Valvetrain modeling to design the finger follower of a race engine

The research of the best solution to enhance performance is a key factor for a successful motorsport product. Weight, stiffness and endurance are parameters to be keep in consideration during the design of components that will be applied to a race car. Regarding the internal combustion engines, the high frequency phenomena that occurs during its operation required models to know the forces that load the moving parts. The purpose of the current work concerns exactly the built of a model to predict the behaviour of a finger follower valvetrain and its application to design the components that compose the assembly. In this context, the attention is paid on the rocker that transmit the cam motion to the valve. The motorsport application of the engines under exam implies the use of the lighter typology of rockers. Indeed, the use of bearing is avoided to reduce weight, instead high performance materials are used to withstand the loads from the direct contact between components. The model is developed on a four cylinder inline engine designed some years ago, while the application is done on an V6 engine currently in the design phase. After a preliminary kinematic and kinetostatic analyses that could give an idea of the order of magnitude of the values at stake, a numerical dynamic analysis is performed to better understand the critical situations. Important progresses could be done in future with the experimental validation of the dynamic model. In conclusion the worst case identified is used as load case for the design and optimization of the rocker arm of the finger follower valvetrain of the V6 engine in development.

La ricerca della migliore soluzione per migliorare le prestazioni è un fattore chiave per un prodotto di successo in ambito motorsport. Il peso, la rigidezza e la durata sono parametri da tenere in considerazione durante la progettazione di componenti che verranno utilizzati su auto da corsa. Riguardo ai motori a combustione interna, in particolare, i fenomeni ad alte frequenze che avvengono durante il suo funzionamento richiedono l’utilizzo di modelli per conoscere le forze che vanno a caricare le parti in movimento. L’obiettivo di questo lavoro è proprio quello di costruire un modello capace di predire il comportamento di una distribuzione con bilanciere a dito e la sua applicazione per la progettazione dei componenti dell’assieme. In questo contesto, l’attenzione è stata rivolta al bilanciere che trasmette il movimento imposto dalla camma alla valvola. L’applicazione motorsport del motore in esame fa sì che sia utilizzato il tipo di bilanciere più leggero. Infatti l’uso di un cuscinetto è evitato per ridurre il peso e materiali altamente performanti sono stati utilizzati per sopportare i carichi derivanti dal contatto diretto tra componenti. Il modello è stato sviluppato in riferimento a un motore 4 cilindri in linea progettato qualche anno fa, mentre l’applicazione del modello è stata effettuata sul motore V6 attualmente in progettazione. A seguito di un’analisi cinematica e cinetostatica che possono dare un’idea degli ordini di grandezza in gioco, una simulazione numerica dinamica è stata effettuata per comprendere meglio le situazioni più critiche. La validazione sperimentale di questo tipo di simulazioni potrà in futuro portare a importanti progressi del modello. Infine, il peggior caso di lavoro identificato è stato utilizzato come condizione di carico per la progettazione e ottimizzazione del bilanciere a dito per il motore V6 in sviluppo.