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Porsche
Testato al simulatore un motore a idrogeno ad alte prestazioni

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La Porsche si aggiunge alla BMW e alla Toyota nella sperimentazione di propulsori alimentati a idrogeno, elemento considerato “una potenziale alternativa ai carburanti convenzionali o sintetici (e-fuel) per l'uso nei motori a combustione”. La Casa di Zuffenhausen, già particolarmente attiva nei carburanti alternativi e nell’elettrificazione della gamma, ha condotto - per ora solo al simulatore - dei test per verificare le prestazioni di questa soluzione: la "gemella digitale" di un'auto a benzina, ossia una rappresentazione computerizzata di un mezzo fisico, è stata testata al Nürburgring, sul Nordschleife.

Le modifiche tecniche. “Abbiamo sviluppato, come studio concettuale, un motore a combustione di idrogeno che mira a eguagliare la potenza e la coppia degli attuali motori a benzina ad alte prestazioni. Allo stesso tempo, avevamo anche l'obiettivo di raggiungere un basso consumo di carburante e mantenere le emissioni allo stesso livello dell’aria in ambiente naturale", spiega Vincenzo Bevilacqua, Senior Expert Engine Simulation della Porsche Engineering. "Il punto di partenza per il nostro studio era uno degli attuali motori a benzina a otto cilindri di 4.4 litri, o meglio, il suo set di dati digitali, poiché abbiamo condotto virtualmente l'intero studio utilizzando simulazioni delle prestazioni del motore". Le specifiche del propulsore originario sono state modificate per includere, per esempio, un rapporto di compressione più elevato, un processo di combustione adatto all'idrogeno e, soprattutto, una nuova tipologia di turbocompressore. 

Un nuovo turbo. “Per una combustione pulita dell'idrogeno, i turbocompressori devono fornire quasi il doppio della massa d'aria rispetto ai motori a benzina. D'altra parte, però, le temperature più basse dei gas di scarico determinano una mancanza di energia per l'azionamento della turbina”, aggiunge Bevilacqua. Per risolvere il problema, la Porsche Engineering ha esaminato quattro prototipi di turbocompressore alternativi particolarmente potenti (alcuni provenienti dal mondo delle competizioni) e caratterizzati da valvole di controllo aggiuntive per i flussi d'aria e dalla presenza di aiuti elettrici. Alla fine, la scelta è ricaduta su un “sistema turbo con compressori back-to-back”. Due compressori, in disposizione coassiale, sono azionati dalla turbina oppure dal motore elettrico di supporto tramite un albero comune: l'aria scorre attraverso il primo compressore, passa nell'intercooler e quindi viene ricompressa nel secondo.

Nürburgring - La Nordschleife è la pista principale del circuito tedesco

I risultati. Il propulsore, dalla potenza di circa 440 kW (550 cavalli), è stato quindi adattato a un veicolo di alta gamma dal peso di 2,65 tonnellate (analogo a quello di una Porsche Cayenne). I test al simulatore, secondo gli esperti di Zuffenhausen, hanno dimostrato un “elevato potenziale per quanto riguarda la dinamica di guida” con un tempo sul giro di 8 minuti e 20 secondi (il record segnato dalla Cayenne Turbo GT è di 7 minuti e 39 secondi) e una velocità massima di 261 km/h. Ovviamente, le migliori prestazioni sono state registrate sul fronte delle emissioni: grazie alla sua composizione chimica, l’idrogeno non rilascia idrocarburi, monossido di carbonio o particolato e, pertanto, gli esperti della Porsche si sono concentrati sugli ossidi di azoto, puntando a ottenere la combustione più pulita possibile. "Abbiamo scoperto che le emissioni di ossido di azoto sono ben al di sotto dei limiti fissati dalla norma Euro 7 attualmente in discussione e sono vicine allo zero sull'intera mappa del motore", ha affermato Matthias Böger, Specialist Engineer Engine Simulation della Porsche Engineering. Generalmente, una buona qualità dell’aria corrisponde a una concentrazione di 40 microgrammi di ossido di azoto per metro cubo. “Le emissioni del motore a idrogeno sono al di sotto di questo limite. Il suo funzionamento non ha quindi un impatto significativo sull'ambiente", aggiunge Böger. 

Limiti e potenziali. Il motore a idrogeno, grazie alla sua “combustione povera”, ha anche garantito un'elevata efficienza nel ciclo Wltp e nelle modalità di utilizzo rilevanti per gli automobilisti. "Abbiamo così raggiunto il nostro obiettivo di progetto: lo sviluppo di un motore a idrogeno pulito, economico e sportivo, su tutta la linea", sottolinea Bevilacqua. Inoltre, i costi sarebbero paragonabili a quelli di un propulsore a benzina grazie all’assenza di sistemi di trattamento dei gas di scarico e nonostante la maggior complessità del turbocompressore e di una serie di componenti meccanici. “È improbabile che il motore a idrogeno entri in produzione nella sua forma attuale, ma comunque non era questo l'obiettivo del progetto. Al contrario, l'attenzione si è concentrata sull'esame del potenziale tecnico della tecnologia alternativa e sull'ampliamento delle capacità degli strumenti ingegneristici esistenti”, affermano da Zuffenhausen, mentre Bevilacqua conclude dichiarando: "Lo studio ci ha permesso di ottenere preziose informazioni sullo sviluppo di motori a idrogeno ad alte prestazioni e di aggiungere modelli e metodi specifici per l'idrogeno alla nostra metodologia di simulazione virtuale”.

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