发动机排气门的瞬态热分析[外文翻译].doc

发动机排气门的瞬态热分析
M.H.Shojaefard, A.R.Noorpoor and D.A.Bozchaloe
伊朗科技大学.汽车工程系,伊朗 德黑兰
M.Ghaffarpour
UIC燃烧和发动机实验室.机械工程部；伊利诺伊大学芝加哥分校，美国.伊利诺伊州.芝加哥
摘要
内燃机产生的废气有着极高的温度和压力，当这些热气通过排气门时,气门和气门座以及气门杆的温度将急剧增加。因此需要将热量从排气门通过不同的部件转移出去，从而避免由于温度的增加而影响排气门的正常配合，特别是在气门闭合期间，气门与气门座将相互接触。在本中，采用有限元方法对排气门进行瞬态热分析，得到了气门闭合与开启时的温度分布以及热应力分布，对内燃机进行了详细的分析以得到其边界条件，利用ANSYS软件建立排气门、气门导管以及气门弹簧的有限元模型，并对其进行瞬态热分析直至达到稳定状态。
1.引言
由于经常与高温废气接触以及容积效率和对发动机性能的影响，排气门是发动机中最重要的部件之一，排气门的设计取决于许多参数，如废气流动时的力学特性、气门材料的疲劳强度、气门材料的氧化特性、高温时废气的特性以及与缸盖的配合，冷却剂的流量，排气口的形状等等[1-3]。
内燃机的排气门在承受热负荷，疲劳以及机械应力等恶劣工况下工作，因为工作温度将会对气门材料的物理特性产生特大影响，所以排气门的工作温度是对其性能影响最重要的因素[4]。气门体的温度梯度太大则会引起热应力，所以搞清楚内燃机各部件的温度场分布，对于确定最大热应力点的位置非常的重要[5]。设计师总是很希望得到一个最佳条件，使得发动机各部件不要受到由气体压力（机械负荷）和热负荷而引起的过度压力[6，7]。但同时也不应该使得发动机在这方面失去大量的热能[8]。
为了得到最合适的边界条件和准确的热流量估计，就得先知道内燃机中如活塞、气门、气缸壁、缸盖等发动机零部件的温度分布，以及由其而引起的热应力[9]。根据热分析我们可以对发动机各部件的热流量进行准确的估计，从而对其进行优化设计，降低温度，从而防止由于部件受到极限压力、腐蚀、疲劳等而破坏[10,11]。现代发动机热管理系统通过控制冷却液，空气流量，燃油喷射，点火时间以及废气再循环来调控热过程，发动机控制单元的主要功能之一是预防和发现异常燃烧，以防止发动机严重损坏，然而由于以下原因的存在，使得这些问题的解决极其复杂和极具挑战性的[12-14]：
1. 发动机缸内气体的温度周期性的变化。