Powertrain Architectures and Technologies for New Emission and Fuel Consumption Standards

New powertrain design is highly influenced by CO2 and pollutant limits defined by legislations, the demand of fuel economy in for real conditions, high performances and acceptable cost. To reach the requirements coming from both end-users and legislations, several powertrain architectures and engine technologies are possible (e.g. SI or CI engines), with many new technologies, new fuels, and different degree of electrification. The benefits and costs given by the possible architectures and technology mix must be accurately evaluated by means of objective procedures and tools in order to choose among the best alternatives. This work presents a basic design methodology and a comparison at concept level of the main powertrain architectures and technologies that are currently being developed, considering technical benefits and their cost effectiveness. The analysis is carried out on the basis of studies from the technical literature, integrating missing data with evaluations performed by means of powertrain-vehicle simplified models, considering the most important powertrain architectures. Technology pathways for passenger cars up to 2025 and beyond have been defined. After that, with support of more detailed models and experimentations, the investigation has been focused on the more promising technologies to improve internal combustion engine, such as: water injection, low temperature combustions and heat recovery systems.

Il piacere dell'annientamento. Pavese, Leucò e il mito classico

Oggetto della tesi sono i Dialoghi con Leucò, ventisette dialoghi tra dèi ed eroi del mito antico, pubblicati da Cesare Pavese nel 1947. Muovendo dai molteplici studi che negli ultimi anni si sono interessati alla raccolta e al suo rapporto col mondo classico, riconducibili nell’alveo più ampio dell’ interesse verso la dimensione intertestuale dell’opera pavesiana e in quello ancor più generale delle riscritture del mito classico all’interno della letteratura italiana, il presente lavoro intende colmare una lacuna: nonostante gli indubbi passi avanti compiuti nell’interpretazione dei Dialoghi, il panorama critico è tuttora mancante di un’analisi complessiva di tutte le tessere della raccolta, cioè uno studio che si mostri capace di integrare i risultati raggiunti sino a oggi in una cornice sistemica che includa e consideri tutti i componimenti – obiettivo specifico del lavoro qui sviluppato. L’analisi, dal taglio spiccatamente comparativo, si snoda sul duplice binario della sincronia e della diacronia: da un lato vengono chiarite le strategie di adattamento e riscrittura dell’antico, mentre, dall’altro, l’indagine è arricchita dal raffronto con altre riscritture mitiche, letterarie e non solo, nella convinzione che solo da un’analisi globale dell’opera se ne possa produrre una nuova interpretazione e che questa non possa prescindere dal confronto e dalla contaminazione con tendenze, motivi ed emersioni mitiche successive, anche non immediatamente riconducibili a Pavese.

Genus seditiosorum. L'oratoria dei populares nelle testimonianze e nei frammenti (133-44 a.C.)

Il lavoro verifica l’ipotesi dell’esistenza, durante la tarda repubblica romana (133-44 a.C.), di uno stile oratorio riconoscibile come proprio dei populares. Per identificarne le caratteristiche tecniche distintive si procede, previa revisione e aggiornamento dell’edizione critica di riferimento (Malcovati 19764), alla traduzione delle testimonianze e dei frammenti oratori relativi ai 25 principali esponenti della pars popularis (da P. Licinio Crasso Divite Muciano a G. Scribonio Curione il Giovane) e al commento di tali testi. Nell’introduzione vengono discussi, alla luce di un’esposizione dettagliata dei relativi status quaestionis e di una rilettura delle fonti, i seguenti punti: esistenza dei populares; identificazione degli oratori populares; modalità di selezione e trasmissione del materiale oratorio e caratteristiche della sua tradizione; stato del materiale e modalità migliori di edizione; eloquentia popularis in Cicerone (impiegata anche dagli ottimati); stile oratorio di Gaio Gracco, di Giulio Cesare e degli oratori graccani, mariani e cesariani; riformulazione della categoria critica (eloquentia popularium) e conclusioni storiche e stilistiche. Nella trattazione sono integrati i risultati della ricerca, che consentono di formulare di volta in volta un giudizio autonomo. I dati vengono proposti anche in forma di tabelle in tre appendici, che presentano: l’attività politico-legislativa di G. Gracco, Saturnino, Clodio e Cesare a confronto (1), le figure e gli aspetti retorici rilevati nei frammenti (2.1), i giudizi sullo stile e le qualità retoriche riscontrati nelle testimonianze (2.2). Nel commento si rende ragione delle principali questioni filologiche, storiche e storiografiche relative a ciascun passo, mentre il focus è posto sugli aspetti linguistici e retorici. Vengono messe in luce le indicazioni offerte dalla fonte sul contesto performativo, per poi passare all’analisi puntuale (sinora un desideratum della critica) degli argumenta e dello stile oratorio e studiare, infine, come tali dati si inseriscano nel quadro complessivo dell’eloquenza di questo gruppo di oratori.

