Motore a idrogeno Ford: che siano i brevetti della svolta?

Il futuro dell’Automotive, che piaccia oppure no, sarà sicuramente elettrico. Tuttavia ci sono Case automobilistiche che sono pronte a difendere il motore endotermico e di conseguenza la loro gamma di auto sportive. Diciamoci la verità, il sound e le emozioni che scatena il motore endotermico è ineguagliabile. Ma, altrettanto importante è arrivare ad un mondo a zero emissioni. Per questo e per altri motivi, è necessario raggiungere soluzioni transitorie, o addirittura alternative alla totale elettrificazione del mondo Automotive. Il motore a idrogeno Ford è uno degli esempi per cui forse è possibile trovare valide alternative all’elettrico.

Il punto della situazione

I problemi del mondo elettrico sono noti. A partire dalla capillarità delle colonnine per la ricarica e dalla produzione dell’energia elettrica necessaria alla ricarica delle auto. Altro problema riguarda l’estrazione delle terre rare necessarie per produrre i chip. Questi ultimi son ofondamentali per il corretto funzionamento delle batterie e del motore elettrico. Come se non bastasse la paranoia (tutta europea) ha messo a bando il motore a scoppio entro il 2035. In questo contesto, il motore a idrogeno Ford, viene proposto come un’alternativa davvero molto interessante e valida da un punto di vista tecnico. Anche se non vi è un vero e proprio prototipo tipo il V8 a idrogeno Toyota-Yamaha, i brevetti ci sono e questo fa ben sperare.

Che sia chiaro anche il mondo dell’idrogeno non è perfetto. La rete di distribuzione dell’idrogeno, sebbene più semplice da realizzare e con una certa capillarità, rispetto a soluzioni di colonnine di ricarica, ha difficoltà che sono legate allo stoccaggio ad alta pressione. Il punto d’incontro è sempre lo stesso. Produrre energia elettrica o idrogeno in maniera pulita e sostenibile. Idealmente, produrre idrogeno per elettrolisi tramite energia solare sarebbe il massimo dell’efficienza.

Com’è fatto il motore a idrogeno Ford

In base ai brevetti depositati presso la United States Patent and Trademark Office (USPTO), il motore a idrogeno Ford si presenta del tutto simile ad un normale motore a benzina. Quindi non si tratta di un Fuel Cell, ma semplicemente di un motore a combustione di idrogeno. Un tipico veicolo a idrogeno (Fuel Cell) infatti, utilizza un sistema di propulsione simile a quello di un veicolo elettrico. In questo caso, l’energia immagazzinata come idrogeno viene convertita in elettricità dalla cella a combustibile.

Invece, il brevetto Ford presenta un’architettura con turbocompressore, valvola di ricircolo dei gas di scarico, fasatura delle valvole e l’iniezione diretta. Inoltre, secondo l’Ovale Blu, questo propulsore sarebbe in grado di sviluppare una potenza del 15% in più rispetto ad un motore a benzina con caratteristiche simili. Nel brevetto Ford, il motore a combustione di idrogeno è anche visto come parte di un powertrain ibrido con un motore-generatore posizionato tra il motore e la trasmissione. Quindi si tratterebbe di un propulsore Mild-Hybrid a 24 o 48 Volt, cioè dotato di frenata rigenerativa, il che avrebbe abbastanza senso.

Motore a idrogeno Ford: la tecnica

Ciò che rende particolare il motore a idrogeno Ford, è la possibilità di funzionare su un’ampia gamma di valori lambda a seconda delle richieste di coppia. Lambda rappresenta il valore stechiometrico del carburante. Ossia, il rapporto aria/carburante necessario per ottenere una combustione completa. Per intenderci, un motore a benzina ha un valore ottimale di 14,7:1, che significa 14,7 parti di aria e 1 di benzina che equivalgono ad un valore di lambda pari a 1,00. Sempre per motori a benzina, a seconda che la miscela sia più o meno ricca di carburante si hanno valori di lambda compresi fra 0,54 e 1,25.

Vien da se che una miscela ricca e quindi con lambda minore di 1,00 sprigiona più potenza. Però, ciò vuol dire anche più emissioni. Per quanto riguarda invece il motore a idrogeno Ford, si parla di valori lambda di 2,00 e superiori. Questo sta a significare miscele magrissime con emissioni bassissime.

In base ai dati a disposizione, il valore stechiometrico dell’idrogeno è 34:1, quindi vuol dire che il motore a idrogeno Ford funzionerebbe con una miscela fatta di 68 parti di aria ed 1 di idrogeno. L’idrogeno è in grado di bruciare a tali miscele magre a causa della bassa impedenza all’accensione del carburante. Inoltre ha una velocità di fiamma molto elevata, addirittura di un ordine di grandezza più veloce della benzina. Tale condizione aumenta notevolmente la probabilità di detonazione (pre-accensione dell’idrogeno), che è un fenomeno deleterio per il pistone. E’ qui che entra in gioco la valvola EGR.

Infatti, il ricircolo dei gas di scarico abbasserebbe la temperatura in camera di combustione attenuando notevolmente il fenomeno. La valvola EGR verrebbe controllata dalla fasatura delle valvole. In pratica, con richieste di coppia più elevate quando la miscela è più ricca di idrogeno, il flusso di EGR verrebbe aumentato per ridurre la temperatura all’interno della camera di combustione, riducendo così la possibilità di pre-accensione. A tal proposito Ford sta esaminando un “profilo multi-sollevamento” in cui “la valvola di ingresso esegue due corse della valvola reciprocamente indipendenti durante un ciclo di lavoro”. Quindi il ricircolo dei gas di scarico (EGR) e la fasatura delle valvole verrebbero usati per controllare il processo di combustione.

Infine, l’iniezione diretta, la quale consentirebbe di controllare in modo indipendente la quantità di carburante ed aria dovrebbe (teoricamente) produrre un 15% in più di potenza rispetto ad un motore a benzina simile.

Quando vedremo questo propulsore all’opera?

Difficile dire quando potremmo vedere un prototipo. Difficile dire anche se ci sarà un seguito a questo brevetto. Come molti sanno, non tutti i brevetti alla fine producono dei risultati attendibili.

Il dubbio sta nel fatto che il brevetto del motore a idrogeno Ford comprende solo il metodo di combustione e il controllo della miscela. Occorre molto di più per progettare un design del motore in grado di ottimizzare questo metodo. Altra questione riguarda la forma della camera di combustione e la parte superiore del pistone, la quale hanno un’influenza significativa sulla combustione. Entrambi dovrebbero essere sagomati per sfruttare le proprietà di combustione uniche dell’idrogeno.

La cosa più promettente, tuttavia, è che l’idrogeno può trarre vantaggio da un motore superquadro. In questo modo anche le perdite parassite vengono ridotte utilizzando un design a corsa corta. Se vedremo una Mustang performante ad idrogeno sarebbe prematuro dirlo con certezza. Certo è che l’idea non è per niente male.