Corsidilaurea.Torino
Anno:periodo 5: 1 Lezioni.esercitazioni.laboratori:6+4(oresettimanali);80+30+6(nell'interoperiodo) Docente: Carlo Vincenzo Ferraro
Scopo del corso è lo studio dei motori termici adatti alla trazione. Le nozioni già acquisite al riguardo nei precedenti corsi diMacchine vengono approfondite e comple-tate con nozioni più specifiche. Il corso comprende una parte descrittiva, dedicata all'analisi della costituzione di particolari motori o di loro particolari apparati, ed una parte a carattere formativo dedicata allo studio sia di problemi caratteristicidei motori termici per trazione, sia delle nozioni di base per la loro progettazione dal punto di vista termofluidodinamico.
REQUISITI. Sono propedeutiche le nozioni acquisite inMacchine l e 2,oppurein Macchine.
PROGRAMMA
Generalità, classificazione.fa si, rendimenti. Prestazionidei motori. [15ore]
Classificazione delle macchine a fluido. Classificazione dei motori alternativi in base alle caratteristiche di funzionamento, alle caratteristiche cinematiche, in base ai tempi.
Cicli Otto, Diesel, Sabathè ideali. Varie fasi di funzionamento dei motori a 4T e 2T e scostamento dai cicli limiti. Limiti di epsilon e Pmax nei motori Otto e Diesel. Inci-denza delle laminazioni all'aspirazione sueta.,e sulambdaç. Posticipo di chiusura della valvola di aspirazione: incidenze su lambda; e sulla caratteristica meccanica. Con-fronto caratteristica meccanica Diesel- Otto. Relazioni di più frequente utilizzazione.
Richiami sul rendimento limite,sul rendimento termodinamico interno e sul rendimento organico e sullapme al variare della dosatura e della velocità angolare.
Apparati delladistribuzione. [4ore]
Apparati della distribuzione avalvole comandate. Valvole desmodroniche. Punterie idrauliche. Regolazione dei motori Otto per chiusura anticipata della valvola di aspira-zione. Apparati della distribuzione a scorrimento continuo (cenni).
Termodinamicae termofisica dei sistemi continui. [8ore]
Punto di vista sostanziale e locale, parametri necessari per definire lo stato di un sistema. Calcolo del lavoro di superficie.' Primo principio della termodinamica in forma sostanzi ale. Relazioni termiche e meccaniche fra sistema e esterno. Applica-zione del primoprincipiodellatermodinamicaalla fasedi aspirazionedei motori alter-nativi a 4T: calcolo del lambda; semplificato. Combusti one adiabatica a volume costante e a pressione costante. Potere calori fic o inferi ore e superiore a volume costante eapressionecostante. Applicazionedi Hial calcolo dell aT3. VariazionidiH, con latemperatur a. ConfrontofraHpeH;eT3peT3v. Relazionefra Q,integr.pdve Lwm . Secondo principiodella termodin amica. Principiodiconservazione dell' energia in forma locale. Applicazione ai motiperma nentieciclici. Combustionestazionariaa pressione variabile.
Alberi agomito. [8ore]
Forze e momentiagenti sul motorealternativo. Regolarizzazionedel momentomotore.
Uniformesfasamento dell emanovelle , effettosulla risultantedelle forze centrifughe.
Forze d'inerzia: contrib uti del primo e del sec ondo ordine. Regole disimmetria.
Disposizione longitudinale dellemanovell e per le varie categorie di motor i in linea. Equilibramento di forze o momenti residui con massesualberisupplementari. Motori a
1995/96DLP (mec) 81
V:regoladella rotazioneparziale, conservazionedel momento motore, relazione fra le forze d'inerziadi cilindrinello stessopiano trasversale. Motori steliariemotoreboxer.
Ordine diaccensione.
Alimentazionedell'aria. [\0ore]
lam bda; neimotori a4T. Fattoriche loinfluenzano, fenomenidinamici, rifiuto, fughe.
Influenza degli scambitermici, della temperatura ambiente,dellelaminaz ioni, formula semplificata,estrapolazioni semplici dei diagrammi speri menta li dilambda; , gulp factor (cenni),modellinumericiper il calcolo. Legge di alzata delle valvole,numero di
valvole per cilindro.
lambd a; nei motori a 2T. Generali tà, schemi di lavaggio, analisi del processo di lavaggio. lambda; edetai;neimotori a 2tempialvariaredel coefficiente di lavaggio e del lambda; limite, zonedi lavoro degliOtto edeiDiesel. Motori Otto 2T: particola-rità costruttive,ciclodellepressioni nelcarter.
