Sfruttare l’idrogeno

May 30, 2023

Un nuovo design del sistema di iniettori di gas ha reso possibile iniettare l'idrogeno direttamente nella camera di combustione di un veicolo.

Come tutti i motori a combustione interna (ICE), i motori a idrogeno a emissioni zero richiedono un sistema di formazione della miscela per il dosaggio del carburante, in questo caso gas idrogeno. Attualmente, l’approccio più promettente è un sistema di iniezione diretta a bassa pressione (LP-DI), che inietta il carburante direttamente nella camera di combustione del motore. Se l'iniezione può iniziare solo dopo la chiusura delle valvole di aspirazione, è possibile evitare spostamenti d'aria indesiderati e aumentare la coppia di circa il 20% alla stessa pressione di sovralimentazione dei semplici sistemi di iniezione a canale.

Tuttavia, la bassa densità dell'idrogeno richiede sezioni trasversali di apertura relativamente grandi per soffiare il gas nella camera di combustione nell'intervallo di tempo disponibile, e attualmente non esistono iniettori LP-DI prodotti in serie che possano soddisfare le specifiche richieste a lungo termine .

Guidati dal professor Karsten Wittek, i ricercatori dell'Università di Scienze Applicate di Heilbronnstanno cercando di cambiare questa situazione, avendo sviluppato un nuovo sistema LP-DI per combustibili gassosi che consente di iniettare idrogeno direttamente nella camera di combustione.

"L'utilizzo dell'idrogeno come fonte di energia in un veicolo ha il vantaggio rispetto a una batteria che il veicolo può essere rifornito di carburante molto più velocemente di quanto si possa caricare una batteria", afferma Wittek. "L'ICE alimentato a idrogeno è leggermente meno efficiente di un sistema a celle a combustibile, ma un veicolo ICE è molto meno complesso e meno costoso di un veicolo a celle a combustibile, ed è il sistema più robusto."

La struttura si basa su un ugello con apertura verso l'interno con guarnizione della sede azionata servopneumaticamente e che sfrutta l'energia di pressione del gas combustibile in entrata. Il design della geometria del sedile in combinazione con materiali ceramici altamente resistenti all'usura garantisce il rispetto dei severi requisiti di durata di servizio di varie applicazioni industriali, in particolare dei grandi motori di veicoli commerciali pesanti, macchine edili e locomotive.

"In quelle applicazioni in cui la richiesta media di energia è elevata, il divario di efficienza tra l'ICE e la cella a combustibile diventa molto ridotto", spiega Wittek. "I veicoli commerciali pesanti vengono spesso utilizzati ad alta potenza, quindi la cella a combustibile non consuma molto meno carburante rispetto a un veicolo ICE alimentato a idrogeno. Un altro punto è che un ICE a idrogeno può facilmente raggiungere la durata di un moderno camion diesel motore senza alcun degrado in termini di potenza ed efficienza nel corso della sua vita. È ancora da scoprire fino a che punto i camion a celle a combustibile e i camion a batteria potrebbero raggiungere questo obiettivo.

Sebbene per ora sia stato realizzato come prototipo, sono stati completati test approfonditi sul banco di prova degli ugelli di iniezione e sul banco di prova del motore per confermare che il sistema fornisse tutte le proprietà funzionali rilevanti. Da allora è stato depositato un brevetto per l'invenzione. Secondo Wittek, ora che il sistema di iniezione dell'idrogeno del suo team è stato sottoposto a una prima fase di prototipo, il passo successivo è quello di effettuare un ulteriore sviluppo in collaborazione con un fornitore di livello 1 senza nome.

Riguardo a come il sistema potrebbe essere realisticamente implementato in futuro, spiega: "I motori diesel esistenti dei veicoli stradali e fuoristrada potrebbero essere adattati con uno sforzo moderato, in particolare per quanto riguarda le modifiche al motore. Il sistema del serbatoio dell'idrogeno è il problema più grande quando si adatta un veicolo. In un camion, i serbatoi di stoccaggio dell'idrogeno saranno montati dietro la cabina."