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 zerodimensionale per la determinazione delle principali grandezze termodinamiche nei principali volumi rappresentativi del motore e alla sua sintesi in un codice in tempo reale ai valori medi. 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 considerare un veicolo ibrido e focalizzarsi sulle strategie di supervisione dei flussi di energia.

Modello di simulazione motore a quattro cilindri: presentazione del modello e simulazione in condizioni stazionarie a farfalla aperta. Simulazione di un transitorio di farfalla nel motore a benzina La mappatura di un motore a benzina. 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 realmente intrappolata nei singoli cilindri attraverso, ad esempio, la mappatura dei rendimenti volumetrici assoluto e relativo. L'esportazione della mappatura dei rendimenti volumetrici relativi ed assoluti dal motore di sviluppo sugli n motori simili: 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.

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.

Testi/Bibliografia

• "Introduction to modeling and control of internal combustion engine systems", L. Guzzella, C. H. Onder, Springer-Verlag, 2004
• “Vehicle Propulsion Systems: Introduction to Modeling and Optimization”, L. Guzzella, A. Sciarretta, Springer-Verlag, 2005

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