"La Semirami" di Moniglia e Cesti fra Innsbruck, Vienna e Venezia (1665-1674)

La tesi esamina il trattamento drammatico e musicale del soggetto di Semiramide in una delle sue prime trasposizioni operistiche: "La Semirami" di Giovanni Andrea Moniglia (Firenze 1625-1700) e Antonio Cesti (Arezzo 1623 - Firenze 1669). Quest’opera è legata ai più importanti centri d’influenza dell’attività compositiva di Cesti – Firenze, Innsbruck, Vienna e Venezia – e riassume tutti i mondi produttivi della sua carriera, divisa fra gli ambienti di corte e i teatri cittadini veneziani. L’opera fu commissionata nel 1665 per le nozze dell’arciduca d’Austria Sigismondo Francesco a Innsbruck, ma fu rappresentata solo nel 1667 alla corte di Leopoldo I a Vienna, e infine ripresa a Venezia al teatro di S. Moisè nel 1674 con una serie di ritocchi e il nuovo titolo "La schiava fortunata": Giulio Cesare Corradi revisionò il testo e Marc’Antonio Ziani aggiornò la musica. La tesi contiene una prima parte di studio dell’opera suddivisa in cinque capitoli, in cui offro: una panoramica aggiornata della biografia del compositore aretino e la contestualizzazione della "Semirami" nella sua carriera, con particolare attenzione alla genesi e alle fasi evolutive del dramma; l’analisi drammaturgica e musicale dell’opera, in cui esamino le scelte compositive di Cesti in rapporto al testo poetico dato; infine la fortuna della "Semirami" con l’allestimento veneziano del 1674 e le sue riprese. Un capitolo è dedicato interamente alla fortuna del soggetto di Semiramide nel Seicento operistico. La seconda parte della tesi contiene l’edizione dei testi poetici della "Semiramide" (Firenze 1690), della "Semirami" (Vienna 1667) e della "Schiava fortunata" (Venezia 1674) con la presentazione delle aggiunte e sostituzioni riscontrate nei testimoni relativi agli allestimenti successivi, fino al 1693.

Development and chemo-mechanical characterization of eco-compatible extenders containing REOB and recycled tyres’ rubber for the production of greener bituminous binders

The concepts of circular economy and sustainability are the basis of the present experimental research that seeks to reduce the environmental impact of traditional road construction materials. This study mainly focuses on the development and the chemo-mechanical characterization of bitumen extenders containing rubber (R) from end-of-life tyres (ELTs) and re-refined engine oil bottoms (REOBs) for the production of innovative and eco-friendly extended bitumens (i.e. bituminous binders containing 25%wt. of recycled products) and asphalt mixtures. In order to create more sustainable asphalt mixes, also recycled aggregates are used for partial replacement of virgin natural aggregates in the aggregate skeleton. The experimental program encompassed five successive steps: (i) the evaluation of physicochemical properties of R and REOB, (ii) the definition of the optimal extenders by the development of a new protocol and their characterizations, (iii) the realization and investigation of the chemo-rheological responses of the extended bitumens at different boundary conditions, (iv) the assessment of the effectiveness of analytical method to predict the rheological parameters of extended bitumens and, finally, (v) the analysis of the mechanical performances of the corresponding asphalt mixtures. A standard 50/70 penetration grade bitumen was chosen as a reference material and the main constituent of the innovative bituminous products. The results of this study underlined the importance of material characterization. The incorporation of R-REOB extenders strongly affects the chemo-rheological responses of the resulting extended bitumens and asphalt mixtures overall the boundary conditions. While the presence of R and the consequent formation of a polymer network improves the elasticity of the final products, especially at high test temperatures; the addition of REOB, softens the bituminous binders and asphalt mixes increasing their response at low test temperatures. Nonetheless, the use of recycled products increased the susceptibility of bituminous material under damaging conditions, which would need further investigations.