Alimentazionedel combustibile. [18ore]
l. Alimentazione del combustibile nei motori ad accensionecomandata.
Dosature richieste e requisitigenerali, problemidiripresa, dosatura di saturaz ione e problemi di avviamento a freddo. Carburatore elementare,a getto annega to, ad aria antagonista. IniezioneneimotoriOtto: generalità, classificazione. Confronto fra car-burazione e iniezione, fra iniezione diretta e indiretta. Parametri di controllo degli apparati di iniezioneperOtto. Apparato di iniezionemeccani ca K-Jetronik. Apparati di iniezioneelettronica:iniettoriusati,alimentazionedell'ini ettore. Iniettori elettroma-gnetici : andamen toneltempodelle correnti, metodiperaccelerare l'apertura e la chiu-sura, andamento neltempo delle masse iniettate. Cennisulle masse iniettate alvariare del temp odieccitazioneedaiproblemidi nonlinearità. Apparato di iniezione elettro-nica Motronic. Apparato di iniezioneelettronica D-Jetronic (cenni).
2. Alimentazionedel combustibilenei motori ad accensioneper compressione.
Problemidipolverizzazione: necessità di iniettori ad aperturaautomaticae di valvole automatiche sullamandatadella pompa. Necessitàdi utilizzarela parte centrale della corsa delle pompedi iniezionealternative . Sistemi di iniezione meccanica basatisul principiodellapompa Bosch.
Combustione. [18ore]
l. Generalità.
Velocità di reazioneetemperatura di accensione. Formazione deiperossidi. Macchine a compressione rapida e tempi di induzione. Relazione fratempi di induzione etempi di accensione in compressioni graduali. Temperaturadi accensione. Combustibiliper motori ad accensione comandatae ad accensione per compressione.
2. Combustione nei motoriad accensione comandata.
Parametri che influenzano la velocità di propagazione della fiamma. Anomalie di com-bustione :generalità, preaccensione,autoaccensione, rombo (cenni),misfiring(cenni).
Detonazione:generalità, teoria dell'autoaccensionedell'end-gase dell'onda esplosiva, danni meccanici ed energetici, distribuzionedell'intensità di detonazione, individua-zione dell'incipiente detonaindividua-zione , controllo dell'anticipo diaccensione, influenza dei parametri geometrici, ambientali, del rapporto di compressione, dei vari parametri di funzionamento, del carburante, degli additivi, della velocità angolare e dipiù parametri di funzionamento variabili simultaneamente. Metodi di misura Research e Motor.
Metodo Union Town. Metodi di misura non convenzionali dell'intensità di detonazione adaltavelocità angolare a regime costante. Richiestaottanica deimotori.
3. Combustionenei motori ad accensioneper compressione .
Ritardo all'accen sione ,andamento delle pressioni , delle masse iniettate e bruciate, parametri che influenz ano la ruvidezza,ruvidezzaal variare dell a velocità angolare.
82 Corsi dilaurea,Torino
Numero di cetano. Fumosità, limitidi dosatura,problemi di polverizzazione, diffu-sione, turbolenza,penetrazione. Massimaquantità iniettabile; necessitàdi dispositividi adeguamento,per la massima velocità angolare e per il regime di minimo (cen ni).
Apparati di regolazione discontinui e continui (cenni). Calcolo della profondità di pe-netrazione. Condizionida imporre nel dimensionamento dell'apparato di iniezione.
Similitudine fra motoriDiesel (cenni). Iniezionediretta e in precamerae corrispondent i formedella cameradi combu stione.
Emissioni di inquinanti. [4ore]
Effetti nocivi,meccanismidi formazione,influenza dei parametrigeometrico -costrut-tiviedei parametr idifunzionamento. Legislazionevigentee cicli di prova. Metododi abbattimento degli inquinanti: reattori termici,catalizzatori a tre vie, sonda lambda, EGR. Trappoleper il particolato.
