Riassunto analitico
La necessità di ridurre le emissioni di anidride carbonica nel settore dei Trasporti sta spingendo molte classi del Motorsport ad incoraggiare la sostituzione dei combustibili fossili tradizionali con altre tipologie maggiormente sostenibili. Tra queste, l’idrogeno prodotto da fonti rinnovabili (Green Hydrogen) è indubbiamente una delle più interessanti. Tutti i recenti studi concordano infatti che una combustione con miscele di idrogeno ultra-magre comporti emissioni inquinanti prossime a zero, inclusi gli ossidi di azoto. Sfortunatamente, nei tradizionali motori a quattro tempi tali miscele ultra-magre risultano incapaci di garantire valori elevati di potenza specifica.
Per porre rimedio a questo problema, che nell’ambito del Motorsport è di cruciale importanza, questa tesi si pone l’obiettivo di esplorare le potenzialità di un’architettura opposed piston due tempi, ovvero due manovellismi che condividono un unico cilindro, controllando ciascuno una serie di luci di ammissione o di scarico. Questo concetto, noto già dagli anni 30 del secolo scorso, abbina i vantaggi del ciclo a due tempi (frequenza doppia del ciclo, assenza di valvole), ad un processo di lavaggio quasi ideale. Tali caratteristiche permettono teoricamente di raggiungere efficienze e potenze elevate allo stesso tempo, anche in presenza di miscele ultra-magre.
Si è, pertanto, svolta un’analisi finalizzata a valutare la realizzabilità e le prestazioni ottenibili con un motore opposed piston 3 cilindri alimentato ad idrogeno, utilizzando sinergicamente strumenti CFD 1D e 3D: i primi (software GT-Power) permettono di analizzare il motore nel suo insieme, prevedendo le prestazioni finali, i secondi (software FIRE di AVL) forniscono informazioni di dettaglio, che permettono la calibrazione dei sotto-modelli del codice 1D.
I risultati ottenuti hanno messo in evidenza come un motore con queste caratteristiche assicuri prestazioni paragonabili a quelle fornite dai motori ad oggi impiegati in simili contesti agonistici, ma con rendimenti sensibilmente superiori e soprattutto con emissioni quasi nulle. A ciò si aggiunge un relativamente basso livello dei carichi termomeccanici, che dovrebbe rendere più semplice la progettazione da zero di tali architetture.
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