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INTERNAL COMBUSTION ENGINES
MARCO ANTONELLI
Academic year2023/24
Course Automotive Engineering
Code384II
Credits12
PeriodSemester 1 & 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
APPLICAZIONI DEI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNAING-IND/08LEZIONI60
STEFANO FRIGO unimap
LUCA MARMORINI unimap
FONDAMENTI DI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNAING-IND/08LEZIONI60
MARCO ANTONELLI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Il corso è finalizzato all'approfondimento delle conoscenze, fornite dal corso di Macchine, nel campo della termofluidodinamica e del funzionamento dei motori a combustione interna.

Lo studente acquisirà le conoscenze sul funzionamento di un motore a combustione interna.

In particolare, il modulo Fondamenti fornirà informazioni di base su cicli termodinamici, combustione, ricambio della carica, raffreddamento, attrito ed emissioni, carburanti alternativi.

Il modulo Applicazioni e Innovazioni approfondirà le conoscenze sulle modalità di sperimentazione motore, sulle caratteristiche della sovralimentazione e dei sistemi di lubrificazione e raffreddamento motore, sull'applicazione dei combustibili altrenativi, sulle combustioni innovative, sui sistemi di abbattimento emissioni, per finire con una breve analisi delle tecniche di simulazione motore.

Knowledge

The course is aimed at deepening the knowledge, provided by the Machinery course, in the field of thermo-fluid dynamics and the operation of internal combustion engines.

The student will acquire the knowledge on the functioning of an internal combustion engine.

In particular, the Fundamentals module will provide basic information on thermodynamic cycles, combustion, charge change, cooling, friction and emissions, alternative fuels.

The Applications and Innovations module will deepen the knowledge on turbocharging, engine lubrication systems, engine cooling systems, advanced testing equipment and testing, innovative combustions, engine simulation principles, emission abatement systems.

Modalità di verifica delle conoscenze

Le conoscenze degli studenti saranno valutate mediante domande aperte, volte a verificare la comprensione dei concetti e la capacità di correlarli ed elaborarli. Ad esempio, allo studente viene chiesto di individuare la corretta procedura (sperimentazione) da utilizzare per l'analisi di un determinato fenomeno ed eventualmente come tale parametro varia al variare delle condizioni oprìerative del motore.

Assessment criteria of knowledge

The student knowledge will be assessed by means of open questions, aimed at verifying the understanding of concepts and the ability to correlate and process them. As an example, the student is asked to explain why a certain phenomenon occurs or what happens when a parameter is varied.

Capacità

Lo studente acquisirà la capacità di analizzare sperimentalemnte il comportamento di un motore ed eventualmente scegliere la soluzione tecnica adeguata per lo sviluppo di un nuovo motore o per l'analisi/simulazione di uno esistente.

Skills

The student will acquire the capability of choosing the proper technical solution for the development of a new engine or for the analysis/simulation of an existing one.

Modalità di verifica delle capacità

I criteri di valutazione delle competenze si basano su domande aperte mediante le quali lo studente dovrà affrontare un problema plausibile di dimensionamento o analisi di una specifica architettura del motore o soluzione realizzativa. Oppure lo studente dovrà descrivere come affrontare sperimentalmente l'analisi di un parmetro di funzionamento motore.

Assessment criteria of skills

The assessment criteria of skill is based on open questions by means of which the student will be faced to a plausible problem of dimensioning or analysing a specific engine architecture or realizative solution.

Comportamenti
  • Lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità alle problematiche di progettazione, simulazione e testing di un motore a combustione interna
  • Lo studente potrà saper gestire responsabilità di conduzione di un team di progetto di un motore a combustione interna
  • Lo studente potrà saper gestire la sperimentazione motore scegliendo le attrezzzature più opportune
  • Saranno acquisite opportune competenze per seguire con accuratezza e precisione lo svolgere di attività di raccolta e analisi di dati sperimentali
Behaviors
  • Students will acquire and/or develop an awareness of the problems to be faced during the design, the simulation and the testing of an internal combustion engine
  • Students will be able to manage the responsibility of managing a team project of an internal combustion engine
  • Students will acquire accuracy and precision when collecting and analysing experimental data
Modalità di verifica dei comportamenti

La valutazione dei comportamenti consiste in una domanda aperta in cui viene chiesto allo studente di spiegare il suo comportamento di fronte a un problema reale di progettazione / simulazione / test di un motore.

