Simulation of load variations in engine valve train : - With parameters have the most impact on the push rod loads and how does the total load distribution looks like?

Det huvudsakliga området för examensarbetet var ventildrivningen i en lastbilsmotor från Scania. Ventildrivningen utsätts för växlande laster och påfrestningar som orsakas av en rad olika parametrar. Dessa parametrar kan vara motorvarvtal, motorlast, ventilspel med flera. Som fordonstillverkare är det viktigt att hitta och undersöka parametrar som bildrar till lasterna i ventildrivningen. För att förenkla sådana utvecklingsprojekt och vinna tid används simuleringsverktyg där simuleringsmodeller skapas och verifieras. Arbetet handlade om att hitta och undersöka parametrar som påverkar lasterna i ventildrivningen samt ta reda på hur de tillsammans bidrar till en totallastspridning. En annan del av syftet var att verifiera simuleringsmodellen mot motorprov, samt utveckla den under arbetets gång. För att underlätta examensarbetet har en del metoder systematiskt använts. Dessa metoder var bland annat en teoristudie, ett seminarium med gruppen på Scania, en utbildning, simuleringsverktyget GT-Vtrain och ett motorprov. Resultatet visar att parametrar med störst påverkan på lasterna var ventilfjäderkonstanter, cylindertryck och motorvarvtal. Detta berodde på kraftiga ventilfjädrar och höga cylindertryck vid ventilöppningstidpunkten samt kraftiga accelerationer i ventildrivningen vid höga motorvarvtal. En ny simuleringsmodell skapades för att hantera variabla fjäderkonstanter. Med denna modell kunde programmet göra en bättre anpassning till uppmätta punkter för ventilfjäderkonstanter. Simuleringsmodellen verifierades mot ett motorprov, och verifieringen visade väldigt god överensstämmelse mellan dessa. En lastspridning orsakas av att flera parametervärden varieras samtidigt. Den totala lastspridningen var högst för inloppsstötstången, och vid avgasbromsning utsattes den för högre last än avgasstötstången p.g.a. höga avgastryck inloppsventilen tvingas öppna emot. Analysen baserades mest på teoretiska kunskaper men också ingenjörsmässiga färdigheter. Djupare kunskaper om töjningsgivare och mätinstrument krävs för bättre analys av motorprovresultat. En noggrannare mätning för yttre avgasfjädern rekommenderas då mätningar visade en förspänningskraft utanför specifikationerna. För att sänka högsta lasterna i ventildrivningen kan geometriska ändringar av ventildrivningen bli nödvändiga. Ett exempel är att inloppsventilen gör mer skada än nytta då den öppnas under avgasbromsningen, samtidigt som avgasventilen gör mer skada än nytta då den stängs under avgasbromsningen.The Master Thesis treats the valvetrain in Scania truck engines. The valvetrain is subjected to varying loads and strains, which were caused by a variety of parameters. Those parameters are engine speed, engine load, valve lash and more. It’s important for a vehicle manufacturer to look for parameters that causes large loads in the valvetrain. In order to facilitate such projects and save time, simulation tools are used where simulation models are created and verified. This work intended to find and examine the parameters affecting the loads in the valvetrain and then find out how they together contribute to a total load distribution. Another part of the purpose was at the same time to verify the simulation model against an engine test and develop it. To facilitate the thesis, some methods have been used systematically. These methods included a theoretical study, a seminar with the group at Scania, a training, the simulation tool GT-VTrain and an engine test. The results show that the parameters with greatest impact on the loads were valve spring constants, cylinder pressure and engine speed. This was due to strong valve springs, high cylinder pressures at the beginning of valve opening and powerful accelerations in the valve train at high engine speeds. A new simulation model for the valvetrain was created to deal with variable spring constants. With this model, the program was able to make a better adjustment to the measured points for the valve spring constants. The simulation model was verified against an engine test, and validation showed very good agreement between them. A load distribution is caused by variation of several parameter values at the same time. The total load distribution was highest for the inlet pushrod, and during the exhaust breaking this pushrod was exposed to a higher load than the exhaust pushrod, because of the high exhaust pressure the inlet valve is forced to open against. The analysis was based mostly on theory, but also engineering skills. Deeper knowledge of the strain gauges and measuring instrument is required for better analysis of engine test results. A more accurate measurement of the external exhaust gas springs is recommended when measurements showed that the preloads of the spring were outside the specifications. To reduce the maximum loads in the valve train geometric changes may be necessary. An example is that the inlet valve makes more damage than good when it opens during the exhaust braking, and the exhaust valve makes more damage than good when it closes during exhaust braking