Analisi numerica del processo di iniezione diretta e combustione in un motore alimentato a idrogeno. = Numerical analysis of direct injection and combustion process in a hydrogen internal combustion engine.

Nel sempre più ampio e attuale ambito delle soluzioni necessarie alla transizione ecologica del mondo dei trasporti, l’indagine sull’utilizzo dell’idrogeno nei motori a combustione interna (MCI) risulta particolarmente d’interesse. In questo contesto, il presente studio ha lo scopo di analizzare attraverso la simulazione numerica, le potenzialità in termini di prestazioni ed efficienza di un motore di derivazione diesel convertito a idrogeno. Il motore 6-cilindri è caratterizzato da iniezione diretta in camera di combustione diesel convenzionale e gruppo di sovralimentazione con turbina a geometria variabile. L’alta velocità di propagazione della fiamma, l’elevata resistenza alla detonazione e la possibilità di lavorare ad alti gradi di diluizione rendono l’idrogeno un combustibile molto interessante per l’applicazione nei MCI. Tuttavia, l’alta diffusività e la bassa densità dello stesso, impongono un controllo preciso dell’evoluzione dell’iniezione in camera al fine di ottenere condizioni adeguate all’accensione e di permettere una propagazione della combustione che minimizzi le emissioni di NOx garantendo comunque livelli di potenza ed efficienza importanti. Con questi scopi, l’attività di ricerca si è focalizzata in primo luogo sulla simulazione dell’iniezione e della combustione in ambiente 3D-CFD tramite software CONVERGE CFD per condizioni operative a carichi parziali e a pieno carico. Successivamente, il modello di combustione predittivo SITurb, disponibile nella piattaforma 1D-CFD GT-SUITE, è stato calibrato prendendo come riferimento i risultati delle precedenti simulazioni 3D-CFD, ed esteso al modello motore completo. L’analisi dei risultati nelle diverse condizioni operative ha portato alla definizione di una funzione matematica predittiva per la distribuzione di idrogeno in funzione dell’avanzamento del fronte di fiamma, consentendo quindi la valutazione della stratificazione della carica in diverse condizioni operative in ambiente 1D-CFD.