8/19/2019 Programma Del Corso Di Motori a Combustione Interna

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PROGRAMMA DEL CORSO DI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA  – 9 CFU

A.A. 2015-2016

Docente: Prof. Enrico Mattarelli

Introduzione al corso. Cenni storici.

Grandezze effettive ed indicate. Il rendimento organico. Il rendimento indicato, globale, il consumo specifico.

Indice d’aria, rapporto di equivalenza, tonalità termica; rendimento volumetrico. Espressione della potenza

per via termica. La catena dei rendimenti: di intrappolamento, di combustione, di adiabaticità,

termodinamico ideale, di ciclo indicatore, di pompaggio. Considerazioni sulla formula della potenza e del

rendimento globale: influenza della dosatura, del frazionamento della cilindrata, del rapporto alesaggio

corsa, del numero di tempi, ecc.

Richiami ai cicli termodinamici Otto e Sabatthé. Calcolo della temperatura e pressione nei vari punti di unciclo. Influenza dei parametri motoristici sulla pressione e temperatura massima del ciclo. Esercizio sul ciclo

Otto e Sabatthé. Calcolo della temperatura dei gas di scarico. Il ciclo Miller.

Espressione analitica semplificata del rendimento volumetrico in base al primo principio della

termodinamica. Influenza dei fenomeni stazionari e dinamici. Il riscaldamento della carica. Evaporazione del

combustibile.

Analisi del flusso attraverso le valvole, andamento dell'area minima in funzione dell'alzata. Espressione della

portata attraverso un ugello ideale. Coefficiente di efflusso e area efficace. Schema di un banco di flussaggio

stazionario e descrizione della procedura di prova. Osservazioni sulla valutazione del coefficiente di efflusso.

Influenza dell'imbocco e del cilindro nella prova con flusso aspirato. Influenza del condotto per il flussosoffiato. Impiego del coefficiente di efflusso nelle simulazioni 1D. La legge di alzata e l’area efficace media,

l’indice di Mach, influenza sul rendimento volumetrico in condizioni stazionarie. Influenza dei parametri

costruttivi delle valvole sulla permeabilità. Influenza delle condizioni ambiente sulle prestazioni.

La teoria delle onde di pressione nei condotti. Correlazione tra perturbazione di pressione e velocità del gas.

Velocità del suono. Velocità di propagazione di un onda. Esempi numerici. Deformazione delle onde e

formazione di linee di shock. Sovrapposizione di due onde. Riflessione delle onde in corrispondenza di

estremità chiuse o aperte. Generazione delle onde nei sistemi di aspirazione e scarico. Analisi delle condizioni

di accordatura fluidodinamica. Simulazione termo-fluidodinamica mono-dimensionale del motore.

Funzioni del sistema di aspirazione di un motore, lay-out più comuni. Individuazione delle condizioni diaccordatura del condotto di aspirazione: modello del Pignone. Discussione dell’influenza di: lunghezza,

diametro equivalente delle sezioni, velocità di rotazione, numero di picchi. Dispositivi per estendere

l’accordatura del motore: trombette telescopiche, sistemi a 2 lunghezze.  

Progettazione del sistema di scarico. Dispositivi per il post-trattamento dei gas di scarico e criteri per il loro

corretto inserimento. Criterio di dimensionamento del condotto primario di scarico. Influenza del lay-out.

Interferenza tra i cilindri. Sistemi a geometria variabile per lo scarico: by-pass nel silenziatore, valvola EXHUP,

risuonatori. Cenni di acustica e di progettazione dei silenziatori.

Esigenze della legge di attuazione delle valvole al variare della velocità di rotazione e del carico. Strategie di

controllo del carico tramite le valvole: LIVC, EIVC, IVT. Classificazione dei sistemi di attuazione variabile delle

valvole, cenni ad alcuni sistemi VVT e VVA (VTEC, Valvetronic, Multi-Air)

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Moto della carica all’interno del cilindro. Separazione del flusso medio e di quello turbolento, variazione

ciclica. Scale caratteristiche: scala integrale, microscala di Taylor, scala di Kolmogorov. Il moto di Swirl e di

tumble: influenza della geometria dei condotti e del cilindro, criteri progettuali. Lo squish, modello di calcolo

velocità radiale. Misura al banco di flussaggio dei coefficienti di tumble e swirl. Stima del tumble e dello swirl

mediante simulazioni CFD-3d. Calcolo dello swirl ratio

Aspetti generali della combustione e dei combustibili (accensione comandata e per compressione, velocità

di combustione, richiami di stechiometria). Auto-accensione di una miscela. Propagazione del fronte di

fiamma in condizioni laminari e in condizioni turbolente. Combustione diffusiva

Descrizione della combustione normale nel motore ad accensione comandata. Legge di Wiebe. Influenza dei

parametri operativi sulla legge di combustione (dosatura, anticipo, carico, rapporto di compressione,

pressione di sovralimentazione, EGR, turbolenza).

Introduzione sulla sovralimentazione, classificazione dei sistemi più comuni. La sovralimentazione meccanica

con compressore volumetrico. Scelta del compressore e del rapporto di trasmissione. Rendimento degli

ausiliari (potenza assorbita dal compressore).Esempio di progettazione di un sistema di sovralimentazione

meccanica. Turbo-sovralimentazione: aspetti generali. Sistema di scarico ad impulsi e a pressione costante.

Sistemi di riduzione dell’interferenza tra cilindri, il pulse-converter. Stima della contro-pressione generata

dalla turbina. Rendimenti total-to-total e total-to-static. Parametri corretti e ridotti per la portata e la velocità

delle turbomacchine. Mappe di turbine e compressori per autotrazione. Calcolo di un punto di

funzionamento sulle mappe. Influenza della velocità di rotazione e del carico sul posizionamento del punto

di funzionamento. Peculiarità della trazione stradale. La valvola Waste-Gate. Esercitazione sulla scelta del

turbocompressore con waste-gate in un motore automobilistico. Lo sviluppo dei motori turbo-compressi a

benzina, dagli anni '80 ad oggi. La turbina a geometria variabile. Sovralimentazione a due stadi. Compressori

elettrici

TESTI CONSIGLIATI

1. Dispense del Docente e altro materiale disponibile su Dolly

2. G. Ferrari: “Motori a Combustione Interna”, Ed. Il Capitello, 2008

3. J. Heywood “Internal Combustion Engine Fundamentals” Mc Graw-Hill

4. G. A. Pignone, U. R. Vercelli “Motori ad alta potenza specifica”, Giorgio Nada Editore. 

DATE IMPORTANTI

Martedì 1 Marzo: Seminario Ing. Morello: “Benz e Daimler, gli inventori dell’automobile” 

Giovedì 24 Marzo: lezione sospesa per impegni del docente

12-14 Aprile: lezioni sospese per impegno del docente

Mercoledì 20 Aprile: Prova in Itinere