Il valore unitario dei portici nelle trasformazioni urbane di Bologna: "Avvertenze d'arte" per la loro valorizzazione e restauro.

La tesi si pone l’obiettivo di indagare il ruolo del portico nella città, non come singolo episodio architettonico, bensì come bene culturale diffuso in maniera capillare. Si vuole sottolineare l’importanza del binomio portici e tessuto urbano, poiché spesso ci si limita a studiarne solo l’evoluzione dei metodi costruttivi e del linguaggio. Il susseguirsi di episodi porticati, indistintamente dalla propria ricchezza architettonica, definisce la forma della città ed eleva il tessuto edilizio a monumento, pertanto una distinzione tra emergenze architettoniche ed edilizia minore, in termini di valore, non risulta soltanto superflua, ma bensì fuorviante. Il valore del portico è intrinseco alla sua presenza e si incorrerebbe in una serie di disguidi ad affermare che sono gli edifici monumentali a dare valore alla città: Portici monumentali e seriali dialogano nel continuum dando vita ad un unicum che assume valore in quanto intero, non totale, come più volte affermato da Cesare Brandi. La ricerca in parallelo sull’evoluzione urbanistica della città e sull’origine e lo sviluppo dei portici, intrecciata con i dati relativi ai rilievi diretti delle sezioni stradali e dei casi studio, ha permesso la ricostruzione dello sviluppo del portico in relazione all’evoluzione del tessuto urbano nel corso dei secoli, individuando tre momenti ritenuti fondamentali: la diffusione dell’elemento porticato nelle città medievali, la risposta politica di bologna e il portico come elemento determinante l’evoluzione del linguaggio della città. Si è così dimostrato come la città, in ogni epoca storica, abbia identificato nei portici un mezzo tramite il quale rinascere senza perdere la propria storicità e continuità architettonica. In conclusione, si è elaborata una “carta del restauro dei portici”, che possa indirizzare l’intervento di restauro verso un approccio culturale, al fine di garantire la salvaguardia dell’intero sistema porticato, a prescindere dal linguaggio del singolo manufatto.

Diagnosi misfire: analisi delle strategie e automatizzazione di un processo di calibrazione di un motore V6 twin spark con sistema a precamera

L’obiettivo del seguente elaborato è quello di spiegare le modalità con cui viene monitorato il misfire, le varie strategie a supporto e la calibrazione che ne consegue in un motore V6 Twin Spark con sistema a precamera. Le varie attività sono state svolte nel gruppo OBD presso il dipartimento Powertrain dell’azienda Maserati S.p.A. nell’ambito della diagnosi misfire. Nella prima parte dell’elaborato verrà introdotto un quadro illustrativo delle normative vigenti in tema di emissioni per un motore a combustione interna che delineerà l’esigenza di avere un sistema di monitoraggio On-Board Diagnostic, e verranno descritte le principali diagnosi per i componenti meccanici ed elettronici. Nel secondo capitolo verrà introdotto il concetto di misfire, la sua classificazione e i requisiti che devono essere rispettati per il suo monitoraggio; nell’ultima parte, verrà descritto il motore oggetto di studi e le strumentazioni utilizzate per lo sviluppo dell’attività. Nel terzo capitolo verranno introdotte le varie strategie utilizzate per il rilevamento della mancata accensione della miscela e verrà illustrato come il sistema a precamera ha richiesto la loro revisione. In particolare, per quanto riguarda l’utilizzo della corrente di ionizzazione saranno analizzate le criticità dovute a questo nuovo sviluppo e per l’analisi della variazione di velocità angolare della ruota fonica verrà analizzato come tale sviluppo ha impattato nelle temperature del catalizzatore e nella robustezza della diagnosi effettuata. Infine, nell’ultimo capitolo verrà illustrato come ci si è approcciati alla calibrazione della finestra di osservazione, partendo dalle prove effettuate al banco, proseguendo con l’analisi di tali prove nelle varie condizioni di funzionamento del motore e concludendo con l’implementazione del processo di calcolo automatizzato per la calibrazione. In merito a quest'ultimo punto è stato sviluppato un Tool finalizzato a calcolare la finestra ottimale per ogni punto motore.

