Scopo del corsoèlo studio dei motori termici adatti alla trazione.Le nozioni già acquisite al rigu ard o nei precedenti corsi di Macchine vengono approfondite e completatecon nozioni più specifiche.Il corso comprende una parte descrittiva, dedicata all'analisidella costituzionedi particolari motorio diloro particolari apparati, ed una parte a carattere formativodedicata allo stud io sia di problemi caratteristicidei motoritermici per trazione, sia delle nozionidi base per la loro progettazionedal punto divista termofluidodinamico.
REQUISITI
Sono propedeutiche le nozioniacquisite in Macchine1 e 2, oppure in Macchine.
PROGRAM M A
Generali tà, classificazione, fasi,rendimenti, prestazioni deimotori. [circa 15 ore]
Classificaz ione delle macchine a fluido.Classificazionedei motori alternativiin base alle carat-teristiche di funzionamento,alle caratteristiche cinematiche, in base ai tempi.
Cicli Otto, Diesel, Sabathèlimiti.
Varie fasi di funzionamentodei motori a 4T e 2T e scostamento dai cicli limiti. Limiti di e ePrnaxnei motoriOtto e Diesel.
Incid enz a delle laminazioni all'aspirazione su ho e su Iv.
Posticipo di chiusura della valvola di aspirazione: incidenze su Ive sulla caratteristicameccanica.
Confron to caratteristica meccanica Diesel-Otto.
Richiami sul rendimento limite, sul rendimento termodinamico interno e sul rendimento orga-nico e sulla pme al variare della dosatura e della velocità angolare.
Apparati della distribuzione [circa4ore]
Ap parati della distribuzione a valvole comandate: necessità dell'uso delle molle.
Valvole comandate:incidenza dellemolle sul rendimento organico.
Valvole desmodroniche. Punterie idrauliche.
Regolazione dei motori Otto per chiusura anticipata della valvola di aspirazione . Ap parati della distribuzionea scorrimento continuo (cenni).
Term odinam ica e termofisica dei sistemi continui [circa8ore]
Pun to di vista sostanziale e locale,parametrinecessari per definirelo stato di un sistema.
Calcolo del lavoro di superficie.
Primo principio della termodinamica in forma sostanziale.Relazioni termiche e meccaniche fra sistema e esterno.
Ap p licaz ione del primo principio della termodinamica alla fase di aspirazione dei motori alter-nativi a 4T:calcolo del Ivsemplificato.
Combustione adiabatica a volume costante,completa e senzavariazionedi energiacinetica.
Potere calorifico inferiore e superiore a volume costante.Applicazione di Hiv al calcolodella T3.Variazioni di Hiv con la temperatura.
Combustione a volume costante con scambi di calore, energia cinetica, dissociazione, incomple-tezza di combustione.Combustione con lavoro di superficie. Combustione nel caso più generale.
Combustione a pressione costante.
Confron to fra Hp e
n,
eT3pe T3v'Relazione fraQ UpdveLwm.Secondo principiodella termodinamica.
Principiodi conservazionedell'energiain forma locale.Applicazioneai moti permanenti eciclici.
Combustionestazionaria a pression evariabile.
Alberi a gomito [circa 8 ore]
Forze e momentiagentisul motore alternativo.Utilità dell'equilibramento.
Regolarizzazione del momentomotore.Uniformesfasamento dellemanovelle, effetto sulla risultante delleforzecentrifughe.
Forze d'inerzia :contributidel primo e del secondo ordine.Regole di simmetria.
Disposizionelongitudinaledelle manovelleper le variecategorie di motoriin linea.
Equilibramento di forze omomentiresidui con massesu alberi supplementari.
Motori a V:regoladella rotazione parziale, conservazione del momento motore, relazione fra le forzed'inerzia di cilindri nellostessopiano trasversale.
Motori steli ari e motore"boxer".
Ordine di accensione.
Alimentazione dell'aria [circa 10 ore]
Ivnei motori a 4T:fattori che lo influenzano, fenomenidinamici,rifiuto, fughe.Influenza degli scambi termici, della temperatura ambiente,delle laminazionì,formula semplificata.
Iv nei motori a 4T: estrapolazioni semplici dei diagrammi sperimentali di Iv, "gulp factor"
(cenni), modelli numerici per il calcolo.
Ivnei motori a 4T:legge di alzata delle valvole, numero di valvole per cilindro.
Ivnei motori a 2T:generalità, schemi di lavaggio, analisi del processo di lavaggio.