ESERCITAZIONI l.esercitazione. [6-8ore]
Descrizione di uri motore alternativoa 4T ad accensione comandata per trazione auto-mobilistica. Riproporzionamento di massima dell'apparatodi aspirazionedi un motore alternativo a 4T. Disegnodella sezione trasversaledel motoreriproporzionato.
2. esercitazione,per gli studentiche abbiano frequentatoMacchine. [10-12 ore]
Dimensionamentodi massima del volano di un motore alternativo a 4T ad accensione comandataper trazione automobilistica.
Calcolo del ciclo Otto convenzionale.
Calcolo dellapmi,delle pressioniefficaci e tangenziali.
Calcolodel lavoromotore e del lavoro resistente(motore monocilindrico).
Calcolo del volano e della velocitàangolare(motore monocilindrico).
.Calcolo del lavoro motore e del lavoro resistente (motore pluricilindrico).
Calcolo del volano e della velocità angolare (motore pluricilindrico ).
2. esercitazione, per glistudentiche abbiano frequentatoMacchine 2. [8-10 ore]
Studio della distribuzione di un motorealternativo a 4T.
Camma a 2 centri: geometria,accelerazioni, velocità,alzate.
Camma a 3 centri: geometria,accelerazioni,velocità,alzate,forze d'inerzia,molle, f asa-tura.
3.esercitazione. [6-8 ore]
Contrappesamento dell'albero a gomiti di un motore alternativo a 4T a 6 cilindri in linea.
Calcolo delle reazioni vincolari.
Dimensionamento di massimadei contrappesi.
4.esercitazione. [8-10ore]
Misuredi potenza.
Apparecchiature per il rilievodella potenza: freni dinamometrici tarati ed areazione (meccanici, idraulici,elettrici); cenni su torsiometriedestensimetri; misuredi velocità angolare.
ICurve caratteristiche :caratteristica meccanica,caratteristica di regolazione,cubicadi utilizzazione.
Correzione di potenza permotori Ottoacarburazione e ad iniezione,permotoriDiesel.
1995/96DL P(mec) 83
LABORATORIO
È obbligatoria la frequen zaal 100%deilaboratori. Glistudentiverrannosuddiv isiin squadredi 12-15elementi;la composizion edellesquadre,il calendarioe gli orari dei laboratoriverrannoaffissinella bache cadel dipartimento di Energetica. Glispostamentida una squadraad un'altrasono consentiti soloseconcordati preventi vament econil docente esercitatore.
I. Smontaggiodi un motore alternativo a 4T. [2ore]
2. Rilievo caratteristicameccanica e cubica di utilizzazione per motorea ciclo Otto.
[2 ore]
3. Rilievisperimentali su di un banco prova motori. [2 ore]
BIBLIOGRAFIA
Èconsigliabile frequentare lezioni ed esercitazioni,eservirsi degliappunti per la prepa-razionedell'esame . Difatti non esisteun unico testo che tratti gli argomenti del corso in modosimile a quello adottato, e,d'altro canto,la trattazione di molti temi deriva da sviluppi del docente titolare del corso o di suoi colleghi.
Sono disponibili appunti degli anni precedenti,utili per sopperire ad assenze occasìo-nali.
Testiperapprofondiresingoliargomenti, ove ciòsia necessarionellafutura attivitàprofessionale, sono iseguenti:
1.B.Heywood,Internationai combustion enginefundamentals,McGraw-Hill.
G. Ferrari, Motori acombustione interna,II Capitello, Torino.
A. Capetti, Motori termici,UTET, Torino.
Ferguson,Internationaicombustion engines,Wiley,New York. (Modelli).
E.F.Obert, Internationaicombustion engine and air pollution, Intex, New York.
C.F.Taylor, The internai combustion engine in theory and practice,MIT Press.
F.Schmidt,The internai combustion engine,Chapman& Hall.
ESAME
L'esameèarticolato, di norma, in 3-4 domande riguardanti sia le lezioni che le eserci -tazioni numeriche, grafiche e di laboratorio svolte. Agli argomenti inerenti le lezioni sono riservate almeno due domande, a quelli inerenti le esercitazioni almeno una. L'esameè,di norma, in forma orale. ave ad alcune domande si richieda risposta per iscritto,segue sempre una discussione orale delle risposte date.
84
P1530
Corsidilaurea,Torino