Sei cilindri a idrogeno

Ferrari ha alzato i veli su un possibile futuro delle proprie soluzioni propulsive depositando il brevetto di un innovativo motore a combustione sei cilindri alimentato a idrogeno in configurazione invertita. Supportato da un sistema di sovralimentazione ad azionamento elettrico.

Per ora è soltanto un brevetto. Uno dei tanti volti ad anticipare possibili sviluppi di prodotto nel breve medio periodo. La parola “possibili” è d’obbligo, visto che sono molti i brevetti depositati dal settore automotive che non vedono la realizzazione dei propri contenuti. Suscitano comunque interesse e discussioni soprattutto quando riferiti a soluzioni costruttive che escono dai canoni tradizionali come accade nel caso del brevetto depositato nei mesi scorsi da Ferrari inerente un nuovo motore a combustione alimentato a idrogeno e supportato da un sistema di sovralimentazione attuato mediante un turbocompressore ad azionamento elettrico.

Oltre i limiti del full electric

Tale soluzione conferma un concreto interesse dei motoristi modenesi verso l’utilizzo dell’idrogeno quale carburante all’interno di motori endotermici tradizionali in luogo del più diffuso utilizzo quale fonte energetica per celle a combustibili. Si tratta di una tendenza largamente anticipata nel segmento motoristico industriale, ambito in cui negli ultimi mesi si sono visti tutti i principali player lanciare le versioni a idrogeno dei propri motori tradizionalmente alimentati a gasolio. Ciò per superare i limiti dei sistemi propulsivi elettrificati, incapaci oggi di assicurare un’operatività temporale standard nelle applicazioni che richiedono livelli di potenza medio alta causa le limitate capacità di stoccaggio energetico delle batterie. Più si alzano le prestazioni e più si alzano le richieste energetiche, realtà che rende impossibile realizzare auto sportive in grado di proporre autonomie operative e masse allineate con i modelli propulsi per via tradizionale.

Vetture più pesanti

Da qui e in attesa di una crescita prestazionale degli accumulatori chimici, la necessità di studiare delle alternative che in Ferrari è stata trovata guardando appunto alla possibilità di alimentare con idrogeno un motore endotermico tutto sommato tradizionale. Un’unità che permetterebbe la realizzazione di una supercar in grado di assicurare prestazioni elevate, anche nella guida sportiva su circuito, senza penalizzare l’autonomia. Il tutto nel rispetto dell’ambiente visto che prodotti della combustione dell’idrogeno escludono la quasi totalità di gas serra, anidride carbonica, monossido di carbonio e particolato.

L’inserimento di tale sistema su un’auto ad alte prestazioni richiede però un layout non convenzionale per assecondare gli aspetti negativi dell’utilizzo di idrogeno quale combustibile. In primis la bassa densità della molecola che impone il ricorso a serbatori in grado di reggere compressioni anche dell’ordine dei 700 bar e, magari, anche refrigerati. Forme specifiche quindi, sferiche o cilindriche, e masse a bordo più rilevanti rispetto a quelle proposti dai serbatoi tradizionali. Un condizionamento che la stessa Ferrari ammette e che porta a doversela vedere con vetture più lunghe e pesanti rispetto a quelle che utilizzano motori alimentati con benzina per assicurare la stessa autonomia.

Sei cilindri a idrogeno in configurazione invertita

Per questi motivi il brevetto Ferrari propone un sistema propulsivo ibrido che vede un sei cilindri a idrogeno associato ad almeno una macchina elettrica operante sull’assale anteriore così da lasciare al motore termico la propulsione di quello posteriore, modulata nello specifico da una di trasmissione a doppia frizione e a sette rapporti. Soluzione che asseconda anche gli obiettivi di recupero di energia in fase di decelerazione, ma che nel brevetto si specifica essere accessoria ai fini della propulsione e quindi passibile di esclusione dal sistema. In relazione al motore termico si propone l’utilizzo di un’unità sei cilindri con architettura in linea, ma in configurazione invertita.

Quindi con la testata orientata verso il pianale della vettura e l’albero motore nella parte superiore. Soluzione che si specifica essere ottimale per permettere un migliore alloggiamento dei serbatori di idrogeno, e che non esclude l’utilizzo di altre architetture motore, per esempio a “V”, o un numero differente di cilindri. Posizionato centralmente nella parte posteriore della vettura il motore è disposto longitudinalmente, scelta indotta ancora una volta dalla necessità di dar spazio ai serbatoi dell’idrogeno. Ogni cilindro aspira e scarica attraverso quattro valvole azionate da due alberi a camme a loro volta azionati da una cinghia, soluzione che però la Casa ammette possa essere sostituita da sistemi a catena o ingranaggi. Lo stesso vale per l’alimentazione, proposta quale diretta ma specificando che potrebbe anche essere indiretta mentre sono certe la collocazione della candela in asse col cilindro e la presenza di due compressori azionati elettricamente.

Sovralimentazione elettrificata

Il sistema prevede che i gas di scarico facciano girare due turbine collegate ad altrettanti generatori elettrici, che l’energia elettrica così realizzata vada nelle batterie di bordo e che venga successivamente riutilizzata per azionare i compressori. Questi ultimi ricevono l’aria da due condotti gemelli posizionati sui due lati dell’auto e una volta che hanno compresso il fluido lo inviano in due intercooler disposti in serie di tipo aria/aria per raffreddarlo. Nel brevetto il primo intercooler vede un volume maggiore dovendo raffreddare aria più calda uscente direttamente da compressore.

Da segnalare che i generatori sono fra loro disaccoppiati a livello meccanico mentre i compressori, posizionati sopra il motore e davanti al primo intercooler, sono coassiali fra loro, collegati da un unico alberino che li rende solidali al motore elettrico. Le turbine invece sono posizionate sotto il motore, una accanto all’altra e con assi di rotazione paralleli tra loro, come accennato azionano uno specifico motore elettrico tramite un sistema di trasmissione a ingranaggi e lavorano azionate ognuna da tre cilindri.

Serbatoi sferici e cilindrici

Sebbene tale soluzione sia la più efficiente da un punto di vista energetico, il brevetto non esclude una seconda possibilità insita nell’azionamento diretto dei compressori mediante collegamento meccanico al motore. Secondo Ferrari tale soluzione dà luogo a una sistema più leggero, compatto e semplice del precedente ma non pilotabile in elettronico. Comunque sia concepito il sistema di sovralimentazione, il brevetto ipotizza la presenza di quattro serbatoi, due di forma sferica e due, di dimensioni inferiore, di forma cilindrica. I due serbatoi sferici prendono posto ai lati del motore a combustione all’altezza del basamento, mentre i due cilindrici sono disposti trasversalmente e posizionati sopra il motore termico, uno dietro all’altro.

Sei cilindri a idrogeno

Autore: Jacopo Oldani