Anno:5 Impegno (ore):
Docente:
Periodo:1
lezioni: 80 esercitazioni:30 CarloVincenzo FERRARO
laboratori: 6
PRESENTAZIONE DEL CORSO
Scop o del corso è lo studio dei motori termici adatti alla trazione.Le nozioni già acquisite al rigu ard o nei precedenti corsi di Macchinevengono approfondite e completate con nozioni più sp ecifich e. Il corso comprende una parte descrittiva,dedicata all'analisi della costituzionedi par ticolari motori o di loro particolari apparati, ed una parte a carattere formativodedicata allo studio sia di problemi caratteristici dei motori termici per trazione, sia delle nozioni di base per la loro progettazione dal punto di vista termofluidodinamico.
REQUISITI
Sonopropedeutiche le nozioniacquisiteinMacchine1e2, op p ure inMacchine.
PROGRAMMA
Generalità,classificazione, fasi, rendimenti, prestazioni dei motori. [circa15ore]
Class ificazionedelle macchine a fluido.Classificazione dei motori alternativi in base alle carat-teristichedi funzionamento, alle caratteristiche cinematiche, in base ai tempi.
Cicli Otto, Diesel, Sabathè limiti.
Varie fasidi funzionamento dei motori a 4T e 2T e scostamento dai cicli limiti.
Limi ti di e ePrnaxnei motori Otto e Diesel.
Incidenza delle laminazioni all'aspirazione su hoe su Iv'
Posticipo di chiusura della valvola di aspirazione:incidenzesu~e sulla caratteristica meccanica.
Confronto 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 p arati della distribuzione a valvole comandate: necessità dell'usodelle molle.
Valvole comandate:incidenza delle molle sul rendimento organico.
Valv ole desmodroniche.Punterie idrauliche.
Regolazionedei motori Otto per chiusura anticipata della valvola diaspirazione.
App arati della distribuzione a scorrimento continuo (cenni).
Termodinamica e termofisica dei sistemi continui [circa8ore]
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 sostanziale.Relazionitermiche e meccaniche fra sistem a e esterno.
Ap p licaz ion e del primo principio della termodinamica alla fase di aspirazione dei motori alter-nativi a 4T:calcolo del~semplificato.
Combustione adiabatica a volume costante,completa e senza variazione di energia cinetica.
Potere calorifico inferiore e superiore a volume costante.Applicazione di Hival calcolo dellaT3.VariazionidiHivcon la temperatura.
Combustione a volume costantecon scambi di calore, energia cinetica, dissociazione, incomple-tezza di combustione.Combustione con lavoro di superficie.Combustione nel caso più generale.
Combustione a pressione costante.
Confronto fraHpe
n,
e T3pe T3v'Relazionefra Q, Ùpdv eLw m'Secondo principio della termodinamica.
Principio di conservazionedell'energiain forma locale.Applicazione ai motipermanenti e ciclici.
Combustionestazion aria a pressione variabile.
Alberi a gomito[circa 8 ore}
Forze e momenti agenti sul motore alternativo.Utilità dell'equilibramento.
Regolarizzazionedel momento motore.Uniformesfasamento dellemanovell e,effettosu lla risultante delle forze centrifughe.
Forze d'inerzia:contributi del primo e del secondo ordine.Regole di simmetria.
Disposizione longitudinale delle manovelle per levarie categorie di motori in linea.
Equilibramento di forze o momenti residui con masse su alberi supplementari.
Motori a V: regola della rotazione parziale, conservazione del momento motore, relazione fra le forze d'inerzia di cilindri nello stesso piano trasversale.
Motori stellari e motore"boxer" . Ordine di accensione.
Alimentazione dell'aria [circalOore]
Ivnei motori a 4T:fattori che loinfl uenz an o, fenomeni dinamici,rifiuto,fughe.Influenza degli scambi termici, della temperatura ambiente,delle laminazioni,formula semplificata.
Ivnei motori a 4T: estrapolazioni semplici dei diagrammi sperimentali di Iv' "gulp factor"
(cenni), modelli numerici per ilcalcolo.
Ivnei motori a 4T:legge di alzata delle valvole, numerodi valvole per cilindro.
Ivnei motori a 2T:generalità, schemi di lavaggio, analisi del processo di lavaggio.
Ived h1v nei motori a 2 tempi al variare del coefficiente di lavaggio e del Ivlimite,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}
Alimentazione del combustibile nei motori ad accensione comandata:
Dosature richieste e requisiti generali, problemi di ripresa, dosatura di saturazione e pro-blemi di avviamento a freddo.
Carburatore elementare, 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 di iniezione 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 masse iniettate 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 divalvole 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.
Combustione nei motori ad accensione comandata:
Parametri che influenzano la velocità di propagazione della fiamma.
Anomalie di combustione: generalità, preaccensione, autoaccensione, rombo (cenni), misfi-ring (cenni).
Detonazione: generalità, teoria dell'autoaccensione dell'end-gase dell'onda esplosiva, danni meccanici ed energetici, distribuzione dell'intensità di detonazione,individuazione dell'incipiente detonazione, controllo dell'anticipo di accensione.Influenza dei parametri geom etrici, ambientali,del rapporto di compressione, dei vari parametri di funzionamento, del carburante, degli additivi,della velocità angolare e di più parametri di funzionamento var iabili simultaneamente.
