Come funziona l'accensione per compressione nei motori a gas di Volvo Trucks

Volvo FH Aero a gas (tutte le foto fornite da Volvo Trucks)

Volvo Trucks ha in fase di sviluppo modelli dotati di propulsori a celle a combustibile a idrogeno, ma l'azienda svedese ha già introdotto varianti dei suoi camion FM, FH e FH Aero con motori alimentati a gas naturale liquefatto (GNL) e bio-GNL. Questi motori offrono prestazioni su strada simili ai loro equivalenti diesel, ma con emissioni di CO2 ridotte e una serie di altri vantaggi.

In un'intervista esclusiva con Power Progress International, Daniel Bergstrand, product manager di Volvo Trucks, ha condiviso i dettagli sulla tecnologia sviluppata per supportare l'uso di GNL e bio-GNL nelle gamme di autocarri pesanti dell'azienda, comprendenti modelli con un peso lordo superiore a 18 tonnellate.

Daniel Bergstrand, Volvo Trucks

Bergstrand: "Nel 2007 abbiamo presentato sette diversi prototipi di trasmissione, tra cui biodiesel, biogas, biogas/biodiesel, DME, etanolo/metanolo, diesel sintetico e idrogeno/biogas. Lo abbiamo fatto per illustrare i diversi percorsi per ottenere riduzioni di CO2. Oggi abbiamo il diesel, a supporto del biodiesel e dell'HVO, il GNL e le trasmissioni elettriche a batteria. Considerando i veicoli con motori diesel e GNL, si tratta essenzialmente dello stesso camion; non c'è praticamente alcuna differenza a parte il motore."

Ma che differenza! Si potrebbe sospettare che le modifiche al motore diesel D13 per supportare l'uso del GNL si concentrerebbero sui sistemi di iniezione e combustione, e questo sarebbe corretto. Il sistema di iniezione diretta ad alta pressione (HPDI) necessario per erogare il carburante gassoso è stato sviluppato dall'azienda canadese Westport Fuel Systems (in seguito è stata costituita una joint venture tra Volvo Trucks e Westport, denominata Cespira, per commercializzare il sistema HPDI).

Per supportare un modello di combustione a compressione più comunemente utilizzato nei motori diesel, Westport ha anche sviluppato un nuovo iniettore che utilizza aghi concentrici per immettere nella camera di combustione sia una piccolissima quantità di gasolio (o HVO) che di gas naturale. Man mano che il cilindro si solleva e la pressione aumenta, le goccioline di gasolio si incendiano, bruciando a loro volta il carburante gassoso per raggiungere la massima potenza.

Iniettore di carburante HPDI sviluppato da Westport Fuel Systems

Con un certo understatement scandinavo, Bergstrand offre qualche dettaglio aggiuntivo. "Queste tecnologie sono leggermente diverse dagli altri motori che utilizzano il GNL. Il carburante pilota [diesel], che rappresenta circa il 7% del totale utilizzato in ogni ciclo, ci permette di utilizzare il ciclo di compressione e questo modello ad alta pressione ci offre una potenza e un'efficienza nei consumi simili a quelle di un motore diesel."

Consegna del carburante

Il sistema HPDI è una soluzione complessa ma elegante che supporta l'utilizzo del GNL in un motore a combustione interna. Ma il sistema che trasporta il carburante al motore è altrettanto ben progettato, con l'obiettivo primario di uniformità di erogazione.

Una pompa criogenica situata nel serbatoio sotto vuoto isolato che contiene il GNL a circa -140 °C aumenta la pressione del combustibile liquido fino ai 300 bar (4.350 psi) richiesti. Nella parte superiore della pompa, un vaporizzatore converte il GNL in CNG prima di essere inviato al modulo gas integrato (IGM) per raggiungere la temperatura e la pressione corrette. Dall'IGM, il combustibile viene indirizzato al modulo di condizionamento del gas per una regolazione finale della pressione prima dell'invio al sistema HPDI e dell'iniezione.

Allo spegnimento del motore, la valvola di intercettazione del gas viene chiusa e il carburante rimanente negli iniettori e nei rail del gas viene scaricato. Questo per garantire la corretta pressione negli aghi del gas degli iniettori al riavvio del motore. Per evitare perdite e dispersioni inutili nell'atmosfera, un modulo di ritorno al serbatoio indirizza il gas rimanente al serbatoio di stoccaggio.

Il gasolio in un motore standard funge sia da refrigerante che da lubrificante; il GNL non può fungere da lubrificante semplicemente per via della sua composizione fisica. Ma Bergstrand afferma che non c'è bisogno di alcun lubrificante aggiuntivo oltre all'olio motore.

Volvo FH con serbatoio criogenico (lato sinistro) per carburante GNL

Ci si aspetterebbe che la quantità minima di gasolio utilizzata nella combustione si traduca in una minore distribuzione di fuliggine nel motore e intrappolata nell'olio, il che potrebbe tradursi in intervalli di manutenzione più lunghi. Tuttavia, Bergstrand afferma che il motore a GNL ha un programma di manutenzione simile a quello di un modello diesel.

Senza voler fornire una cifra specifica, Bergstrand concorda sul fatto che ci sia una "percentuale significativa" di componenti ereditati dal motore diesel di base. Ma questo potrebbe essere più un vantaggio che uno svantaggio; la compatibilità tra i motori a GNL e diesel probabilmente faciliterà la manutenzione durante la guida.

Uno degli svantaggi dell'utilizzo dell'idrogeno come combustibile, in particolare nei motori a combustione interna, è l'effetto negativo che il combustibile ha sui componenti, un processo noto come fragilizzazione. Bergstrand spiega che, non interagendo quasi per niente con le parti del motore esistenti, il GNL non ha gli stessi effetti negativi dell'idrogeno.

