KAUST, lo studio del team Aramco esplora la migliore strategia di combustione per i motori IC a idrogeno

I ricercatori della King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) e Saudi Aramco hanno pubblicato uno studio nel tentativo di identificare la migliore strategia per i motori a combustione interna (IC) a idrogeno. Il loro articolo appare sulla rivista Fuel.

Il team ha utilizzato simulazioni computazionali per valutare le caratteristiche di combustione e di emissione di quattro strategie di combustione:

Combustione dual-fuel H2/diesel con bocca (DF-PI) e iniezione diretta (DF-DI) di H2;

combustione precamera (PCC); E

accensione a scintilla (SI) con iniezione in porta.

Sono state considerate due condizioni ultra-magre con un lambda (λ) complessivo di 2,5 e 3,0. Una frazione di energia pilota del 3% è stata applicata in entrambe le modalità DF per limitare le emissioni di ossido di carbonio.

Poiché la modalità DF-DI è priva di autoaccensione del gas finale, i ricercatori hanno utilizzato un rapporto di compressione elevato (17:1) per questo caso rispetto agli altri tre casi (13:1).

Il team ha scoperto che:

Delle quattro strategie, le operazioni DF-DI e SI tendevano a produrre l'efficienza termica indicata ottimale (ITE) più elevata rispetto alle modalità DF-PI e PCC, a causa rispettivamente del rapporto di espansione più elevato e della prima scintilla utilizzabile.

Tuttavia, il funzionamento DF-DI con combustione per diffusione dominante ha generato la più alta emissione di NOx, a causa dell’ampia periferia stechiometrica della fiamma ad alta temperatura.

A causa del processo di combustione intensificata dal pilota, il funzionamento del DF-PI è stato facile da indurre l’autoaccensione del gas finale, il che ha limitato notevolmente l’estensione del carico e il miglioramento dell’ITE.

Sia per le operazioni DF-PI che DF-DI, era difficile eliminare le emissioni di NOx anche con un tasso di ricircolo dei gas di scarico modellato al 50% utilizzando l'iniezione di acqua, indicando che è necessario implementare un metodo di iniezione di acqua DI o un sistema di post-trattamento per l’ulteriore riduzione delle emissioni di NOx.

Entrambe le modalità PCC e SI sono state in grado di soddisfare il limite del regolamento EU VI relativo alle emissioni di NOx con un ITE relativamente elevato.

Considerando che queste due modalità [PCC e SI] necessitano di un unico sistema di alimentazione del carburante, sono considerate più promettenti per applicazioni pratiche rispetto alle modalità DF-PI e DF-DI.

Risorse

Xinlei Liu, Hammam Aljabri, Niraj Panthi, Abdullah S. AlRamadan, Emre Cenker, Abdullah T. Alshammari, Gaetano Magnotti, Hong G. Im (2023) "Studio computazionale delle strategie di combustione dei motori a idrogeno: accensione per compressione Dual-Fuel con Port- e Iniezione diretta, combustione pre-camera e accensione a scintilla," Fuel doi: 10.1016/j.fuel.2023.128801

Pubblicato il 05 giugno 2023 in Motori, Idrogeno, Contesto di mercato | Collegamento permanente | Commenti (0)