Anno: periodo 5:1 Lezioni,esercitazioni, laboratori: 6+4(oresettiman ali)
. 80+ 30+6(nell'intero periodo)
Docente: CarloVincenzo Ferraro
Scopo del corso è lo studio dei motori termici adatti alla trazione. Le nozioni già acquisite al riguardoneiprecedenti corsi di Macchinevengono approfondite e comple-tate con nozioni più specifiche. Il corso comprende una parte descrittiva, dedicata all'analisi della costit uzione di particolar i motori o di loro particolari apparati,ed una parte acarattereformativodedicata allo studio sia di problemicaratteristici dei motori termici pertrazione, sia delle nozionidi base per la loro progettazione dal punto divista termofluidodinamico.
REQUISITI
Sono propedeutiche lenozioniacquisite in Macchinel e2, oppure in Macchine.
PROGRAMMA
- Generalità.classificazionefasi,rendimenti. Presta zionideimotori. [15 ore]
Classificazionedelle 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 difunzionamento dei motori a 4T e 2T e sco stamento dai cicli limiti. Limiti di epsilon ePmax nei motori Otto e Diesel. Inci-denza delle laminazioni all'aspirazionesu etao e sulambda.; 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 sulla pme al variare della dosatura e della velocità angolare.
- Apparatidella distribuzione. [4 ore]
Apparati della distribuzione a valvole comandate. Valvole desmodroniche. Punterie idrauliche. Regolazione dei motori Otto per chiusura anticipata della valvola di aspira-zione. Apparati della distribuzione a scorrimento continuo (cenni).
.- Termodinamica e termofisicadeisistemicontinui. [8 ore]
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. Relazion itermiche e meccaniche fra sistema e esterno. Applica-zione del primo principio della termodinamica alla fase di aspiraApplica-zione dei motori alter-nativi a 4T: calcolo del lambda.; semplificato. Combustione adiabatica a volume costante e a pressione costante. Potere calorifico inferiore e superiore avolume costante e a pressione costante. Applicazione diHial calcolo della T3' Variazioni diHicon la temperatura. Confronto fra Hp e
n;
e T3p e T3v' Relazione fraQ,integr. p dv e Lwrn . Secondo principio della termodinamica. Principio di conservazione dell'energia informa locale. Applicazioneai moti permanenti e ciclici. Combustione stazionaria a pressione variabile.
- Alberia gomito. [8 ore]
Forzeemomentiagenti sul motore alternativo. Regolarizzazionedel momento motore.
Uniforme sfasamento delle manovelle, effetto sulla risultante delle forze centrifughe.
Forze d'inerzia: contributi del primo e del secondo ordine. Regole di simmetria.
Disposizione longitudinale delle manovelle per le varie categorie di motori in linea.
Equilibramento di forzeo 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 stessopiano trasversale. Motori stellari e motoreboxer.
Ordine di accensione.
- Alimentazione dell 'aria. [lO ore]
lambda., nei motoria4T. Fattori che loinfluenzano,fenomenidinamici,rifiuto,fughe.
Influenza degli scambi termici, della temperatura ambiente, delle laminazioni,formula semplificata,estrapolazioni semplici dei diagrammi sperimentali di lambda., ' gulp factor(cenni),modelli numerici per il calcolo. Legge di alzata dellevalvole, numero di
valvoleper cilindro.
lambda.; nei motori a 2T. Generalità, schemi di lavaggio, analisi del processo di lavaggio. lambda.; edetalvnei motori a 2 tempi alvariare delcoe~ficientedi lavaggio e dellambda., limite,zone di lavoro degli Otto e dei Diesel. Motori Otto 2T: particola-rità costruttive,ciclo delle pressioni nelcarter.
- Alimentazione del combustibile. [18 ore]
Alimentazionedel combustibile nei motori ad accensionecomandata.
Dosature richieste e requisiti generali, problemi di ripresa, dosatura di saturazione e problemi di avviamento a freddo. Carburatore elementare, a getto annegato, ad aria antagonista. Iniezione nei motori Otto:generalità, classificazione. Confronto fra car-burazione e iniezione, 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 elettroma-gnetici:andamento nel tempo delle correnti, metodi per accelerare l'apertura.ela chiu-sura,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 elettro-nica Motronic. Apparato di iniezione elettroelettro-nica D-Jetronic (cenni).
Alimentazione del combustibile nei motori ad accensioneper compressione.
Problemi di polverizzazione: necessità di iniettori ad apertura automatica e di valvole automatiche 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. [18 ore]
Generalità.
