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Motori a combustione interna e transizione energetica: il contributo delle università italiane
Federico Millo - Politecnico di Torino
La Giornata di Studio promossa da AIMSEA (Associazione Italiana delle Macchine a fluido e dei sistemi per l'Energia e l'Ambiente), tenutasi il 15 gennaio 2025 presso il Dipartimento Energia del Politecnico di Torino, ha riunito una rappresentanza ampia e qualificata delle realtà accademiche e industriali italiane impegnate nella ricerca sui motori a combustione interna.
In un momento storico in cui il settore della mobilità è al centro della transizione energetica, i motori a combustione interna restano una tecnologia chiave, soprattutto in settori cosiddetti "hard-to-abate" come il trasporto pesante e le applicazioni "off-road".
La maggior parte dei lavori presentati si è concentrata sullo sviluppo di una nuova generazione di motori alimentati con idrogeno o con combustibili "carbon-free" come l'ammoniaca, oltre che con combustibili "low" o "net-zero carbon", sia di sintesi che di origine biologica.
Le attività di ricerca illustrate hanno spaziato dall'indagine sperimentale alla simulazione numerica, con l'obiettivo comune di migliorare l'efficienza e ridurre le emissioni inquinanti.
Non sono mancati, inoltre, contributi focalizzati sull'ottimizzazione dei sistemi di sovralimentazione, raffreddamento e post-trattamento dei gas combusti, che hanno confermato la capacità da parte delle Università italiane di affrontare in modo sistemico e multidisciplinare la pressante necessità della riduzione dell'impatto ambientale dei motori a combustione interna.
Infine, a conferma del forte legame tra il mondo accademico e quello industriale, il programma ha incluso anche due interventi di rilievo da parte di esponenti di FPT Industrial e Dumarey Automotive: il primo ha illustrato le soluzioni tecnologiche per la decarbonizzazione del trasporto pesante su strada, mentre il secondo ha presentato i più recenti sviluppi nel campo dei motori a idrogeno come possibile opzione "net zero carbon emissions".
Università di Perugia - "Hydrogen and Ammonia as Fuels for ICEs: Injection and Combustion Research Activities at UniPG"
Il contributo dell'Università di Perugia si è concentrato sull'utilizzo di idrogeno ed ammoniaca come combustibili alternativi nei motori a combustione interna.
L'attività ha incluso sia indagini sperimentali sui processi di accensione e combustione di miscele aria-idrogeno in un motore ad accesso ottico, che attività di sviluppo di modelli di simulazione numerica, confrontando le prestazioni di sistemi di accensione convenzionali con quelle di sistemi di accensione di tipo "corona discharge", in particolare per quanto riguarda la stabilità del processo di combustione e l'impatto sulla dispersione ciclica con miscele magre.
Sono inoltre stati sviluppati e validati sperimentalmente modelli numerici per lo studio dell'iniezione di ammoniaca, anche
in condizioni di "flash-boiling"; infine sono state presentate tecniche innovative per l'analisi dell'iniezione di getti gassosi di idrogeno sia attraverso analisi ottiche di tipo Schlieren che attraverso analisi della quantità di moto dei getti.
Politecnico di Milano - "Modeling of Internal Combustion Engines Operated with Alternative Fuels"
Il contributo del Politecnico di Milano si è focalizzato sullo sviluppo di modelli predittivi con un approccio sinergico tra simulazioni CFD mono e tridimensionali, concentrandosi su idrogeno ed ammoniaca come combustibili alternativi. In particolare per i motori a idrogeno sono state analizzate due configurazioni: ad accensione comandata con iniezione nel condotto di aspirazione e ad iniezione diretta "dual fuel", con iniezioni di idrogeno e di gasolio (H2DDI, Hydrogen Diesel
Direct Injection), esplorando diverse strategie di iniezione, cosi' da spaziare da processi di combustione di tipo diffusivo a processi di tipo parzialmente premiscelato.
Per l'ammoniaca, è stata infine esplorata una soluzione con precamera attiva a idrogeno (Fig. 3 nel PDF).
Università di Udine - "An Ignition Model for Premixed Combustion in SI Engines: Model Development and OSCC Data Validation"
L'attività di ricerca presentata dall'Università di Udine è incentrata sullo sviluppo di un modello analitico per prevedere l'accensione e la prima fase di espansione del kernel di fiamma nei motori ad accensione comandata alimentati sia con combustibili "convenzionali" quali metano e propano, sia con idrogeno.
Il modello, che combina leggi di conservazione dell'energia e della massa, proprietà del plasma postscarica e teoria termo-diffusiva, simula l'espansione del kernel sferico all'interno di una miscela gassosa combustibile-comburente, ed è stato validato con dati sperimentali da OSCC (Optical Spray Combustion Chamber), ottenuti presso il Sustainable Technology Hub di Vaasa (Finlandia) nell'ambito della collaborazione tra UNIUD e Wärtsilä.
