B5868 - CONTROL AND TESTING OF OFF-HIGHWAY POWERTRAINS

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso ha l'obiettivo di fornire un'ampia comprensione dei moderni sistemi di propulsione off-highway, concentrandosi sulla loro architettura, funzionalità, impatto ambientale e sui sistemi di gestione termica e di controllo, considerando le attuali e future normative sulle emissioni e sull’omologazione del veicolo. Gli studenti saranno in grado di modellare sistemi dinamici e termici, con un approccio orientato al controllo di propulsori off-highway (motori a combustione interna, ibridi e basati sull'idrogeno), sistemi di alta e bassa pressione, trasmissione di potenza e di progettare ed eseguire le attività di test durante le fasi di sviluppo e omologazione del propulsore. Il corso fornisce inoltre le competenze necessarie per sviluppare strategie di controllo basate su modelli matematici del sistema (propulsore e/o veicolo), e orientate alla minimizzazione dei consumi e delle emissioni inquinanti. Grazie alle sessioni pratiche offerte durante il corso, gli studenti acquisiranno inoltre la capacità di elaborare dati sperimentali e di validare in un ambiente virtuale funzioni di controllo avanzate, sviluppando ulteriormente la loro attitudine alla risoluzione dei problemi, al lavoro di squadra e alla reportistica tecnica.

Contenuti

Introduzione/definizioni:
- Definizioni: caratteristiche dei cicli termodinamici, calcolo del lavoro/potenza del ciclo termodinamico, definizione dei principali indici prestazionali e di combustione
- Architetture dei motori per veicoli off-highway
- Supercharging e turbochanrging
- Sistemi post-trattamento e produzione di inquinanti (in particolare per motori Diesel): catalizzatore ossidante, riduttori catalitici selettivi. Normative (Stage V, Tiers 3-4)

Modellazione e controllo del motore:
- Controllore Lambda e modellazione dell’iniettore per applicazione DI
- Controllore PID
- Stima e misura del flusso d’aria
- Flusso d’aria attraverso un orifizio (valvola EGR, valvola a farfalla allo scarico), eventuale inversione dell’equazione per determinare la sezione target con un flusso desiderato. Calcolo del rapporto critico di pressione

- Calcolo e controllo della coppia (effetti del SOI/fase di combustione e lambda)

Elettrificazione:
- Introduzione all’elettrificazione dei motori Diesel (benefici generali in termini di efficienza e guidabilità nelle operazioni sul campo)
- Fasi dell’elettrificazione:
o Elettrificazione dei sistemi ausiliari
o Diesel-elettrico: generatore azionato meccanicamente dal motore
o Ibrido-elettrico
o Full-electric: trattori elettrici a batteria, trattori elettrici a celle a combustibile
- Definizione del grado di ibridazione
- Architetture ibride elettriche

Test e calibrazione del powertrain:
- Introduzione al banco prova motore (obiettivi e tipologie di misurazioni)
- Freni dinamometrici
- Principali sensori:
o Sistema indicating
o Misura della temperatura dei gas di scarico
o Misura del flusso di carburante

Il corso sarà integrato da seminari tenuti da referenti provenienti da aziende attive nel settore della produzione di veicoli per applicazioni off-highway e da una possibile visita al banco prova motore del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Bologna.

Testi/Bibliografia

- Appunti presi dagli studenti e materiale didattico fornito dal docente
- G. Ferrari, "Motori a Combustione Interna", Esculapio
- J.B. Heywood, "Internal Combustion Engine Fundamentals", McGraw Hill

Metodi didattici

L'insegnamento prevede lezioni teoriche frontali svolte con l'ausilio di sistemi multimediali (slide PowerPoint e appunti digitali). Inoltre, lo schermo principale e l’audio delle lezioni saranno registrati.
Tutto il materiale didattico sopra menzionato verrà messo a disposizione al termine di ogni lezione attraverso le piattaforme VirtuaLe (https://virtuale.unibo.it/) e Panopto (https://unibo.cloud.panopto.eu).

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L’esame si svolgerà al termine del corso secondo il calendario ufficiale degli appelli e consisterà in un esame orale.
Durante l’esame, gli studenti dovranno rispondere a 3 domande volte a valutare la comprensione e l'applicazione dei contenuti del corso.
L’esame si considera superato se lo studente ottiene una valutazione sufficiente in ciascuna domanda.

Strumenti a supporto della didattica

Presentazioni PowerPoint, appunti digitali, registrazioni delle lezioni

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alessandro Brusa