Velocità di reazione e temperaturadi accensione. Formazione dei perossidi. Macchine a compressione rapida e tempi di induzione. Relazione fra tempi di induzione e tempi di accensione in compressioni graduali. Temperatura diaccensione. Combustibili per motori ad accensione comandata e ad accensione per compressione.
Combustione nei motori ad accensionecomandata.
Parametri che influenzanolavelocitàdi propagazionedellafiamma. Anomaliedi com-bustione: generalità, preaccensione,autoaccensione, rombo (cenni), misfiring (cenni).
Detonazione: generalità, teoria dell'autoaccensione dell'end-gas e dell'onda esplosiva, danni meccanici ed energetici, distribuzione dell'intensità di detonazione, individua-zione dell'incipiente detonaindividua-zione, controllo dell'anticipo di accensione, 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 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 dei motori.
Combustione nei motori ad accensioneper compressione.
Ritardo all'accensione, andamento delle pressioni, delle masse iniettate e bruciate, parametri che influenzano la ruvidezza, ruvidezza al variare della velocità angolare.
Numero di cetano. Fumosità, limiti di dosatura, problemi di polverizzazione, diffu-sione,turbolenza, penetrazione. Massima quantità iniettabile; necessità di dispositivi di adeguamento, per la massima velocità angolare e per il regime di minimo (cenni).
.Apparati di regolazione discontinui e continui (cenni). Calcolo della profondità di pe-netrazione. 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. [4 ore]
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, sonda lambda, EGR. Trappole per il particolato.
ESERCITAZIONI 1.esercitazione. [6-8 ore]
Descrizione di un motore alternativo a 4T ad accensione comandata per trazione auto-mobilistica. Riproporzionamento di massima dell'apparato di aspirazione di un motore alternativo a 4T. Disegno della sezione trasversale del motore riproporzionato.
2. esercitazione, per gli studenti che abbiano frequentatoMacchine. [10-12 ore]
Dimensionamento di massima del volano di un motore alternativo a 4T ad accensione comandata 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,per gli studenti che abbiano frequentato Macchine 2. [8-10 ore]
Studio della distribuzione di un motore alternativo a 4T.
Camma a 2 centri:geometria, accelerazioni,velocità, alzate.
Camma a 3 centri:geometria, accelerazioni, velocità, alzate, forze d'inerzia, molle, fasa-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 massima dei contrappesi.
4. esercitazione. [8-10 ore]
Misure di potenza.
Apparecchiature per il rilievo della potenza: freni dinamometrici tarati ed a reazione (meccanici,idraulici,elettrici); cenni su torsiometri ed estensimetri; misure di velocità angolare.
Curve caratteristiche: caratteristica meccanica, caratteristica di regolazione, cubica di utilizzazione.
Correzione di potenza per motori Otto a carburazione e ad iniezione,per motori Diesel.
LABORATORlO
Èobbligatoria la frequenza al 100% dei laboratori. Gli studenti verranno suddivisi in squadre di 12-15 elementi; la composizione delle squadre, il calendario e gli orari dei laboratori verranno 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.
l. Smontaggio di un motore alternativo a 4T. [2 ore]
2. Rilievo caratteristica meccanica e cubica di utilizzazione per motore a ciclo Otto.[2 ore]
3. Rilievi sperimentali su di un banco prova motori. [2 ore]
BIBLIOGRAFIA
Èconsigliabile frequentare lezioni ed esercitazioni, e servirsi degli appunti per la prepa-razione 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 titolare del corso o di suoi colleghi. Sono disponibili appunti degli anni precedenti, utili per sopperire ad assenze occasionali. ' Testi per approfondire singoli argomenti; ove ciò sia necessario nella futura attività professionale, sono i seguenti: .
1.B. Heywood, International combustion engine fundamentals, McGraw-Hili.
G. Ferrari, Motori ac~mbustionè interna, Il Capitello, Torino.
A.Capetti, Motori termici, UTET, Torino.
Ferguson, International combustion engines, Wiley, New York. (Modelli).
E.F. Obert, International combustion engine and airpollution,Intex, New York.
C.F.Taylor, The internaI combustion engine in theory andpractice,MIT Presso F.Schmidt,The internaI combustion engine, Chapman & Hall.
ESAME
L'esame è articolato, 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'esame è, di norma, in forma orale. Ove ad alcune domande si richieda risposta per iscritto, segue sempre una discussione orale delle risposte date.