Ived h1v nei motoria 2 tempi al variare del coefficiente di lavaggio e delIvlimite,zone di lavo-ro degli Otto e dei Diesel.
Motori Otto 2T:particolarità costruttive, ciclo delle pressioni nel carter.
Alimentazione del combustibile [circa 18 ore]
Alimentazionedel combustibile nei motori ad accensione comandata:
Dosature richieste e requisiti generali, problemi di ripresa, dosatura di saturazione e pro-blemi di avviamento a freddo.
Carburatoreelementare, a getto annegato, ad aria antagonista.
Iniezione nei motori Otto:generalità, classificazione.Confronto fra carburazione e iniezio-ne, fra iniezione diretta e indiretta. Parametri di controllo degli apparati di iniezione per Otto.
Apparato di iniezione meccanica K-Jetronik.
Apparati diiniezione elettronica:iniettori usati, alimentazione dell'iniettore.
Iniettori elettromagnetici:andamento nel tempo delle correnti, metodi per accelerare l'aper-tura e la chiusura, andamento nel tempo delle masse iniettate.Cenni sulle masseiniettate al variare del tempo di eccitazione ed ai problemi di non linearità.
Apparato di iniezione elettronica Motronic. Apparato di iniezione elettronica D-Jetronic (cenni).
Alimentazione del combustibile nei motori ad accensione per compressione:
Problemi di polverizzazione: necessità di iniettori ad apertura automatica e di valvole auto-matiche sulla mandata della pompa.Necessità di utilizzare la parte centrale della corsa delle pompe di iniezione alternative.
Sistemi di iniezione meccanica basati sul principio della pompa Bosch.
Combustione [circa 18 ore]
Generalità:
Velocità di reazione e temperatura di accensione.Formazione dei perossidi.Macchine a compressione rapida e tempi di induzione.Relazione fra tempi di induzione e tempi di accen-sione in compressioni graduali. Temperatura di accenaccen-sione.Accensione spontanea: ottimizza-zione per una specificata velocità angolare.Combustibili per motori ad accensione comandata e ad accensione per compressione.
Combustion eneimotoriad accensionecomandata:
Param etriche influenzano la velocitàdi propagazionedella fiamma.
Anomalie di combustione:generalità, preaccensi one,autoaccensione, rombo (cenni), misfi-ring (cenni).
Detonazione:generalità, teoria dell' autoaccensione dell' end-gas e dell' onda esplosiva, danni meccanici ed energetici,distribuzione dell'intensità di detonazione,individuazione dell'incipiente detonazione,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 di più parametri di funzionamento variabilisim ultaneamente.
Metodi di misura Researche Motor.Metodo Union Town.
Metodi di misura non convenzionali dell'intensità di detonazione ad altavelocità angolare a regime costante.
Richiesta ottanica dei motori.
Combustione nei motori ad accensione per compressione:
Ritardo all'accensione,andamento delle pressioni,delle masse iniettate e bruciate, parame-tri che influenzano la ruvidezza,ruvidezza al variaredella velocità angolare. Nu mero di cetano.
Fumosità,limiti di dosatura,problemi dipolverizzazione, diffusione, turbolen za, penetra-zione.
Massima quantità iniettabile; necessità di dispositivi di adeguamento, per la massima velo-cità angolare e per il regime di minimo (cenni).
Apparati di regolazionediscontinui e continui (cenni). Calcolo della profondità di penetrazione.
Condizioni da imporre nel dimensionamento dell'apparatodi iniezione.Similitudine fra motori Diesel (cenni).
Iniezionediretta e in precamera e corrispondenti forme della camera di combustione.
Emissioni di inquinanti [circa4ore]
Effett i nocivi, meccanismi di formazione, influen zadei parametri geometrico-costruttivie dei parametri di funzionamento.
Legislazione vigente e cicli di prova.
Metodo di abbattimento degli inquinanti:reattori termici, catalizzatori a trevie, sondaI,EGR.
Trappole per il particolat o.
LABORATORI E/O ESERCITAZIONI
l"Esercitazione(6
n
8ore) per gli studenti che abbiano frequentato Macchine.Descrizione di un motorealternativo a 4T ad accensione comandata per trazione automobilisti-ca.
Riproporzionamentodi massima dell'apparato di aspirazionedi un motore alternativoa 4T.
Progetto di massima diun motore alternativo a 4T ad accensione comandata per trazione auto-mobilisticaDisegno dellasezionetrasv ersaledelmotore progettato.