Innovative Infrastructures for Sustainable Mobility in Urban Areas: Protective Asphalt to Prevent Vulnerable Road Users Injuries.

Nell’elaborato viene studiato il fenomeno dell’incidentalità singola delle utenze deboli sulla strada (perdita di controllo, scivolamento ecc..ecc..), con particolare enfasi nell’analizzare le conseguenze traumatiche dovute all’impatto con la superficie stradale. Una nuova tecnologia viene sviluppata per rendere le pavimentazioni di piste ciclabili, marciapiedi e zone pedonali con capacità di assorbimento degli impatti, prevenendo, o riducendo drasticamente, la probabilità e entità di eventi traumatici a seguito di una caduta. Attraverso una stesa di prova avvenuta ad Imola (BO), si sono analizzate e risolte le problematiche dovute alle discrepanze riscontrate fra “costruzione” in laboratorio e costruzione nella realtà urbana. La nuova tecnologia, infatti, è stata studiata come “construction-friendly”, permettendo alle società di costruzione e pavimentazione di stendere il nuovo manto protettivo con strumenti e macchinari tradizionali. Infine l’asfalto modificato è stato testato nei laboratori svedesi del KTH – Royal Institute of Technology per provarne l’efficacia in termini di assorbimento degli impatti. Nel “Drop Impact Test”, test specifico per l’approvazione dei caschi protettivi da bicicletta, l’asfalto modificato ha performato ben al di sotto della soglia di approvazione dei caschi da ciclista, e si colloca in un range di valore di accelerazione lineare perfino al di sotto della soglia di “Low Risk of Injuries”. La nuova tecnologia, inoltre, fa utilizzo di gomma granulata riciclata da pneumatici fuori uso. Tale dettaglio conferisce maggiore sostenibilità al progetto: oltre all’utilizzo di legante a freddo, che diminuisce le emissioni di CO2, e di incentivare l’utilizzo della mobilità dolce attraverso una più sicura rete infrastrutturale, l’utilizzo di gomma riciclata dà nuova vita al materiale che altrimenti andrebbe in discarica e prolunga, così, la vita utile del materiale.

Small polarons in spin-orbit coupled osmates

Small polarons (SP) have been thoroughly investigated in 3d transition metal oxides and they have been found to play a crucial role in physical phenomena such as charge transport, colossal magnetoresistance and surface reactivity. However, our knowledge about these quasi-particles in 5d systems remains very limited, since the more delocalised nature of the 5d orbitals reduces the strength of the Electronic Correlation (EC), making SP formation in these compounds rather unexpected. Nevertheless, the Spin-Orbit coupled Dirac-Mott insulator Ba2NaOsO6 (BNOO) represents a good candidate for enabling polaron formation in a relativistic background, due to the relatively large EC (U ∼ 3 eV) and Jahn-Teller activity. Moreover, anomalous peaks in Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy experiments suggest the presence of thermally activated SP dynamics when BNOO is doped with Ca atoms. We investigate SP formation in BNOO both from an electronic and structural point of view by means of fully relativistic first principles calculations. Our numerical simulations predict a stable SP ground state and agree on the value of 810 K for the dynamical process peak found by NMR experiments.

Studio di Shelf-life di taralli formulati con miscele lipidiche diverse

La conservabilità dello snack tipico della panetteria italiana "Tarallini" dipende dalla ricetta e dalle condizioni di cottura e conservazione. In questo lavoro di tesi si è studiata la stabilità ossidativa di taralli formulati con miscele lipidiche diverse durante un periodo di shelf life di circa due mesi e mezzo. I campioni sono stati formulati con olio EVO, con una miscela di olio EVO e olio di riso e il terzo campione è costituito da olio di girasole alto oleico e olio di cocco. Per poter valutare come la diversa frazione lipidica e come anche le interazioni con gli ingredienti propri del campione possano influenzare la conservabilità di taralli, sono state svolte analisi sull'ossidazione lipidica degli olii. In particolare è stata svolta la determinazione dei prodotti primari dell'ossidazione, determinazione dei perossidi; poi sono stati quantificati i prodotti secondari, ovvero i composti volatili, in particolare Esanale che è il composto target per valutare l'ossidazione dell'alimento; ed infine i campioni sono stati sottoposti ad OXITEST, un test di ossidazione accelerata. Dallo studio effettuato emerge che il campione formulato con EVO nonostante sia più suscettibile all'ossidazione è quello che presenta caratteristiche organolettiche e nutritive migliori, a differenza degli altri due campioni che resistono meglio all'ossidazione lipidica, in particolare il campione formulato con olio di girasole altro oleico e olio di cocco.

