Motore a gas precamera da due litri a quattro cilindri sul banco prova nel laboratorio motori dell'Empa. Credito:Empa
A fine maggio, Si è svolto a Bruxelles l'incontro finale del progetto "Horizon 2020" "GasOn" con la Commissione UE. L'obiettivo di questo progetto dell'UE era l'ulteriore sviluppo di motori a gas per auto e furgoni. Hanno partecipato circa 20 partner, tra cui l'ETH di Zurigo e l'Empa, nonché quattro case automobilistiche europee e fornitori rinomati. I veicoli a gas generalmente emettono meno sostanze inquinanti rispetto alle auto a benzina o diesel. È probabile che acquisiscano importanza in futuro grazie alla loro possibilità di essere alimentati da energia rinnovabile.
Oltre ai propulsori elettrici e a idrogeno, i motori a gas svolgono un ruolo importante anche nel Centro di competenza svizzero per la ricerca energetica nel campo della mobilità ("SCCER Mobility") guidato dal Politecnico federale di Zurigo. Questo perché i veicoli alimentati da biogas pretrattato o metano sintetico ("e-gas") hanno emissioni di CO . molto basse 2 emissioni. Il metano sintetico è prodotto da energia rinnovabile in eccesso e CO 2 . Il biogas pretrattato e il metano sintetico possono essere miscelati a piacimento e, fino a 130 ottani, hanno una resistenza agli urti significativamente maggiore rispetto alla benzina, rendendoli combustibili ideali per i motori a combustione interna. Per carichi elevati, come in autostrada, i veicoli a gas raggiungono già efficienze più elevate rispetto ai motori a benzina.
Però, l'efficienza potrebbe ancora essere notevolmente aumentata, a causa dell'elevata resistenza agli urti del metano, perché i motori a gas di oggi nelle autovetture sono in genere solo motori a benzina leggermente adattati, ovvero concetti non ancora ottimizzati per il funzionamento a metano. Per identificare questo potenziale non sfruttato, il progetto UE "GasOn" è stato lanciato nel 2015. Anche ricercatori dell'ETH di Zurigo e dell'Empa hanno partecipato a questo progetto come parte di un pacchetto di lavoro guidato da Volkswagen Group Research.
Precamera smontata. Credito:Empa
Un motore ottimizzato per il gas
È stato implementato un processo di combustione altamente efficiente per un motore a gas con una cilindrata di due litri:una miscela di gas povera viene accesa per mezzo di un ditale, precamera a flusso calmo. Nel laboratorio ETH per aerotermochimica e sistemi di combustione, esperimenti di base sono stati condotti in motori otticamente accessibili. Questi sono stati utilizzati per studiare il comportamento dell'accensione in precamera e il trabocco dei raggi caldi nella camera di combustione principale. Sulla base di questi dati, sono stati sviluppati strumenti numerici per calcolare i processi in dettaglio utilizzando simulazioni al computer. Questi risultati hanno permesso alla Ricerca del Gruppo Volkswagen di ottimizzare il design della precamera e della camera di combustione principale. Gli scienziati dell'Empa hanno installato un motore di conseguenza e hanno studiato il processo di combustione. È stato utilizzato un sistema di controllo del motore sviluppato dall'Istituto per i sistemi dinamici e la tecnologia di controllo dell'ETH di Zurigo, che coordina il complesso sistema complessivo e consente allo stesso tempo l'adattamento alle nuove scoperte.
Sezione attraverso la testata del motore di prova:Al centro, è visibile la precamera con candela e alimentazione del gas. Credito:Empa
Risultato:efficienza record per i motori delle autovetture
Rispetto allo stato dell'arte, il consumo del nuovo motore a gas con processo di combustione a precamera è stato ridotto del 20 percento (convertito in consumo standard WLTP per un'autovettura di medie dimensioni). La massima efficienza nella migliore configurazione del motore era superiore al 45 percento, con efficienze superiori al 40 percento raggiunte su un ampio intervallo operativo. Tali valori sono attualmente raggiunti solo da motori significativamente più grandi, come quelli utilizzati nei veicoli commerciali, applicazioni stazionarie o marine. Il 45 percento è un nuovo record per i motori delle autovetture. A titolo di confronto, i motori a benzina hanno in genere un'efficienza dal 35 al 40 percento. Il progetto GasOn non si è ancora occupato del trattamento dei gas di scarico di un tale motore; c'è ancora bisogno di ulteriori ricerche, a causa del processo di combustione magra.
Globale, è stato dimostrato che i motori a gas hanno il potenziale per raggiungere efficienze simili a quelle dei motori diesel (significativamente più grandi). Inoltre, possono funzionare facilmente con qualsiasi miscela di metano biogeno o sintetico rinnovabile e ottenere così bassissime emissioni di CO 2 emissioni. Le case automobilistiche coinvolte stanno ora per scoprire come trasferire i risultati del progetto GasOn ai veicoli di produzione.