Metodi di misura Research e Motor.Metodo Union Town.
Metodi di misura non convenzionali dell'intensitàdi detonazione ad alta velocità angolare a regime costante.
Richiestaottanica dei motori.
Combu stione 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 variare della velocità angolare.Numero di cetano.
Fumosità,limiti di dosatura,problemi di polverizzazione, diffusione, turbolenza, penetra-zion e.
Massima quantità iniettabile; necessità di dispositivi di adeguamento, per la massima velo-cità angolare e per il regime di minimo (cenni).
Apparati di regolazione discontinui e continui (cenni).
Calcolo della profondità di penetrazione.
Condizioni da imporre nel dimensionamento dell'apparato di iniezione.Similitudine fra motori Diesel (cenni).
Iniezione diretta e in precamera e corrispondenti forme della camera di combustione.
Emissioni di inquinanti [circa4ore}
Effetti nocivi, meccanismi di formazione,influenza dei parametri geometrico-costruttivi e dei parametri di funzionamento.
Legislazione vigente e cicli di prova.
Metodo di abbattimento degli inquinanti:reattori termici,catalizzatori a tre vie, sondal,EGR.
Trappole per il particolato.
LABORATORI E/O ESERCITAZIONI
l"Esercitazione(6
n
8ore) per gli studenti che abbiano frequentato Macchine.Descrizione di un motore alternativo a 4T ad accensione comandata per trazione automobilisti-ca.
Riproporzionamento di massima dell'apparatodi aspirazione di un motore alternativo a 4T.
Progetto di massima di un motore alternativo a 4T ad accensione comandata per trazione auto-mobilistica Disegno della sezione trasversale del motore progettato.
2" Esercitazione (lO
n
12ore) per gli studenti che abbiano frequentato Macchine.Dimensionamento di massima del volano di un motore alternativo a 4T ad accensione coman-data per trazione automobilistica.
Calcolo del ciclo Otto convenzionale.
Calcolo della pmi, delle pressioni efficaci e tangenziali.
Calcolo del lavoro motore e del lavoro resistente (motore monocilindrico).
Calcolo del volano e della velocità angolare (motore monocilindrico).
Calcolo del lavoro motore e del lavoro resistente (motore pluricilindrico).
Calcolo del volano e della velocità angolare (motore pluricilindrico).
2/\ Esercitazione(8
TI
lOore) per gli studenti che abbiano frequentato MacchineII.Studiodella distribuzione di un motore alternativo a 4T.
Cammaa 2 centri:geometria,accelerazioni.velocità,alzate.
Cammaa3centri:geometria,accelerazioni.vel ocit à,alzate,forzed'in er zia ,molle, fasatura.
3/\ Esercitazione (6
TI
8 ore)Contrappesamentodell'albero agomi ti diun motore alternativo a 4Ta6cilindriin linea . Calcolo delle reazioni vincolari.
Dimensionamento di massima dei contrappesi.
4/\Esercitaz ione(8
TI
lOore) Misure di potenza.Ap p arecchi atu re per il rilievodella potenza:freni dinamometrici tarati ed a reazione (m ec-canici,id rau lici, elettrici);cenni su torsiometri ed estensimetri; misure di velocità angolare.
Curve caratteristiche: caratteristica meccanica,caratteristica di regolazione, cubica di utiliz-zazion e.
Correz ione di potenza per motori Otto a carburazione e ad iniezione,per motori Diesel.
5/\ Esercitazione(4
TI
6ore) per gli studenti che abbiano frequentato MacchineII.Rilievo sperimentale del ciclo indicato di un motore 4T ad accensione comandataper trazione automobilistica.
1/\ Laboratorio(2ore)
Smontaggio di un motore alternativoa 4T.
2/\ Laboratorio(2ore).
Rilievo caratteristica meccanica e cubica di utilizzazione per motore a ciclo Otto.
3/\ Laboratorio(2ore).
Rilievi sperimentali su di un banco prova motori.
Èobbligatoria la frequenza al 100%dei laboratori.Gli studenti verrannosu d d ivisi in squadre di 12:15 elementi;la composizione delle 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 lezioni ed 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 trattazione di molti temi deriva da sviluppi del docente tito-lare del corso o disu oi colleghi.
Sono disponibili appuntidegli anni precedenti, utili per sopperire ad assenze occasionali.
TESTI AUSILIARI
Testi per approfondire singoli argomenti, ove ciò sia necessario nella futura attività professiona-le,sono i seguenti:
J .
B.Heywood - Internationalcombustionengine jundamentals(Generale).MCGraw-Hill Book CompanyG.Ferrari -Motori a combustioneinterna(Generale), Il Capitello,Torino A.Capetti -Motori termici(Generale), UTET,Torino
Ferguson -International combustion engines(Modelli), Wiley&Sons, New York
E.E Obert -Internationalcombustion engine and air pollution(Generale),Intex Educational Publishers,New York
C.ETaylor -The internaicombustion enginein theory and practice(Gentile),M.LT. Press F.Schmidt-The internai combustion engine(Generale), Chapman&Hall (G.B.)
ESAME
Ènecessario mettersi in nota per l'esamepresso la Segreteria Didattica del Dipartimentodi Energetica.
L'esame è articolato,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'esameè,di norma,in forma orale.Ove ad alcune domande si richieda risposta per iscritto, segue sempreuna discussione orale delle risposte date.