lavagna luminosa, PC. Possibilmente, utilizzando anche aule informatiche, ogni studente svilupperà modelli e codici sul proprio PC.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova orale finale, che si svolge per circa 60-90 minuti, rispondendo ad  alcune domande prima in forma scritta (diagrammi, equazioni, schemi, disegni, ...) e poi discutendone con il docente.

La prova mira a verificare l'acquisizione delle conoscenze previste dal programma del corso. Il voto finale, espresso in trentesimi, tiene conto della capacità, dimostrata durante l'esame, di risolvere problemi nell'ambito delle materie affrontate, e dell'acquisizione di capacità critica nei confronti di sistemi automotive di conversione dell'energia.

Strumenti a supporto della didattica

Per una parte degli argomenti trattati saranno distribuite in rete delle dispense.

Inoltre verranno rese disponibili in rete anche le procedure in ambiente matlab e simulink dei codici presentati/sviluppati a lezione.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Nicolò Cavina