Nonostante gli sforzi per ridurre il consumo di carburante, le emissioni dei veicoli a motore continuano ad aumentare.
Più di un decimo delle emissioni globali di CO2 legate al consumo di energia può essere attribuito alle autovetture, e quasi la stessa quota proviene dai veicoli commerciali.
Le recenti proposte legislative mirano a decarbonizzare totalmente il settore automobilistico leggero, ed è previsto un obiettivo simile per i veicoli pesanti.
Per raggiungere questi obiettivi, la dipendenza dai combustibili fossili come gasolio e benzine deve essere sostituita ponendo grande attenzione alle opzioni energetiche più pulite ed efficienti.
Perché scegliere l’idrogeno?
Il veicolo a celle a combustibile a idrogeno (H2FC) e il motore a combustione interna a idrogeno (H2ICE) hanno entrambi il potenziale per ridurre a zero le emissioni di CO2.
Rispetto a un veicolo elettrico a batteria (BEV), un motopropulsore a idrogeno offre il vantaggio di un peso inferiore, caratteristica che rende il veicolo più efficiente dal punto di vista energetico e aumenta la sua capacità di trasporto di merci.
Anche il rifornimento è più veloce; il serbatoio di un veicolo commerciale alimentato a idrogeno può essere riempito in circa 20 minuti, mentre la ricarica di un BEV con batterie a lunga autonomia richiede tempi più lunghi, anche in presenza delle cosiddette stazioni ‘fast charge’.
H2ICE è una soluzione di propulsione che può essere immessa rapidamente in commercio e che richiede solo piccoli aggiustamenti al motore a combustione interna tradizionale, per soddisfare sia gli obiettivi di azzeramento delle emissioni di CO2 sia le future normative sulle emissioni.Â
BorgWarner è un fornitore di soluzioni tecnologiche a idrogeno per gli OEM in tutti i segmenti di veicoli.Â
Dalle autovetture, le passenger car’, al trasporto commerciale leggero (LCV) e pesante (HCV), per veicoli sia su strada che fuoristrada, i clienti OEM hanno accesso ai singoli componenti o alle applicazioni complete chiavi in mano che integrano l’intero sistema di iniezione dell’idrogeno, inclusi controller, software e calibrazione.
Considerazioni sul posizionamento dell’iniettore dell’idrogeno e sulla pressione del carburante
Poiché l’idrogeno è un carburante con caratteristiche molto diverse rispetto al gasolio o alla benzina, è fondamentale dimensionare correttamente il sistema di iniezione specie per quanto riguarda il posizionamento dell’iniettore del carburante e la sua pressione.
BorgWarner sta sviluppando soluzioni di iniezione a bassa, media e alta pressione per i sistemi di propulsione a idrogeno.
Tra queste, il sistema di iniezione diretta a media pressione è considerato un punto di partenza ideale per applicazioni H2ICE, consentendo di ottenere il controllo della combustione e i livelli di emissioni desiderati con una moderata complessità del sistema (Fig.2).
Nuovo sistema di controllo per H2ICE
BorgWarner ha combinato gli attuali moduli software per l’iniezione diretta di benzina (GDi) e di gasolio con nuovi moduli per idrogeno e una forma d’onda di azionamento dell’iniettore ottimizzata per produrre un controller e un pacchetto software per i propulsori H2ICE.
Il sistema operativo combinato include strategie per la combustione stechiometrica oppure ‘magra’ ed è sufficientemente flessibile da incorporare variazioni del sistema come il ricircolo dei gas di scarico (EGR), il rilevamento di detonazione e l’iniezione d’acqua.
Valutazione pratica delle prestazioni di combustione
Durante lo sviluppo di un modello H2ICE funzionante, BorgWarner ha convertito un motore GDi quattro cilindri da 1,5 litri e un motore diesel da 2,2 litri per il funzionamento a idrogeno.
Durante il test sono state fatte alcune utili osservazioni:
- · le emissioni del motore sono ben al di sotto dei limiti prescritti nella maggior parte delle condizioni operative;
- · nella modalità di combustione snella, le emissioni di NOx si riducono a livelli prossimi allo zero.
Conclusioni
È possibile adattare i motori a combustione interna tradizionali, per il funzionamento con idrogeno, utilizzando un’architettura del sistema di iniezione diretta a media pressione.
BorgWarner ha sviluppato nuovi iniettori di carburante e hardware/software di controllo per questo scopo e ha prodotto un modello funzionante di un H2ICE.
Ciò ha dimostrato che le emissioni di CO2 e NOx possono essere abbattute a livelli prossimi allo zero utilizzando l’idrogeno come alternativa al diesel o alla benzina.
Può quindi essere considerato una valida soluzione di motopropulsione per applicazioni automobilistiche ed è in grado di sostenere una rapida decarbonizzazione del settore.
