
气门(Valve),又称配气阀,是发动机配气机构中的核心关闭件,安装在气缸盖的进气道与排气道出口处。其基本功能是在发动机工作过程中,按照各缸工作循环的要求,定时地开启和关闭进、排气通道,从而保证新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)能及时充入气缸,同时将燃烧后的废气及时排出气缸。
气门的工作条件极为严苛。进气门和排气门均承受着极高的热负荷和机械负荷,尤其是排气门,其头部直接与高温废气接触,工作温度可达700至800℃,且散热条件差、承受着频繁的冲击载荷。因此,气门的材料选择、几何设计和加工精度对发动机的动力性、经济性和可靠性均有直接影响。
气门由头部(又称气门顶)和杆部两部分组成。头部是直接封闭进、排气道的圆盘部分,其顶面形状常见有平顶、凸顶和凹顶三种,其中平顶结构简单、制造方便,应用最为广泛。头部边缘的锥面称为密封锥面,该锥面与气缸盖上的气门座圈紧密贴合以实现密封。密封锥面的锥角一般为45°或30°,45°锥角应用最普遍,其落座刚度好且具有自洁作用;30°锥角则有利于提高进气流量。
气门杆部是一段细长的圆柱体,用于引导气门在气门导管内作往复直线运动。杆部末端通常切有锁夹槽或锁夹孔,用以安装气门弹簧座及锁夹,将气门与凸轮轴驱动机构(摇臂或挺柱)连接起来。
按功能不同,气门分为进气门和排气门。进气门直径通常比排气门略大(在部分机型中进气门面积约比排气门大20%至30%),以减小进气阻力、增加进气充量;排气门则在高温、腐蚀性废气冲刷下工作,对耐热性和抗腐蚀性要求更高。
气门材料的选择需综合考虑耐热性、耐磨性、抗腐蚀性和抗冲击能力。
进气门工作温度较低(约300至400℃),通常采用铬钢、铬钼钢等合金钢制造,经淬火和回火处理获得良好的综合力学性能。排气门头部温度极高,需采用奥氏体耐热钢(如硅铬钢21-4N)制造,部分高强化发动机的排气门还采用双金属结构——头部为耐热合金、杆部为马氏体钢,通过摩擦焊接工艺连接,以兼顾头部的高温性能和杆部的耐磨性。
为进一步提高气门的耐高温和耐磨损性能,气门密封锥面常采用堆焊钴基硬质合金(Stellite) 或铬基合金;杆部则进行氮化处理或镀铬以提升表面硬度和耐磨性。在某些高性能发动机的排气门中,为降低头部温度,杆部内腔被制成中空并填充金属钠(钠冷却气门)——钠在气门工作温度下熔化为液态,随气门上下运动而在杆腔内往复流动,将头部热量高效传导至杆部并经气门导管散出,可有效降低头部温度100至150℃。
气门间隙是指气门杆末端与气门驱动机构(摇臂、挺柱或凸轮)之间的预留间隙。该间隙用于补偿发动机热态下气门杆因受热膨胀而伸长的部分,防止气门关闭不严。间隙过大会造成配气机构产生“哒哒”撞击噪声、加速磨损并减小气门升程;间隙过小则会导致气门关闭不严、压缩泄漏、动力下降甚至烧蚀气门。
传统发动机采用机械挺柱结构,气门间隙需定期检查与调整(冷态间隙通常为0.20至0.40mm,具体数值因机型而异)。现代乘用车发动机普遍采用液压挺柱(液压气门间隙补偿器),可利用机油压力自动补偿热膨胀量,无需人工调整,兼具降低噪音的优势。
气门最常见的故障是密封不严,其成因包括密封锥面磨损、烧蚀、积碳以及气门弯曲等。气门烧蚀是排气门特有的严重故障——当排气门与座圈贴合不良时,高温燃气不断冲刷密封面,导致局部熔融或出现麻点、沟痕。积碳附着在气门头部和杆部,会影响气门散热和正常开闭,严重时造成气门卡滞或关闭不到位。
此外,气门断裂属重大机械故障,多由材料缺陷、长期热疲劳或气门间隙过小导致的气门撞击活塞引起(后者常见于正时错位)。气门异响则通常由机械挺柱间隙过大或液压挺柱失效造成。
气门维修的关键在于检查尺寸和研磨密封。
拆解后,需测量气门杆部直径(检查磨损量)、头部边缘厚度(检查烧蚀和磨损)以及气门总长度。当杆部磨损超过极限(一般不大于0.03至0.05mm)、边缘厚度小于规定值(通常不得小于0.5至1.0mm)或气门弯曲变形时,应更换新气门,不存在磨削修整气门杆部或头部的常用修理方案——更换新件是行业主流做法。
气门研磨是恢复密封性的传统核心工艺。更换新气门或座圈后,需在密封锥面上涂布粗细研磨砂,配合研磨工具进行旋转研磨,直至锥面上出现连续均匀的灰色密封带(接触面宽度一般为1.2至2.0mm)。现代维修中,部分修理厂采用气门座铰刀与气门磨床配合精加工的工艺,可进一步提高密封精度。研磨完成后,需进行渗漏测试(如将煤油或汽油灌入燃烧室,观察规定时间内有无渗漏),确保密封性合格。
安装时须注意:气门锁夹安装须牢固到位;气门油封应同步更换,以防止机油沿气门杆窜入燃烧室;安装后须检查并调整气门间隙(非液压挺柱机型),确保发动机运转平稳。截至2026年7月,主流维修手册仍将气门密封性和尺寸检测作为发动机大修中的标准检验项目。