Assessment criteria of behaviors

The criteria assessment of behavior consists of open question in which the student is asked to explain its behavior when faced to a real problem of design/simulation/testing of an engine.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

E' molto importante che l'esame venga sostenuto dopo il superamento degli esami del primo anno e dell'esame di Macchine (o insegnamento equivalente). La conscenza della matematica e della fisica di base con particolare riferimento alla termodinamica e allo scambio termico sono considerate conoscenze di base per questo insegnamento.

Prerequisites

It is important that the exam will be done after completing the study of the first year and the exam of Macchine (or equivalent course). The knowledge of basic mathematics and physics with particular attention to thermodynamics and heat transfer are considered as basic knowledge for this course.

Indicazioni metodologiche

Lezioni frontali

Attività di apprendimento:

  • seguire le lezioni
  • preparazione di esami orali

Frequenza: consigliata

 

Teaching methods

Delivery: face to face

Learning activities:

  • attending lectures
  • preparation of oral/written report

Attendance: Advised

 

Programma (contenuti dell'insegnamento)

Modulo di Fondamenti di motori a combustione interna

  1. Generalità e caratteristiche dei motori a combustione interna
  2. Richiami sui cicli ideali Otto, Diesel e Sabathè, cicli reali, pressione media indicata e reale, pressione media di attrito, rendimento meccanico.
  3. Ricambio della carica nel motore a quattro tempi, coefficiente di riempimento, efflusso attraverso le valvole di aspirazione e scarico, effetti quasi-stazionari nei condotti.
  4. Motori a due tempi: analisi del processo di lavaggio ideale e reale, fluidodinamica del lavaggio ed esame dei parametri che l'influenzano, pompe di lavaggio e criteri di scelta del rapporto di lavaggio, soluzioni innovative.
  5. Alimentazione: cenni sui carburatori, apparati d'iniezione per motori ad accensione comandata, collettore d'aspirazione, apparati di iniezione per motori ad accensione per compressione, polverizzazione e penetrazione del getto.
  6. Combustione nel motore ad accensione comandata, velocità di combustione, rilascio del calore, combustione anomale e detonazione, combustione di cariche stratificate.
  7. Combustione nel motore ad accensione per compressione, ritardo di accensione, analisi della combustione nei casi di camera aperta e di precamera, polverizzazione e penetrazione del combustibile iniettato, turbolenza e moti di trascinamento della carica.
  8. Ausiliari: sistema di raffreddamento, sistema di lubrificazione, filtraggio e silenziamento dell'aria d'aspirazione, silenziamento dello scarico, ausiliari elettrici.

 

Modulo di Applicazioni ed Innovazioni nei Motori a Combustione Interna

  1. Sovralimentazione (cenni storici, tipologie, matching motore-turbocompressore, evoluzioni).
  2. Utilizzo di combustibili alternativi (idrogeno, gas naturale, bio-combustibili).
  3. Tecnologie e soluzioni innovative o non convenzionali.
  4. Simulazioni avanzate dei motori a combustione interna.
  5. Fondamenti di sperimentazione sui MCI (misura delle prestazioni, delle emissioni e caratterizzazione dei componenti).
  6. Indagini sperimentali avanzate (cicli indicati valutati direttamente ed indirettamente e loro analisi, misure ottiche di temperatura, flussi e spray).
  7. Esperienze al banco prova: caratterizzazione sperimentale di un MCI (misura delle grandezze caratteristiche e calcolo dei parametri di prestazione).
  8. Analisi delle combustioni innovative di MCI.
  9. Analisi delle problematiche connesse alla detonazione.
Syllabus