Il modello è in fase di integrazione con modelli di combustione sviluppati in collaborazione con l'Università di Napoli Federico II.
Continua nel PDF
La maggior parte dei lavori presentati si è concentrata sullo sviluppo di una nuova generazione di motori alimentati con idrogeno o con combustibili "carbon-free" come l'ammoniaca, oltre che con combustibili "low" o "net-zero carbon", sia di sintesi che di origine biologica.
Le attività di ricerca illustrate hanno spaziato dall'indagine sperimentale alla simulazione numerica, con l'obiettivo comune di migliorare l'efficienza e ridurre le emissioni inquinanti.
Non sono mancati, inoltre, contributi focalizzati sull'ottimizzazione dei sistemi di sovralimentazione, raffreddamento e post-trattamento dei gas combusti, che hanno confermato la capacità da parte delle Università italiane di affrontare in modo sistemico e multidisciplinare la pressante necessità della riduzione dell'impatto ambientale dei motori a combustione interna.
Infine, a conferma del forte legame tra il mondo accademico e quello industriale, il programma ha incluso anche due interventi di rilievo da parte di esponenti di FPT Industrial e Dumarey Automotive: il primo ha illustrato le soluzioni tecnologiche per la decarbonizzazione del trasporto pesante su strada, mentre il secondo ha presentato i più recenti sviluppi nel campo dei motori a idrogeno come possibile opzione "net zero carbon emissions".
Università di Perugia - "Hydrogen and Ammonia as Fuels for ICEs: Injection and Combustion Research Activities at UniPG"
Il contributo dell'Università di Perugia si è concentrato sull'utilizzo di idrogeno ed ammoniaca come combustibili alternativi nei motori a combustione interna.
L'attività ha incluso sia indagini sperimentali sui processi di accensione e combustione di miscele aria-idrogeno in un motore ad accesso ottico, che attività di sviluppo di modelli di simulazione numerica, confrontando le prestazioni di sistemi di accensione convenzionali con quelle di sistemi di accensione di tipo "corona discharge", in particolare per quanto riguarda la stabilità del processo di combustione e l'impatto sulla dispersione ciclica con miscele magre.
Sono inoltre stati sviluppati e validati sperimentalmente modelli numerici per lo studio dell'iniezione di ammoniaca, anche
in condizioni di "flash-boiling"; infine sono state presentate tecniche innovative per l'analisi dell'iniezione di getti gassosi di idrogeno sia attraverso analisi ottiche di tipo Schlieren che attraverso analisi della quantità di moto dei getti.
Politecnico di Milano - "Modeling of Internal Combustion Engines Operated with Alternative Fuels"
Il contributo del Politecnico di Milano si è focalizzato sullo sviluppo di modelli predittivi con un approccio sinergico tra simulazioni CFD mono e tridimensionali, concentrandosi su idrogeno ed ammoniaca come combustibili alternativi. In particolare per i motori a idrogeno sono state analizzate due configurazioni: ad accensione comandata con iniezione nel condotto di aspirazione e ad iniezione diretta "dual fuel", con iniezioni di idrogeno e di gasolio (H2DDI, Hydrogen Diesel
Direct Injection), esplorando diverse strategie di iniezione, cosi' da spaziare da processi di combustione di tipo diffusivo a processi di tipo parzialmente premiscelato.
Per l'ammoniaca, è stata infine esplorata una soluzione con precamera attiva a idrogeno (Fig. 3 nel PDF).
Università di Udine - "An Ignition Model for Premixed Combustion in SI Engines: Model Development and OSCC Data Validation"
L'attività di ricerca presentata dall'Università di Udine è incentrata sullo sviluppo di un modello analitico per prevedere l'accensione e la prima fase di espansione del kernel di fiamma nei motori ad accensione comandata alimentati sia con combustibili "convenzionali" quali metano e propano, sia con idrogeno.
Il modello, che combina leggi di conservazione dell'energia e della massa, proprietà del plasma postscarica e teoria termo-diffusiva, simula l'espansione del kernel sferico all'interno di una miscela gassosa combustibile-comburente, ed è stato validato con dati sperimentali da OSCC (Optical Spray Combustion Chamber), ottenuti presso il Sustainable Technology Hub di Vaasa (Finlandia) nell'ambito della collaborazione tra UNIUD e Wärtsilä.
Il modello è in fase di integrazione con modelli di combustione sviluppati in collaborazione con l'Università di Napoli Federico II.
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Fonte: La Termotecnica maggio 2025
Settori: Automotive, Efficienza energetica industriale, Energia, Idrogeno, Mobilità Sostenibile, Rinnovabili, Termotecnica industriale
Mercati: Aria e Gas, Trasporti e Automotive
