BIBLIOGRAFIA E RINGRAZIAMENTI

Il nostro progetto è incentrato sull’analisi e la modellazione del motore monocilindrico appartenente al prototipo sviluppato dal Politecnico di Milano che partecipa alla competizione di Shell Eco-marathon.

La Shell Eco-marathon è una competizione scientifica e sportiva promossa dalla compagnia petrolifera Shell allo scopo di ideare e realizzare un prototipo di veicolo che consumi la minor quantità possibile di carburante, ovvero che percorra il maggior numero di chilometri con un unico litro di combustibile, alla velocità media minima di 30 km/h. La competizione, che utilizza carburante fornito da Shell e pneumatici Michelin, si svolge sul circuito di Nogaro, in Francia. La competizione non riguarda solo la distanza percorsa. Shell Eco-marathon premia anche il miglior programma di comunicazione tra quelli avviati dai team, l’attenzione alla sicurezza, l’innovazione tecnologica, l’eco-compatibilità sia nella costruzione del veicolo sia nelle sue prestazioni

Il record mondiale per la classe benzina, stabilito nel 2003 con 3'794 km con un litro di carburante dal team francese Microjoule, è stato battuto durante l'edizione 2005 dal team svizzero ETH che, con il suo veicolo PACCAR II a fuel-cell, ha utilizzato solo 1.78 grammi di idrogeno per percorrere 25.272 km, equivalenti a 3'836 km/l di benzina.
Il 26-6-2005, sulla pista di Ladoux, presso il centro test Michelin alle porte di Parigi, PACCAR II ha stabilito, con l'ausilio di speciali pneumatici radiali, il nuovo ed attuale record mondiale, pari a 5'385 km/l.

Il nostro obiettivo è quello di trovare miglioramenti e modifiche al gruppo motore del prototipo progettato e costruito dal Politecnico di Milano, che partecipa ogni anno alla competizione della Shell Eco Marathon. Abbiamo sostanzialmente agito sul motore che ha preso parte alle edizioni del 2005 e del 2006.

Seguendo il corso di Ingegneria Industriale IV, facoltà di Ingegneria meccanica, abbiamo potuto dirigere le nostre modifiche solo in un campo puramente meccanico, avanzando ipotesi e problematiche sulla strutturalità del gruppo motore; abbiamo quindi affrontato il problema di come alleggerire il gruppo motore e di come minimizzare gli effetti delle forze d’inerzia; abbiamo poi affrontato il problema dei materiali: ci siamo chiesti quali materiali usare per poter rendere il motore più leggero possibile, per poter ottimizzare il peso del prototipo in termini di massa in movimento.

Abbiamo desistito nell’affrontare problemi di tipo energetico, cioè riguardanti lo scoppio del combustibile nella camera di combustione, le miscela, la possibilità di inserire un’iniettore direttamente nella camera, piuttosto che un gruppo carter – pompa, come quello attualmente utilizzato.

Il veicolo ha tre ruote (minimo consentito da regolamento) con ruota posteriore sospesa, sterzante e motrice, che contribuisce a ridurre la sezione frontale rispetto a un sistema tradizionale anteriore di sterzo. Il motore è solidale col cinematismo di sterzo e permette l’utilizzo di un efficiente sistema di trasmissione a cinghia.

Il dimensionamento del veicolo ha tenuto come riferimento un manichino di altezza 1,60 metri per 55 kg, quindi si è cercato di minimizzare la sezione frontale nel rispetto dei vincoli imposti dal regolamento.

Motore: quattro tempi benzina, di cilindrata 52 cc di derivazione da impieghi professionali per il giardinaggio, modificato e dotato di un sistema di lubrificazione a carter-pompa.

Telaio: tubolare in alluminio.

Tra le caratteristiche tecniche del telaio, si noti la particolare altezza da terra (70 mm), che implica un’altezza da terra della carrozzeria di 50 mm, consigliata da studi di tipo aerodinamico: la scelta comporta vantaggi relativi alla diminuzione della resistenza all’avanzamento, dovuta al distacco di vortici derivanti dall’effetto suolo;

Ruote: quella posteriore è sterzante e motrice, mentre le due anteriori sono folli.

Le due ruote anteriori sono state progettate e costruite in fibra di Carbonio, montano pneumatici radiali Michelin 45/75 R16. La ruota posteriore invece, che alloggia l’innesto frizione, è stata realizzata in ERGAL e lavorata dal pieno;

Carrozzeria: in fibra di carbonio, rigida e leggera;

Aerodinamica: particolarmente curata, ha una tipica forma a goccia che permette di ottenere una superficie frontale relativamente ridotta ed un ottimo coefficiente di penetrazione. Le prove in galleria del vento effettuate sul veicolo hanno determinato una sezione frontale di 0,47 m2 e un C_{x di 0,11;}

Lubrificanti: particolarmente importanti per un’applicazione di questo tipo, sono stati utilizzati lubrificanti innovativi a base di Teflon sia per quanto riguarda i cuscinetti sia per additivare il lubrificante del motore.