2" Esercitazione(10
n
12ore) per gli studenti che abbiano frequentato Macchine.Dimensionamentodimassimadel volano di un motorealtern ativo a 4T ad accensione coman-data per trazioneautomobilistica.
Calcolo del ciclo Otto convenzionale.
Calcolo della pmi, delle pressioniefficaci e tangenziali.
Calcolo del lavoro motoree del lavoro resistente (motore monocilindrico).
Calcolo del volano e della velocitàangolare (motoremonocilindrico).
Calcolo del lavoro motore edel lavoro resistente (motore pluricilindrico).
Calcolo delvolano e della velocità angolare (mo tore pluricilindrico).
2" Esercitazione(8
TI
10ore)pergli studentiche abbiano frequentato Macchin eII. Studio della distribuzionedi un motorealternativoa 4T.Cam ma a 2 centri:geom etri a,accelerazioni.velocità, alzat e.
Cammaa3 centri: geometria,accelerazio ni.velocità, alzat e,forzed'inerzia,molle,fasatura.
3" Esercitazione (6
TI
8 ore)Con trap pe samentodell'alberoa gomitidiun motorealternativoa4T a 6 cilind riin linea . Calcolodelle reaz ionivincolari.
Dimension amentodi massimadei contra ppes i.
4" Esercitazione(8
TI
10ore) Misure di potenza.Apparecchiatureper il rilievodellapotenza:frenidinamom etricitarati edareazione (m ec-canici,idraulici,elettrici);cenni su torsiom etriedestensime tr i; misu redivelocità angolare.
Curve caratteristiche:caratteristicameccanica,caratteristica diregolaz ione,cubica di utiliz-zazi one.
Correzionedipotenza per motoriOtto acarburazionee ad iniezion e,permotoriDiesel.
5" Esercitazione(4
TI
6ore) pergli studenti che abbiano frequentato MacchineII.Rilievo sperimentale del ciclo indicato di un motore 4T ad accension ecomandata pertrazione automobilistica.
l"Laboratorio(2ore)
Smontaggio di un motore alternativo a 4T.
2" Laboratorio(2ore).
Rilievo caratteristica meccanica e cubica di utilizzazioneper motore a ciclo Otto.
3" Laboratorio(2ore).
Rilievi sperimentali su di un banco prova motori.
Èobbligatoria la frequenza al 100%dei laboratori.Gli studenti verranno suddivisi in squadre di 12 : 15 elementi; la composizionedelle squadre, il calendario e gli orari dei laboratori ver-ranno affissi nella bacheca del Dipartimento di Energetica.Gli spostamenti da una squadra ad un' altra sono consentiti solo se concordati preventivamente con il docente esercitatore.
BIBLIOGRAFIA
Èconsigliabile frequentare lezionied esercitazioni, e servirsi degli appunti per la preparazione dell' esame.Difatti non esiste un unico testo che tratti gli argomenti del corso in modo simile a quello adottato,e,d'altro canto,la trattazionedi molti temi deriva da sviluppi del docente tito-lare del corso o di suoi colleghi.
Sono disponibili appunti degli anni precedenti,utili per sopperire ad assenzeoccasionali.
TESTIAUSILIA RI
Testi per approfondire singoli argomenti, ove ciò sia necessario nella futura attività professiona-le, sono i seguenti:
"" J.
B. Heywood(-Intern~I
combustionengine [undamentals(Generale).MCGraw-Hili BookCompany )~)
- G.Ferrari -Motori a combustione interna(Generale), Il Capitello, Torino (
~ ~ v\
JA.Capetti - Motori termici (Generale),UTET, Torino ') JFerguson -lnternational combusiionengines(Modelli), Wiley&Sons, New York
\l
E. F. Obert - Internationa! combustion engine and air pollution (Generale), Intex Ed u ca tional Publishers, New York-./C. F.Taylor - The internal combusiionenginein theory and practice(Gentile), M.LT.Press
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F. Schmidt - The intema! combustion engine (Generale), Chapman&Hall (G.B.)ESAME
Ènecessario mettersi in nota per l'esame presso la Segreteria Didattica del Dipartimento di Energetica.
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L'esame èarticolato, di norma, in 3-4 domande riguardanti sia le lezioni che le esercitazioni numeriche, grafiche e di laboratorio svolte. Agli argomenti inerenti le lezioni sono riservate almeno due domande,a quelli inerenti le esercitazioni almeno una.
L'esame è, di norma,in forma orale. Ove ad alcune domande si richieda risposta per iscritto, segue sempre una discussione orale delle risposte date.