High friction and acoustic surface for pavements: development of artificial engineered aggregates from recycled powders

There is a constant need to improve the infrastructure's quality and build new infrastructure with better designs. The risk of accidents and noise can be reduced by improving the surface properties of the pavement. The amount of raw material used in road construction is worrisome, as it is finite and due the waste produced. Environmentally-friendly roads construction, recycling might be the main way. Projects must be more environmentally-friendly, safer, and quieter. Is it possible to develop a safer, quieter and environmentally-friendly pavement surfaces? The hypothesis is: is it possible to create an Artificial Engineered Aggregate (AEA) using waste materials and providing it with a specific shape that can help to reduce the noise and increase the friction? The thesis presents the development of an AEA and its application as a partial replacement in microsurfacing samples. The 1st introduces the topic and provides the aim and objectives of the thesis. The 2nd chapter – presents a pavement solution to noise and friction review. The 3rd chapter - developing a mix design for a geopolymer mortar that used basalt powder. The 4th chapter is presented the physical-mechanical evaluation of the AEA. The 5th chapter evaluates the use of this aggregate in microsurfacing regarding the texture parameters. The 6th chapter, those parameter are used as an input to SPERoN® model, simulating their noise behavior of these solutions. The findings from this thesis are presented as partial conclusions in each chapter, to be closed in a final chapter. The main findings are: the DoE provided the tool to select the appropriate geopolymer mortar mix design; AEA had interesting results regarding the physical-mechanical tests; AEA in partial replacement of the natural aggregates in microsurfacing mixture proved feasible. The texture parameters and noise levels obtained in AEA samples demonstrate that it can serve as a HIFASP

Vulnerable users' protection with advanced recycling paving materials. Design and characterisation of rubber-based impact-absorbing pavement materials for bike lanes and sidewalks

Our cities are constantly evolving, and the necessity to improve the condition and safety of the urban infrastructures is fundamental. However, on the roads, the specific needs of cyclists and pedestrians are often neglected. The Vulnerable Road Users (VRUs), among whom cyclists and pedestrians are, rarely benefit from the most innovative safety measures. Inspired by playgrounds and aiming to reduce VRUs injuries, the Impact-Absorbing Pavements (IAP) developed as novel sidewalks, and bike lanes surface layers may help decrease injuries, fatalities, and the related societal costs. To achieve this goal, the End-of-Life Tyres (ELTs) crumb rubber (CR) is used as a primary resource, bringing its elastic properties into the surface layer. The thesis is divided into five main chapters. The first concerns the formulation and the definition of a feasible mix. The second explores the mechanical and environmental properties in detail, and the ageing effect is also assessed. The third describes the modelling of the material to simulate accidents and measure the injury reduction, especially on the head. The fourth chapter is reserved for the field trial. The last gives some perspectives on the research and proposes a way to optimize and improve the data and results collected during the doctoral research. It was observed that the specimens made with cold protocol have noticeable performances and reduce the overall carbon footprint impact of this material. The material modelling and the accident simulation proved the performance of the IAP against head injuries, and the field trial confirmed the good results obtained in the laboratory for the cold-made material. Finally, the outcomes of this thesis opened many prospective to the IAP development, such as the use of a plant-based binder or recycled aggregates and gave a positive prospect of an innovative material to the urban road infrastructures.

