Scuola Politecnica Corso di Studi: Laurea Magistrale in Ingegneria

Scuola Politecnica
Corso di Studi: Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica
Anno di Corso II
Denominazione Insegnamento: Propulsion systems for low environmental impact
Codice Insegnamento:
Crediti Formativi: 6
Settore Scientifico Disciplinare: ING IND 08
Tipo Insegnamento: monodisciplinare
Docente Titolare: Zamboni Giorgio
Obiettivi Formativi:
Il corso si pone i seguenti obiettivi: 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; consentire agli studenti di sviluppare capacità di analisi e di confronto di
sistemi e tecnologie innovative per i motori termici a ridotto impatto ambientale, utilizzazione dei
combustibili alternativi (biocombustibili, gas naturale, idrogeno), sistemi di propulsione ibrida
(termica + elettrica) ed applicazione delle fuel cell nei sistemi propulsivi; fornire agli allievi criteri
per la selezione tra diversi sistemi e tecnologie con riferimento a differenti campi applicativi,
consentendo una prima valutazione sugli effettivi benefici in termini di riduzione dei consumi
energetici e dell’impatto ambientale delle soluzioni considerate rispetto a sistemi convenzionali.
Programma:
Motori termici a ridotto impatto ambientale – Problematiche, quadro normativo e possibili campi di
intervento; sistemi di iniezione avanzati per MCI ad accensione comandata e Diesel; processi di
combustione di tipo HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition); sistemi e dispositivi
avanzati per il contenimento delle emissioni inquinanti allo scarico; problematiche innovative
relative alla sovralimentazione dei MCI per autotrazione; riduzione delle emissioni di CO2 dei
motori termici: concetto di downsizing e tecnologie associate.
Combustibili alternativi – Gas naturale: problematiche, aspetti energetici, operativi ed economici,
effetto sulle emissioni inquinanti; utilizzazione di idrogeno e miscele idrogeno-metano nei motori
termici per trazione; biocombustibili: tipologie, inquadramento normativo, problematiche, tecniche
di produzione, analisi economica, applicazione ai sistemi propulsivi, effetti sul consumo di
combustibile e sulle emissioni inquinanti, bilancio globale delle emissioni di CO2; bilancio
energetico complessivo (analisi well-to-wheel).
Propulsione elettrica ed ibrida – La trazione elettrica: vantaggi e svantaggi, prestazioni, campo
operativo, costi, caratteristiche e tipologie degli accumulatori, problemi affidabilistici e di durata,
bilancio energetico ed emissivo globale; la propulsione ibrida: configurazioni dei sistemi ibridi,
categorie di ibridizzazione (sistemi start-and-stop, micro, mild, full hybrid), peculiarità, limiti e
caratteristiche delle configurazioni di interesse applicativo, esempi applicativi, bilancio energetico
ed emissivo, problematiche e prospettive di sviluppo.
Applicazione delle celle a combustibile (fuel cell) nei sistemi propulsivi – Generalità sul processo di
conversione elettrochimico, tipologie e caratteristiche delle celle a combustibile; applicazione delle
fuel cell nei sistemi propulsivi: 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.
Attività didattiche
Lezione
Esercitazione
Laboratorio
ore previste
48
0
0
Corso integrativo
0
Riferimenti bibliografici
P. J. Dingle and M. D. Lai, Diesel Common Rail and Advanced Fuel Injection Systems, Society of
Automotive Engineers, 2005.
R. van Basshuysen, Gasoline Engine with Direct Injection, Vieweg+Teubner, 2009.
AA. VV., Advanced combustion for low emissions and high efficiency: a literature review of HCCI
combustion concepts, CONCAWE Technical Report no.4/08, 2008.
B. Kegl, M. Kegl, S. Pehan, Green Diesel Engines – Biodiesel Usage in Diesel Engines, Springer,
2013.
B. Morey, Future Automotive Fuels and Energy – Technology Profile, Society of Automotive
Engineers, 2013.
G. Kalghatgi, Fuel/Engine Interactions, Society of Automotive Engineers, 2014.
K. Owen, T. Coley, Automotive Fuels Reference Book, Society of Automotive Engineers, 3rd
Edition, 2014.
I. Husain, Electric and Hybrid Vehicles – Design Fundamentals, Taylor and Francis Group, 2011.
AA. VV., Fuel Cell Handbook, U.S. Department of Energy, Office of Fossil Energy, National
Energy Technology Laboratory, 7th Edition, 2004.
P. Corbo, F. Migliardini, O. Veneri, Hydrogen Fuel Cells for Road Vehicles, Springer, 2011.
R. Edwards, H. Hass, J.F. Larivé, L. Lonza, H. Maas, D. Rickeard, Well-to-Wheels analysis of
future automotive fuels and powertrains in the European context – Well-to-Wheels Report, Version
4a, European Commission – Joint Research Centre, Institute for Energy and Transport, 2014.
Dispense e materiale didattico del Docente
Organizzazione del corso e modalità esame
Lezioni frontali.
Esame orale composto da tre quesiti.
Propedeuticità
Laurea triennale in Ingegneria Industriale o titolo equivalente.
Learning Objectives:
The main objectives of the course are: to provide an adequate and critical knowledge on
environmental friendly propulsion systems for different applications, taking into account energyrelated and economic issues. To develop skills for the analysis and comparison of advanced systems
and technologies for ultra-low emissions Internal Combustion Engines (ICE), the use of alternative
fuels (biofuels, NG, hydrogen), the development of hybrid propulsion systems and the application
of fuel cells to road vehicles propulsion. To provide criteria for the selection of different systems
and technologies referring to several application fields, allowing a first assessment of real benefits
in terms of energy consumption and environmental impact for the proposed technical solutions
compared to conventional systems.
Course Program:
Advanced systems and technologies for ultra-low emissions ICE – General overview on problems,
legislation and possible actions; advanced fuel injection systems for Spark Ignition (SI) and Diesel
engines; HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) combustion processes; innovative
devices and systems for exhaust emissions control; advanced turbocharging concepts; CO2 emission
reduction in thermal engines: downsizing concept and related technologies.
Alternative fuels – Natural gas: problems, energy-related, operating and economic issues, effect on
exhaust emissions; hydrogen and hydrogen-methane mixtures for thermal engine powertrains;
biofuels: types, legislation, problems, production techniques, economic analysis, use in propulsion
systems, effects on fuel consumption and exhaust emissions, CO2 emissions overall balance; Wellto-wheel analysis.
Electric and hybrid propulsion – Electric powertrain: advantages/disadvantages, performance,
operating range, costs, energy storage devices characteristics, reliability and duration issues, global
energy and emissive balance; hybrid propulsion: hybrid system configurations, hybrid categories
(start-&-stop, micro, mild, full hybrid systems), main features, characteristics and limits of
operating configurations, applied examples, global energy and emissive balance, further
developments.
Fuel cell application to propulsion systems – General overview on the electrochemical conversion
process, fuel cell types and characteristics; fuel cell application to powertrain systems: types,
operating problems, performance, hydrogen generation and storage systems, energy and emissive
balance; applications, technical and economic issues, further developments.