La strategia di formazione della miscela è un fattore chiave nei motori a combustione interna alimentati ad idrogeno. La formazione esterna della miscela (iniezione indiretta) consente eccellente omogeneità della miscela e sfruttamento pressoché completo della bombola di stoccaggio del combustibile (bassa pressione residua). Tuttavia l’ingente volume specifico dell’idrogeno comporta bassa densità energetica e quindi modesta potenza specifica. L’uso di idrogeno liquido, grazie alla sua bassa temperatura ed al calore latente di evaporazione, consente sia di incrementare la densità energetica della miscela che di allontanare i rischi di preaccensione e ritorno di fiamma, ma richiede sofisticate e costose tecnologie. La formazione interna della miscela (iniezione diretta) assicura elevata densità energetica della carica ed evita ritorni di fiamma, ma non elimina il rischio di preaccensioni. Questo articolo presenta una possibile soluzione di iniezione diretta di idrogeno, la quale ha il pregio di richiedere pressioni di adduzione, quindi anche residue di stoccaggio, relativamente modeste. Poiché l’iniezione deve terminare sufficientemente presto da consentire alla carica di miscelarsi e, in ogni caso, prima che la pressione nel cilindro raggiunga quella di adduzione dell’idrogeno, sono necessarie elevate portate istantanee. Gli elettroiniettori disponibili in commercio non permettono le portate richieste ed inoltre non garantiscono l’elevata tenuta necessaria a contrastare la forte tendenza a trafilare dell’idrogeno. Si è quindi pensato di immettere l’idrogeno nel cilindro tramite una valvola attuata meccanicamente. A monte della valvola si trova un piccolo serbatoio in cui l’idrogeno viene addotto tramite un normale eletroiniettore (per iniezione indiretta di metano) la cui portata risulta adeguata, giacché esso può rimanere aperto per un ampio intervallo di angolo di manovella (al limite l’intero ciclo). Si riportano le simulazioni CFD che stanno conducendo alla realizzazione di un prototipo monocilindrico, derivato dal motore motociclistico Yamaha YZF 450.
Studio CFD di un motore ad idrogeno, alimentato con iniezione diretta a bassa pressione
ZANFORLIN, STEFANIA;GENTILI, ROBERTO
2008-01-01
Abstract
La strategia di formazione della miscela è un fattore chiave nei motori a combustione interna alimentati ad idrogeno. La formazione esterna della miscela (iniezione indiretta) consente eccellente omogeneità della miscela e sfruttamento pressoché completo della bombola di stoccaggio del combustibile (bassa pressione residua). Tuttavia l’ingente volume specifico dell’idrogeno comporta bassa densità energetica e quindi modesta potenza specifica. L’uso di idrogeno liquido, grazie alla sua bassa temperatura ed al calore latente di evaporazione, consente sia di incrementare la densità energetica della miscela che di allontanare i rischi di preaccensione e ritorno di fiamma, ma richiede sofisticate e costose tecnologie. La formazione interna della miscela (iniezione diretta) assicura elevata densità energetica della carica ed evita ritorni di fiamma, ma non elimina il rischio di preaccensioni. Questo articolo presenta una possibile soluzione di iniezione diretta di idrogeno, la quale ha il pregio di richiedere pressioni di adduzione, quindi anche residue di stoccaggio, relativamente modeste. Poiché l’iniezione deve terminare sufficientemente presto da consentire alla carica di miscelarsi e, in ogni caso, prima che la pressione nel cilindro raggiunga quella di adduzione dell’idrogeno, sono necessarie elevate portate istantanee. Gli elettroiniettori disponibili in commercio non permettono le portate richieste ed inoltre non garantiscono l’elevata tenuta necessaria a contrastare la forte tendenza a trafilare dell’idrogeno. Si è quindi pensato di immettere l’idrogeno nel cilindro tramite una valvola attuata meccanicamente. A monte della valvola si trova un piccolo serbatoio in cui l’idrogeno viene addotto tramite un normale eletroiniettore (per iniezione indiretta di metano) la cui portata risulta adeguata, giacché esso può rimanere aperto per un ampio intervallo di angolo di manovella (al limite l’intero ciclo). Si riportano le simulazioni CFD che stanno conducendo alla realizzazione di un prototipo monocilindrico, derivato dal motore motociclistico Yamaha YZF 450.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