Module of Fondamenti di Motori a Combustione Interna
1. General features and characteristics of internal combustion engines
2. Recalls on the ideal Otto, Diesel and Sabathè cycles, real cycles, medium and real pressure, average pressure of interest, mechanical efficiency.
3. Replacement of the charge in the four-stroke engine, coefficient of filling, quasi-stationary effect in the ducts.
4. Engines in due time: analysis of the ideal and vital washing process, washing pumps and criteria for choosing the washing ratio, innovative solutions.
5. Power supply: introduction to carburetors, injection systems for spark-ignition engines, intake manifold, injection devices for injection engines for pulverization and jet penetration.
6. Combustion in the ignition engine, combustion speed, heat release, abnormal combustion and detonation, combustion of stratified charges.
7. Combustion in the compression injection engine, ignition load, combustion analysis in the case of an open chamber and pre-chamber, pulverization and penetration of the injected fuel, turbulence and charge drag motions.
8. Auxiliaries: cooling system, lubrication system, filtering and silencing of the intake air, exhaust silencing, electrical auxiliaries.

Module of Applicazioni ed Innovazioni nei Motori a Combustione Interna
1. Supercharging (historical outline, types, engine-turbocharger matching, evolutions).
2. Use of alternative fuels (hydrogen, natural gas, bio-fuels).
3. Acoustic characterization of the intake and exhaust pipes.
4. Innovative or unconventional technologies and solutions.
5. Advanced simulations of internal combustion engines.
6. Fundamentals of experimentation on MCI.
7. Advanced experimental investigations (indicated and indirectly indicated cycles and their analysis, optical temperature measurements, flows and sprays).
8. Test bench experiments: experimental characterization of an MCI (measurement of the grand features and calculation of the performance parameters).

Bibliografia e materiale didattico

 

1) Heywood JB. "Internal Combustion Engine Fundamentals", 2nd Edition, New York: McGraw-Hill Education; 2018. .

2) C. F. Taylor "The Internal Combustion Engine in Theory and Practice" (vols. 1 & 2), the M. I. T. Press, 1985.

3) G. Ferrari, G. D'Errico, A. Onorati, "Internal Combustion Engines" Esculapio Editeore, 2022.

4) Martorano, Antonelli, Elementi di Macchine, ETS

5) Dispense fornite dai Docenti.

Bibliography

Lecture notes provided by the teacher.

1) John B.Heywood, "Internal Combustion Engine Fundamentals" McGraw-Hill, 1988.

2) C. F. Taylor "The Internal Combustion Engine in Theory and Practice" (vols. 1 & 2), the M. I. T. Press, 1985.

3) Gordon P. Blair "Design and Simulation of Two-Stroke Engines" Society of Automotive Engineers, 1996.

4) G. Ferrari "Motori a combustione interna" Esculapio Editeore, 2016.

5) Martorano, Antonelli, Elementi di Macchine, ETS

Modalità d'esame

L'esame consiste in una prova orale con il docente. La prova consiste in un colloquio tra il candidato e il docente e durante la prova orale potrà anche essere richiesto al candidato di risolvere anche problemi scritti, davanti al docente. Normalmente è richiesto di rispondere a tre domande. La durata media di ciascuno colloquio è di circa 30-40 minuti.

La prova orale è non è superata se il candidato mostra di non essere in grado di esprimersi in modo chiaro e non risponde o risponde con evidenti carenze sulle conoscenze di base del corso.

 

Assessment methods

The exam consists of an oral conversations with the teacher. The conversation may include questions concerning the solution of written exercises in front of the teacher. Students are normally requested to answer three questions. The average duration is 20-30 minutes.

The oral exam is not passed if the candidate does not demonstrate to be able to express clearly the concepts and deos not answer or answer with evident lack of knowledge about the basic subjects of the course.

 

Updated: 02/08/2023 09:48