L'iniezione di carburante deve seguire l'idrogeno

Robert Bosch ha introdotto nuovi iniettori per motori a combustione interna a idrogeno, pianificando al contempo il supporto per un'economia più ampia basata sull'H2. (foto: Bosch)

Mentre le celle a combustibile a idrogeno richiedono carburante e aria purificati, filtrazione ad alta tecnologia e (preferibilmente) un ambiente di lavoro a bassa contaminazione, i motori a combustione interna (IC) a idrogeno sono robusti quanto i loro omologhi diesel o a gas naturale (LNG/CNG).

Utilizzando una serie di componenti condivisi con un motore a combustione interna standard, i modelli che utilizzano H₂ possono offrire sinergie vantaggiose sia in fase di sviluppo che di produzione. Ad esempio, ogni componente al di sotto della guarnizione della testa della valvola può essere adattato all'uso con idrogeno con poche o nessuna modifica.

Inoltre, gli operatori di flotte di veicoli e macchinari possono raggiungere la neutralità di CO2 utilizzando come carburante l'idrogeno verde.

La Dott.ssa Tanja Rückert interviene al CES 2024. (Foto: Bosch)

Intervenendo al CES 2024 di Las Vegas, la Dott.ssa Tanja Rückert, membro del consiglio di amministrazione di Robert Bosch con responsabilità per il business e i servizi digitali, ha commentato: "Per aiutarci a soddisfare il nostro fabbisogno energetico globale in modo efficiente sotto il profilo delle risorse, Bosch si sta concentrando sulla digitalizzazione, sull'elettrificazione e sull'idrogeno".

DI e PFI

Le complicazioni legate all'utilizzo dell'idrogeno come combustibile sono in gran parte legate all'iniezione del gas nella camera di combustione. Essendo l'elemento più leggero dell'universo, l'idrogeno tende a raccogliersi nella parte superiore della camera di combustione. Ciò rende difficile ottenere una miscela aria/carburante bilanciata, con il rischio di una combustione irregolare, un'erogazione di potenza sbilanciata e spreco di carburante.

Per evitare questi problemi, alcuni OEM hanno scelto di utilizzare l'iniezione indiretta, in cui il carburante H2 viene aggiunto a una precamera di combustione per favorire una combustione più completa del carburante nella camera di combustione.

Ma è stato introdotto un nuovo iniettore di carburante H2 a iniezione diretta (DI) di Robert Bosch, in grado di creare la miscela aria/carburante richiesta senza l'ulteriore complicazione di una precamera di combustione.

Iniettore diretto di idrogeno. (Foto: Bosch)

Con una portata statica di 17 grammi di H₂/sec a 40 bar (circa 580 psi), il nuovo iniettore offre un'erogazione di carburante stabile da iniezione a iniezione e tempi di iniezione affidabili. Il design del nuovo iniettore è inoltre progettato per ridurre al minimo l'usura: nel corso della sua vita utile, l'unità potrebbe aprirsi e chiudersi circa 1 miliardo di volte. Inoltre, il design offre la stessa funzionalità in un ampio intervallo di pressione.

Oltre agli iniettori diretti, Bosch ha sviluppato anche gli iniettori portuali (PFI). Mentre i modelli diretti immettono carburante in una camera di combustione, le varianti portuali possono erogare un volume preciso di gas nei singoli cilindri.

Operando a una pressione di ingresso di 7 bar (circa 101 psi), queste unità possono erogare una portata statica fino a 5 g H2/sec.

Le unità sono descritte come uno "sviluppo evolutivo" di una tecnologia già in uso nei motori a gas naturale, con modifiche apportate per adattarsi al carburante e alle applicazioni del mercato dei veicoli commerciali. Ad esempio, il design proprietario della sede dell'iniettore è progettato per garantire perdite di carburante minime per tutta la durata di vita del prodotto.

Regolatori di pressione

Per garantire pressioni del carburante affidabili, Bosch ha introdotto nuovi regolatori di pressione per l'iniezione di idrogeno. Destinati all'uso con sistemi DI e PFI, i regolatori combinano una valvola proporzionale integrata, una valvola di isolamento del sistema e un sensore di pressione.

Queste caratteristiche garantiscono una risposta rapida e precisa per garantire una pressione ottimale del carburante, che a sua volta supporta un processo di combustione altamente efficiente.

Con una pressione di uscita DI di 40 bar e una pressione PFI equivalente di 15 bar, le unità possono erogare fino a 9,4 g di H₂/sec. È disponibile anche un rail di iniezione di idrogeno. L'unità scalabile supporta pressioni equivalenti ed è dotata di sensori di pressione e temperatura integrati. Il rail è realizzato con "materiali compatibili con H₂", progettati per resistere a qualsiasi reazione con il gas.

Il design modulare delle unità, che utilizza opzioni a una o due valvole, può supportare una varietà di strategie di controllo del carburante a seconda del veicolo e dell'applicazione. Sia l'ingresso che l'uscita possono essere forniti con i relativi adattatori.

Stoccaggio dell'idrogeno

Assemblaggio di celle a combustibile a idrogeno presso Bosch. (Foto: Bosch)

Oltre ai sistemi di iniezione del carburante, Bosch sta investendo in una serie di settori correlati per supportare l'economia dell'idrogeno. L'azienda ha recentemente avviato la produzione in serie delle sue celle a combustibile H2 presso il suo sito di Stoccarda, in Germania, e segnala di aver ricevuto ordini da diversi produttori di camion.

Si dice inoltre che l'azienda stia "esplorando la partecipazione a diversi hub [dell'idrogeno]" negli Stati Uniti. Questi fungeranno da base per lo sviluppo di un'economia dell'idrogeno più ampia.

Commentando questo, Mike Mansuetti, presidente di Bosch North America, ha dichiarato: "Gli hub H2 sono un elemento fondamentale per la creazione di un'infrastruttura per l'idrogeno. Il nostro obiettivo è contribuire a promuovere l'economia dell'energia pulita in Nord America. Questo è un ambito in cui possiamo mettere a frutto la nostra esperienza nella produzione e nella fornitura di idrogeno".

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