Analysis and modelling of normal and abnormal combustions for a single cylinder, H2-fueled, spark ignition engine

L’idrogeno, come combustibile pulito e privo di carbonio per motori ad accensione comandata (SI), offre grandi potenzialità ma anche sfide importanti. Da un lato, il suo ampio intervallo di infiammabilità e l’elevata velocità di fiamma lo rendono molto interessante per strategie di combustione magra ad alta efficienza. Dall’altro, la sua elevata reattività e la bassa energia di accensione aumentano il rischio di fenomeni indesiderati come la detonazione, preaccensione e mancata combustione, che possono compromettere prestazioni e affidabilità del motore. In questa tesi sono stati analizzati sperimentalmente e modellati in modo predittivo i processi di combustione dell’idrogeno in un motore monocilindrico da ricerca ad accensione comandata. Le prove sperimentali, condotte in diverse condizioni operative, hanno permesso di raccogliere i segnali di pressione in camera di combustione e i principali indici di combustione. Questi dati sono poi stati utilizzati per calibrare e validare un modello monodimensionale di combustione (CombSITurb) sviluppato in GT-Power. La calibrazione è stata supportata dalla Three Pressure Analysis (TPA) e seguita da un’ottimizzazione dei coefficienti predittivi, così da garantire la robustezza del modello in un ampio intervallo di funzionamento. I risultati mostrano che il modello calibrato riesce a riprodurre con buona precisione parametri chiave come IMEP, Pmax e MFB50 in diverse condizioni operative. Il modello sviluppato rappresenta quindi uno strumento solido per lo studio della combustione a idrogeno e per la definizione di strategie di funzionamento efficienti e a basse emissioni.