Solutions for the conservation and restoration of cement-based materials in XX Century architectural heritage

Among the most representative materials of XX Century architectural heritage, this dissertation focuses on the cement-based ones, investigating some different fields where they were exploited. Primarily, concerning the surface preservation of cement-based materials used with aesthetic intent, new self-cleaning treatments based on titania nanoparticles embedded in inorganic matrices were tested. In order to consider the role of porosity, the treatments were applied to different kinds of materials (cement-based mortar, marble and concrete) and several analyses were conducted to investigate the morphology of the coatings, their photocatalytic effectiveness, their durability and the interaction between the coating and the substrate material. The outcomes showed that several parameters influence the treatment’s performances, in particular, the presence and nature of the matrix, the concentration and dispersion of nanoparticles and, in some cases, the amount of substrate material which interacts with the coatings. Secondly, this dissertation deals with the historic “Terranova” render, a colored dry-mix mortar largely widespread in Europe in the first half of XX Century, whose formulation is still basically unknown. Some original samples of supposedly Terranova renders were subjected to several characterization analyses and the results were compared to those of the original “Terranova” render of the Engineering Faculty in Bologna. Despite the recurrence of some features, defining a common formulation seemed to be challenging. Finally, the repair and conservation of structural reinforced concrete in heritage buildings were investigated, adopting the former “Casa del Fascio” in Predappio (FC, Italy) as case study. Three different materials and solutions were tested on a slab of the building, making its repair only from the intrados. Then several analyses were conducted both on site and in laboratory. Aside from the specific features characterizing every product, the results highlighted that the application method played a fundamental role in the effectiveness of the retrofit strategies.

Low carbon systems for climate change mitigation and adaptation

Global warming and climate change have been among the most controversial topics after the industrial revolution. The main contributor to global warming is carbon dioxide (CO2), which increases the temperature by trapping heat in the atmosphere. Atmospheric CO2 concentration before the industrial era was around 280 ppm for a long period, while it has increased dramatically since the industrial revolution up to approximately 420 ppm. According to the Paris agreement it is needed to keep the temperature increase up to 2°C, preferably 1.5° C, to prevent reaching the tipping point of climate change. To keep the temperature increase below the range, it is required to find solutions to reduce CO2 emissions. The solutions can be low-carbon systems and transition from fossil fuels to renewable energy sources (RES). This thesis is allocated to the assessment of low-carbon systems and the reduction of CO2 by using RES instead of fossil fuels. One of the most important aspects to define the location and capacity of low-carbon systems is CO2 mass estimation. As mentioned, high-emission systems can be substituted by low-carbon systems. An example of high-emission systems is dredging. The global CO2 emission from dredging is relatively high which is associated with the growth of marine transport in addition to its high emission. Thus, ejectors system as alternative for dredging is investigated in chapter 2. For the transition from fossil fuels to RES, it is required to provide solutions for the RES storage problem. A solution could be zero-emission fuels such as hydrogen. However, the production of hydrogen requires electricity, and electricity production emits a large amount of CO2. Therefore, the last three chapters are allocated to hydrogen generation via electrolysis, at the current condition and scenarios of RES and variation of cell characteristics and stack materials, and its delivery.

Sustainable pavements for rural scenarios: laboratory and in-situ characterization of recycled materials and innovative construction solutions

Growing need for infrastructure has led to expanding research on advances in road pavement materials. Finding solutions that are sustainable, environmentally friendly and cost-efficient is a priority. Focusing such efforts on low-traffic and rural roads can contribute with a significant progress in the vital circulatory system of transport for rural and agricultural areas. An important alternative material for pavement construction is recycled aggregates from solid wastes, including waste from civil engineering activities, mainly construction and demolition. A literature review on studies is made; it is performed a planned set of laboratory testing procedures aimed to fully characterize and assess the potential in-situ mechanical performance and chemical impact. Furthermore, monitoring the full-scale response of the selected materials in a real field construction site, including the production, laying and compaction operations. Moreover, a novel single-phase solution for the construction of semi-flexible paving layers to be used as alternative material to common concrete and bituminous layers is experimented and introduced, aiming the production and laying of a single-phase laid material instead of a traditional two phases grouted macadam. Finally, on a parallel research work for farming pavements, the possible use of common geotechnical anti-erosive products for the improvement of soil bearing capacity of paddock areas in cattle husbandries of bio-farms is evaluated. this thesis has clearly demonstrated the feasibility of using the sustainable recycled aggregates for low-traffic rural roads and the pavements of farming and agriculture areas. The pavement layers constructed with recycled aggregates provided satisfying performance under heavy traffic conditions in experimental pavements. This, together with the fact that these aggregates can be available in most areas and in large quantities, provides great impetus towards shifting from traditional materials to more sustainable alternatives. The chemical and environmental stability of these materials proves their soundness to be utilized in farming environments.