Telemetria: Dall'esigenza di poter studiare il comportamento del veicolo su strada è stato progettato un nuovo sistema elettronico di acquisizione e controllo del veicolo. Grazie al suo elevato livello di modularità e scalabilità e alla sua intelligenza distribuita permette di effettuare continui miglioramenti basandosi sui dati reali acquisiti ottimizzando l'andamento del motore e quindi i consumi. Oltre all'acquisizione e il controllo permette di effettuare telemetria a distanza e studio dell'andamento in tempo reale.

Impianto frenante: doppio circuito idraulico _{a disco}

Il progetto del veicolo è stato sviluppato con il supporto di un portale per Product Data Management, necessario per la gestione e la condivisione dei dati trattati; prevalentemente adatto a file di tipo CAD, consente facilitazioni anche per ogni altro flusso di informazioni (contatti, appuntamenti, ecc). Il portale, on-line, permette l’accesso ai dati di progettazione anche da remoto, rendendo possibile la collaborazione tra i membri del team anche a distanza garantendo la sicurezza dei dati.

Dall'introduzione di questo sistema conseguono vantaggi in termini di comunicazione tra gruppi e di consistenza dei dati relativi alla progettazione.

Strategia: di tipo Stop&Go, ovvero il motore viene acceso, il veicolo accelera fino ad una data velocità prestabilita dopodiché il motore si spegne ed il prototipo percorre in decelerazione un tratto di percorso fino a raggiungere una velocità minima alla quale viene riacceso il motore. Naturalmente i punti e le velocità di accensione e di spegnimento derivano da un affinato studio e dalle simulazioni realizzate da modelli matematici.

Progetto	XT 1-5
Nome	Why Not?
Classe SEM	Prototipi
Lunghezza	2850 mm
Larghezza	780 mm
Altezza max	600 mm
Passo	1720mm
Carreggiata	660 mm²
Sezione frontale	0,47 mm
C_x	0,11
Peso (pilota escluso)	45 Kg
Telaio	Traliccio di tubi saldati in lega di Alluminio
Carrozzeria	Fibra di Carbonio
Ruote	Due anteriori e una posteriore sterzante motrice, pneumatici Michelin radiali
Comando sterzo	Meccanico a cavi
Freni	Due sistemi idraulici indipendenti a disco Shimano
Motore	McCulloch, 52cc, a 4t con lubrificazione a carter pompa.
Cilindrata	35 cc, quattro tempi
Combustibile	Benzina
Alimentazione	Iniezione elettronica con iniettori Bosch e centralina autocostruita
Potenza max	1,2 kW a 7000 giri/min
Coppia max	1,9 Nm a 5500 giri/min
Innesto	Frizione a comando centrifugo su ruota posteriore
Trasmissione	A cinghia sincrona
Elettronica di bordo	Centralina di acquisizione e telemetria autocostruite

Dal sito di XTeam riportiamo qualche interessante informazione relativa all’operato del gruppo del Politecnico di Milano:

“Continua l’impresa di XTEAM: "602 km con 1 litro di Benzina" e "I° classificato al Technical Innovation Award", la squadra ha ottenuto un miglioramento del 30% rispetto alla prestazione della passata edizione e, lasciandosi alle spalle tutte le altre squadre, ha conquistato il primo gradino del podio in uno dei più importanti riconoscimenti, il "Technical Innovation Award".

Ecco quanto riportato dal comunicato ufficiale dei giudici della Shell Eco-Marathon, che premia il duro lavoro svolto dal gruppo tecnico di XTEAM :

"Primo premio - n° 157 Prototipo Politecnico di Milano, Italia.

La principale innovazione nel veicolo di questa squadra è una frizione centrifuga innestata nella ruota posteriore motrice. E' realizzata con una leggera lega di alluminio, da un unico blocco di materiale, ed equipaggiato con un anello d'acciao, inserito all'interno di un bordo della ruota che funge da attacco frizione.
Grazie alle proporzioni del sistema ed alla distribuzione dei pesi, la squadra è riuscita a progettare una frizione ad elevate prestazioni, tanto efficace quanto maneggevole nella messa a punto. La trasmissione passa ad una ruota libera nell'istante in cui il motore è spento.

In aggiunta, questa squadra ha sviluppato un completo e compatto sistema di telemetria (ndr., ed una centralina elettronica per il controllo motore). Questo trasmette automaticamente i dati (via wi-fi) dalla centralina al palmare del pilota (ndr., che funge da cruscotto polifunzionale) ed ad un PC posto a bordo pista."

Questi sono i traguardi raggiunti da XTEAM, con il prototipo "Why Not?", alla Shell Eco-marathon 2007, competizione che si svolge ogni anno ai piedi dei Pirenei su iniziativa della ben nota multinazionale anglo-olandese da cui prende il nome.

Dopo l'esordio di "Why Not?" nel 2005, XTEAM continua,anche grazie ai risultati appena raggiunti, nel suo cammino e si lancia verso l' obiettivo dei 1000 Km/l. Dopo aver reso "Why Not" ancor piu' leggero, affidabile, e competitivo, la squadra, attraverso tappe intermedie, punta prossimamente a mettere in pista un veicolo spinto da un propulsore elettrico, alimentato ad idrogeno attraverso fuel-cell.”

Introduzione