气门是发动机配气机构中的核心零部件,也是确保发动机有着良好经济性能、动力性能、可靠性以及耐久性的重要零部件。但随着发动机强化程度的不断提高,以及多气门技术的推广应用,使得排气门的热负荷不断增加,原有通过气门锥面与气门座圈接触导热的冷却方法已经逐渐达到散热瓶颈,开发全新的排气门冷却技术成为紧迫的现实需求,中空充钠气门就是在这样的背景下应运而生的。本文以Santana AFE型发动机为分析对象,选取了转速为800r/min、3100r/min、5200r/min的三个发动机工况点,对比了实心杆排气门与中空充钠排气门的热负荷及温度场分布情况。首先对排气门实物进行了反向测绘,得到了排气门的精确尺寸数据,并利用相关尺寸数据在Solidworks软件中建立了排气门的三维模型;之后根据AFE型发动机的配气机构数据利用配气机构设计软件AVL Timing Excite Drive对配气机构进行了重新设计,得到了排气门速度、加速度随时间的变化曲线;根据排气门振荡速度与高温热管蒸汽通道轴向速度的对比及相关文献佐证,进行了中空充钠气门与高温热管传热机理等效处理的可行性分析;然后运用GT-Suit软件模拟计算出发动机在以上三个工况点的压力-转角示功图,并以此为依据计算出排气门各个边界上的环境温度及表面换热系数;最后利用ANSYS Workbench采用有限元分析方法对排气门组件进行了温度场的模拟计算,最终得到了排气门外表面及纵剖面的温度分布云图,及排气门外表面温度沿排气门轴向长度方向的变化曲线。结果表明,中空充钠气门的冷却能力随着排气门热负荷的增大而增加,在5200r/min的高负荷工况下,中空充钠排气门的最热点温度较实心杆排气门可降低151.31℃。