OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso intende fornire agli allievi una conoscenza critica sui sistemi propulsivi ad elevata compatibilità ambientale per i diversi settori applicativi, anche in relazione agli aspetti energetici ed economici. A tal fine verranno analizzati nel dettaglio la problematica dell'impatto ambientale dei veicoli stradali ed alcuni sistemi e tecnologie innovativi per i motori termici a ridotto impatto ambientale, l'utilizzazione dei combustibili alternativi (metano, GPL, idrogeno, biocombustibili), i sistemi di propulsione ibrida (termica + elettrica), l'applicazione delle fuel cell nei sistemi propulsivi.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

La partecipazione attiva alle lezioni frontali e lo studio individuale permetteranno allo studente di:

- conoscere le principali problematiche relative all’impatto ambientale di motori a combustione interna;

- approfondire ed individuare l’architettura di sistemi propulsivi ad elevata compatibilità ambientale.

PREREQUISITI

E’ richiesta una conoscenza di base nel campo dei sistemi energetici e dei motori a combustione interna alternativi.

MODALITA' DIDATTICHE

Il corso prevede lezioni in aula sugli argomenti indicati nel programma ed esercitazioni sperimentali in laboratorio su specifici aspetti correlati agli argomenti trattati a lezione. Potranno essere inoltre organizzati seminari tenuti da relatori Universitari e/o industriali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Lezioni

• Riduzione delle emissioni di CO2 dei motori termici - Problematiche, quadro normativo e possibili campi di intervento
• Combustibili alternativi – Combustibili gassosi convenzionali (metano, GPL): problematiche, aspetti energetici, operativi ed economici, effetto sulle emissioni inquinanti – Utilizzo di idrogeno e miscele idrogeno-metano nei motori termici per trazione – I biocombustibili: tipologie, problematiche, tecniche di produzione, applicazione ai sistemi propulsivi, effetti sul consumo di combustibile e sulle emissioni inquinanti – Bilancio energetico complessivo (well-to-wheel).
• Sistemi propulsivi innovativi
  • Applicazione delle fuel cell nei sistemi propulsivi: generalità sul processo di conversione elettrochimico, tipologie e caratteristiche delle celle a combustibile, tipologie utilizzate, problematiche operative, prestazioni, sistemi di produzione ed accumulo dell’idrogeno, bilancio energetico ed emissivo globale, esempi applicativi, problematiche tecnologiche e economiche, prospettive di sviluppo.
  • Propulsione elettrica ed ibrida: vantaggi e svantaggi, prestazioni, campo operativo, costi, caratteristiche e tipologie degli accumulatori, configurazioni dei sistemi ibridi, categorie di ibridizzazione, esempi applicativi, bilancio energetico ed emissivo globale, problematiche e prospettive di sviluppo.
• Riduzione delle emissioni di CO2 dei motori termici - Concetto di downsizing e tecnologie associate, riduzione delle perdite meccaniche, deattivazione dei cilindri, sistemi di raffreddamento avanzati –  Sistemi di iniezione avanzati per MCI ad accensione comandata e Diesel - Processi di combustione di tipo HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) - Sistemi di controllo delle valvole nei MCI alternativi: sistemi Variable Valve Timing (VVT) e Variable Valve Actuation (VVA), esempi costruttivi, strategie di controllo. Sistemi di aspirazione e scarico dei MCI.
• Le emissioni inquinanti dei MCI - Procedure normalizzate di prova per i veicoli stradali e limiti di emissione. Sistemi e dispositivi avanzati per il contenimento delle emissioni inquinanti allo scarico: circuiti EGR ad alta e bassa pressione, catalizzatori NOX adsorber, sistemi SCR, filtri per particolato (DPF) e strategie di controllo motore per la gestione del filtro per particolato e della sua rigenerazione, sistemi integrati di post-trattamento DPF + deNOx.
• Sistemi avanzati di sovralimentazione dei MCI - Prestazioni del compressore e della turbina di sovralimentazione in condizioni di flusso non stazionario - Progetto del sistema di aspirazione e scarico dei MCI pluricilindrici sovralimentati - Rendimento, risposta in transitorio, caratteristiche di coppia di MCI sovralimentati - Caratteristiche costruttive delle unità di sovralimentazione. Schemi impiantistici avanzati mono e bistadio, recupero dell’energia dal turbosovralimentatore.

Esercitazioni

• Rilievi sperimentali al banco prova su un MCI e/o un sistema di sovralimentazione per applicazione automotive (in relazione alla situazione legata a Covid19).

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni sarà disponibile in aulaweb. Gli appunti presi durante le lezioni ed il materiale in aulaweb sono sufficienti per la preparazione dell’esame.

• S. Marelli - “Sistemi Propulsivi a Ridotto Impatto Ambientale” – Appunti del corso.
• G. Ferrari -  "Motori a combustione interna" - Il Capitello, 2008.
• K. Zinner, Supercharging of Internal Combustion Engines, Springer Verlag.
• K. Owen, T. Coley, Automotive Fuels Reference Book, Society of Automotive Engineers.
• T. Denton, Automobile electrical and electronic systems, Edward Arnold, London.
• AA.VV., Bosch Automotive Handbook, 7th Edition, Robert Bosch/Society of Automotive Engineers.
• L.J.M.J. Blomen, M.N. Mugerwa, Fuel Cell Systems, Plenum Press, New York, 1993.