Turbocharging investigation for hydrogen engine using advanced 0D-1D combustion models

The transition from conventional to green fuels is a crucial step toward reducing emissions and mitigating the impact of internal combustion engines on climate change across all application sectors. In this context, research on internal combustion engines is essential for enhancing efficiency and proposing innovative and alternative solutions. This work focuses first on the validation of the Advanced Combustion Model developed by the Politecnico di Milano, recently integrated into ACTUS (Accelleron's in-house software for large-bore engine simulation). This model accurately simulates the combustion phase both in spark-ignition (SI) and compression-ignition (CI) engines. During the validation phase, the model undergoes testing across various engine configurations and fuel types. In the subsequent phase, the model is applied to investigate turbocharging strategies for the transition from natural gas to hydrogen, a "carbon-free" fuel, in an engine used for power production. Given hydrogen's unique properties, as discussed in this study, a detailed analysis is required to ensure the optimal compatibility of the turbocharger with the engine and to maximize system efficiency.

La transizione dai carburanti convenzionali ai carburanti "green" è un passo cruciale per ridurre le emissioni e mitigare l'impatto dei motori a combustione interna sul cambiamento climatico in tutti i settori di applicazione. In questo contesto, la ricerca sui motori a combustione interna è essenziale per migliorare l'efficienza e proporre soluzioni innovative e alternative. Questo lavoro si concentra innanzitutto sulla validazione del Modello di Combustione Avanzato sviluppato dal Politecnico di Milano, recentemente integrato in ACTUS (software interno di Accelleron per la simulazione di motori di grande cilindrata). Questo modello simula con precisione la fase di combustione sia nei motori a accensione comandata (SI) che in quelli a accensione per compressione (CI). Durante la fase di validazione, il modello viene testato in differenti configurazioni e con diversi carburanti. Nella fase successiva, il modello viene applicato per indagare le strategie di sovralimentazione nella transizione da gas naturale ad idrogeno, un carburante "carbon free". Date le proprietà uniche dell'idrogeno, come discusso in questo studio, è necessaria un'analisi dettagliata per garantire la compatibilità ottimale del turbocompressore con il motore e massimizzare l'efficienza del sistema.