"I sistemi di alimentazione sono progettati specificamente per l'uso con GNL, quindi questo aspetto è stato preso in considerazione. Ad esempio, le tubazioni utilizzate per il trasporto del carburante sono metalliche, il che contribuisce anche a mantenere la pressione nel sistema di alimentazione", aggiunge.

Accettazione del mercato

Secondo Eurogas, un'associazione regionale che rappresenta le aziende che operano nella filiera del gas, a luglio 2025 in Europa erano presenti oltre 800 stazioni di rifornimento di GNL. La Germania ne deteneva il maggior numero, con 195, seguita da Italia (173), Spagna (105) e Francia (91). Aziende come Gasrec e Calor Gas stanno lavorando per creare una rete di rifornimento di GNL per i camion pesanti nel Regno Unito.

Bergstrand afferma che l'interesse del mercato per i camion a GNL varia a seconda della regione, ma anche del caso d'uso del cliente. "L'infrastruttura a supporto dei camion fa un'enorme differenza", spiega. "Detto questo, non ho mai sentito di un autista che abbia provato il nostro camion a GNL e non ne abbia apprezzato le prestazioni".

Riferisce che gli autisti paragonano l'esperienza di guida di un camion a GNL a quella di un diesel, in particolare in termini di prestazioni su strada e autonomia (che si traduce direttamente in risparmio di carburante). Secondo Volvo Trucks, le varianti a GNL hanno un'autonomia di circa 1.000 chilometri con un pieno di carburante.

Rifornimento con GNL

Naturalmente, il rifornimento è un po' diverso. Invece di una pistola di rifornimento standard, viene utilizzata una fascetta ad anello per collegare il tubo di rifornimento al serbatoio di stoccaggio. Volvo Trucks ha un manometro sul serbatoio per consentire il monitoraggio della pressione interna. Potrebbe essere necessario sfiatare durante il rifornimento, ma laddove altri OEM dispongono di sfiati separati, Volvo Trucks posiziona la valvola di sfiato nel sistema di rifornimento. "Riteniamo che ci sia un vantaggio, in quanto c'è un punto di collegamento in meno. Rende il processo di rifornimento più simile a quello del diesel", afferma Bergstrand.

Un altro vantaggio del GNL è che è altamente improbabile che venga erogato carburante "cattivo". Il gasolio può essere influenzato negativamente dall'acqua, in particolare nei serbatoi di stoccaggio non adeguatamente manutenuti. L'utilizzo di questo gasolio contaminato può compromettere le prestazioni del motore e danneggiare pompe o altri componenti. Il processo di produzione del GNL (vedi riquadro) rimuove efficacemente l'acqua e altre impurità, ottenendo quello che dovrebbe essere molto simile al carburante liquido puro.

Conteggio dei costi futuri

Come prevedibile, i camion con motori a GNL sono più costosi di quelli con propulsori diesel. "Le nuove tecnologie generalmente comportano costi aggiuntivi", spiega Bergstrand. Detto questo, qualsiasi spesa aggiuntiva potrebbe essere recuperata grazie a un costo totale di proprietà vantaggioso: Gasrec, con sede nel Regno Unito, ha affermato che il GNL può essere dal 20 al 40% più economico del gasolio, una differenza notevole se questa affermazione rimanesse valida.

Bergstrand stima che la produzione di veicoli con motori a GNL presso Volvo Trucks rappresenti circa il 2% dei volumi totali. Tuttavia, afferma che l'azienda prevede un aumento di questa cifra, anzi, afferma che è necessario aumentarla. "Questo è un passo molto importante nella riduzione delle emissioni", sottolinea. "L'utilizzo del bio-GNL può ridurre le emissioni di CO2 dal pozzo alla ruota di quasi il 100%. C'è anche il fatto che i camion elettrici non saranno una soluzione adatta a tutte le applicazioni, ed è qui che il GNL offrirà una soluzione alternativa a basse emissioni di carbonio".

Infine, Bergstrand sottolinea che, indipendentemente dall'attuale interesse del mercato, Volvo Trucks continuerà a offrire camion alimentati a GNL nel prossimo futuro.

"Alcuni parlano dei camion a GNL come se fossero una tecnologia di transizione. Noi non li consideriamo in questo modo. Crediamo che questa sia parte della soluzione per il futuro: la capacità di operare con combustibili rinnovabili. È un elemento chiave della nostra strategia a tre punte, in cui i camion che utilizzano motori elettrici a batteria, a celle a combustibile a idrogeno e a combustione interna alimentati da combustibili rinnovabili come il bio-GNL e l'idrogeno contribuiranno al raggiungimento degli obiettivi di zero emissioni nette della nostra azienda e dei nostri clienti."

Aumentano le vendite di camion GNL

Volvo FH Aero: agli autisti piace la somiglianza tra la guida di camion diesel e GNL

A maggio 2025, Volvo Trucks ha segnalato una crescente domanda per i suoi modelli con motori LNG e bio-LNG, con oltre 8.000 unità vendute in tutto il mondo.

I mercati principali per i camion alimentati a gas sono stati Svezia, Norvegia, Paesi Bassi, Spagna e Regno Unito.

"Molti dei nostri clienti scelgono di sostituire i loro camion diesel con quelli alimentati a gas, poiché rappresentano un modo semplice per ridurre immediatamente le emissioni di CO2", ha affermato Jan Hjelmgren, responsabile della gestione dei prodotti presso Volvo Trucks.

Ha poi aggiunto: "I camion Volvo alimentati a gas rappresentano una vera soluzione vincente per le aziende di trasporto, in quanto consentono di coniugare un costo di proprietà inferiore con una ridotta impronta di carbonio e una produttività costante".